Klinische Validierung der rechnergestützten sonographischen

Aus der Klinik für Frauenheilkunde und Geburtshilfe
am Knappschafts-Krankenhaus Bochum-Langendreer - Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof. Dr. med. Arne Jensen
______________________________________
KLINISCHE VALIDIERUNG DER RECHNERGESTÜTZTEN
SONOGRAPHISCHEN ELASTOGRAPHIE IN RELATION ZUR B-BILD
UND DOPPLERFLUSSANALYSE BEI TUMOREN
DER WEIBLICHEN BRUST
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Claudia Starke
aus Hannover
2006
Dekan:
Referent:
Korreferent:
Professor Dr. G. Muhr
Professor Dr. A. Jensen
PD. Dr.med. H.-J. Strittmatter
Tag der Mündlichen Prüfung: 24.04.2007
Abstract
Starke
Claudia
Klinische Validierung der rechnergestützten sonographischen Elastographie in
Relation zur B-Bild und Dopplerflussanalyse bei Tumoren der weiblichen Brust
Problemstellung:
Es soll die Eignung der sonographischen Elastographie zur Darstellung von
Brusttumoren geprüft werden im Vergleich zur B-Bild Analyse und
Dopplerflussmessung.
Methodik:
Die Elastographie von Brusttumoren wurde in klinischer Untersuchung mit der
sonographischen B-Bild Darstellung und der Blutflussmessung in Gefäßen im
Tumorgebiet mit der Dopplermethode verglichen.
Ergebnis:
Durch die Elastographie kann mittels Ultraschall eine Gewebseigenschaft des
Körpers dargestellt werden, die zuvor nur durch die körperliche Tastuntersuchung
erfassbar war.
Außerdem konnte durch die Arbeit festgestellt werden, daß die neu entwickelte
Freihandelastographie zur Untersuchung von Tumoren der Brust geeigneter ist als
die bisher verwendeten statischen Kompressionssysteme.
Diskussion:
Die Arbeit soll zunächst anhand einer geringen Fallzahl zeigen, daß durch
Elastographie ein qualitativer Nachweis von Brusttumoren möglich ist, die
histologisch gesicherten Herdbefunden zugeordnet werden können. Für weitere
quantitative Aussagen sind Studien mit einer großen Fallzahl erforderlich.
3
Inhaltsverzeichnis
1.
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.5.1
1.1.5.2
1.1.5.3
1.1.5.4
1.1.5.5
Einleitung
5
Historie zur Diagnostik von Mammatumoren .............................................. 9
Zur Entwicklung der Ultraschalldiagnostik .................................................. 9
Röntgenmammographie .............................................................................. 14
Thermographie ............................................................................................ 15
Magnetresonanz-Tomographie MRT (Kernspintomographie) ................... 16
Elastographie............................................................................................... 16
Grundlagen der Elastographie..................................................................... 18
Voraussetzungen ......................................................................................... 19
Freihand-Elastographie ............................................................................... 21
Auswertung einer Serie von Datensätzen zu einem Elastogramm............. 21
Beurteilung der Elastogramme.................................................................... 23
2.
2.1
2.2
2.3
2.3.1
2.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.6
2.6.1
2.6.2
2.7
Methodik
25
Untersuchungsort ........................................................................................ 25
Geräte .......................................................................................................... 25
Zusammenfassende Darstellung der Elastographie .................................... 25
Theoretische Grundlagen zur Elastographie ............................................... 26
Durchführung der B-Bild-Sonographie mit Beurteilung ............................ 27
Messungen der Ultraschallreflektionen vor und nach Kompression der
Brust zwischen zwei Platten........................................................................ 31
Phantommessungen:.................................................................................... 34
Auswertung einer Serie von Datensätzen zu einem Elastogramm.............. 35
Patientenkollektiv........................................................................................ 36
Altersverteilung der Patientinnen................................................................ 36
Anamnese.................................................................................................... 37
Untersuchung der Patienten ........................................................................ 38
3.
3.1
3.2
3.2.1
3.3
3.3.1
Ergebnisse
39
Teil A: Auswertung der B-Bilder und Dopplerfluß-messungen ................. 39
Teil B: Auswertung der Elastogramme....................................................... 41
Vergleich der Dehnungswerte aller Brustläsionen in ‰ ............................ 42
Teil C: Auswertung der statistischen Ergebnisse........................................ 44
Die Diagramme ........................................................................................... 45
4.
Diskussion
54
5.
Zusammenfassung
57
6.
Literatur
58
7.
7.1
7.2
7.3
Anhang
67
Anlage 1: Untersuchungsbogen 1 ............................................................... 67
Anlage 2: Untersuchungsbogen 2 ............................................................... 68
Anlage 3: Anamnesebogen ......................................................................... 69
8.
Lebenslauf
70
4
Einleitung
1 Einleitung
In der folgenden Arbeit wurde versucht, einen Bestandteil der
körperlichen Untersuchung in der Medizin durch eine messtechnische
Untersuchung zu objektivieren.
Hierbei handelt es sich um das Abtasten der weiblichen Brust durch den
Arzt oder durch die Patientin selbst.
Denn immer noch werden die meisten Tumore der Brust durch
Selbstuntersuchung getastet und veranlassen die Patientin erst danach,
einen Arzt aufzusuchen, um diesen Befund weiter abklären zu lassen
[14].
Aus diesem Grund wird dem Qualitätsmerkmal der Härte eines Knotens
bzw. dessen Elastizität als physikalischer Begriff eine besondere
Bedeutung zuteil.
In dieser Arbeit wurden mit Hilfe eines Ultraschallgerätes und einem
speziellen Computerprogramm, das Veränderungen der Reflexion von
Ultraschallwellen in Geweben unterschiedlicher Härte bzw. Elastizität
anzeigt, Tumore der weiblichen Brust untersucht. Hierbei konnte
nachgewiesen werden, dass die Elastizität von Tumoren mit Ultraschall
messtechnisch darstellbar ist.
Auf der Suche nach neuen diagnostischen Methoden, Mammacarcinome
zu entdecken, in einem sehr frühen Stadium festzustellen und bessere
Möglichkeiten der Abgrenzung zu gutartigen Mammatumoren zu
entwickeln, kam folgende Idee auf:
5
Einleitung
Eine vergleichende Untersuchung zwischen der Mammasonographie und
dopplersonographischen Untersuchungen von Mammatumoren und der
neu entwickelten rechnergestützten sonographischen Elastizitätsmessung
von Mammatumoren vorzunehmen.
Da die Inzidenz von Mammacarcinomen bei der Frau aus noch
ungeklärten Gründen zunimmt und mittlerweile jede neunte Frau in
ihrem Leben davon betroffen ist, wird es umso wichtiger, neue
Methoden der Früherkennung zu entwickeln und zu verifizieren [55].
Bisher ist die Mammographie immer noch anerkannte, maßgebliche
Untersuchungsmethode zur Früherkennung von Mammatumoren [48].
Es wird zu zeigen sein, daß diese Untersuchungstechnik durch
sonographische Untersuchungen ergänzt oder teilweise bei
Untersuchungen, die innerhalb kurzer Zeitabstände indiziert sind, auch
ersetzt werden muss, um eine zu hohe Strahlenbelastung zu vermeiden
[62].
Wünschenswerte Ziele in der Diagnostik von Mammatumoren wären
eine Erweiterung der Früherkennung und das Finden zusätzlicher
diagnostischer Kriterien, um Vorhersagen zur Dignität der Tumore mit
einer höheren Wahrscheinlichkeit machen zu können. Auch um im
Rahmen der Nachsorge Narbengewebe von Rezidiven besser
differenzieren zu können, um zusätzliche operative Eingriffe sicherer
indizieren zu können.
6
Einleitung
Ein weiteres wichtiges Kriterium ist es, die Kompliance der Patientin zu
verbessern. Viele Frauen lehnen es ab, nachdem bei ihnen eine
Mammographie durchgeführt wurde, weitere Mammographien in den
empfohlenen Zeitabständen durchführen zu lassen, da die Untersuchung
mit Schmerzen verbunden sein kann. Andere wiederum befürchten, einer
zu hohen Strahlenbelastung durch die Mammographie ausgesetzt zu sein,
und lassen die Untersuchung deswegen nicht durchführen.
Bevor keine weiteren Vorsorgeuntersuchungen von der Patientin
wahrgenommen werden, ist es wichtig, auf die schonende Methode der
Mammasonographie zu verweisen, die zwar nicht die Mammographie
ersetzt, sie jedoch ergänzen kann. Diese Methode bietet weiterhin den
Vorteil, daß sie ohne Strahlenbelastung durchgeführt wird und daher
auch in der Schwangerschaft einzusetzen ist. Weiterhin lassen sich die
Brüste jüngerer Frauen, die einen sehr dichten Drüsenkörper haben,
besser sonographisch als mammographisch beurteilen [31].
Außerdem können sonographische Untersuchungen auch in kurzen
Zeitintervallen von wenigen Wochen bzw. Monaten eingesetzt werden,
im Gegensatz zur Mammographie, die in ein- bis zweijährigen
Intervallen durchgeführt werden sollte und sind geeignet zur Nachsorge
bei Zustand nach Prothesenimplantation.
Die in dieser Arbeit zu vergleichenden Untersuchungsmethoden basieren
beide auf der Ultraschalltechnik und bieten somit die vorgenannten
Vorteile.
Es gibt Veränderungen der Brust, die fast ausschließlich durch
Mammographien zu diagnostizieren sind.
7
Einleitung
Hierbei handelt es sich um Mikroverkalkungen. Wenn
Mikroverkalkungen vorliegen, liegt in ca. 30 - 40% der Fälle ein
Mammacarcinom oder ein Carcinoma in situ vor [28].
Es besteht zwar bereits die Möglichkeit, mit hochauflösenden
Ultraschallgeräten im 10-MHz-Bereich Mikrokalkkorrelate im B-Bild zu
diagnostizieren, jedoch auf Kosten einer geringen Eindringtiefe der
Ultraschallwellen, so daß insgesamt ein zu großer Informationsverlust
entstünde und Befunde, die zu tief liegen, nicht erfasst würden [15].
In der Beurteilung von überwiegend fettgewebsreichen Brüsten bietet die
Mammographie Vorteile in der Diagnostik, da hier eine größere
Strahlentransparenz vorliegt und Tumore sich relativ gut zu dem
umliegenden Gewebe abgrenzen lassen.
In der Diagnostik von Zysten wiederum bietet die Mammasonographie
Vorteile, da die flüssigkeitsgefüllten Zysten in ihrem Zysteninhalt wenig
Ultraschallwellen reflektieren und sich somit fast schwarz darstellen und
typischerweise eine dorsale Schallverstärkung aufweisen.
Dieser Effekt entsteht dadurch, dass in dem flüssigen Medium kaum
Ultraschallwellen reflektiert werden und kaum Absorptionsverluste
stattfinden. So erscheint das direkt hinter der Zyste liegende Gewebe
echoreicher als das gleiche Gewebe in gleicher Tiefe, welches neben der
Zyste liegt [37].
8
Einleitung
Abschließend ist zu sagen, dass es sich bei den Mammographien und den
Mammasonographien um zwei sich ergänzende Untersuchungsmethoden
handelt, wobei die eine nicht durch die andere ersetzt werden kann.
1.1 Historie zur Diagnostik von Mammatumoren
1.1.1 Zur Entwicklung der Ultraschalldiagnostik
In den 80er Jahren wurden Ultraschallgeräte entwickelt mit einer hohen
Bildauflösung, die erstmals ermöglichte, die Mammasonographie zur
Frühdiagnostik von Mammacarcinomen einzusetzen.
Mittlerweile werden Schallköpfe verwendet, die im 7,5-MHz-Bereich
arbeiten und in einer Eindringtiefe von 5 cm noch gut zu fokussieren
sind.
Wählt man einen höheren Frequenzbereich von 10 MHz so sind zwar
sogar Mikrokalkkorrelate nachweisbar, jedoch auf Kosten der
Eindringtiefe, die in diesem Frequenzbereich deutlich reduziert ist [37].
Der Nachweis von Mikrokalkherden bleibt somit weiterhin Domäne der
Mammographie.
