Diskussion

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Allen Stenosen der zentralen Atemwege ist gemeinsam, dass sie im Endstadium zu deutlichem Stridor und schwerer Dyspnoe bis hin zur akuten Ateminsuffizienz führen können. Für eine rechtzeitige und adäquate Behandlung ist daher eine sehr sorgfältige Evaluierung der Stenose hinsichtlich Ätiologie, funktioneller Beeinträchtigung, Lokalisation und Morphologie notwendig. Dafür stehen zahlreiche Verfahren zur Verfügung, mit deren Hilfe die Stenosierung erkannt und differenziert wird. Zu den bisher üblicherweise in der Routinediagnostik angewandten Methoden gehören die Lungenfunktionsdiagnostik, verschiedene radiologische Verfahren wie die Computertomographie, die virtuelle Bronchoskopie und die Magnetresonanztomographie, sowie als invasives Verfahren die Bronchoskopie.

In allen Bereichen der Diagnostik für die zentralen Atemwege ist es jedoch immer noch eine Herausforderung, die Atemwege standardisiert und untersucherunabhängig zu erfassen. Dies stellt bei der Formulierung von Verlaufsbeschreibungen, bei der Erstellung verlässlicher Kriterien zur Prognoseabschätzung von Stenosen und bei der Festlegung einheitlicher Therapieleitlinien ein bisher ungelöstes Problem dar, da gerade in diesen Bereichen reproduzierbare und objektivierbare Parameter unerlässlich sind.

V.1 Die Methode im Zusammenhang bisheriger Verfahren

V.1.1 Lungenfunktionelle Methoden

Mit lungenfunktionellen Methoden können dynamische Atemvolumina bzw. der Atemwegswiderstand in typischen Fluss-Volumen- oder Fluss-Druck-Kurven gemessen und dargestellt werden. Dadurch können die Wirkung der Stenosen auf die Atemarbeit und die Belastung durch zentrale Atemwegsstenosen abgeschätzt werden.

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Von Nachteil ist jedoch, dass die Ergebnisse einiger lungenfunktioneller Untersuchungen (wie z. B. die Bestimmung der Einsekundenkapazität FEV1) von der Mitarbeit des Patienten abhängig sind. Eine verlässlich reproduzierbare Schweregradbeurteilung der Stenosen ist daher oft schwierig. Schwierigkeiten ergeben sich außerdem dadurch, dass die lungenfunktionellen Verfahren die Funktion des gesamten Atemwegssystems widerspiegeln. Diagnostische Merkmale der zentralen Stenosen in der Fluss-Volumen-Kurve können so durch periphere Zweiterkrankungen wie z. B. eine chronische Bronchitis verändert werden (31, 59, 101).

Für eine verbesserte lungenfunktionelle Einschätzung von Stenosen haben Wassermann et al. (102, 103) daher eine Methode vorgeschlagen, mit dem eine direkte lokale Druck-Fluss-Relation in den oberen Atemwegen ermittelt werden kann. Dabei wird ein Druckmesskatheter endoskopisch direkt über der Stenose positioniert, so dass man spezifischer den regionalen Widerstand der Stenose bestimmen und den Schweregrad feststellen kann, was insbesondere dann wichtig ist, wenn aufgrund der veränderten Strömungsprofile Diskrepanzen zwischen morphologischer und funktioneller Einschätzung der Stenose bestehen. Der große Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass es unter bronchoskopischer Sicht durchgeführt wird, so dass die Vorteile der Nicht-Invasivität der lungenfunktionellen Untersuchungen verloren gehen.

Ein anderer interessanter experimenteller Ansatz zur Klassifizierung und Vermessung von Tracheobronchialstenosen im Rahmen der Lungenfunktionsdiagnostik ist die Analyse von akustischen Signalen. Sie hat den Vorteil, für Patient und Untersucher wenig aufwändig und risikoarm zu sein. Jackson et al. (52) zeigten, dass über die Analyse eines akustischen Impulses und seiner Reflexion die Querschnittsfläche entlang des Atemweges bestimmt werden kann. Nach diesem Prinzip gelang es, neben der Querschnittsfläche auch die Länge der Stenose und ihre Lage in Bezug auf die Glottis zu bestimmen (41, 52). Fehler entstehen jedoch, wenn die Atemwegswand nicht stabil auf den akustischen Impuls reagiert (18). Aussagen zur Konfiguration einer Stenose sind daher nicht zweifelsfrei zuverlässig und die Vermessung von dynamischen Veränderungen einer Atemwegsverengung nahezu unmöglich.

