Schlüsselwörter Mammografie - Brustultraschall - komplementäre Mammadiagnostik
Einleitung
Die multimodale Bildgebung stellt nach wie vor den Standard in der Diagnostik maligner
Tumoren der Brust dar. In den Bereichen, in denen die verschiedenen bildgebenden Methoden
(Mammografie/Tomosynthese, Ultraschall und MRT) Verwendung finden, werden jedoch unterschiedliche
Probleme diskutiert und Anforderungen an die Bildgebung gestellt. Im Screening, in
dem nur die Mammografie als einzelne Methode [1 ] eingesetzt wird, wird die hohe Rate an Tumoren aufgeführt, die diagnostiziert werden
und an denen die Patientin wahrscheinlich nicht versterben wird (Überdiagnose) [2 ], [3 ]. Des Weiteren werden aber auch die Tumoren diskutiert, die z. B. bei einer hohen
mammografischen Dichte durch die Mammografie alleine nicht entdeckt werden (Unterdiagnose)
[4 ], [5 ]. Im diagnostischen Bereich, in dem die komplementäre Mammadiagnostik mit Ultraschall
und Mammografie Standard ist [6 ], kann die räumliche Zuordnung weiter optimiert werden.
Aktuelle Strategien zur Optimierung der bildgebenden Diagnostik sind die Verbesserung
der diagnostischen Güte der Einzelmethoden, die Integration einer computergestützten
Auswertung [7 ], die Fokussierung auf 3-dimensionale Untersuchungsmethoden [8 ] und die Fusion verschiedener Methoden [9 ], [10 ]. Seit der Etablierung von 3-dimensionalen Methoden in der Röntgenbildgebung (Tomosynthese)
und im Ultraschall (automatisierter Brustultraschall) sind insbesondere Fusionsmaschinen
im Blickpunkt des Interesses, da eine Zuordnung von Läsionen in unabhängig durchgeführten
Untersuchungen (Mammografie und Ultraschall) schwierig sein kann. Die Fehlerrate bei
der Korrelation zwischen in der Mammografie und von handgehaltenem Ultraschall detektierten
Läsionen liegt bei bis zu 10% [11 ]. Somit kann die Kombination verschiedener Methoden in einem ununterbrochenen Untersuchungsverfahren
bei fixierter Brust helfen, diese Probleme zu verringern.
Der Ansatz, die Mammadiagnostik durch die Fusion mehrerer Bildmodalitäten wie Mammografie,
Mamma-Ultraschall, Mamma-MRT und Tomosynthese zu optimieren, indem die Schwächen der
einen durch die Stärken der anderen Methode kompensiert werden, ist nicht neu [10 ], [12 ], [13 ], [14 ]. Gleichzeitig treten durch die Kombination Herausforderungen auf wie die Durchführung
mehrerer bildgebender Verfahren in Serie oder simultan ohne Lageveränderung der komprimierten
Brust. Dies ist von Bedeutung für eine präzise Lokalisation von Regions of Interest
(ROI). Aufgrund einer bisher ungünstigen Kosten-Nutzen-Effizienz und der noch nicht
vorhandenen technischen Umsetzbarkeit ist die kombinierte Bildgebung derzeit noch
nicht Teil der klinischen Routine [10 ].
Im Unterschied zu vorangegangenen Arbeiten [12 ], [15 ], [16 ], in denen überwiegend analoge Aufnahmen erstellt wurden, handelt es sich in dieser
Arbeit um digitale Mammografien und 3-D-Ultraschalluntersuchungen.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen funktionsfähigen Prototypen mittels einer kleinen
Anzahl von Mastektomiepräparaten zu validieren.