Die ersten Berichte über frequenzabhängige Absorption von Ultraschall
in menschlichem Gewebe erfolgten 1939 [9].
In den 50er Jahren begannen in den USA Wild und Reich mit
Ultraschalluntersuchungen mit dem A-Mode an der weiblichen
9
Einleitung
Brustdrüse, eine noch eindimensionale Darstellung von
Ultraschallreflektionen im Gewebe.
1969 gelang es dann KRATCHOWIL und KAISER unter Benutzung
eines Compound-B-Mode-Scanners im Schallfrequenzbereich zwischen
1,5- und 6-MHz-Brusttumore darzustellen [25].
In dem B-Mode = Brightness modulation erfolgt erstmals eine
zweidimensionale Bildgebung, wobei den einzelnen Echoamplituden im
A-Mode bestimmte Helligkeitswerte bzw. Graustufen zugeordnet
werden und so das uns heute bekannte Ultraschallbild entsteht.
Untersuchungen über Ultraschallkriterien in der Differentialdiagnose
von Mammatumoren wurden ab 1986 von HACKELÖER und
Mitarbeitern und W. LEUCHT und J. TEUBNER [60] durchgeführt.
Auf dem Gebiet der Ultraschalldiagnostik sind durch höhere
Rechnerleistungen, feinere Elektronik und höhere Integrationsdichte
wesentliche technische Fortschritte erzielt worden.
Einflüsse hat dies bei den Ultraschallsystemen neuerer Bauart auf:
1.
Die Verfahren der empfangsseitigen Ultraschallakquisition
2.
Verfahren mit spezieller Signalgenerierung (Sendeverfahren wie
Kodierungen)
3.
Die weitere Verarbeitung vollständiger Ultraschallbilder zu
kombinierten Bildern (Panorama-, 3D-, Compound-Bilder)
10
Einleitung
4.
Miniaturisierung der Elektronik
5.
Automatisierte Optimierung des Gesamtsystems
6.
Spezialverfahren zur Kontrastmittelbildgebung
7.
Neue Technologien bei der Schallkopfentwicklung und -fertigung.
Voraussetzung zur Verbesserung der Datenakquisition sind digitale
Algorithmen zur Datenerfassung und Bildgenerierung.
Das Ultraschallecho soll möglichst originalgetreu erfasst werden, um
eine optimale Fokussierung und Kontrastauflösung zu erhalten [17].
Bei der konventionellen Technik ist die Abtastrate des Echosignals selbst
bei hochfrequenten Schallköpfen bei weitem nicht ausreichend, um das
Signal präzise zu erfassen. Durch Precision-Upsampling wird mit
komplexen Rekonstruktionsalgorithmen die ursprüngliche
Echosignalform in der zeitlichen wie auch der amplitudenmäßigen
Dimension in Echtzeit errechnet, d.h. der nicht erfasste Kurvenverlauf
zwischen zwei Abtastpunkten wird rechnerisch rekonstruiert.
Es gelingt so, eine wesentlich präzisere, digitale Kopie des tatsächlichen
Echos zu erstellen, die für die weitere Signalverarbeitung zur Verfügung
steht. Hierdurch wird eine höhere Detailauflösung bei besserem Kontrast
des Ultraschallbildes erreicht.
MISA - Beamformation steht für Maximum Information Signal
Acquisition.
11
Einleitung
Es werden jedem Arrayelement im Schallkopf ein eigener AnalogDigital-Konverter mit hoher Abtastrate und mehrere parallele digitale
Signalverarbeitungskanäle zugeordnet.
Hieraus ergibt sich eine höhere diagnostische Sicherheit, da das
Maximum der verfügbaren Informationen gleichzeitig verarbeitet wird.
Die Tissue- Harmonic- Imaging Technik basiert auf dem Umstand, daß
die das Gewebe durchlaufende Schallwelle dieses wechselweise
komprimiert und entspannt. In den komprimierten Abschnitten wird
dabei das Echosignal beschleunigt und umgekehrt. Auf diese Weise
entstehen neben den "fundamentalen" Echosignalen sog. "harmonische"
Signale, die gewissermaßen im Gewebe durch die Beschallung selbst
generiert werden. Da die Gewebestrukturen sich bezüglich des
Verhaltens auf Druck und Unterdruck stärker unterscheiden als
bezüglich der akustischen Impedanz, die der konventionellen
Bildgebung zugrunde liegt, gelingen somit wesentlich kontrastreichere
Darstellungen, vor allem auch bei schwierig zu schallenden Patienten.
Die Phaseninversionstechnik unterstützt das THI. Es arbeitet mit
Sendepulsen gleicher Form, die jedoch 180° gedreht sind. Werden diese
beiden Zeileninformationen addiert, So heben sich aufgrund der
Phaseninversion unveränderte Echoanteile auf, Echoveränderungen aber
addieren sich.
Ein weiteres neues Verfahren der Signalverarbeitung ist die
Pulskompression oder auch Chirp Coded Exitation genannt. Um eine
höhere Eindringtiefe zu erzielen, könnte man die Sendeleistung erhöhen,
was jedoch wegen möglicher mechanischer und thermischer Effekte in
lebenden Organismen nicht machbar ist.
12
Einleitung
Um diesem Problem zu begegnen, benutzt man Sendeimpulse gleicher
Amplitude, die zeitlich verlängert und frequenzmoduliert werden.
Durch dieses Verfahren erzielt man eine gute axiale und laterale
Detailauflösung bei höheren Eindringtiefen. Bei dieser hochfrequenten
Codierung besteht für jedes aktive Element als Sender ein
Signalgenerator, der in Zeit und Amplitude modulierbar ist.
Ein weiteres neues Verfahren in der Ultraschalldiagnostik ist die
Möglichkeit Panoramabilder zu erstellen. Durch spezielle
Bildverarbeitungsprozessoren und -algorithmen wird bei Verschiebung
des Schalkopfes quer zur Schnittebene aus den einzelnen, sich
überlappenden zweidimensionalen Bildern ein Panoramabild errechnet.
Die hohe Bildverarbeitungskapazität kann auch zur 3D-Bildgebung
herangezogen werden. Hierzu ist der Schalkopf quer zur Scanebene zu
bewegen. das erhaltene Volumen beinhaltet entweder nur die B-Bildoder auch die Flussinformationen.
Das Volumen wird unterschiedlich präsentiert; entweder dreidimensional
transparent, mit Oberflächenberechnung oder mit frei wählbaren
Schnittebenen aus dem Volumen.
Durch hohe Rechengeschwindigkeiten wird die Darstellung
vollständiger Volumina in Sekundenbruchteilen möglich.
Wenn die Rate der dargestellten 3D - Volumina pro Sekunde hoch genug
ist, um die Bewegung des Volumens ausreichend verfolgen zu können,
wird dies 4D-Bildgebung genannt. Die vierte Dimension ist hierbei die
Zeit.
13
Einleitung
Die dreidimensionale, echoverstärkte Gefäßdarstellung könnte
physiologische und pathologische Gefäßverläufe nachweisen. So ließe
sich etwa eine Tumorneovaskularisation exakter darstellen.
1.1.2 Röntgenmammographie
Die diagnostische Methode zur Untersuchung von Brusttumoren, die als
einzige Screeninguntersuchung eingesetzt wird, ist die Mammographie.
Sie weist eine hohe Sensitivität zur Erkennung von Brusttumoren auf mit
etwa 90%, hat jedoch eine relativ geringe Spezifität [21].
Abhängig ist die Darstellung von Brusttumoren in der Mammographie
von der Zusammensetzung des Brustgewebes. In fettreichem
Brustgewebe mit gering ausgebildetem Drüsenkörper oder bereits
involutiertem Drüsenkörper meist in der Postmenopause lassen sich
Tumore gegenüber der Umgebung besser abgrenzen als in
drüsenreichem oder bindegewebsreichem Brustgewebe. Besonders
schwierig wird die Diagnosestellung im Brustgewebe mit erhöhter
Bindegewebsvermehrung, wie dies bei den verschiedenen Mastopathien
bekannt ist.
Gut darstellbar sind Mikrokalkherde im Röntgenbild. Je nach Formation
des Mikrokalkherdes liegt diesem bis zu ca. 30% ein Mammacarcinom
oder eine präinvasive Vorstufe zugrunde. Bei mehr als 5
Mikroverkalkungen pro cm² sollte eine Probeexstirpation erfolgen.
Eine Basismammographie sollte im Alter von 35 bis 40 Jahren
durchgeführt werden. Dann sollte alle zwei Jahre eine
Kontrollmammographie erfolgen bei Beschwerden oder klinischen
14
Einleitung
Symptomen jedoch sofort. In den USA liegt das Zeitintervall bei einem
Jahr. Kürzere Zeitabstände sind insofern sinnvoll, da bei einer mittleren
Tumorverdopplungszeit von etwa 3 Monaten Carcinome in einem
früheren Stadium erkannt würden, jedoch auf Kosten einer etwas
höheren Strahlenbelastung.
1.1.3 Thermographie
Diese Untersuchungsmethode stellt Wärmeunterschiede in der Brust
graphisch dar und wurde Anfang der 70er Jahre zusätzlich neben der
Mammographie in der Brustdiagnostik eingesetzt. Der Untersuchung lag
die Erfahrung zugrunde, das Tumorgewebe stark durchblutet ist und
somit lokal ein Wärmeherd zur Umgebung abgrenzbar war.
Damals war jedoch das Auflösungsvermögen sehr gering in Bezug auf
die Lokalisation und die Temperaturdifferenz. Außerdem war die
Aufnahmefrequenz gering und Artefakte aus dem Tumorrandbereich
waren schlecht kompensiert.
Heute gibt es Thermographiesysteme mit einer Aufnahmerate von 10 Hz
bei einer Ortsauflösung von 25 mm² und einer Temperaturauflösung von
1 mK. Durch die enorme Verbesserung des Auflösungsvermögens ohne
gesundheitliche Belastung der Patientin könnte dieses Verfahren in der
Zukunft wieder mehr Bedeutung gewinnen. Die im Tumorgebiet
gebildete Wärme wird unter anderem über die Haut abgegeben in Form
von Wärmestrahlung im Infrarotbereich bei einer Wellenlänge um
10 µm.
15
Einleitung
1.1.4 Magnetresonanz-Tomographie MRT (Kernspintomographie)
Bei dieser Methode wird die Brust ohne Strahlenbelastung in einem
Magnetfeld untersucht und bildlich dargestellt. Die Untersuchung ist mit
und ohne Kontrastmittelgabe möglich und eignet sich besonders für
ergänzende Fragestellungen in speziellen Fällen, in denen die
Mammographie und die Mammasonographie nicht ausreichende
Informationen liefern. Die MRT liefert hierbei eine hohe Sensitivität mit
einer nur geringen Spezifität [46].
Beispielsweise für die Untersuchung der Brust bei liegenden Implantaten
und zur Aufdeckung von Implantatdefekten ist die MRT besonders
geeignet [11].
Auch bei strahlendichten Brüsten ist das MRT geeignet
Zusatzinformationen über auffällige Herdbefunde zu liefern. Ebenfalls
bei Verdacht auf multifokale oder multizentrische Herdbefunde kann das
MRT Hinweise liefern, die über die nachfolgende operative
Vorgehensweise entscheiden. Eine weitere Indikation ist die Kontrolle
von bereits operierten Mammae zur Aufdeckung von Rezidiven im
Narbenbereich nach Mammacarcinomen [5].
Nicht geeignet ist die MRT zum Nachweis von Mikrokalkherden. Die
einzig sichere Methode ist hierfür die Mammographie.
1.1.5 Elastographie
Bei der Elastographie handelt es sich um ein relativ neues Verfahren zur
Untersuchung von Gewebseigenschaften mittels Ultraschall.
16
Einleitung
Hierbei werden harte, wenig elastische Gewebe von weichen, elastischen
Gewebsstrukturen abgegrenzt. Die Idee für diese Art der Untersuchungs
methode ist aus der Beobachtung entstanden, dass bösartige Brusttumore
sich meist hart tasten.
Erste qualitative Untersuchungen wurden von FUJIMOTO im Jahre
1983 durchgeführt [12].
Weitere Untersuchungen zur Elastographie wurden im Jahre 1985 von
TEUBNER publiziert [60].