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Insgesamt sind die lungenfunktionellen Untersuchungsmethoden eine wichtige Komponente bei der Evaluierung von Stenosen, da das Ausmaß der funktionellen Beeinträchtigung im Rahmen des Behandlungsmanagements oft den Zeitpunkt der Intervention bestimmt (103). Für die Beschreibung allgemeiner Therapieleitlinien und die Diskussion der therapeutischen Intervention sind jedoch die lungenfunktionellen Parameter nicht ausreichend. Für Entscheidungen über die Art des Eingriffs ist in jedem Falle eine Bronchoskopie notwendig, welche eine direkte Beurteilung der Stenose erlaubt.

V.1.2 Radiologische Methoden

Radiologisch steht ein breites Spektrum an Diagnostik zur Verfügung. Als Methode der Wahl unter den radiologischen Verfahren hat sich für die Beurteilung der zentralen Atemwege die Spiral-CT durchgesetzt. In der Atemwegsdiagnostik ist sie als komplementäre Methode zur Bronchoskopie zu verstehen. Mit der CT können Informationen zur Lokalisation, Konfiguration und Ausdehnung von Läsionen gewonnen werden (27, 30, 105). Darüber hinaus haben die Entwicklungen in der softwaregestützten Bildverarbeitung ausgehend vom CT-Datensatz die multiplanare Reformation und die dreidimensionale Rekonstruktion des Atemwegssystems möglich gemacht. Seit der Einführung des und sowie der virtuellen Bronchoskopie können komplexe endotracheale Stenosierungen dargestellt werden (9, 14, 32, 35, 79, 86, 95). Die Einführung der Mehrzeilen-CT, die Thoraxaufnahmen mit Schichtdicken von < 1 mm bei gleichem Zeitaufwand gestattet, hat die Möglichkeiten der dreidimensionalen Rekonstruktion noch verbessert. Die Fehler durch den Partialvolumeneffekt und durch die Bewegungsartefakte konnten verringert und die diagnostische Aussagekraft erhöht werden (26, 33, 42, 43, 44, 82, 84).

Sehr hilfreich ist die Möglichkeit, mit Computertomographie und virtueller Bronchoskopie poststenotische Atemwege auch dann beurteilen zu können, wenn der stenotische Bereich für das Bronchoskop nicht passierbar ist (28, 58). Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit, die Atemwege in ihrer Beziehung zu den extraluminalen umgebenden Strukturen, wie z. B. dem Ösophagus, tumorösem Gewebe oder Blutgefäßen zu beurteilen, wovon man vor allem bei der Durchführung von Biopsien und bei der Planung von therapeutischen Interventionen profitieren kann (20, 25, 48, 90, 97). Darüber hinaus ist die virtuelle Bronchsokopie aufgrund ihrer Nichtinvasivität eine wichtige Diagnosemethode bei Patienten, die eine fiberoptische Bronchoskopie ablehnen oder deren klinischer Zustand ein invasives Verfahren nicht zulässt (42, 76, 77, 90)

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Jedoch bedeuten ausreichend aussagekräftige CT-Aufnahmen mit einer entsprechend geringen Schicktdicke für die Patienten eine vergleichsweise hohe Strahlenbelastung. Auch bei sehr detaillerter Bildrekonstruktion sind dabei keine sicheren Aussagen zu Konsistenz und Schleimhautbeschaffenheit möglich. Computertomographische Verfahren haben außerdem den Nachteil, dass dynamische Anteile eines stenotischen Prozesses gar nicht oder nur mit zusätzlichen, kostenintensiveren Aufnahmen dargestellt werden können (5, 7, 9, 40).

