Development and evaluation of new imaging methods in diagnostic of neoplastic and inflamatory bowel disease

GesamtdissertationDie in der Arbeit vorgestellten schnittbildbasierten Untersuchungen führen zu einer Erweiterung des diagnostischen Spektrums bei Erkrankungen des Darmes. Die Techniken finden ihren jeweiligen Platz entweder als komplementäre Verfahren oder sie sind in der Lage, bisheriger Untersuchungsmethoden zu ersetzen. Künftige Studien werden ihren Stellenwert bestimmen. Im folgenden werden die Ergebnisse dieser Arbeit im Kontext der Bedeutung der einzelnen vorgestellten Verfahren innerhalb der klinischen und der radiologischen Diagnostik zusammengefasst: CT-Kolonographie: Als wesentliches Ergebnis unserer Studien über die CT-Kolonographie ist festzuhalten, dass erstmals gezeigt werden konnte, dass mit Hilfe der Mehrzeilenspiralcomputertomographie, in unseren Arbeiten mit der 16- bzw. 64-Zeilenspiralcomputertomographie auch sehr kleine kolorektale Raumforderungen mit minimalen Durchmessern von wenigen Millimetern mit einer relativ hohen Sensitivität detektiert werden können und das deren Detektion entscheidend vom gewählten zwei- oder dreidimensionalen Rekonstruktionsmodus abhängt. Bezüglich der Sensitivität und Spezifität konnten mit dem Kolon-Dissektion-Modus verglichen mit den anderen Rekonstruktionsverfahren die besten Ergebnisse gefunden werden. Dieses Rekonstruktionsverfahren zeigt eine virtuelle Darstellung des Kolon in Längsstreifen in einem aus einer orthogonalen Kameraposition einsehbaren Blickausschnitt von 45°. Abgesehen von der optimalen Einsehbarkeit der Kolonschleimhaut und daraus resultierenden höheren Sensitivität zur Detektion von kleineren Raumforderungen ermöglicht dieses Rekonstruktionsverfahren die Diagnostik in einem deutlich kürzeren Zeitraum. Der Kolon-Dissektion-Modus trägt laut unseren Studien insofern zu einer deutlichen Optimierung der CT- Kolonographie bei. Obwohl dieses Verfahren viele Vorzüge besitzt, gestaltet sich die Auswertung mit der herkömmlichen Technik im endoluminalen Blick als relativ zeitaufwendig 117 und zum Teil fehlerbehaftet, da die gleichen Beschränkungen der Sicht bestehen wie bei der konventionellen Koloskopie. Raumforderungen, die unmittelbar hinter Falten oder in Faltentälern lokalisiert sind können der Diagnostik entgehen. Diese Limitationen waren aus eigener Erfahrung die Gründe dafür, das die CT-Kolonographie im Routinebetrieb nicht unerhebliche diagnostische und zeitliche Probleme generierte. Der Kolon- Dissektion-Modus ermöglicht aufgrund der orthogonalen Position der virtuellen Kamera diese Limitationen zu umgehen. Aufgrund der besseren Übersicht kann pro Zeiteinheit ein größerer Abschnitt der Darmschleimhaut unbehindert visualisiert werden, das zeitaufwendige endoluminale Vorschieben der virtuellen Kamera entfällt. Der resultierende Gewinn an diagnostischer Sicherheit und der Möglichkeit einer beschleunigten Auswertung führt zu einer deutlichen Optimierung des gesamten Verfahrens, so dass die grundsätzlichen Vorteile der CT-Kolonographie gegenüber der konventionellen Koloskopie noch offensichtlicher werden. Diese sind die fehlende Invasivität, die eine Sedierung zu vermeiden erlaubt, die Untersucherunabhängigkeit und Reproduzierbarkeit, die Möglichkeit der Einsicht in mit der konventonellen Koloskopie nicht passierbare Stenosen und über diese hinaus zur Detektion eventueller synchroner Neoplasmen, die präzise topographische Lokalisation eines eventuellen pathologischen Befundes, die Bestimmung der extraluminalen Tumorinfiltrationstiefe und die Möglichkeit zur Durchführung einer kombinierten Staginguntersuchung in einer Sitzung. Die