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Prostatadiagnostik

„Wir arbeiten noch immer mit Virchows Erbe“

In der Pathologie hat der digitale Wandel gerade erst begonnen. Fest steht aber jetzt schon, dass die Einführung neuer Computertechnologien das Fach für immer verändern wird. Im Interview mit VisionUpdate berichten Professor Peter Hufnagl, Leiter Digitale Pathologie am Pathologischen Institut der Charité, und Dr. Sefer Elezkurtaj, Pathologe und Oberarzt an der Charité über deren Einfluss auf die Prostatakrebs-Diagnostik.

 

Welche Rolle spielt die Pathologie bei der Diagnostik des Prostatakrebs‘?

Elezkurtaj: Es ist nach wie vor so, dass nur der Befund des Pathologen rechtsverbindlich feststellt,was ein Tumor ist und damit den Goldstandard in der Tumordiagnostik repräsentiert. Die Radiologie sorgt mit ihren spektakulären Bildern für mehr Aufmerksamkeit und spiegelt die makroskopischen Sehgewohnheiten des Klinikers wider. Dennoch hat unser Wort endgültigen Charakter, denn wir arbeiten nicht mit Bildern, sondern mit realem Gewebe.

Unbestreitbar ist der Radiologe näher an der Klinik. Der Kliniker veranlasst die Bildgebung beim Radiologen, und im Anschluss findet oft unmittelbar das Gespräch über die Ergebnisse statt. Als Pathologen sind wir es gewohnt, eher im Hintergrund zu arbeiten. Die Präzisionsmedizin mit ihren zielgerichteten Therapien bringt es jedoch mit sich, dass wir zunehmend gefordert sind, in den Tumorkonferenzen zu therapierelevanten molekularen Befunden Stellung zu nehmen.

An welcher Stelle können neue Computertechniken dabei helfen?

Hufnagl: Das Problem ist, dass der Prostatakrebs multifokal ist und in verschiedenen morphologischen Sequenzen parallel auftritt. Wir arbeiten derzeit daran, ein dreidimensionales morphologisches Modell der Prostata zu erstellen und dieses auf Grundlage von virtuellen Schnitten auch zu validieren. Die Vorstellung dahinter ist, dass wir mit diesem Modell die Tumorentstehung auf molekularer und histologischer Ebene besser verstehen und später auch die Biopsien auf Grundlage der 3D-Analyse präziser bewerten können.

Elezkurtaj: Wie zu Virchows Zeiten ist eines unserer wichtigsten Werkzeuge immer noch die scharfe Klinge. So vertrauen wir zum Teil auf sehr alte Techniken, etwa bei der Anfertigung von Paraffin-Schnitten, um das Gewebe unter dem Mikroskop zu untersuchen.  Ein 3D-Modell kann nicht nur dazu beitragen, ein besseres räumliches Verständnis zu gewinnen, sondern auch Differenzen zwischen bildgebenden und histologischen Befunden genauer zu analysieren. Zudem könnte die 3D-Darstellung der Prostata helfen, molekulare Veränderungen des Tumors in einen topologischen Kontext zu stellen und somit die molekularpathologischen Befunde besser interpretieren zu können.

Welche Vorteile hat ein solches 3D-Modell noch?

Elezkurtaj: Ein Problem der Prostatakrebs-Diagnostik ist,dassdie Bildgebung im Vergleich zu anderen Organen auf einem Auge blind ist. Zwar sehen wir dank der multiparametrischen MRT heutzutage mehr Läsionen und machen dort auch deutliche Fortschritte, aber mit der Korrelation hapert es noch. Hier könnten sich die Pathologie und die Radiologie annähern, indem wir die pathologischen Resultate aus Operationspräparaten von Prostatapatienten mit den multiparametrischen MRT-Daten korrelieren. Die inter- und intratumorale Heterogenität bei Prostatatumoren ist immens, wie sich auch auf Genomebene bestätigt hat. Von der Pathologie werden aber klare Antworten erwartet. Mit Hilfe neuer 3D-Modelle können wir möglicherweise dazu beitragen, dem Patienten in vielen Fällen eine Zwölffach-Stanzbiopsie zu ersparen („target only“).

Hufnagl: Wir sind noch am Anfang dieser Modellierung und arbeiten derzeit an einer Verknüpfung von drei- und zweidimensionalen Modellen. So generieren wir 2D- und 3D-Modelle beispielsweise von der Drüsen-Architektur der Prostata und können die 3D-Modelle mit Hilfe von 2D-Schnitten in diesen 3D-Modellen überprüfen. Diese Ergebnisse lassen sich dann wiederum mit den histologischen Schnitten verifizieren. Sowohl bei der Modellgenerierung als auch bei der Analyse kommen KI-basierte Verfahren zum Einsatz.

