Ultraschallgerät Tumor-Screening im BH

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Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein tragbares Ultraschallgerät entwickelt. Das neue Gerät, das in einen BH eingebaut werden kann, könnte eine häufigere Überwachung von Patientinnen mit hohem Brustkrebsrisiko ermöglichen.

Wenn Brustkrebs im frühesten Stadium diagnostiziert wird, liegt die Überlebensrate bei fast 100 Prozent. Bei Tumoren, die in späteren Stadien entdeckt werden, sinkt diese Rate jedoch auf etwa 25 Prozent.

In der Hoffnung, die Gesamtüberlebensrate von Brustkrebspatientinnen zu verbessern, haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein tragbares Ultraschallgerät entwickelt, mit dem Tumore bereits in frühen Stadien erkannt werden könnten. Es könnte insbesondere für Patientinnen mit hohem Brustkrebsrisiko zwischen den routinemäßigen Mammographien von Nutzen sein.

Bei dem Gerät handelt es sich um ein flexibles Patch, das an einem BH befestigt werden kann und es der Trägerin ermöglicht, einen Ultraschallsender entlang des Patches zu bewegen und das Brustgewebe aus verschiedenen Winkeln abzubilden. In einer neuen Studie zeigten die Forscher, dass sie Ultraschallbilder mit einer Auflösung erhalten konnten, die mit der von Ultraschallsonden vergleichbar ist, die in medizinischen Bildgebungszentren verwendet werden.

„Wir haben den Formfaktor der Ultraschalltechnologie so verändert, dass sie auch zu Hause eingesetzt werden kann. Sie ist tragbar sowie einfach zu bedienen und ermöglicht eine benutzerfreundliche Echtzeit-Überwachung des Brustgewebes“, sagt Canan Dagdeviren, außerordentliche Professorin im Media Lab des MIT und Hauptautorin der Studie.

Die MIT-Absolventin Wenya Du, der Forschungswissenschaftler Lin Zhang, Emma Suh und Dabin Lin, Professor an der Xi'an Technological University, sind die Hauptautoren der Studie, die in Science Advances erschienen ist.

Ein tragbares Diagnosegerät

Für dieses Projekt ließ sich Dagdeviren von ihrer verstorbenen Tante Fatma Caliskanoglu inspirieren, bei der trotz regelmäßiger Krebsvorsorgeuntersuchungen im Alter von 49 Jahren Brustkrebs im Spätstadium diagnostiziert wurde und die sechs Monate später verstarb. Am Krankenbett ihrer Tante entwarf Dagdeviren, damals Postdoc am MIT, ein grobes Schema für ein Diagnosegerät, das in einen BH eingebaut werden könnte und eine häufigere Untersuchung von Personen mit hohem Brustkrebsrisiko ermöglichen würde.

Brusttumore, die sich zwischen den regelmäßigen Mammographien entwickeln – so genannte Intervalltumore – machen 20 bis 30 Prozent aller Brustkrebsfälle aus, und diese Tumore sind in der Regel aggressiver als diejenigen, die bei Routineuntersuchungen gefunden werden.

„Mein Ziel ist es, die Menschen zu erreichen, die am ehesten an Intervallkrebs erkranken“, sagt Dagdeviren, deren Forschungsgruppe sich auf die Entwicklung von tragbaren elektronischen Geräten, die sich dem Körper anpassen, spezialisiert hat. „Mit häufigeren Screenings wollen wir die Überlebensrate auf bis zu 98 Prozent erhöhen.“

Um ihre Vision eines diagnostischen BHs Wirklichkeit werden zu lassen, entwarf Dagdeviren einen miniaturisierten Ultraschallscanner, mit dem der Benutzer jederzeit eine Bildgebung durchführen kann. Dieser Scanner basiert auf der gleichen Art von Ultraschalltechnologie, die in medizinischen Bildgebungszentren verwendet wird, enthält jedoch ein neuartiges piezoelektrisches Material, das es den Forschern ermöglichte, den Ultraschallscanner zu verkleinern.

Um das Gerät tragbar zu machen, entwarfen die Forscher ein flexibles, 3D-gedrucktes Patch mit wabenartigen Öffnungen. Mit Hilfe von Magneten kann dieses Patch an einem BH befestigt werden, der über Öffnungen verfügt, durch die der Ultraschallscanner die Haut berühren kann. Der Ultraschallscanner befindet sich in einem kleinen Tracker, der in sechs verschiedene Positionen gebracht werden kann, so dass die gesamte Brust abgebildet werden kann. Der Scanner kann auch gedreht werden, um Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln aufzunehmen, und seine Bedienung erfordert keine besonderen Fachkenntnisse.

