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Three dimensional breast cancer models for X-ray Imaging research

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Bulgarien verzeichnet dank Modellen Fortschritte bei der Detektion von Brustkrebs

Unterstützt durch eine EU-finanzierte Initiative erbrachte die Technische Universität Warna in Bulgarien eine Spitzenleistung bei der Erstellung von 3D-Computermodellen von Brusttumoren. Die Verbesserungen bei der Detektion von Krebs im Frühstadium könnten die Anzahl notwendiger Nachuntersuchungen senken.

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Brustkrebs ist die Geißel unserer Zeit. In Europa ist eine von acht Frauen früher oder später in ihrem Leben davon betroffen. Ungefähr 20 % der Brustkrebsfälle treten bei Frauen auf, die jünger als 50 Jahre alt sind. Früherkennung kann die Genesungs- und Überlebenschancen erheblich erhöhen. Bei dem EU-finanzierten Projekt MaXIMA lag der Fokus auf der Erstellung von computergestützten 3D-Modellen bösartiger Brusttumoren. Diese können bei der Entwicklung neuer Techniken zur Detektion komplexerer Formen von Brustkrebs, die mit derzeitig üblichen Untersuchungsmethoden schwierig zu diagnostizieren sind, eingesetzt werden. Die in Zusammenarbeit mit der Katholischen Universität Löwen in Belgien und der Universität Neapel Federico II in Italien für MaXIMA durchgeführten innovativen Forschungsaktivitäten haben das Potential, viele Leben zu retten. Brustkrebs in dichtem Brustgewebe entlarven Bei den im Rahmen von MaXIMA durchgeführten Forschungsaktivitäten stand die Optimierung von Techniken im Mittelpunkt, mithilfe derer kleine und unregelmäßig geformte Tumoren in dichtem Brustgewebe detektiert werden können. „Trotz kürzlicher technologischer Fortschritte wie etwa der digitalen Mammographie bleibt das Detektieren von Krebszellen, die in dichtem Brustgewebe versteckt sind, eine anspruchsvolle Aufgabe“, sagt Projektkoordinatorin Kristina Bliznakova. „Leider steigen, gegen alle Erwartungen, die Sterblichkeitsraten bei Brustkrebs in vielen EU-Ländern weiter an. Einer der wichtigsten Gründe hierfür könnte mit den begrenzten Möglichkeiten derzeitiger Technologie beim Screening von dichtem Brustgewebe zusammenhängen.“ Brust-Tomosynthese ist eine neuere, fortschrittlichere Technologie, die entwickelt wurde, um die Einschränkungen zu überwinden, denen die konventionelle 2D-Mammographie unterliegt. Die Untersuchungsmethode setzt niedrig dosierte Röntgenstrahlung ein und die Aufnahme kann in der gleichen Zeit geschehen, wie bei einem 2D-Mammogramm. Aus verschiedenen Winkeln werden Bilder aufgenommen. Diese werden dann mithilfe eines Computers zu dünnen Scheiben im 3D-Format zusammengesetzt. Anhand dieser dünnen Scheiben können Radiologen kleine Brusttumoren erkennen, die von darüber liegendem Drüsengewebe verdeckt sind. Ein weiteres bildgebendes Verfahren mit Röntgenstrahlung, das mehr Informationen über die Gewebestruktur liefern kann, ist Phasenkontrast-Röntgentomographie. Die klassische Mammographie stützt sich auf die Abnahme der Röntgenstrahlintensität beim Durchdringen des Körpergewebes. Bei der Phasenkontrast-Röntgentomographie hingegen wird die Differenz ermittelt, die sich beim Vergleich der Wege ergibt, die ein Röntgenstrahl durch normales Gewebe und durch dichteres Tumorgewebe oszillierend zurücklegt. Die Technik ermöglicht ein schärferes Bild feiner Veränderungen in der Gewebedichte, da es die Sichtbarkeit schmaler Kanten und Details von Rändern in vielen Proben erhöht. 3D-Modelle für eine genauere Umgrenzung des Tumors Zwar sind die fortschrittlichen Röntgentechniken für die Brustbildgebung mittlerweile bekannter geworden, dennoch fehlt eine Ergänzung durch Computermodelle und Simulationen, um ihr Potential für die Praxis vollständig auszuschöpfen. „In den meisten Fällen bilden Tumoren inhomogene Massen ohne deutliche Umgrenzungen. Daher ist es uns nicht möglich, die Konturen der Krebsgebilde eindeutig zu bestimmen“, erklärt Bliznakova. „Dreidimensionale rechnerbasierte und gegenständliche Modelle sind leistungsstarke Werkzeuge in den Händen von Ingenieuren, Ärzten und Physikern. Hochentwickelte Modelle helfen Wissenschaftlern dabei, Brustformen, die Verteilung von Drüsengewebe sowie Form und Art von Krebsmasse genau zu bestimmen“, fügt Bliznakova hinzu. Davon ausgehend entwickelten die Forscher des Projekts neuartige computergestützte Modelle von solchen Brusttumoren, deren Diagnose sich sehr schwierig gestaltet, wie etwa Tumoren, die von dichtem Parenchym umgeben sind. Darüber hinaus schufen sie gegenständliche anthropomorphe Modelle, welche man als Phantome bezeichnet, von Brüsten und Tumoren, um die bildgebenden Röntgenverfahren einschließlich Brust-Tomosynthese und Phasenkontrast-Bildgebung zu testen und zu validieren. Auch Untersuchungen zu geeigneten 3D-Druckverfahren und -materialien für die Herstellung gegenständlicher Brust-Phantome wurden vorgenommen. Die enge Zusammenarbeit zwischen den Partnerinstitutionen trug wesentlich zur Erhöhung der wissenschaftlichen und technologischen Kapazität der Technischen Universität Warna auf dem Gebiet der Brustbildgebung mit Röntgenstrahlung bei. Innovative Projekte wie MaXIMA sollten dazu beitragen, Bulgarien als ein Zentrum für Forschung und Entwicklung in Europa zu etablieren.

Schlüsselbegriffe

MaXIMA, Brustkrebs, Röntgendiagnostik, Mammographie, Bulgarien, Technische Universität Warna, dichtes Brustgewebe, 3D-Modell

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