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5  Stand der Technik

Dieses Kapitel beschreibt den Stand der Technik verbreiteter MR-Tomographen und Mamma-Detektionsspulen, sowie die bekanntesten Methoden und Instrumente aus dem Bereich der interventionellen MR-Mammadiagnostik. Insofern nimmt dieses Kapitel Bezug auf folgende Themenschwerpunkte:

An einem klinischen Beispiel wird die Anwendung der MR-gestützten Mammabiopsie mit der heutigen Biopsieeinrichtung für den geschlossenen 1,5T MR-Tomographen (Philips, Gyroscan NT) vorgestellt. Dieser Tomograph stand für die Forschungs- und Entwicklungsaufgaben dieser Arbeit zur Verfügung.

5.1 Aufbau und Eigenschaften standardisierter MR-Tomographen

Für die klinische Bildgebung und MRM sind derzeit drei Geräteklassen verbreitet, die sich in erster Linie durch die Größe ihres statischen Magnetfeldes unterscheiden.

Beispielhaft stellt die Abb.10 den charakteristen Aufbau und Gerätespezifikationen dreier unterschiedlicher MRT-Systeme vor.Die Stärke des Magnetfeldes dieser Typen wird dabei in hohem Maße durch die geometrische Gerätekonzeption und der Art des Magneten selbst bestimmt. Insofern basieren offene Niederfeldsysteme in der Regel auf kostengünstige und platzsparende Widerstandsmagneten, die mit Hilfe von 2 horizontal angeordneten Polschuhen ein vertikales Magnetfeld erzeugen. Diese Konstruktion ermöglicht einen freien halbkreisförmigen Patientenzugang, so dass interventionelle Eingriffe am Patienten direkt im Magneten durchführbar sind [ 44 , 84 ]. Offene Mittelfeldsysteme bestehen häufig aus zwei supraleitenden Magneten in Reihenanordnung, wodurch ein Zwischenraum zur Erzielung eines interventionellen Arbeitsplatzes gebildet wird. Infolge der hierdurch entstehenden Lücke zwischen beiden supraleitenden Magneten liegt ein freier Patientenzugang von der lateralen Seite vor, der nur durch den Abstand zwischen beiden Magneten begrenzt wird. Zur Steuerung interventioneller Instrumente steht hierfür ein Flashpoint-Tracking-System auf IR-Basis zur Verfügung, das deren interaktive Steuerung erlaubt [ 80 , 86 ].

Abb. 10 : Unterschiedliche MR-Gerätetypen und ihre charakteristischen Eigenschaften.


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Geschlossene Hochfeldsysteme weisen einen umschlossenen Spulenkörper auf, der wenig Platz für direkte Interventionen im Magneten erlaubt. Der Zugang zum Patienten wird zwar durch stirnseitig weite Gantryöffnungen verbessert, doch ist für einen Eingriff an schwer zugänglichen Körperteilen, wie z.B. der Brust, im allgemeinen eine Patientenverlagerung durch Verschieben der Patiententischplatte notwendig. In einigen Interventionsbereichen werden geschlossene MR-Tomographen mit anderen bildgebenden Geräten in einem Raum kombiniert, so dass ein direkter Patiententransport zwischen beiden Geräten und ein schneller Zugriff auf beide Geräte möglich ist [ 1 ].

Gerätetechnische Betrachtungen zur MR-gestützten Intervention

Ein MRT-Gerätesystem für unterschiedliche Indikationsgebiete läßt sich zur Zeit nicht optimal realisieren, da es zu vielen Ansprüchen gerecht werden müßte. Insofern sind dem Anspruch nach einem weiträumigen Zugang zum Patienten und gleichzeitig schneller wie auch hochqualitativer Bildtechnik Grenzen gesetzt sind, die nicht zuletzt von der Zielsetzung nach einem homogenen hohen statischen Magnetfeld, wie auch von schnellen Gradienten abhängt. Offene Magnete bieten einen guten Patientenzugang, verfügen aber nicht über die bildtechnischen Vorteile eines Hochfeldsystems. Ein MRT-System, das zur Überwachung und Steuerung interventioneller Eingriffe eingesetzt wird, sollte jedoch eine schnelle Bildakquisition bei guter anatomischer Auflösung erreichen. Bedingungen, die bei höherer Feldstärke besser erfüllt sind als bei niedrigerer und zur Zeit nur in geschlossenen Systemen realisierbar sind. Trotz des stark eingeschränkten Patientenzugangs stellen die geschlossenen MRT-Geräte im Bereich der Mammadiagnostik die am weitesten verbreiteten Geräte dar [ 1 ]. Vorteile bringen die starken homogenen Magnetfelder und die schnellen Gradienten, woraus sehr gute Bildqualitäten und hohe Signal-Rausch-Verhältnisse resultieren. Ferner wird die Reduzierung von Bewegungsartefakten durch schnellere Bildakquisitionszeiten begünstigt und es läßt sich ein besseren Signalverhalten bei der dynamischen KM-Mammographie erreichen [ 23 , 44 ].

5.2 MR-Brustspulen für die bildgebende Diagnostik

Zu jedem MR-Hochfrequenzsystem gehört eine Sende- und Empfangsspule (Body-Coil), die zur HF-Anregung als auch zum Empfang der MR-Signale verwendet wird. Sie ermöglicht ein großes Meßfeld, aber ihre Sensitivität bzw. Empfangsqualität wird mit höheren Auflösungen geringer, wodurch ein Nachteil bei der Abbildung kleiner Körperareale entsteht. Durch den großen Spulenempfangsbereich resultiert eine Abschwächung der empfindlichen Meßsignale (Empfangsleistung in μW) in hohem Maße aufgrund des umgebenden Patientenrauschfeldes. Zur Verringerung der Spulensensitivität gegenüber diesem Rauschfeld bzw. zur Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses werden indikationsabhängige Oberflächenspulen verwendet, die sich zudem durch folgende charakteristischen Eigenschaften auszeichen:

Abb. 11: Einfluß des Körperrauschfeldes auf unterschiedliche MR-Empfangsspulen [77].

Limitierender Faktor einer Oberflächenspule, insbesondere bei der Untersuchung tief im Körper liegender Regionen, ist der eingeschränkte Empfangsbereich bzw. die Eindringtiefe, die ungefähr dem Durchmesser der Oberflächenspulen entspricht. Eine Verbesserung der Bildgebung und des Spulen-Empfangsfeldes kann durch Phased-Array-Spulen erreicht werden, bei denen eine größere Anzahl [Seite 15↓]von Spulenelementen kombiniert werden. Diese Technik ist in der Mammadiagnostik verbreitet und kann die hervorragende Bildqualität der Oberflächenspule auf das große Empfangsfeld einer Körperspule erweitern. Damit lassen sich sehr gute Detailuntersuchungen von kleinen Strukturen wie z.B. von suspekten Läsionen der Mamma erreichen [ 23 , 56 , 77 ]. Für die Mammadiagnostik stehen unilaterale und bilaterale Oberflächenspulen zur Verfügung. Die bilateralen Diagnostikspulen ermöglichen die simultane Untersuchung beider Mammae, im Allgemeinen in der Bauchlage und sind entweder flexibel gestaltet oder wie die Abb. 12 zeigt, gebräuchlich in einem festen Spulenkörper integriert. Der Spulenkörper dient als partielle Patientenauflage und weist Aussparungen zur Aufnahme der Mammae auf. Der gezeigte Spulenkörper von Siemens hat eine zusätzliche Einrichtung zur Kompression der Mammae, wodurch sich Bewegungsartefakte reduzieren lassen. Nachteil dieser Spulenkörper ist der eingeschränkte Zugang von aussen, so dass Interventionen im geschlossenen MRT nicht möglich sind. Unilaterale flexible Spulen erlauben keine simultane Untersuchung beider Mammae, bieten aber die Vorteile, dass die Untersuchung unabhängig von der Patientenlage möglich ist und der Spulenkörper optimal an die anatomischen Regionen angepasst werden kann.

Abb. 12 : Bilaterale Brustspulen für die MR-Mammographie

a) Prinzip der Brustspule für die Untersuchung in Bauchlage, b) Brustspule (Philips), c) Brustspule (MRI Devices) mit Interventionszugang, d) Brustspule (Siemens) mit lateraler Brustfixierung.

