Bildgebung und COPD
Bildgebung und COPD
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<strong>COPD</strong><br />
Von Morphologie zu Funktion<br />
Thomas Frauenfelder<br />
Institut für Diagnostische <strong>und</strong> Interventionelle Radiologie
Pathophysiologie der <strong>COPD</strong><br />
Entzündung<br />
Erkrankung der kleinen<br />
Atemwege<br />
Entzündung<br />
Remodelling<br />
Parenchymdestruktion<br />
Verlust des alveolären<br />
Freiraumes<br />
Verminderte Elastizität<br />
Verminderung des Atemflusses
CT-Beurteilung der <strong>COPD</strong>:<br />
Verschiedene morphologische Erscheinungen:<br />
FEV1: 25% FEV1: 28%
Emphysem Phänotypen im CT<br />
Morphologische Typen<br />
Centrilobular<br />
Panlobular<br />
Paraseptal<br />
Bullös<br />
Verteilung<br />
Oberlappen Prädominanz<br />
Unterlappen Prädominanz<br />
Diffus
Centrilobuläres Emphysem
Centrilobuläres Emphysem<br />
MIP<br />
mIP
Panlobuläres Emphysem
Panlobuläres Emphyemm, OL-betont bei Raucher
Paraseptales Emphysem / Fokales DIP
Paraseptales Emphysem / Fibrose<br />
Emphysem assoziiert<br />
mit Fibrose (CPFE)<br />
Lung vol. normal<br />
FEV1 normal<br />
Diffusion
Bullöses Emphysem<br />
Kompressives<br />
bullöses<br />
Emphysem<br />
Giant Bulla
Phänotypen der Atemwegserkrankung im CT<br />
Erkrankung der kleinen Atemwege<br />
Kleine centrilobuläre Knoten/Gro<strong>und</strong>-Glass Muster<br />
Mosaik Perfusion<br />
Expiratorisches Airtrapping
Erkrankung der kleinen Atemwege<br />
Kleine centrilobuläre<br />
Knoten / GGO /<br />
Emphysem
Erkrankung der kleinen Atemwege<br />
Inspiration<br />
Expiration<br />
Expiratorisches<br />
Airtrapping
Phänotypen der Atemwegserkrankung im CT<br />
Erkrankung der grossen Atemwege<br />
Bronchialwand Verdickung/Bronchiektasen Bronchiale<br />
Divertikel<br />
Tracheo-bronchomalazie<br />
Saber sheath Trachea
Bronchialwand-Verdickung
Bronchiektasen bei <strong>COPD</strong> Patienten<br />
Moderate tubuläre<br />
(cylindrische) Bronchiektasen<br />
(im UL) häufig in <strong>COPD</strong><br />
Patienten (29-50%)<br />
Bronchiektasen sind assoziiert mit schwereren <strong>COPD</strong><br />
Exacerbationen, bakterieller Besiedelung der unteren<br />
Atemwege <strong>und</strong> erhöhten Entzündungsmarkern im Sputum<br />
1- O’Brien. Thorax; 2000; 55: 635<br />
2- Irem. Am J Respir Crit Care Med; 2004; 170: 400
Bronchiektasen bei Alpha-1 Antitrypsin (AAT) Mangel<br />
• AAT Mangel ist mit einem erhöhten <strong>COPD</strong> Risiko<br />
assoziiert<br />
• Panlobuläres Emphysem ist die dominierende<br />
Komponenten<br />
• Die Prevalenz <strong>und</strong> der Impact der Atemwegserkrankung<br />
ist grösser als bisher angenommen.<br />
Bronchiektasen ber 70/74 (95%)<br />
Klinisch signifikante B. ber 20 (27%)<br />
Parr. Am J Respir Crit Care Med; 2007; 176: 1215
Bronchialwandirregularitäten
Bronchiale Divertikel in Raucher<br />
• 61/503 (12%) Raucher haben mehr als 3 bronchiale D. in 1 oder<br />
mehr Bronchien.<br />
• Meist starke Raucher mit Husten, Lungenfunktionstörung,<br />
• Ausgedehntere Emphyse <strong>und</strong> Bronchialwandverdickungen<br />
Multivariate regression analysis: Vorallem Bronchialwandverdickung<br />
korreliert mit dem Ausmass an bronchialen Divertikel (p
Bronchiale Aussackungen oder Divertikel<br />
Comb-wide teeth
Expiratorischer Kollaps der Bronchien<br />
Inspiration<br />
Expiration
Tracheobronchomalazie (TBM) in <strong>COPD</strong><br />
INSPIRATION<br />
>70% reduction in<br />
cross-sectional area<br />
of the tracheal<br />
lumen at expiration<br />
EXPIRATION<br />
« Frown sign »
<strong>COPD</strong> Subphänotypen: Qualitative CT Analysis<br />
1. Nur Erkrankung kleiner Atemwege (SAD)<br />
