Material und Methoden

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Die Studie entstand aus einer Zusammenarbeit zwischen der Medizinischen Klinik mit Schwerpunkt Hämatologie und Onkologie (Direktor: Prof. Dr. Dörken), der Klinik für Allgemein-,Viszeral- und Transplantationschirurgie (Direktor: Prof. Dr. Peter Neuhaus) sowie der Klinik für Strahlenheilkunde (Direktor: Prof. Dr. Dr. h.c. Roland Felix) am Campus Virchow-Klinikum (CVK), Charité Universitätsmedizin Berlin.

2.1  Patientenkollektiv

In einer prospektiven Studie wurden zwischen Juni 2002 und März 2003 50 Patienten mit CT- oder MRT-gesicherten soliden Leberläsionen in die Studie aufgenommen. Alle Patienten waren zuvor über den Studienablauf aufgeklärt worden und hatten ihre schriftliche Einverständniserklärung gegeben. Innerhalb von 14 Tagen nach Bildgebung mittels CT oder MRT erfolgte eine native Ultraschalluntersuchung mit anschließender kontrastmittelverstärkter Sonographie.

Einschlusskriterien für die Aufnahme in die Studie waren ein unbehandelter solider Lebertumor (keine Chemotherapie, Bestrahlung, Embolisation oder vergleichbares) und ein Lebensalter über 18 Jahre. Als Ausschlusskriterien galten die vom Hersteller des Ultraschallkontrastmittels genannten Gegenanzeigen, wie zum Beispiel Herzinsuffizienz oder Lungenfunktionsstörungen. Für alle 50 Patienten wurde im Verlauf der Studie eine endgültige Diagnose des Lebertumors getroffen. In 72% der Fälle konnte die Diagnose histologisch gesichert werden, wobei das Zellmaterial bei 19 Patienten durch bildgesteuerte Leberpunktion und bei 17 Patienten durch resektive Chirurgie gewonnen wurde. In den restlichen 28% der Fälle wurde die endgültige Diagnose mittels klinischer Parameter (beispielsweise Tumormarker oder histologisch gesicherter Primärtumor) und radiologischer Verfahren gestellt. Letzteres galt insbesondere für benigne Läsionen, bei denen ein progredientes Wachstum durch wiederholte Bildgebung ausgeschlossen werden konnte.

2.2 CT und MRT

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Als Voraussetzung für den Einschluss eines Patienten in die Studie war eine CT- oder MRT-gesicherte solide Leberläsion. Bei 47 Studienpatienten wurden die Leberläsionen primär durch die CT diagnostiziert, während dies bei den übrigen 3 Patienten mittels MRT geschah. Das hier beschriebene Bildmaterial wurde bezüglich einer Diagnose ausgewertet und für die Korrelation mit den Ergebnissen des nativen Ultraschalls und des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls mit digitaler Graustufenanalyse verwandt.

2.2.1  Technik der Computertomographie

Die CT-Untersuchungen wurden in der Klinik für Strahlenheilkunde am Campus Virchow-Klinikum durchgeführt. 44 der untersuchten Patienten waren zum Zeitpunkt der Computertomographie stationär aufgenommen, während drei Patienten von der Poliklinik für Hämatologie und Onkologie ambulant überwiesen wurden.