Methoden
Entwicklung der Kompressionsgaze
Die Basis einer kombinierten Maschine, die Ultraschall und Mammografie/Tomosynthese
in einer Untersuchung durchführen kann, ist eine Kompressionsvorrichtung zur Fixierung
der Brust. Die Durchführung der Mammografie erfolgt analog radiologischer Standards
[17 ], wie in der Leitlinie zum Mammografie-Screening gefordert [6 ], [18 ]. Diese darf sowohl für Röntgenstrahlen als auch für Ultraschallwellen kein Hindernis
darstellen und die Qualität der Untersuchung nicht beeinträchtigen. Zudem muss eine
möglichst umfangreiche Abdeckung der gesamten Brust – sowohl bei der mammografischen
als auch der sonografischen Aufnahme gewährleistet sein. Für die notwendige Kompression
der Brust (bis zu 100 Newton [N] [19 ]) dient eine neu entwickelte Kompressionsvorrichtung, bestehend aus einer elastischen
Gaze, die in einen Rahmen gespannt ist ([Abb. 1 ]).
Abb. 1 Der aus dem ABVS-Ultraschallgerät entnommene Ultraschallkopf fährt über ein mithilfe
der Gaze komprimiertes Brustphantom.
Integration in die Mammografiemaschine
Als Basis dient ein MAMMOMAT Inspiration. Die Ultraschallaufnahme der Brust erfolgt
durch den Schallkopf eines Acuson S2000 ABVS-Geräts (beide Siemens Healthcare GmbH).
Die Schallkopf-Gaze-Einheit ist über die horizontal absenkbare Aufnahme anstelle einer
Standard-Kompressionsplatte an das Mammografiegerät angeflanscht ([Abb. 2 ]). Dadurch lässt sich die gesamte Einheit nach oben und unten bewegen und so der
Kompressionsdruck auf die Brust variieren. Bei dem hier beschriebenen Prototypen handelt
es sich um ein Forschungsgerät, das nicht im Handel erwerbbar ist.
Abb. 2 a Die Abbildung zeigt den an den Siemens MAMMOMAT Inspiration eingesteckten Prototyp.
Der automatisch verschiebbare Ultraschallkopf, entnommen aus einem Siemens S2000 ABVS
System, ist auf einer Gewindestange gelagert links im Bild zu sehen und liegt der
für die Kompression notwendigen transparenten Gaze auf. b Schematische Darstellung der in das Mammografiegerät integrierten mobilen Schallkopf-Gaze-Einheit.
Präparate
Alle Mastektomiepräparate wurden im Rahmen der iMODE-B-Studie (Imaging and molecular
Detection Study Breast) gewonnen. Alle Patientinnen wurden über die Maßnahmen aufgeklärt
und gaben ihr schriftliches Einverständnis. Die Studie wurde von der Ethik-Kommission
der medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg genehmigt.
Die Aufnahmen durch den Fusionsprototypen wurden an unfixierten Abladaten in der Abteilung
für Gynäkologische Radiologie des radiologischen Instituts des Universitätsklinikums
Erlangen durchgeführt. Nachfolgend wurden die Abladate in das Institut für Pathologie
des Universitätsklinikums Erlangen zur Ränderbeurteilung und histologischen Begutachtung
weitergegeben.
Aufnahmeprozess
Alle Mastektomiepräparate wurden 2-mal geröntgt, zuerst mittels einer Standard-Kompressionsplatte
und dann mit der neuen Kompressionsgaze. Die Brust wird durch die starr-elastische
Gaze, welche an der Unterseite des Kompressionsrahmens befestigt ist, auf die notwendige
Dicke mit bis zu 100 N komprimiert. Dies entspricht dem gleichen Druck wie bei einer
herkömmlichen Mammografie [19 ]. Die Kompression durch die Gaze kann individuell auf die Brustform angepasst werden.
Diese Form der Kompression ermöglicht eine homogene Verteilung des ausgeübten Druckes.
Die Mammografieaufnahme erfolgt nach einem Standardprotokoll mit dem Mammografiegerät
als kraniokaudale Aufnahme. Während der Röntgenuntersuchung befindet sich die Ultraschallsonde
außerhalb des Strahlenfelds am Rand der Kompressionsplatte. Die Ultraschallaufnahme
erfolgt ohne vorherige Repositionierung der Brust im komprimierten Zustand. Die Frequenz
des Schallkopfs kann individuell an die benötigten Gegebenheiten angepasst werden.
