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Fortschritte in Richtung einer personalisierten Mammographie
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Siemens Healthineers und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg im Forschungscampus STIMULATE erreichte durch die Bündelung der Expertisen aus den Bereichen Medizintechnik, Informatik und Mechanik eindrückliche Forschungsergebnisse in der Untersuchungsmethode Mammographie. Bei der Mammographie ist die Brustkompression ein wesentlicher Bestandteil der Untersuchung und wird durch das Absenken eines Kompressionspaddels auf die Brust erreicht. Dabei wird bislang keine Variationen der Brustgröße oder der Gewebezusammensetzung berücksichtigt, wodurch es zu ggf. mit Schmerzen verbundenen Über- und Unterkompressionen kommt.
Um einen ganzheitlichen, patientenspezifischen Arbeitsablauf zu entwickeln, erforschte das Projektteam zunächst die Brustkompression. Hierzu wurde ein biomechanisches Finite-Elemente-Brustmodell entwickelt, das die Brustkompression in der Mammographie genau nachbildet und eingehende Untersuchungen ermöglicht. Die realitätsnahe Nachbildung wurde mit durch Magnetresonanztomographie gewonnenen Messungen an Menschen und darauf aufbauenden Simulationen bewiesen.
Durch die Anpassung des Finite-Elemente-Modells an die Ergebnisse der menschlichen Messungen und Simulationen (Grundwahrheitsbilder) konnte ein universeller Satz von Materialparametern für Fett- und Drüsengewebe bestimmt werden. Insgesamt zeigten die Brustmodelle eine hohe Übereinstimmung in der Kompressionsdicke mit einer Abweichung von weniger als zehn Prozent von der Grundwahrheit. Die vorgestellten Brustmodelle zeigen ein großes Potenzial für ein besseres Verständnis des Kompressionsprozesses der Brust. In Zukunft will das Projektteam mit diesen Untersuchungen dazu beitragen, dass während der Mammographie eine individuelles Kompressionsniveau erreichen wird, das die notwendige Intensität nicht überschreitet.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Publikation „Towards a biomechanical breast model to stimulate and investigate breast compression and its effects in mammography and tomosynthesis” durch Madeleine Hertel, Resam Makvandi, Steffen Kappler, Ralf Nanke, Petra Bildhauer, Sylvia Saalfeld, Marcus Radicke, Daniel Juhre und Georg Rose im Journal of Physics in Medicine & Biology am 04. April 2023 veröffentlicht und ist hier einsehbar: https://doi.org/10.1088/1361-6560/acc30b
Progress towards personalized mammography
The interdisciplinary collaboration between Siemens Healthineers and Otto-von-Guericke-University Magdeburg in the Research Campus STIMULATE achieved impressive research results in the examination method mammography by combining expertise from the fields of medical technology, computer science and mechanics. In mammography, breast compression is an essential part of the examination and is achieved by lowering a compression paddle onto the breast. To date, this has not considered variations in breast size or tissue composition, resulting in over- and under-compression that may be associated with pain.
To develop a holistic, patient-specific workflow, the project team first explored breast compression. To this end, a biomechanical finite element breast model was developed to accurately replicate breast compression in mammography and allow in-depth examinations. The realistic replication was proven with human measurements obtained by magnetic resonance imaging and simulations based on these measurements.
By fitting the finite element model to the results of the human measurements and simulations (ground truth images), a universal set of material parameters for fat and glandular tissue could be determined. Overall, the breast models showed high agreement in compression thickness with less than ten percent deviation from the ground truth. The breast models presented show great potential for a better understanding of the breast compression process. In the future, the project team hopes to use these studies to help achieve an individual level of compression during mammography that does not exceed the necessary intensity.
The research results were published in the paper "Towards a biomechanical breast model to stimulate and investigate breast compression and its effects in mammography and tomosynthesis" by Madeleine Hertel, Resam Makvandi, Steffen Kappler, Ralf Nanke, Petra Bildhauer, Sylvia Saalfeld, Marcus Radicke, Daniel Juhre and Georg Rose in the Journal of Physics in Medicine & Biology on April 04, 2023 and is available here: https://doi.org/10.1088/1361-6560/acc30b