Ein neues Ultraschallverarbeitungsverfahren der Johns Hopkins University kann flüssigkeitsgefüllte Zysten mit nahezu perfekter Genauigkeit von potenziell krebsartigen soliden Brusttumoren unterscheiden und verspricht so weniger Fehlalarme, weniger Biopsien und weniger Angst für die Patientinnen.
Eine neue Ultraschalltechnologie, die an der Johns Hopkins Universität entwickelt wurde, könnte vielen Patientinnen unnötige Biopsien und schlaflose Nächte ersparen, indem sie Fehlalarme bei der Brustkrebsvorsorge deutlich reduziert.
In ersten Tests mit Patientinnen identifizierten Radiologen, die die neue Methode anwendeten, in 96 % der Fälle korrekt, ob ein Brusttumor flüssigkeitsgefüllt oder fest war. Mit herkömmlichen Ultraschallgeräten lag ihre Genauigkeit bei denselben Tumoren bei 67 %.
Dieser Unterschied ist wichtig, da gutartige, flüssigkeitsgefüllte Zysten auf herkömmlichen Ultraschallbildern potenziell bösartigen, soliden Tumoren sehr ähnlich sehen können, insbesondere bei Frauen mit dichtem Brustgewebe. Wenn Ärzte sich nicht sicher sind, ordnen sie häufig Kontrolluntersuchungen oder Biopsien an, die schmerzhaft, kostspielig und belastend sein können.
Der neue Ansatz geht dieses langjährige Problem direkt an, so der Hauptautor Muyinatu „Bisi“ Bell, ein Biomedizin- und Elektrotechniker an der Johns Hopkins University, der sich auf Bildgebungstechnologie spezialisiert hat.
„Dies ist wichtig, weil die Vorteile des Ultraschalls bei der Brustkrebsfrüherkennung durch das ähnliche Erscheinungsbild gutartiger Flüssigkeitsansammlungen und solider Geschwulste, die krebsartig sein können, eingeschränkt sein können“, sagte Bell in einer Pressemitteilung.
Die Forschung, veröffentlicht Der Artikel in der Fachzeitschrift Radiology Advances konzentriert sich nicht auf die Veränderung der Ultraschallgeräte selbst, sondern auf die Verarbeitung der von ihnen erfassten Signale.
Beim Standard-Ultraschall werden Schallwellen in die Brust gesendet und die von Gewebe und eventuellen Knoten reflektierten Echos aufgezeichnet. Diese Echos werden anhand der Signalstärke bzw. Amplitude in ein Bild umgewandelt, das als Schwarz-, Weiß- und Grautöne dargestellt wird.
In dichtem Brustgewebe streuen sich Schallwellen jedoch, bevor sie auf eine Gewebeveränderung treffen. Dadurch entsteht ein sogenanntes akustisches Rauschen. Eine einfache, mit Flüssigkeit gefüllte Zyste, die eigentlich schwarz erscheinen sollte, kann innen grau aussehen, ähnlich wie eine feste, möglicherweise bösartige Geschwulst. Diese Mehrdeutigkeit ist ein Hauptgrund dafür, dass Ultraschalluntersuchungen zu falsch-positiven Befunden und unnötigen Zusatzuntersuchungen führen können.
Das Verfahren des Teams von Johns Hopkins verwendet dieselbe Hardware und dieselben Rohdaten, analysiert die Signale jedoch anders. Anstatt die Stärke jedes Echos zu betrachten, untersucht das neue System die Ähnlichkeit der Signale zu ihren Nachbarn. Die Forscher bezeichnen dies als kohärenzbasierten Ansatz.
Durch die Betonung der Kohärenz erzeugt das Verfahren klarere und zuverlässigere Bilder, die Flüssigkeiten besser von festen Strukturen trennen. Zusätzlich weist das System jeder Masse einen numerischen Wert zu. Massen oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts werden als besorgniserregend eingestuft, während solche darunter eher harmlos sind.
Diese Kombination aus klareren Bildern und einer objektiven Bewertung ist entscheidend.