5.3 Punktionssysteme für die MR-Mammadiagnostik

Im Bereich der MRT-gestützten Intervention sind unterschiedliche Methoden zur Durchführung einer Biopsie oder Markierung bekannt. Hierzu gehören verschiedene Brustlagerungskonzepte und Punktionseinrichtungen mit MR-Oberflächenspulen. Der wesentliche Unterschied zu den im Kap.5.2 vorgestellten Mamma-Diagnostikspulen besteht darin, daß Biopsiespulen einen definierten Zugang oder Arbeitsbereich für den interventionellen Eingriff bieten und über Hilfsmittel zur Lokalisation des Punktionszieles wie auch zur Ausrichtung der Punktionsinstrumente verfügen. Punktionseinrichtungen für die MR-Mammadiagnostik gibt es für die Anwendung mit offenen und geschlossenen MRT-Geräten. Bekannte Systemkonzepte wurden z.B. von den Unternehmen Philips oder Siemens und von führenden deutschen Arbeitsgruppen (Heywang-Köbrunner et. al., Fischer et. al., Thiele et. al., u.a.) entwickelt, die sowohl die perkutane Biopsie als auch präoperative Markierungen ermöglichen. Praktiziert werden die Mammainterventionen dabei hauptsächlich in den drei Patientenpositionen: a) Bauchlage, b) Rückenlage und c) Halbseitenlage.

Einigen Vorrichtungen für die MRT-gestützte Mammabiopsie ist gemeinsam, dass sie die Mamma(e) mit Hilfe von Kompressionseinrichtungen stabilisieren und gleichzeitig durch diese auch die Punktion ermöglichen. Insofern lassen sich über Bohrungen oder Stege in den Kompressionsplatten Nadeln für die Anästhesie, Biopsie oder Markierung, aber auch Drähte zur präoperativen Markierung der Läsion einbringen. Nachteile dieser Einrichtungen liegen in erster Linie im eingeschränkten Punktionsbereich und in der Punktionsgenauigkeit kleiner Läsionen. Eine Identifikation des Punktionszieles erfolgt in den meisten Fällen über MR-sensitive Marker, die sich direkt auf der Hautoberfläche oder am Punktionssystem befinden. Wesentliche Konzeptunterschiede finden sich in der Navigationsart der medizinischen Instrumente, die sowohl freihändig als auch mit speziellen Vorrichtungen erfolgt. Roboterge[Seite 16↓]stützte Punktionsvorrichtungen für die MR-Intervention sind in der klinischen Routine nicht bekannt. Die im folgenden vorgestellten klinischen Methoden und Konzepte erlauben zudem keinen direkten Eingriff im Isozentrum geschlossener MRT-Geräte.

5.3.1 Punktionsvorrichtung für Interventionen in der Halbseitenlage

Es handelt sich hierbei um eine Biopsieeinrichtung, die seit mehreren Jahren zur Standardausrüstung von Philips MR-Tomographen (Gyroscan ACS) gehört und noch im Jahre 1998 das einzige kommerzielle System war.

Aufbau und Eigenschaften

Abb. 13 : Unilaterale Mamma-Punktionseinrichtung für die Biopsie und präoperative Markierung (Fa. Philips) für Anwendungen in der Halbseitenlage.

Im Detail handelt sich bei diesem System um eine unilaterale Vorrichtung, bei der die Brust bzw. eine Mamma in Halbseitenlage der Patientin (Seitdrehung um 20°) durch zwei Kompressionsplatten, von denen eine verstellbar (laterale Punktionsplatte) und die andere ortsfest ist (mediale Platte), fixiert wird. Die Funktion dieser Einrichtung wird durch das nachfolgende Bild deutlich.

Abb. 14 : Axiale Ansicht auf die Biopsievorrichtung mit Patientin

(1), komprimierte Brust (2), Oberflächenspule (3), Kompressionsplatte der Biopsieseite (4), mediale Kompressionsplatte (5), MR-Marker lateral-medial (6), Nadelführung (7), Nadel (8), Führungshülse (9)[59].

In dieses System ist keine Oberflächenspule direkt integriert. Für die Bildgebung wird eine flexible zirkuläre Ringspule aufgesetzt, die sich zwischen der Patientenabstützung und dem Patienten befindet, so dass die zu punktierende Mamma durch die Öffnung der Spule gelegt und zwischen beiden Kompressionsplatten fixiert werden kann. Punktionen werden ausschließlich über die lateral gelegene Kompressionsplatte durchgeführt, die kleine Löcher zur Aufnahme einer Führungshülse aufweist. Über die Führungshülse läßt sich die Biopsienadel in orthogonaler Richtung zur Kompressionsplatte in die Mamma einbringen. Mit Hilfe von zwei mit Glyzerin gefüllten Markierungskreuzen (siehe Abb. 13) läßt sich eine zu punktierende Läsion dem Lochsystem zuordnen. Diese Markierungen sind aufgrund ihrer [Seite 17↓]hohen Signalintensität im Schnittbild deutlich zu erkennen und teilen die Kompressionsplatten in vier Quadranten zu einem Referenzsystem auf [ 59 ]. Wie bei allen Punktionsvorrichtungen die am geschlossenen MR-Tomographen eingesetzt werden, erfolgt die Punktion außerhalb vom Gerät, wozu eine Verlagerung der Patientin notwendig ist. Die Probleme, die dadurch entstehen können, wurden im Kap. 3 beschrieben. Weitere Nachteile dieses Systems sind zum einen die, für die Patientin anstrengende Lagerungsart über einen längeren Untersuchungszeitraum und zum anderen die nicht korrelierende Schnittbildführung im Vergleich zur vorangegangenen MRM mit der Diagnostikspule. Beide Systeme basieren auf unterschiedliche Untersuchungslagen der Patienten und der Mamma(e). Besonders Problematisch ist die Biopsie von Herden unter 1 cm Größe unter Anwendung derartiger Lochplattensysteme, da in jedem Fall mit einem nicht zu vernachlässigenden Totraum gerechnet werden muß. Dies soll beispielhaft anhand einer analytischen Betrachtung gezeigt werden.

Nicht-biopsierbarer Bereich (Totraum) bei der Philips-Punktionsplatte

Die Philips-Punktionsplatte besteht aus Plexiglas und besitzt eine Lochmatrix aus 20 Reihen und 25 Spalten mit Gewindebohrungen (M4) die einen Abstand von 5 mm zueinander aufweisen. In die Gewinde lassen sich Führungshülsen einschrauben, die einen etwas größeren Innendurchmesser als die Nadeln aufweisen. Die Lochplatte mit einer Hülse für eine 14 G-Stanzbiopsienadel zeigt die Abb. 15.

Abb. 15 : Philips-Lochplatte mit Führungshülse.

Bei Interventionen mit Punktionsplatten kennzeichnet der bioptische Totraum den Gewebebereich, der anhand der Lochkonfiguration mit einer Biopsienadel praktisch nicht erreicht und damit auch im nicht sicher abgeklärt werden kann. Das Ausmaß nicht biopsierbarer Bereiche hängt noch zusätzlich von der Nadelapplikation ab, d.h. ob die Nadel mit Hilfe der Führungshülse oder ohne diese im Gewebe platziert wird. Im letzteren Fall wird die Biopsie zwar zunehmend ungenauer und hängt nunmehr von der Erfahrung des Arztes ab, auf der anderen Seite aber bietet sich für den Arzt die Möglichkeit, die Nadelposition geringfügig bei gleicher Lochposition zu variieren und so Gewebeproben an verschiedenen Stellen zu entnehmen. Der theoretische Totraum zwischen vier Löchern dieser Platte wurde wie in Abb. 16 dargestellt für eine, orthogonal zur Plattenebene und mit Hilfe einer entsprechenden Führung zentrierten, Biopsienadel der Größe 14 G ermittelt.

Abb. 16 : Bestimmung des Totraumes bei der Philips-Punktionsplatte mit geführter Biopsienadel.


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Nach Abb. 16 beträgt der theoretisch nicht biopsierbare Bereich 21,5 mm2. Im ungünstigsten Fall würde das bedeuten, dass ein im Totraum zentrierter Herd von ca. 5 mm Größe (Innenkreis), nur von der Nadel tangiert wird und eine bioptische Abklärung nicht mehr möglich wäre. Unter der Voraussetzung, dass die Biopsienadel zur Sicherung von suspektem Gewebe mindestens von diesem umschlossen sein sollte, müßte der Befund bezüglich dieser Anordnung einen Mindestdurchmesser von 11,3 mm aufweisen, um von einem dieser vier Löcher aus auch bioptisch gesichert werden zu können. Diese Situation läßt sich etwas verbessern, wenn auf die Nadelführung verzichtet und durch intuitive Inklination der Nadel der dadurch entstehende größere Bewegungsraum ausgenutzt wird. C.K. Kuhl gibt hierzu in einer Publikation bekannt, dass von 98% der untersuchten Läsionen eine definierte histopathologische Diagnose mit Hilfe von Drahtlokalisationen möglich war, jedoch Nachteile im Hinblick auf eine genaue Nadelplazierung bestehen und aus diesem Grund eine bioptische Abklärung mit dieser Vorrichtung von Läsionen kleiner als 10 mm nicht durchgeführt werden konnte [ 59 ]. Ein weiterer Nachteil bei dieser Platte liegt in der schwierigen Reinigung und Abnutzung der Gewindegänge.