CT-Kolonographie macht den herkömmlichen Kolon- Doppelkontrasteinlauf in der Diagnostik von Polypen und Tumoren überflüssig, da die CT-Kolonographie ihr an Sensitivität und Spezifität überlegen ist, in der Regel eine geringere Strahlenexposition für Patient und Untersucher bedeutet, schneller durchzuführen ist und auf Bariumsulfat insbesondere im Rahmen präoperativer Untersuchungen verzichtet werden kann. Die CT-Kolographie ist die Methode der Wahl bei technisch nicht oder nur unvollständig durchführbarer sowie abgelehnter konventioneller Koloskopie. Die CT-Kolonographie kann im erstgenannten Fall unmittelbar im Anschluss an eine konventionelle Koloskopie durchgeführt werden. Primär eingesetzt werden sollte die CT-Kolonographie bei Patienten unter 118 antikoagulativer Therapie und bei starken Herzrhythmusstörungen. Bei Patienten mit hohem kolorektalen Karzinomrisiko kann neben der kolorektalen Tumordiagnostik in gleicher Sitzung eine Staging- Untersuchung des Thorax und des Abdomens durchgeführt werden. Patienten mit kolorektalen Polyposis- Syndromen und erblich bedingt erhöhtem Darmkrebsrisiko sollten weiterhin engmaschig einer konventionellen Koloskopie mit gleichzeitiger therapeutischer Option zugeführt werden. Der potenzielle Einsatz der virtuellen Koloskopie im Rahmen von Früherkennungsmaßnahmen bedarf einer weiteren Überprüfung in Multicenter-Studien. Insbesondere aufgrund der vorteiligen Patientenakzeptanz könnte die CT-Kolonographie sich als attraktive Alternative zu den bestehenden Vorsorgeuntersuchungen etablieren. Zweifellos ist die konventionelle Koloskopie nach wie vor insbesondere wegen der therapeutischen Option als das primär zu empfehlende Verfahren anzusehen. Dennoch wird diese Vorsorgeuntersuchung nur von etwa 5 % der Bevölkerung genutzt. Insofern entgehen 95 % der Zielgruppe einem Screening. Sofern die CT-Kolonographie in der Lage wäre den Anteil der Screeningpopulation zu erhöhen, wäre diese diagnostische Option, die eine der konventionellen Koloskopie vergleichbare Sensitivität besitzt, als Verfahren sehr zu begrüßen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist somit festzustellen, dass es derzeit neben der konventionellen Koloskopie alternativ das Schnittbildverfahren CT-Kolonographie (ggf. MRKolonoskopie, s.u.) angeboten wird. Arzt und Patient sollten sich nach einer ausführlichen Beratung unter Berücksichtigung der medizinischen Fragestellung, eventueller Vor- bzw. Begleiterkrankungen und der individuellen Bedürfnisse des Patienten für das jeweilige Verfahren entscheiden. MR-Kolographie: Die MR- Kolonographie ist eine einfach durchführbare kernspintomographische Untersuchung des Kolons, bei der zur Distension des Kolonrahmens körperwarmes Leitungswasser über eine rektale Sonde appliziert wird. Diese Untersuchungsmethode nimmt aufgrund ihres hervorragenden Weichteilkontrastes bei der schnittbildgebenden Diagnostik 119 von Darmerkrankungen einen zunehmenden Stellenwert ein. Tumoröse und entzündliche Darmwandveränderungen aber auch extraluminale Manifestationen und Komplikationen einer Erkrankung sind zuverlässig detektierbar. Das Verfahren hat bezüglicher der Detektion von kolorektalen Polypen gegenüber der CT-Kolonographie eine geringere Sensitivität insbesondere bei Polypen mit einer Größe unter 6 mm. Das schlechte Abschneiden der MR-Kolonographie beim Nachweis kleinerer Polypen erscheint in Anbetracht der Entartungsbiologie weniger problematisch. So besteht ein relevantes Entartungsrisiko von über 1 % lediglich für kolorektale Polypen mit einer Größe über 10 mm. Solange diese Läsionen sicher erfasst werden, erscheint der Einsatz der MR-Kolonographie für