Quantitative Vermessungen sind in hohem Maße abhängig von den Bedingungen der Aufnahme wie Schichtdicke, Tischvorschub, Rekonstruktionsintervall, HU-Schwellenwerte, Gantry-Neigung und nicht zuletzt von der Atemlage des Patienten. In der Literatur gibt es eine erhebliche Bandbreite an Empfehlungen für die jeweiligen Aufnahmeparameter für CT und virtuelle Bronchoskopie, von denen bisher keine als Standard festgelegt wurde (45, 46, 47, 54, 65, 67, 73, 96, 104, 109).

Andere Methoden wie die Magnetresonanztomographie (10, 40, 81) oder die Elektronenstrahl-Tomographie (15, 83) zeigen in ersten Untersuchungen gute Ergebnisse für die Diagnose und Darstellung der Tracheomalazie. Sie sind jedoch kostenintensiv und auch aufgrund der geringen Verbreitung der Gerätetechnik nicht geeignet für die Routinediagnostik. Auch die Tracheobronchographie wird als Methode zur Atemwegsevaluierung eingesetzt und ermöglicht ebenfalls die schwierige Erfassung der dynamischen Veränderungen bei Tracheaomalazie (6, 63, 80, 94). Burden et al. (8) konnten außerdem zeigen, dass sich bei einer Tracheobronchomalazie mit einer Einteilung durch tracheobronchographische Bilder in Verbindung mit der Dauer der Beatmung prognostische Aussagen zum machen lassen. Die Einteilung der dynamischen Stenosierung durch die Malazie erfolgte in seiner Studie anhand der visuell geschätzten Reduktion des Atemwegsdurchmessers in Expiration und der jeweiligen Lokalisation. In der gleichen Arbeit konnte für fixierte Stenosen jedoch kein Zusammenhang zwischen der Beurteilung des Tracheobronchogramms und des gefunden werden.

V.1.3 Endoskopische Verfahren

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Bei der Erfassung von Stenosen in den zentralen Atemwegen sind unterschiedliche Untersuchungsverfahren grundsätzlich als sich in ihrer Aussage ergänzende Verfahren zu verstehen, da sie jeweils verschiedene Eigenschaften der Atemwege und ihrer Stenosierungen analysieren.

Die Bronchoskopie ist aber letztlich die Methode der Wahl, da sie als einzige Methode eine unmittelbare morphologische Beurteilung der Atemwege und ihrer Schleimhäute erlaubt und gleichzeitig den direkten Zugriff auf die relevanten Atemwegsläsionen ermöglicht. Für diagnostische Zwecke können so beispielsweise Biopsien gewonnen oder im Rahmen von therapeutischen Interventionen Stents eingesetzt werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, welches das Spektrum der diagnostischen Möglichkeiten erweitert und auf dessen Grundlage erstmals eine verbesserte standardisierte Einteilung von Stenosen realisierbar ist: Mit der hier vorgestellten Methode kann eine quantitative dreidimensionale Vermessung der Atemwege im Rahmen einer Routinebronchoskopie durchgeführt und darüber hinaus der untersuchte Abschnitt dreidimensional dargestellt werden. Durch die Kombination von Lasersonde und Bildbearbeitung am Computer konnten die Probleme, die sich bisher bei quantitativen Vermessungen aus den optischen Eigenschaften des Bronchoskopsystems ergeben, gelöst werden: (a) das Problem der Entfernungsbestimmung zwischen Objektiv und interessierender Querschnittsfläche, (b) das Problem der sphärischen Verzerrung durch die Weitwinkellinse und (c) das Problem einer objektivierbaren Längs- bzw. z-Achsenvermessung.