Die Computertomographie erfolgte in allen Fällen an einem 4-Zeilen-Multislice-CT (Somatom Plus 4 Volume Zoom, Siemens AG, Erlangen). Die Aufnahmen des Abdomens erfolgten in nativer, arterieller, portalvenöser und spätvenöser Phase, wobei die Kontrastmitteluntersuchungen mit 100 ml Ultravist 370® (Schering AG, Berlin) erfolgten. Die Patienten wurden in Rückenlage mit den Armen hinter dem Kopf positioniert, um Artefakte durch die oberen Extremitäten zu vermeiden. Nach der Anfertigung eines nativen a.p.-Topogramms (100 mA, 120 kV) des Abdomens wurden die einzelnen Untersuchungsabschnitte geplant. Dabei erstreckte sich das Untersuchungsvolumen von den Mammillen bis zur Spina iliaca anterior superior. Die native Phase wurde in einer 4 x 5 mm Kollimation bei 25 mm Tischvorschub (Pitch= 1,25) erstellt (155 mA, 120 kV). Das entstandene Bildmaterial wurde in 5 mm Abständen rekonstruiert und digital dokumentiert. Die arterielle Phase wurde mit einer Kollimation von 4 x 2,5 mm und einem Tischvorschub von 12,5 mm (Pitch= 1,25) durchgeführt. Die Aufnahmen entstanden 18 s nach dem Start der intravenösen Kontrastierung mittels 100 ml Ultravist 370® bei einem Flow von 4 ml/s. Die Bilder wurden mit einem Schichtabstand von 5 mm rekonstruiert und digital dokumentiert. Das CT-Protokoll für die portalvenöse Phase entsprach mit Ausnahme der Stromstärke (155 mAs) dem der arteriellen Phase. Das Protokoll für die spätvenöse Phase war identisch mit dem der nativ Aufnahme. Der Scanvorgang für die portalvenöse Phase startete 40 s und für die spätvenöse Phase 80 s nach Kontrastmittelinjektion. Die Bildinformationen wurden jeweils in 5 mm Schichten rekonstruiert und digital gespeichert (siehe Tabelle 5).

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Tabelle 5 : Untersuchungsprotokoll am 4-Zeilen-Multislice-CT

Phase

Delay (s)

Kollimation
(mm)

Tischvorschub (mm/s)

Inkrement
(mm)

Spannung
(kV)

Stromstärke
(mAs)

nativ

entfällt

4 x 5,0

25,0

8

120

155

arteriell

18

4 x 2,5

12,5

5

120

160

portalvenös

40

4 x 2,5

12,5

5

120

155

spätvenös

80

4 x 5,0

25,0

8

120

155

2.2.2  Auswertung der Computertomographie

Die entstandenen digitalen Datensätze wurden von der Arbeitskonsole des CT-Scanners auf das klinikinterne Intranet übertragen. Anschließend wurden die CT-Bilder der nativen, arteriellen, portalvenösen und spätvenösen Phase im Sinne einer doppelblinden Auswertung drei unabhängigen radiologisch erfahrenen Betrachtern mit Facharztniveau vorgelegt. Um eine möglichst objektive Beurteilung zu gewährleisten, kam ein standardisierter Fragebogen zum Einsatz. Den Betrachtern war bewusst, dass es sich um Patienten mit Leberläsionen handeln würde. Ihre Aufgabe beschränkte sich daher auf das Auffinden der Läsion und ihre Charakterisierung anhand des Fragebogens. Bei multiplen solitären Läsionen waren die Untersucher angehalten, jene mit dem maximalen Längsdurchmesser zu beurteilen. Die Bewertungskriterien des Fragebogens basierten auf den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Charakterisierung von fokalen Leberläsionen in der CT. Unter anderem bewertete man das Kontrastmittelverhalten, die Dichte und die Kontur der Läsion. Die endgültigen Diagnosen wurden von den Betrachtern im Konsens gestellt und für die statistische Auswertung dokumentiert. Bei der Weiterleitung der Patienten zur Ultraschalluntersuchung wurde das Sonographieteam betreffend der gestellten Artdiagnose des Lebertumors verblindet.

