Sascha Santosh Chopra: Charakterisierung von Lebertumoren nach kontrastverstärkter Sonographie und digitaler Graustufenbestimmung |
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Aus der Klinik für Strahlenheilkunde
der Medizinischen Fakultät der Charité
Universitätsmedizin Berlin
Dissertation
Charakterisierung von Lebertumoren nach kontrastverstärkter Sonographie und digitaler Graustufenbestimmung
Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr.med.)
vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité
Universitätsmedizin Berlin
von
Sascha Santosh
Chopra
aus Bremen
Dekan: Prof. Dr. med. Martin Paul
Gutachter:
1. Prof. Dr. T. Steinmüller
2. Prof. Dr. J. Mäurer
3. PD Dr. A.J. Lemke
Datum der Promotion: 18.03.2005
Zusammenfassung
Charakterisierung von Lebertumoren nach kontrastverstärkter Sonographie und digit
a
ler Graustufenbestimmung
Ziel: Die Charakterisierung fokaler Leberläsionen ist Bestandteil des klinischen Alltags und für Patienten von therapeutischer und prognostischer Relevanz. Auf diesem Gebiet wurde bisher die native Sonographie regulär eingesetzt. Eine sichere Artdiagnose bei unklaren Lebertumoren ist jedoch nur selten möglich. Die Einführung der kontrastmittelverstärkten Sonographie hat die differentialdiagnostischen Optionen erweitert. Ziel dieser Studie war es, den Nutzen des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls und der anschließenden digitalen Graustufenanalyse bei fokalen Leberläsionen zu bewerten. Methodik: In einer prospektiven Studie wurde bei 50 Patienten mit CT oder MRT gesicherten Lebertumoren eine Sonographie des Oberbauches in nativer Sonographie und in Phaseninversionstechnik mit intravenöser Gabe des Ultraschallkontrastmittels SonoVue® durchgeführt. Nach Kontrastmittelgabe wurden über 120 s digitale Standbilder akquiriert. Mittels Software ermittelte man den dynamischen Graustufenverlauf für jeden einzelnen Tumor. Es folgte der Vergleich der einzelnen bildgebenden Modalitäten untereinander. Ergebnisse: Der Anteil der artdiagnostisch korrekten Zuordnungen belief sich in der CT bzw. MRT auf 78% und in der nativen Sonographie auf 60%. Mit Hilfe des kontrastmittelverstärkten Ultraschalls konnte er auf 86% gesteigert werden. Die digitale Graustufenanalyse lieferte für die einzelnen Tumorentitäten charakteristische Kurvenverläufe. Hierbei erwiesen sich die Zeitpunkte 20 s und 100 s nach Kontrastmittelgabe für die artspezifische Charakterisierung als optimal. Schlussfolgerung: Die kontrastmittelverstärkte Sonographie und deren digitale Graustufenbestimmung bilden eine Ergänzung der bisherigen Diagnostik von Lebertumoren und ermöglichen eine bessere Charakterisierung der Herde. Dies sollte in zusätzlichen Studien evaluiert werden.
Eigene Schlagworte:
Ultraschall,
Kontrastmittel,
Sonovue,
Leber,
Graustufen,
Perfusion,
Metastasen,
fokal noduläre Hyperplasie,
hepatozelluläres Karzinom,
hepatozelluläres Adenom,
Hämangiom
Abstract
Characterization of Hepatic Tumors with Contrast-enhanced Ultr
a
sound and Digital Gray-Scale Analysis
Purpose: The characterization of liver tumors is of therapeutic and prognostic relevance. Although ltrasound offers the opportunity to detect hepatic tumors, its previous techniques did not lead towards a definitve differentiation. The purpouse of this study was the evaluation of contrast enhanced ultrasound followed by quantitative digital analysis in patients with focal hepatic tumors. Materials and Methods: In a prospective stuy, 50 patients with liver tumors previously detected by CT or MRI were examined by ultrasound of the upper abdomen using conventional and phase inversion technique after intravenous application of an ultrasound contrast agent. Digital images were stored over 120 s and software powerd digital gray-scale curves were produced for each individual lesion. Results: While the percentage of tumors correctly characterised by CT/MRI amounted to 78%, the percentage increased from 60% using conventional ultrasound to 86% using contrast enhanced ultrasound including gray-scale analysis. Typical graphs were achieved for different tumor entities on digital gray-scale analysis. Time intervals at 20 and 100 seconds showed optimal for differantiation between particualar entities. Conclusion: Quantification of contrast enhanced ultrasound is an addition to the previous diagnostic procedure in hepatic tumors. It offers the possibility of an investigator-independent characterization of lesions and should be evaluated in further studies.