5.3.2 Punktionsvorrichtung für Interventionen in der Rückenlage

Die Arbeitsgruppe Fischer et. al. entwickelte Mitte der 90er Jahren eine unilaterale Punktionsvorrichtung, die MRT-gestützte perkutane Biopsien und präoperative Markierungen in der Rückenlage der Patienten ermöglicht. Fixiert wurde die Vorrichtung an einem handelsüblichen C-Bogen aus Plexiglas (Fa. Siemens) für den Einsatz einer Augen-Ohr-Oberflächenspule, die Vorrichtung selbst wurde in eine Oberflächenspule (Schulter-Flex-Spule, Fa. Siemens) integriert, wie die Abb. 17 darstellt. Das Punktionselement bestand aus zwei halbkreisförmigen Elementen, die gegeneinander bis zu maximal 30° anguliert werden konnten. Hierdurch wurde einerseits eine bessere Fixierung der Mamma erreicht, andererseits ermöglichte diese Konstruktion auch Punktionen im retromamillären Bereich. Jedes der zwei halbkreisförmigen Elemente besaß insgesamt 108 Punktionsstege, die in parallelen Reihen und orthogonal zur Plattenebene angeordnet waren (2 Reihen mit 3 und 5 Stegen, 4 Reihen mit 6 und 7 Stegen, 5 Reihen mit 8 Stegen). Der Innendurchmesser der Punktionsstege betrug 2,3 mm und gestattete die Einführung von Nadelmaterialien bis 14 G. Der Abstand der Stege betrug jeweils 8 mm. Die beiden Hohlkörper wurden mit einer Gadoliniumlösung gefüllt, so dass die mit dieser Lösung umspülten Punktionsstege bei Verwendung einer T1-gewichteten Sequenz als signalintensive Orientierungsmarker abgebildet werden konnten [ 18 , 21 , 23 ].

Abb. 17 : Punktionsvorrichtung von Fischer et al., Göttingen

a) Anwendungssituation bei einer Patientin in der Rückenlage, b) mit Gadolinium gefüllte, schwenkbare Punktionsplatten in der Oberflächenspule, c) Punktionsplattenhohlräume im T1-gewichteten MR-Schnittbild.

Die positiven Merkmale dieser Vorrichtung liegen im ungehinderten Zugang zur Brust und in der weniger belastenden Patientenposition, die identisch mit der OP-Lagerung ist. Einschränkungen bei der Punktion thoraxwandnaher und weit medial gelegener Herdbefunde liegen nach Fischer et. al. nicht vor, da sich die Platten flexibel an die Brustkontur anpassen lassen. Dennoch konnten einige sehr thoraxwandnahe Herde nicht abgeklärt werden, da die Kompressionsplatten die, für die Intervention notwendige Position, nicht erreichten. In diesem Zusammenhang gibt Fischer et. al. weiterhin bekannt, dass Läsionen die sehr nahe der Brustwand liegen ein gewisses Punktionsrisiko (Pleurapunktion) bei kleinen Mammae mit sich bringen [ 20 ] , weshalb die Abschätzung der Punktionstiefe sehr genau erfolgen muß. Eine weitere Einschränkung ergibt sich aufgrund der Löcherkonfiguration bei der perkuta [Seite 19↓] nen Punktion kleinerer Herde. Im Vergleich zur Punktionsplatte von Philips ist die nicht erreichbare Fläche A tot mit ca. 59,8 mm 2 um ein vielfaches größer, was einer theoretisch nicht erreichbaren Läsion von ca. 9 mm (D tot ) entsprechen würde. Der im ungünstigsten Fall erforderliche Mindestdurchmesser D min zur Entnahme einer Gewebeprobe beträgt dabei ca. 13,6 mm. Die erschwerte Biopsie von Kleintumoren wird durch die Schnittbilddarstellung der Punktionsplattenanordnung an der Mamma ( Abb. 17 ) klar ersichtlich. In einem Bericht kommentiert Heywang-Köbrunner , dass die perkutane Biopsie mit dieser Vorrichtung nur für Läsionen > 10mm empfehlenswert sei [ 44 ] .

5.3.3 Punktionsvorrichtungen für Interventionen in der Bauchlage

Interventionen in der Bauchlage sind heute am meisten verbreitet. Die wesentlichen Aspekte, die für diese Lage sprechen, liegen in der relativ angenehmen Patientenposition, im guten Brustzugang und in der Vermeidung von Bewegungsartefakten begründet. In Zusammenarbeit mit der Fa. Siemens entwickelte die Arbeitsgruppe von Heywang-Köbrunner Biopsiespulen bzw. Punktionsvorrichtungen für die Abklärung von Brusttumoren. Einen Prototypen für MR-Interventionen in der Bauchlage zeigt die Abb. 18. Die Hauptkomponenten dieses Systems sind: a) ein Brust-Kompressionssystem, b) eine variabel positionierbare flexible Ringspule und c) eine Zielvorrichtung zur Führung des medizinischen Instrumentes. Für den interventionellen Eingriff am geschlossenen MRT-Scanner muß die Patientin jedoch in die „externe“ Untersuchungslage verlagert und die Zielvorrichtung an die laterale Seite des MRT-Patiententisches montiert werden.

Abb. 18 : links: Brust-Punktionssystem von Heywang-Köbrunner für Interventionen in der Bauchlage; rechts: Das Biopsiesystem in der Anwendung.

In der, in Abb. 18 (rechts) gezeigten Anwendung, wurde ein Vakuumbiopsiesystem eingesetzt (siehe Kap.5.4.3). Das Kompressionssystem wurde mit der Patientenauflage verbunden und war zur Fixierung sowie für für unilaterale Interventionen an der Mamma in lateral-medialer Richtung konzipiert. Um einen Eingriff auch von der anderen Seite durchzuführen, war die Punktionseinrichtung um 180° zu drehen. Die Stabilisierung der Mamma wurde durch Anpressen horizontal angeordneter biegsamer Kunststoffstege der Kompressionsplatten bewirkt, wie die nachfolgende Abbildung zeigt.

Abb. 19 : Kompressionsplatte und deren prinzipielle Anwendung der Biopsieeinrichtung

(Patent: DE 197 09 224 A1, 97P8824 US).


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Methodik

Für die Bildgebung wird eine handelsübliche flexible Ringspule zwischen die Stege der Kompressionsplatten platziert und kann dadurch in variablen Ebenen eingesetzt werden. Mögliche Limitierungen des Punktionszuganges durch ungünstige Spulenpositionierungen im Punktionsgebiet, können durch Verbiegen der Stege und damit auch durch Deplazierung der Spule kompensiert werden. Im Anschluß an die Mamma-Bildgebung werden die Koordinaten der suspekten Läsion in Beziehung zu einem extern definierten Referenzpunkt gesetzt, von dem aus notwendige Angulationen und der Vorschubweg der einzuführenden Punktionsnadel an der Zieleinrichtung bestimmt werden. Durch die Winkelverstellbarkeit des Zielsystems wird das Punktionsfeld bzw. der Zugangsbereich in die Brust vergrößert. Zur Durchführung der Intervention wird die Zieleinrichtung in Abhängigkeit des Instrumentenzugangs (links- oder rechtsseitig) am MRT-Tisch außerhalb des Magneten befestigt [ 23 , 42 , 44 ].

Einschränkungen

Ein Nachteil bei der Verwendung von dünnen Stegen in einem Kompressionssystem kann durch hohen Flächenpressungen an der Mamma entstehen, so dass Gefäßeinengungen und Störungen der Vaskularisation möglich sind. Dies kann sich z.B. negativ auf den Kontrastmittelfluß bei der dynamische MRM auswirken. Dagegen ermöglichen die Stege einen größeren Interventionsbereich, da die Stege über Abstandshalter auseinandergedrückt werden können. Der bioptische Totraum läßt sich dadurch im Vergleich zu den Punktionslochplatten verringern. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass sich die Brustlage durch die Deformationsbewegungen an der Platte und damit auch die Zielkoordinaten verändern können. Da das in Abb. 18 gezeigte Punktionssystem nicht für Interventionen im geschlossenen MR-Tomographen eingesetzt werden kann, ist unter Umständen eine mehrfache Montage/Demontage und Neujustierung der Zieleinrichtung notwendig, wenn mehrfache Interventionen und bildgebende Kontrollen notwendig sind. Die Folge können zeitliche und patientenbelastende Nachteile sein. Ferner muss die Interventionslage bereits vor der Untersuchung feststehen, da eine Änderung der Eingriffsseite nachteilig eine Neupositionierung der Einrichtung und der Patientin bedingt. Bei der Punktion medial gelegener Läsionen sind insbesondere bei großen Mammae tiefe Punktionseinstiche von der lateralen Seite erforderlich.