Zur Ultraschalluntersuchung wird nach Durchführung der Mammografie ein konventionelles
Ultraschallgel vor den Schallkopf auf die Gaze gegeben. Der an einer Gewindestange
gelagerte Schallkopf fährt anschließend automatisch von rechts nach links über die
komprimierte Brust. Die Rekonstruktion der Ultraschallbilder erfolgt anschließend
mithilfe der Standardsoftware des Ultraschallgeräts (Siemens Acuson S2000 ABVS). Anschließend
wird die Gaze durch die konventionelle Kompressionsplatte ersetzt und es wird eine
Vergleichsaufnahme angefertigt. Aufgrund hygienischer Maßgaben wird die Gaze nach
jeder Messung gewechselt.
Beurteilung der Qualität
Jedes Bildpaar (Aufnahme mit Kompressionsgaze und Aufnahme mit Kompressionsplatte)
wurde verblindet und in randomisierter Reihenfolge 2 Radiologen unabhängig voneinander
vorgelegt. Es erfolgte eine Beurteilung der Bildqualität mittels Vergleich zwischen
den beiden Bildern. Zudem erfolgte eine Auswertung bez. der Detektierbarkeit von Mikrokalk,
Makrokalk und Herdbefunden, die teilweise als Korrelat maligner und prämaligner Läsionen
gelten [20 ]. Die Auswertung der Fallserie ist rein deskriptiv auf der Ebene der Darstellung
aller Befunde für jedes Präparat. Die Bildpaare sind in [Abb. 3 ] dargestellt.
Abb. 3 Die Abbildung zeigt die CC-Aufnahme eines Abladats. Rechts mittels konventioneller
Kompression durch das Mammografiegerät. Links mittels Kompressionsgaze.
Ergebnisse
Die kombinierte Messung aus Mammografie und automatisierter Ultraschalluntersuchung
konnte erfolgreich an allen 5 Mastektomiepräparaten durchgeführt werden.
Patientencharakteristika
Die Patientencharakteristika sind in [Tab. 1 ] dargestellt. Für eine möglichst umfangreiche Einschätzung der Bildqualität der Präparate
wurden verschiedene klinische Fälle ausgewählt. Dabei handelt es sich um eine Patientin
mit bereits voroperierter Brust (Patientin 1), eine Patientin mit DCIS (Patientin
2), eine Patientin mit Mammakarzinom nach neoadjuvanter Chemotherapie (Patientin 4)
sowie jeweils eine Patientin mit unizentrischem (Patientin 3) und eine Patientin mit
multizentrischem Mammakarzinom (Patientin 5).
Tab. 1 Patientencharakteristika. Neben den klinischen Daten der 5 Patientinnen ist die für
eine suffiziente Mammografieaufnahme aufzubringende Kompressionskraft in Newton dargestellt.
Patientin
Alter (Jahre)
pT
Abladat Gewicht (g)
Befundgröße (cm)
Kompressionsdruck (N) Platte/Gaze
1
58
pTis
551
–
97,6/88,8
2
71
pTis
372,4
8,9
48,2/52,2
3
50
pT1c
249,5
1,6
26,7/32,5
4
50
ypT2
408
2,5
39,7/32,8
5
81
pT2m
767
4,6
19,4/21,9
Beurteilung der Durchführbarkeit
Die Lagerung und Kompression der Brust, die Mammografie und die Ultraschallaufnahmen
ließen sich komplikationslos durchführen. Der zeitliche und der Untersucheraufwand
für die Kompression und die Mammografieaufnahme unterscheiden sich nicht von einer
konventionellen Mammografie. Der für die Kompression erforderliche Druck konnte problemlos
aufgebaut werden. Die tatsächlich benötigten Werte liegen bei 4 von 5 Messungen deutlich
unter dem möglichen Maximalwert ([Tab. 1 ]). Die automatisierte Ultraschalluntersuchung und der Wechsel der Kompressionsgaze
verliefen problemlos.
