d.lab B.I.R.D. Ein schonendes Verfahren zur sicheren Früherkennung von Brustkrebs core group

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1 B.I.R.D. d.lab core group Ein schonendes Verfahren zur sicheren Früherkennung von Brustkrebs Ich möchte zweierlei tun: Einerseits möchte ich Sie über das konkrete Projekt informieren, dass ich gemeinsam mit meinen Kollegen Jahn initiiert und geleitet und mit viel Engagement und Arbeit von Masterstudierenden entwickelt habe. Und ich möchte Ihnen parallel etwas Einblick geben in die Arbeitsweise von Designern.

2 Mammographie heisst: Röntgenuntersuchung des Brustgewebes Für die Männer unter uns - Mammographie heisst: Röntgenuntersuchung des Brustgewebes zur Feststellung von Mikrokalk und Anomalien im Gewebe. Man kann damit den Verdacht auf Krebs grob verorten. Ich zeige Ihnen hier eines der Mammographie-Geräte.>>

3 Zur Untersuchung wird die Brust auf den kleinen Tisch gelegt>>

4 Und mit einer Abdeckplatte flach gepresst. Das sieht dann etwa so aus:>>

5 Oder auch so>>

6 Mammographie wird oft als schmerzhaft empfunden. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass viele Frauen den Gang zur Vorsorgeuntersuchung scheuen. Die Schmerzen, die die Frauen erleiden müssen, sind jedoch nicht der einzige Grund, der gegen die Mammographie spricht. Denn das Verfahren basiert auf risikoreicher Strahlung.>>

7 Goldstandard Mammographie? Strahlungen verschiedenen Typs zählen zu den Verursachern von Karzinomen in der Brust. Die Mediziner streiten, ob die Strahlenbelastung der Brust bei der Mammographie nicht den Nutzen der Analyse zunichte macht. Eine Studie von 2002 bejaht den Zusammenhang von Mammographie mit der Auslösung von Brustkrebs (siehe: Enhanced neoplastic transformation by mammography X rays relative to 200 kvp X rays: indication for a strong dependence on photon energy of the RBE(M) for various end points; in: Radiat Res Jan;157(1): unter Trotzdem gilt die Mammographie in Deutschland als sogenannter Goldstandard bei der Bestimmung von Brustkrebs und die Vorsorge durch Mammographie wird gesetzlich begünstigt: Frauen ab 50 haben alle 2 Jahre die Möglichkeit ihre Brust mammographisch untersuchen zu lassen ohne diese Mammographie bezahlen zu müssen. Für eine halbwegs gesicherte Diagnose muß die Mammographie allerdings noch mit dem Verfahren der Biopsie ergänzt werden. >>

8 Um die Bösartigkeit eines Tumors bestätigen zu können, müssen der Brust mit einer Nadel Gewebe und Flüssigkeit zur Analyse entnommen werden. Hinter der vorgehaltenen Hand nennen Ärzte die Biopsienadel auch die Todesnadel. Das hat folgenden Grund: Bei der Rückführung der Nadel aus der Brust kann es zur Streuung von Krebszellen kommen. Auch wird bei der Biopsie nicht immer der Tumor getroffen, so daß ein negativer Befund keine absolute Gewissheit erbringt. Die Treffgenauigkeit der Biopsie-Nadel wiederum hängt an der Genauigkeit, mit der im mammographischen Verfahren die Lage des Geschwürs bestimmt werden kann - bei flach gepressten Brüsten ein wenig Erfolg versprechendes Verfahren. So müssen zusätzlich zu Mammographie und Biopsie meist weitere Verfahren zur Lokalisation eingesetzt werden. Das alles treibt die Kosten in die Höhe. Der für uns entscheidende Punkt hier ist:>>