2.2.3 Technik der Magnetresonanztomographie

Zum Einsatz kam bei der MRT-Untersuchung ein 1,5-Tesla-Hochfeld-MRT (Philips Gyroscan ACS-NT, PowerTrak 6000). Für das Abdomen-MRT wurden Aufnahmen ohne und mit Kontrastmittel erstellt. Nach Erhebung der Risikoanamnese wurden die Patienten über die Risiken der MRT-Untersuchung und der Kontrastmittelapplikation unterrichtet. Nach schriftlicher Einwilligung des Patienten wurde mit der Akquisition einer Lokalisations-Sequenz in drei Raumebenen unter Einsatz einer Körper-Spule begonnen. Danach erfolgte die Anfertigung einer T2-gewichteten Turbo-Spin-Echo-Sequenz in Fettsättigungstechnik (TR= 2000 ms, TE= 90 ms, TSE-Faktor= 16, Schichtdicke=8 mm) und einer Ultra-Turbo-Spin-Echo-Sequenz (TR=1800 ms, TE= 90 ms, TSE-Faktor= 21, FOV= 375 mm, Schichtdicke= 8 mm) in transversaler Schichtführung. Anschließend erfolgte die Akquisition einer T1-gewichteten SE-Sequenz (PEAR) in transversaler Schichtführung (TR= 450 ms, TE= 12 ms, FOV= 375 mm, Schichtdicke= 8 mm) sowie einer TFE-Sequenz in Atemanhalte-Technik (TR= 30 ms, TE= 5 ms, Flipwinkel= 30o, PPTI= 1487 ms, FOV= 375 mm, Schichtdicke= 8 mm) in transversaler und sagittaler Schichtführung. Nun erfolgte die Infusion des eisenoxidhaltigen Kontrastmittels Resovist® in eine Unterarm- oder Kubitalvene. Postkontrast wurde das aus T1-gewichteten Sequenzen bestehende native Sequenzprotokoll wiederholt.

2.2.4  Auswertung der Magnetresonanztomographie

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Wie bereits bei der Auswertung der computertomographisch erstellten Bilder wurden die digitalen Datensätze von der Arbeitskonsole des 1,5-Tesla-Hochfeld-MRT-Scanners auf das hausinterne Intranet übertragen. Anschließend wurden die MRT-Bilder der einzelnen Sequenzen im Sinne einer doppelblinden Auswertung drei unabhängigen radiologisch erfahrenen Betrachtern vorgelegt. Auch hier wurde ein standardisierter Fragebogen bereitgestellt, um eine möglichst hohe Objektivität bei der Beurteilung zu gewährleisten. Die Bewertungskriterien des Fragebogens basierten auf den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen zur Charakterisierung von fokalen Leberläsionen in der MRT (siehe Kapitel 1.2.3).

2.3 Verschiedene Ultraschalltechniken

2.3.1  Native Sonographie

Nachdem die Patienten von den betreuenden Stationen zur Untersuchung überwiesen worden waren, wurden sie über die Risiken der kontrastmittelverstärkten Sonographie aufgeklärt. Diese erfolgte an einem Sonoline Elegra Ultraschallgerät (Siemens AG, Erlangen) mit einem 3,5-MHz-Schallkopf. Die Aufgaben der parallelen Dokumentation, der Applikation des Kontrastmittels und der Bedienung des Ultraschallgerätes wurden auf zwei Untersucher verteilt.

Als erster Schritt erfolgte die konventionelle B-Mode-Sonographie der gesamten Leber. Hierbei wurden die Homogenität, die Echostruktur und Konturveränderungen des Leberparenchyms bestimmt. Im Anschluss erfolgte die Vermessung und Bestimmung der Lokalisation der fokalen Läsionen. Bei Patienten mit mehr als einer Läsion von identischem Echoverhalten wurde ausschließlich die größte Läsion untersucht. Die Läsion jedes Patienten wurde nach ihrer Echogenität charakterisiert. Zusätzlich wurden Randsaum (Halo), Verkalkungen, Einblutungen, Nekrosen und Abgrenzbarkeit vom Lebergewebe als weitere Bewertungskriterien ergänzt. Anschließend wurde die Gefäßversorgung und Mikrovaskularisation der Läsion im Power-Doppler-Verfahren analysiert. Die während der Untersuchung erhobenen Befunde wurden den Kriterien nach auf dem Dokumentationsbogen festgehalten und zusätzlich als digitales Bild gespeichert. Die Auswertung der nativen B-Mode-Sonographie und des Power-Doppler-Verfahrens wurde nach den oben beschriebenen Kriterien durchgeführt. Die Diagnose wurde anschließend von zwei erfahrenen Radiologen im Konsens erstellt. Sie waren bezüglich der Diagnosen von CT und MRT verblindet.

