Neustädter, Irena: Erweiterung der pulmologischen Diagnostik in der Nuklearmedizin - kombinierte Ventilations - Inhalationsszintigraphie
Aus der Klinik für Nuklearmedizin
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

Dissertation
Erweiterung der pulmologischen Diagnostik in der Nuklearmedizin - kombinierte Ventilations - Inhalationsszintigraphie

Zur Erlangung des akademischen Grades
doctor medicinae

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Irena Neustädter ,
aus Revúca

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h. c. R. Felix

Gutachter:
Prof. Dr. med. Ch. Witt
Prof. Dr. Med. U. Büll
PD Dr. med. R. Aurisch

eingereicht: 28.02.2000

Datum der Promotion: 27.11.2000

Zusammenfassung

Kombinierte Ventilations- und Inhalationsszintigraphie

Während konventionelle Lungenfunktionsparameter zur Bestimmung ventilatorisch und atemmechanisch bedingten Verteilungsstörungen nur eine funktionelle Beurteilung erlauben, ermöglichen die Methoden der Ventilations- und Inhalationsszintigraphie eine regional funktionelle Zuordnung. Bei obstruktiven Lungenerkrankungen kann durch den Einsatz von Aerosolen gezielt eine Verteilungsstörung nachgewiesen werden, die um so ausgeprägter ist, je weniger sich im Szintigramm (regional) die Lungenperipherie darstellen läßt. Mit einer gleichzeitig durchgeführten Xenon-133-Ventilation kann differenziert werden, ob es sich um eine obstruktionsbedingte Minderbelüftung handelt ( Ventilations-Inhalations-Mismatch), oder ob die Belüftung bestimmter Lungenareale funktionell ausgefallen ist ( Ventilations-Inhalations-Match).

Ziel unserer Untersuchung war es herauszufinden, in welcher Beziehung die regionale Darstellung der Ventilations-Inhalations-Konstellationen zu konventionellen Inhomogenitätsparametern der Lungenfunktion bei Patienten mit COPD steht und inwieweit Informationen über die Lungenfunktion hinaus erlangt werden können.

Patienten: Wir untersuchten 32 Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenkrankheit (COPD) im Alter zwischen 17 und 68 Jahren. Die Untersuchung der Patienten wurde in einem möglichst beschwerdefreien Intervall unter klinischer Fragestellung durchgeführt.

Methodik: Die Patienten wurden mittels folgender Methoden untersucht:1. Lungenfunktionsdiagnostik: Fluß-Volumen-Kurve, Bodyplethysmographie, FRC-Rebreathing, Diffusionsmessung und Impulsoszillometrie. 2. Szintigraphische Untersuchung: Alle Patienten wurden zur Darstellung der belüfteten Lungenabschnitte einer Xenon-133-Ventilationsszintigraphie und im Anschluß daran einer Technetium-99m-DTPA-Inhalationsszintigraphie unterzogen. Xenon-133 wurde im single-breath Verfahren mit 10 Sekunden Atemanhaltezeit verabreicht. Die Inhalation von Technetium markierten Aerosolpartikeln erfolgte mittels eines Verneblersystems. Die Patienten atmeten das Aerosol 7 Minuten langsam und ruhig ein.

Die quantitative Auswertung erfolgte mittels interessierender Regionen (ROI) und eines Scores. Statische Szintigramme wurden nach einem Score in 4 Gruppen entsprechen verschiedener Ventilations-Inhalations-Konstellationstypen ( Mismatch, Match) eingeteilt.

Ergebnisse: Bei Patienten mit COPD wurden nuklearmedizinisch 3 Schweregrade von Ventilationsstörungen unterschieden: geringgradiges Ventilations-Inhalations-Mismatch, ausgeprägtes Ventilations-Inhalations-Match, pathologisches Ventilations-Inhalations-Match. Im Vergleich der Schweregradeinteilung der Verteilungsstörungen durch Methoden der konventionellen Lungenfunktionsdiagnostik und der Nuklearmedizin ergibt sich eine hochsignifikante Korrelation. Von den 22 Patienten, die pathologische Lungenfunktionswerte aufwiesen, ergaben sich auch zu 95 % Veränderungen in der Szintigraphie, währenddessen zeigten von den 28 Patienten mit pathologischer nuklearmedizinischer Bewertung nur 75% pathologische Inhomogenitätsparameter. Die Methode der Ventilations- und Inhalationsszintigraphie erwies sich somit als sensitiver.

Schlagwörter:
Szintigraphie, COPD, Lungenfunktion, Technetium

Abstract

Combination of ventilation and inhalation scintigraphy

While conventional parameters to determine the ventilatory and respiratory-mechanical distribution disturbances allow a functional assessment only, the methods of ventilation and inhalation scintigraphy enable a regional functional categorization. With obstructive pulmonary diseases, a disturbance of distribution can be traced with the help of aerosols, the disturbance of distribution being the more severe the less the regional periphery of the lung can be imaged in the scintigram. A simultaneous xenon-133-ventiation, which is performed in selected cases, allows to differentiate between an obstructive underventilation (ventilation-inhalation mismatch) and the functional failure of ventilation of definite areas of the lung (ventilation-inhalation match).

