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Flussregulierte Aerosolinhalation der Lunge zur Optimierung der peripheren Aerosoldeposition bei der Inhalationsszintigraphie

Bauer, Ariane


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Inhalationsszintigraphie , Flussregulierte Aerosolinhalation , Lungenembolie
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinisches Zentrum für Radiologie, Klinik für Nuklearmedizin
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 25.08.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 11.10.2010
Kurzfassung auf Deutsch: Die szintigraphische Untersuchung der Lungenbelüftung ist ein seit Jahrzehnten etabliertes
Verfahren zur Untersuchung der Atemwege bei obstruktiven und restriktiven
Lungenerkrankungen und zur Diagnose und Differentialdiagnose einer Lungenembolie (LE)
in Ergänzung zur Perfusionsszintigraphie. Diese Untersuchung wird meist als
Inhalationsszintigraphie mit radioaktiv markierten Aerosolen durchgeführt.
In der Abklärung einer LE wird heute überwiegend das Spiral-CT eingesetzt, das jederzeit in
der Notfall-Diagnostik zur Verfügung steht und eine Embolie großer und mittlerer
Pulmonalarterien mit sehr hoher Treffsicherheit nachweist. Dagegen ist die szintigraphische
LE-Diagnostik sensitiver bei kleinen, subsegmentalen Embolien. Ein weiterer Vorteil der
Szintigraphie ist der Verzicht auf eine Kontrastmittelapplikation, die bei multimorbiden
Patienten mit vorgeschädigten Nieren problematisch sein kann. Ein Nachteil der
Inhalationsszintigraphie liegt darin, dass eine hinreichende Compliance des Patienten
erforderlich ist, weil die Güte der Inhalationsszintigraphie sehr von der Mitarbeit des
Patienten abhängt.
In dieser Arbeit wurde ein neues Inhalationssystem, AKITA, mit flussregulierter
Aerosolzufuhr mit einem Standardsystem, VENTICIS II, verglichen. Ein solcher Vergleich
wurde bisher immer nur qualitativ visuell vorgenommen. Da ein solcher Vergleich stark
untersucher-abhängig ist, haben wir versucht, mit quantifizierenden Auswerteverfahren eine
objektivierbare Beurteilung zu ermöglichen. Wir konnten zeigen, dass mit diesen Verfahren
und den dabei erhaltenen Messgrößen eine sehr gute Übereinstimmung zur visuellen
Bewertung erzielt werden kann. Auf der Grundlage beider Bewertungen, visuell-qualitativ
und parametrisiert-quantitativ, wurden beide Systeme bewertet und miteinander verglichen.
Vergleichskriterien waren die Gesamthöhe der Aktivitätsdeposition und die Homogenität der
Deposition mit möglichst guter Darstellung der Peripherie und möglichst geringer, weil
störender, zentraler Deposition.
Der Vergleich beider Systeme zeigte, dass mit dem AKITA-System keine konstant (guten)
Ergebnisse erhalten wurden. Teilweise waren sie zwar gleich gut oder in der Peripherie sogar
besser als mit VENTICIS II, aber wiederholt fand sich eine außerordentlich starke zentrale
Deposition ohne ausreichende Darstellung der Peripherie, die in diesem Ausmaß mit
VENTICIS II nicht beobachtet wurde. Somit ergab der Einsatz des AKITA-Systems in
unserer Untersuchung keinen Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Vernebler.
Dieses Ergebnis war überraschend, weil das AKITA-System zunehmend in der Applikation
von Medikamenten erfolgreich eingesetzt wird. Hierbei können die Patienten aber ohne
Zeitdruck mit dem Gerät arbeiten und sich an die funktionellen Besonderheiten gewöhnen
und ihre Atmung anpassen. In der Routinediagnostik der LE kann aber ein Patient nicht
beliebig lange mit dem Gerät trainieren. Kann er sich schnell an das Gerät gewöhnen, werden
mindestens gleich gute, meist sogar bessere Ergebnisse erzielt, als mit VENTICIS II, reicht
die Trainingszeit nicht aus, werden die Ergebnisse schlechter und letztlich unbefriedigend.
Wir haben dargelegt, dass geringe Modifikationen der Hardware und der Software-Steuerung
von AKITA diese Probleme vermeiden oder deutlich reduzieren könnten; im Rahmen unserer
Untersuchung war eine solche Modifikation aber aus technischen und statistischen Gründen,
um die Studie nicht zu verfälschen, nicht möglich.
Die von uns vorgeschlagenen Modifikationen erscheinen einfach, so dass das AKITA-System
das Potential bietet, die Treffsicherheit der Inhalationsszintigraphie im Standardeinsatz, in der
LE-Diagnostik, deutlich zu verbessern.
Ein anderer interessanter Aspekt ist die Frage, ob mit der flussregulierten Inhalation neue
Einsatzmöglichkeiten für die Inhalationsszintigraphie gefunden werden können.
In einigen Studien wurde gezeigt, dass die Inhalationsszintigraphie sensitiver für die
Früherkennung obstruktiver Lungenerkrankung ist als die Lungenfunktionsdiagnostik [4, 15,
37]. Da sich daraus aber bisher keine Vorteile für den Patienten ergeben, wird die
Strahlenexposition vermieden und die Lungenfunktionsdiagnostik ist hier der Gold-Standard.