2.3.2  Kontrastmittelverstärkte Sonographie

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Im zweiten Schritt der Untersuchung erfolgte die kontrastmittelverstärkte Sonographie, für welche das Kontrastmittel SonoVue® (Altana, Konstanz) eingesetzt wurde. Es handelt sich hierbei um eine Suspension aus durchschnittlich 2,5 µm durchmessenden Mikrobläschen, welche aus einer Phospholipidhülle mit eingeschlossenem Schwefelhexafluorid (SF6) zusammengesetzt sind (siehe Abbildung 3). Schwefelhexafluorid ist ein inertes Gas, welches nach intravenöser Applikation ohne weitere Metabolisierung innerhalb von Minuten über die Lunge abgeatmet wird. Eine Minute nach Injektion sind bereits 40 bis 50% der Dosis eliminiert und nach 11 Minuten 80 bis 90% [35,36].

Abbildung 3 : Bilder des Kontrastmittels SonoVue®: Elektronenmikroskopische Aufnahme der Mikrobläschen (a); Blutausstrich mit SonoVue® (schwarzer Pfeil) und Erythrozyten (weißer Pfeil) (b).

Entsprechend den von der Herstellerfirma empfohlenen Gerätevoreinstellungen wurde die Untersuchung im Ensemble Contrast Modus (ECI, Siemens) und mit kontinuierlicher Bildgebung bei niedrigem mechanischem Index zwischen 0,1 und 0,3 MI durchgeführt. Es handelte sich somit um einen „low MI real time“ Ultraschall mit Phaseninversionstechnik (PI). Bei diesem Verfahren werden gezielt die nichtlinearen harmonischen Anteile des reflektierten Mikrobläschensignals detektiert und dargestellt. Das lineare Gewebesignal wird nahezu vollständig ausgelöscht und somit eine selektive Kontrastmitteldarstellung ermöglicht [26,27,37]. Neben einer Nativaufnahme wurden nach intravenöser Gabe von 2,4 ml SonoVue® in die Kubitalvene und nachfolgender Bolusinjektion von 10 ml Kochsalzlösung 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 und 120 s nach Kontrastmittelgabe die jeweiligen Bilddokumente des Tumors digital gespeichert. Zum Zwecke einer bestmöglichen Vergleichbarkeit innerhalb einer Bildserie, wurde versucht, die Bilder stets in identischer Schnittebene eines zentralen Tumoranteils zu akquirieren. Hierzu dienten anatomische Marker wie zum Beispiel Lebergefäße. Die Bewertung des Kontrastmittelverhalten fand während und im Anschluss an die Untersuchung anhand der digital gespeicherten Bilder statt. Hierbei wurde das An- und Abfluten des Kontrastmittels bei den einzelnen Tumoren mit entitätsspezifischen Durchblutungsmustern verglichen und dokumentiert. Diese Muster basieren auf Erkenntnissen aus der kontrastmittelgestützten CT [38] und MRT [39], aber auch auf Erfahrungen aus dem kontrastmittelverstärkten Ultraschall [40].

