dc.contributor.author
Brune, Liv Nora
dc.date.accessioned
2018-06-07T15:32:54Z
dc.date.available
2011-01-20T10:34:37.589Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/1227
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-5429
dc.description.abstract
Im Rahmen zweier Arbeiten wiesen Elgeti et al. bei gesunden Lungen von Ferkeln
nach, dass lungenfunktionsdiagnostische Messungen mittels dynamischer Thorax-
CT unter Spontanatmung (dCT) gut mit den durch die konventionelle
Lungenfunktionsdiagnostik (LFD) gemessenen Werten korrelieren. Ziel der
vorliegenden klinisch-experimentellen Arbeit war es zunächst zu überprüfen, ob
sich diese guten Korrelationen auch an erkrankten humanen Lungen nachweisen
lassen. Darüber hinausgehend wurde ein Vergleich zwischen weiteren mittels dCT
gemessenen Werten und denen der Lungenperfusionsszintigraphie (LPS)
durchgeführt. In beiden Vergleichen konnten gute Korrelationen nachgewiesen
werden. Wegen des so bestätigten lungenfunktionsdiagnostischen Potentials,
aber auch wegen der morphologischen Vorteile der dCT gegenüber der
konventionellen CT, wurden dann erweiterte Anwendungs-möglichkeiten der dCT
innerhalb der präoperativen Diagnostik bei thoraxchirurgischen Eingriffen
aufgezeigt und diskutiert. Für die retrospektiv begleitende Auswertung wurde
ein Patientenkollektiv verschiedenen Alters und Geschlechts mit der Indikation
zur Lungen-/Lungenteilresektion oder zur Lungenvolumen reduzierenden Chirurgie
zusammengestellt (n=45), und die entsprechenden lungenfunktions-diagnostischen
Parameter mit Hilfe der verschiedenen Verfahren bestimmt. Dieses Gesamt-
kollektiv enthielt eine Untergruppe von Emphysempatienten (n=11) sowie eine
von Bronchialkarzinom-Patienten (n=34). Alle Patienten erhielten innerhalb der
klinischen Routine eine Mehrschicht-Spiral-CT (Aquilion 64, Toshiba) bei 1 mm
Schichtdicke, 120 kV, 20-50 mA, 0,5 s Rotationszeit und einem Pitch von
0,15-0,25 je nach Atemfrequenz. Während des gesamten Scanvorganges wurde
simultan der Atemzyklus des Patienten mittels Airflow-Meter aufgenommen. Diese
Aufzeichnung dient als Basis für eine retrospektive Bildrekonstruktion, bei
welcher die erhaltenen Rohdaten in zeitlich abstandsgleiche 10%-Intervalle des
Atemzyklus rekonstruiert werden können, so dass schließlich 10 vollständig
volumetrische Datensätze pro Atemzyklus vorliegen. Damit erhält man eine
dynamische Darstellung der Lungen über einen gesamten Atemzyklus hinweg. Die
statistische Analyse der Ergebnisse der verschiedenen Messmethoden erfolgte
unter Zuhilfenahme der Pearson-Korrelation (mit dem Korrelationskoeffizienten
r), sowie in einigen Fällen unter Verwendung des Verfahrens nach Bland-Altman.