Keywords:
Liver,
liver tumors,
ultrasound,
ultrasound contrast agents,
tumor characterization,
Sonovue,
Perfusion,
hepatocellular carcinoma,
hepatocellular adenoma,
haemangioma,
metastasis,
gray-scale
Inhaltsverzeichnis
-
1
Einleitung
-
1.1
Klinische Bedeutung von Lebertumoren
-
1.1.1
Hepatische Metastasen
-
1.1.2 Hepatozelluläres Karzinom
-
1.1.3
Cholangiozelluläres Karzinom
-
1.1.4 Hämangiom
-
1.1.5 Fokal noduläre Hyperplasie
-
1.1.6
Hepatozelluläres Adenom
-
1.2 Bildgebung bei Lebertumoren
-
1.2.1
B-Mode-Sonographie und Power-Doppler-Sonographie
-
1.2.2 Computertomographie (CT)
-
1.2.3 Magnetresonanztomographie (MRT)
-
1.3 Kontrastmittelverstärkte Sonographie
-
1.3.1
Evolution der Ultraschallkontrastmittel
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1.3.2 Wirkprinzip von Ultraschallkontrastmitteln
-
1.3.3 Bildgebung mit Ultraschallkontrastmitteln
-
1.3.4 Einsatzgebiete der kontrastmittelverstärkten Sonographie
-
1.4 Problemstellung
-
2
Material und Methoden
-
2.1
Patientenkollektiv
-
2.2 CT und MRT
-
2.2.1
Technik der Computertomographie
-
2.2.2
Auswertung der Computertomographie
-
2.2.3 Technik der Magnetresonanztomographie
-
2.2.4
Auswertung der Magnetresonanztomographie
-
2.3 Verschiedene Ultraschalltechniken
-
2.3.1
Native Sonographie
-
2.3.2
Kontrastmittelverstärkte Sonographie
-
2.3.3 Digitale Graustufenanalyse nach KM verstärkter Sonographie
-
2.4 Enddiagnose und Zusatzdiagnostik
-
2.5 Vergleich der Modalitäten mit dem Goldstandard
-
2.6 Erstellung dynamischer Graustufenkurven
-
2.7 Statistische Methoden
-
3
Ergebnisse
-
3.1
Patientendarstellung und Histopathologie
-
3.2 Ergebnisse der Tumorcharakterisierung
-
3.2.1
Diagnoseergebnisse der bildgebenden Modalitäten
-
3.2.2 Differenzierung zwischen benignen und malignen Läsionen
-
3.3
Erstellung dynamischer Graustufenkurven
-
3.3.1
Digitale Graustufen im Kurvenverlauf
-
3.3.2 Statistische Analyse des Kurvenverlaufes
-
3.4
Tumorspezifisches Kontrastmittelverhalten
-
3.4.1
Metastasen
-
3.4.2
Hepatozelluläres Karzinom
-
3.4.3
Cholangiozelluläres Karzinom
-
3.4.4 Hämangiom
-
3.4.5
Fokal noduläre Hyperplasie
-
3.4.6
Hepatozelluläres Adenom
-
3.5 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse
-
4
Diskussion
-
4.1
Methodendiskussion
-
4.1.1
Computertomographie und Magnetresonanztomographie
-
4.1.2 Nativer Ultraschall
-
4.1.3
Kontrastmittelverstärkter Ultraschall
-
4.1.4 Analyse digitaler Graustufen nach KM verstärktem Ultraschall
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4.2
Ergebnisdiskussion
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4.2.1
Zusammensetzung des Patientenkollektivs
-
4.2.2 Ergebnisse der kontrastmittelverstärkten Sonographie
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4.2.3
Ergebnisse der dynamischen Graustufenkurven
-
4.3 Ausblick
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4.4 Schlussfolgerung
-
Literaturverzeichnis
-
Danksagung
-
Lebenslauf
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Eidesstattliche Erklärung
Tabellen
Bilder
-
Abbildung
1
: Mikrobläschenverhalten in Abhängigkeit des Spitzendrucks: Die Abbildung zeigt drei Bereiche, in denen die Mikrobläschen in Abhängigkeit des einwirkenden Spitzendrucks charakteristische Signaleigenschaften aufweisen (horizontale Pfeile) [24].
