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Microwave Diagnosis of Breast Cancer with Open Ended Contact Probes

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Bahnbrechende Sondentechnik könnte Brustkrebsbehandlung verbessern

Das Projekt MIDxPRO hat die Grundlagen für den Einsatz von automatisierten Vorrichtungen zur Erkennung von Resektionsrändern und Mikrowellenbiopsie-Sonden bei der Brustkrebsbehandlung geschaffen. Im Endeffekt könnten diese Geräte zu häufigeren Diagnosen und kürzeren Rehabilitationszeiten für die Patientinnen beitragen.

Gesundheit

In der Literatur wurden sie 2001 erstmals vorgestellt. Durch den Einsatz von offenen/koaxialen Kontaktsonden für Biopsien und zur Erkennung von Resektionsrändern erhalten medizinische Fachkräfte die Möglichkeit, Brustkrebs früher diagnostizieren zu können sowie weniger radikale Mastektomien vornehmen zu müssen. Koaxiale Kontaktsonden sind zylindrische Leiter, die elektromagnetische Wellen übertragen. Auch wenn sie hauptsächlich für die Übertragung von Radiosignalen von der Antenne zum Fernseher bekannt sind, hat sich erwiesen, dass die in ihnen enthaltenen Wellen beim Auftreffen auf Materialien mit verschiedenen Eigenschaften unterschiedlich reflektiert werden. Aber das ist die blanke Theorie. Vor dem Start des Projekts MIDxPRO (Microwave Diagnosis of Breast Cancer with Open Ended Contact Probes) hatten Versuche zur klinischen Anwendung dieser Technik die Erwartungen nicht erfüllt. Während kommerziell erhältliche Messsätze eine Fehlerquote von 5 % aufwiesen, erhöhte sich diese Rate mit dem Einsatz von offenen Kontaktsonden auf 30 %. „Die Technik war einfach nicht zuverlässig genug“, sagt Tuba Yilmaz, Projektkoordinatorin und Assistenzprofessorin an der Technischen Universität Istanbul. „Obwohl praktische Anwendungen geplant waren, war ihre Realisierung nicht möglich.“ Es steht viel auf dem Spiel. Eine Brustkrebsdiagnose erfordert ein recht schwieriges zweistufiges Biopsieverfahren. Andererseits verlangt chirurgisches Vorgehen von den Ärzten, dass sie die Patientinnen operieren, exzidiertes Gewebe zur einer 20 Minuten dauernden Analyse schicken und die Operation fortsetzen, bis die der schnellen Pathologiebewertung dienende Schnellschnittuntersuchung saubere Ergebnisse aufweist. Selbstverständlich sind beide Verfahren arbeitsaufwändig, anfällig für menschliche Fehler und kostenintensiv. Aus diesem Grund wird weiter an offenen Kontaktsonden geforscht. Wie Prof. Yilmaz betont, „würde eine offene Kontaktsonde die Kosten der Biopsie senken und sie damit besser zugänglich werden lassen. Spezielle Algorithmen gestatten eine automatisierte Entscheidungsfindung, die wiederum die Wahrscheinlichkeit einer Fehldiagnose senken kann. In der Zwischenzeit kann die gleiche Technik dazu eingesetzt werden, um den Resektionsrand zu erkennen und radikale Mastektomien nach Möglichkeit zu verhindern. Auf diese Weise kann der Rehabilitationsprozess, der mehrere Monate dauern kann, bei folglich gleichzeitig weniger bösartigen Tumorrezidiven verkürzt werden.“ Um die vorhandenen Schwierigkeiten zu überwinden, hat das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte Projektteam die offenen Kontaktsonden genau unter die Lupe genommen. Die Untersuchungen drehten sich um neue mathematische Ansätze, die Struktur und Erfassungstiefe von Sonden mit unterschiedlichen Aperturen sowie Messunsicherheiten. Das Team arbeitete außerdem an einem integrierten Sondensystem, das versiegelt und sterilisiert werden kann. Und es übernahm Maschinenalgorithmen in die Klassifizierung des zu prüfenden Materials. Auch wenn die neue Technik noch lange nicht an den Patientinnen angewendet werden kann, ist das Projekt bei den Tierversuchen bereits gut vorangekommen. Das Team sammelte insbesondere Daten über dielektrische Eigenschaften von Brust- und Tumorgeweben bei Ratten. „Wir haben den größten Satz von In-vivo-Daten zusammengestellt, der jemals in der Literatur erhoben wurde. Wenngleich wir auch noch mit der Verarbeitung beschäftigt sind, zeigen unsere aktuellen Ergebnisse für die unverarbeiteten Rohdaten bereits eine Klassifizierungsgenauigkeit von 92 %. Was besser als die 70 % Genauigkeit ist, die derzeit in der klinischen Anwendung erreicht wird. Wir erwarten, dass diese Genauigkeit nach unserer Optimierung der Parameter des Maschinenlernalgorithmus bei über 95 % liegen wird“, schwärmt Prof. Yilmaz. Langfristig hofft Prof. Yilmaz, dass die Ergebnisse von MIDxPRO die Forschungsgemeinschaft darin bestärken werden, die Messtechnik mit offenen Kontaktsonden weiterzuentwickeln. Es gilt zu verstehen, dass sie noch viel Raum für Verbesserungen zu bieten hat. Sie plant bereits, ihre Forschung auf klinischer Ebene weiter voranzubringen.

Schlüsselbegriffe

MIDxPRO, offene Kontaktsonde, Brustkrebs, Resektionsranderkennung, Biopsie

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