Diese 3D-Modelle sind eine rein virtuelle Angelegenheit?

Hufnagl: Ja, sie sind erstmal rein virtuell, dabei wird es aber nicht bleiben. Denn parallel dazu erstellen wir eine 3D-Rekonstruktion aus histologischen Schnitten von der Prostata. Es ist allerdings in der Praxis viel zu aufwändig, jede Prostata, die wir uns anschauen, dreidimensional zu rekonstruieren. Denn dafür müssten wir jeweils hunderte histologische Schnitte erstellen und diese zu einem 3D-Modell zusammenführen. Wenn wir aber ein 3D-Modell aus einer Menge von Beispielen erstellt haben, können wir die Sachverhalte in einer realen Prostata auch durch wenige zweidimensionale Schnitte klären, die im Kontext des Modells interpretiert werden.

Elezkurtaj: Sowohl in der Pathologie als auch in der Radiologie wird die tägliche Diagnostik durch zweidimensionale Bilder bestimmt. Das heißt, wir sind es einfach gewohnt in beiden Bereichen mit einem Schnittbild zu arbeiten. Das funktioniert schnell und effizient und wird auch noch lange die tägliche Diagnostik dominieren. Während wir langsam den Schritt in eine 3D-Bildgebung bzw. Darstellung wagen, müssen wir die darin gewonnenen Erkenntnisse im 2D-Raum validieren, den wir besser beurteilen können. Bei der Erkundung des 3D-Raums müssen wir unsere Sehgewohnheiten verändern und uns auf neue Instrumente einstellen. Auf Virchows Erbe werden wir so schnell nicht verzichten können, auch dann nicht, wenn wir oder andere Fachbereiche, neue Techniken wie Deep Learning einsetzen. Denn eine Validierung findet doch immer durch den Facharzt für Pathologie am Gewebeschnitt statt.

Gehört zu diesen neuen Instrumenten auch der verstärkte Einsatz von Künstlicher Intelligenz?

Hufnagl: Zukünftig wird man mit Hilfe von KI-Methoden eine große Anzahl digitalisierter histologischer Schnitte (Whole Slide Images – WSI genannt) analysieren und damit zu klareren Vorstellungen über die Bedeutung von spezifischen morphologischen und molekularen Markern von Krankheiten kommen. Das ist vor allen Dingen dann interessant, wenn sich in einer Prostata nicht nur ein großer Tumor befindet, sondern zahlreiche kleinere an unterschiedlichen Stellen. Die Entwicklung von 3D-Modellen steht vielfach noch am Anfang und ist sehr aufwändig. Es ist aber auch klar, dass die moderne Pathologie diese Technologien nutzten muss, um die Interpretierbarkeit histologischer Ergebnisse mit Bezug zu den 3D-Bildern aus der Radiologie zu verbessern und Biopsien individualisierter planen zu können.

Profile:

Prof. Dr. rer. nat. Peter Hufnagl, Leiter Digitale Pathologie am Pathologischen Institut der Charité, ist Mathematiker und Informatiker und entwickelt Verfahren zur digitalen Bildanalyse und Telemedizin. An der Charité hat er neben der Digitalen Pathologie auch das Telemedizincentrum (TMCC) und die zentrale Biobank (ZeBanC) mit aufgebaut. In Kooperation mit Herstellern von Mikroskopen hat er viele Forschungsergebnisse in die Praxis überführt. Als Mitgründer der European „Society for Digital & Integrative Pathology (ESDIP)“ befasst er sich intensiv mit den Auswirkungen von KI auf die Diagnostik. Er ist Autor von mehr als 250 Artikeln und Buchbeiträgen, u.a. des „Leitfadens Digitale Pathologie“.

Dr. Sefer Elezkurtaj, Oberarzt an der Charité – Universitätsmedizin Berlin, promovierte am Max Delbrück Zentrum für Molekulare Medizin Berlin Buch zum Thema adenovirale Gentherapie von Lebermetastasen. Danach war er als Assistenzarzt in der Klinik für Chirurgie und Chirurgische Onkologie der Charité am Campus Buch tätig. Seine Weiterbildung zum Facharzt für Pathologie absolvierte er an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, an der Charité Campus Benjamin Franklin und an der Charité Campus Mitte. Seit 2018 ist er als Oberarzt am Institut für Pathologie der Charité tätig, hat die ärztliche Leitung der Prosektur inne und übt Konsultationstätigkeiten in der Uropathologie aus.

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