9 Hinsichtlich der Patientinnengefährdung rangieren die beiden zum sogenannten "Goldstandard" hochstilisierten Verfahren der Mammographie und Biopsie absolut und mit Abstand an der Spitze der Gefahrenleiter Wie Sie jetzt bereits ahnen werden, mussten wir uns sehr umfangreich in die sowohl medizintechnische Dimension der Brustkrebsdiagnostik einarbeiten: Welche Verfahren sind geeignet, die Mammographie und die Biopsie abzulösen? Wir mussten dies aber auch aus der Perspektive der Patientinnen tun: Welches Verfahren ist ihnen zuzumuten? Wie kann Stress in einem Untersuchungsverfahren möglichst gering gehalten werden, das ohnehin mit großen Ängsten verbunden ist? Schließlich erkrankt jede zehnte Frau an Brustkrebs.>>

10 Und in Deutschland stirbt an Brustkrebs jede 25. Frau: >>

11 Das sind gute Argumente, zur Vorsorge zu gehen. Aber diese Argumente schlagen sofort in Stress um, wenn die Frauen den Gang zur Untersuchung tatsächlich antreten. Wie also kann dem begegnet werden? Wie kann der Untersuchungsablauf so gestaltet werden, dass die Ängste rationalisiert werden können?>>

12 Es geht beim Design nicht nur um das Design für die Geräte, sondern eben auch um das Design der Prozesse, die an und mit diesen Geräten stattfinden. Es geht beim Design nicht nur um das Design für die Geräte, sondern eben auch um das Design der Prozesse, die an und mit diesen Geräten stattfinden.>>

13 Bei Brustkrebs zählt eine frühe Erkennung, wenn die Tumore noch klein sind. Man wird sagen: Je früher die Vorsorgeuntersuchung einsetzt, desto besser, denn es gibt bereits ab dem 30 und noch stärker ab dem 35. Lebensjahr einen signifikanten Anstieg des Risikos, an Brustkrebs zu erkranken. In Deutschland aber beginnt die gesetzlich unterstützte Vorsorge erst ab dem 50 Lebensjahr. Das hat interessanterweise auch diagnostische Gründe: Das Brustgewebe jüngerer Frauen ist meist so fest, dass Tumorgewebe im mammographischen Verfahren sich davon nicht klar unterscheidet und mit Röntgenstrahlung nur schlecht erfasst werden kann, selbst wenn die Brüste sehr flach gepresst werden. Kurz: Der sogenannte Goldstandard Mammographie steht einer frühen Erkennung von Brustkrebs geradezu im Wege. Um hier weiterzukommen mussten wir noch viel tiefer in die Materie einsteigen. Wir mussten uns mit verschiedenen Stadien des Brustkrebses vertraut machen: >>

14 Mussten lernen, zwischen der Sensitivität von Verfahren und der Spezifität zu unterscheiden>>

15 Mussten schauen, welche Verfahren überhaupt in der Diagnostik eingesetzt werden und haben diese sowohl medizintechnisch, als auch diagnostisch, als auch aus der Patientinnensicht evaluiert. Dazu wurden sowohl eigene Interviews mit Patientinnen, Diagnostikern, GynökologInnen, Krankenschwestern geführt als auch international einschlägige Studien von Patientinnenbefragungen ausgewertet>>

16 Wie wichtig ist Ihnen das Brustkrebsscreening? Wie wichtig ist Ihnen das Brustkrebsscreening?>>

17 Aus welchen Gründen ist Ihnen das Screening wichtig? Aus welchen Gründen?>>

18 Warum haben Sie ein Screening verweigert? Warum haben Sie sich einem Screening verweigert?

19 Welche weiteren Bedenken bestehen gegen ein Screening? Welche Bedenken gibt es noch gegen ein Screening? Schließlich wurden alle diese medizintechnischen und patientenseitigen Faktoren tabellarisch integriert und die Verfahren global verglichen.>>

20 Leistung der Verfahren in Bezug auf Früherkennung Im Bereich der Früherkennung drängte sich uns das thermographische Verfahren geradezu auf. Mit Thermographie sind Tumore insbesondere in einem sehr frühen Stadium zu erkennen, so dass sehr gute Heilungschancen bestehen.>>