„Diese Technologie stellt eine grundlegende Möglichkeit zur Erkennung und Frühdiagnose von Brustkrebs dar, die für einen positiven Ausgang entscheidend ist“, sagt Anantha Chandrakasan, Dekan der School of Engineering des MIT, Vannevar Bush Professor für Elektrotechnik und Informatik und einer der Autoren der Studie. „Diese Arbeit wird die Ultraschallforschung und die Entwicklung medizinischer Geräte erheblich voranbringen, indem sie Fortschritte bei Materialien, stromsparenden Schaltungen, KI-Algorithmen und biomedizinischen Systemen nutzt.“

Früherkennung erhöht die Überlebenschance

In Zusammenarbeit mit dem MIT Center for Clinical and Translational Research testeten die Forscher ihr Gerät an einem menschlichen Probanden, einer 71-jährigen Frau mit einer Vorgeschichte von Brustzysten. Mit dem neuen Gerät waren die Forscher in der Lage, die Zysten zu erkennen, die einen Durchmesser von nur 0,3 Zentimetern hatten – die Größe von Tumoren im Frühstadium. Sie zeigten auch, dass das Gerät eine Auflösung erreicht, die mit der von herkömmlichem Ultraschall vergleichbar ist, und dass Gewebe in einer Tiefe von bis zu 8 Zentimetern abgebildet werden kann.

„Der Zugang zu einer hochwertigen und erschwinglichen Gesundheitsversorgung ist für die Früherkennung und Diagnose von entscheidender Bedeutung. Als Krankenschwester habe ich die negativen Folgen einer verzögerten Diagnose miterlebt. Diese Technologie verspricht, die vielen Hürden für die Brustkrebsfrüherkennung zu überwinden, indem sie eine zuverlässigere, komfortablere und weniger einschüchternde Diagnose ermöglicht“, sagt Catherine Ricciardi, Krankenschwester am MIT Center for Clinical and Translational Research und Autorin der Studie.

Um die Ultraschallbilder zu sehen, müssen die Forscher ihren Scanner derzeit an die gleiche Art von Ultraschallgerät anschließen, wie sie in Bildgebungszentren verwendet wird. Allerdings arbeiten sie jetzt an einer miniaturisierten Version des Bildgebungssystems, die etwa so groß wie ein Smartphone ist.

Das tragbare Ultraschallpatch kann immer wieder verwendet werden, und die Forscher haben die Vorstellung, dass es zu Hause von Personen verwendet werden könnte, die ein hohes Risiko für Brustkrebs haben und von häufigen Untersuchungen profitieren könnten. Es könnte auch zur Krebsdiagnose bei Menschen beitragen, die keinen regelmäßigen Zugang zu Vorsorgeuntersuchungen haben.

„Brustkrebs ist die häufigste Krebserkrankung bei Frauen, und er ist behandelbar, wenn er früh erkannt wird“, sagt Tolga Ozmen, ein Brustkrebschirurg am Massachusetts General Hospital, der auch einer der Autoren der Studie ist. „Eines der Haupthindernisse bei der Bildgebung und Früherkennung ist der Weg, den die Frauen zu einem Bildgebungszentrum zurücklegen müssen. Dieses anpassungsfähige Ultraschallpatch ist eine vielversprechende Technologie, da es den Frauen den Weg zu einem Bildgebungszentrum erspart.“

Ausblick

Die Forscher hoffen, einen Arbeitsablauf zu entwickeln, bei dem nach der Erfassung der Daten eines Probanden mit Hilfe künstlicher Intelligenz analysiert werden kann, wie sich die Bilder im Laufe der Zeit verändern. Das könnte eine genauere Diagnose ermöglichen, als sich auf die Beurteilung eines Radiologen zu verlassen, der die im Abstand von Jahren aufgenommenen Bilder vergleicht. Die Forscher wollen auch untersuchen, wie die Ultraschalltechnologie für die Untersuchung anderer Körperteile angepasst werden kann.

Die Forschung wurde zum Teil von der National Science Foundation, einem 3M Non-Tenured Faculty Award, dem Sagol Weizmann-MIT Bridge Program und dem MIT Media Lab Consortium Funding finanziert.

Originalpublikation: Wenya Du et al. Conformable ultrasound breast patch for deep tissue scanning and imaging.Sci. Adv. 9, eadh5325 (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh5325.

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