Hierbei wurde Verschieblichkeit und Elastizität von Tumoren als
Kriterium zur Einteilung in gut- und bösartig verwendet.
Bei allen durchgeführten Untersuchung fehlten jedoch bisher
quantitative Aussagen über die elastographischen Eigenschaften in
unterschiedlichen Geweben.
Weiterhin erfolgen bisher keine quantitativen Messungen an benignen
und malignen Tumoren.
1988 führten UENO et al. Untersuchungen zur Kompressibilität und
Verschieblichkeit von Carcinomen des Brustdrüsengewebes, Zysten und
Fibroadenomen durch [61].
Es wurde ein manueller Druck auf das zu untersuchende Gewebe
ausgeübt. Der Grad der Kompressibilität wurde in drei Stufen unterteilt:
unkomprimierbar, mittelgradig komprimierbar und leicht deformierbar.
17
Einleitung
Hierbei ergab sich, daß ein großer Anteil der Carcinome nicht
komprimierbar war, nämlich 86%. Keines der Carcinome wurde unter
leicht deformierbar eingeordnet. Wohingegen 39% der Fibroadenome
nicht komprimierbar und 44% leicht deformierbar waren.
In der Folgezeit wurden zusätzlich Methoden angewandt, die die
Gewebselastizität mit Hilfe von Vibration zur Darstellung bringen sollte.
Durchgeführt wurden diese Versuche von OPHIR [50].
Insgesamt konnte in den durchgeführten Studien gezeigt werden, dass
Elastizität ein nützliches Kriterium darstellt zur Untersuchung von gutund bösartigen Tumoren und dass Hinweise zu deren Unterscheidung
gegeben werden.
1.1.5.1 Grundlagen der Elastographie
Die Elastographie dient zur qualitativen Darstellung der mechanischen
Dehnung des Gewebes. Die Abbildung dieses Parameters bezeichnet
man als Elastogramm. Um die Tauglichkeit dieser neuen Methode zu
prüfen, beschränkten wir uns zunächst auf die Untersuchung tastbarer
Befunde, verbunden mit der Hoffnung im weiteren Verlauf der
Entwicklung auch schwierig oder nicht zu tastende Herde quantitativ
darstellbar zu machen.
Grundlage der Elastographie ist der Umstand, dass ein hochfrequentes
Ultraschallsignal in einem komprimierten Gewebe gestaucht wird. Aus
dem Ausmaß der Stauchung des Signals im Verhältnis zum Signal des
nicht komprimierten Gewebes kann das Ausmaß der Dehnung der
18
Einleitung
Gewebsanteile errechnet werden. Hierbei lässt sich allerdings nur die
relative Dehnung der Gewebsanteile zueinander darstellen. Die absolute
Kraft an einem bestimmten Ort kann durch die Komplexität des
Brustgewebes und der damit übergroßen Zahl der einflußnehmenden
Faktoren nicht ermittelt werden. Zu deren Quantifizierung reicht es also
keineswegs aus, die von außen wirkende Kraft zu kennen.
Das Elastizitätsmodul eines Gewebes kann allerdings nur zuverlässig
berechnet werden, wenn neben der Dehnung auch die herrschende
mechanische Spannung, also die resultierende Kraft pro
Gewebeabschnitt bekannt ist. Diese jedoch ist wie ausgeführt in einem
inhomogenen Gewebe wie der Brust nicht ortsabhängig meßbar und muß
daher mathematisch angenähert werden. Da somit als quantitativer
Parameter nur die Dehnung verfügbar ist, bleibt der Ansatz ein
semiquantitativer.
Diese semiquantitative Darstellung wurde erstmals von OPHIR et al.
1991 [51] durchgeführt und im weiteren Verlauf von PESAVENTO et
al. 2000 [52] zur Echtzeit-Elastographie weiterentwickelt.
1.1.5.2 Voraussetzungen
Für die Untersuchungen verwendeten wir ein marktübliches
Ultraschallgerät Siemens Sonoline Elegra mit einem 7.5 MHz
Transducer im konventionellen B-Bild Modus.
Bei konventionellen Ultraschalluntersuchungen steht gewöhnlich immer
nur ein Datensatz oder eine Abbildung des zu untersuchenden Gewebes
zur Verfügung. Aussagen über elastische Eigenschaften können aber nur
gemacht werden, wenn die Reaktion eines Gewebes auf eine
19
Einleitung
Kompression im Vergleich zum Ausgangszustand dargestellt wird. Es
sind also je zu untersuchendem Abschnitt mindestens zwei
Darstellungen erforderlich.
Zur Standardisierung des Verfahrens wird die Brust bei der
Elastographie wie bei der konventionellen Mammographie zwischen
zwei Platten fixiert. Dies bietet zum einen den Vorteil, daß durch die
fixierte Brust Bewegungsartefakte vermieden werden. Zum anderen
ermöglicht die Verwendung eines unteren metallischen Reflektors die
Berechnung von akustischen Parametern wie der Schallgeschwindigkeit
und der Dämpfung.
Durch die Verwendung eines über Schrittmotoren gesteuerten
Applikators kann zudem die ausgeübte Kompression konstant gehalten
und deren axiale Richtung zur Brustoberfläche garantiert werden.
Die mäanderförmige Abtastung mit einem automatisch gesteuerten
Applikator zeigte allerdings in der Klinik einige Unzulänglichkeiten. Ein
Hauptproblem dieser Methode liegt in Ihrer mangelnden
Geschwindigkeit. So dauerte die Abtastung eines lediglich 8 cm langen
Abschnitts in 2 mm-Schritten bereits annähernd 10 min. Desweiteren
bedingte die Zwischenspeicherung der zahlreichen B-Bild Daten im
Bildschirmspeicher des Elegra, daß für die Dauer der Untersuchung kein
aktuelles B-Bild zur Verfügung stand. Hierdurch wurde die optimale
Einstellung der Brust unter der Kompressionsplatte erschwert und es
kam durch unzureichende akustische Kopplung zu zahlreichen
unerwünschten Artefakten.
Für den klinischen Gebrauch mußte also ein Verfahren gefunden
werden, welches folgenden Ansprüchen genügt:
20
Einleitung
Einfache Handhabung
Kurze Aufnahmedauer
Laufende Kontrolle der Ankopplung durch das Vorhandensein eines
aktuellen B-Bildes.
Als neuer Ansatz empfahl sich daher die Entwicklung einer
Freihandmethode zur Messung der Dehnung.
1.1.5.3 Freihand-Elastographie
Eine Hauptfehlerquelle bei der Elastographie und Hauptursache
unzureichender Bildqualität ist die unerwünschte Erzeugung lateraler
Kräfte und Verschiebungen bei nicht genau axialem Druck. Diesem
Problem kann wirkungsvoll begegnet werden, indem im Gegensatz zum
Verfahren mit einem automatischen Applikator, wo je Messung nur zwei
Zustände aufgezeichnet werden, pro Kompression eine Vielzahl von
Aufnahmen im Zeitverlauf festgehalten wird. Auf diese Weise werden
leichte laterale Verschiebungen herausgemittelt. Für unsere
Untersuchungen wählten wir eine Bildwiederholungsrate von 11 Hz.
Hierdurch wird sichergestellt, daß selbst bei einer lateralen Verschiebung
von 1-2 mm die seitliche Abweichung zwischen zwei Datensätzen
lediglich im Bereich von wenigen Zehnteln und somit noch unterhalb
des lateralen Auflösungsvermögens des Ultraschallstrahles liegt.
1.1.5.4 Auswertung einer Serie von Datensätzen zu einem
Elastogramm
21
Einleitung
Durch die durchschnittliche Dauer des Kompressionsvorgangs bei einer
Bildwiederholung von 11 Hz ergibt sich eine Anzahl von 15-20
aufeinanderfolgenden Einzelaufnahmen je Aufnahmeort.
Da in einem Freihandverfahren der aufgewendete Druck naturgemäß
leichten Schwankungen unterworfen ist mußte ein Modus gefunden
werden, um die bildliche Darstellung zu normieren und damit
vergleichbar zu machen. Wie bereits dargestellt, ist in diesem
semiquantitativen Verfahren nicht die absolute Höhe der Spannung,
sondern deren Verhältnis zur Dehnung von belang. Es konnte daher zur
Normierung der Darstellung die relative Dehnung willkürlich festgesetzt
werden. Da wir im Allgemeinen eine Kompression von 2-4 mm,
aufgeteilt auf 15-20 Einzelaufnahmen, auf einen Gewebsabschnitt von
40 mm Tiefe ausübten, entschieden wir uns die Dehnung zwischen zwei
Teilbildern auf 1% zu setzen. Zusätzlich bedurften die Elastogramme am
Umkehrpunkt der Kompressionsbewegung besonderer Kontrolle, da hier
die entstehende Dehnung oftmals gegen Null geht und die Aufnahmen
somit herauszufiltern sind.
Ein weiterer Störfaktor in der Auswertung einer Serie zu einem
Elastogramm ergibt sich aus der unterschiedlichen Qualität der
Einzelbilder. Bei der Untersuchung mit Hilfe von Kompressionsplatten
und einem automatischen Applikator wird das Gewebe relativ
gleichmäßig in axialer Richtung verschoben. Bei der Verwendung eines
Freihandapplikators gibt es natürlicherweise ungewollte Verschiebungen
in lateraler Richtung und Verkippungen der Bildebene. Diese
Fehlerquellen führen zu einem unruhigen Aussehen der Teilbilder und
werden auch als
elastographisches Rauschen bezeichnet.
22
Einleitung
Zur Erreichung brauchbarer Elastogramme ist daher eine Prüfung der
Güte der Teilbilder vonnöten, um untaugliche Verschiebebilder aus der
Berechnung des Gesamtbildes herauszunehmen.
Als Gütekriterium bietet sich die Überprüfung der Korrelation der
Zeitverschiebung an, die auf eine Übereinstimmung von mind. 85%
festgesetzt wurde. Teilbilder mit schlechterer Korrelation wurden von
der Berechnung des Gesamtelastogramms ausgeschlossen.
Die Auswertung einer Serie ergibt sich also wie folgt:
1.
Aus den Daten zweier aufeinanderfolgender Ultraschallbilder wird
die zeitliche Verschiebung und damit der Korrelationskoeffizient
berechnet
2.
Bearbeitung der Teilbilder
Ausschluß aller Aufnahmen bei Korrelation niedriger als 85%
Bei verbleibenden Aufnahmen Dehnung berechnen
Normierung der Dehnung auf 1%
Je ein Dehnungsbild für zwei Datensätze
3. Mittelung der Teilbilder zu einem Elastogramm
1.1.5.5 Beurteilung der Elastogramme
Durch die beschriebene Überlagerung ist es möglich, die Elastizität eines
Gewebes durch den Vergleich des entsprechenden Elastogramms mit
dem korrespondierenden konventionellen B-Bild zu beurteilen.
Prinzipiell ist in der Sonographie eine Grauwert-skalierte Darstellung
des B-Bildes üblich. Da in der Elastographie weniger detaillierte
23
Einleitung
Strukturen, als vielmehr eine qualitative Beurteilung von Grenzflächen
im Vordergrund steht, erweist sich eine gröbere Grauwertskalierung oder
auch eine farbliche Darstellung als günstig. Wir entschieden uns für eine
farbige Darstellung, in der härteren und somit potentiell malignen
Gewebeabschnitten die Farbe rot zugewiesen wurde.
24
Methodik
2 Methodik
2.1 Untersuchungsort
Die Untersuchungen wurden an der Universitätsfrauenklinik, Prof.
Jensen, und der Universitätsklinik für Radiologie, Prof. Heuser,
Bochum-Langendreer durchgeführt in Zusammenarbeit mit dem Institut
für Hochfrequenztechnik der Ruhr-Universität Bochum, Prof. Ermert,
und in Kooperation mit Herrn K. Hiltawsky.
2.2 Geräte
Die B-Bild-Untersuchungen und die Dopplerflussmessungen in den
Gefäßen wurden mit dem HDI-3000-Ultraschallgerät von ATL
durchgeführt. Hierbei wurde ein 7,5-MHz-Linearschallkopf verwendet.
