Institut für Rechnergestützte Ingenieursysteme

Dreidimensionale Digital-Analyse des mammographischen Aufbaus

D. Roller , C. Lampasona

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Realisierung von Mustererkennungsmethoden, die zum einen die Bestimmung der Zusammensetzung der Brustbestandteile und zum anderen einen temporalen Vergleich von Mammographien ermöglichen, so dass die Patientenaufnah­men über die Zeit verfolgt und evaluiert werden können. Um einen solchen Vergleich durch­zuführen, müssen die Bilder zunächst in eine standardisierte Darstellung konvertiert werden.

Die Statistiken von 2004 zeigen, dass in Deutschland jährlich mehr als 47500 Frauen an Brustkrebs erkranken, davon sind 19300 in einem Alter unter 60 Jahren. Brustkrebs stellt die häufigste Krebserkrankung der Frauen dar. Diese Krankheit ist für 24,4% aller neuen Krebs­erkrankungen bei Frauen und für mehr als ein Drittel (34%) der Neuerkrankungen bei Frauen unter 60 Jahren verantwortlich. Die Statistiken von 2006 belegen eine Zunahme der Frauen, die unter dieser Krankheit leiden (55150), mit einem durchschnittlichen Erkrankungsalter von 62 Jahren. Im Jahr 2004 starben insgesamt 17592 Frauen an Brustkrebs.

In der frühen Phase der Krankheit gibt es häufig keine für die Frau spürbaren Symptome. Das am meisten verbreitete Verfahren zur Entdeckung von Brustkrebs schließt die klinische Untersuchung durch einen Arzt, eine Eigenabtastung und eine Mammographieuntersuchung ein. Es gibt zwei Arten von bildgebenden Verfahren: 1) das Screening, das bei symptomlosen Patientinnen durchgeführt wird, um Brustkrebs zu entdecken, wenn das Karzinom noch zu klein ist, um von der Frau oder von ihrem Arzt entdeckt zu werden; und 2) zur Diagnosestellung bei Frauen, die entweder Beschwerden haben oder ein Befund während des Screenings aufgefallen ist.

2005 begann in Deutschland die Durchführung des Mammographie-Screenings nach einer Resolution des Bundesministeriums für Gesundheit und Soziale Sicherung vom 1. Januar 2004. Die Zielsetzung dieses Mammographie-Screenings ist, die Sterblichkeit, die durch Brustkrebs verursacht wird, zu verringern. Eine Anforderung an dieses Screening ist die Teilnahme von mindestens 70% der entsprechenden Bevölkerungsgruppe, d.h. alle Frauen, die zwischen 50 und 69 Jahren alt sind.

Im Allgemeinen wird eine Sterblichkeitsverringerung von 20% bis 30% erwartet, welches einen sehr großen Nutzen für die Frauen bedeuten würde, die an der Screening-Untersuchung teilnehmen. Die wichtigsten Brustkrebs-Risikofaktoren sind frühere Erkrankungen an Brustkrebs sowohl in der eigenen als auch in der familiären Krankengeschichte, eine frühe Menarche, eine späte erste Schwangerschaft, Kinderlosigkeit, kurze Stillzeiten und Übergewicht während der Praemenopause.

Die Arbeit von Wolfe hat gezeigt, dass Frauen, deren Brust eine Vergrößerung bzw. Veränderung des Drüsengewebes aufweist, ein höheres Karzinom-Risiko haben. Andere Autoren haben einen Zusammenhang zwischen erhöhtem Brustkrebsrisiko und Wolfes „dichten“ Kategorien gefunden.

Bildgebende Verfahren haben zum Ziel, anormale Veränderungen im Brustgewebe zu finden. Eine erhöhte Brustdichte ist solch eine Veränderung und unter anderem ein Faktor, der das Risiko beeinflusst, an dieser Krankheit zu erkranken. Jedoch könnte die Brustdichte, anders als andere Risikofaktoren, quantitativ bestimmt werden.

Viele Autoren haben bereits Methoden entwickelt, um den Prozentsatz des Drüsengewebes zu ermitteln, allerdings nur aus einer zweidimensionalen Sicht. Die Messung der Brustdichte als ein zweidimensionales Problem zu betrachten, berücksichtigt aber nur einen Teil eines dreidimensionalen Phänomens. Zum Beispiel können Frauen mit einer großen Brust zwar eine große Menge an Drüsengewebe, aber nur eine geringe Brustdichte haben. Andererseits können Frauen mit einer kleinen Brust und weniger Drüsengewebe, eine höhere Brustdichte haben.

Folgende Methoden wurden innerhalb dieses Projektes entwickelt und implementiert:

• Eine Interpretation der Entstehung und Bedeutung der verschiedenen Graustufen, zur Feststellung der Kombinationen der Gewebe. Die Methode basiert auf dem exponentiellen Schwächungsgesetz, das die Absorption von Photonen, aus denen die Röntgenstrahlen bestehen, während der Aufnahme des Bildes physikalisch beschreibt;
• Segmentierung des Bildes in konstituierende Teile (Brust, Brustmuskel und Hintergrund);
• Detektion des Brustrandes, der Luftlinie zwischen Brust und Hintergrund;
• Umwandlung der Bilder in eine Standarddarstellung;
• 2D- und 3D-Visualisierung der Ergebnisse;
• Registrierung der zu vergleichenden Bilder.

Die Arbeit wird mit einem Promotionsstipendium der Heinrich-Böll-Stiftung gefördert.