Bachelorarbeit

Thema:
Physikalische Multiparameter-Analye
biologischer Strukturen zur Bewertung
des Prostata Karzinoms

Studentin:
Carola, Eleonora Gerich

Salzburg

Inhaltsverzeichnis

Tabellenverzeichnis ... IX

Abbildungsverzeichnis ... X

1 Einleitung - Motivation ... 1

1.1 Prostata ... 2
1.1.1 Aufbau ... 2
1.1.2 Funktion ... 4
1.1.3 Krankheiten der Prostata ... 4

2 Stand der Wissenschaft ... 6

2.1 Untersuchungsmöglichkeiten der Prostata ... 6

2.2 Standard ... 7
2.2.1 PSA-Wert ... 7
2.2.2 UICC (5-stufig) ... 7
2.2.3 Grading der Arbeitsgruppe „Prostatakarzinom“ (3-stufig) ... 9
2.2.4 Gleason-Grading (doppel-5-stufig) ... 9
2.2.5 Klinisches Stadium ... 11
2.2.6 Nomogramm ... 12
2.2.7 Schnellschnitt-Untersuchungen ... 14

2.3 Neue Verfahren ... 15
2.3.1 Spektroskopie ... 15
2.3.2 Fluoreszenz ... 15
2.3.3 Remission und Weißlicht-Remission ... 17
2.3.4 Impedanz ... 18
2.3.5 Gewebediagnose in der Medizin ... 20

2.4 Arbeiten im Vorfeld ... 21
2.4.1 Messungen in Leipzig ... 21
2.4.2 Messungen in Chemnitz ... 22
2.4.3 Experimente in Minsk ... 22

3 Geräte, Methoden und verwendete Programme ... 27

3.1 CELIF - Geräteaufbau ... 27

3.2 Software Sophi 1.3 ... 29

3.3 Software Bridge ... 30

3.4 Software Origin.Pro 7.5 ... 31

3.5 Software SPSS ... 31

3.6 Software WEKA ... 32

3.7 Software MathCad ... 32

4 Experimente in Hamburg ... 34

4.1 Studiendesign und Zielsetzung ... 34

4.2 Praktische Umsetzung ... 35

5 Auswertung und Datenanalyse ... 44

5.1 Daten ... 44

5.2 Aufbereitung in Origin.Pro 7.5 ... 45

5.3 CELIF-Verfahren mit 4 Parametern ... 52

5.4 Statistik-Auswertung mit SPSS ... 59

5.5 Data Mining mit WEKA ... 60
5.5.1 Das WEKA-Tool ... 60
5.5.2 Interpretation der Ergebnisse ... 70

6 Schlussfolgerungen und Ausblick ... 71

6.1 Kritische Betrachtung vorliegender Ergebnisse ... 71
6.1.1 Datenaufnahme ... 71
6.1.2 Datenanalyse ... 72

6.2 Weitere Ansätze ... 73

6.3 Andere Projekte mit ähnlicher Zielstellung ... 74

7 Anhang ... 75

Index ... 98

Literaturverzeichnis ... 101

Kapitel 1

Einleitung - Motivation

Zur Therapie eines frühdiagnostizierten Prostatakarzinoms (PCA) gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie die radikale Prostatektomie, die perkutane Strahlentherapie, die Brachytherapie und die Hormontherapie. Wenn die einzige Möglichkeit zur erhofften Heilung des Patienten in der radikalen Prostatektomie besteht, wirft diese Entscheidung einige Probleme auf. Das oberste Ziel des Chirurgen ist die komplette Entfernung von Tumorgewebe aus Gesundem (RO-Resektion), aber der Tumor ist nicht sichtbar! Beim derzeitigen Stand der Chirurgie hängt es immer noch vom Können, Wissen und der Erfahrung des operierenden Arztes ab, ob wirklich alle Tumorzellverbände entfernt werden können. Gelingt keine RO-Resektion, so gibt es möglicherweise keine Heilung von einer potentiell tödlichen Erkrankung!

Die naheliegende Überlegung, dass der Chirurg weit genug in das gesunde Gewebe schneidet, um sicher alle Tumorzellen zu entfernen - wie das z.B. bei einem Melanom gemacht wird (Exzision) -, kann sehr schnell widerlegt werden, wenn man weiß, dass Gefäß-Nerven- Bündel, die für die spontane Erektion beim Geschlechtsverkehr wichtig bzw. notwendig sind, sehr nahe an der Prostata-Kapsel vorbeiführen (Abb. 1.1).

Eine weitere Hilfe bei dieser Operation steht dem Arzt mit einer Schnellschnittuntersuchung zur Verfügung, die aber naturgemäß auch keine absolute Sicherheit gibt, bzw. einen Aufschub der fortlaufenden Operation verlangt, wie in Kapitel 2 ausgeführt wird.

