Digitale Zytopathologie für die Krebsfrühdiagnose

Krankhafte Veränderungen die zu Krebs führen lassen sich oftmals bereits auf Zellebene feststellen. So weisen zum Beispiel Krebszellen einen von der Norm abweichenden DNA-Gehalt auf.

Der DNA-Gehalt von Zellen lässt sich mit Hilfe der DNA-Bildzytometrie messen. Diese Vermessung geschieht an digitalen Mikroskopaufnahmen der Zellen. Dabei werden eine spezielle Präparationstechnik und ausgefeilte Messalgorithmen verwendet. Für eine DNA-Bildzytometrie-Analyse identifiziert der Pathologe/die Pathologin auffällige Zellkerne aus zehntausenden Zellkernen und veranlasst die Messung der DNA-Menge durch die Messalgorithmen. Zum Schluss wird schließlich die DNA-Verteilung der auffälligen Zellkerne dargestellt und bewertet. Weicht diese Verteilung von einer normalen Verteilung ab, liegt Krebs vor. Je stärker diese Abweichung ist, desto aggressiver ist der Krebs. Mit diesem Wissen lässt sich neben der Diagnose auch die bestmögliche Therapiestrategie auswählen.

Für den Patienten ist von Vorteil, dass sich der Krebs auf Zellebene nachweislich bis zu 2 ½ Jahre früher erkennen lässt. Die Probenentnahme durch Bürstenabstriche oder Feinnadelpunktionen ist dabei praktisch schmerzfrei. Die Tatsache, dass Diagnose und Prognose auf einem Messergebnis beruhen, sorgt dabei für eine hohe Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse. Durch die Selektion der auffälligen Zellkerne für die Bewertung ist die Methode hoch-sensitiv.

 

Abstrich der Mundschleimhaut	Eine Expertin während einer DNA Bildzytometrie-Messung

 

Ziele im DNA-Bildzytometrie-Projekt

Ziel des DNA-Bildzytometrie Projektes ist es, dem Pathologen/der Pathologin ein modernes System zur Verfügung zu stellen, mit dem frühzeitige Diagnosen effizient durchzuführen sind:

• Erreichen einer möglichst hohen Genauigkeit für die DNA-Messung, um bereits kleine krankhafte Veränderungen möglichst früh erkennen zu können.

• Unterstützung des Pathologen/der Pathologin bei der sehr arbeitsintensiven Messung, in dem die digitale Erfassung und Unterscheidung relevanter und irrelevanter Objekte automatisiert werden.

Für die Erreichung dieser Ziele arbeiten wir in enger Kooperation mit unseren medizinischen Partnern Prof. A. Böcking (Institut für Pathologie, Krankenhaus Düren) und Prof. S. Biesterfeld (Schwerpunkt Cytopathologie, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf) zusammen.

 Zellkerne, die unterschieden werden sollen:

 

ProjektStatus

Für die präzise Messung von DNA werden Störfaktoren in der mikroskopischen Bildgebung, wie zum Beispiel Streulicht oder Beugung, korrigiert. Die am Lehrstuhl für Bildverarbeitung entwickelten DNA-Messalgorithmen übertreffen dabei konventionelle Algorithmen in Präzision deutlich: Mit ihrer Hilfe lässt sich bereits das Fehlen oder überzählige Vorhandensein von einem Chromosom, einem von 46 DNA-Abschnitten, feststellen. Somit ermöglichen diese Algorithmen die Erfassung kleinster DNA-Veränderungen.

Für eine effizientere Durchführung der Messung erstellt ein motorisiertes Mikroskop mit digitaler Kamera zunächst einen Übersichtsscan über den Objektträger. Darin werden die Regionen von Interesse identifiziert, die darin enthaltenen Zellkerne werden automatisch digitalisiert. Ein Mustererkennungssystem klassifiziert diese Zellkerne dann selbstständig in klinisch relevante Zellgruppen. Es wurden Mustererkennungssysteme für Zellen aus Abstrichen des Gebärmutterhalses und der Mundschleimhaut, sowie Nadelpunktaten der Prostata und von Körperhöhlenergüssen entwickelt. Die dafür notwenige Referenzdatenbank wurde durch Prof. A. Böcking klassifiziert und umfasst insgesamt über 130.000 Objekte. Die damit trainierten Mustererkennungssysteme sind in der Lage, die schwierige Unterscheidung von auffälligen und gesunden Zellkernen vorzunehmen. Nach diesem Klassifikationsschritt lässt sich der Experte/die Expertin die diagnostisch relevanten Zellen anzeigen, validiert sie und stellt die Diagnose. Dies nimmt statt 40 Minuten nur noch fünf Minuten in Anspruch. Somit bleibt die volle Verantwortung und Kontrolle über das Ergebnis beim Arzt, während der Zeitaufwand deutlich reduziert wird.

Klassifikation von Zellkernen durch das Mustererkennungssystem

Kontakt

David Friedrich, Tel. +49 241 8027803

Prof. Dietrich Meyer-Ebrecht

 

Medien

• 29. März und 4. Mai 2012: Beitrag in der WDR Lokalzeit