Die Elastographien wurden mit dem Ultraschallgerät von Siemens
Sonoline Elegra durchgeführt, mit einem 7,5-MHz-Linearschallkopf mit
40 mm breitem Array und 192 Einzelelementen. Das B-Bild wurde
zunächst auf der Festplatte gespeichert und dann auf einen Rechner
übertragen und weiterverarbeitet.
2.3 Zusammenfassende Darstellung der Elastographie
Die zur körperlichen Untersuchung des Patienten gehörende
Tastuntersuchung, in diesem Fall die Tastuntersuchung der Brust, sollte
objektiviert werden und mittels eines diagnostischen Verfahrens
graphisch dargestellt werden. Immer noch ist es so, dass ungefähr 70%
der Mammatumore durch Selbstuntersuchung festgestellt werden.
25
Methodik
Die Methode, elastische Gewebeeigenschaften quantitativ mit Hilfe von
Ultraschallwellen zu untersuchen, wird im folgenden Kapitel
beschrieben und als Elastographie bezeichnet. Es handelt sich hierbei um
ein neu entwickeltes Verfahren, das bisher noch nicht für die klinische
Untersuchung zur Verfügung steht, sondern zunächst in Studien getestet
werden muss. Danach erst wird sich zeigen, ob es in Zukunft Relevanz
für die Brustkrebsdiagnostik bekommt [27, 43].
2.3.1 Theoretische Grundlagen zur Elastographie
Das Brustgewebe setzt sich aus Gewebsbestandteilen mit
unterschiedlichen Härtestufen bzw. unterschiedlicher Elastizität
zusammen. Beispielsweise ist Fettgewebe sehr weich und damit
elastisch.
Das Brustdrüsenkörpergewebe hingegen ist härter und somit weniger
elastisch. Besonders hart stellen sich solide Tumore dar, die somit eine
sehr geringe Elastizität aufweisen. Diese mechanischen Eigenschaften
des unterschiedlich elastisch zusammengesetzten Brustgewebes sollen
durch Ultraschallwellenreflektionen überprüft werden [10]. Zunächst
werden hochfrequente Ultraschallwellen auf das nicht komprimierte
Brustgewebe gesendet und im Gewebe an verschiedenen
Gewebsstrukturen reflektiert. Anschließend wird manuell eine
Kompression durch den Ultraschallkopf auf das Brustgewebe ausgeübt
und wiederum die nun resultierende Reflexion von Ultraschallwellen
dargestellt. Durch die Kompression ergeben sich unterschiedliche
Abstände der jeweiligen Gewebsstrukturen im Verhältnis zum
Ultraschallkopf, und daraus entsteht eine unterschiedliche Stauchung des
hochfrequenten Ultraschallsignals.
26
Methodik
Aus diesen Unterschieden im Ultraschallsignal kann man, wenn man den
Vergleich zu dem Elastizitätsmodell aus der Mechanik in der Physik
zieht, die Federkonstanten in diesem Fall die unterschiedlichen
Gewebsstrukturhärten relativ zueinander berechnen [58]. Hierbei kann
jedoch nur das Verhältnis angegeben werden und keine absoluten Werte.
Denn zur Berechnung der absoluten Werte fehlt die Bestimmung der
Kraft, die auf die einzelnen Federn wirkt.
2.4 Durchführung der B-Bild-Sonographie mit Beurteilung
Die Untersuchung der Patientin geschieht in Rückenlage mit über dem
Kopf angewinkelten Armen, um eine möglichst große Abflachung der
Brust zu gewährleisten und um die Untersuchungen besser reproduzieren
zu können, da bei konstanter Körperlage eine bessere topographische
Zuordnung der Tumore zu den Quadranten möglich ist.
Mittels eines des Untersuchungsbogens 1 (Anlage 1)werden die
erhobenen Befunde dokumentiert.
Falls ein Herdbefund vorliegt, wird dieser lokalisiert und einem oder
mehreren Quadranten der Brust zugeordnet und in zwei aufeinander
senkrecht stehenden Ebenen vermessen.
Zur Festlegung der Verdachtsdiagnose, ob es sich um ein Malignom
handelt oder um einen benignen Tumor, werden folgende vier Kriterien
herangezogen [24]:
Randkontur
Retrotumoröses Schallverhalten
27
Methodik
Echostruktur der Herdbefunde
Lymphknotenbefall
Die Zuordnung der Befunde zu einem eher malignen oder eher benignen
Geschehen erfolgte nach folgender Tabelle:
Tab. 1. Kriterien zur sonographischen Beurteilung von Brusttumoren im B-Bild
Verfahren hinsichtlich ihrer Gut- bzw. Bösartigkeit.
Randkontur
maligne
benigne
unscharf gezackt
unscharf, glatt
scharf, gezackt
scharf und glatt
retrotumoröses
Zentralschatten
Schallverhalten
Echostruktur
zentrale
Schallverstärkung
unilaterales
bilaterales
Schattenphänomen
Schattenphänomen
unveränderte Echos
unveränderte Echos
inhomogen
homogen
keine Echos
Lymphknoten
vergrößert, verklumpt
Lymphknotenhilus und
Randsaum noch gut
echoarm
abgrenzbar
(unspezifisch reaktive
Veränderungen)
28
Methodik
Zur Beurteilung des B-Bildes wurde der Untersuchungsbogen 2 (Anlage
2) verwendet.
Für die Farbdopplermethode sind bislang noch keine einheitlichen
diagnostischen Kriterien oder Untersuchungsstandards definiert worden
[34]. Jedem Befund wurde eine Verdachtsdiagnose zugeordnet. Die
Befunde wurden mittels eines Thermoprinters bildlich dargestellt. und in
dem Untersuchungsbogen wurden die Größe und Lage des Tumors
dokumentiert.
Zur Durchführung der Dopplerflussmessung wurde der Tumor daraufhin
untersucht, ob im Tumor oder direkt am Tumorrand arterielle Gefäße
darstellbar sind, jeweils in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen.
Die darstellbaren Gefäße wurden ausgezählt und eine Blutflussmessung
erfolgte mittels des Dopplers unter Darstellung einer Dopplerkurve in cm
zum zeitlichen Verlauf. Jeweils berechnet wurde die maximale
Geschwindigkeit in der Systole = V max. s und die geringste
Geschwindigkeit in der Diastole = V max. diast.
Hieraus berechnet wurde der Resistance Index RI:
RI = A −
B
A
[A = Höhe der Systole, B = Höhe der Enddiastole]
Nach Untersuchungen von MADJAR findet sich in Malignomen ein
höherer RI als in benignen Tumoren [35, 39].
Die Messung des Blutflußprofils in den arteriellen Tumorgefäßen und
die Summation der RI sowie Division durch die Anzahl der Gefäße gibt
Aufschluß über die Dignität des Tumors [36].
29
Methodik
Mögliche Fehler, die bei der Messung auftreten können sind, daß nicht
alle Gefäße in und um den Tumor erfaßt werden, da das arterielle Gefäß
zu klein ist oder eine zu langsame Strömungsgeschwindigkeit hat oder
bei einem nicht korrekt eingestellten Winkel zwischen der
Ultraschallwelle und der Gefäßflußrichtung Fehler auftreten könnten.
Weiterhin könnte es sein, daß ein Gefäß mehrfach gemessen wird, da der
räumliche Gefäßverlauf im B-Bild nicht darstellbar ist und das Gefäß in
einer Ebene z. B. zweimal angeschnitten wird.
Normale Gefäße, die zufällig am Tumorrand entlang laufen und nicht
durch Neoangiogenese entstanden sind, werden in die Messung mit
eingehen und können nicht als solche erkannt werden.
In der Literatur liegen auch kontroverse Aussagen zur
Gefäßdoppleruntersuchung bei Malignomen vor. In den Untersuchungen
von SOHN, STOLZ und BASTERT ergab sich, daß in Malignomen ein
niedriger RI vorliegt [57].
Um die Untersuchungstechnik unabhängiger vom Untersucher zu
gestalten, wird eine neue Methode entwickelt, die als Color Velocity
Map bezeichnet wird [41].
Hierbei werden die einzelnen Farbpixel im B-Bild computergestützt
summiert. Ein Programm zur klinischen Anwendung war zum Zeitpunkt
der durchgeführten Untersuchungen dieser Arbeit noch nicht verfügbar.
30
Methodik
2.5 Messungen der Ultraschallreflektionen vor und nach
Kompression der Brust zwischen zwei Platten
Der zweite Teil der Untersuchung bestand darin, im Anschluß an die
sonographische B-Bild-Untersuchung und die Dopplerflußuntersuchung
eine elastographische Untersuchung des Herdbefundes durchzuführen.
Ähnlich wie bei der Mammographie wurde zunächst versucht,
die Brust zwischen zwei Platten zu komprimieren.
Zunächst wurde versucht, die gesamte Brust mit einem 7,5-MHzSchallkopf systematisch durch zu untersuchen. Hierbei wird die Brust in
craniocaudaler Richtung zwischen zwei Platten komprimiert, ähnlich wie
bei der Mammographie. Vorteilhaft dabei ist, daß die Brust fixiert ist und
keine Bewegungsartefakte entstehen, eine dreidimensionale Erfassung
möglich ist und die Bewegung des Ultraschallkopfes vom Untersucher
unabhängig ist.
Die untere Platte wirkt als metallischer Reflektor, und die obere Platte
besteht aus Polyethylen, das als Material nur eine sehr geringe eigene
Schalldämpfung aufweist. Zwischen den jeweiligen Grenzflächen wird
Ultraschallgel zur Ankopplung verwendet. Die Bewegung der Platten
und des Ultraschallkopfes geschieht durch einen Elektromotor, so daß
exakt definierte Untersuchungsschritte mit Kompressionsschritten von
200 µm durchgeführt werden können [19].
Vorteil des Kompressionsgerätes ist, dass die Druckausübung auf das
Brustdrüsengewebe unabhängig vom Untersucher ist und eine definierte
Kompressionsstufe eingestellt werden kann [18, 53].
31
Methodik
Durch diesen Geräteaufbau ist es zwar möglich, die Brust gut zu
fixieren, jedoch werden hierbei nicht alle Brustgewebsbereiche erfasst.
Nicht erfasst werden Tumore, die im Brustrandbereich liegen oder
relativ weit axillär gelegen sind und Tumore, die direkt retromamillär
liegen.
Die Erfahrungen in der klinischen Erprobung dieses Verfahrens haben
jedoch gezeigt, daß mit dieser Methode nicht jeder Mammatumor
einstellbar ist.
Tumore, die am Brustrandansatz oder sehr weit lateral liegen, werden
nicht erfaßt.
Je nach Form der Brust gelingt nicht immer eine Ankopplung der Platten
mit der gesamten Haut der Brust, so daß Regionen bei der Untersuchung
nicht darstellbar sind. Weiterhin ist nicht gleichzeitig mit dem Gerät eine
B-Bild-Untersuchung möglich [20].
Die Untersuchungszeit ist zu lang. Das Durchscannen von 8-cm- in
2 mm-Schritten in lateraler Richtung in zwei Kompressionsstufen beträgt
10 Minuten.
Um diese Nachteile zu verbessern, wurde für die weitere klinische
Untersuchung eine Freihand-Elastographie-Methode entwickelt.
Hierbei wird der Schallkopf über dem bereits durch Palpation und
Ultraschall-Untersuchung mit B-Bild bekanntem Tumor von
Untersucherhand gebracht. Es wird in axialer Richtung eine minimale
Kompression ausgeübt, und es werden Bilddaten vor und unter
Kompression gewonnen. Diese Daten werden auf einen Rechner
32
Methodik
übertragen und die ermittelten Härtestufen im Gewebe werden durch
Farbpixel codiert dargestellt. Hierzu wurde eine Farbskala entworfen zur
Darstellung der mechanischen Dehnung in ‰, wobei sehr harte
Gewebsareale rot, weniger harte gelb und sehr weiche Areale bzw.
Gewebe mit großer Dehnung blau erscheinen, mit den der Gewebshärte
entsprechenden Zwischenstufen und Farbabstufungen.
