Project

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GI-BCT - Clinical Grating Interferometry Breast Computed Tomography

Applicant Stampanoni Marco
Number 183568
Funding scheme Sinergia
Research institution Institut für Biomedizinische Technik Universität Zürich und ETHZ
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Interdisciplinary
Start/End 01.01.2019 - 31.12.2022
Approved amount 1'968'174.00
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All Disciplines (4)

Discipline
Interdisciplinary
Clinical Cancer Research
Microelectronics. Optoelectronics
Technical Physics

Keywords (5)

mammography; phase contrast X-ray imaging; gratings interferometry; breast cancer; competed tomography

Lay Summary (German)

Lead
Es besteht ein allgemeines Einvernehmen darüber, dass das Mammographie Screening bei Frauen, die 50 Jahre oder älter sind, die Sterberate an Brustkrebs senkt. Die konventionelle, auf Absorption basierende 2D-Mammographie wird jedoch durch zwei große Hindernisse behindert: ein signifikanter Empfindlichkeitsabfall bei Patienten mit dichter Brust und die große Anzahl an falsch-positiver oder mehrdeutiger Mammographie-Befunde, die zu einer weiteren Aufarbeitung führen und möglicherweise zu unnötigen Stress oder sogar Schaden für Patienten und erhöhte Gesundheitskosten führen. Das GI-BCT-Projekt zielt darauf ab, dieses Problem anzugehen, indem eine bessere räumliche und dichte (Weichgewebe) Auflösung, eine höhere Empfindlichkeit, eine verbesserte Erkennung von Mikroverkalkungen und eine höhere Spezifität für die Klassifizierung von Läsionen angestrebt wird, mit voller volumetrischer (3D) -Information bei gleicher oder geringerer Dosis sowie einem besseren Patientenkomfort.
Lay summary

Unser Ziel ist es zu zeigen, dass GI-BCT die konventionelle klinische  Aufarbeitung von Brustkrebs (Mammographie, Tomosynthese, Ultraschall und möglicherweise MRI) in einem One-Stop-Ansatz ersetzt werden kann, der gleiche oder verbesserte Sensitivität und Spezifität für bösartige Läsionen bietet und gleichwertige oder sogar bessere Informationen über die Tumorgröße und das Ausmaß der Erkrankung liefert.

Nach einer klinischen Pilotstudie an einer kleinen Gruppe von Patienten mit bekanntem Brustkrebs werden wir eine größere klinische Studie aufgleisen, mit Patienten ab 60 Jahren mit bekannten Brustdichten und Anomalien. Ziel hier ist die Bestimmung der Empfindlichkeit, Spezifität und positiven prädiktiven Werte der 2D-Phasenkontrastbildgebung im Vergleich zur konventionellen Mammographie.

Weiter werden ex-vivo- und in-vivo-Pilotstudien mit dem neuartigen GI-BCT Methode durchführt. Wir werden zunächst die Korrelation zwischen bekannten Deskriptoren mit den gemessenen physikalischen Größen ermitteln. In einer prospektiven klinischen Studie wird weiter dann die erhöhte Sensitivität und Spezifität von GI-BCT bei Patienten mit dichter Brust bewertet.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 03.12.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
200581 Low field MR guided response assessment during radiotherapy for glioblastoma patients for adaptive radiotherapy and response prediction 01.01.2022 Project funding
159263 X-ray phase-contrast micro computed tomography for improved pathology 01.10.2015 Interdisciplinary projects
154472 Med-XPhase - Phase contrast X-ray imaging as a new diagnostic tool 01.01.2015 Sinergia
189662 Advanced Si DRIE tool for highlY uniform ultra-deep structuring (SiDRY) 01.07.2020 R'EQUIP

Abstract

Background. There is a general agreement that screening mammography reduces the rate of death from breast cancer in women who are of the age of 50 years or older. However, conventional, absorption-based screening 2D mammography is hampered by two major obstacles: a significant drop of sensitivity in patients with dense breasts and the high number of false-positive or ambiguous mammographic findings prompting further work-up and potentially resulting in unnecessary emotional stress or even harm to patients and increased health care costs. The GI-BCT project aims at addressing this issue by providing a better spatial and density (soft-tissue) resolution, higher sensitivity, improved detection of microcalcifications, and higher specificity for lesion classification with full volumetric (3D) information at equal or even less dose and better patient comfort. Working hypothesis and project main goal.Physically, we will generate image contrast in 3D exploiting refraction and scattering, rather than absorption, obtained with grating interferometry. We ultimately aim at demonstrating that GI-BCT can replace conventional work-up for breast cancer (including mammography, tomosynthesis, ultrasound and potentially MRI) in a one-stop-approach providing equal or improved sensitivity and specificity for malignant lesions and providing equal or better information on size of the tumor and extent of disease (multifocality, multicentricity, associated DCIS).Experimental design. The project will be subdivided 3 subprojects:(A)In-vivo clinical study with phase-contrast 2D mammography. After a clinical pilot trial on a small cohort of patients with known breast cancer (BIRADS 5 and 6 lesions), we will start a larger clinical trial in patients of age 60 or older with known dense breasts (BIRADS 1-5) with known anomalies (BIRADS 3-5) to determine sensitivity, specificity, and positive predictive values of 2D phase-contrast imaging compared to conventional mammography.(B)High Talbot Order interferometric module and iterative reconstruction algorithms for enhanced GI-BCT. We will combine hardware development with advanced tomographic reconstruction algorithms to manage under-constrained interferometric data and further speed up the acquisition protocols and reduce patient dose. (C)Ex-vivo and in-vivo pilot studies with GI-BCT. We will first establish the correlation between well-known descriptors (BIRADS categories and ACR density index) with the measured physical quantities as delivered by a GI-BCT device. A prospective clinical trial will assess GI-BCT increased sensitivity and specificity in patients with dense breasts.Expected value of the proposed project. The platform will consolidate and further enhance the synergy between basic research (ETH/PSI) and the clinical partners (KSB/USZ). Out interdisciplinary project aims at establishing gratings-based X-ray phase contrast imaging as a new medical imaging modality and the demonstration of its clinical relevance specifically for breast cancer work-up.
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