PORTFOLIO

Die Schweiz ist, wie alle westlichen Länder, einem gravierenden demographischen Wandel unterworfen. Untrennbar verbunden mit dieser Entwicklung ist ein Anstieg altersbedingter Erkrankungen, welche die Gesundheits-Budgets erheblich belasten. Da das Alter ein Risikofaktor für maligne Veränderungen darstellt, ist auch eine Zunahme von Krebserkrankungen zu erwarten. Eine Verbesserung von Krebs-Screening, -Staging und -Follow-up ist deshalb von grosser medizinischer und gesellschaftlicher Relevanz. Bildgebende Verfahren werden hierfür auch in Zukunft eine wesentliche Rolle spielen. Die zur Zeit verfügbaren Methoden (z.B. Mammographie, CT, MRI) weisen aber bekannterweise eine Reihe von Nachteilen auf, die sich letztendlich limitierend auf die Behandlungserfolge auswirken können.

Die kürzlich entwickelte Methode des Phasenkontraströntgen (Phase Contrast Imaging, PCI) besitzt das Potential, einige dieser Nachteile zu überwinden. Allerdings sind zur Zeit zu wenige Daten bezüglich der Bildinterpretation von biologischen Materialien vorhanden, um die volle medizinisch-diagnostische Leistungsfähigkeit des PCI abzuschätzen. Im vorliegenden Projekt wollen wir deshalb im Rahmen eines interdisziplinären Netzwerks die Anwendbarkeit und Vorteile des PCI für biomedizinische Bildgebung vorallem im Bereich der Krebsmedizin untersuchen.

In diesem Zusammenhang haben wir spezifische Projektziele formuliert, die sich grundsätzlich auf die Beantwortung zweier praxis-orientierter Fragen beziehen:

«WAS SIEHT MAN?» Die physikalischen Grundlagen der PCI Bildakquirierung führen zu deutlich erhöhten Bildkontrasten, welche z.B. in einer verbesserten Darstellung von Weichteilgewebe resultierten. Darüber hinaus werden mit PCI Rohdaten generiert, die insgesamt drei unabhängige Bildsätze liefern. So entsteht eine Serie von neuartigen Bildern, welche geradezu komplementär zu den Referenzmessungen herkömmlicher Methoden ist. Diese komplementäre Information weist zwar auf das enorme Potential der Methode hin, zeigt aber auch, dass die anatomisch-pathologische Zuordnung der abgebildeten Strukturen sehr komplex und nicht selbsterklärend ist. Ziel ist deshalb zunächst die Erarbeitung der Grundlagen zur anatomischen Interpretation der neuartigen PCI-Bildinformation. Erst auf dieser Grundlage sollen in einem nächsten Schritt PCI-Bilder von Tumorgewebe auf ihre anatomisch-pathologischen Details untersucht werden.

«IST PCI BESSER?» Die neue PCI Methode wird nur dann in die medizinische Praxis Einzug halten, wenn sie eine Verbesserung gegenüber konventionellen Methoden darstellt. Die bereits bekannten Vorteile von PCI liegen sicher im hohen Kontrastvermögen bei weichem Gewebe, in der Reduktion der benötigten Strahlendosis und in der Gewinnung von drei unabhängigen Bildern, statt einem Bild. Mit dem Ziel, auch Aufschlüsse über eine mögliche Optimierung der medizinischen Bildaussage bei PCI zu gewinnen, - im Sinne einer besseren Darstellung anatomisch-pathologisch relevanter Details -, ist eine vergleichende Studie von PCI gegenüber etablierter Methoden (Mammographie, MRI, evtl. CT) projektiert.
Im Sinne dieser Fragestellung sollen in einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Anatomie, Klinik sowie Technologieentwicklung Erkenntnisse gewonnen werden, welche die relevanten Charakteristika von PCI Bildern bei gesunden als auch bei pathologischen Geweben (Tumorgewebe) enthüllen und identifizieren. Diese Erkenntnisse werden dann in Form eines „Lern-Atlas“ zusammengefasst werden.

