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Weiterentwicklung der bewegungsmodellbasierten Ultraschall-Lokalisationsmikroskopie zur Unterstützung der Brustkrebsdiagnostik und Therapieüberwachung in Patienten

Fachliche Zuordnung Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Förderung Förderung von 2013 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233312120
 
Erstellungsjahr 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Ultraschallbildgebung (US) wird routinemäßig in der Brustkrebsdiagnostik und zur Dignitätsbeurteilung verdächtiger Läsionen eingesetzt. Mit Unterstützung der DFG wurde ein kontrastverstärktes, superauflösendes US-Verfahren entwickelt, das die Rekonstruktion des Gefäßsystems mit einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze ermöglicht, indem einzelne Mikrobläschen (MB) in US-Sequenzen lokalisiert und getrackt werden. Diese Technik, die mittlerweile als Ultraschall-Lokalisationsmikroskopie (ULM) bezeichnet wird, ermöglicht eine detaillierte Bewertung der Gefäßarchitektur in Tumoren, aber auch funktioneller Parameter wie Blutflussgeschwindigkeiten oder -richtungen sowie abgeleiteter Parameter wie relatives Blutvolumen und Durchblutung. Zu dieser sich schnell entwickelnden Technik haben wir zusätzlich durch theoretische Überlegungen zu Statistiken und deren Modellierung und durch die systematische Auswertung einzelner Verarbeitungsschritte beigetragen. In der ersten Förderperiode konnten wir an Mäusen zeigen, dass eine radiomische Analyse von ULM-Daten die Unterscheidung verschiedener Tumortypen ermöglicht. Wir waren außerdem die ersten, die die klinische Anwendbarkeit der ULM mit kommerziellen US-Geräten nachwiesen. In der zweiten Förderperiode mussten wegen der erschwerten Bedingungen bei klinischen Messungen (z. B. nicht-rigide bzw. aus der Abbildungsebene hinausreichende Bewegungen, begrenzte Messzeiten und MB-Dosis, Injektion von MB) die Verarbeitungsschritte und die Messprotokolle für eine robuste Anwendung verfeinert werden. Hierdurch konnten wir zeigen, dass die ULM Einblicke in die Gefäßveränderungen bei Mäusen und Patientinnen mit triple-negativem Brustkrebs (triple negative breast cancer: TNBC) ermöglicht, die durch eine therapeutische US-Behandlung hervorgerufen werden. Derzeit schließen wir eine weitere Studie zur Überwachung der neoadjuvanten (d. h. präoperativen) Therapie bei Patientinnen mit besonders aggressivem Brustkrebs ab. Da die meisten Patientinnen kein sogenanntes pathologisches vollständiges Ansprechen (pathological complete response: pCR), d. h. vollständiges Verschwinden der Krebszellen im Primärtumor erreichen, besteht ein großer Bedarf an einer Methode, mit der Patientinnen mit einer geringen Veranlagung für eine pCR entweder frühzeitig während der Therapie oder idealerweise vor Beginn der Therapie identifiziert werden können. Hier konnten wir zeigen, dass Patientinnen mit pCR zu Beginn der Therapie ein ausgeprägteres und homogeneres Gefäßsystem sowie eine höhere Gefäßtortuosität aufweisen. Im Gegensatz zu Patientinnen ohne pCR, bei denen während der Chemotherapie keine offensichtlichen Veränderungen beobachtet werden konnten, veränderten sich die ULM-Merkmale bei Patientinnen mit pCR im Verlauf der Chemotherapie tendenziell leicht. Dies ist ein besonders wichtiger Befund, da der derzeitige Goldstandard in der Therapieüberwachung, die Abnahme der Tumorgröße, keine Unterscheidung zwischen beiden Gruppen erlaubte.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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