Von den Arbeitsgruppen Heywang-Köbrunner et. al. und Fischer et. al. sind weitere Einrichtungen für bauchseitige Punktionen mittels Lochplatten bekannt. Zwei Beispiele hierzu zeigt die Abb. 20. Bei diesen Einrichtungen erfolgt die Mammakompression wie zuvor in lateral-medialer Richtung, die Punktion von der lateralen Seite aus. Das System von Heywang-Köbrunner ist durch eine unilaterale Punktionsvorrichtung mit zwei Punktionsplatten, das System von Fischer durch eine bilaterale Punktionseinrichtung mit zwei lateralen Punktionsplatten für beide Mammae gekennzeichnet [ 23 , 37 , 44 , 68 ].

Abb. 20 : Punktionseinrichtungen für Mammainterventionen in der Bauchlage

a) unilaterale Brustspule mit integrierten Punktionsplatten (Heywang-Köbrunner), b) Anordnung und Prinzip der Kompressionsplatten, c) bilaterale Punktionsvorrichtung mit angulierbaren Lochplatten (Fischer).

In den Punktionsplatten der dargestellten Einrichtungen sind ähnlich dem Philips-System zahlreiche Kanäle zur Durchführung der Punktionsnadel enthalten. Die entstehende Problematik im Hinblick auf den bioptischen Totraum und die Punktion kleiner Läsionen wurde in Kap.5.3.1 diskutiert. Zum Nachweis der Platten im MRT-Schnittbild liegen zwischen den Platten des Systems von Heywang-Köbrunner kontrastmittelhaltige dünne Rohre, beim Fischer-System enthalten die Platten einen mit Öl gefüllten dünnen Schlauch. Beide Arbeitsgruppen verzeichnen gute Ergebnisse im Hinblick auf die [Seite 21↓]hauptsächlich durchgeführten präoperativen Markierungen auch kleinerer Läsionen unter 10 mm Größe. Beide Arbeitsgruppen kontrollierten die Nadellage durch Kontrollaufnahmen, wobei Fischer von deutlichen psychischen Belastungen berichtet. Heywang-Köbrunner berichtet von Einschränkungen bei der Punktion bzw. Lokalisation von thoraxwandnahen Läsionen, die durch das System von Fischer aufgrund der angulierbaren lateralen Punktionsplatten besser erreicht werden können. Nachteile die aber bei beiden Systemen durch die laterale Punktion entstehen können, sind Genauigkeitsverluste durch größere Nadeldurchbiegungen bei langen Interventionswegen und zunehmende Patientenbelastungen. Bei einem Vergleich der MR-Spulen, umschließt diese beim System von Heywang-Köbrunner brustwandnah die Mamma, bei Fischer liegt die Spule (ovale Wirbelspule) in sagittaler Richtung zwischen den medialen Anpreßplatten. Dadurch läßt sich zwar die Brustwand näher an die Kompressionsplatten heranführen, jedoch muss bei einer Reduzierung des MR-Signals vom Spulenkörper zur lateralen Seite, insbesondere bei großen Mammae, mit einem Verlust der Bildqualität und schlechterer Gewebedifferenzierung gerechnet werden.

5.3.4 Freihandinterventionen im Sitzen am offenen MRT

Thiele und Mitarbeiter berichten über eine interaktive Mammaintervention für einen offenen 0,5-Tesla-MR-Tomographen von GE Medical Systems (Signa SP, Abb. 10). In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Leipzig wurde diesbezüglich eine Punktionshilfe für die Untersuchung bzw. Mammapunktion im Sitzen entwickelt. Dies geschieht mittels eines speziellen Kompressions- und Punktionsgestelles (Abb. 21), das sich im Bereich der axialen Geräteöffnung (58 cm) unterbringen läßt.

Abb. 21 : Punktionshilfe für Interventionen im Sitzen am offenen MRT.

Beschreibung

Zur Durchführung der sitzenden Mammaintervention befindet sich ein höhenverstellbarer Stuhl zwischen beiden Magnetspulen, so dass die Patientin frontal zu einer offenen Seite des Gerätes sitzt und die zu untersuchende Mamma im Messfeld liegt. Die Kompressions- und Punktionseinrichtung ist auf einen Kunststoffrahmen montiert, der für den interventionellen Eingriff in eine vertikale Lage gebracht und vor die aufrecht sitzende Patientin gestellt wird. Dabei ist die Thoraxwand an die Grundplatte angelehnt und die Patientin mit Polsterungen zwischen Rücken und Stuhllehne an das Mammagestell adaptiert. Der Vorteil dieses Systems ist nach Thiele et al. die sitzende Untersuchungsposition, die analog der Position der Röntgenmammographie entspricht und auch als angenehmer empfunden wird, als die sonst übliche Untersuchung in Bauchlage. Das Kompressionsgestell beinhaltet eine seitlich verschiebbare Grundplatte auf die eine flexible Sende- und Empfangs-Oberflächenspule mit rechteckiger Konfiguration (Beckenspule, Innenmaße: 18 x 21 cm) fixiert werden kann. An die Grundplatte ist auch das Kompressionssystem montiert, dass über zwei transparente Kunststoffplatten in paralleler Ausrichtung zueinander verfügt. Während der Intervention wird die Mamma durch horizontale Ausrichtung der Platten fixiert. Die untere Platte dient dabei als stabile Anlagefläche der Mamma, die obere Platte kann in der Höhe verschoben werden und sorgt nach entsprechender Verstellung für den Kompressionsdruck. Punktionen sind von den frei zugänglichen Seiten (ventral, lateral, medial) und durch die obere Platte (von kranial), die mit 168 Bohrungen in halbovaler Anordnung versehen ist, jedoch mit größeren Lochabständen als bei den Einrichtungen von Heywang-Köbrunner und Fischer (Kap. 5.3.3), möglich [ 23 , 80 , 81 , 89 ].


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Bei diesem Konzept erfolgte die Punktion aus freier Hand mit Hilfe eines interaktiven Führungssystems „Flashpoint 5000“ (Fa. IGT, USA), dass wie in Abb. 22 dargestellt, aus zwei Hauptkomponenten bestand: a) Drei Infrarotsensoren (IR-Kameras) mit einem Sichtwinkel von 70°, untergebracht in einem Verbindungsstück zwischen den beiden Magneten, 83 cm über dem Isozentrum und b) einem Nadelhalter, auf dem IR-emittierende Leuchtdioden für die Lokalisation des medizinischen Instrumentes angebracht waren. Zur Punktionsdurchführung, wurden die Positionsdaten des Nadelhalters permanent erfasst und aus diesen eine Trajektionslinie berechnet. Die Kontrolle der Nadelposition erfolgte über einen Vergleich der Trajektionslinie zu den Nadelartefakten im MRT-Schnittbild. Für diese interaktive Punktionsmethode waren schnelle Bildfolgen (1,5 s pro Bild) notwendig. Obwohl die Nadelposition interaktiv verfolgt werden konnte, bestand insbesondere bei langen dünnen Nadeln (20 G, L= 10-15 cm) das Problem, dass diese verbogen und die Nadelartefakte zur Trajektionslinie divergierten, was eine größere Abweichung zum Zielort mit sich brachte. In diesem Fall mußte die Nadel zurückgezogen werden, bis Artefakt und Trajektionslinie wieder übereinstimmten. Insofern erfolgte die Punktion im Vergleich zu anderen Systemen relativ langsam, da zwischen der Akquisition des zur jeweiligen Position des Nadelhalters passenden Bildes und der Darstellung dieses Bildes eine Prozeßverarbeitungszeit von etwa 2,5-3 s vergingen. Steiner et. al. gab für den interaktiven Punktionsvorgang eine Zeitspanne zwischen 3-17 Minuten (Durchschnitt ca. 6 Min.) an. Hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Auflösung gab Steiner et. al. weiterhin bekannt, dass diese zwar ausreichend war um Punktionen von 2 cm kleinen Läsionen zu gewährleisten und durch Variation der Sequenzparameter noch verbessert werden könnte, jedoch ein langsamerer Bildaufbau und eine Einschränkung der interaktiven Punktionskontrolle hierbei entstehen würde. Experimente am Patienten und an einem Phantom ergaben gute Ergebnisse, dennoch wurden nur 83% kleiner Zielorte (≤ 1 cm) getroffen. Da Atembewegungen die Treffsicherheit zusätzlich erschweren könnten, wurden Punktionen von suspekten Raumforderungen mit diesem System zunächst auf 2 cm und größer beschränkt [ 86 ].