It was the aim of our investigation to find out the relation between the regional demonstration of the different ventilation-inhalation patterns and conventional parameters of inhomogeneity in patients with COPD. Is it possible to get more informations by scitigraphic methods and is there perhaps a parameter in conventional pulmonary function that reflects the degree of the disturbance of nuclear medical measures best?

Patients: We examined 32 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) between 17 and 68 years of age. The patients were examined during a complaint-free period, so it was possible.

Methodology: The following methods were applied to examine the patients: 1. Pulmonary function: flow-volume curves, bodyplethysmography, FRC-rebreathing, diffusion measuring and impulse oscillometry. 2. Scintigraphic examination: For imaging the ventilated parts of the lung, all patients underwent a xenon-133-ventilation scintigraphy followed by a technetium-99m-DTPA-inhalation scitigraphy with 10 seconds of breath-holding. The inhalation of technetium-marked particles of aerosol was enabled by mechanical atomising system. The patients inhale the aerosol for 7 minutes slowly and calmly.

Quantitative evaluation was based on the regions of interest (ROI) and score. Static scitigrams were devided into 4 groups according to a score and to the different types of ventilation-inhalation patterns (match, mismatch).

Results: In patients with COPD three degrees of severity of ventilation disturbances are defined by nuclear medical examinations: low-grade ventilation-inhalation mismatch, moderate ventilation-inhalation mismatch, pathological ventilation-inhalation match. A comparison of the classification of severity of distribution disturbances according to conventional pulmonary function diagnosis and nuclear medicine results in a highly significant correlation. Of the 22 patients with pathological values of pulmonary function, 95% showed pathological changes in the scintigram, whereas in the 28 patients who underwent nuclear medical examinations pathological inhomogeneity parameters were found in only 75%. Hence it follows that the method of ventilation and inhalation scintigraphy is the more sensitive one.

Keywords:
scintigraphy, COPD, pulmonary function, technetium


Seiten: [3] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [92] [93]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteErweiterung der pulmologischen Diagnostik in der Nuklearmedizin - kombinierte Ventilations - Inhalationsszintigraphie
Danksagung
Abkürzungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1Lungenerkrankungen und die nuklearmedizinische Diagnostik
1.2Funktionsanalyse der Lunge
1.2.1Die Inhalationsproblematik
1.2.1.1Mechanismen der Aerosoldeposition in Abhängigkeit von der Aerodynamik
1.2.1.1.1Ad 1. Physikalische Eigenschaften
1.2.1.1.2Ad 2. Aerosolgenerator
1.2.1.1.3Ad 3. Atemwegsgeometrie
1.2.2Die nuklearmedizinische Beurteilung der Lungenfunktion - Ventilation und Inhalation
1.2.2.1.1Ungenutzte Einsatzmöglichkeiten
1.3Physiologie der Lunge
1.3.1Perfusion
1.3.2Ventilation
1.3.3Inhalation
1.3.4Clearance
1.4Pathophysiologie der Lunge
1.4.1Ventilationsstörungen
1.4.2Lungenfibrosen
2 Fragestellungen
3 Patientengut
4 Methodik
4.1Technische Ausrüstung
4.2Meßmethoden
4.3Meßwerte
4.4Untersuchungsablauf
4.5Gruppenbildung - Score
4.6Statistik
5 Ergebnisse
5.1 Ergebnisse der Lungenfunktionsdiagnostik
5.1.1Gruppenbildung
5.1.2Gruppenanalyse
5.2 Nuklearmedizinische Daten
5.2.1Gruppenbildung
5.2.2Gruppenanalyse
5.3Zusammenfassung der Ergebnisse der konventionellen und der nuklearmedizinischen Lungenfunktionsdiagnostik
5.4Patientenbeispiele
6 Diskussion
6.1 6.1.Vergleich diagnostischer Methoden
6.2Früherkennung
6.3Diagnostik von Inhomogenitäten durch Lungenfunktion und Nuklearmedizin
7 Zusammenfassung
Bibliographie Literaturverzeichnis
Lebenslauf
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Vergleich Obstruktion und Restriktion (18)
Tab. 2: Kriterien für die qualitative Beurteilung (Score), Zentrale Deposition (ZD) (41)
Tab. 3: Parameter der Gruppeneinteilung (SD Standartabweichung)
Tab. 4: Gruppeneinteilung durch die konventionelle Lungenfunktionsdiagnostik
Tab. 5: Gruppeneinteilung nach nuklearmedizinischer Untersuchung
Tab. 6: Vergleich der Patientenzahlen durch die Lungenfunktion und die Ventilations-Inhalationsszintigraphie
Tab. 7: Prozentuale Zuordnung klinischer Befunde und Untersuchungsergebnisse
Tab. 8: Korrelationskoeffizienten der Parameter der konventionellen Lungendiagnostik und der Ventilations-Inhalationsszintigraphie
Tab. 9: Spezifität und Sensitivität der konventionellen Lungenfunktion und der Ventilations-Inhalationsszintigraphie
Tab. 10: Strahlenexposition der nuklearmedizinischen Untersuchung im Vergleich zu Röntgenuntersuchung (22)
Tab. 11: Vor- und Nachteile beider Methoden im Vergleich
Tab. 12: Vergleich diagnostischer Methoden