Das Prinzip der Elastographie basiert darauf, daß Ultraschallwellen im
unkomprimierten Gewebe anders reflektiert werden als im
komprimierten Gewebe. Je weniger sich das Gewebe komprimieren läßt,
weil sich zum Beispiel ein derber Knoten im Gewebe befindet, umso
geringer sind die Veränderungen der reflektierten Ultraschallwellen in
diesem harten Gewebe [1, 49].
Für die Untersuchung eines Gewebsareals wurden Serien von
elastographischen Bildern angefertigt, aus denen dann die mittlere
mechanische Dehnung berechnet und in einer 1-‰-Skala angegeben
wurde. Aus den Mittelwerten wurde dann eine einzige graphische
Darstellung errechnet, die dem Elastogramm entspricht (Abb. 1).
Abb. 1. Links: B-Bild eines Brusttumors (Pfeile zeigen den Tumor an); rechts:
elastographisches Bild des selbigen Tumors.
33
Methodik
2.5.1 Phantommessungen:
Bevor die Untersuchungen und Messungen an Patientinnen erfolgten,
wurden zunächst Messungen an Agar- und CIRS-Phantomen
durchgeführt, die Einschlusskörper enthielten.
Die Messungen wurden mit einem 7,5-MHz-Linearschallkopf
durchgeführt und die Kompression erfolgte um 200 µm.
In den aus den Messungen entstandenen Elastogrammen konnte gezeigt
werden, daß die in das Phantom eingebrachten härteren Einschlüsse sich
graphisch darstellen als Flächen mit geringerer Elastizität [51].
Da bei der Methode mittels der Kompressionsplatten eine relativ lange
Untersuchungszeit nötig war und nicht alle Brustgewebsareale erfaßt
werden konnten, wurde die Freihand-Methode entwickelt [20].
Die Vorteile der Freihand-Methode bestanden darin, daß sämtliche
Brustgewebsareale erfaßt werden konnten, eine gute Ankopplung
zwischen Ultraschallkopf, Gel und Haut unter B-Bild-Kontrolle möglich
war und somit Ankopplungsartefakte vermieden werden konnten.
Außerdem konnte eine kürzere Untersuchungszeit erreicht werden.
Da die Freihandelastographie untersucherabhängig ist und durch
ungleichmäßige Kompression bzw. Kompression in nicht exakt axialer
Richtung Fehler auftreten können, wurden Serien von
Kompressionsstufen durchgeführt. Hierdurch konnte die Qualität der
Elastogramme deutlich verbessert werden [23].
34
Methodik
2.5.2 Auswertung einer Serie von Datensätzen zu einem Elastogramm
Hierbei wird eine Serie von 20 Datensätzen aufgenommen und jeweils
die zeitliche Verschiebung von zwei benachbarten Datensätzen
berechnet.
Bei der Freihanduntersuchung treten hierbei Fehler durch Verschiebung
in lateraler Richtung auf, die als elastographisches Rauschen bezeichnet
werden [7].
Um den Einfluss der Fehler durch die Freihanduntersuchung möglichst
gering zu halten, wird die mechanische Dehnung nur für Bilddaten
berechnet, bei denen die Korrelationsfunktion aus der Berechnung der
Zeitverschiebung größer als 0,85 ist.
Die normierten Dehnungsbilder einer Serie werden gemittelt, so daß
hieraus ein einziges Dehnungsbild resultiert. Dieses Elastogramm wird
zur Auswertung der untersuchten klinischen Fälle verwendet. Es ist
dabei eine Auswertung des Elastogramms in Gegenüberstellung mit dem
herkömmlichen B-Bild der Sonographie möglich in Bezug auf die
qualitative und quantitative Darstellung.
Für die qualitative Darstellung wird in der Elastographie zur Abbildung
der unterschiedlichen Härtestufen im Gewebe eine Farbskala verwendet
und in der Sonographie zur B-Bild-Darstellung eine GrauwertSkalierung.
Im Prinzip sind beide Darstellungsweisen für jedes
Untersuchungsverfahren möglich und austauschbar. Entscheidend ist,
35
Methodik
daß sie optisch eine gute und übersichtliche Auswertungsmöglichkeit für
den sie betrachtenden Untersucher bieten.
Eine quantitative Darstellung im Elastogramm kann ebenfalls erfolgen,
indem mittlere Dehnungswerte für bestimmte Regionen innerhalb eines
Herdbefundes und außerhalb dieses Herdbefundes ermittelt werden.
Die Einstellung des Herdbefundes erfolgt zuvor durch die
sonographische B-Bild-Darstellung. Im nachfolgenden Hauptteil wird
die Auswertung dieser Messungen vorgestellt.
2.6 Patientenkollektiv
Es wurden insgesamt 53 Mammatumore bei 48 Patientinnen untersucht,
bei denen bereits ein Mammatumor durch Palpation,
Ultraschalluntersuchung oder Mammographie festgestellt wurde.
Untersucht wurden ausschließlich Patientinnen, die wegen eines
Brusttumors in die Universitätsfrauenklinik des
Knappschaftskrankenhauses Bochum-Langendreer eingewiesen wurden.
Der Tumor war zuvor entweder durch Selbstuntersuchung der
Patientinnen, durch palpatorische Untersuchung bei den
Vorsorgeuntersuchungen durch den Arzt, durch Mammographie oder
durch eine Ultraschalluntersuchung festgestellt worden.
2.6.1 Altersverteilung der Patientinnen
Es wurden somit insgesamt 35 Tumore bei 33 Patientinnen untersucht.
36
Methodik
Da zwei untersuchte Patientinnen jeweils zwei Tumore mit
unterschiedlicher Lokalisation aufwiesen, gingen die Untersuchungen
der Tumore jeweils getrennt in die Untersuchungsergebnisse ein.
Das Durchschnittsalter insgesamt betrug 54,2 Jahre. Das
Durchschnittsalter der 15 Patientinnen, bei denen ein Malignom bestand,
betrug 55,6 Jahre, wohingegen das Durchschnittsalter der 18
Patientinnen mit gutartigen Tumoren etwas jünger war und bei 52,8
Jahren lag.
2.6.2 Anamnese
Vor Durchführung der Messungen erfolgte die Erhebung von
anamnestischen Daten anhand eines Anamnesebogens. (Abb. 2)
Bei der Anamneseerhebung war wichtig, wesentliche Einflussgrößen,
unter denen sich die Blutflussmesswerte ändern, zu erfassen. Hierbei
handelte es sich um Hormoneinnahme, Blutdruck, Puls.
Da bei keiner der untersuchten Patienten eine Schwangerschaft bestand,
entfiel diese als Einflussgröße.
Nicht erfaßt wurde der Zyklustag. In den unmittelbar prämenstruellen
Tagen ändert sich die Durchblutung der Brust. Sowohl die
Blutflußgeschwindigkeit als auch das Blutflußvolumen ist zu dem
Zeitpunkt in den Arterien erhöht [42]. Die Abhängigkeit der
Blutversorgung der Brust vom Menopausenstatus soll lt. CH. SOHN
nicht signifikant sein [40, 56].
37
Methodik
2.7 Untersuchung der Patienten
Bei 40 Mammatumoren wurde eine B-Bild-Untersuchung mit Ultraschall
durchgeführt, und in 15 dieser Fälle war eine Dopplerflussmessung im
Tumorbereich möglich. 5 elastographische Befunde wurden von der
Auswertung ausgeschlossen, da sie die Qualitätskriterien nicht erfüllten.
Hierbei handelte es sich um Elastogramme, für die in einem bestimmten
Areal keine Dehnungswerte berechnet werden konnten. Ursächlich
bedingt war dies dadurch, daß in einem echoarmen B-Bild wegen der
resultierenden kleinen Signalamplitude die mechanische Verschiebung
nicht berechnet werden kann (beschrieben in Kap. 2.4 Seite 58) [20].
Insgesamt blieben 35 Fälle übrig, bei denen sowohl ein Elastogramm,
ein B-Bild und in 15 Fällen davon auch eine Dopplerflussmessung
durchgeführt werden konnte.
38
Ergebnisse
3 Ergebnisse
3.1 Teil A: Auswertung der B-Bilder und Dopplerfluß-messungen
Insgesamt konnten 35 Fälle ausgewertet werden, bei denen sowohl ein
Elastogramm als auch eine B-Bild-Untersuchung mit Ultraschall vorlag.
In 15 von diesen Fällen war unmittelbar im Tumorgebiet eine
Dopplerflußmessung möglich. In den verbliebenen 20 Fällen waren
meßtechnisch keine Dopplerflußraten darstellbar.
Alle Tumore wurden unmittelbar nach der durchgeführten Diagnostik
am nächstfolgenden Tag, spätestens innerhalb von 3 Tagen operativ
entfernt und histologisch untersucht. Es handelte sich hierbei nur um
solide Tumore nicht um Zysten.
Auffällig war hierbei, daß in malignen Tumoren überdurchschnittlich
häufig ein Dopplerfluß nachweisbar war. In 68,75% der Malignome und
in 21,05% der benignen Tumore ließ sich ein Dopplerfluß darstellen. Die
Dopplerflussrate ist somit ein zusätzliches Kriterium, ob bei einem
Tumor eher die Verdachtsdiagnose gut oder bösartig gestellt wird [29,
33, 38]. Sie entscheidet aber im allgemeinen nicht darüber, ob der Tumor
entfernt wird oder nicht. Jeder solide Tumor sollte entfernt werden.
Die Dopplerflussmessung kann jedoch in speziellen Fragestellungen,
nämlich bei den Nachsorgeuntersuchungen nach Brustkrebsoperationen,
hilfreich sein. Wenn der Substanzdefekt in der Brust durch
Narbengewebe ersetzt ist, kann sich dieser Befund im Ultraschallbild
ähnlich darstellen wie ein Carcinom, da es sich um sehr dichtes Gewebe
handelt, in dem die Ultraschallwellen stark reflektiert werden und das
39
Ergebnisse
dann meist einen ausgeprägten retrotumorösen Schatten ergibt, der sonst
auch für Carcinome typisch ist.
Das Narbengewebe weist normalerweise keine ausgeprägte
Durchblutung auf. Wenn sich nun im Bereich der Narbe ein
Carcinomrezidiv bildet, so könnte die auftretende Neoangiogenese ab
einer bestimmten Größe der Gefäßdurchmesser mittels der
Dopplerflussanalyse diagnostiziert werden [2, 47].
Nachfolgend ist eine Tabelle aufgeführt, in der die Tumore vom
Untersucher als gut- oder bösartig eingestuft wurden.
Tab. 2. Untersucherabhängige Verdachtsdiagnose aufgrund der B-Bild
Untersuchungen und Dopplerflußmessungen des Herdbefundes.
Gesamtzahl
der Tumore
B-Bild
Verdachtsdiagnose bestätigt
maligne
benigne
16
19
15/16
15/19
93,8%
78,9%
11/16
4/19
Trefferquote
B-Bild
Verdachtsdiagnose histologisch
bestätigt
Dopplerfluss
nachweisbar
Allein durch die untersucherabhängige B-Bild-Auswertung ergab sich
ein positiver Vorhersagewert von 93,8% für maligne Tumore. Die
Trefferquote für benigne Tumore lag bei 78,9%.
40
Ergebnisse
Weiterhin wurden aufgrund des B-Bildes präoperative
Verdachtsdiagnosen festgelegt nach den UltraschallbildAuswertungskriterien, die bereits in der Methodik vorgestellt wurden.
Tab. 3. Verteilung der histologischen Ergebnisse in den untersuchten Brusttumoren
und deren Verteilung in Bezug auf einen nachweisbaren Dopplerfluß.
Anzahl der
Tumore
Dopplerfluss
insgesamt
nachweisbar (n=15)
Malignome
(n=35)
invasiv ductales CA
5
2
invasiv lobuläres CA
9
7
medulläres CA
2
2
12
4
7
0
Tumore
gutartige
Mastopathie
Grad I – II
Fibroadenom
3.2 Teil B: Auswertung der Elastogramme
Zur Auswertung der Elastogramme wurde jeweils der Dehnungswert
innerhalb und außerhalb des Tumors bestimmt. Je kleiner der
Dehnungswert war, dargestellt durch die der Farbskala entsprechenden
Rot-Töne, umso härter war der Tumor, bzw. umso geringer war seine
Dehnung.