21 Der Charme des thermographischen Verfahren besteht darin, dass ein Tumor anhand der Stoffwechselaktivität erkannt werden kann - dort, wo thermisch "etwas" los ist, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auch risikoreiches Gewebe.>>

22 Leistung der Verfahren in Bezug auf die Abdeckung der Altersklassen Die Thermographie stach jedoch auch hervor, weil sie besonders im Unterscheid zu Mammographie und Biopsie bereits in jungen Jahren eine Diagnose ermöglicht.>>

23 Zur Thermographie braucht es eine Kamera, einen Computer und einen Untersuchungsplatz, auf dem die Patientin Platz nehmen kann. Ich will Sie nicht weiter mit Einzelheiten langweilen >>>

24 Für uns stand fest, dass das thermographische Verfahren die erste Wahl ist. Allerdings sind die Thermographiekameras sehr teuer. Man ist hier schnell in einem oberen vierstelligen Bereich. Das, so dachten wir, sollte auch anders gehen.>>

25 Statt den gesamten Bereich der Brust als homogenes Image zu erfassen und abzubilden, haben wir uns zu einer Scanlösung entschlossen, bei der die Brust mit einer einfachen wärmeempfindlichen Kamera mit niedriger Auflösung sektorenweise abgetastet und das Bild entsprechend zusammengesetzt wird.>>

26 Ich zeige Ihnen hier bereits einen Ausschnitt aus der fertigen Lösung. Wie Sie erkennen können, bietet diese Scan-Lösung in drei vertikalen Ebenen zudem den Vorteil, eine räumlich genaueres Bild von der Temperaturverteilung auf der Brustoberfläche zu erhalten. So ist die kostengünstigere Lösung, nach unserer Auffassung auch die diagnostisch genauere. Aber um welche Tumorart es sich handelt, das gibt auch unsere thermographische Scanvariante nicht heraus. Muss also auch hier die risikoreiche Biopsie als Ergänzungsverfahren anschließen? Das ließ uns keine Ruhe. Wir hatten schon bei der Thermographie verstanden, dass unterschiedliche Gewebearten unterschiedliche Absorptionsraten aufweisen. Letztlich lag die Lösung in einer sehr einfachen Beobachtung. Gleich am Beginn unseres Projektes war unsere chinesische Mitarbeiterin bei den Recherchen auf einen einfachen Leuchtstift gestoßen.>>

27 mit dem Frauen zu Hause ihre Brust auf Verhärtungen untersuchen können: Dort, wo Verdunkelungen sichtbar werden, sollte ein Arzt anfangen zu prüfen. Wenn die Thermographie Gewebearten grob unterscheiden kann, dann, so vermuteten wir, kann ein Laserlicht und dessen Reflexions- und Absorbtionsraten eventuell genauer zeigen, um welchen Gewebetyp es sich handelt. Unter uns war die Idee einer Laserspektraldiagnose geboren und zwei unserer Mitarbeiter setzten sich sofort ans Internet, um zu recherchieren, welche Verfahren der Laserspektroskopie in den Bereich der Brustkrebsanalyse übertragen werden könnten. Der größte Vorteil: Laserlicht wäre ein nicht-invasives Verfahren, dass die Nachteile der Biopsie - Stichwort Streukrebs - überwindet. Zu unserer Überraschung ergab die Recherche zur Laserspektroskopie, dass vier Monate vor unserer Idee eine kalifornische Forschergruppe ein laserspektroskopisches Verfahren für die Brustkrebsdiagnose veröffentlicht hatte. ( Es war einer jener Momente, in denen wir an die Gültigkeit von kreativen Gefügen zu glauben begannen - Konstellationen in der Technologieund Kulturentwicklung, in denen an verschiedenen Orten fast gleichzeitig ähnliche Ideen entwickelt und in Geräte umgesetzt werden. Wir waren erst traurig, weil wir nicht die ersten waren, und dann froh, dass die Ingenieure in Kalifornien schon so weit vorangeschritten waren. Denn als Designer hätten wir in Deutschland vermutlich keinen Partner zur Entwicklung der Laserspektroskopie zum Brustscreening gefunden - wer hätte schon uns Designern geglaubt, dass hier eine Entwicklung lohnen würde? Designer, so hätte es unter den Gutachtern aus den Ingenieurswissenschaften geheissen, die haben doch keine Ahnung! Wer hätte uns Forschungsgeld dafür zur Verfügung gestellt? Und andererseits: Wer von den Ingenieuren in unserem Umfeld hätte die Entschlusskraft aufgebracht, mit uns gemeinsam diesen Weg zu gehen?>>