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Das Problem der Entfernungsbestimmung in der Endoskopie wurde bislang kaum als eigene Fragestellung behandelt. In zahlreichen Arbeiten zur quantitativen Vermessung wird zwar demonstriert, dass der Abbildungsmaßstab, d. h. die Abbildungsgröße, von der Entfernung zum Objektiv abhängig ist (21, 29, 64, 87), die eigentliche Abstandsbestimmung in der klinischen Untersuchung wird jedoch, wenn überhaupt, nur am Rande behandelt. Vorgeschlagen wurde die Einbringung von kleinen Gummiplättchen (19, 72), Verschlusspfropfen von Bürstenkathetern oder Stöpseln aus Agar-Agar (64) als Referenzkörper. In anderen Arbeiten wurden zur endoskopischen Abstandsmessung die Schaftmarkierungen von Biopsiezangen genutzt, die durch den Arbeitskanal eingeführt wurden (100), oder chirurgisches Nahtmaterial der Fadenstärke 0 längs am Bronchoskop befestigt (53), so dass es mit einer bekannten Länge über die Bronchoskopspitze hinaus reichte und als Anhalt für die Entfernung gelten konnte. Dabei müssen für eine sinnvolle Messung der Entfernung die eingebrachten Materialen genau in der Bildebene der zu vermessenden Struktur positioniert werden, damit auch der tatsächliche Abstand der Struktur gemessen wird. Das bringt mehrere Nachteile mit sich. Zum einen ist es technisch nicht immer möglich, den Referenzkörper exakt zu positionieren, was eine Messungenauigkeit zur Folge hat. Zum anderen können der direkte Schleimhautkontakt und die möglicherweise notwendige Manipulation bei einer Läsion zusätzlichen Schaden hervorrufen. Als drittes besteht die Gefahr von Unverträglichkeitsreaktionen durch das Material des eingebrachten Fremdkörpers.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Problem der Entfernungsbestimmung gelöst, ohne dass im Körper verbleibende Fremdkörper eingebracht werden oder ein direkter Schleimhautkontakt notwendig ist: Mit der Lasersonde, die für diese Arbeit in Anlehnung an Dörffel et al. (22) konstruiert und verwendet wurde, ist eine einfache und schonende Abstandsmessung möglich. Eine schädigende Wirkung durch die Laserstrahlung ist unwahrscheinlich, da sie nur eine sehr geringe Intensität erreicht.

Durch den Lichtring der Lasersonde wird außerdem nicht nur der Abstand zum Bronchoskop bestimmt. Das Laserlicht markiert gleichzeitig die interessierende Querschnittsfläche des Atemwegs, so dass in der Bildbearbeitung eine automatisierte Erkennung und Segmentierung der Querschnittsfläche möglich ist. In bisherigen endoskopischen Methoden war die Flächensegmentierung größtenteils von der visuellen und manuellen Beurteilung des Untersuchers abhängig, sei es durch Auszählen von Eichquadraten (72, 85), im Vergleich mit einer Biopsiezange (100), durch „Nachzeichnen“ der Kontur der Atemwegswand mit einem Fadenende (53) oder mit einem Maus-Cursor (56, 85). Durch die Verwendung der Lasersonde und die damit mögliche Halbautomatisierung der Querschnittsflächenerkennung in der Bildbearbeitung ist die computergestützte bronchoskopische Vermessung um ein Vielfaches schneller und wesentlich weniger vom Untersucher abhängig als die manuellen Methoden und legt die Basis für einen Online-Einsatz.

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Zum Problem der optischen Verzerrung durch Weitwinkellinsen finden sich zahlreiche Veröffentlichungen. Anders als bei den früheren Methoden, die zur Kompensation der Verzerrung noch einzelne Korrekturfaktoren in Abhängigkeit von der Position des Objekts im Bild anwandten (9, 10, 11), werden für die Bildbearbeitung heute Entzerrungsalgorithmen entwickelt und getestet, welche die optische Verzerrung des Bildes als Ganzes beschreiben können und die Lage der Pixel unabhängig vom Objekt korrigieren (22, 57, 64, 92, 111). Klinisch bedeutet dies seine wesentliche Verkürzung der Bearbeitungszeit, mit der zusätzlich zur eigentlichen Untersuchungszeit gerechnet werden muss. Vor allem die neueren Verfahren sind in der Lage, quasi online das gesamte endoskopische Bild entzerrt darzustellen (2, 39, 91). Nachteil bei diesen leistungsfähigen Methoden ist die erforderliche große Kapazität des Arbeitsspeichers. Darüber hinaus liegen gerade für die neuen Verfahren keine Ergebnisse von Entzerrung und quantitativer Vermessung vor.