41
Ergebnisse
Abb. 2. Links: B-Bild eines Brusttumors (Pfeile zeigen den Tumor an); rechts:
elastographisches Bild des selbigen Tumors.
3.2.1 Vergleich der Dehnungswerte aller Brustläsionen in ‰
Die Dehnungswerte innerhalb und außerhalb eines Tumors wurden
entsprechend ihrer Dignität in eine Graphik übertragen. Der Hauptteil
der Datenpunkte gutartiger Tumore befindet sich im Bereich oder
unterhalb einer Geraden parallel zur Standardgeraden, und die malignen
Tumore liegen oberhalb der Geraden.
Abb. 3. Graphische Verteilung der malignen und benignen Tumore im Verhältnis
zur eleastographisch festgestellten Dehnung im Tumor und außerhalb des
Tumors.
42
Ergebnisse
Aufgrund der Untersuchungen konnten drei Aussagen für Bewertungen
von Elastogrammen gemacht werden [20].
Die qualitative Auswertung von Elastogrammen läßt eine Zuordnung
von histologisch gesicherten Herdbefunden im B-Bild und im
Elastogramm zu.
Die quantitative Auswertung von Elastogrammen für solide Herdbefunde
sichert statistisch signifikant, daß die Dehnung innerhalb von Tumoren
geringer als außerhalb ist.
Die Dignität eines Herdbefundes kann anhand seiner Dehnungswerte
nicht vorhergesagt werden.
Ergebnis der durchgeführten elastographischen Untersuchungen ist, daß
mit dem derzeitigen Stand der Technik eine Differenzierung von
Herdbefunden in der Brust zwar quantitativ, jedoch noch nicht qualitativ
möglich ist.
Im Gegensatz hierzu ist es mittels der B-Bild-Auswertung und der
dopplersonographischen Untersuchung von Tumoren durchaus möglich,
mit einer relativ hohen Vorhersage-Wahrscheinlichkeit zwischen gutund bösartigen Tumoren zu unterscheiden [3, 16].
43
Ergebnisse
3.3 Teil C: Auswertung der statistischen Ergebnisse
Einige Erläuterungen
r=
Korrelationskoeffizient, liegt zwischen –1 und 1.
r<0=
negative Korrelation
r>0=
positive Korrelation
Zur verbalen Beschreibung der Größe des Betrags des
Korrelationskoeffizienten sind folgende Abstufungen üblich:
Tab. 4. Verbale Beschreibung des Korrelationskoeffizienten [6].
Wert
Interpretation
bis 0,2
sehr geringe Korrelation
bis 0,5
geringe Korrelation
bis 0,7
mittlere Korrelation
bis 0,9
hohe Korrelation
über 0,9
sehr hohe Korrelation
Bei intervallskalierten (und normalverteilten) Daten – wie hier
vorliegend – wird der Korrelationskoeffizient aus der Produkt-MomentKorrelation nach Pearson berechnet.
p = Signifikanz, liegt zwischen 0 und 1. Ein (Test)Ergebnis – hier die
Stärke der Korrelation, wird üblicherweise als signifikant bezeichnet,
wenn p < 0,05.
44
Ergebnisse
3.3.1 Die Diagramme
1) Mittlere Dehnung Tumor innen [‰] vs. Doppler-Fluss [cm/s]
(Abb.4 und Abb. 5)
Maligne Tumoren: Hier ist eine geringe, nicht signifikante positive
Korrelation zwischen der mittleren inneren Dehnung der Tumore und
dem gemessenen Dopplerfluß zu verzeichnen (r = 0,380; p = 0,249).
Benigne Tumoren: Im Gegensatz zu den malignen Tumoren ergab sich
bei den benignen Tumoren eine mittelstarke negative Korrelation (r = 0,582), d. h. mit zunehmender mittlerer innerer Dehnung der Tumore
wurde ein abnehmender Dopplerfluß gemessen. Dieser Zusammenhang
konnte jedoch statistisch nicht gesichert werden (p = 0,418).
Alle Tumoren: Die statistische Zusammenfassung der malignen und
benignen Tumore ergab nur eine sehr geringe Korrelation zwischen der
mittleren inneren Dehnung der Tumore und dem gemessenen
Dopplerfluß (r = -0,021). Es errechnete sich eine
Irrtumswahrscheinlichkeit von p = 0,942.
45
Ergebnisse
2,00
1,80
1,60
Doppler-Fluss [cm/s]
y = 0,3454x + 0,8265
R 2 = 0,1447
1,40
r = 0,380
1,20
1,00
0,80
r = – 0,582
0,60
Maligne Tumoren
0,40
0,20
Benigne Tumoren
y = -0,2756x + 1,0732
R2 = 0,3388
Linear (Maligne Tumoren)
Linear (Benigne Tumoren)
0,00
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
Mittlere Dehnung Tumor innen [‰]
Abb. 4. Vergleich der mittleren Dehnung innerhalb eines Herdbefundes mit der
Dopplerflußmessung in malignen bzw. benignen Tumoren.
46
Ergebnisse
2,00
Doppler-Fluss [cm/s]
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
r = – 0,021
0,80
0,60
0,40
Alle Tumoren
y = -0,0161x + 1,0048
Linear (Alle Tumoren)
2
R = 0,0004
0,20
0,00
0,000
0,500
1,000
1,500
Mittlere Dehnung Tumor innen [‰]
Abb. 5. Vergleich der mittleren Dehnung innerhalb eines Herdbefundes mit der
Dopplerflußmessung in allen Tumoren.
47
Ergebnisse
2) Mittlere Dehnung Tumor außen [‰] vs. Dopplerfluss [cm/s]
(Abb. 6 und Abb. 7)
Maligne Tumoren: Es ergab sich eine sehr geringe, nicht signifikante
negative Korrelation zwischen der mittleren äußeren Dehnung der
Tumore und dem gemessenen Dopplerfluß (r = -0,036; p = 0,917). Ein
Zusammenhang zwischen diesen beiden Parametern ist also nicht
feststellbar.
Benigne Tumoren: Im Gegensatz zu den malignen Tumoren ergab sich
bei den benignen Tumoren eine hohe positive Korrelation (R = 0,866):
Mit zunehmender mittlerer äußerer Dehnung der Tumore wurde auch ein
zunehmender Dopplerfluß gemessen. Diese hohe Korrelation war
aufgrund des kleinen Stichprobenumfangs dieser Tumorgruppe jedoch
nicht signifikant (p = 0,134). Ein tendenzieller linearer Zusammenhang
zwischen den beiden Parametern ist nicht auszuschließen und wäre
anhand einer größeren Stichprobe statistisch zu verifizieren.
Alle Tumoren: Die statistische Zusammenfassung der malignen und
benignen Tumore ergab nur eine geringe Korrelation zwischen der
mittleren äußeren Dehnung der Tumore und dem gemessen Dopplerfluß
(r = -0,240). Es errechnete sich eine Irrtumswahrscheinlichkeit von P =
0,388, von einem Zusammenhang zwischen beiden Parametern kann also
nicht die Rede sein.
48
Ergebnisse
2,00
1,80
Doppler-Fluss [cm/s]
1,60
1,40
1,20
r = – 0,036
1,00
y = -0,0611x + 1,1205
2
R = 0,0013
0,80
0,60
Maligne Tumoren
0,40
Benigne Tumoren
0,20
Linear (Maligne Tumoren)
0,00
0,000
r = – 0,866
y = -1,4449x + 2,5586
Linear (Benigne Tumoren)
0,500
1,000
2
R = 0,7503
1,500
2,000
Mittlere Dehnung Tumor aussen [‰]
Abb. 6. Vergleich der mittleren Dehnung außerhalb eines Herdbefundes mit der
Dopplerflußmessung in malignen bzw. benignen Tumoren.
49
Ergebnisse
2,00
1,80
Doppler-Fluss [cm/s]
1,60
1,40
1,20
1,00
r = – 0,240
0,80
0,60
0,40
Alle Tumoren
y = -0,4324x + 1,4889
Linear (Alle Tumoren)
2
R = 0,0577
0,20
0,00
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
Mittlere Dehnung Tumor aussen [‰]
Abb.7.
Vergleich der mittleren Dehnung außerhalb eines Herdbefundes mit der
Dopplerflußmessung in allen Tumoren.
3) ∆ Mittlere Dehnung (Tumor außen – Tumor innen [‰] vs.
Dopplerfluss [cm/s]
(Abb. 8)
Als weitere potentielle Korrelation wurde der Zusammenhang zwischen
der Differenz der mittleren äußeren und mittleren inneren Dehnung des
Tumors (∆ Mittlere Dehnung, DMD) und des Dopplerflusses untersucht.
Maligne Tumoren: Zwischen DMD und Dopplerfluß ergab sich eine
geringe, negative Korrelation (R = -0,427), bei Zunahme des DMD
nahm der Dopplerfluss ab. Ein signifikanter Zusammenhang zwischen
50
Ergebnisse
diesen beiden Parametern ist anhand der vorliegenden Daten nicht
feststellbar (p = 0,190).
Benigne Tumoren: Im Gegensatz zu den malignen Tumoren ergab sich
bei den benignen Tumoren eine geringe positive Korrelation (r = 0,332):
Mit zunehmendem DMD wurde ein zunehmender Dopplerfluß
gemessen. Diese Korrelation war jedoch nicht signifikant (p = 0,668).
2,00
Maligne Tumoren
1,80
Benigne Tumoren
y = -0,4151x + 1,2495
Doppler-Fluss [cm/s]
1,60
Linear (Maligne Tumoren)
2
R = 0,1826
Linear (Benigne Tumoren)
1,40
r = – 0,427
1,20
1,00
0,80
r = 0,332
0,60
0,40
y = 0,1553x + 0,7833
2
0,20
R = 0,1103
0,00
-0,500
0,000
0,500
1,000
1,500
Mittlere Dehnung (Tumor aussen – Tumor innen) [‰]
Abb. 8.
Differenz zwischen der mittleren Dehnung innerhalb und außerhalb eines
Herdbefundes verglichen mit der Dopplerflußmessung in malignen bzw.
benignen Tumoren.
51
Ergebnisse
4) Quotient der mittleren Dehnung (Tumor außen / Tumor innen [‰] vs.
Dopplerfluß [cm/s]
(Abb. 9)
Als weitere potentiell korrelierende Variablen wurde der Quotient von
mittlerer äußerer zu mittlerer innerer Dehnung des Tumors (QMD) und
der Dopplerfluss untersucht.
Maligne Tumoren: Zwischen QMD und Dopplerfluss ergab sich eine
geringe, positive Korrelation (R = 0,405), d. h. mit Zunahme des DMD
wurde auch ein erhöhter Dopplerfluss gemessen. Der Zusammenhang
zwischen diesen beiden Parametern ist anhand der vorliegenden Daten
nicht signifikant (p = 0,216).
Benigne Tumoren: Bei den benignen Tumoren ergab sich im Gegensatz
zu den malignen Tumoren eine geringe negative Korrelation
(r = -0,339): Mit zunehmendem DMD wurde ein abnehmender
Dopplerfluß gemessen. Auch diese Korrelation war jedoch nicht
signifikant (p = 0,661).
52
Ergebnisse
2,00
1,80
y = 0,5013x + 0,7636
2
R = 0,1644
Doppler-Fluss [cm/s]
1,60
1,40
r = 0,405
1,20
1,00
0,80
r = – 0,339
0,60
Maligne Tumoren
y = -0,1881x + 0,9716
2
R = 0,1149
0,40
Benigne Tumoren
0,20
Linear (Maligne Tumoren)
0,00
0,000
Linear (Benigne Tumoren)
0,500
1,000
1,500
2,000
Quotient der mittleren Dehnung (Tumor innen/Tumor
aussen)
Abb. 9. Quotient der mittleren Dehnung innerhalb und außerhalb eines
Herdbefundes verglichen mit der Dopplerflußmessung in malignen bzw.
benignen Tumoren.
53
Diskussion
4 Diskussion
Zu prüfen war die klinische Validierung der B-Bild- und
Dopplerflussanalyse bei Tumoren der weiblichen Brust in Relation zur
rechnergestützten sonographischen Elastographie.
Validität bedeutet, dass ein Testverfahren geeignet ist, den Sachverhalt
abbilden zu können, der gemessen werden soll.
