Entwicklung der Photoakustischen Tomographie

Krebs betrifft fast 50 % der Menschen im Vereinigten Königreich und ist für etwa 30 % aller Todesfälle verantwortlich. Bei fast allen Krebsarten hängen sowohl die Prognose als auch die Behandlung grundsätzlich vom Grad der Ausbreitung zum Zeitpunkt der Diagnose, d. h. dem Tumorstadium, ab. Darmkrebs (kolorektaler) Krebs im Frühstadium, der auf die Darmwand beschränkt ist, hat beispielsweise eine Heilungsrate von fast 95 %, wohingegen er weniger als 50 % beträgt, wenn er sich auf die Lymphknoten (LNs) ausgebreitet hat. In ähnlicher Weise benötigen Patienten mit LK-Beteiligung durch Brustkrebs möglicherweise eine umfangreichere Operation, um den betroffenen Knoten zu entfernen, und haben ein schlechteres Langzeitüberleben als Patienten ohne LK-Erkrankung, selbst bei kleinen Mengen an Lymphknotentumor. Dasselbe gilt für die meisten anderen Malignome solider Organe. Daher benötigen Patienten mit fortgeschrittener Erkrankung als allgemeines onkologisches Prinzip oft eine aggressivere Behandlung wie präoperative (neo-adjuvante) Chemotherapie, Strahlentherapie oder beides; und benötigen in der Regel eine umfangreichere Operation / Strahlentherapie, wenn die endgültige Behandlung eingeleitet wird.

Eine solche therapeutische Entscheidungsfindung hängt grundlegend von der Vorabkenntnis darüber ab, ob bei einem bestimmten Patienten eine Krankheitsausbreitung vorliegt oder nicht. Dies wiederum erfordert eine Reihe von Tests, die darauf ausgelegt sind, das Ausmaß und den anatomischen Ort der Krebsausbreitung im ganzen Körper genau zu bestimmen. Dies wird typischerweise durch eine Kombination aus medizinischen Bildgebungsverfahren (wie Ultraschall, Computertomographie [CT], Magnetresonanztomographie [MRT] und nuklearmedizinischen Techniken wie z. Positronen-Emissions-Tomographie [PET]) und Gewebeentnahme (Biopsie). Leider sind diese Techniken unvollkommen, sowohl für das lokale Staging des primären Krebses als auch für seine Ausbreitung auf lokale LNs. Beispielsweise messen bei einigen Krebsarten über 50 % der bösartigen LK weniger als 10 mm, der am häufigsten verwendete Grenzwert zur Definition eines abnormalen Lymphknotens mit konventioneller medizinischer Bildgebung[9]. Daher ist es bei vielen Tumoren üblich, die gesamte regionale LN-Gruppe entweder durch chirurgische Entfernung oder Strahlentherapie zu behandeln. Diese Strategie riskiert für viele eine Überbehandlung und führt zu den Nebenwirkungen, die mit solch ausgedehnten Gewebeschäden verbunden sind. Bei Primärtumoren kann das genaue Ausmaß der lokalen Tumorausbreitung darüber entscheiden, ob statt einer radikaleren Exzision eine begrenzte, lokale Resektion erreicht werden kann oder nicht. Ein schneller, nicht-invasiver, gut verträglicher Test, der das lokale und regionale Knotenkrebs-Staging verbessern könnte, wäre von großem klinischem Wert, da er sofort genauere individuelle Behandlungsstrategien ermöglichen würde.

Die photoakustische Tomographie (PAT) ist eine relativ neue Technologie, die möglicherweise dazu beitragen kann, diesen dringenden klinischen Bedarf zu decken. PAT beruht auf der Absorption von lasererzeugtem Licht bestimmter Wellenlängen (häufig im Infrarotspektrum) durch intrinsische Komponenten des abgebildeten Gewebes. Eine solche Absorption führt zur Emission von Schallwellen, die Ultraschall sind (d. h. sehr hohe Frequenz). Die Bilder können dann auf ähnliche Weise rekonstruiert werden wie bei einem klinischen Ultraschallscanner. Durch Bildgebung bei mehreren Wellenlängen kann die Gewebeverteilung von Wasser, Lipid (Fett) und Hämoglobin (in roten Blutkörperchen und damit Blutgefäßen) mit extrem hoher Auflösung (~100 Mikrometer) abgebildet werden, was die Möglichkeit erhöht, dass PAT das kleine Volumen darstellen kann Tumor, den bestehende Techniken nicht können.