Beurteilung des Kompressionsvorgangs
Die Verwendung der Gaze stellte weder bei der Kompression noch bei der Ausrichtung
des Präparats ein Problem dar. Die für eine qualitativ hochwertige Mammografieaufnahme
notwendige Kompression konnte bei jeder Messung erreicht werden. Die Höhe des aufzubringenden
Kompressionsdrucks unterschied sich zwischen den beiden Methoden nicht relevant. Dies
ist in [Tab. 1 ] dargestellt.
Qualitative Vergleichbarkeit der Aufnahmen bei Verwendung der Kompressionsgaze und
der konventionellen Kompressionsplatte
In dem oben beschriebenen Vergleichsprozess zeigte sich, dass die beiden Aufnahmemethoden
bez. der Qualität vergleichbar waren. Die Aufnahmen der Mastektomiepräparate wurden
im direkten Vergleich durch einen der Radiologen in allen 5 Fällen als identisch angesehen.
In 2 Fällen bewertete der 2. Radiologe die Qualität der durch konventionelle Kompression
entstandenen Mammografie geringfügig besser, in den übrigen 3 Fällen bewertete er
die Qualität als gleichartig. Ebenso war die Detektion von Mikrokalk, Makrokalk und
Herdbefunden in beiden Kompressionstechniken identisch. Die Ergebnisse sind in [Tab. 2 ] und [3 ] zusammengefasst.
Tab. 2 Bewertung der beiden Aufnahmen mit Kompressionsgaze und Kompressionsplatte im direkten
Vergleich. Jede Markierung entspricht der Bewertung eines Radiologen.
Patientin
1
2
3
4
5
1 = Bild mit Gaze deutlich besser; 2 = Bild mit Gaze etwas besser; 3 = kein Unterschied;
4 = Bild mit Kompressionsplatte etwas besser; 5 = Bild mit Kompressionsplatte deutlich
besser. A: Auswahl Befunder 1, B: Auswahl Befunder 2
1
A
B
2
A/B
3
A/B
4
A
B
5
A/B
Tab. 3 Bewertung der Detektierbarkeit von Mikrokalk, Makrokalk und Herdbefunden in beiden
Kompressionstechniken (Kompressionsplatte und Kompressionsgaze). Jede Markierung entspricht
der Bewertung eines Radiologen.
Patientin
Tumor sichtbar (ja/nein)
Mikrokalk sichtbar (ja/nein)
Makrokalk sichtbar (ja/nein)
A: Auswahl Befunder 1, B: Auswahl Befunder 2
1: Gaze
n. a.
A/B
1: Kompressionsplatte
A/B
2: Gaze
A/B
A/B
A/B
2: Kompressionsplatte
A/B
A/B
A/B
3: Gaze
A/B
A/B
3: Kompressionsplatte
A/B
A/B
4: Gaze
A/B
A/B
A/B
4: Kompressionsplatte
A/B
A/B
X/X
5: Gaze
A/B
A/B
5: Kompressionsplatte
A/B
A/B
Beurteilung der Ultraschallaufnahmen
Die automatisierte Ultraschallaufnahme ließ sich an der komprimierten Brust durch
die Gaze hindurch in kurzer Zeit (ca. 70 s) durchführen. Im Vergleich der Mammografie-
mit der Ultraschallaufnahme zeigte sich eine weitgehend komplette Abdeckung des gesamten
Präparats. Im Bereich der Mamille und der Haut wurde ein schmaler Streifen durch den
Ultraschall aufgrund der konvexen Form der komprimierten Brust nicht mit abgedeckt.
Die Rekonstruktion der einzelnen Aufnahmen zu einem 3-D-Bild ist möglich. [Abb. 4 ] zeigt rechts die Mammografie, unten das sagittale Schnittbild des automatisierten
Ultraschalls und links das rekonstruierte 3-D-Bild.
Abb. 4 Die Abbildung zeigt links die Mammografieaufnahme einer Patientin mit einem cT2 eines
invasiven Mammakarzinoms. Unten ist die ROI dargestellt in der quasi simultan entstandenen
Ultraschalluntersuchung. Links ROI in der 3-D-rekonstruierten Brust.
