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1  Einleitung

Unverändert stellt das Mammakarzinom die häufigste Krebserkrankung bei Frauen in Europa und Nordamerika dar, mit in den letzten Jahren gering zunehmender Inzidenz. In Deutschland erkranken jährlich nahezu 46.000 Frauen an Brustkrebs, davon etwa 17.000 im Alter unter 60 Jahren, wobei zunehmend auch jüngere Frauen von dieser bösartigen Erkrankung betroffen sind. Für ca. 26% aller Krebserkrankungen und 18% aller Krebstodesfälle bei Frauen ist der Brustkrebs verantwortlich. Erst in den letzten Jahren ist eine Reduktion der Mortalität in den Industrieländern zu verzeichnen [ 3 , 5 ]. Als Ursache wird häufiges Screening, die frühzeitige Diagnose der Erkrankung, neue Therapieverfahren sowie die stadiengerechte individualisierte Therapiestrategie angeführt. Vordringlichstes Ziel der modernen Mammadiagnostik liegt insofern in der Früherkennung und therapeutischen Behandlung des Tumors, da die Heilungschancen mit der Tumorgröße und dem Lymphknoten-Status korrelieren [ 47 ].

Im Bereich der bildgebenden Diagnostik ist die Röntgen-Mammographie die primär angewandte Methode zur Aufdeckung suspekter Areale im Brustbereich. Die Spezifität bei der Differenzierung zwischen benignen und malignen Läsionen ist jedoch als gering anzusehen [ 7 , 69 ]. Zu den wichtigsten bildgebenden Ergänzungsmethoden zählt die Mammasonographie und die Magnetresonanz-Mammo
graphie (MRM), die in der Differentialdiagnostik einen wesentlichen Beitrag leisten. Insbesondere eignet sich die Ultraschalluntersuchung zum Nachweis von Zysten und soliden Herdbefunden, der Nachweis von Karzinomen mit einer Größe von weniger als 1cm ist mit diesem Verfahren schwierig [ 14 ]. Indikationen zur MRM sind in erster Linie dann gegeben, wenn die vorangegangenen Untersuchungen keinen eindeutigen Befund ergeben.

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein Verfahren ohne schädigende Strahlung und durch eine hohe Sensitivität zur Aufdeckung von Mammakarzinomen (dynamische Kontrastmittel-MRT) gekennzeichnet. Voraussetzung ist eine ausreichende Gefäßversorgung des Tumors, wie beim invasiven Karzinom, das mit 60-70% das häufigste Mammakarzinom darstellt. Ferner zeichnet sich die MRT durch ihre sehr gute Abgrenzfähigkeit und hohe Lokalisationsgenauigkeit von Kleintumoren aus. Weitere Indikationen liegen in der Unterscheidung zwischen einer Narbe und einem Rezidiv nach der brusterhaltenden Therapie oder zum Ausschluß bzw. Nachweis multizentrischer oder multifokaler Herde vor einer brusterhaltenden Therapie.

Nicht eindeutig durch die bildgebende Diagnostik geklärte Befunde werden zusätzlich histologisch abgesichert. Im Jahre 1905 zum ersten Mal durch Wilson beschrieben, wurde die Entnahme von Gewebeproben für die präoperative Diagnostik insbesondere während der letzten Jahre in zunehmendem Maße wichtiger. Die Gewinnung der Gewebeproben kann dabei sowohl operativ als auch nicht-operativ erfolgen. Heute hat sich die Stanzbiopsie mittels einer zweiteiligen Biopsienadel als minimal-invasive Methode weitgehend etabliert, bei der zusammenhängende Zellverbände aus dem Tumor entfernt werden. Vorteile dieser Methode liegen in der Sicherheit der Dignitätsabklärung, sowie im deutlich geringeren traumatisierenden Eingriff und besseren kosmetischen Ergebnis gegenüber der chirurgischen Biopsie [ 57 ]. Der Biopsieerfolg hängt jedoch in hohem Maße von der Erfahrung des Mediziners sowie der angewendeten Methode und Technologie ab.

Zur Durchführung einer MR-gestützen Biopsie werden heute je nach MR-Gerätetyp unterschiedliche Methoden praktiziert. Im Hinblick auf die Früherkennung kommt der histologischen Tumorabklärung mit einem geschlossenen MR-Scanner aufgrund der hohen Abbildungsqualität eine besondere Bedeutung zu. Im allgemeinen klinischen Prozess erfolgt die bioptische Abklärung am geschlossenen MR-Scanner außerhalb vom Untersuchungsbereich, da diese Geräte aufgrund ihrer starken Magnetfelder und engen Untersuchungsröhren die Bewegungsfreiheit bzw. die direkte Applikation der medizinischen Instrumente stark einschränken. Die oft mehrfach notwendige Patientenverlagerung kann sich besonders negativ auf das Biopsieresultat auswirken, wenn sich die Planungsebenen und damit die Tumorkoordinaten durch Erschütterungen des Transporttisches oder durch Patientenbewegungen verschieben. Dies ist besonders problematisch bei der Abklärung von Kleintumoren, weshalb zur Sicherstellung des Befundes im Allgemeinen mehrfache Biopsien durchgeführt werden. Weitere Folgen sind längere Untersuchungszeiten, höhere physische und psychische Patientenbelastungen und wirtschaftliche Defizite. Diese werden durch einen uneffizienten Workflow aufgrund der Tatsache, dass unterschiedliche Spulensysteme in der Regel auch mindestens 2 separate Untersuchungstermine erfordern, zusätzlich verstärkt. Eine Verbesserung der MR-gestützten Abklärungsmethode könnte sich insofern durch den Idealfall ergeben, indem die bioptische Abklärung unmittelbar im Anschluss an die bildgebende Diagnostik ohne Patientenverlagerung, d.h. direkt im Isozentrum (Untersuchungsbereich mit hoher Magnetfeldhomogenität) des MRT-Gerätes durchgeführt wird. Zielstellung dieser Arbeit lag insofern in der Umsetzung dieses neuen Ansatzes aus entwicklungstechnischer und wissenschaftlicher Sicht. Die Arbeit fand im Rahmen eines Forschungsprojektes der Deutschen Krebshilfe statt.