die Früherkennung kolorektaler Raumforderungen möglich. Die Diagnostik von entzündlichen Darmerkrankungen bei der hell-lumigen MR-Kolonographie beruht auf der Darstellung von Darmwandverdickungen, die von kolorektalen Raumforderungen auf der Visualisierung von Füllungsdefekten. Obschon sich diese Technik in den letzten Jahren als effektiv erwiesen hat, sind einige Limitationen offensichtlich. So ist eine Unterscheidung zwischen Polypen, residuellem Stuhl und Luftblasen selbst bei Auswertung von Datensätzen in unterschiedlicher Patientenposition nicht immer möglich. Die Aussagekraft der dunkel-lumigen MR- Kolonographie bezüglich der Detektion von kolorektalen Raumforderungen ist bislang erst in wenigen Studien bewertet worden. Die Ergebnisse scheinen günstiger zu sein als die der hell lumigen Kolonographie und weisen auf eine hohe diagnostische Genauigkeit dieses Verfahrens hin. Die Domäne der MR- Kolonographie ist die schnittbildgebende Diagnostik von chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Aufgrund des hohen Weichteilkontrastes lassen sich die typischen Zeichen der Darmwandentzündung verlässlich darstellen. Zudem sind extraluminale Komplikationen wie Fisteln, Konglomerattumoren und Abzesse nachweisbar. Die Applikation von paramagnetischem Kontrastmittel unterstützt die Detektion des entzündetem Gewebe und ermöglicht darüber hinaus als objektiver Parameter das Ausmaß der Entzündung festzustellen. 120 Während also der Wert der MR-Kolonographie im Rahmen der Diagnostik und Verlaufskontrolle chronisch entzündlichen Darmerkrankungen eine zunehmende Bedeutung gewinnt, ist für deren Einsatz in der Diagnostik kolorektaler Raumforderungen eine ähnliche Bewertung wie bezüglich der CT-Kolonographie anzuführen. Der potenzielle Einsatz der MR-Kolonographie im Rahmen von Früherkennungsmaßnahmen sollte in Multicenter-Studien überprüft werden. Ähnlich wie die CT-Kolonographie könnte die MR-Kolonographie als alternatives Verfahren mit vermutlich größerer Akzeptanz im Vergleich zur konventionellen Koloskopie etablieren. Die MR-Kolonographie wird aufgrund der fehlenden Strahlenexposition im Vergleich zur CTKolonographie vermutlich an Bedeutung gewinnen, denn der Einsatz ionisierender Strahlen zum Screening potentiell gesunder Menschen ist grundsäzlich schwer zu rechtfertigen. Zweifellos ist die konventionelle Koloskopie nach wie vor insbesondere wegen der therapeutischen Option als das primär zu empfehlende Verfahren anzusehen. Sofern auch die MR- Kolonographie in der Lage wäre den Anteil der Screeningpopulation zu erhöhen, wäre diese diagnostische Option in die Reihe der etablierten Verfahren mit einzubeziehen. Auch diesbezüglich sollte eine ausführliche Beratung vor der Entscheidung zu einem der Verfahren vorangestellt werden. Wir bevorzugen derzeit die CT-Kolonographie zur Detektion von kolorektalen Raumforderungen und die MR-Kolonographie zur Beurteilung und Verlaufskontrolle von entzündlichen Darmerkrankungen. MR-Sellink: Der MR-Sellink ist ein Untersuchungsverfahren, welches seinen Stellenwert vorrangig in der Diagnostik und Verlaufskontrolle chronisch entzündlicher Darmerkrankungen hat. Es wurde von uns modifiziert und mit einer dynamischen Komponente unter kontinuierlicher Applikation von Flüssigkeit während der Datenakquisition erweitert, die zu einer optimalen und kontrollierten Distension des Dünndarmes führt. Diese Distensionsqualität ist ohne die dynamische Komponente in der 121 Untersuchung nicht zu gewährleisten. Aus diesem Grunde profitiert die diagnostische Qualität des MR-Sellink durch die dynamische Komponente und unsere Studien zeigen, dass der Nachweis und die Differenzierung