Abb. 22 : Biopsieführung in Freihandtechnik mit „Flash Point Tracking System“ am offenen MRT (Signa SP).

5.3.5 Freihandinterventionen in der Bauchlage am offenen MRT

Mammainterventionen an offenen MRT-Geräten bieten gegenüber geschlossenen MRT-Geräten einen permanenten Patientenzugang und die Möglichkeit einer interaktiven Steuerung bzw. Kontrolle der Punktionsvorgänge. Da die Bauchlage die bevorzugte Patientenlagerung ist, werden zu diesem Thema Konzepte vorgestellt, bei denen Drahtmarkierungen und Punktionen in Freihandtechnik, sowie mit Hilfe einer im MRT-Magnetfeld verbleibenden Zielvorrichtung durchgeführt wurden.

Daniel et. al.(Stanford University) stellte zwei Methoden vor, mit denen sowohl die Plazierung von Hakendrähten, als auch die bioptische Abklärung mit einem Stanzbiopsiegerät, siehe Abb. 23c, in Freihandtechnikdurchgeführt wurden. Sowohl für die diagnostische Bildgebung, als auch für die Eingriffe verwendete diese Arbeitsgruppe eine offene Brustspule (MRI Devices) für die bauchseitige Patientenlagerung, die Freihandinterventionen ermöglichten sie vorwiegend an einem 0,5T-MRT (Signa SP, GE Medical Systems). Die Brust wurde im unkomprimierten Zustand punktiert, wobei die Arbeitsgruppe in einigen Fällen ein thermoplastisches Netz zur Unterstützung der Mamma (Abb. 23a) verwendete. Zur Anpassung des Netzmaterials an die Brustkontur und die Spulengeometrie wurde dieses [Seite 23↓]in einem Wasserbad auf 70-80°C erwärmt. Nach anschließender Abkühlung und Aushärtung formierte sich der Stützkörper, dessen weitmaschige Struktur einen freien Interventionszugang von allen Seiten erlaubte. Auf Grund der fehlenden externen Führung bei der Freihandtechnik muß der Nadeleindringort vor der Punktion, unter Berücksichtigung eines optimalen und gefährdungsfreien Punktionsweges zur Läsion, abgeschätzt und gekennzeichnet werden. Hierzu wurden signalintensive Marker an das Netz oder direkt auf die Haut geklebt, siehe Abb. 23b. Vor den Interventionen wurden die relevanten Schnittbildebenen für die interaktive Punktionskontrolle festgelegt. Der Punktionsvorgang erfolgte in kleinen Schritten, so dass jede Nadelmanipulation anhand einer MRT-Schnittbildserie kontrolliert werden konnte. Für diesen Vorgang wurden je nach der Punktionstiefe zur Einstichstelle, der Erkennbarkeit der Läsion im MR-Kontrollbild, sowie der Beweglichkeit der Brust und der Anzahl notwendiger Repositionierungen, durchschnittliche Manipulationszeiten von 9,1 Minuten (max. 28 min) angegeben.

Abb. 23 : Punktionszubehör und interaktive MR-Freihand-Mammaintervention

a) Brustspule (MRI Devices) und thermoplastisches Netz zur Bruststabilisierung,
b) Lokalisierbarer MR-Marker und Nadeleingang (Brustspule MRI Devices),
c) Durchführung einer MR-geführten Freihandbiopsie mit Stanzinstrument.

Ferner zeigte die Arbeitsgruppe Daniel et al., dass diese Technik auch bei geschlossenen MR-Tomographen anwendbar ist. Die Patientin mußte jedoch für jede Nadelmanipulation aus dem Gerätetunnel verlagert werden, was diese Methode im Vergleich zu der Anwendung am offenen MR-Gerät umständlich und zeitintensiver machte. Hinsichtlich der Genauigkeit der Freihandtechnik gibt Daniel vergleichbare Ergebnisse zu denen der Mammographie und Sonographie an. Hierzu gibt er weiterhin bekannt, dass Läsionen von 5mm und kleiner im Durchmesser lokalisiert und mittels Hakendrähte in einem Abstand von 0-9 mm (Mittelwert 3,8 mm) zur Läsion platziert werden konnten. Ergänzend zu den bereits genannten Problemen bestehen weitere Nachteile dieses Verfahrens in der limitierten Abklärbarkeit tiefgelegener brustwandnaher Läsionen großer Mammae, da sich die benötigten langen Nadeln mit der verwendeten Brustspule in diesem Bereich nicht anpassen lassen. Ferner ist die Lokalisationsgeschwindigkeit dieser Methode kritisch, da eine maximale Differenzierbarkeit zwischen der Läsion und der Umgebung nur in den ersten Minuten nach der Applizierung des Kontrastmittels möglich ist und mit zunehmender Manipulationsdauer die genaue Plazierung schwieriger wird. Die Nadelplazierung kann zudem erschwert werden, wenn die Brust aufgrund der fehlenden Stabilisierung bewegt und die Nadelposition daurch häufiger nachmanipuliert werden muß. Mit Ungenauigkeiten muß auch gerechnet werden, wenn die, während des interaktiven Vorganges verfolgten Nadelartefakte, die im Allgemeinen größer sind als die realen Nadelabmessungen, das Punktionsziel insbesondere kleine Läsionen überlagern bzw. verdecken [ 12 , 13 ].

Die Arbeitsgruppe von Sittek et. al. führte Nadellokalisationen in Freihandtechnik an einem offenen MR-Gerät vom Typ Magnetom Open (Siemens) durch und beschreibt ähnliche Probleme wie Daniel. Sittek stellte weiterhin fest, dass eine Biopsie mit dieser Technik nicht mit ausreichender Sicherheit durchgeführt werden konnte, da es an einer Nadelfixierung und damit auch an einer unzureichenden Positionseinhaltung der Nadel vor der Läsion fehlte. Zur Erhöhung der Genauigkeit entwickelte die Arbeitsgruppe eine Punktionseinrichtung für den Verbleib im Magnetfeld während der Untersuchung. Diese Einrichtung besteht in den Grundkomponenten aus einem Zielgerät und einer Lagerungshilfe, die eine Mamma für die Dauer der Intervention aufnimmt und fixiert. Das Zielgerät trägt die Interventionsnadel und läßt sich in 3 Freiheitsgraden von der offenen Seite des MRT-Gerätes justieren, so dass sich die Mamma von lateral und innerhalb des Zugangsbereiches der Lagerungshilfe punktieren läßt. Studien an einem Phantom (120 Lokalisationen) und Untersuchungen bei 29 Patienten an denen 26 Drahtmarkierungen bei einer mittleren Tumorgröße von 12±7 mm und 5 Stanzbiopsien mit 14G-Biopsienadeln durchgeführt wurden, ergaben gute Punktionergebnisse [ 84 , 85 ]. Die eingesetzte Ziel[Seite 24↓]vorrichtung am offenen MR-Tomographen während einer Mammaintervention zeigt das folgende Bild.

Abb. 24 : Lokalisationsspule und Zielvorrichtung am 0,2T-MRT „Magnetom Open“ (Siemens).

5.3.6 Patentlösungen

Ausgehend von einer umfangreichen Patentrecherche (Deutsches Patentamt, Patentserver) stellt die Abb. 25 noch weitere interessante Lösungskonzepte für die Brustbiopsie vor.

Abb. 25: Patentlösungen für die Fixation und Punktion der Brust (Teil 1).


[Seite 25↓]

Abb. 25 : Patentlösungen für die Fixation und Punktion der Brust (Teil 2).

5.4 Instrumente für die minimal-invasive Mammabiopsie

In das Spektrum der minimal-invasiven zytologischen und histologischen Beurteilung von Brusttumoren fallen unterschiedliche Biopsieverfahren und Instrumente für die Röntgen-Stereotaxie, Sonographie, sowie für die CT- und MRT-Anwendung. Instrumente für die MRT-gestützte Abklärung müssen dabei zusätzliche Materialanforderungen aufgrund der starken Magnetfelder und des hohen Störeinflusses auf die MR-Schnittbildgebung erfüllen. Im heutigen klinischen Alltag und in der Praxis zählt die perkutane minimal-invasive Stanznadelbiopsie (PSNB) und die Feinnadelaspirationsbiopsie (FNAB) zu den häufigsten Abklärungsmethoden mit kleinen Nadeln (Kanülendurchmesser ≤ 3mm). In den letzten Jahren findet zunehmend die Vakuumstanzbiopsie mit rotierender Schneide als eine weitere Biopsiemethode Anwendung. Den hohen Stellenwert der Brustbiopsie, insbesondere aber der Stanzbiopsie, bestätigte eine im Rahmen dieser Arbeit gemachte Umfrage. Hierzu wurden 84 Kliniken und Praxen in Deutschland im Hinblick auf die Bildgebung und die jährlichen bioptischen Anwendungen an der Mamma befragt. Die Auswertung kam zu folgendem Ergebnis [ 30 ] .