In der Freihand-Ultraschall-Elastographie konnte dieses Kriterium nur
zum Teil erreicht werden. Selbst wenn durch die untersucherabhängige
Kompression keine 100% mechanische Dehnung in axialer Richtung zu
erreichen war, so waren die lateralen Abweichungen für die
Elastogrammqualität vernachlässigbar gering. Die Abweichung lag in
einem Bereich unter 1 mm und lag somit noch unterhalb des lateralen
Auflösungsvermögens der Ultraschallwellen [4, 22, 54, 59].
Nicht möglich war jedoch mittels Elastographie zwischen malignen und
benignen Herdbefunden zu differenzieren.
Für die B-Bild-Auswertung der Ultraschalluntersuchung ist eine
Validität durch andere Untersucher hinreichend nachgewiesen auch
anhand von Phantommessungen [26, 30, 32, 44, 45].
Bezüglich der Objektivität sind sowohl die B-Bild-Untersuchungen und
-Auswertungen als auch die Dopplerflußmessungen und die
Freihandelastographie untersucherabhängig.
Zunächst einmal müssen die Herdbefunde bei der B-Bild-Untersuchung
vom Untersucher gefunden werden. Dann ist die Zuordnung der
54
Diskussion
Herdbefunde trotz bestehender Zuordnungskriterien
untersucherabhängig. Ebenso gilt dies für das Auffinden und die
räumliche Einstellung der Blutgefäße an Herdbefunden mit dem
Ultraschallkopf zur Darstellung der Dopplerflusskurve.
Zur Durchführung der Elastographie muß untersucherabhängig zuvor der
Herdbefund im B-Bild gefunden werden. Dann hängt die
Elastogrammqualität davon ab, wie stark die manuelle
Kompressionskraft ist, die auf das Brustgewebe übertragen wird, und
wieweit exakt eine axiale Kompression auf den Tumor ausgeübt werden
kann [8, 13, 52].
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß durch eine B-BildUltraschalluntersuchung Tumore ab einer bestimmten Größe entdeckt
werden können und anhand der beschriebenen Kriterien einem eher
gutartigen oder bösartigen Geschehen zugeordnet werden können [30].
Die Elastographie hingegen benötigt zum Auffinden dieser Tumore
zunächst die Ultraschall-B-Bild-Untersuchung und liefert dann für
bereits lokalisierte Tumore weitere Daten über deren Kompressibilität.
Nachteil ist ein zusätzlich sehr viel größerer Zeitaufwand bei der
Untersuchung und daß zum Zeitpunkt der von uns durchgeführten
Untersuchungen noch kein Real-Time-Verfahren für die Elastographie
möglich war. Inzwischen sind erste Echtzeituntersuchungen
durchgeführt worden [52].
Hierbei ist es möglich, noch während der Untersuchung Elastogramme
abzubilden und durch den Untersucher zu beurteilen.
55
Diskussion
Zusätzlich ist noch ein neues Verfahren entwickelt worden, das als
Vibrographie bezeichnet wird. Hierbei ist es möglich, daß die
untersucherabhängige manuelle Kompression durch niederfrequente
axiale Vibration ersetzt wird. Dies hat den Vorteil, daß eine nur sehr
geringe axiale Kompression nötig ist und dadurch Bewegungsartefakte
besser unterdrückt werden.
Durch die in dieser Arbeit durchgeführten elastographischen
Untersuchungen konnte quantitativ nachgewiesen werden, daß die
Dehnung innerhalb von soliden Herdbefunden statistisch signifikant
geringer ist als außerhalb. Es konnte jedoch durch die Elastogramme
keine Aussage darüber gemacht werden, ob es sich eher um einen
malignen oder um einen benignen soliden Herdbefund handelt.
Eine andere Untersuchergruppe von GARRA und Mitarbeitern [13]
haben herausgefunden, dass sich Carcinome statistisch signifikant härter
( < 0,005) darstellen als Fibroadenome im Elastogramm. Außerdem
konnten sie nachweisen, daß die Tumore sich im
Elastogramm größer darstellten als im Sonogramm. Weiterhin konnten
Karzinome, die im Sonogramm als Schatten imponierten, im
Elastogramm als umschriebene Herdbefunde erkannt werden. Als
Schlussfolgerung kann eine Elastographie hilfreich sein, im Sonogramm
festgestellte Schattenregionen genauer zu untersuchen, und
Zusatzinformationen liefern in der Unterscheidung von gut- und
bösartigen Herdbefunden.
56
Zusammenfassung
5 Zusammenfassung
Für die Klinische Untersuchung von Patienten mit Brusttumoren oder im
Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen wird zunächst weiterhin die
Mammographie und die zusätzliche Ultraschalluntersuchung maßgeblich
sein.
Ein großer Nachteil der elastographischen Untersuchung ist der relativ
hohe Zeitaufwand bedingt durch die manuelle Untersuchungstechnik.
Zudem ist vor Durchführung der Elastographie immer eine
Ultraschalluntersuchung nötig, um nicht tastbare Tumore zu lokalisieren.
Für den Fall, daß man die Elastographie nur untersucherunabhängig mit
einem Kompressionsgerät ähnlich wie bei der Mammographie
durchführt, bleiben Tumore, die im Randbereich der Brust liegen,
ausgespart.
Denkbar wäre für die Zukunft eine technische Lösung des Problems,
wenn es möglich sein sollte, elastographische Messungen zusätzlich mit
einem Ultraschallgerät durchführen zu können, welches die
entsprechenden Programme auch für eine Echtzeitmessung enthält.
57
Literatur
6 Literatur
Literatur
[1]
Alam, S. K., Ophir, J. (1997). Reduction of signal decorrelation
from mechanical compression of tissues by temporal stretching:
applications to elastography. Ultrasound Med.Biol. 23(1), 95-105
[2]
Baz, E., Madjar, H., Reuss, C., Vetter, M., Hackeloer, B., Holz, K.
(2000). The role of enhanced Doppler ultrasound in differentiation
of benign vs. malignant scar lesion after breast surgery for
malignancy. Ultrasound Obstet.Gynecol. 15(5), 377-382
[3]
Blohmer, J. U., Chaoui, R., Schmalisch, G., Bollmann, R., Lau, H.
U. (1995). [Differential breast tumor diagnosis by comparing blood
circulation of the tumor with the contralateral breast using color
coded, pulsed Doppler ultrasound]. Geburtshilfe Frauenheilkd.
55(1), 1-6
[4]
Brusseau, E., Perrey, C., Delachartre, P., Vogt, M., Vray, D.,
Ermert, H. (2000). Axial strain imaging using a local estimation of
the scaling factor from RF ultrasound signals. Ultrason.Imaging
22(2), 95-107
[5]
Buchberger, W., DeKoekkoek-Doll, P., Obrist, P., Dunser, M.
(1997). [Value of MR tomography in inconclusive mammography
findings]. Radiologe 37(9), 702-709
[6]
Bühl, A. Zöfel, P. (1996). SPSS für Windows Version 6.1 Scientific Computing. Praxisorientierte Einführung in die moderne
DatenanalyseAddison Wesley
58
Literatur
[7]
Cespedes, I., Ophir, J. (1993). Reduction of image noise in
elastography. Ultrason.Imaging 15(2), 89-102
[8]
Cespedes, I., Ophir, J., Huang, Y. (1992). On the feasibility of
pulse-echo speed of sound estimation in small regions: simulation
studies. Ultrasound Med.Biol. 18(3), 283-291
[9]
Dussik, K. T. (1942). Über die Möglichkeit hochfrequente
mechanische Schwingungen als diagnostisches Hilfsmittel zu
verwenden. Z.f.d.ges.Neurol.u.Psychiat. 174, 143
[10] Ermert, H. (2002). The Ruhr Center of Competence for Medical
Enginnering (Kompetenzzentrum Medizintechnik Ruhr KMR,
Bochum). Biomed.Tech.(Berl) 47(Suppl 1 Pt 2), 886-889
[11] Friedrich, M. (1998). MRI of the breast: state of the art.
Eur.Radiol. 8(5), 707-725
[12] Fujimoto, Y., Kato, Y., Ohkita (1983). Elasticity of breast tumors
in ultrasonogram. Ipn.J.Med.Ultrasonics , 263-264
[13] Garra, B. S., Cespedes, E. I., Ophir, J., Spratt, S. R., Zuurbier, R.
A., Magnant, C. M., Pennanen, M. F. (1997). Elastography of
breast lesions: initial clinical results. Radiology 202(1), 79-86
[14] Georgian-Smith, D., Taylor, K. J., Madjar, H., Goldberg, B.,
Merritt, C. R., Bokobsa, J., Rubin, E., Mendelson, E. B., Fornage,
B. D., Rouse, G., Wadden, N. A., Dewbury, K. C., Cosgrove, D.
O., Schmidt, R. (2000). Sonography of palpable breast cancer.
J.Clin.Ultrasound 28(5), 211-216
[15] Gufler, H., Buitrago-Tellez, C. H., Madjar, H., Allmann, K. H.,
Uhl, M., Rohr-Reyes, A. (2000). Ultrasound demonstration of
59
Literatur
mammographically detected microcalcifications. Acta Radiol.
41(3), 217-221
[16] Harvey, C. J., Pilcher, J. M., Eckersley, R. J., Blomley, M. J.,
Cosgrove, D. O. (2002). Advances in ultrasound. Clin.Radiol.
57(3), 157-177
[17] Hetzel, G. (2003). Current developments in ultrasound technology.
Radiologe 43(10), 777-792
[18] Hiltawsky, K. M (1998). Entwurf und Realisierung eines
Verfahrens zur dreidimensionalen Gewebedifferenzierung der
weiblichen Brust mit Ultraschall. Diplomarbeit: Lehrstuhl für
Hochfrequenztechnik, Ruhr-Universität Bochum
[19] Hiltawsky, K. M., Kruger, M., Ermert, H., Heuser, L. (1998). [3dimensional ultrasound elastography of the female breast: in vitro
and in vivo results]. Biomed.Tech.(Berl) 43(Suppl), 520-521
[20] Hiltawsky, K. M., Kruger, M., Starke, C., Heuser, L., Ermert, H.,
Jensen, A. (2001). Freehand ultrasound elastography of breast
lesions: clinical results. Ultrasound Med.Biol. 27(11), 1461-1469
[21] Homer, M. J. (1985). Breast imaging: pitfalls, controversies, and
some practical thoughts. Radiol.Clin.North Am. 23(3), 459-472
[22] Konofagou, E., Ophir, J. (1998). A new elastographic method for
estimation and imaging of lateral displacements, lateral strains,
corrected axial strains and Poisson's ratios in tissues. Ultrasound
Med.Biol. 24(8), 1183-1199
60
Literatur
[23] Konofagou, E. E., Harrigan, T., Ophir, J. (2000). Shear strain
estimation and lesion mobility assessment in elastography.
Ultrasonics 38(1-8), 400-404
[24] Koyama, S., Obata, Y., Shimamoto, K., Ishigaki, T., Ishii, N.,
Isomoto, Y., Yoshine, K. (1997). Breast ultrasonography:
computer-aided diagnosis using fuzzy inference. J.Ultrasound
Med. 16(10), 665-672
[25] Kratochwil, A., Kaiser, P. (1969). Die Darstellung der
Erkrankungen der weiblichen Brust im
Ultraschallschnittbildverfahren In: Ultrasono Graphia Medica (Vol
3) Wiener Medizinische Akademie Wien
[26] Lee, S. W., Choi, H. Y., Baek, S. Y., Lim, S. M. (2002). Role of
color and power doppler imaging in differentiating between
malignant and benign solid breast masses. J.Clin.Ultrasound 30(8),
459-464
[27] Lorenzen, J., Sinkus, R., Adam, G. (2003). [Elastography:
Quantitative imaging modality of the elastic tissue properties].
Rofo 175(5), 623-630
[28] Madjar, H. (2002). [Advantages and limitations of breast
ultrasound]. Gynakol.Geburtshilfliche Rundsch. 42(4), 185-190
[29] Madjar, H., Jellins, J., Schillinger, H., Hillemanns, H. G. (1986).
[Differentiation of breast cancers by Doppler ultrasound].