Die folgenden lungenfunktionsdiagnostischen Parameter wurden unter
Spontanatmung des Patienten mittels dCT kalkuliert: das End-inspiratorische
Volumen (EIVdCT), die Funktionelle Residualkapazität (FRCdCT) und das
Atemzugsvolumen (VtdCT). Diese Werte wurden mit den Messergebnissen der
Lungenfunktionsdiagnostik verglichen: Totale Lungenkapazität TLCLFD (dieser
Parameter misst im Gegensatz zum EIVdCT das Volumen in der Lunge nach
maximaler Inspiration), FRCLFD, VtLFD, sowie das Residualvolumen RVLFD. In den
Vergleichen zeigten sich gute bis hohe Korrelationen (FRCdCT vs. FRCLFD:
r=0,92, p<0,05; VtdCT vs. VtLFD: r=0,54, p<0,05; EIVdCT vs. TLCLFD: r=0,88,
p<0,05). Insbesondere ergab sich in der Untergruppe der Emphysempatienten eine
hohe Korrelation zwischen FRCdCT und RVLFD (r=0,88, p<0,05): dies lässt den
Schluss zu, dass der Parameter FRCdCT auch zur Abschätzung der pulmonalen
Überblähung bei diesen Patienten genutzt werden kann. Dies ist jedoch durch
weitere Untersuchungen zu validieren. Der Vergleich der dCT mit der
Lungenperfusionsszintigraphie beruht auf dem Euler-Liljestrand-Mechanismus und
auf der Annahme, dass der prozentuale Anteil der Lungenperfusion in einem
umschriebenen Lungenareal bei Patienten ohne Diffusionsstörungen annähernd
äquivalent ist dem prozentualen Anteil der Ventilation in diesem Bereich. Dazu
liefert die LPS den prozentualen Anteil der Perfusion der einzelnen Lungen an
der Gesamtperfusion. Nach Festlegung der linken Lunge als dem in dieser Studie
zu betrachtenden Lungenbereich wurde der prozentuale Anteil der linken Lunge
an der Gesamtperfusion - gemessen über die Lungen-perfusionsszintigraphie
(%-Perfusion-LLLPS) - verglichen mit dem prozentualen EIV-Anteil des gleichen
Bereiches am Gesamt-EIV (%EIV-LLdCT) - gemessen über dynamische CT. Während
sich im Gesamtkollektiv nur eine mäßige Korrelation (r=0,50, p<0,05) zeigte
(bei der Untergruppe der Emphysempatienten sogar eine sehr niedrige negative
Korrelation (r=-0,25, p>0,05)), wies demgegenüber die Untergruppe der
Bronchialkarzinom-Patienten eine signifikant hohe Korrelation auf (r=0,78,
p<0,05): dies scheint die oben angeführte Grundannahme zu bestätigen, da bei
Emphysempatienten eine Diffusionsstörung vorliegt und die Voraussetzung somit
nicht gegeben ist. Sowohl die LFD als auch die LPS sind - neben der CT -
grundsätzliche Säulen der präoperativen Diagnostik vor thoraxchirurgischen
Eingriffen. Die in dieser Arbeit nachgewiesenen guten Korrelationen lassen den
Schluss zu, dass beide Verfahren in einigen Fällen der präoperativen
Risikostratifizierung durch die lungenfunktionsdiagnostischen Messungen der
dCT ersetzt werden können. Hierzu sind jedoch weitere Untersuchungen
notwendig. Es ist bei der Anwendung der dCT hervorzuheben, dass die
Lungenfunktionsparameter unter Spontanatmung gemessen werden, also ohne
forcierte Intervention. Eine Analyse der absoluten Messergebnisse bei dCT und
LFD in Verbindung mit den guten Korrelationen geben Anlass zu der Vermutung,
dass es sich bei den durch die dCT gemessenen Werten um eine realistischere
und physiologischere Darstellung der Lungenfunktion handelt. Auch dies müsste
zur genaueren Validierung der Parameter in weiteren Arbeiten geklärt werden.
Die obigen Ergebnisse geben auch Anlass zu der Vermutung, dass ein erweiterter
Einsatz der dCT in Zukunft die präoperative Diagnostik bei thoraxchirurgischen
Eingriffen sowohl in ihrem morphologischen als auch funktionellen Aspekt
deutlich erleichtern als auch verbessern kann. Diskutiert wird dabei unter
anderem die so genannte „virtuelle Resektion“: dabei handelt es sich um ein
virtuelles präoperatives Markieren des zu resezierenden Gewebes am Computer.
Damit würde es möglich sein, die postoperative Funktionalität des Restgewebes
unter Ausnutzung der guten räumlichen und morphologischen Darstellungsmethoden
des dCT zu simulieren und einzuschätzen. Dies würde dem Chirurgen eine
optimale Planung thoraxchirurgischer Eingriffe erlauben.
de
dc.description.abstract
In a porcine animal model Elgeti et al. showed a correlation between lung
volume measurements by dynamic respiratory-gated CT during spontaneous
breathing (dCT) and conventional lung function diagnostics (LFD). The aims of
the present study were to confirm this correlation for human lungs under
pathological conditions and to furthermore compare dCT to lung perfusion
scintigraphy (LPS). The dCT results correlated well with both LFP and LPS.