Die Software der hier vorgestellten Methode ist ebenfalls in der Lage, die Verzerrung der Bronchoskopoptik – quasi online – während der bronchoskopischen Untersuchung zu korrigieren. Mit der Software dieser Methode wird jedoch nicht das gesamte Bild, sondern ausschließlich die vom Laserlicht markierte Kontur der Querschnittsfläche in ihren Dimensionen korrigiert und neben dem aktuellen bronchoskopischen Bild auf dem Monitor gezeigt. Der Verzicht auf eine Korrektur des Bildes als Ganzes hat den Vorteil, dass auf diese Weise auch mit weniger leistungsfähigen Computern und geringerem Arbeitsspeicher eine Online-Vermessung durchgeführt werden kann. Darüber hinaus wurde im Gegensatz zu den anderen in der Literatur vorgestellten Online-Verfahren (2, 39, 91) in der vorliegenden Arbeit die Entzerrung nicht nur bei experimentellen Messungen evaluiert, sondern auch bei quantitativen Vermessungen . Neben der technischen Genauigkeit wird somit in der vorliegenden Arbeit erstmals auch die tatsächliche Machbarkeit in der klinischen Anwendung gezeigt und untersucht.

Die hier vorgestellte Methode ermöglicht neben der endoskopischen zweidimensionalen Vermessung auch die Längenvermessung der zentralen Atemwege. Bisher gibt es nur wenige Methoden, die eine endoskopische dreidimensionale Vermessung erlauben.

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Yamaguchi et al. (110) entwickelten eine Methode zur Vermessung von Magengeschwüren, bei der eine Laserlichtquelle über ein Diffraktionsgitter ein blaues Punkteraster auf die Magenschleimhaut projiziert. Die Abweichung der projizierten Laserlichtpunkte wird analysiert und darauf basierend werden Länge, Fläche und Tiefe der Läsion berechnet. Für das Verfahren ist jedoch neben einem Diffraktionsgitter und einem Argon-Laser auch ein in vier Richtungen biegbares Endoskop mit zwei Sichtfenstern notwendig. Diese aufwändige Geräteausstattung macht das Verfahren für den Routinegebrauch schwierig.

Catalano et al. (12) und Yao et al. (111) stellen ein Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung mit einem stereoskopischen Endoskopiesystem mit jeweils zwei CCDs (), zwei Videoprozessoren und zwei Videomonitoren vor. Aus den beiden gleichzeitig und unabhängig voneinander aufgenommenen Bildern können mit Hilfe der Parallaxen Entfernungen und Flächen in drei Dimensionen berechnet werden. Nachteil an dieser Methode ist die kostenintensive Ausstattung, die dafür benötigt wird. Vorläufig wird die stereoskopische Endoskopie daher sicher vor allem für Forschungszwecke verfügbar sein.

Das für die Bronchoskopie entwickelte Verfahren der vorliegenden Arbeit kann mit einem beliebigen derzeit verfügbaren analogen oder digitalen Bronchoskopiegerät durchgeführt werden. Außer durch die bereits günstig im Handel erhältliche Lasersonde entstehen damit keine zusätzlichen Kosten.

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Um neben den zweidimensionalen Messergebnissen Informationen über die Längsachse zu erhalten, macht sich die Methode die relativ stabile Anatomie der zentralen Atemwege zunutze. In definierten Abständen werden sequentiell entzerrte Querschnittsflächen der zentralen Atemwege aufgenommmen, als 3D-Datensatz gespeichert und über das Visualisierungsprogramm Amira (Version 2.3 für Windows, ZIB, Berlin 1999-2003, Indeed – Visual Concepts GmbH, Berlin) direkt im Anschluss an die Untersuchung dreidimensional dargestellt. Die Darstellung ermöglicht beliebige dreidimensionale Entfernungs- und Volumenmessungen.

