Kontrastverstärkung zur Quantifizierung des fetoplazentaren Gefäßbaumes in der 3D Mikro-Computertomographie: Barium versus Blei

Abstract

Im letzten Jahrzehnt hat sich die Technologie der Mikro-Computertomographie als neue Methode und potentielle Alternative zur Histologie in der ex-vivo Forschung etabliert. Durch technischen Fortschritt sind mikro-CT-Systeme in der Lage, hoch auflösende dreidimensionale Bilder von kleinen Proben zu generieren. Vor allem seit der Implementierung neuerer Kontrastmittel hat sich die mikro-CT zu einer wertvollen und kosteneffektiven Bereicherung in der Gefäßdarstellung entwickelt. Wir demonstrieren in unserer Studie am Beispiel des fetoplazentaren Gefäßbaumes, dass sich nach Perfusion mit Mikrofil die Gefäßarchitektur sowohl in der mikro-CT als auch in der Histologie wesentlich genauer darstellen lässt als nach Injektion von Bariumsulfat. Zehn normale termingerechte durch Sectiones gewonnene Plazenten wurden mit Kontrastmittel perfundiert. Fünf wurden nach Erhalt mit Mikrofil, einem Silikon und Blei enthaltenen Kontrastmittel, perfundiert, die anderen fünf mit einem Gemisch aus Bariumsulfat, Thymol und Gelatine. Proben aus acht unterschiedlichen Regionen jeder Plazenta wurden im Anschluss im mikro-CT gescannt und mit Hilfe von Rekonstruktionsalgorithmen zu dreidimensionalen Bildern verarbeitet, die eine stereoskopische Visualisierung und kontinuierliche quantitative Analyse der Gefäßstrukturen ermöglichen. Die Proben der zwei unterschiedlichen Kontrastmittelgruppen wurden hinsichtlich ihres relativen Gefäßanteiles am Gesamtvolumen (VVF in %) verglichen. Quantitative Berechnungen ergaben einen durchschnittlichen Gefäßanteil von 15,94 ± 0,39 % für die Bariumsulfatproben und von 30,35 ± 8,48 % für die mit Mikrofil perfundierten Plazentaproben. Im Anschluss an die Auswertungen im mikro-CT wurden von den unterschiedlich perfundierten Plazentaproben randomisiert jeweils 30 histologische Schnitte angefertigt, um mikroskopisch den Füllungsgrad der Gefäße zu beurteilen. Hierbei zeigte sich ebenfalls eine signifikant stärkere Gefäßperfusion für Mikrofil (90,5 ± 3,37 %) als für Bariumsulfat (26,8 ± 9,7 %. Für das Verständnis der Mikroarchitektur des Gefäßbaumes ist es von entscheidender Bedeutung, eine möglichst genaue Darstellung kleinster Strukturen zu erlangen, um auch pathologische Veränderungen, wie sie z.B. bei Diabetes mellitus und Wachstumsretardierungen auftreten können, zu erkennen. Wie wir in unserer Studie demonstrieren konnten, ergibt die Gefäßperfusion mit Mikrofil eine homogene und lückenlose Füllung der Gefäße, so dass Gefäßkontinuität und Gefäßstruktur mikrocomputertomographisch dargestellt werden können. Die Vorteile gegenüber anderen herkömmlichen Kontrastmitteln wie dem Bariumsulfat liegen in der genaueren Untersuchung der Mikrozirkulation und dem dadurch vereinfachten Vergleich zwischen normalen und pathologischen Strukturen. So können zu den schon existierenden Ergebnissen vaskulärer Parameter weitere diagnostisch wertvolle Informationen über Physiologie und Pathophysiologie selbst kleinster vaskulärer Veränderungen geliefert werden. In the past decade, micro-CT has become a new method and potential alternative to histological investigations in ex-vivo analysis. Due to technical advances in computer speed and memory, micro-CT systems are enabled to generate high-resolution three-dimensional images of small specimen. Especially since the implementation of new contrast agents, micro-CT has developed into a precious and cost-effective adjunct for vascular imaging. In the present study we demonstrate a much better imaging of the fetoplacental villous tree in micro-CT and conventional histology after infusion of Microfil than after perfusion of barium-sulfate. Term placentae (n=10) were perfused with contrast-agent shortly after Caesarean-section-delivery. Five were filled with Microfil, a silicone and lead chromate containing contrast agent, the other five with a contrast agent consisting of barium-sulfate, gelatine and thymol. Samples of eight different regions of each placenta were subsequently scanned in the micro-CT. Using tomographic reconstruction algorithms, three-dimensional images were obtained by micro-CT allowing total stereoscopic visualization and continuous quantitative analysis of the vascular structure of the investigated samples. The samples of the two different contrast agent groups were compared regarding their vascular volume fraction (VVF, %). Quantitative assessment showed an average vascular volume fraction of 15,94 ± 0,39 % for the barium-sulfate samples and of 30,35 ± 8,48 % for the samples perfused with Microfil. After micro-CT analysing, 30 histological sections of the two different perfused placentae groups were made to consider microscopically the filling degree of the vasculature. A significant higher perfusion for Microfil (90,5 ± 3,35%) than for barium-sulfate (26,8 ± 9,7 %) was shown as well. For the understanding of the microvasculature of the fetoplacental villous tree it is of high importance to achieve a very detailed imaging of the fine-structure to assess pathological changes as they are seen for example in diabetes mellitus or intrauterine growth restriction (IUGR) pregnancies. As shown in our study, the perfusion with Microfil dye results in a quantitative and qualitative better filling of the vessels with only minimal shrinkage, so that continuity and structure of the vessels could be precisely demonstrated by micro-CT. The advantages compared to other accepted contrast agents like barium-sulfate result in the more exacting analysis of the microvasculature und the easier comparison of physiological and pathological structures. Thereby, in addition to the existing results of vasculature parameter, more detailed information about the physiology and pathophysiology of even finest vasculature changes can be gained.