Vergleichende Darstellung und Quantifizierung humanen Lungengewebes mit idiopathischer pulmonaler Fibrose und zentrilobulärem Emphysem mittels Micro-Computertomographie

Abstract

HINTERGRUND: Ziel der Arbeit ist es nachzuweisen, dass die Micro-CT als bildgebendes Verfahren für die Analyse humaner Lungenarchitektur bei verschiedenen patophysiologischen Veränderungen der Lungenfeinstruktur geeignet ist.MATERIAL UND METHODEN: 27 humane Lungenproben, welche von einer Autopsie stammen oder von Patienten mit schwerer Lungenfibrose bzw. zentrilobulärem Emphysem chirurgisch entfernt wurden, wurden im Microtomographen (Micro-CT) gescannt und mit 28 Kontrollproben verglichen. Die fibrotischen Proben wurden zusätzlich mit Osmiumtetroxid, Bouninscher Lösung und dem intervaskulärem Kontrastmittel Microfil kontrastverstärkt. Die emphysematösen Proben wurden volumenkontrolliert durch ein Formalinverdampfungsver-fahren fixiert. Anschließend wurden die Parameter Soft Tissue Faction (Parenchym), Total Air Space Fraction (Lufträume) und Vascular Volume Fraction (Gefäßvolumern) quantifiziert. Die Ergebnisse wurden durch Histologie bestätigt. Die Analyse der Messergebnisse erfolgte mit Varianzanalysetests (ANOVA).ERGEBNISSE: Die quantitative Micro-CT Analyse zeigte eine signifikante Vermehrung des Soft Tissue Volumes der fibrotischen Lungen (87 ± 10 % vs. 17 ± 9 %, p < 0.001) sowie eine signifikante Reduzierung des Total Air Spaces im Vergleich zu den Kontrollproben (13 ± 8% vs. 83 ± 23%, p < 0.001). Gleichzeitig ließ sich bei Fibrose ein signifikant reduziertes Gefäß-volumen (Vascular Volume Fraction) gegenüber nichtfibrotischen Lungen (4 ± 2% vs. 14 ± 8%, p < 0.03) nachweisen. Im Gegensatz dazu demonstrierten die Proben mit schwerem Lun-genemphysem eine signifikante Erhöhung des Total Air Spaces und ein signifikant erniedrig-tes Soft Tissue Volume verglichen mit den Kontrollen (p < 0.001).SCHLUSSFOLGERUNGEN: Unsere Ergebnisse zeigen, dass Micro-CT für quantitative Analysen und Bewertungen der Lungenfeinstruktur und deren Pathologien eine höchst geeigente Methode darstellt. BACKGROUND: To evaluate the feasibility of micro-CT imaging for analysis of the human lung in different pathophysiological alterations of the lung fine-structure.MATERIALS AND METHODS: Using micro-computed tomography (micro-CT), 27 human lung samples derived from autopsy and/or resection from patients with severe lung fibrosis or with severe centrilobular emphysema were scanned and compared to controls (n = 28). Fibrot-ic samples were prepared and scanned contrast enhanced (Osmium or intravascular lead-containing dye). Samples with emphysema were volumecontrolled fixed with hot formalin vapor. Soft tissue fraction, total air space fraction and vascular volume fraction were quanti-fied. Results were complemented by histology. Differences on structural changes of the lung were analyzed by variance statistics (ANOVA).RESULTS: Quantitative micro-CT analysis showed a significant increase in soft tissue volume (fibrosis) of the lungs (87 ± 10 % vs. 17 ± 9 %, respectively; p < 0.001) and a significant reduction in total air space compared to controls (13 ± 8% vs. 83 ± 23%, respectively; p < 0.001). Simultaneously, samples with lung fibrosis showed a significant reduction in vascular volume fraction compared to controls (4 ± 2% vs. 14 ± 8%, respectively; p < 0.03). In con-trast, lung samples with severe emphysema demonstrated a significant increase in total air space and a significant decrease in soft tissue volume compared to controls (p < 0.001).CONCLUSION: Our findings indicate that micro-CT is feasible for structural evaluation of patho-physiological alterations of the human lung fine-structure.