Studie: Erster Schritt zur virtuellen Lokalisierung von Brustkrebs (Anatobreast)

Brustkrebs ist die am häufigsten diagnostizierte Krebsart bei Frauen. In Frankreich wird jedes Jahr etwa 42.000 Frauen mit Brustkrebs diagnostiziert. Die Inzidenzraten von Brustkrebs stiegen von 1980 bis 2005 aufgrund des zunehmenden Einsatzes von Mammografie-Screenings und der längeren Lebenserwartung stetig an.

Dank der Fortschritte bei der Brustkrebs-Früherkennung werden heute bei vielen Frauen bösartige Tumoren erkannt, bevor sie klinisch tastbar werden. Für diese Frauen ist die brusterhaltende Operation (BCS) zur bevorzugten Behandlungsoption geworden und macht in den meisten Brustkrebszentren mehr als 75 % der Operationen aus. Das Ziel der BCS ist die Entfernung des Tumors mit einem umliegenden Geweberand, der frei von Krebs ist, und gleichzeitig die Erhaltung der Gesamtform und des Aussehens der Brust. Bei nicht tastbaren Läsionen ist eine Lokalisierung des Tumors vor der Operation erforderlich. Die Standardtechnik für solche Patienten ist die Drahtlokalisierung. Die Kabellokalisierung weist mehrere Einschränkungen auf. Dadurch wird vor der Operation ein weiterer Eingriff erforderlich, der den Prozess verkompliziert und verlängert. Dies kann für den Patienten unangenehm sein und zusätzliche Kosten verursachen. Bei dieser Technik muss der Chirurg die dreidimensionale (3D) Position des Krebses anhand zweidimensionaler Mammographiebilder abschätzen. Die lokalisierte Drahtentfernung führt in etwa 30–50 % der Fälle zu positiven Rändern. In diesen Fällen ist eine zusätzliche Operation erforderlich, um den verbliebenen Krebs zu entfernen, was für die Patienten sowohl kostspielig als auch emotional schwierig ist.

Alternativen zur Kabellokalisierung wurden getestet. Es hat sich gezeigt, dass die radiogeführte Lokalisierung okkulter Läsionen (ROLL) der Drahtlokalisierung überlegen ist, da das Risiko für positive Resektionsränder geringer ist und die Dauer der Lokalisierung und chirurgischen Entfernung kürzer ist.

Es hat sich gezeigt, dass die Magnetresonanztomographie der Brust bei der Erkennung von Krebs empfindlicher ist als Ultraschall oder Mammographie. Trotz dieser Beweise konnte nicht nachgewiesen werden, dass der Einsatz von MRT zu besseren kurzfristigen Ergebnissen führt: Die prospektive randomisierte COMICE-Studie konnte keinen Rückgang der positiven Margenrate und der Notwendigkeit einer erneuten Exzision durch den Einsatz von präoperativem Bauch-MRT nachweisen. Die Autoren der COMICE-Studie erkannten, dass die Unfähigkeit der Bauch-MRT, zu verringerten positiven Margenraten zu führen, an der Art und Weise liegen könnte, wie die Bildgebungsdaten dem Chirurgen präsentiert werden, und erklärten, dass „Techniken zur Sicherstellung einer optimalen chirurgischen Präzision einer weiteren Untersuchung bedürfen.“ '' Die Form der Brust während der MR-Bildgebung in Bauchlage (mit der Brust in einer bilateralen Bildgebungsspule hängend) unterscheidet sich grundlegend von der Rückenlage mit ausgestrecktem Arm im Operationssaal (OP). Die MRT in Rückenlage gibt die Operationsposition genauer wieder. Tatsächlich zeigt eine Studie von Sakakibara et al. randomisierte Patienten mit DCIS, um sich einer drahtlokalen oder MRT-gesteuerten BCS in Rückenlage zu unterziehen, und stellte fest, dass die positive Randrate und das resezierte Gewebevolumen bei Patienten, die sich einer MRT-gesteuerten Exzision in Rückenlage unterzogen, geringer waren.

Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen Technik zur MRT-gesteuerten Lokalisierung von Brusttumoren, die eine präoperative Bauch-MRT umfasst und präoperative und intraoperative optische 3D-Scans verwendet, um das MRT-Bild an die genaue Position im Operationssaal anzupassen. Diese neuartige Technik bietet den Chirurgen 3D-Ansichten und Messungen der Tumorform und -position in der Brust, wie sie während der Operation erscheinen.

METHODEN

1. Datenerfassung Die Daten werden aus der Datenbank der gynäkologischen Abteilung des Universitätsklinikums Montpellier unter Verwendung des Medikalisierungsprogramms der Informationssysteme abgerufen. Ausgewählt werden die Patientinnen, die zwischen 2016 und 2017 ein BCS wegen Brustkrebs hatten. Der Prüfer schließt dann nacheinander 10 Patienten ein, bei denen eine präoperative MRT sowie ein präoperativer und intraoperativer optischer 3D-Scan des Brustkorbs durchgeführt wurden und die die Zulassungskriterien erfüllen. Zur Anonymisierung der Daten wird jedem Probanden vom Prüfer ein Probandenidentifikationscode zugewiesen. Eine Liste mit Probandenidentifikationscodes ermöglicht es dem Prüfer, eine vertrauliche Liste mit den Namen aller in die Studie einbezogenen Patienten auf dem geschützten zentralen Computerserver des Universitätsklinikums Montpellier zu führen.