-
Abbildung
2
: Mikrobläschendestruktion: Die Abbildung zeigt die Destruktion eines Mikrobläschens mit Hilfe einer high-speed Kamera. Die Aufnahmen machten James E. Chomas et al., University of California, Biomedical Engineering Division, USA [28].
-
Abbildung
3
: Bilder des Kontrastmittels SonoVue®: Elektronenmikroskopische Aufnahme der Mikrobläschen (a); Blutausstrich mit SonoVue® (schwarzer Pfeil) und Erythrozyten (weißer Pfeil) (b).
-
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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Abbildung
5
: Individuelle Graustufenkurve von Patient 27: Beispiel einer Graustufenkurve eines Patienten mit hyperperfundierter Metastase
-
Abbildung
6
: Verteilung der Tumorentitäten unter den 50 Patienten
-
Abbildung
7
: Ergebnisse der quantitativen Bildanalyse (Medianwerte): Graphische Darstellung der Ergebnisse der quantitativen Bildanalyse digitaler Graustufen, die Kurven repräsentieren die Mediane der sieben Tumorentitäten, wobei benigne Entitäten mit weißen und maligne Entitäten mit schwarzen Markierungen gekennzeichnet sind. Auf einer Graustufenskala von 256 Einheiten (0= schwarz bis 255= weiß) wurden die Ausschläge über die Zeitachse festgehalten.
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Abbildung
8
: Boxplotdarstellungen der mittleren Graustufen von hypo- und hyperperfundierten Metastasen sowie den hepatozellulären Karzinomen zum Zeitpunkt 20 s nach KM-Gabe. Dabei repräsentiert die schwarze Horizontale innerhalb der Box den Median, während der obere Rand das 75%-Quantil und der untere Rand das 25%-Quantil darstellen. Die kurze Horizontale am unteren und oberen Ende der beiden Vertikalen steht für den größten und kleinsten Wert innerhalb der sogenannten „inneren Eingrenzung“ (jeweils der 1,5fache Quartilsabstand).
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Abbildung
9
: Gegenüberstellung von benignen und malignen Raumforderungen 100 s nach KM-Gabe. Für diesen Boxplot gelten die gleichen Definitionen wie aus Abbildung 8. Zusätzlich erscheinen hier zwei Kreise oberhalb des „größten“ Wertes der malignen Tumoren. Sie repräsentieren Ausreißer außerhalb der „inneren Eingrenzung“. Finden sich Ausreißer außerhalb der „äußeren Eingrenzung“ (jeweils der 3fache Quantilsabstand) so werden diese als Sternchen dargestellt.
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Abbildung
10
: 33-jähriger Patient mit einer hepatischen Metastase eines histologisch gesicherten neuroendokrinen Tumors. Das Nativbild deutet auf eine isoechogene Raumforderung hin (a). 10 s nach Kontrastmittelapplikation (SonoVue) findet sich eine arterielle randständige Mehranreicherung, wobei sich das Zentrum der Metastase als hypoperfundiertes Arial demaskiert (b).