Ein in vielen Punkten vergleichbares Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung der zentralen Atemwege wurde von Müller et al. (68) entwickelt. Dabei wird ebenfalls eine Querschnittsflächenbestimmung mit Hilfe einer Laserlichtmarkierung und einer Computerauswertung durchgeführt. Im Gegensatz zu der hier vorgestellten Methode wird für die Messung der Längsachse jedoch nicht der Bronchoskopvorschub registriert, sondern die Relativbewegung der Lasersonde zum Endoskop. Am Schweinemodell konnten damit für die Querschnittsflächenbestimmung und die Längenmessung sehr hohe Korrelationen von realer Länge und realer Querschnittsfläche mit den bronchoskopisch gemessenen Werten gezeigt werden. In der klinischen Anwendung bringt das Vefahren jedoch das Problem mit sich, dass bei großen Entfernungen zur Bronchoskopspitze Blut und Sekret die Sicht auf die Laserlichtmarkierung mehr erschweren als wenn nur eine konstant geringe Distanz zwischen Laserlichtmarkierung und Bronchoskopspitze besteht. Aus der Erprobung der Methode legen Müller et al. (68) keine quantitativen Messergebnisse vor.

Im Gegensatz dazu werden in dieser Arbeit sowohl experimentelle als auch klinische Ergebnisse der Validierung für das diagnostische Verfahren einer dreidimensionalen Vermessung der zentralen Atemwege mittels Bronchoskopie vorgelegt.

V.2 Diskussion der Ergebnisse und Fehlermöglichkeiten

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Die Resultate der experimentellen Untersuchungen sind sehr gut. Die an den Kunststoffzylindern getestetete - und ergibt in allen Fällen einen Intraklassenkorrelationskoeffizienten von ICC > 0,99 (95% CI [0,99, 1,0] bzw. [0,98, 1,0]).

Die Übereinstimmung mit dem realen Wert bzw. der Wasservolumetrie für alle gemessenen Parameter an den Kunststoffmodellen und Schweinetracheapräparaten ist ebenfalls sehr gut (Kunststoffzylinder: ICC > 0,99; 95% CI [0,98; 1,00], Schweinepräparate: ICC > 0,99; 95% CI [0,99; 1,00]).

Bei der Auswertung der experimentellen Untersuchungsergebnisse nach Bland und Altman (4) muss jedoch auf eine Besonderheit aufmerksam gemacht werden.

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In der Durchmesser- und Querschnittsflächenbestimmung an den Kunststoffzylindern, die mit einem 15-mm-Abstand zwischen Laserlichtmarkierung und Bronchoskopspitze durchgeführt wurden, waren die absoluten Messunterschiede nur gering, nahmen aber in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche zu (Abb. IV.1): Je größer die zu vermessende Fläche war, desto größer war auch die Abweichung zum realen Wert. Die Messunterschiede in der Querschnittsflächenmessung wirkten sich auch auf die Volumenmessung aus (Abb. IV.5), bei der sich ebenfalls in Abhängigkeit von der Größe der Querschnittsfläche ein absolut geringer, jedoch systematischer Fehler zeigte.

Als ergänzende Messreihe wurde bei allen Zylindern eine Bestimmung des Durchmessers und der Querschnittsfläche mit einem Abstand von 17 mm zwischen Laserlichtmarkierung und Bronchoskopspitze durchgeführt. In diesen Messungen ist der zuvor beschriebene Fehler in einem Bereich bis zu einem Durchmesser von 18,2 mm und einer maximalen Differenz von 9,6 mm bei 260,3 mm Querschnittsfläche nicht mehr nachweisbar.

Als Ursache für diese bei der Validierung an den Kunststoffzylindern beobachteten Messwertdifferenzen ist daher anzunehmen, dass die sphärische Verzerrung in der Peripherie des bronchoskopischen Bildes trotz der digitalen Entzerrung nicht vollständig ausgeglichen wird. Die Auswirkung des Messfehlers auf die Messergebnisse kann aber offensichtlich verringert werden, indem der Abstand zwischen Bronchoskopspitze und Laserlichtreflektor vergrößert wird. Durch den vergrößerten Abstand der Laserlichtmarkierung hat die verbliebene optische Verzerrung am Rand des bronchoskopischen Bildes weniger Einfluß auf die Messergebnisse für den vermessenen Größenbereich.

