Das Mammakarzinom ist die häufigste Krebserkrankung der Frau in der westlichen Welt. Die Nachteile etablierter Verfahren zur Mammadiagnostik geben Anlass zur Suche nach alternativen Bildgebungsmethoden, von denen die diffuse optische Bildgebung (DOI, diffuse optical imaging) einen Ansatz darstellt. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, 1. Machbarkeit und diagnostische Genauigkeit der optischen Mammographie basierend auf intrinsischem Kontrast zu evaluieren, 2. frühe und späte Fluoreszenzbildgebung sowie 3. das frühe Perfusionsverhalten mit dem optischen Kontrastmittel Indocyaningrün zu beurteilen und 4. eine Einschätzung der Nahinfrarot Brustbildgebung unter Verwendung des Fluoreszenzkontrastmittels Omocianine durchzuführen. In den ersten Studien wurde versucht, mit diffuser optischer Tomographie (DOT) über die Darstellung intrinsischen Kontrasts eine Unterscheidung zwischen malignen und benignen Läsionen zu erzielen. In einer Machbarkeitsstudie konnten wir zunächst nachweisen, dass sich die optische Mammographie basierend auf der Hämoglobinabsorption zur Bildgebung von Brustläsionen einsetzen lässt (Publikation 1). In einer zweiten, größer angelegten Multireader Studie an mehr als 270 Fällen mit einem optischen Mammographiegerät zur Messung der Hämoglobinabsorption, das als Zusatzverfahren zur Röntgenmammographie eingesetzt wurde, zeigte sich im Vergleich zur Röntgenmammographie alleine jedoch kein signifikanter diagnostischer Benefit für das Kombinationsverfahren im Vergleich zur Röntgenmammographie alleine (Publikation 2). Konsequenterweise wurden die nächsten Studien unter Verwendung extrinsischer Kontrastmittel durchgeführt. In der ersten Studie sollte die Brustkrebsdetektion sowie die Differenzierung zwischen malignen und benignen Läsionen mittels früher und später Nahinfrarot (NIR) Fluoreszenzbildgebung von ICG getestet werden (Publikationen 3 und 4). Die Absorptions-korrigierten Fluoreszenzaufnahmen zeigten einen hohen Kontrast zwischen Malignomen und dem umliegenden Brustdrüsenparenchym (25 – 64%). Sensitivität und Spezifität betrugen ca. 92% und 75% für die Fluoreszenz Verhältnis-Aufnahmen in Gegensatz zu 100% und 25% für die Röntgenmammographie-Aufnahmen alleine. Die zweite Studie, die mit ICG durchgeführt wurde, befasste sich mit schneller 3D Bildgebung zur Detektion und Charakterisierung von Brustläsionen (Publikation 5). Die Perfusionsanalyse der ersten 10 Sekunden zeigte unterschiedliche Kontrastmittel-Anflutungsmuster für benigne und maligne Läsionen. Es wurden 12 von 14 malignen Läsionen korrekt detektiert (Sensitivität = 85,7%) und eine Spezifität von ca. 91,0% erreicht. In einer weiteren Studie wurde die Wirksamkeit eines neu entwickelten Kontrastmittels Omocianine für die NIR- Bildgebung getestet (Publikation 6). Eine Multicenter-Studie konnte die Machbarkeit der Methode aufzeigen. Für eine von 5 Dosisgruppen wurde eine sehr gute Sensitivität von 100% gefunden. Für die anderen, inklusive der benachbarten, Dosisgruppen zeigten sich jedoch deutlich niedrigere Werte, so dass weitere Studien für eine Dosisfindung notwendig sind. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse unterstreichen Forschungen anderer Gruppen, die zeigen, dass die optische Mammographie basierend auf intrinsischem Kontrast nicht für die primäre Diagnose des Mammakarzinoms geeignet zu sein scheint. Die kontrastmittelverstärkte optische Mammographie kann die diagnostische Genauigkeit deutlich erhöhen und erscheint somit zumindest als Zusatzverfahren einsetzbar. Mit weiterer Verbesserung der optischen Scanner sowie Entwicklung spezifischer Kontrastmittel ist die optische Mammographie auch als primäres diagnostisches Verfahren, z.B. bei Frauen mit dichtem Drüsenparenchym denkbar.
Breast cancer is the most common cancer among women in Western countries. The limitations of established diagnostic tests for breast cancer have led to the search for alternative imaging modalities, among them diffuse optical imaging (DOI). The objective ot this work was: 1) to evaluate the feasibility and diagnostic accuracy of optical mammography based on intrinsic contrast; 2) to assess early and late fluorescence imaging as well as 3) early perfusion patterns using the optical contrast agent indocyanine green; and 4) to evaluate near-infrared breast imaging using the fluorescence contrast agent omocianine. The first study investigated diffuse optical tomography (DOT) to determine whether intrinsic contrast allows differentiation of malignant and benign breast lesions. In a feasibility study, it was shown that optical mammography based on hemoglobin absorption can be used for imaging breast lesions (publication 1). In a second, larger study, several readers evaluated over 270 cases with regard to the diagnostic benefit of measuring hemoglobin absorption using optical mammography as an adjunct to X-ray mammography. In this study, the combined use of both modalities did not result in a significant diagnostic gain compared with conventional mammography alone (publication 2). Based on these initial results, subsequent studies were performed using extrinsic contrast agents. Here, we investigated the detection of breast cancer and the differentiation of malignant and benign breast lesions using early and late near-infrared (NIR) fluorescence imaging of ICG (publications 3 and 4). Absorption-corrected fluorescence images showed high contrast between malignant breast tumors and surrounding glandular parenchyma (25 – 64%). We found approx. 92% sensitivity and 75% specificity for fluorescence ratio imaging compared with 100% and 25%, respectively, for X-ray mammography alone. The second study using ICG investigated fast 3D imaging for the detection and characterization of breast lesions (publication 5). Perfusion analysis of the first 10 sec after ICG administration revealed different contrast medium inflow patterns for benign and malignant breast lesions. Twelve of 14 malignant lesions were correctly identified (85.7% sensitivity), and specificity was approx. 91.0%. Another study investigated omocianine, a newly developed contrast medium for NIR imaging (publication 6). A multicenter study demonstrated the feasibility of the method. For one of the five dose groups investigated, sensitivity was 100%, while markedly lower sensitivities were found for the other dose groups, including immediately adjacent ones. Therefore, further research is needed to define the dose. The findings presented here confirm the results of published data, suggesting that optical mammography based on intrinsic contrast does not appear to be a suitable imaging modality for the primary diagnosis of breast cancer. Contrast-enhanced optical mammography markedly improves diagnostic accuracy and appears to be feasible, at least when used as an adjunct to conventional mammography. With further improvement of optical scanners and the advent of specific contrast agents, optical mammography also holds promise for use as the primary diagnostic modality, e.g. in women with dense glandular tissue.