von narbig fixierten und funktionellen Stenosen möglich ist. Die Anatomie des Dünndarmes lässt sich in einer der konventionellen Röntgendiagnostik vergleichbaren Qualität darstellen. Darüber hinaus werden Veränderungen der Darmwand und extraluminale Komplikationen wie Abszess- oder Fistelbildungen erkannt. Die Sensitivität der Untersuchung in Bezug auf obstruktive Dünndarmläsionen übertrifft nicht nur die der anderen MRModalitäten, sondern aufgrund der überlagerungsfreien Darstellung auch das konventionelle Enteroklysma. Dies gilt auch für diskrete Läsionen. Aufgrund der dynamischen Beurteilbarkeit der Methode lassen sich funktionelle Aspekte stenosierender Dünndarmprozesse in ähnlicher Weise wie im konventionellen Enteroklysma erfassen. Durch die hohe Detailauflösung sind bereits diskrete entzündliche Veränderungen erkennbar. Die Methode erscheint daher geeignet, das konventionelle Enteroklysma zu ersetzen. Dies gilt insbesondere dann, wenn wiederholte strahlenbelastende Untersuchungen bei jungen Patienten vermieden werden können. Ein von uns vorgestelltes und erstmals beschriebenes Verfahren ist die Kombination von MR- Sellink und MR-Kolonographie mit einer kontinuierlichen über die nasojejunale Sonde erfolgenden Flüssigkeitszufuhr. Dieses Verfahren bietet in einer einzelnen Untersuchung, die Evaluation sowohl des Dünn- als auch des Dickdarmes an. Die kontinuierliche Flüssigkeitszufuhr erlaubt die Differenzierung funktioneller von fixierten narbigen Stenosen sowohl im Dünn- als auch im Dickdarm. Da der Morbus Crohn sämtliche Abschnitte des Gastrointestinaltraktes betreffen kann, kann mit dieser Methode ein relativ großer Abschnitt des Verdauungstraktes eingesehen werden und einer sensitiven Diagnostik zugeführt werden. Endoskopische Verfahren erlauben die Einsicht in das Duodenum im Rahmen der Oesophago-Gastro-Duodenoskopie und in das terminale Ileum im Rahmen der Ileo-Koloskopie. Gegebenenfalls ist die Push-Endoskopie in 122 der Lage weitere Dünndarmbereiche einzusehen. Grundsätzlich bleibt diesen Verfahren ein Teil der Dünndarms visuell verborgen und entsprechend verbleibt eine diagnostische Lücke. Der MR-Sellink ist in der Lage, diese Lücke ähnlich wie die konventionelle Untersuchung des Dünndarms nach Sellink zu füllen. Die Kapselendoskopie, das heißt die Untersuchung des Dünndarmes mit einer verschluckbaren kleinen Kamera ist ein modernes Verfahren zur endoluminalen Bildgebung des Dünndames. Die Kamera akquiriert zwei Bilder pro Sekunde und ist so in der Lage innerhalb von zwei bis vier Stunden ca. fünf Meter Darm zu untersuchen. Dieses Verfahren ist erstmals in der Lage, das Dünndarmlumen real in einer Videoaufzeichnung darzustellen. Die Untersuchung ist jedoch vom Ausmaß der Darmperistaltik abhängig, so dass bei langsamer Peristaltik und entsprechend langsamer Wanderung der Kapsel eine relativ gute Abbildung des Lumens erfolgt, eine starke Peristaltik jedoch zu einer schnellen Wanderung der Kamera mit konsekutiv suboptimaler und unvollständiger Abbildung führt. Die Lokalisation der Kamera, bzw. die Zuordnung eines akquirierten Bildes zu einem Darmabschnitt erfolgt durch eine Positionsbestimmung der Kamera mithilfe zweier Antennen in zwei Dimensionen, so dass durchaus eine ungefähre Angabe der anatomischen Region angegeben werden kann, in der sich die Kamera während der Aufnahme befand. Natürlich ist eine derart präzise anatomische Zuordnung und übersichtliche Darstellung des Dunndarms wie im MR-Sellink nicht möglich. Das grundsätzliche Problem der Kamera ist, das diese nur angewendet werden kann, wenn vorher eine relevante Stenose des Dünndarmes ausgeschlossen wurde, was wiederum entweder