Tab. 1 : Anwendungszahlen minimal-invasiver Mamma-Biopsiemethoden aus insgesamt 84 Kliniken und Praxen in Deutschland.

 

Stanzbiopsie

Feinnadelaspirationsbiopsie

Vakuumstanzbiopsie

Anzahl / Jahr

12504

8968

1062

Praxen

1764

4173

380

Kliniken

10740

4795

682

Aus den Umfragedaten konnte der Anteil MR-gestützter Interventionen explizit nicht abgeleitet werden, nach Schätzungen erfahrender Radiologen liegt dieser in etwa zwischen 5 ÷ 10 % am Anteil der MR-diagnostischen Untersuchungen. In Bezug auf die ermittelte Gesamtzahl der bildgebenden Untersuchungen von 401.145 pro Jahr (Mammographie= 212.325, Sonographie= 167.330, MRT= 21.490) läßt sich ein prozentualer Biopsieanteil von ca. 5,6% pro Jahr (22534 Biopsien pro Jahr) angeben.


[Seite 26↓]

5.4.1  Hochgeschwindigkeits-Stanznadelbiopsie

Die perkutane Stanznadelbiopsie (PSNB) oder Hochgeschwindigkeitsbiopsie stellt aus heutiger Sicht die Methode der Wahl bei der MRT-gestützten Abklärung von Brusttumoren dar. Es handelt sich hierbei um eine preiswerte und einfache Methode zur Gewinnung makroskopisch kleiner Gewebeproben für die Histologie, die in der Regel minimal-invasiv, d.h. ohne operativen Eingriff erfolgt. Durch die Verwendung kleiner Nadeldurchmesser ist die Patientenbelastung minimal. Ihre hohe Effizienz wurde in mehreren Publikationen bestätigt [1, 4 , 32 , 39 , 60 , 65 , 67 , 74 , 78 , 95 ]. Die prinzipielle Vorgehensweise der Stanzbiopsie erklärt die nachfolgende Abbildung.

Abb. 26 : Prinzipieller Ablauf der Hochgeschwindigkeits-Stanzbiopsie

a) Vorschub der gesamten Nadel durch die Brust bis zur Läsion,
b) Vorschub der Stanznadel durch die Läsion,
c) Herausstanzen einer Gewebeprobe durch Hervorschnellen des Stanzzylinders,
d) Zurückziehen der Nadel aus der Brust,
e) Entfernung der Gewebeprobe durch Zurückziehen des Stanzzylinders.

Methode

Die Stanzbiopsienadel, die aus einem Stanzzylinder (Kanüle) und einer Stanznadel (Stilett) besteht, wird im geschlossenen Zustand und geringem Abstand vor das Zielobjekt gebracht (1). Die Biopsietiefe kann dabei über Nadelmarkierungen (Abb. 27) in z.B. 1cm Abständen geschätzt werden. Je nach verwendetem Instrument wird die Stanznadel danach in die Läsion durch manuelles Vorschieben oder automatisch vorgeschoben, wobei sich das Gewebe in die Biopsatkammer (2), die sich im vorderen Abschnitt des Stiletts befindet, eindrückt. Dieser Vorgang wird durch den Schräganschliff der Nadelspitze begünstigt. Das Trennen des Gewebes übernimmt der Stanzzylinder, der sich nach dem Auslösen der gespannten Nadel mit hoher Geschwindigkeit (8-15 m/s) über die Stanznadel schiebt, das Gewebe vom restlichen Gewebeverband trennt (3) und im Innenraum der Biopsienadel sichert. Die Gewebeprobe wird durch erneutes Zurückziehen des Stanzylinders, nach der Nadelentfernung aus der Brust (4), zur Entnahme freigelegt (5).

Stanzbiopsienadeln existieren in unterschiedlichen Längen und Durchmessern. Die besten Ergebnisse wurden mit 14-G Nadeln (Nadeldurchmesser ca. 2,1 mm) erzielt, da diese qualitativ gute Gewebeproben für die histologische Untersuchung bei geringer Hautpenetration und Traumatisierung hervorbringen. Im Vergleich zu anderen Nadeln z.B. der Größe 16 G oder 18 G kann der Pathologe mehr spezifische histologische Diagnosen ableiten, weshalb diese Nadeln auch von den meisten Radiologen bevorzugt werden [ 2 , 16 , 70 ]. Aus technischer Sicht ist zudem ein größerer Nadelquerschnitt von signifikanter Bedeutung, da die Nadelverformung beim Eindringen und Vorschieben in die Brust geringer sind und Positionierungsfehler minimiert werden können. Verbreitete Nadelwerkstoffe sind Edelstahl, Nickel- und Titanlegierungen. Edelstahlnadeln werden aufgrund ihrer höheren Festigkeitswerte und aus Kostengründen, sofern keine Notwendigkeit für z.B. interaktive MRT-Interventionen besteht, bevorzugt. Bei der Anwendung von Edelstahlnadeln im MRT-Magnetfeld muß mit Auslenkungen infolge der hohen magnetischen Feldstärken und mit höheren Signalauslöschungen gerechnet werden. MR-kompatible Biopsienadeln beispielsweise aus einer Titanlegierung weisen im Magnetfeld kaum [Seite 27↓]spürbare Kraftwirkungen auf und verursachen wegen der geringeren magnetischen Suszeptibilität auch deutlich geringere Bildartefakte (siehe Kap. 8.7.4). Nachteilig kann sich jedoch die geringere Festigkeit im Vergleich zu Edelstahl auf die Deformation des Schaftes während der Intervention auswirken, insbesondere bei Nadeln kleiner Durchmesser (18-20 G) und im Bereich der Kerbe aufgrund des geschwächten Querschnittes. In diesem Zusammenhang soll der Aufbau und die Funktion einer Stanzbiopsienadel anhand der nachfolgenden Abbildung und Tabelle vorgestellt werden.

Abb. 27 : Hauptkomponenten einer Stanzbiopsienadel (Edelstahltyp).

Tab. 2 : Funktion von Stanznadel und Stanzzylinder einer Stanzbiopsienadel für die PSNB.

Stanznadel (Stilett)

Stanzzylinder (Kanüle)

Penetration von Haut und Gewebe

Eindringtiefenkontrolle über Abstands
markierungen am Schaft

Durchdringung der Läsion während der Biopsie

Stabilisierung der dünneren Stanznadel während der Biopsie

Führung des Stanzzylinders (Gewebetrennung, Probenentfernung)

Abtrennung von Zellverbänden aus dem
Zielbereich

Ablagerung einer Gewebeprobe über eine Kerbe im vorderen Nadelbereich

Sicherung der Gewebeprobe durch
Umschließung der Kerbe

Nadelpositionskontrolle anhand suszeptibilitätsbedingter Signalauslöschungen

Für die PSNB wurden im vergangenen Jahrzehnt unterschiedliche Instrumente (auch Nadelstanze“, „Schussapparat“ oder „Biopsy Gun“ genannt) entwickelt. Marktgängig sind heute Einmalprodukte mit definierten Nadelgrößen und mehrfach verwendbare Instrumente. Je nach Werkstoffzusammensetzung gibt es mehr oder weniger MR-kompatible Instrumente. Mehrfachinstrumente mit auswechselbaren Biopsienadeln sind um ein Vielfaches teurer, aber bei zahlreichen Stanzbiopsien kosteneffektiver. Ein paar Beispiele hierzu zeigt die folgende Abbildung.

Abb. 28 : Stanzbiopsieinstrumente

a) 2-Wege automatisch (BIP „High Speed-Multi“, Mehrwegprodukt)
b) 1-Weg halbautomatisch (Cook, Einwegartikel)
c) 2-Wege automatisch (Manan „PRO-MAG“, Mehrwegprodukt)
d) 2- Wege automatisch (Somatex, „Colt“, Einwegartikel).