   1.1.Klinische Daten Die Quelle klinisch-medizinischer Daten ist die elektronische Krankenakte des Patienten. Zu den vom Untersucher aufgezeichneten Daten gehören Name, Nachname und Geburtsdatum der Patientin, Körbchengröße, Datum der MRT, Lokalisierung des Brustkrebses, Datum des präoperativen optischen 3D-Scans und Datum des chirurgischen Eingriffs.

   1.2.Optische Scans Seit 2016 werden in der gynäkologischen Abteilung des Universitätsklinikums Montpellier bei jeder Patientin, die sich einer BCS unterzieht, Fotos des Brustkorbs angefertigt. Präoperative, intraoperative und postoperative optische 3D-Scans werden ebenfalls durchgeführt. Optische Abtastungen werden mit der Sensorstruktur 3D-Abtastung erreicht. Die Akquisition dauert nur wenige Minuten. Präoperativ und postoperativ befinden sich die Patienten im Stehen, die Arme sind im 45°-Winkel abgespreizt und anatomische Orientierungspunkte sind auf der Hautoberfläche markiert (Manubrium des Brustbeins, Schwertfortsatz, Oberkante der Brustdrüse, Unterbrustfalte). Intraoperativ wird der Tumor durch strahlengesteuerte Lokalisierung okkulter Läsionen lokalisiert und auf der Brustoberfläche markiert. Es werden zwei Aufnahmen gemacht, vor und nach der Lokalisierung des Tumors, wobei die Patienten auf dem Rücken liegen und die Arme um 90° abduziert sind.

   1.3. Präoperative Brust-MRT Das Standardprotokoll der Brust-MRT umfasst T2-Sequenzen (Anatomie- und Signalanalyse), T1-Gradienten-Echo-Sequenzen und injizierte dynamische 3D-Sequenzen (gadoliniumhaltiges Kontrastmittel). Die Patientinnen werden in Bauchlage gelagert, die Arme über dem Kopf, beide Brüste hängen in den Spiralschlaufen. MRT-Daten werden vom Computerserver der Radiologieabteilung gesammelt, mit dem Probandenidentifikationscode anonymisiert und dann auf CD gebrannt. Die Daten der digitalen Bildgebung und Kommunikation in der Medizin (DICOM) werden in das MHD-Format konvertiert.

2. Verschiedene Schritte zur Erstellung eines personalisierten 3D-Brustmodells 2.1. 3D-Rekonstruktion von MRT-Daten Die 3D-Rekonstruktion erfordert die Segmentierung der anatomischen Elemente innerhalb der 2D-Bilder. Die Segmentierung erfolgt mithilfe einer Computersoftware namens Medical Image Segmentation Tool (MIST), die eine halbautomatische und manuelle Segmentierung der folgenden Elemente ermöglicht: Tumor, Brustdrüse, Brustbein, Haut, große und kleine Brustmuskeln. Die 3D-Rekonstruktion wird dann durch eine indirekte Volumenrendering-Methode, die Marching Cubes, durchgeführt. Für die Nachbearbeitung kommt dann die Instant Mesh-Software zum Einsatz.

   2.2.Registrierung der 3D-Rekonstruktion in optische Scans Bei der Bildregistrierung werden verschiedene Datensätze in ein Koordinatensystem umgewandelt. Das Registrierungsproblem besteht darin, die optimale räumliche Transformation zu finden, die zu den Bildern passt. Aufgrund der Vorteile der Verwendung multimodaler Daten ist die Entwicklung einer hochpräzisen und robusten multimodalen Bildregistrierung erforderlich.

   Anatoreg, eine von Anatoskop entwickelte Software, ermöglicht die Registrierung eines Referenzmodells für ein Ziel. In unserer Studie ist das Referenzmodell die 3D-Rekonstruktion aus der Brust-MRT. 3D-Rekonstruktionsdaten sind in einer SML-Datei (Sofa Modeling Language) enthalten, die von der Registrierungssoftware gelesen werden kann. Das Ziel ist der optische Scan, der zuvor mithilfe von Blender verarbeitet wurde (Entfernung von Artefakten, Achsenkorrektur, Korrektur der Maßeinheit).

   Der erste Schritt der Registrierung ist der Interaction Closest Point-Algorithmus (ICP). Der ICP-Algorithmus sucht für jeden Punkt in der Zieloberfläche ohne Einschränkungen nach dem nächstgelegenen Punkt in der Referenzoberfläche. Der zweite Schritt ist die Nutzung von Landmarken zur Verbesserung der Registrierung.

3. Auswertung des 3D-Brustmodells Die Tumorlokalisation durch dieses 3D-Brustmodell wird dann mit der Lokalisation durch ROLL verglichen. Der intraoperative optische 3D-Scan liefert uns die Tumorlokalisation, die durch die strahlengesteuerte Lokalisierung okkulter Läsionen dank der vom Chirurgen hinterlassenen Stiftmarkierung erzielt wird. Die neuartige Technik liefert uns ein 3D-Modell und die durch Transparenz sichtbare Lokalisierung des Tumors. Der Vergleich erfolgt durch Überlagerung beider Aufnahmen.