„Es ist wirklich spannend, denn wir verwenden dieselben Ultraschalldaten, die mit demselben Verfahren erfasst werden, aber wir verändern die Signalverarbeitung und können die Bilder dadurch deutlich besser interpretieren“, fügte Bell hinzu. „Die größte Verbesserung zeigt die Technologie, wenn wir die visuelle Darstellung mit einem numerischen Wert kombinieren. Sie reduziert die Entscheidungsermüdung, indem sie einen Prozess automatisiert, der normalerweise mehr Nachdenken und Interpretation erfordern würde.“
In einer Studie mit 132 Patientinnen konnten Radiologen mithilfe der neuen Technik Flüssigkeit und feste Gewebeveränderungen nahezu perfekt unterscheiden, so das Forschungsteam. Diese Verbesserung könnte insbesondere für Frauen mit dichtem Brustgewebe von großem Nutzen sein, da deren Mammografien und Ultraschallbilder oft schwieriger zu interpretieren sind.
Die Brustkrebsvorsorge beginnt in der Regel mit einer Mammografie für Frauen über 40. Allerdings ist die Aussagekraft von Mammografien bei dichtem Brustgewebe, das auf dem Bild weiß erscheint (ähnlich wie viele Tumore), eingeschränkt. Ultraschall ist oft der nächste Schritt, doch auch dieser hat bei dichtem Gewebe seine Grenzen. Technologien, die den Ultraschall aussagekräftiger machen, könnten die vielen wiederholten Untersuchungen und Biopsien, denen sich viele Patientinnen unterziehen müssen, reduzieren.
Die Ergebnisse deuten laut Mitautorin Eniola Oluyemi, einer diagnostischen Radiologin bei Johns Hopkins Medicine, auf eine bedeutsame Veränderung in der alltäglichen Praxis hin.
„Die Ergebnisse dieser Studie sind für unser Fachgebiet von großer Bedeutung, da sie darauf hindeuten, dass diese Technik unsere Fähigkeit verbessern kann, zwischen soliden Tumoren und bestimmten Zystenarten, die im Ultraschallbild solide Tumoren imitieren können, zu unterscheiden“, erklärte Oluyemi in der Pressemitteilung. „Diese höhere diagnostische Sicherheit kann zu weniger falsch-positiven Ergebnissen führen und den Bedarf an Nachuntersuchungen und Biopsien verringern, wodurch unsere Patienten bei der Erstuntersuchung mehr Sicherheit gewinnen.“
Neben der Verbesserung der alleinigen Ultraschalluntersuchung sieht das Team Potenzial in der Kombination ihrer Methode mit künstlicher Intelligenz. Bestehende KI-Tools können bereits gutartige von bösartigen Tumoren in Ultraschallbildern unterscheiden. Werden diese Tools mit präziseren, kohärenzbasierten Bildern und den neuen numerischen Werten trainiert, könnten Ärzte bereits beim ersten Ultraschalltermin sichere Entscheidungen treffen, anstatt auf weitere Untersuchungen warten zu müssen.
Die Forscher denken auch darüber nach, wie diese Technologie Patienten außerhalb von Krankenhäusern und großen Bildgebungszentren erreichen könnte. Tragbare und handliche Ultraschallgeräte werden immer verbreiteter und günstiger, was die Möglichkeit eines breiteren Zugangs in ambulanten Kliniken und eines Tages auch zu Hause eröffnet.
Bell stellt sich eine Zukunft vor, in der Menschen vereinfachte Ultraschallgeräte im Rahmen von Selbstuntersuchungen einsetzen und sich dann auf automatisierte Analysen zur Orientierung verlassen können.
„Meine langfristige Vision ist, dass Patienten, wenn die Gesellschaft immer autarker wird und Ultraschalluntersuchungen noch günstiger werden, nicht mehr ins Krankenhaus oder in eine Spezialklinik gehen müssen – unser Verfahren könnte stattdessen zu Hause durchgeführt werden“, fügte Bell hinzu. „Mit einer kostengünstigen Ultraschalluntersuchung könnte ein einziger Wert, der aus einem kohärenzbasierten Ultraschallbild extrahiert wird, Aufschluss darüber geben, ob ein tastbarer Knoten in der Brust Anlass zur Sorge gibt.“
Die nächsten Schritte umfassen nun weitere Tests an größeren und heterogeneren Patientengruppen sowie die Zusammenarbeit mit Ärzten, um die Methode in bestehende Ultraschallsysteme zu integrieren. Sollten diese Bemühungen erfolgreich sein, könnte die Technologie dazu beitragen, einen der angstauslösendsten Momente in der medizinischen Versorgung in ein schnelleres, klareres und weniger invasives Erlebnis zu verwandeln.
Quelle: Johns Hopkins University