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Titel:Exazerbation bei COPD - existieren Prädiktoren im MSCT?
Autor:Schuster, Alexander
Weitere Beteiligte: Alfke, Heiko (Prof. Dr. med.)
Veröffentlicht:2016
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0208
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-02082
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0208
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):exacerbations in COPD - are there predictors in MSCT?
Publikationsdatum:2017-03-23
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
heterogeneity, Computertomografie, Obstruktive Ventilationsstörung, COPD, Exazerbation, emphysema, computed tomography, exacerbation, Heterogenität, Emphysem

Zusammenfassung:
Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung COPD kann trotz ihrer hohen sozioökonomischen Relevanz als komplexes und in mehrfacher Hinsicht bei weitem nicht vollständig verstandenes Krankheitsbild angesehen werden. Ein wichtiger Aspekt im Krankheitsverlauf der COPD sind akute Exazerbationen. Sie tragen erheblich zur Morbidität und Mortalität der COPD bei und sind wie die COPD selbst heterogen in Bezug auf Ursachen, Ausprägung, Frequenz und Auswirkung auf den individuellen Krankheitsverlauf. Neben etablierten Funktionstests kann die Computertomographie unter anderem Hinweise für die dominante Ausprägungsform der COPD geben und darüber hinaus wertvolle Zusatzinformationen, etwa zu Verteilungsmuster und Heterogenität der Veränderungen liefern. Hauptziel dieser Arbeit war, herauszufinden ob sich im CT Messparameter finden lassen, die einen unabhängigen Prädiktor für die Exazerbationshäufigkeit der COPD darstellen. Daneben sollten im CT gewonnene Messparameter auch auf mögliche Zusammenhänge mit Messwerten etablierter Funktionstests untersucht werden. Dazu wurden im Zeitraum 2010 - 2011 retrospektiv 43 Patienten mit der Diagnose COPD erfasst, die im gleichen Klinikumsaufenthalt sowohl eine Multislice-CT als auch mindestens einen Funktionstest (Ganzkörperplethysmographie, 6-minute-walk-test, Blutgasanalyse) erhalten hatten. Für alle Patienten wurden zwischen 2006 und 2014 dokumentierte Exazerbationsereignisse erfasst. In der CT wurden mittels der Prototyp-Software Mevis Pulmo 3D global und Lungenlappen-basiert Messwerte der Lungendichte akquiriert (unter anderem der Emphysemindex LAV2, die mittlere Lungendichte MLD und der Scheitelpunkt des Dichtewerthistogramms PK). Aus den Lappen-basierten Messungen jedes Datensatzes wurden Maximum und Minimum bestimmt und deren Differenz als Maß der Emphysemheterogenität ermittelt. Als Korrelat der Bronchusobstruktion im CT wurde die Bronchuswanddicke semiautomatisch mittels der Software Airway Inspector ermittelt und daraus der PI10-Wert, die Wanddicke eines idealisierten Bronchus mit 10 mm Innenumfang, gebildet. Als wichtigste Messparameter der Lungenfunktionsdiagnostik mittels Ganzkörperplethysmographie wurden die absolute und normalisierte Einsekundenkapazität LF_FEV1 bzw. LF_FEV1%Soll sowie der Atemwegswiderstand LF_Rspez bzw. LF_Rspez%Soll verwandt. Hauptmessparameter des 6 Minute Walk Test war die zurückgelegte Gehstrecke 6MWT_Strecke. Mit Bezug auf das Hauptzielkriterium der Arbeit konnte mittels schrittweiser Regression ein Zusammenhang der Exazerbationsfrequenz ExFreq mit der globalen Emphysemausprägung in Form des Emphysemindex LAV2 (p=0,014) sowie mit der Emphysemheterogenität gemessen anhand der Spitze des Dichtewerthistogramms het_PK (p=0,002) gezeigt werden. Ein solcher Zusammenhang wurde bisher nur in vereinzelten Arbeiten für den Emphysemindex untersucht, wobei er nicht durchgängig bestätigt werden konnte. Arbeiten, die einen Einfluss der Emphysemheterogenität auf die Exazerbationsfrequenz untersuchten, waren in der Literaturrecherche gar nicht auffindbar, so dass dieses Untersuchungsergebnis zunächst einer Bestätigung in weiteren Tests bedarf. In den Korrelationstests konnte eine signifikante inverse Korrelation des im CT ermittelten Emphysemindex LAV2 mit der Einsekundenkapazität LF_FEV1 gefunden werden, ein Ergebnis das durch viele weitere Studien in ähnlicher Deutlichkeit gestützt wird. Die Emphysemheterogenität korrelierte für einzelne Marker negativ mit der Einsekundenkapazität und positiv mit dem Atemwegswiderstand; andere Heterogenitätsmarker zeigten keine solche Korrelation, so dass ein eindeutiger Zusammenhang in dieser Arbeit nicht gesichert werden konnte. Deutlich zeigte sich eine inverse Korrelation der Emphysemheterogenität mit der Sechsminutengehstrecke. Studien, welche die Heterogenität des Lungenemphysems bei COPD und deren Auswirkungen untersuchen, waren im Vergleich zu Untersuchungen zur globalen Emphysemausprägung nur sehr selten und mit vergleichsweise kleinen Fallzahlen zu finden, bestätigen insgesamt aber den in dieser Arbeit gefundenen Trend. Eine signifikante Korrelation der im CT ermittelten Bronchuswanddicke mit Messwerten der konventionellen Funktionstests wurde nicht gefunden, was durchaus in Kontrast zu Ergebnissen mehrerer anderer Studien steht. Allerdings erscheint die Messung der Bronchuswanddicke im CT als ungleich schwieriger, fehleranfälliger und (zumindest mit der verwandten Software) deutlich weniger ausgereift im Vergleich zur Erfassung des Lungenemphysems. Die in dieser Arbeit verwandte Prototyp-Software zur Emphysemquantifizierung konnte zeigen, dass sie verlässliche, plausible und reproduzierbare Ergebnisse liefern kann, auf deren Basis ein besseres Verständnis der Veränderungen bei einer COPD und deren Auswirkungen auf den Krankheitsverlauf zu erwarten ist.

