Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVISPresseinformation
Jede zehnte Frau erkrankt im Laufe ihres Lebens an Brustkrebs. Bei der Diagnose und Behandlung einer Patientin sind viele Spezialisten mit einbezogen. Zur Speicherung und Visualisierung der medizinischen Bilddaten nutzen Radiologen, Pathologen, Onkologen, Radiotherapeuten und Chirurgen verschiedene Softwareplattformen. Das bringt große Anforderungen an den Datentransfer und die Kommunikation zwischen den Plattformen mit sich. Ließen sich Informationsauswertung und Datentransfer verbessern, könnte das die Diagnose und Therapieplanung bei Brustkrebs unterstützen.
Hier setzt ein neues Projekt namens VPH-PRISM an. Acht Forschungs- und ein Projektmanagement-Partner entwickeln neuartige Software-Systeme, die verschiedene medizinische Datensätze intelligent verknüpfen und damit innovative Assistenz-Funktionen ermöglichen sollen. Dabei planen die Forscher, die Bilddaten unterschiedlicher Diagnoseverfahren (Röntgen, MRT, Gewebemikroskopie) zu kombinieren und gemeinsam in einer Software darzustellen. Die Vision: die in den verschiedenen Disziplinen verfügbare Bildinformation systematisch und quantitativ zusammenführen. Dadurch ließe sich erstmals eine große Anzahl mikroskopischer und makroskopischer Gewebeparameter effizient und präzise in Beziehung setzen. Den Medizinern wird das wichtige Hinweise liefern, um jeder Patientin eine individuelle, für sie maßgeschneiderte Therapiemöglichkeit anzubieten.
Um dies zu erreichen, wollen die Fachleute eine interaktive Datenbank erstellen, die die Bilder mit weiteren relevanten Informationen verbindet, etwa mit den erblichen Erkrankungsrisiken sowie den Umwelteinflüssen. Dadurch soll es künftig möglich sein, Brustkrebs-Patientinnen zielgerichteter zu therapieren. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS in Bremen hat die wissenschaftliche Projektleitung übernommen und ist für die Entwicklung der benötigten Bildanalyseverfahren verantwortlich.
Bei Früherkennung und Therapie von Brustkrebs sind in der Regel verschiedene Fachdisziplinen beteiligt: Radiologen interpretieren Röntgen- und MRT-Aufnahmen der gesamten Brust der Patientin, während Pathologen aus der Brust entnommene Gewebeproben beurteilen, auf denen mit über 40-facher Vergrößerung die einzelnen Zellen und deren räumliche Anordnung sichtbar werden. Chirurgen und Gynäkologen versuchen, einen bösartigen Tumor effektiv und schonend zu entfernen, Radiotherapeuten behandeln Brustkrebs durch Bestrahlung, und Onkologen entscheiden darüber, welche Chemotherapie den besten Nutzen bringen kann.
Eine wichtige Aufgabe besteht darin, die informationstechnologischen Systeme der verschiedenen Disziplinen besser zu vernetzen. In ein und demselben Krankenhaus arbeiten Radiologen und Pathologen oftmals mit unterschiedlichen IT-Systemen, die jeweils für die Darstellung und Verarbeitung der eigenen Bilddaten optimiert sind. Die Folge: Bei der Suche der Fachspezialisten nach einer geeigneten Therapie könnten verschiedene Systeme der Bilddatenspeicherung die Möglichkeiten der Datenübertragungen einschränken. Fachübergreifende Tumorkonferenzen, bei denen die Fachärzte gemeinsam die Brustkrebsfälle besprechen, können von einer verbesserten Vernetzung der verschiedenen Systeme profitieren.
Um die Situation zu verbessern, entwickeln die Partner im Rahmen von VPH-PRISM eine Software, die sowohl Röntgenbilder, MR-Tomographien und Ultraschallaufnahmen als auch die aus Biopsien gewonnenen mikroskopischen Gewebeschnitte gemeinsam darstellen, räumlich aufeinander beziehen, messen und verarbeiten kann. Hilfreich wäre das vor allem, um die Randgebiete um einen Tumor genauer charakterisieren zu können: Ist dieses Gewebe bereits so verändert, dass man es bei einer Operation zusammen mit dem Tumor entfernen sollte? Oder kann man es im Körper belassen und so die Patientin schonender operieren?
Die Voraussetzung dafür ist, dass die Gewebeschnitte digitalisiert werden. Dabei aber fallen enorme Datenmengen an, die sich kein Pathologe auch nur ansatzweise vollständig ansehen kann. Deshalb arbeiten die Experten bei VPH-PRISM an einer Software, die das Material automatisch vorselektiert sowie vorverarbeitet und dem Pathologen dadurch die Arbeit erleichtert. Gelingt das Unterfangen, rechnet die Fachwelt damit, dass die digitale Pathologie einen ähnlichen Durchbruch für die Brustkrebs-Versorgung markiert wie in den letzten 15 Jahren die flächendeckende Einführung der Mammographie für die Früherkennung.
Im Projekt soll untersucht werden, wie hochdetaillierte Informationen über die Gewebefeinstruktur, die aus der Histologie gewonnen wurde, hilft, Röntgen-, MR- und Ultraschallaufnahmen zu interpretieren. Eine Herausforderung dabei: Um Gewebeschnittbilder gemeinsam mit MR- und Röntgenaufnahmen darstellen zu können, müssen die Experten mit Hilfe aufwendiger Simulationen sicherstellen, dass die verschiedenen Datensätze exakt zusammenpassen. Nur so können die auf unterschiedlichen Skalen gewonnenen Gewebeparameter auch räumlich miteinander in Bezug gebracht werden.
Das Ziel ist ein Softwaretool, das die Mediziner konkret bei der Therapiewahl unterstützt. So soll es die Daten der Patientinnen automatisch in Gruppen mit ähnlichen Merkmalen einteilen. Damit kann die Software Hinweise geben, welche Art von Chemotherapie man am besten anwenden sollte, wenn eine Patientin zum Beispiel anhand bestimmter Gewebeeigenschaften einer der bekannten Gruppen zugeordnet wird. Nützlich wäre das auch für eine genauere Überwachung des Therapieverlaufs: Bildet sich der Tumor bei einer bestimmten Chemotherapie so schnell wie erwartet zurück? Wenn nicht, kann der Arzt eine ineffektive Therapie rechtzeitig abbrechen und durch eine anderes Medikament ersetzen.
Über VPH-PRISM:
VPH-PRISM steht für „Virtual Physiological Human: Personalized Predictive Breast Cancer Therapy Through Integrated Tissue Micro-Structure Modeling“. Das Projekt wird von der EU mit einer Summe von 3,7 Millionen Euro gefördert. Es startete im März 2013 und endet im Februar 2016. Das Konsortium setzt sich aus neun Partnern aus fünf Ländern zusammen und umfasst Forschungsinstitute, klinische Brustzentren und Philips Research.
EIBIR, European Institute for Biomedical Imaging Research, Wien, AT (Projektkoordination)
Fraunhofer MEVIS, Institut für Bildgestützte Medizin, Bremen, DE (Wissenschaftliche Koordination)
Radboud University Nijmegen Medical Center, NL
University College London, UK
University of Dundee, UK
University of Chicago, USA
Medizinische Universität Wien, AT
Boca Raton Regional Hospital, USA
Philips Research Hamburg, DE