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Alveole
Abb. 2: Sedimentation (33)
Abb. 3: Trägheit (33)
Abb. 4: Diffusion (33)
Abb. 5: elektrische Ladungskräfte (33)
Abb. 6: Zentrifugalkräfte (33)
Abb. 8: Totale und regionale Deposition von Aerosolteilchen in Abhängigkeit vom Durchmesser (14)
Abb. 9: Laminare und turbulente Strömung im Bereich von Schleimhautplaques (21)
Abb. 10: Perfusions - Ventilationsverteilung (32)
Abb. 11: Schnitt durch einen Bronchus
Abb. 12: Geschlechtsverteilung
Abb. 13: Patientengut
Abb. 14: Diacam-Kamera
Abb. 15: Ventilationsstörung
Abb. 17: Fluß-Volumen-Kurve (27)
Abb. 18: Messung des Atemwegswiderstandes im Bodyplethysmographen (27,32)
Abb. 19: Messung des ITGV im Bodyplethysmographen (32)
Abb. 20: Messung des Atemwegswiderstandes (R = Raw) und des ITGV in einem Arbeitsgang im Bodyplethysmographen (32)
Abb. 21: Meßprinzip der Oszilloresistometrie (27)
Abb. 22: Xe-133-Ventilationsszintigraphie in dorsaler Projektion
Abb. 23: Tc-99m DTPA-Inhalationsszintigraphie in ventraler Projektion
Abb. 24: Zeitsimultane schematisierte Darstellung der Volumenzeit-kurve (links) und der Fluß-Volumen-Kurve (rechts) (27)
Abb. 25: Zeit-Aktivitäts-Kurve der Xe-133 - Ventilationsszintigraphie
Abb. 26: Bodyplethysmographiebefund der Gruppe I
Abb. 27: Pathologischer Befund (Bodyplethysmographie)
Abb. 28: Maximaler exspiratorischer Fluß bei 50% der Vitalkapazität in Abhängigkeit vom Grad der obstruktiven Ventilationsstörung
Abb. 29: Periphere Resistance - Verlauf in Abhängig-keit vom Grad der obstruktiven Ventilationsstörung
Abb. 30: Airway-resistance - Entwicklung in Abhängigkeit vom Grad der obstruktiven Ventilationsstörung
Abb. 31: Atemwiderstand - Verlauf in Abhängigkeit vom Grad der obstruktiven Ventilationsstörung
Abb. 32: Halbwerts-Volumenquotient - Entwicklung in Abhängigkeit vom Grad der Ventilationsstörung
Abb. 33: Xe-133-Ventilations- und Tc-99m DTPA-Inhalationsszinitigraphie (Normales Match)
Abb. 34: Geringgradiges Ventilations-Inhalations-Mismatch
Abb. 35: Ausgeprägtes Ventilations-Inhalations-Mismatch
Abb. 36: Pathologisches Ventilations-Inhalations-Match
Abb. 37: Untersuchungsergebnisse im gesamten Patientenkollektiv
Abb. 38: Prozentuale Zuordnung von Untersuchungsbefunden bei pathologischer Szintigraphie
Abb. 39: Prozentuale Zuordnung von Untersuchungbefunden bei pathologischer Lungenfunktion
Abb. 40: Beziehung zwischen Inhomogenitätsparametern der konventionellen Lungenfunktion und szintigraphischer Schweregrade der Verteilungsstörung
Abb. 41: Xenon-133 Ventilation in dorsaler Projektion
Abb. 42: Tc-99m DTPA-inhalation in ventraler und dorsaler Projektion
Abb. 43: Impullsoszillometrie
Abb. 44: Xe-133 Ventilation in dorsaler Projektion
Abb. 45: Tc-99m DTPA-Inhalation in dorsaler und ventraler Projektion
Abb. 46: Ventialtions-inhalations-Konstellationen bei der kombinierten Xe-133 Ventilations-Tc-99m DTPA Inhalationsszintigraphie
Abb. 47: Mittlerer exspiratorischer Fluß 50%
Abb. 48: Atemwiderstand
Abb. 49: Gruppenvergleich Lungenfunktion versus Nuklearmedizin
Abb. 50: Das Aerosol-Depositionsmuster in den Atemwegen. Extrem hohe Nachweiswahrscheinlichkeit von Atemwegsobstruktionen mit Tc-99m Aerosol (34)
Abb. 51: Xe-133 Ventilationsszintigraphie in dorsaler Projektion
Abb. 52: Tc-99m DTPA Inhalationsszintigraphie in dorsaler Projektion

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Fri Mar 16 18:38:22 2001