Summary:
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) can be seen as a complex desease which is far from being fully understood despite its high socio-economic relevance. One important aspect in the course of the disease are acute exacerbations, which contribute substantially to morbidity and mortality of COPD, but exacerbations are just like COPD itself heterogenous in terms of cause, occurence, frequency and influence on the individual course of the disease. Apart from well established function tests, computed tomography CT can deliver information on the dominant characteristic of an individual with COPD and additionally provides valuable knowledge about distribution pattern and heterogeneity of changes. The main goal of this work was to find possible parameters in CT data that serve as an independent predictor for exacerbation frequency in COPD. Besides that, measurement parameters in CT should be tested for possible correlation with measurements of well established pulmonary function tests. Between 2010 and 2011, 43 patients diagnosed with COPD were included retrospectively, who had had a multislice CT exam as well as at least one functional test (body plethymography, 6 minute walk test, blood gas analysis) within the same stay in hospital. For every patient, documented exacerbations between 2006 and 2014 were recorded. From CT data sets, global and lobe-based density values of the lung were acquired using the prototype software Mevis Pulmo 3D (including among others: low attenuation volume LAV2, mean lung density MLD and the peak value of the lung density histogram Pk). From lobe based measurements the difference betweeen maximum and minimum values were taken as measure of emphysema heterogeneity. As surrogate of bronchi obstruction, the bronchial wall thickness in CT was measured semiautomatically using the software AirwayInspector. From those measurements the pi10-value, the wall thickness of an ideal bronchus with an internal perimeter of 10mm, was computed for every patient. As most important measurement parameters in body plethysmography, the absolute and normalized 1 second forced exspirational volume LF_FEV1 respectively LF_FEV1%Soll and airway resistance LF_Rspez resp. LF_Respez%Soll were chosen. Main parameter in 6 minute walk test was the distance covered 6MWT_Strecke. In respect to the main goal of this work, using stepwise regression exacerbation frequency ExFreq was found to correlate to the global low attenuation volume LAV2 (p=0,014) as well as the emphysema heterogeneity based on measuring the peak of the density histogram het_Pk (p=0,002). To my knowledge, so far only few studies have tested a correlation between exacerbation frequency and emphysema index, not all of them confirming the findings of this work. Comparable studies which examined an influence of emphysema heterogeneity on exacerbation frequency could not be found in literature search at all. Therefore these results deserve to be confirmed in further tests. A significant inverse correlation was found between emphysema index LAV2 in CT and forced expiratory volume in 1 second LF_FEV1, a finding confirmed in multiple other studies. Some markers of Emphysema heterogeneity showed an inverse correlation with forced expiratory volume in 1 second LF_FEV1 and a positive correlation with airway resistance LF_Rspez, but other markers failed showing the same, therefore such correlation could not be show for sure in this work. Clearly shown was an inverse correlation between emphysema heterogeneity and the 6 minute walk distance 6MWT_Strecke. Studies examining emphysema heterogeneity and its effects were rare findings compared to studies concerning global emphysema, most of them dealing with a very limited number of patients too, but in general they could confirm the findings of this work. A significant correlation of bronchi wall thickness in CT and results of conventional pulmonary function tests could not be found, which is contrary to the results of several other studies. But compared to measuring emphysema, measurments of bronchi wall thickness seem to be a lot more difficult, error-prone and less reliable at least concerning the software used in this study. The prototype software used for emphysema quantification in this study proved to deliver reliable, plausible and reproducable results. Based on such results, a better understandig of changes in COPD and their contribution to the course of the disease is to be expected.

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