In dem Moment, wo eine frühzeitige Therapie ein besseres Outcome für den Patienten
bringen würde, hätte die Inhalationsszintigraphie einen neuen Stellenwert.
Fraglich ist weiterhin, ob es eine Anwendung für die Untersuchung spezifischer Abschnitte
der Lunge gibt. Lungenfunktionsuntersuchungen liefern meist nur Aussagen über integrale,
globale Werte der Lungenfunktion oder lassen die dominierende Komponente einer
Erkrankung erkennen. Dagegen erlaubt die Inhalationsszintigraphie eine regionale Zuordnung
einer Störung [5, 6, 36]. Das AKITA-System bietet prinzipiell die Möglichkeit, ein Aerosol
gezielt in verschiedenen Abschnitten der Luftwege, mehr zentral oder mehr peripher, zu
deponieren. Möglicherweise kann diese Eigenschaft diagnostisch und therapeutisch sinnvoll
ausgenützt werden.
Somit erlaubt diese Studie folgende Aussagen: Das AKITA-System ist so, wie es angeboten
wird, für die nuklearmedizinische Routine (noch) nicht geeignet. Die fluss-regulierte
Inhalation mit diesem System hat aber das Potential, die Treffsicherheit der
Inhalationsszintigraphie deutlich zu verbessern. Darüber hinaus eröffnet dieses System
neuartige diagnostische Möglichkeiten mit interessanten therapeutischen Optionen.
Kurzfassung auf Englisch: Scintigraphic methods are well established in the examination of the ventilation of the lungs
to investigate obstructive and restrictive diseases of the lungs and to diagnose possible lung
embolism (LE) in combination with perfusion scintigraphy. These investigations are usually
performed as so called “inhalation scintigraphy”, using radioactive aerosols.
Spiral CT is the standard procedure in the diagnosis of possible LE, because it is readily
available, especially in emergencies, and detects embolism of large and medium pulmonary
arteries with very high accuracy. However, scintigraphic LE diagnostics provides better
results in small, subsegmental embolism. Another advantage of scintigraphy is the fact that no
contrast media have to be applicated which could be dangerous in multi morbid patients with
pre-existing reduced renal function. On the other hand, quality of inhalation scintigraphy
depends highly on good compliance of the patient. Therefore, results of scintigraphy can be
degraded in non-compliant patients.
In this study we compared a new inhalation system, AKITA with flow-regulated aerosol
administration, with the standard system VENTICIS II. Up to now, such a comparison was
performed only qualitatively. Because such a comparison is highly investigator-dependant, we
established new quantifying procedures in order to get objective results. We were able to
demonstrate a good agreement of our quantitative data with the qualitatively visual results.
Consequently, the new AKITA and the standard VENTICIS II were compared as well
visually as parameterized quantitatively. The most important criteria were the total amount of
the deposition of activity, the homogeneity of the deposition, especially peripherally, and the
amount of central deposition which should be as low as possible.
That comparison made clear that AKITA rendered no constant good results. In some patients
the results were as good or even better, especially in the periphery, than VENTICIS.
However, very often a high central deposition was found without sufficient peripheral
activity, which was not seen using VENTICIS, at least not in such a high amount. According
to our results, using AKITA was not advantageous in comparison to VENTICIS.
That result was unexpected because AKITA is routinely used in application of drugs.
However, patients using AKITA have time to become acquainted to the device, accept the
functional specialities and can adapt their own breathing to the new system. Applying AKITA
in the routinely diagnostic nuclear medicine procedure, the patient has only limited time to
work with the system and learn and accept its special features. If the patient needs not much
time to handle the system adequately, scintigraphic results will be as good as or even better
than using VENTICIS. But when the time needed is not sufficient, results degrade and
become poor. We demonstrated that only small modifications of hard- and software could
result in certainly increased performance; with respect to our investigation we could not
change (and improve) AKITA both owing to technical and statistical reasons, because
otherwise the results of the study would have been distorted.
The modifications proposed by us can easily be performed. Therefore, AKITA has the
potential to certainly improve accuracy of inhalation scintigraphy in the standard procedure,
the diagnosis of LE.
In addition, the question arises if low-regulated inhalation results in new applications of
inhalation scintigraphy.
Some studies have shown inhalation scintigraphy to be more sensitive in the early detection of
obstructive lung diseases than usual functional diagnostics of the lungs [4, 15, and 37]. Since
up to now, scintigraphy showed no benefit for the patients, functional diagnostics are the gold
standard, especially because it has no radiation burden. But as soon as early therapy results in
better outcome of the patients, inhalation scintigraphy would be of new and great interest.
Another question is if the investigation of specific structures and parts of the lung will have
diagnostic and therapeutic implications. Functional investigations give only integral, global
data without insight into pathophysiological implications, showing the most important
components of some special diseases. However, inhalation scintigraphy can demonstrate the
local origin of some pathology [5, 6, and 36]. Principally, AKITA allows for dedicated
deposition of the aerosol, either centrally or peripherally pronounced. It seems likely that this
property could be used both diagnostically and therapeutically.
Finally, the results of our study are: at present, the AKITA system is not suitable for the
routine diagnostic work in nuclear medicine. However, flow-regulated inhalation (using
AKITA) has the potential to increase substantially the accuracy of inhalation scintigraphy. In
addition, new diagnostic procedures with interesting therapeutic options seem to be possible.