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Geht man von der physiologischen Anatomie der Trachea mit Durchmessern von 18,2 mm ±1,2 mm bei Männern und 15,2 mm ± 1,4 mm bei Frauen aus (112), besteht somit bei der hier validierten Messmethode unter der Voraussetzung der adäquaten Einstellung des Abstands zwischen Laserlichtmarkierung und Bronchoskopspitze eine zufrieden stellende technische Genauigkeit.

In der klinischen Erprobung der Methode ergibt der Vergleich mit der Computertomographie sowohl für die Querschnittsflächenmessung als auch für die Volumenmessung einen befriedigenden Intraklassenkorrelationskoeffizienten (ICC = 0,97, 95% CI [0,95; 1,00] bzw. ICC = 0,99, 95% CI [0,95; 1,00]). Darüber hinaus ergeben sich in der Auswertung nach Bland und Altman (4) bzw. Passing und Bablok (74) keine Hinweise auf einen systematischen Messfehler.

Einschränkend muss darauf hingewiesen werden, dass im klinischen Untersuchungsteil nur 10 Ergebnisse von 14 Patienten ausgewertet werden konnten. Bei den 10 klinischen Messungen fallen die absoluten Differenzen zwischen der neuen Vermessungsmethode und der Referenzmethode größer aus als im experimentellen Teil der Arbeit. Dies kann auf verschiedene Faktoren zurückgeführt werden.

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Zum einen liegt es daran, dass mit der CT als Vergleichsmethode kein Goldstandard gegeben ist, sondern die CT ihrerseits als Methode nur eingeschränkt valide und reliable Messwerte zum Ergebnis haben kann. Ein weiterer Grund für die relativ größeren Messabweichungen in der klinischen Anwendung ist die Längenvermessung. Während die Modelle mit 1-mm-Sequenzen vermessen wurden, erfolgte in der klinischen Untersuchung die Längenvermessung mit 5-mm-Intervallen. Dadurch gehen Detailinformationen verloren. Anders als im experimentellen Teil tragen außerdem Blutungen und Schleimsekretion zur Messungenauigkeit bei.

Schließlich ist als wesentliche Fehlerquelle in der klinischen Anwendung die Bewegung des Patienten während der Untersuchung zu nennen. Mit ausreichender Sedierung und möglichst kurzer Untersuchungszeit sollte dieser Faktor möglichst gering gehalten werden.


Sowohl bei der experimentellen als auch bei der klinischen Anwendung muss bei der Untersuchungsdurchführung große Sorgfalt auf die Fixierung der Lasersonde verwendet werden. In einigen Fällen trat versehentlich eine Verschiebung der Lasersonde in ihrer Längsachse auf, wodurch sich der Abstand zwischen der Laserlichtmarkierung und der Bronchoskopspitze veränderte und die Querschnittsflächen mit falscher Eichung vermessen wurden. Aus 4 Messreihen an Kunststoffzylindern mit 9,4 mm Durchmesser und 11,0 mm Durchmesser wurden im Durchschnitt folgende Fehler ermittelt: 6,0% für +/-1 mm Verschiebung in der Längsachse, 12,7% für +/- 2 mm Verschiebung, 20,3% für +/- 3 mm Verschiebung und 29,6% für +/- 4 mm Verschiebung.

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Ungenauigkeiten ergeben sich auch, wenn die Lasersonde nicht parallel zur optischen Achse des Bronchoskops verläuft. Weichen die Achsen voneinander ab, wird nicht der tatsächliche Querschnitt, sondern ein Schräganschnitt mit größerer Fläche vermessen.