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Diese qualitativen Bewertungskriterien beinhalten unter anderem den Durchblutungscharakter (zum Beispiel „hyperperfundiert“) als auch die Verteilung des Kontrastmittelsignals innerhalb des Tumors und die damit verbundene Mustergebung. So gilt für Hämangiome eine späte zentripetale Auffüllung (Irisblendenphänomen), welche sowohl partiell als auch komplett in Erscheinung treten kann, als charakteristisch [41]. Für die FNH ist ein frühes und starkes arterielles Enhancement typisch. In einigen Fällen sind zusätzlich ein arterielles Radspeichennetz und eine zentrale Narbe mit Signalausfall nachweisbar [42]. Für die HCC gilt ein Signalanstieg in der arteriellen Phase mit Darstellung eines „chaotischen“ Gefäßnetzes als kennzeichnend. Metastasen werden entsprechend ihres Durchblutungsverhaltens in hypo- und hyperperfundiert unterteilt. Erstere zeichnen sich durch ein arterielles Randenhancement sowie einen durchgehend zentralen Signalausfall aus. Hyperperfundierte Metastasen zeigen einen starken homogenen Signalanstieg in der arteriellen Phase gefolgt von einem kontinuierlichen Signalverlust. Als generelles Malignitätskriterium gilt eine Kontrastmittelaussparung in der portalvenösen- und Spätphase. Nach Ablauf der 120 s erfolgte die Detektion weiterer Läsionen, welche im nativen Ultraschall unentdeckt geblieben waren.

2.3.3 Digitale Graustufenanalyse nach KM verstärkter Sonographie

Im dritten und letzten Schritt erfolgte im Anschluss an die sonographischen Untersuchungsschritte die digitale Nachbearbeitung des gewonnen Bildmaterials. Zu der quantitativen Bestimmung digitaler Graustufen wurde die Software „Scion Image“ (Scion, Frederick, Maryland, USA) eingesetzt. Die Graustufenmessung geschah durch Platzierung einer „region of interest“ (ROI) in die Leberläsion (siehe Abbildung 4). Die ROI erstreckte sich dabei über die gesamte Ausdehnung des Tumors. Ausgeschlossen von den Messungen waren lediglich Tumoranteile, die eindeutig als avital einzuordnen waren (Nekrosen, koagulierte Einblutungen). Die ROI wurde zunächst in die gesamte Bildserie einheitlich eingefügt. Durch geringfügige Verschiebungen der Läsion im Verlauf einer Serie musste die Position der ROI jedoch für jedes Bild überprüft und im Einzelfall manuell korrigiert werden. Auf wiederholte Messungen wurde verzichtet, da exemplarisch gemittelte Werte keine signifikanten Abweichungen gegenüber Einzelmessungen erbrachten.

Abbildung 4 : Arbeitsoberfläche der Scion Image Software, manuelle Markierung einer „region of interest“ (ROI) im Hauptfenster (a), Anzeige der gemessenen Graustufenwerte innerhalb der ROI, der umschlossenen Fläche sowie der Standardabweichung der Graustufenmessung im Resultatfenster (b), Auswahl verschiedener Funktionen im Werkzeugfenster (c).

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Auf einer Graustufenskala von 256 Einheiten (0 = schwarz bis 255 = weiß) wurden die Ausschläge über die Zeitachse festgehalten. Um einen interindividuellen Vergleich zu ermöglichen, wurden die gemessenen Werte zum Zeitpunkt t= 0 s für sämtliche Läsionen auf 0 festgelegt. Der ursprüngliche Wert des Zeitpunktes t= 0 s musste von allen folgenden Werten einer Serie subtrahiert werden. Damit waren die Werte von der ursprünglichen Graustufenskala entkoppelt und repräsentierten nun als „relative Graustufen“ die Dynamik von Kontrastanreicherung und Abnahme (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5 : Individuelle Graustufenkurve von Patient 27: Beispiel einer Graustufenkurve eines Patienten mit hyperperfundierter Metastase