28 So etwa sieht die Anlage aus, die die kalifornischen Medizintechniker und Ingenieure im Labor zusammengebusselt hatten. Ein Handgerät hängt an einem ungefügigen Lichtleiterkabel, das in einen Network Analyzer läuft,>>

29 der parallele Datenströme integriert. Daran hängt >>

30 Ein Laser Dioden Controller >>

31 Daran ein Laser Board>>

32 eine Micropak Lamp >>

33 und ein Spectrometer >>

34 Das alles wird von einem Computer gesteuert und von einem Power Supply mit Strom versorgt >>

35 Und über ein Lichtleiterkabel, ich erwähnte es bereits, mit einem Handgerät verknüpft >>

36 So sieht die Übersicht über das technische Package der Laserspektroskopiekomponenten aus. Wir beschlossen, die Vorteile der Thermographie>>

37 Thermographie + Laserspektroskopie statt + mit der diagnostische Leistungsfähigkeit der Laserspektroskopie zu kombinieren, damit Mammographie und Biopsie zu ersetzen und beide Verfahren in einem Gerät zusammenzufassen.

38 Dazu war eine sehr unübersichtliche Arbeit zwischen Inspiration >>

39 und Analyse, >>

40 Konzept >>

41 Entwurf, >>

42 Evaluation, Selektion usf. usf. zu tun - unser eigentliches, von vielen unverstandenes Kerngeschäft.

43 MODUL 1 Lokalisation Thermografiekamera Schwenkarme Tabletdevices MODUL 2 Spezifizierung Laserdiodencontroller Networkanalyzer Spektrometer Sie sehen hier die schematische Darstellung des Entwurfes. Als Anzeige haben wir auf ein einfaches Tablet zurückgegriffen. Ich zeige Ihnen jetzt eine kurze Animation>>

44 Der Untersuchungsprozess besteht nun aus zwei Phasen: >>

45 In der ersten Phase setzt sich die Patientin zur Thermographie auf den Untersuchungsplatz und es wird ein thermographischer Scan durchgeführt>>

46 Ist der Befund dieses Scans negativ, ist die Untersuchung beendet. Bei einer Auffälligkeit>>

47 greifen Ärztin oder Arzt zum Handheld der laserspektroskopischen Untersuchungseinheit>>

48 und führen das Handgerät über die Brust. Dabei werden ebenfalls auf dem Pad in Form eines grafischen Interface die laserspektroskopischen Ergebnisse in Kurvenform dargestellt.

49 B.I.R.D. - Breastcancer InfraRed Detection November 2011 bis Januar 2012 Jimeno Castiblanco Robert Dietzel Prof. Holger Jahn (Leitung) Manuel Milde Alexander Müller Prof. Jörg Petruschat (Leitung) Bei Ran An dem Projekt wirkten mit: Jimeno Castiblanco, Robert Dietzel, Manuel Milde, Alexander Müller, Bei Ran. Laufzeit November 2011 bis Januar Leitung Prof. Holger Jahn und Prof. Jörg Petruschat. Sollte uns irgendjemand Geld geben, dann würden wir an diesem Projekt gern weiter arbeiten. Gern mit Partner aus dem Ingenieursbereich aus der Hochschule, gern mit auswärtigen Partnern. Denn das, was wir hier vorlegen, ist nicht bloß Lehre, sondern das, was wir hier - integriert in die Lehre - in knapp drei Monaten auf die Beine gestellt haben, nennen wir Forschung im Design.