Ultraschall Med. 7(4), 183-184
[30] Madjar, H., Ladner, H. A., Sauerbrei, W., Oberstein, A.,
Prompeler, H., Pfleiderer, A. (1993). Preoperative staging of breast
61
Literatur
cancer by palpation, mammography and high-resolution
ultrasound. Ultrasound Obstet.Gynecol. 3(3), 185-190
[31] Madjar, H., Makowiec, U., Mundinger, A., du Bois, A., Kommoss,
F., Schillinger, H. (1994). [Value of high resolution sonography in
breast cancer screening]. Ultraschall Med. 15(1), 20-23
[32] Madjar, H., Mundinger, A., Lattermann, U., Gufler, H., Prompeler,
H. J. (1996). [Phantom studies of ultrasound equipment for quality
improvement in breast diagnosis]. Ultraschall Med. 17(2), 85-95
[33] Madjar, H., Prompeler, H., Kommoss, F., Goppinger, A. (1992).
[Does color Doppler complement breast examination?]. Radiologe
32(11), 568-575
[34] Madjar, H., Prompeler, H., Wolfahrt, R., Bauknecht, T., Pfleiderer,
A. (1994). [Color Doppler flow data of breast tumors]. Ultraschall
Med. 15(2), 69-73
[35] Madjar, H., Prompeler, H. J., Sauerbrei, W., Mundinger, A.,
Pfleiderer, A. (1995). Differential diagnosis of breast lesions by
color Doppler. Ultrasound Obstet.Gynecol. 6(3), 199-204
[36] Madjar, H., Prompeler, H. J., Sauerbrei, W., Wolfarth, R.,
Pfleiderer, A. (1994). Color Doppler flow criteria of breast lesions.
Ultrasound Med.Biol. 20(9), 849-858
[37] Madjar, H., Rickard, M., Jellins, J., Otto, R. (1999). IBUS
guidelines for the ultrasonic examination of the breast. IBUS
International Faculty. International Breast Ultrasound School.
Eur.J.Ultrasound 9(1), 99-102
62
Literatur
[38] Madjar, H., Sauerbrei, W., Munch, S., Schillinger, H. (1991).
Continuous-wave and pulsed Doppler studies of the breast: clinical
results and effect of transducer frequency. Ultrasound Med.Biol.
17(1), 31-39
[39] Madjar, H., Sauerbrei, W., Prompeler, H. J., Wolfarth, R., Gufler,
H. (1997). Color Doppler and duplex flow analysis for
classification of breast lesions. Gynecol.Oncol. 64(3), 392-403
[40] Madjar, H., Teubner, J., and Hackeloer, B. J. (1994). Analysis of
the Relationship between the Degree of Blood Supply and
Biological Characteristics of Breast Tumors with MEM Color
System. In: Breast Ultrasound Update: Proceedings of the Eight
International Congress on the Ultrasonic Examination of the
Breast, Heidelberg, July 1-4, 1993 313-318S Karger Pub Basel
[41] Madjar, H., Teubner, J., and Hackeloer, B. J. (1994). ComputerAssisted Image Analysis: A New Diagnostic Aid for Quantitation
of Color Doppler Information in Breast Tumors. In: Breast
Ultrasound Update: Proceedings of the Eight International
Congress on the Ultrasonic Examination of the Breast, Heidelberg,
July 1-4, 1993 308-312S Karger Pub Basel
[42] Madjar, H., Vetter, M., Prompeler, H. J., Wieacker, P., Schillinger,
H. (1992). [The normal vascularization of the female breast in
Doppler ultrasound]. Ultraschall Med. 13(4), 171-177
[43] Madsen, E. L., Frank, G. R., Krouskop, T. A., Varghese, T., Kallel,
F., Ophir, J. (2003). Tissue-mimicking oil-in-gelatin dispersions
for use in heterogeneous elastography phantoms. Ultrason.Imaging
25(1), 17-38
63
Literatur
[44] Mehta, T. S., Raza, S., Baum, J. K. (2000). Use of Doppler
ultrasound in the evaluation of breast carcinoma. Semin.Ultrasound
CT MR 21(4), 297-307
[45] Milz, P., Lienemann, A., Kessler, M., Reiser, M. (2001).
Evaluation of breast lesions by power Doppler sonography.
Eur.Radiol. 11(4), 547-554
[46] Modder, U., Mosny, D. S. (1998). [Rational radiologic diagnosis of
breast carcinoma]. Schweiz.Rundsch.Med.Prax. 87(15), 499-503
[47] Mundinger, A., Martini, C., Madjar, H., Laubenberger, J., Gufler,
H., Langer, M. (1996). [Ultrasound and mammography follow-up
of findings after breast saving operation and adjuvant irradiation].
Ultraschall Med. 17(1), 7-13
[48] Muth, C. P. (1998). [Value of mammography and ultrasound in
diagnosis of breast carcinoma]. Zentralbl.Chir 123(Suppl 5), 33-36
[49] Ophir, J., Alam, S. K., Garra, B., Kallel, F., Konofagou, E.,
Krouskop, T., Varghese, T. (1999). Elastography: ultrasonic
estimation and imaging of the elastic properties of tissues.
Proc.Inst.Mech.Eng [H] 213(3), 203-233
[50] Ophir, J., Cespedes, I., Ponnekanti, H. (1993). Imaging of tissue
elasticity using elastography. Methodology and preliminary in vivo
results. Bildgebung 60(Suppl. 2), 29
[51] Ophir, J., Cespedes, I., Ponnekanti, H., Yazdi, Y., Li, X. (1991).
Elastography: a quantitative method for imaging the elasticity of
biological tissues. Ultrason.Imaging 13(2), 111-134
64
Literatur
[52] Pesavento, A., Lorenz, A., Siebers, S., Ermert, H. (2000). New
real-time strain imaging concepts using diagnostic ultrasound.
Phys.Med.Biol. 45(6), 1423-1435
[53] Ponnekanti, H., Ophir, J., Cespedes, I. (1994). Ultrasonic imaging
of the stress distribution in elastic media due to an external
compressor. Ultrasound Med.Biol. 20(1), 27-33
[54] Righetti, R., Srinivasan, S., Ophir, J. (2003). Lateral resolution in
elastography. Ultrasound Med.Biol. 29(5), 695-704
[55] Smith, R. (1995). Syllabus: The Epidemology of breast cancer
(1995). In: A categorical course in breast cancer.Kopans, D.B.,
Mendelsson, E.B.(Hrsg.).7-20.Radiological Society of North
America Publications.Oak Brook, IL
[56] Sohn, C., Grischke, E. M., Stolz, W., Bastert, G. (1993).
Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen dem Grat der
Durchblutung und dem biologischen Verhalten von
Mammatumoren. Ultraschall.Klin.Prax. 8, 11-14
[57] Sohn, C., Krunes, U., Becker, D., Gunter, E., Mutze, S.,
Steinkamp, W., Muller, F., Westkott, H. P., Gebel, M. (1995).
[Possibilities and limits of a new color technique: ultrasound
angiography--results of the "Heidelberg Round Table Discussion"].
Bildgebung 62(1), 53-63
[58] Srinivasan, S., Kallel, F., Souchon, R., Ophir, J. (2002). Analysis
of an adaptive strain estimation technique in elastography.
Ultrason.Imaging 24(2), 109-118
65
Literatur
[59] Srinivasan, S., Righetti, R., Ophir, J. (2003). Trade-offs between
the axial resolution and the signal-to-noise ratio in elastography.
Ultrasound Med.Biol. 29(6), 847-866
[60] Teubner, J., Muller, A., van Kaick, G. (1983). [Echomorphology of
the breast. Comparative sonographic, radiologic, anatomic and
histologic studies of breast specimens]. Radiologe 23(3), 97-107
[61] Ueno, E., Tohno, E., Soeda, S., Asaoka, Y., Itoh, K., Bamber, J. C.,
Blaszczyk, M., Davey, J., Mckinna, J. A. (1988). Dynamic tests in
real-time breast echography. Ultrasound Med.Biol. 14(Suppl 1),
53-57
[62] von Minckwitz, G., Brunnert, K., Costa, S. D., Dall, P., Diel, I.,
Fersis, N., Friedrich, M., Friedrichs, K., Gerber, B., Goring, U. J.,
Harbeck, N., Hanf, V., Nitz, U., Schaller, G., Scharl, A.,
Schmutzler, R., Simon, W. E., Thomssen, C. H., Untch, M. (2002).
Evidenzbasierte Empfehlungen zur Behandlung von lokoregionär
rezidivierten und distant metastasierten Mammakarzinomen. Der
Konsens der AGO-Organkommission 2002. Zentralbl.Gynakol.
124(5), 284-292
66
Anhang
7 Anhang
7.1 Anlage 1:
Untersuchungsbogen 1
67
Anhang
7.2 Anlage 2:
Untersuchungsbogen 2
68
Anhang
7.3 Anlage 3:
Anamnesebogen
Starke / Hiltawsky - Dissertation – Untersuchung:
DATUM:
NAME:
Geburtsdatum:
Menopausenstatus
prä
Kontrazeptiva :
Tumor
post
Hormoneinnahme:
Hormonsubstitution:
selbst getastet
ja
nein
familiäres Brustkrebsrisiko :
bei der Vorsorgeuntersuchung getastet
Schmerzqualität bei Palpation:
Hauteinziehung:
Mammillensekretion:
Durch Mammographie festgestellt:
durch Mammasonographie festgestellt:
Mammographiebefund:
Mammosonographiebefund:
Seit wann getastet in Mon.:
Tastbefund:
Kompressionseffekt:
Tumormarker CEA:
Gr. in cm:
weich:
CA15-3:
RR:
mittel:
/
Puls:
hart:
Doppleruntersuchung im Tumorgebiet (im Umfeld von 1cm um den Herd)
Anzahl der art. Gefäße:
Lokalisation:
1
4
8
5
2
3
7
6
vmaxS
Flussrate in den Gefäßen:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Malignitätsverdächtig:
ja
Stanzbiopsie :
ja
vmaxD
RI
nein
nein
Schnellschnittdiagnostik Stanze:
Operationsmodus:
Endgültige Histologie:
69
Lebenslauf
8 Lebenslauf
von Claudia Starke
Geboren am 29.05.62 in Hannover
1968 – 1972
1972 – 1981
Mai 1981
Sommer 1981
Frühjahr 1982
Herbst 1982
Oktober 1983
Sommer 1985
Oktober 1985
Frühjahr 1988
Frühjahr 1989
April 1990
01.06.1990 – 31.10.1990
01.11.1990 – 30.11.1991
01.12.1991 – 29.02.1992
01.04.1992 – 31.12.1996
01.01.1997 – August 1997
27. September 1997
seit 01. Oktober 1997
seit Oktober 1999
Grundschule in Celle
Besuch des Hermann Billung Gymnasiums in Celle
Abitur
Krankenpflegepraktikum über zwei Monate in
derGynäkologie des Allgemeines Krankenhaus Celle
Italienischsprachkurs in Florenz für sechs Monate
Immatrikulation für das Medizinstudium an der
Universität von Sassari / Italien
Fortsetzung des Medizinstudiums an der
Ruhr-Universität in Bochum
Physikum
Wechsel an die Universität Essen
Famulatur in Santiago de Chile an der Universidad
Catolica in Chirurgie
Zweites Staatsexamen
Wechsel an die Ruhr-Universität Bochum
Praktisches Jahr im Evangelischen Krankenhaus
Hattingen
Drittes Staatsexamen
AiP in einer chirurgischen D-Arzt-Praxis in Bochum
AiP in der Gynäkologie und Geburtshilfe im EVK
Hattingen
Assistenzärztin in der Gynäkologie und Geburtshilfe
im Marienhospital Lüdinghausen
Assistenzärztin in der Abteilung für Gynäkologie und
Geburtshilfe des Marienhospital Bottrop
Praxisassistentin der Gynäkologie und Geburtshilfe in
Köln
Facharztprüfung für Frauenheilkunde und Geburtshilfe
in Münster
Assistenzärztin im Knappschaftskrankenhaus BochumLangendreer, Frauenklinik der Ruhr-Universität
Bochum
Oberärztin in der Frauenklinik des
Knappschaftskrankenhaus Bochum-Langendreer der
Ruhr-Universität Bochum
70