Entwicklung eines matching tools für die Brustbildgebung

Ziel dieses D-A-CH-Antrages ist die Entwicklung und Etablierung einer neuartigen Methode zur Bildregistrierung (Matching) von Magnetresonanz-Tomographie (MRT) und röntgenbasierten Vergrößerungsaufnahmen der stereotaktischen Biopsie basierend auf einer präzisen Simulation der Biomechanik der weiblichen Brust. Diese Methode kann die Kosten der Abklärung von ausschließlich mittels MRT detektiert Brustläsionen um bis zu 50% reduzieren. Grundidee ist die Übertragung von MRT Informationen auf stereotaktische Biopsie- Planungsaufnahmen der Brust mit ausreichender Genauigkeit. Dies ermöglicht eine Mammographie-basierte Abklärung MRT-detektierter Läsionen, welche breiter verfügbar, kosten- und zeitsparender ist. Die Herausforderung eines solchen Matchings sind die Modellierung der erheblichen nicht- linearen Deformationen des Brustgewebes bei der mammographischen Kompression, die Berücksichtigung der patienten-spezifischen Variabilität des Kompressions-Prozesses durch individuelle Positionierung und die Registrierung der MRT-Informationen mit den Vergrößerungsaufnahmen der stereotaktischen Biopsie, die nicht die komplette Brust abbilden. Für eine genaue Vorhersage der Läsionsposition in diesen Aufnahmen und die Anwendbarkeit in einem klinischen Arbeitsablauf ist es essentiell die erforderliche Komplexität des biomechanischen Modells zu untersuchen um die nicht-linearen Deformationen bestmöglich zu berücksichtigen, gleichzeitig jedoch auch die klinischen Anforderungen des Anwendungsfalls hinsichtlich Genauigkeit und Rechenzeit zu identifizieren. Darüber hinaus müssen Einflussfaktoren (anatomische, klinische, biomechanische) auf die Genauigkeit untersucht werden um patientenspezifisch bedarfsgerechte Modelle für den klinischen Ablauf erstellen und auswählen zu können. Für dieses Projekt zu adressierende Forschungsfragen ergeben sich durch die Notwendigkeit patientenspezifischer biomechanischer Modelle, die für eine Simulation der Aufnahmebedingungen während der stereotaktischen Biopsie eingesetzt werden. Das Projekt untersucht die klinische Machbarkeit einer röntgenbasierten stereotaktischen Biopsie, die ausschließlich auf Basis eines MRT-Befundes geplant wird und die klinische Relevanz der Registrierungsgenauigkeit für eine solche Anwendung. Das Projekt soll in einer Methode münden, welche direkt in den klinischen Arbeitsablauf implementiert werden kann. Die beiden Forschungspartner KIT und MUW kombinieren langjährige Erfahrungen in technischen und klinischen Aspekten des Projektes. Das in diesem Antrag untersuchte Forschungsprojekt wird neue Einblicke in die klinische Anwendbarkeit von Bildregistrierungen der Brust bieten, eine potentielle Kostenersparnis um bis zu 50% für die Abklärung von MRI-Läsionen ermöglichen, die unzureichende Verfügbarkeit MRT-gezielter Interventionen adressieren und dadurch die Abklärungszeit von Patientinnen mit MRT- detektierten Herdbefunden reduzieren.

Dieses D-A-CH Lead Agency-Projekt wurde gemeinsam von Teams aus Österreich und Deutschland durchgeführt und hatte zum Ziel, MRT-only Läsionen der Brust auf mammographischen Biopsiebildern zu lokalisieren. Ziel war es, diese sonst nur mittels MRT-biopsierbaren Läsionen für die interventionelle Abklärung mittels breiter verfügbarer stereotaktischer Röntgenbiopsie zugänglich zu machen. Der Projektanstoß erfolgte durch die österreichische Partnerinstitution an der Medizinischen Universität Wien, an der der klinische Bedarf identifiziert wurde. Dort wurde ein sorgfältig kuratierter Datensatz von 57 Patientinnenfällen erstellt und durch erfahrene Brustradiolog:innen annotiert. Die Fälle umfassten hochwertige Mammographien, kontrastverstärkte MRTs sowie stereotaktische Biopsiebilder und ermöglichten eine umfassende multimodale Bildanalyse. Der deutsche Projektpartner am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte zwei Bildregistrierungsverfahren: ein biomechanisches Modell zur Registrierung von 3D-MRT-Daten mit der Vollfeldmammographie sowie ein bildbasiertes Verfahren zur weiteren Übertragung auf stereotaktische Biopsieansichten. Die kombinierte Methode wurde retrospektiv evaluiert. Die mittlere Zielregistrierungsabweichung (TRE) betrug 35,6 mm. In Simulationen konnte in 11 bis 14 von 51 Fällen eine erfolgreiche Probengewinnung mittels Standard-Röntgenbiopsie basierend auf der berechneten Läsionslage erreicht werden. Die Ergebnisse wurden auf internationalen Konferenzen präsentiert und führten zu mehreren gemeinsamen Publikationen. Auch wenn weitere Optimierungen für die klinische Anwendung notwendig sind, konnte die prinzipielle Machbarkeit gezeigt werden. Der erstellte strukturierte Datensatz und das Evaluierungskonzept bilden die Grundlage für zukünftige Studien. Geplant sind weiterführende Arbeiten zur Verbesserung der Genauigkeit und zur prospektiven klinischen Validierung des Verfahrens.