Ungeachtet der Ursache der Differenzen bleibt die tatsächliche klinische Relevanz der Abweichungen zu diskutieren. Da bisher kein Goldstandard zur Vermessung der Atemwege entwickelt wurde, fehlten bisher auch einheitliche Kriterien zur Überprüfung der klinisch tolerablen Fehler. Wenn es auch vorläufig eine Herausforderung bleibt, den absoluten Messfehler zu minimieren, so eröffnet die hier vorgestellte Methode in der klinischen Anwendung Möglichkeiten, bei Therapieplanung und Verlaufskontrollen quantitativ Grenzen und Kriterien für die klinisch vertretbare Messungenauigkeit festzulegen.


Da bei einer Evaluierung der zentralen Atemwege nicht nur die alleinige Vermessung wichtig, sondern für Verlaufskontrolle, Therapieplanung und präoperativer Diagnostik auch eine Visualisierung der quantitativ erfassten Strukturen sinnvoll und notwendig ist, wurde die hier vorgestellte Methode mit dem Ziel konzipiert, aus den bronchoskopisch gewonnenen quantitativen Daten eine dreidimensionale Darstellung zu ermöglichen. Dies ist in befriedigender Weise gelungen. In bisherigen Arbeiten wurde eine bronchoskopische dreidimensionale Darstellung bisher entweder nur qualitativ durchgeführt (24) oder ausschließlich an Modellen demonstriert (68). In der vorliegenden Arbeit gelang die Erstellung eines 3D-Datensatzes sowohl am Modell als auch bei den Messungen der Trachealabschnitte. Die Visualisierung war jeweils direkt im Anschluss an die Untersuchung aus den Online-Daten möglich, wobei in der klinischen Anwendung die Auswertung der Videobronchoskopie die besseren Ergebnisse zeigte.

V.3 Bedeutung der Ergebnisse und Perspektiven

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Die zur Zeit bestehende Myer-Cotton-Klassifizierung für subglottische Stenosen basiert auf der jeweils minimalen Querschnittsfläche der Stenose und ist auf feste, ausgewachsene subglottische Stenosen beschränkt. Die für eine umfassendere Einteilung ebenfalls wichtigen Parameter wie Länge, dreidimensionale Konfiguration oder auch dynamische Anteile einer Stenose werden mittels Bronchoskopie beschrieben und sind abhängig von Erfahrung und Fähigkeit des Untersuchers.

Die hier vorgestellte Methode stellt demgegenüber einen Fortschritt dar: Indem zentrale Atemwegsstenosen direkt dreidimensional vermessen werden können, eröffnet sie im Bereich der diagnostischen Bronchoskopie die Möglichkeit zur objektiven Dokumentation von Atemwegsstenosen. Dies kann die Grundlage für eine einheitliche Klassifikation von zentralen Atemwegsstenosen bilden, die sowohl bei fixen als auch bei dynamischen Stenosen jeweils Länge und Lage berücksichtigt. Eine solche Klassifikation ist insbesondere von Vorteil bei prä- oder postoperativen Verlaufskontrollen, aber auch unentbehrlich bei der Erstellung von Leitlinien zum Therapiemanagement.

Neben der Vermessung eines Atemwegsabschnitts ist mit der computergestützen Vermessungsmethode auch eine unmittelbar oder mittels Videodokumentation erstellte dreidimensionale Rekonstruktion der bronchoskopisch untersuchten Atemwege möglich. Auf diese Weise können wertvolle diagnostische Informationen gewonnen werden, die eine Therapieentscheidung erleichtern und vor allem dann, wenn keine Möglichkeit zur Computertomographie besteht, zu einer fundierten Therapieplanung beitragen.

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Perpektivisch eröffnet die hier vorgestellte Methode darüber hinaus neue Wege der Diagnostik wie z. B. die „funktionelle Bronchoskopie“, bei der eine Verbindung von lungenfunktionellen Methoden mit den Möglichkeiten der bronchoskopischen Vermessung zur objektivierbaren quantitativen Auswertung denkbar ist. Für den Bereich der Intervention bei intraluminalen Tumoren besteht mit der Integration der hier erprobten Methode die Aussicht auf eine wesentliche Optimierung durch die neu geschaffene Möglichkeit zur Tumorvolumenberechnung und zur individualisierten Stentimplantation.


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25.04.2006