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Abbildung
11
: Auch 40 s nach Kontrastmittelgabe findet kein Signalanstieg im Zentrum der Metastase statt. Mit Ausnahme der deutlich kontrastierten Lebergefäße nimmt die Signalintensität des Leberparenchyms langsam ab (a). Mit zunehmendem Signalverlust des Lebergewebes nähert sich die Metastase bei 80 s nach KM-Injektion ihrer ursprünglichen isoechogenen Erscheinung erneut an (b).
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Abbildung
12
: Das native Ultraschallbild zeigt die Lebermetastase eines histologisch gesicherten Oesophaguskarzinoms bei einem 66-jährigen Patienten. Die Läsion erscheint echoarm bis isoechogen (a). 11 s nach KM Gabe leuchten arteriovenöse Shunts im Tumorgewebe auf und demaskieren das nun hyperperfundierte Tumorareal. Im Zentrum bleibt das Signal leicht zurück (b).
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Abbildung
13
: Bei 30 s nach Kontrastmittelgabe ist das gesamte Tumorgewebe echoreich kontrastiert. Der parallele Signalanstieg des umliegenden Lebergewebes lässt die hyperperfundierte Metastase in dieser Phase isoechogen erscheinen (a). Bei 77 s ist das Leberparenchym noch immer durch kontinuierlichen portalvenösen Zufluss von Kontrastmittel erhellt, während sich die Metastase durch zunehmenden Signalverlust demaskiert (b).
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Abbildung
14
: 49-jährige Patientin mit histologisch gesichertem hepatozellulären Karzinom. In der nativen Sonographie zeigt sich eine 13 cm durchmessende isoechogene Raumforderung (a). Frühe arterielle Phase des HCC bei 20 s nach KM-Injektion mit beginnender Kontrastierung. Es zeigen sich die typischen Tumorgefäße mit ihrer „chaotischen“ Architektur (b).
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Abbildung
15
: 36 s nach Kontrastmittelgabe ist der Tumor fast homogen kontrastiert und hat sein Intensitätsmaximum erreicht (a). Bereits 80 s nach Beginn der KM-Gabe ist das Signal innerhalb des Tumors auf das Ausgangsniveau zurückgekehrt (a).
-
Abbildung
16
: 42 jährige Patientin mit 12 cm durchmessender Raumforderung des rechten Leberlappens. Im nativen Ultraschall zeigt sich eine homogen echoarme Läsion (a). 20 s nach KM-Gabe deutlicher Signalanstieg der FNH. Zusätzlich zeigen sich eine zentrale Signalaussparung (schwarzer Pfeil) sowie einzelne „radspeichenartige“ Arterien (b)
-
Abbildung
17
: 35-jähriger Patient mit Adenom und zuführender Arterie (schwarzer Pfeil). Im Tumor sind 9 s nach Kontrastmittelgabe einzelne arterielle Gefäße nachweisbar (a). 18 s nach Beginn der KM-Gabe maximales homogenes Enhancement (schwarze Pfeile). Unterhalb des Adenoms demaskiert sich ein Hämangiom in Form einer rundlichen KM-Aussparung (weißer Pfeil)(b).
-
Abbildung
18
: 52 s nach KM-Gabe ist das Adenomsignal deutlich abgefallen (Pfeil). Ein Signalanstieg innerhalb des Hämangioms (Doppelpfeil) lässt dieses im Verhältnis zur Leber erstmals positiv kontrastiert erscheinen (a). 90 s nach KM-Gabe führt anhaltender Signalabfall im Adenom zu dessen isoechogener Erscheinung (Pfeil). Das Hämangiom zeigt nun maximale Signalintensität (b).
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DiML DTD Version 4.0 | Zertifizierter Dokumentenserver der Humboldt-Universität zu Berlin | HTML-Version erstellt am: 24.11.2006 |