Die gewonnen Werte wurden den Zeitpunkten entsprechend dokumentiert und graphisch aufgetragen. Die individuellen Tumorkurven dienten in Kombination mit den qualitativen Ergebnissen (siehe Kapitel 2.3.2) zur Diagnosefindung. Als Bewertungskriterien, die sich ebenfalls aus kontrastmittelgestützter CT und MRT ableiten dienten Zeitpunkt und Intensität des Graustufenanstiegs in der arteriellen Phase. Die Spätphase erlaubte eine Differenzierung der Tumordignität. So galt in der Spätphase ein Absinken der Tumorgraustufen auf das Ausgangsniveau als Malignitätskriterium während anhaltendes Enhancement als benigne gewertet wurde. Die Diagnose des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls mit Graustufenanalyse wurde jeweils von dem Mitarbeiterteam gestellt, welches die Untersuchung selbst durchgeführt hatte. Beide Mitarbeiter konnten dabei auf die Erkenntnisse des vorausgegangenen B-Mode- und Power-Doppler-Ultraschall zurückgreifen, waren jedoch bezüglich der Diagnose aus CT und MRT verblindet.

2.4 Enddiagnose und Zusatzdiagnostik

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Zur Sicherung der Diagnose wurde eine histologische Beurteilung der radiologisch manifesten Läsionen angestrebt. Das Zellmaterial wurde entweder durch CT-gestützte Feinnadelbiopsie oder direkt aus dem Resektionsmaterial gewonnen. Das Institut für Pathologie der Charité wurde mit der Diagnosefindung beauftragt. Subtypisierungen wie sie zum Beispiel bei der histopathologischen Charakterisierung des hepatozellulären Karzinoms Anwendung finden, wurden aufgrund der geringen Fallzahlen ignoriert. In den Fällen, in welchen bis zum Ende der Studie kein Zellmaterial zur Untersuchung vorlag, wurde die Diagnose anhand klinischer Parameter und zusätzlicher Bildgebung innerhalb eines halben Jahres im Verlauf gestellt.

2.5 Vergleich der Modalitäten mit dem Goldstandard

Die Diagnosen aus der doppelblinden Bewertung der CT/MRT-Aufnahmen wurden mit den Diagnosen des nativen Ultraschalls, sowie den Diagnosen der kontrastmittelverstärkten Sonographie mit Graustufenanalyse anhand des Goldstandards verglichen und statistisch differenziert.

2.6 Erstellung dynamischer Graustufenkurven

Nachdem die einzelnen bildgebenden Modalitäten miteinander verglichen worden waren, sollte die Wertigkeit der individuellen Graustufenkurven erweitert evaluiert werden. Zu diesem Zweck wurden die 50 einzelnen Graustufenkurven dem Goldstandard entsprechend nach Entitäten geordnet und als Mediane der jeweiligen Tumorgruppe im Diagramm aufgetragen. In Kenntnis der sehr unterschiedlichen Perfusion von Metastasen wurden diese visuell in hyper- und hypoperfundierte Metastasen eingeteilt und separat dargestellt. Unterschiede im Kurvenverlauf der einzelnen Entitäten wurden mit dem Mann-Whitney-U-Test (Wilcoxon) ermittelt und beispielhaft als Boxplot dargestellt. Bei der Differenzierung von benignem und malignem Kurvenverhalten kam es ebenfalls zum Einsatz des Mann-Whitney-U-Test (Wilcoxon) und anschließender Boxplotdarstellung.

2.7 Statistische Methoden

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Die statistische Aufarbeitung der Daten erfolgte mit Hilfe der „SPSS für Windows“ Software (SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA). Aufgrund der geringen Fallzahl wurden nichtparametrische Methoden und Tests zur Beschreibung und Auswertung verwendet. Bei der Evaluation der Wertigkeit einzelner bildgebender Verfahren wurden die Diagnosen für die jeweiligen Tumorentitäten in korrekt und inkorrekt angegeben. Sensitivität und Spezifität in der Diagnose einer Malignität bei CT- und MRT-Untersuchung, nativen Ultraschall und kontrastmittelverstärkter Sonographie wurden mittels Kreuztabellen bestimmt. Sowohl für die Gesamtsamtdiagnosen als auch für die Differenzierung maligner und benigner Tumoren erfolgte die Überprüfung der Unterschiede mittels McNemar-Test, wobei ein p-Wert von <0,05 als statistisch signifikant galt.


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24.11.2006