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Ausgehend vom Stand der Technik und von den Nachteilen, der im klinischen Alltag verwendeten konventionellen Methoden und Techniken für die MR-gestützte Tumorabklärung, stellt diese Arbeit einen neuen methodischen und technischen Ansatz vor, der einen interventionellen Eingriff robotergestützt direkt im MRT möglich macht. Es handelt sich dabei um ein modular aufgebautes System, dessen Basis durch ein transportables und im Hinblick auf den geringen Platzbedarf im geschlossenen MRT optimiertes Ganzkörper-Interventionsgestell gekennzeichnet ist, das mit dem MRT Tisch verbunden wird. Aufgrund der hohen MR-Kompatibilität und geringen Gestellhöhe wird die gemeinsame Unterbringung einer Patienten mit dem Interventionssystem innerhalb des MRT-Bildgebungsbereiches ermöglicht. Die Besonderheit dabei stellt ein fernsteuerbares Positioniersystem und Biopsieinstrument dar, das in den Innenraum des Interventionsgestells eingesetzt und direkt im MRT-Isozentrum angewendet werden kann. Die Interventionen können hierbei vorteilhafterweise von den beiden Stirnseiten eines geschlossenen MR-Tomographen (cranial-caudal) durchgeführt werden, um kürzere Punktionswege und eine bessere Erreichbarkeit abzuklärender Läsionen zu gestatten. Nachteilige Patientenverlagerungen lassen sich mit diesem Systemkonzept während der gesamten Untersuchung vermeiden. Basierend auf einem neuen Konzept zur Stabilisierung der Mammae mit Hilfe von 4 individuell verstellbaren und optimierten Kompressionsplatten und einer neuen Kinematik zur räumlichen Ausrichtung des medizinischen Instrumentes, sind Punktionen unter Berücksichtigung eines minimalen bioptischen Totraumes möglich. Durch die brustnahe Führung der Biopsienadel in den Zugangskanälen der Kompressionsplatten, kann auftretenden Nadeldeformationen während der Punktion entgegengewirkt werden, wodurch sich die Punktionsgenauigkeit zusätzlich erhöht. Die hohe Zielgenauigkeit des Systems wird dabei durch präzise MR-kompatible Antriebsachsen erreicht, die mit speziellen Aktoren (Ultraschallmotoren) und Sensoren für die Anwendung in starken Magnetfeldern ausgestattet sind. Frühzeitige MR-tomographische Abklärungen von Kleintumoren (< 10mm) sind mit diesem System minimal-invasiv möglich Ein weiterer Vorteil dieses Systems liegt in der Kombinier- und Durchführbarkeit der bildgebenden Diagnostik und bioptischen Abklärung während eines Untersuchungstermins, wodurch sich deutliche Verbesserungen im klinischen Workflow und in der Wirtschaftlichkeit, aber auch im Hinblick auf eine Reduktion der Patientenbelastungen erzielen lassen könnten. Die Bildgebung wird dabei über eine neuentwickelte „phased-array“ MR-Empfangsspule (Philips) unterstützt, die ein integraler Bestandteil des Biopsiesystems ist, wodurch unilaterale und bilaterale simultane Brustuntersuchungen der Mammae möglich sind.

Für die Durchführung dieser Arbeit wurde ein geschlossener 1,5 Tesla MRT (Philips Gyroscan NT) zugrunde gelegt. Derartige Geräte führen aufgrund extremer Randbedingungen, die sich im wesentlichen im geringen Platzangebot, im starken Magnetfeld und der Forderung nach einer störungsfreien Schnittbildgebung manifestieren, zu hohen Anforderungen bei der Entwicklung insbesondere von komplexen MR-integrierbaren Interventionssystemen. Aufgrund der Tatsache, dass mit dieser Aufgabe Neuland betreten wurde, waren zahlreiche Neukonzeptionen und Experimente zur Lösung der entwicklungstechnischen Probleme notwendig. Die vorliegende Arbeit stellt in diesem Zusammenhang die Ergebnisse grundlegender wissenschaftlicher Untersuchungen sowie die methodischen und systemspezifischen Neukonzeptionen vor und beschreibt die charakteristischen Eigenschaften der realisierten Systemmodule. Ein Schwerpunkt dieser Dissertation sind die entwicklungsbegleitenden Forschungsarbeiten, die neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Anwendung von Konstruktionswerkstoffen und elektrischen Motoren in MR-Tomographen, der Aktuatortechnik und im Bereich der Hochgeschwindigkeitsbiopsie hervorbrachten. Neben den hardwaretechnischen Entwicklungen wurden zudem neue Softwaremodule für die DICOM-unterstütztende Biopsieplanung und zur Steuerung des Systems bzw. der Intervention mit benutzerfreundlichen Eingabemasken programmiert. Abschließend beschäftigt sich diese Arbeit mit der Evaluierung der Biopsieeinrichtung, vornehmlich mit der Ermittlung der Zielgenauigkeit und führt einige Aspekte zur Klassifizierung bzw. Definition der systemspezifischen MR-Kompatibilität an.


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02.09.2004