Das interdisziplinäre Projekt hat zum Ziel, das Potential einer innovativen Bildgebungstechnologie, des Phasenkontraströntgen (Phase Contrast Imaging, PCI), für medizinische Anwendungen auszuloten. Dank zusätzlicher Bildinformationen in Kombination mit signifikant geringerer Strahlenbelastung könnte dies als zukunftsträchtige Methode vor allem für eine optimierte Krebsdiagnostik von hoher Relevanz sein und damit zu einer verbesserten Gesundheitsversorgung der (Schweizer-)Bevölkerung führen. Zusammen mit der interdisziplinären Vernetzung von Kompetenzen der Projektpartner in Anatomie (UNIZH), Klinik (Universitätsspital Zürich) sowie Technologie (CSEM Zürich) passt das Projekt hervorragend zu den Förderkriterien der Gebert Rüf Stiftung.

Phasenkontrast-Röntgen (PCI) ist eine innovative neue Bildgebungsmodalität, welche aufgrund ihrer Strahlungsreduktion und des verbesserten Weichteilkontrasts entscheidende theoretische Vorzüge gegenüber gängigen Technologien wie z.B. der Computertomographie (CT) besitzt. Unser Projekt hatte zum Ziel, das Potential der PCI-Technologie für eine verbesserte Bildgebung bei Krebspatienten zu evaluieren.

Auf eine erste Projektphase, die der Etablierung und Optimierung der technischen Untersuchungsvoraussetzungen diente (z.B. die Entwicklung einer Einbettungsmethode, der Aufbau der Probenmanipulation, die Entwicklung von Rekonstruktionsalgorithmen oder die Integration neuer und hochpäziser Gitter), folgte eine Testphase, bei welcher Proben zahlreicher menschlicher Organe untersucht wurden. Interessanterweise stellte sich heraus, dass histologisch eher homogen gebaute Organe (wie z.B. die Leber) zumindest mit unserem Versuchsaufbau keine verbesserten Bildinformationen lieferten. Dafür konnten z.B. bei Blutgefässen eine sehr detailreiche Darstellung des Wandbaus erzielt werden, die den CT-Referenzuntersuchungen überlegen war. Darunter waren auch verschiedene Arterien mit Verkalkungen (mit atherosklerotischen Plaques).

Das Projekt führte daher zu der Erkenntnis, dass die PCI-Methode geeignet ist, Gefässerkrankungen in verbesserter Auflösung zu erkennen (dies ist mit den zur Zeit in der Klinik verwendeten Methoden vorallem im frühen Stadium schwierig). Da Gefässerkrankungen von immenser gesundheitspolitischer Bedeutung in unserer Gesellschaft sind, hoffen wir, mit unseren Ergebnissen den Grundstein für eine verbesserte Gefäss-Diagnostik gelegt zu haben. Darüber hinaus konnten wir die Schlussfolgerung ziehen, dass PCI bestimmte weitere Weichteilstrukturen (z.B. Sehnen, Knorpel) in hoher Auflösung darstellen kann. Letzteres wird aktuell in Nachfolgeprojekten in Hinsicht auf klinische und Forschungsanwendungen untersucht.

C. Kottler, V. Revol, R. Kaufmann, C. Urban, N. Blanc, P. Niedermann, F. Cardot and A. Dommann, Recent devel-opments on X-ray phase contrast imaging technology at CSEM, AIP Proceedings of the XNPIG Workshop, AIP Conf. Proc. 1466, pp. 18-22 (2012);
C. Kottler, V. Revol, R. Kaufmann, C. Maake, S. Stübinger, B. Von Rechenberg, P. R. Kircher and C. Urban, X-ray phase contrast imaging of soft tissue specimens, 2011 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, forthcoming (2011);
C. Kottler, V. Revol, R. Kaufmann, C. Urban, K. Knop, U. Sennhauser, I. Jerjen, T. Lüthi, F. Cardot, P. Niedermann, J.-P. Morel, C. Maake, H. Walt, E. Knop, and N. Blanc, Phase sensitive x-ray imaging: towards its interdisciplinary applications, AIP Conf. Proc. , Vol 1236, pp. 213-218 (2010);
C. Kottler, V. Revol, C. Maake, R. Kaufmann, and C. Urban, Phase sensitive x-ray imaging: towards its interdisciplinary applications, Conference Record of IEEE Medical imaging conference (2010).