So liegt der Wunsch nahe, dem Chirurgen eine Entscheidungshilfe sofort bei der Operation zu geben, um an Ort und Stelle malignes von benignem Gewebe sicher unterscheiden zu können.

In dieser Arbeit bzw. dem Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts (IZFP) in Dresden in Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik in Hamburg (UKE Eppendorf) soll der Ansatz verfolgt werden, dass bösartiges Gewebe möglicherweise in anderer Weise fluoresziert als gutartiges Gewebe. Es wird der derzeitige Stand der Wissenschaft (Kapitel 2), die verwendeten Geräte (Kapitel 3), der Aufbau der Studie (Kapitel 4) und Ansätze zur Auswertung der Daten (Kapitel 5) beschrieben, um dann im Abschluss noch einen Ausblick auf zukünftige Methoden, mögliche Geräte und damit Verbesserungen in diesem Bereich der Medizin zu geben.

(Abbildung 1.1: Prostatakarzinom - Problematik einer radikalen Prostatektomie: wenn der Tumor sehr nahe am Rand der Prostata liegt, besteht die Gefahr, dass die Kapsel durchbrochen wird und Tumorzellen in die Nervenbündel wachsen; Quelle: [net06m] - In der Downloadversion enthalten)

Im Folgenden wird grundlegendes medizinisches Wissen in diesem speziellen Gebiet der Urologie dargestellt, um die Problematik zu verdeutlichen.

1.1 Prostata

Die Prostata (Vorsteherdrüse) [net05b] ist eine akzessorische Geschlechtsdrüse aller Säugetiere, einschließlich des Menschen. Sie liegt nahe der Harnblase und umgibt die Harnröhre. Sie gleicht beim Mann in Größe und Form einer Kastanie. An die Rückseite der Prostata grenzt der Mastdarm (Rektum). Deswegen kann sie vom Enddarm aus mit den Fingern ertastet und beurteilt werden (Abb. 1.2).

1.1.1 Aufbau

Die Prostata ist eine exokrine Drüse mit Ausführungsgängen in die Harnröhre. Neben dem Drüsengewebe findet sich mikroskopisch noch Muskelgewebe und Bindegewebe. Die Prostata besteht aus etwa 40 einzelnen Drüsen. Diese Drüsen sind von einer Kapsel aus Bindegewebe umgeben und in einen Muskel eingebettet. Bei der Ejakulation presst die Muskulatur das Sekret in die Ausführungsgänge. Diese verbinden sich mit dem Samenleiter zum Spritzkanal, der in die Harnröhre mündet.

(Abbildung 1.2: Prostata: - In der Downloadversion enthalten)

(Abbildung 1.3: Die gesunde Prostata: - In der Downloadversion enthalten)

1.1.2 Funktion

In der Prostata wird ein Teil der Samenflüssigkeit produziert, die bei der Ejakulation ausgestoßen wird. Dieses Sekret bildet zusammen mit den Samenzellen aus dem Hoden das Sperma. Die Funktion der Prostata wird über das Hormon Testosteron reguliert.

Das Sekret der Prostata hat einen leicht sauren pH-Wert, ist dünnflüssig, trübe und gibt dem Sperma den charakteristischen Geruch. Das Sekret enthält zahlreiche Enzyme, die die Gebärmutter anregen können.

Das Protein Spermin fördert die Beweglichkeit und die Befruchtungsfähigkeit der Samenzellen. Weiters sind im Prostatasekret Phosphatase, Zitronensäure, Cholesterin und Zink enthalten.

1.1.3 Krankheiten der Prostata

So wie alle anderen Bereiche des menschlichen Körpers hat auch die Prostata ganz spezi- fische Krankheiten, die einer speziellen Untersuchung und Behandlung bedürfen:

• Prostatitis = Entzündung der Prostata
• Benigne Prostatahyperplasie (BPH) = gutartige Vergrößerung der Prostata mit Harnabfluss-Störung (Abb. 1.4)
• Prostatakarzinom (PCA) = Prostatakrebs (Abb. 1.1) Diese Arbeit wird sich im Besonderen mit dieser schwerstwiegenden Krankheit bzw. bei deren Beseitigung beschäftigen: Das oberste Ziel dabei ist, ein neues Gerät zu implementieren, das dem Arzt beim Operieren unterstützende Hilfe geben soll, um wirklich alle Tumorzellen zu detektieren und damit entfernen zu können. In den folgenden Kapiteln werden Vorarbeiten zu diesem Vorhaben, die eigentliche Studie und die Datenaufnahme vorgestellt. Außerdem werden Ansätze zur Datenselektion und mögliche Datenanalysen gezeigt, die auf dem Weg zu einem messenden Gerät einen Schritt weiterführen sollen.

(Abbildung 1.4: Die kranke Prostata (BPH): - In der Downloadversion enthalten)

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