Based on this confirmed pulmonary diagnostic potential as well as the
morphological advantages of dCT over conventional CT, novel clinical
applications of dCT within preoperative diagnostics before thoracic surgery
are proposed and discussed. For the statistical evaluation, the lung volume
parameters were determined for a cohort of 45 patients of varying age and
gender with indication for partial lung resection or lung volume reducing
surgery. The cohort comprised 11 emphysema patients and 34 patients with
bronchial carcinoma. Following the clinical guidelines all patients were
routinely imaged in a multisection CT (Aquilion 64, Toshiba) at 1mm section
thickness (120 kV, 20-50 mA, 0,5 second rotation time and a respiration rate-
dependant pitch of 0.15 – 0.25). Simultaneously, the respiratory signal of
each patient was recorded using an air flow meter, connected to the CT unit.
Based on this and using retrospective half-scan gating 10 complete volumetric
data sets temporally equally distributed over one respiratory cycle were
reconstructed from the recorded raw data, providing a dynamic representation
of the lung during a complete respiratory cycle. Pearson’s correlation
coefficient (r) was calculated for statistical analysis and Bland-Altman plots
were appropriated. The following dynamic lung volumes (tidal volumes) were
calculated by means of segmentation of the lung parenchyma during the
respiratory cycle using work-in-progress software: EIVdCT (the end-inspiratory
volume), FRCdCT (functional residual capacity) and VtdCT (tidal volume). These
variables were compared to the values measured by conventional LFD: TLCLFD
(total lung capacity), FRCLFD, VtLFD as well as RVLFD (the residual capacity).
A correlation (r≥0.5) could be shown for the following variables (FRCdCT vs.
FRCLFD: r=0.92, p<0.05; VtdCT vs. VtLFD: r=0.54, p<0.05; EIVdCT vs. TLCLFD:
r=0.88, p<0.05). A particularly high correlation could be shown between FRCdCT
and RVLFD (r=0.88, p<0.05), suggesting the use of FRCdCT as an indicator of
pulmonary hyperinflation in emphysema patients. The comparison of the dCT with
lung perfusion scintigraphy is based on the Euler-Liljestrand mechanism as
well as on the assumption, that the percentage of perfused lung within a
certain area is similar to the percentage of ventilated lung in the same area
(in patients without diffusion disorders). In the present study the left part
of the lungs was analysed. The fraction of perfusions of the left lung
(%-Perfusion-LLLPS) was compared to the percentaged fraction of the end-
inspiratory volume, calculated by dCT (%-EIV-LLdCT). Within the complete
cohort of 45 patients a correlation between LPS and dCT with r=0.50, p<0.05
could be shown. If only the sub-group of emphysema patients was analysed, r
was shown to be r=-0.25, p>0.05. Within the sub-group of patients with
bronchial carcinoma r was found to be r=0.78, p<0.05. This seems to confirm
the above assumption since diffusion is disturbed in emphysema patients and a
correlation is therefore not expected. LFD, LPS and CT are the basics of
preoperative diagnostics before thoracic surgery. The correlations shown in
the present work imply that LFD and LPS could be replaced by lung function
calculations by CT in some cases of preoperative risk-stratification. It must
be emphasized that lung parameter measurements using the dynamic respiratory-
gated CT are performed under spontaneous respiration. An analysis of the
volumes measured by dCT and the correlations shown suggest that the dCT-
measured values provide a more realistic and physiologic representation of
lung function. Further research is necessary to validate these results. The
results presented suggest that the preoperative application of dCT before
thoracic surgery could improve lung function diagnostics – both in
morphological as well as in functional aspects. In this field so called
„virtual resection“ is discussed, enabling a virtual identification of tissue
to be resected.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
respiratory-triggered
dc.subject
lung scintigraphy
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Diagnostische Wertigkeit und klinischer Einsatz der dynamischen,
atemgetriggerten Computertomographie des Thorax im Vergleich zur
Lungenfunktionsdiagnostik und Lungenperfusionsszintigraphie
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. P. Rogalla
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. Dr. h.c. K.-J. Wolf
dc.contributor.furtherReferee
Priv.-Doz. Dr. med. R. I. Rückert
dc.date.accepted
2011-02-04
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000019921-6
dc.title.translated
Diagnostic and clinical importance of dynamic respiratory-triggered thoracic
CT in comparison to standard spirometry and lung scintigraphy
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000019921
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000008602
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free
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open access