2. Nur Erkrankung grosser Atemwege (BWT)<br />
3. Beides<br />
4. Centrilobuläres Emphysem mit dominanter Erkrankung<br />
grosser/kleiner Atemwege<br />
5. Centrilobuläres Emphysem mit diskreter Erkrankung grosser/kleiner<br />
Atemwege<br />
6. Centrilobuläres Emphysem mit paraseptalem Emphysem<br />
(Angedeuteter Erkrankung grosser/kleiner Atemwege )<br />
7. Paraseptales Emphysem (Angedeuteter Erkrankung grosser/kleiner<br />
Atemwege )<br />
8. Panlobuläres Emphysem + signifikante Atemwegserkrankung<br />
9. Panlobuläres Emphysem ohne Atemwegserkrankung<br />
10. Gemischtes Empyhsem<br />
11. Bullöses Emphysem
<strong>COPD</strong> Phänotypen Identifikation im CT<br />
Interobserver Agreement<br />
3 Reader<br />
Emphysem dominiert<br />
Atemwegserkrankung dominiert<br />
Normales CT<br />
Kappa Werte: 0.69 – 0.84<br />
Owsijewitsch. Abstrakt ECR
Quantitative Analyse für Phänotypisierung der <strong>COPD</strong><br />
im CT<br />
Quantitative Analyse des Emphysem (Lung<br />
Densitometry)<br />
Quantitative Analyse der Atemwegsobstruktion<br />
(Expiratory Air Trapping)<br />
Quantitative Analyse des Remodellings der Wand der<br />
Atemwege (Bronchial Wall Thickness)
CT Quantifizierung des Emphysems<br />
Visuelle Beurteilung (4-point scale)<br />
Normal or mildes Emphysea (< 25% der Lunge)<br />
Moderates Emphysem (25-50% der Lunge)<br />
Ausgeprägtes Emphysem (50-75% der Lunge)<br />
Starkes Emphysem (75-100% der Lunge)
CT Quantifizierung des Emphysems<br />
Visuelle Beurteilung versus Densitometrie<br />
Cavigli, Eur Radiol. 2009;19:1686
Lungendichte: Schwellenwert-Technik<br />
Prozentsatz Emphysem (density<br />
mask technique)<br />
-960 / -970 HU<br />
Percentile Density<br />
Dichtewert unter welche eine definierter<br />
Prozentsatz der Lungepixel enthaltenist.<br />
1. Perzentile (-965 Hu +-27)<br />
Madani. Radiology 2006;238:1036
Lungendichte: Schwellenwert-Technik<br />
CAVE:<br />
• Abhängig von Röhrenstrom<br />
• Abhängig von Kernel<br />
• Abhängig von Schichtdicke<br />
• etc<br />
Madani. Radiology 2006;238:1036
CT Quantifizierung des Emphysems<br />
• Acquisition in maximaler Inspiration<br />
• Röhrenstromprodukt kann auf 16 bis 20 mAs reduziert werden<br />
(1) (Gewisse Autoren: nicht tiefer als 50 mAs (2))<br />
• Keine Hartstrahl-Filter benützen (3)<br />
• Keine KM-Gabe<br />
1- Shaker. Acta Radiol; 2004; 45: 424<br />
2- Zaporozhan. J Comput Assist Tomogr; 2006; 30: 460<br />
3-Madani. Radiology; 2007; 243: 250
Low-dose CT<br />
Dosis wie im konv. Rx!<br />
DLP 15=<br />
0.21 mSv<br />
(=1 konv Rx)
3D Analyse
CT Quantifizierung des Emphysems<br />
Quantifizierung des<br />
Empyhsems auch<br />
regional möglich.<br />
Gietama. Radiology; 2007; 244: 890
Lung Volume Reduction Surgery (LVRS)<br />
• OL-Dominanz des Emphysems<br />
• Parenchymale Kompression<br />
• Regionale Heterogenität<br />
• Grosser Anteil and normaler Lunge oder milden Emphysem<br />
zeigen bestes Ergebnis nach LVRS (1,2)<br />
1- Slone. Radiology; 1997; 204: 685<br />
2- Mineo. J Thorac Cardiovasc Surg; 2005; 129: 73
Lung volume reduction surgery (LVRS)<br />
•Verbessert Lungenfunktion, Gehdistanz,<br />
Quality of life<br />
Vorher<br />
Nachher<br />
1- Geddes. N Engl J Med 2000; 343:239<br />
2- Flaherty. Chest; 2001; 119: 1337
Semiquantitative Emphysemdarstellung
Emphysemdarstellung/Perfusion<br />
Dual Energy CT and Lungperfusion<br />
Perfusion<br />
Emphysem
Emphysemdarstellung/Perfusion<br />
Dual Energy CT and Lungperfusion<br />
Perfusions-CT<br />
Perfusions-Szinti
Lungevolumenreduktion: Neue minimal-inv. Techniken<br />
One-way bronchiale Klappen: Einsatz über fiberoptisches<br />
Bronchoskop, Ziel: Atelektase der emphysematösen Lunge.<br />