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Funktionsprinzip

Bei Stanzbiopsieinstrumenten wird zwischen einer automatischen und halbautomatischen Funktionsweise unterschieden. In der Regel handelt es sich bei diesen Instrumenten um Handgeräte mit einem Federantriebsmechanismus. Die automatischen Stanzgeräte weisen zwei Schlitten zur separaten Aufnahme und Bewegung der Biopsienadeln auf. Der Biopsieweg kann bei einigen automatischen Stanzgeräten vorgewählt werden. Für die Nadelbeschleunigung sorgen zwei Druckfedern, die vor der Biopsie manuell gespannt und geräteintern gesichert werden. Nach dem Auslösen des „Schusses“ beschleunigt zuerst die Stanznadel bis zum Erreichen einer definierten Nadelposition bei der ein Mechanismus automatisch den Stanzzylinder in Bewegung versetzt (mechanische Triggerung). Im Gegensatz hierzu erfolgt das Vorschieben der Stanznadel bei halbautomatischen Applikatoren manuell, so daß nach dem Auslösen der Schußmechanik nur der Stanzzylinder bewegt wird. Zum Auslösen und Spannen der Instrumente stehen unterschiedliche Prinzipien, siehe Abb. 28, zur Verfügung.

Das manuelle Vorschieben der Stanznadel bei halbautomatischen Instrumenten kann zu einem Nachteil führen, wenn härtere Läsionen im Weichteilgewebe aufgrund der zu geringen Punktionsgeschwindigkeit weggedrückt werden und die Nadel dadurch nicht tief genug die Läsion passieren kann oder von der Läsion abstreift, wodurch der Biopsieerfolg minimiert wird. Insofern weisen automatische Applikatoren den Vorteil auf, dass auch die Stanznadel mit hoher Geschwindigkeit in die Läsion gebracht wird und dadurch ein besseres Eindringverhalten erreicht werden kann. Eine weitere Einschränkung liegt bei den meisten Applikatortypen vor, wenn diese in starke Magnetfelder wie z.B. im Isozentrum von MR-Tomographen platziert werden. Aufgrund nicht ausreichender MR-Kompatibilität, muss mit nicht unerheblichen Magnetkräften und Bildartefakten gerechnet werden. Dieses Problem liegt insbesondere bei Geräten vor, die ferromagnetische Antriebsfedern verwenden oder eine hohe Anzahl metallischer Werkstoffe aufweisen (hauptsächlich automatische Mehrfachinstrumente). Das Spektrum MR-kompatibler Instrumente umfaßt einen kleinen Bereich an Einmalprodukten aus Kunststoffen und nicht-magnetischen Materialien für die Antriebsfeder und Biopsienadel. Vollständig automatisierte Instrumente für den robotergestützen Eingriff in engen unzugängliche Räumen wie im MRT-Tunnel waren zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt.

5.4.1.1 Klinische Durchführung einer perkutanen Stanznadelbiopsie (PSNB) der Mamma mit einem 1,5T Magnetresonanztomographen

Anhand eines Beispiels soll die klinisch praktizierte Methode der MRT-gestützten Stanzbiopsie bei einer Patientin in der Halbseitenlage an einem 1,5-Tesla-Hochfeld-MRT-Scanner vorgestellt werden. Die Indikation zu dieser Untersuchung war durch Unklarheiten nach der Röntgenmammographie und Sonographie gegeben, die Intervention selbst fand in der Strahlenklinik der Charité statt. Zu der Geräteausstattung dieses MR-Systems gehört eine Patientenauflage mit unilateralem Kompressionsteil und einer einfachen Punktionshilfe, sowie eine flexible MR-Oberflächen-Empfangsspule. Biopsiert wurde mit der BIP (Fa. Bard) in Verbindung mit einer 14G-Biopsienadel aus Edelstahl und einer Länge von 130mm. Ferner gehört eine reine MR-Diagnostik-Brustspule (Abb. 12) zur Ausstattung, mit der die Patientin einige Tage zuvor untersucht wurde. Die Hauptschritte dieser MR-gestützten Intervention finden sich in der folgenden Aufzählung und in der Abb. 29 wieder.

Hauptschritte bei der MR-gestützten Brustbiopsie mit einem Philips-System

  1. Patientenvorbereitung (Brustfixierung, KM-Anschluß, Positionierung)
  2. Scanvorgang (Nativdarstellung, dynamischer KM-Scan)
  3. Diagnostik und Bestimmung der Zielkoordinaten (Subtraktion, Planung)
  4. Patientenverlagerung aus dem Magneten – Lokalanästhesie
  5. Lochkoordinatenermittlung – Biopsie – Probenentnahme (Konservierung)
  6. Präoperative Markierung (Indikationsabhängig)
  7. Kontrollscan


[Seite 29↓]

Abb. 29 : Prozedur einer Hochgeschwindigkeits-Stanzbiopsie am 1,5T-Hochfeld-MRT (Charité).


[Seite 30↓]

5.4.2  Feinnadelaspirationsbiopsie

Die Feinnadelaspirationsbiopsie oder auch Feinnadelaspirationszytologie dient zur Entnahme von Tumorzellen für zytologische Untersuchungen mit Hilfe dünner Nadeln (21-23 G) und kennzeichnet die Standardmethode bei palpablen Tumoren. Vorteile dieses Verfahrens liegen in den geringen Kosten, der schnellen Anwendungsdurchführung und in der geringen Traumatisierung begründet. Hauptsächlich wird diese Methode in Freihandtechnik ohne Lokalanästhesie angewendet, wozu im Allgemeinen spezielle Spritzenhalter verwendet werden, die eine einhändige Nadelführung bei der Feinnadelpunktion erlaubten. Für den Arzt bietet sich dadurch der Vorteil, dass er mit einer Hand die Läsion fixieren und mit der anderen, das für die FNAB notwendige Vakuum aufbauen und direkt anschließend die Punktionen durchführen kann. Während der Aspiration erfolgen schnelle Nadelbewegungen in unterschiedlichen Punktionsrichtungen („Ausschneiden“ von Gewebefragmenten), um die Zellanteile des Aspirats zu erhöhen und um ein grösseres Volumen der Läsion zu erfassen. Die für die zytologische Untersuchung relevanten Zellanteile befinden sich nach Beendigung der Untersuchung und Abbau des Vakuums in der Nadel. Die Anwendung der FNAB wird beispielhaft in der Abb. 30 unter Verwendung des „Cameco-Handgriffes“ vorgestellt.

Abb. 30 : Feinnadelaspirationszytologie mit dem Cameco-Instrument

a) Ausgangsstellung
b) Aspirationsstellung
c) Punktion
d) Endposition.

Die wesentlichen Nachteile der FNAB basieren auf inadäquate Zellproben und eine hohe Zahl an falsch negativen Befunden, wenn der punktierende Arzt nicht-repräsentatives Material aspiriert oder der Zytologe die Proben fehlinterpretiert [ 65 , 67 ]. Hinzu kommt, dass gute Ergebnisse schwer erreichbar sind, wenn nicht ausreichende Erfahrungen vorliegen oder wenn stereotaktische Maßnahmen keine vergleichbaren z.B. fächerförmigen Punktionen zulassen [ 65 ]. Heywang-Köbrunner gibt weiterhin bekannt, dass die korrekte zytologische Identifikation von kleinzelligen lobulären Karzinomen, sowie diffus wachsenden Brustkrebsen schwierig ist und dass zytologische Differenzierungen zwischen invasiven und nicht-invasiven Tumoren nicht möglich sind [ 39 ]. Das bildgebende Haupteinsatzfeld der FNAB liegt in der Sonographie und Röntgen-Stereotaxie, MRT-gesteuerte Aspirationszytologien sind seltener aber durch die Verwendung spezieller MR-kompatibler Nadeln möglich. Im Bereich der MR-gestützten Abklärung, die insbesondere bei nicht-palpablen verdächtigen Läsionen zur Anwendung kommt, hat sich dennoch die Stanznadelbiopsie etabliert. Im Vergleich zur FNAB ist diese Methode anwendungstechnisch einfacher zu handhaben und bietet zudem sicherere Beurteilungen auf der Basis histopathologischer Untersuchungen zusammenhängender Gewebezellverbände [ 32 , 39 , 65 , 74 ].

5.4.3 Vakuumstanzbiopsie

Mit der Vakuumstanzbiopsie, die eine relativ neue Technologie darstellt, lassen sich Gewebeareale großräumig entfernen, wodurch auch kleinere Läsionen (wie auch Mikrokalk) sicher erfasst werden können. Das verwendete Instrumentarium besteht aus dem Vakuumstanzbiopsiesystem „Mammotome“ (Abb. 31), das wahlweise mit einer 14 G (2,1mm) oder 11 G (3mm) Biopsienadel versehen ist.