eine konventionelle Dünndarmdarstellung nach Sellink oder die Durchführung eine MR-Sellink voraussetzt. Bestimmung der Entzündungsaktivität von entzündlichen Darmerkrankungen mit der MRT: 123 Wir stellen eine Methode zur quantitativen Erfassung der Entzündungsaktivität von des Morbus Crohn vor. Mithilfe der MRT kann abgesehen von morphologischen Aussagen des entzündlich veränderten Darmabschnittes mithilfe einer Quantifizierung der Kontrastmittelaufnahme im wandverdickten Darmabschnitt eine objektive Aussage zur Entzündungsaktivität getroffen werden. Mehrere bereits veröffentlichte Studien zeigen eine positive Korrelation zwischen maximaler prozentualer KM-Aufnahme der Darmwand und dem auf klinischen und Laborparametern basierendem Crohn-Index CDAI. Wir konnten eine signifikante Korrelation zwischen der prozentualen Steigerung der Kontrastmittelaufnahme und dem koloskopisch bestimmten Entzündungsausmaß nachweisen. Im Gegensatz zu bislang veröffentlichten Studien verwendeten wir zur quantitativen Messung der Kontrastmittelaufnahme der Darmwand nicht den Quotient der Messergebnisse der entzündlichen und normalen Darmwand derselben Datenakquisition nach intravenöser Kontrastmittelgabe, sondern die Messwerte identischer Lokalisationen der Darmwand in den Akquisitionen vor und nach der intravenösen Kontrastmittelgabe. Da laut unseren Erfahrungen die Vaskularisation des Darmes auch innerhalb derselben Untersuchungssequenz regional unterschiedlich sein kann, erwarten wir von unserer Methode bei Messung an identischen Positionen vor und nach der Kontrastmittelapplikatin genauere Ergebnisse. Dieses Verfahren kann in Verein mit den oben beschriebenen morphologischen diagnostischen Kriterien eine zusätzliche Information insbesondere bezüglich der Floridität eines entzündlichen Darmprozesses erbringen. Abgesehen von morphologischen Kriterien, die für einen funktionelle oder fixierte entzündlich bedingte Stenose sprechen, kann mit Hilfe der objektiven Bestimmung des Entzündungslausmaß als weiteres Kriterium gegebenenfalls die therapeutische Entscheidung entweder in Richtung eines konservativen oder chirurgischen Vorgehens beeinflusst werden. Bislang konnte die entzündliche Aktivität eines Darmsegmentes entweder anhand des endoskopisch erfassten visuellen Darmschleimhautbefund eingeschätzt werden oder mit Hilfe der endoskopischen 124 Hislologiegewinnung. Das kernspintomographische Verfahren stände somit als nicht invasives Diagnoseverfahren zur objektiven Bestimmung der Entzündungsaktivität den endoskopischen Verfahren komplementär und zukünftig gegebenenfalls auch alternativ gegenüber. MR-Sellkink mit dynamischer Visualisierung: Der MRT-Sellink ist in der Lage, neben extraluminalen Prozessen auch Faltenrelief und Stenosen ähnlich gut wie die konventionelle Durchleuchtungsuntersuchung nach Sellink darzustellen. Aufgrund der oben beschriebenen dynamischen Beurteilbarkeit bei kontinuierlicher Flüssigkeitszufuhr, der Kombinationsuntersuchung von MR-Sellink und MRT des Kolon und der objektiv quantifizierbaren Kontrastmittelkinetik der Darmwand zur Bestimmung der entzündlichen Aktivität hat diese Methode gegenüber dem konventionellen Enteroklysma nach Sellink Vorteile. Neben dem wichtigen Untersuchungskriterium der Palpation fehlt der MRT die zeitgerechte Visualisierung der Darmperistaltik. Wir stellen als Erweiterung der diagnostischen Möglichkeiten erstmals eine Untersuchungsmethode vor, mit der die Darmperistaltik über einen Zeitraum von fast dreieinhalb Minuten visualisiert werden kann. In dieser Zeit wird in einer schnellen T1- gewichteten Gradienten-Echo-Seqenz bei der in drei benachbarten zueinander parallelen