Diskussion
Durch den Fusionsprototypen aus Mammografiegerät und Standard-3-D-Ultraschallkopf
besteht die Möglichkeit, die Mammografie- und Ultraschalluntersuchung in einem Gerät
zu vereinen, sodass beide Bildmodalitäten in einem Untersuchungsvorgang bei fixierter
Brust aufgezeichnet werden können, ohne dass die Form und Lage der Brust verändert
werden muss.
Ein Vorteil ist, dass kein Positionswechsel der Patientin zwischen beiden Aufnahmen
erfolgen muss, die Aufnahmen am selben Tag zur selben Zeit durchgeführt werden und
sich die Brust in einem identisch komprimierten Zustand befindet. Dadurch treten Probleme
wie Lageveränderungen und biologische Faktoren wie fibrozystische Veränderungen im
Laufe des weiblichen Zyklus in den Hintergrund [21 ]. Auf Grundlage dessen könnte die fehlerhafte Korrelation von Befunden über die einzelnen
Modalitäten hinweg verbessert werden [11 ].
Die Qualität der Mastektomieaufnahmen wird durch die Kompression mittels einer Gaze
nicht beeinträchtigt, wie auch in anderen Arbeiten mit ähnlichen Formen der Kompression
gezeigt [13 ]. Dies lässt vermuten, dass die Aufnahmequalität bei Mammografien an Patientinnen
ebenfalls nicht beeinträchtigt wird, sodass entsprechende klinische Studien geplant
werden können. Die automatisierte Ultraschallaufnahme und 3-D-Rekonstruktion ist in
diesem Prototypen möglich. Die Abdeckung der Brust erlaubt noch keine genaue Beurteilung
der Mamillenregion und der subkutan gelegenen Anteile. Diese Schwierigkeit zeigte
sich auch in vorangegangenen Arbeiten [21 ]. Gegenstand der aktuellen Forschung ist es, die sonografische Abdeckung des Brustkörpers
zu optimieren. Obwohl die Qualität des 3-D-Ultraschalls in dieser Arbeit nicht explizit
ausgewertet wurde, ergab sich der starke Eindruck, dass diese – bis auf die Abdeckung
der genannten Bereiche – keine qualitativen Einbußen hatte.
Durch diese Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die Fusion beider Methoden auch
in der digitalen Technik möglich ist. Auch wenn die Aussagekraft bei 5 Präparaten
gering ist, so hatte man den Eindruck, dass die automatische Korrelation von Lokalisationen
und Läsionen zwischen den beiden Modalitäten sehr exakt war.
Diese Ergebnisse sind aktuell noch von begrenzter Aussagekraft, zum einen aufgrund
der geringen Zahl gemessener Präparate und zum anderen aufgrund des fehlenden Einsatzes
in der klinischen Routine. Ebenso fehlt noch eine abschließende Beurteilung der Qualität
der 3-D-Ultraschall-Aufnahmen.
Dennoch veranlassen diese Ergebnisse dazu, diese Technik weiter zu untersuchen und
zu verbessern. Die Machbarkeit bei Patientinnen in Bezug auf Schmerzempfinden, Zeitdauer
und Auswertbarkeit soll der Inhalt von weiteren Studien sein. Ebenso soll die Abdeckung
der Brust durch den Ultraschall durch Modifikationen an Schallkopf und Gaze verbessert
werden sowie die automatische räumliche Zuordnung untersucht und optimiert werden.
Auch sollte die Lernkurve bei dieser Technik analysiert werden.
Schlussfolgerung
Die Fusion eines automatisierten 3-D-Ultraschallgeräts mit einem Standard-Mammografiegerät
liefert an unseren wenigen Mastektomiepräparaten Mammografieaufnahmen von vergleichbarer
Qualität. Darüber hinaus ermöglicht das Gerät den simultanen Ultraschall als 2. Bildmodalität
der komplementären Mammadiagnostik ohne einen signifikanten Zeit- und zusätzlichen
Untersucheraufwand.