Methode

Entsprechend Abb. 31 rotiert in der Biopsienadel eine Schneidkanüle, an die bei der Intervention ein Vakuum angelegt wird um das Gewebe über ein Fenster in der äußeren Hohlnadel (Fensterlänge ca. 20mm, Fensterbreite ca. 2-3 mm) in die Biopsiekammer zu saugen. Der geschnittene Gewebszylinder läßt sich über Drucksteuerung aus der Biopsienadel extrahieren ohne dass die Nadel disloziert werden muss, d.h. im Gegensatz zur PSNB verbleibt die Nadel während der gesamten Untersuchung in [Seite 31↓]der Brust. Die Nadel kann in den Befund von Hand eingeführt oder eingeschossen werden. Heywang-Köbrunner beschreibt den erfolgreichen Einsatz dieser Technik unter Zuhilfenahme stereotaktischer Maßnahmen und einer Zielvorrichtung für ein MRT-Gerät und gibt folgende Vorteile bekannt:

Abb. 31 : Stanznadelschema für das Vakuumstanzbiopsiegerät „Mammotome“

Die Nadel enthält ein seitliches Fenster, das bei vorgeschobenem Rotationsmesser geschlossen und bei zurückgezogenem Messer offen ist. Durch Drehen der Nadel wird bestimmt, aus welcher Richtung Gewebe angesaugt wird. Mittels zwei Vakuumkanäle wird Gewebe in eine Biopsatkammer angesaugt, das mit dem Rotationsmesser abgeschnitten und über das Vakuum 2 in den hinteren Bereich der Nadel transportiert wird. Anfallendes Blut wird über Vakuum 1 und 2 abgesaugt. [ 41 ].

Trotz der guten Ergebnisse mit dem „Mammotome“ (Abb. 32) weist die Arbeitsgruppe auf Einschränkungen in der Anwendung hin. So z.B. werden die Interventionen, wie bei der üblichen Hochgeschwindigkeits-Stanzbiopsie auch, außerhalb vom Magneten durchgeführt, da das Vakuumbiopsiegerät wie auch die Biopsienadel nicht MR-kompatibel sind und starke Artefakte in den MR-Schnittbildern verursachen würde. Für die Visualisierung wird extra eine dünnere Nadel verwendet, um Verzerrungen des Magnetfeldes durch die dicke Vakuumbiopsienadel und damit auch Nadellokalisationsfehler durch genauere Abbildungen der Nadelartefakte zu vermeiden. Als weitere Limitationen sind folgende zu nennen: a) Durch die längliche Form der Mammotome-Nadelspitze, muss die Läsion um 18mm überschritten werden um diese im Zentrum des Fensters zu zentrieren (Die Folge sind Einschränkungen, insbesondere bei der Punktion brustwandnaher Läsionen), b) Die größere Traumatisierung im Vergleich zur PSNB [ 41 , 43 , 58 , 82 ].

Abb. 32 : Vakuumbiopsiesystem „Mammotome“ (Fa. Ethicon Endosurgery, Hamburg).


[Seite 32↓]

5.5  Automatisierte Biopsiesysteme

Zu Beginn dieser Arbeit gab es keine relevanten Publikationen oder Hinweise im Hinblick auf die Existenz automatisch gesteuerter Biopsieeinrichtungen für den Einsatz im Isozentrum eines offenen oder geschlossenen MRT-Gerätes. Alle MRT-geführten Mamma-Interventionen basierten ausschließlich auf manuell anwendbare Punktionseinrichtungen und Biopsieinstrumente. Für die röntgen- und sonographisch gestützte Mammadiagnostik stehen Punktionseinrichtungen zur Verfügung, die computerunterstützte Zielkoordinatensteuerungen des Biopsieinstrumentes ermöglichen, wodurch höhere Lokalisationsgenauigkeiten erreicht werden. Beispielhaft sei hier das stereotaktische Stanzbiopsiesystem „Fischer-Mammotest“ (Fischer Imaging International, Denver/USA) und das ABBI-System (Advanced Breast Biopsy Instrumentation) für großlumige Exzisionsbiopsien (Biopsiekanülen 5-20mm) zu nennen. An beiden Systemen wird die Intervention in der Bauchlage durchgeführt [ 16 , 82 , 93 ]. Aufgrund ihres konzeptionellen Aufbaus, der verwendeten Materialien und Antriebssysteme sind diese Systeme jedoch nicht auf die MR-gestützte Intervention übertragbar.

5.6 Resümee zum Stand der Technik

Basierend auf umfangreiche Recherchen wurde der Stand der Technik hinsichtlich MR-gestützter Mammainterventionen analysiert. Das Erfahrungsspektrum in diesem Themenfeld ist international vertreten, ein Grossteil der gesammelten Erkenntnisse, sowie auch der entwickelten Biopsietechniken stammt von deutschen Arbeitsgruppen. Im Rahmen der Brustkrebsfrühdiagnostik wird der Umgang mit 1,5-Tesla MR-Tomographen aufgrund der schnellen Bildakquisition und der hohen Ortsauflösungen favorisiert. Ein wesentlicher Nachteil der geschlossenen MR-Tomographen ist der stark eingeschränkte Zugang zur Patientin während der Untersuchung. Dem bioptischen Eingriff geht meist eine separate Untersuchung mit der MR-Diagnostikspule zur Abbildung beider Mammae voran. Läßt sich der Befund nicht eindeutig klären, so ist zu einem zweiten Termin die MR-gestützte perkutane Biopsie oder präoperative Markierung indiziert. Eine deutsche Arbeitsgruppe Heywang-Köbrunner et. al. gibt bekannt, das die perkutane Biopsie nötig ist für eine adäquate Beurteilung aller Läsionen, die nur mit Hilfe der MR-Bildgebung zuverlässig identifiziert werden können. Trotz verbesserter Technologien und Methoden bei der Sonographie haben Erfahrungen gezeigt, daß nur ca. 30% der MR-entdeckten Läsionen, welche nicht prospektiv diagnostiziert wurden, retrospektiv sonographisch darstellbar waren [ 43 ] .

Zur Durchführung MR-gestützter Brustinterventionen wurden verschiedene Geräte und Punktionseinrichtungen entwickelt, im wesentlichen aber zur präoperativen Nadellokalisation eingesetzt. Die Anzahl MR-geführter Stanznadelbiopsien bei Läsionen kleiner 1 cm ist schwierig und auf unpräzise Techniken zurückzuführen. Dadurch formuliert sich ein großes Problem, da gerade die kleinen Läsionen für die Brustkrebsfrühdiagnostik eine hohe Relevanz haben. Nachteilig ist insbesondere, dass eine Patientin, die mit einem geschlossenen MR-Tomographen untersucht wird, für Interventionen in eine externe Untersuchungslage verlagert werden muss, da die konventionellen Biopsieinstrumente nicht ausreichend MR-kompatibel sind und technisch betrachtet nur für Punktionen von lateral bzw. medial geeignet sind. Heutige Mamma-Punktionseinrichtungen sind für unterschiedliche Patientenlagen (Bauch-, Rücken- oder Halb-Seitenlage) konzipiert, die Bauchlage wird dabei bevorzugt. Die meisten Systeme verwenden ein Platten-Kompressionssystem zur Fixierung der Mammae wobei mindestens eine Platte mit Punktionszugängen versehen ist, über die sich die Biopsienadel applizieren läßt. Aus konstruktiven Gründen ist die Punktionsgenauigkeit der Lochplattensysteme limitiert, insofern auch durch einen nicht zu vernachlässigen Totraum auf, der die Punktion kleiner Areale begrenzt.

Im Rahmen der Mammadiagnostik ergab eine Umfrage an Kliniken und Praxen in Deutschland, dass die Hochgeschwindigkeits-Stanznadelbiopsie am häufigsten durchgeführt wird und diese im Rahmen der komplementären Brustkrebsdiagnostik auch die effektivste und kostengünstige Methode für die histologische Abklärung von Brusttumoren darstellt. Ferner konnte ein hoher Stellenwert für die Feinnadel-Aspirationsbiopsie verzeichnet werden. Im Vergleich zur Feinnadel- und Stanzbiopsie ist der klinische Anteil an durchgeführten Vakuumbiopsien noch sehr gering.

Höhere Punktionsgenauigkeiten von ca. ± 1 mm können zur Zeit nur mit computergesteuerten automatisierten Navigationssystemen für die Röntgenmammographie (Röntgen-Stereotaxie) und Mamma-Sonographie erreicht werden. Automatische Systeme für die MR-gestützte Mammaintervention waren zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ähnliche Aktivitäten wurden in den vergangenen Jahren durch das Forschungszentrum Karlsruhe bekannt.


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02.09.2004