Schichten von je 8 mm Dicke und einem Abstand von je 2 cm in koronarer Raumrichtung pro Schicht 150 Bilder, also für die drei Schichten insgesamt 450 Bilder akquiriert werden. Mit dieser Sequenz können wir die Darmperistaltik anschaulich in einer Kinoschleife darstellen. Diese zusätzliche funktionelle Information komplettiert das Spektrum des MR-Sellink bzw. auch der Kombinationsuntersuchung von dynamischem MR-Sellink und MR- Kolonographie. Bis auf die Möglichkeit der Palpation sind somit sämtliche Modalitäten, die mit der konventionellen Dünndarm-Kontrastdarstellung nach Sellink durchführbar sind, vorhanden. Diese zusätzlichen Optionen wie die Objektivierung des Entzündungsausmaßes anhand von quantitativ erfassten Messwerten und die Visualisierung der Peristaltik sind im Verein mit der sehr guten anatomischen Darstellung und des hohen Weichteilkontrastes in der Lage 125 ein wichtiges diagnostische Werkzeug in der Dünndarmdiagnostik zu werden, welches über die Möglichkeiten der endoskopischen Verfahren hinaus geht und gleichzeitig die konventionelle Dünndarmuntersuchung nach Sellink bezüglich der diagnostischen Qualitäten übertrifft, und zudem ohne den Einsatz ionisierender Strahlen auskommt. Als diagnostischen Algorhytmus bei entzündlichen Darmerkrankungen schlagen wir vor, dass nach den klinischen und laborchemischen Untersuchungen und nach der konventionellen Endoskopie des oberen und unteren Gastrointestinaltraktes mit Histologiegewinnung die Durchführung eines MR-Sellink bzw. einer Kombination eines MR-Sellink mit einer MRKolonoskopie als komplementäres Verfahren angeschlossen werden sollte, um eventuelle weitere entzündliche Manifestationen des Dünndarms und möglicherweise vorhandene extraintestinale Manifestationen detektieren zu können. Eventuelle Stenosen des Dünndarmes können damit ausgeschlossen werden, um über den zusätzlichen Einsatz der Kapselendoskopie zu entscheiden. Über den ausschließlichen Einsatz des MR-Sellink bzw. dessen Kombination mit der MR- Kolonoskopie im Rahmen von Therapiekontrollen unter Verzicht einer endoskopischen Untersuchung sollte von Seiten des Gastroenterologen entschieden werden. Die Erweiterung des diagnostischen Spektrums bei Erkrankungen des Darmes mit Hilfe der genannten Schnittbildverfahren wird die Diagnostik des Abdomens und insbesondere des Darmes optimieren und eine zunehmende Bedeutung für therapeutische Entscheidungen gewinnen. Diese Techniken werden entweder als komplementäre Verfahren eingesetzt und zukünftig sogar bisherige Untersuchungsmethoden ersetzen. Weitere Studien werden ihren Stellenwert bestimmen. 126 Danksagung: Herrn Univ.-Professor Dr. med. Dr. med. h.c. Roland Felix danke ich für die Aufnahme an die Universität, die wissenschaftliche Förderung und die Gelegenheit, mit außerordentlichen klinischen und apparativen Möglichkeiten arbeiten zu können. Für die Unterstützung bei den Patientenuntersuchungen bedanke ich mich bei den medizinisch technischen Assistenten, vor allem Herrn Hussein Zolfagharie, Frau Ding-Reinelt, Herrn Helmig und Herrn Khaled Hazim. Den Mitarbeitern der Klinik für Strahlenheilkunde danke ich für die kollegiale Zusammenarbeit.The sectional image-based examination technique described in this paper shall lead to an expansion of the spectrum of diagnoses for gastrointestinal diseases. The techniques will either become complementary procedures or will even be able to replace other older procedures. Future studies shall be able to determine their true value. In the following the results of this work shall be summarized referring in particular to the role of the individually described procedures in clinical and radiol