Bronchopulmonale Fenestration zur Verbesserung des<br />
Expiratorischen Flusses.<br />
Fokale Atelektase <strong>und</strong> Fibrose durch bronchoskopische<br />
Injektion von Polymeren in die emphysematöse Lunge.<br />
Thorakospopische « Plication » oder Kompression der<br />
emphysematösen Lunge<br />
Maxfield. Chest; 2004; 125: 777
Quantitative Evaluation des Air Trappings<br />
Veränderung des Lungenvolumens zw. Inspiration <strong>und</strong> Exspiration<br />
Die Veränderungen des rel. Lungenvolumens in den Werten von–<br />
860 bis –950 HU nach Expiration korrelieren mit Resultaten der<br />
Lungenfuktion <strong>und</strong> zeigen die Schwere der Atemwegsdysfunktion.<br />
Matsuoka. J Comput Assist Tomogr; 2007; 31: 384<br />
Matsuoka. AJR; 2008; 190: 762
CT Messung der Wanddicken<br />
Bronchialwanddicke <strong>und</strong> Ausdehnung des Emphysem korrelieren<br />
am Besten mit FEV1<br />
Aziz. AJR 2005; 185:1509<br />
Nakano. Am J Respir Crit Care Med 2000;162:1108<br />
Nakano. Am J Respir Crit Care Med 2005;171:142
CT Quantifizierung der Atemwegsdurchmesser<br />
Lumen Fläche (LA)<br />
Wandfläche (WA)<br />
1 slice vs 10 slices<br />
CV10: Ratio of SD von LA <strong>und</strong> WA<br />
gemessen in 10 Schichten slices to<br />
their mean (%)<br />
Brillet Eur Radiol 2009
CT Phänotypisierung der <strong>COPD</strong>: Hilfe für Therapie?<br />
Dominierender Emphysemtyp<br />
Bullöses Emphysem (Bullectomie)<br />
Schweres Emphysem (LVRS /endoscopic interventions)<br />
Mild/moderates Emphysem ohne signifikante CT-Bef<strong>und</strong>e für<br />
Infekt (Medikamentöse Therapie, vorgesehen um Verlauf der<br />
Lungendestruktion zu verlangsamen)
CT Phänotypisierung der <strong>COPD</strong>: Hilfe für Therapie?<br />
Atemwegsbetont<br />
Kleine centrilobuläre Knoten/ GGO/ mildes Emphysem OL<br />
betont (Raucherstop <strong>und</strong> Steroidtherapie)<br />
Mosaikperfusion <strong>und</strong> Bronchialwandverdickung<br />
(Medikamentöse Therapie, vorgesehen um Remodelling<br />
rückgängi zu machen)
Rolle des CT in der klinischen Routine<br />
• Planung vor LVRS<br />
• Densitometrie <strong>und</strong> Verteilung beeinflussen Resultat<br />
• Outcome measurement:<br />
• CT als Verlauf bei Alpha-1-antitrypsine Therapie<br />
• CT Dichtebestimmung sensitiver als Spirometrie<br />
• CT als Krankheitsmonitoring<br />
• Rolle bei der Phänotypisierung<br />
• Unterschiede im Management <strong>und</strong> Therapie<br />
• CT ein Diagnose- <strong>und</strong> Verlaufsparameter (nebst anderen)<br />
• Einbezug der Lunge <strong>und</strong> der Atemwege
Bef<strong>und</strong>e heute <strong>und</strong> morgen<br />
• Heute:<br />
• rein deskriptiv. Erzählung, keine Wertigkeit<br />
• Atemwege kaum beachtet<br />
• Keine (Semi-)quantifizierung<br />
• Morgen:<br />
• Aufbau in Phänotypisierung <strong>und</strong> Quantifizierung<br />
• Einbezug des Lungenparenchyms <strong>und</strong> der Lunge<br />
• Standardisierung der Untersuchung <strong>und</strong> der Bef<strong>und</strong>ung<br />
• Laborblatt!
Zusammenfassung<br />
• MDCT liefert zusätzliche Informationen zu den<br />
traditionell erhobenen Messwerten der Lungenfunktion<br />
bei <strong>COPD</strong><br />
• Phenotypische Abnormalitäten werden durch visuelle<br />
<strong>und</strong> quantitative Beurteilung erkannt.<br />
• Die Identifikation <strong>und</strong> Quantifizierung der dominanten<br />
Morphologie bei Patienten mit <strong>COPD</strong> soll zu einer<br />
Optimierung der Therapie beitragen.<br />
• Zusammenspiel von quantitativen <strong>und</strong> qualitativen<br />
Werten
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