Korrelation zwischen dynamischer kontrastverstärkter MRTund histologischer Analyse bei Lungenrundherden

Abstract

Vorhaben: In dieser Studie wurde untersucht, ob es Zusammenhänge zwischen der Angiogenese sowie der Zellproliferationsrate und der dynamischen, kontrastverstärk-ten MRT bei Lungenrundherden unter Einbeziehung von Kontrastmittelaufnahmeprofilen gibt.

Material und Methoden: 39 Patienten mit einem neu diagnostizierten Lungenrundherd wurden mittels dynamischer, kontrastverstärkter MRT untersucht. Es wurden die frühe (Eearly), die maximale (Emax) und die mittlere (Emean) Kontrastmittelaufnahme sowie die Anflutungsgeschwindigkeit (Slope) gemessen und das Vorliegen einer wash-out-Kinetik (Ausprägung der Kontrastmittelabflutung) untersucht. Anhand der Zeit-Intensitäts-Kurven wurden vier Profile mit jeweils charakteristischer Kontrastmittelanreicherung ermittelt: Kurventyp 1 mit zu Beginn starker Kontrastmittelaufnahme und nachfolgendem, frühem wash-out, Kurventyp 2 mit starker Aufnahme ohne anschließenden wash-out, Typ 3 mit langsamer Aufnahme sowie Typ 4 ohne erkennbare Aufnahme. Die histologischen Schnitte wurden immunhistochemisch mittels der Avidin-Biotin-Komplex-Methode gefärbt, wobei Antikörper gegen Faktor VIII (Vorkommen in Kapillarendothelien), Ki-67 (Zellproliferationsmarker) und VEGF verwendet wurden. Es wurden die Kapillardichte (MVD) und immunhistochemisch angefärbte Fläche (ISS%) am Rand (Margin) und im Zentrum (Center) sowie daraus der Maximal- und Durchschnittswert (Max, Mean) des gesamten Lungenrundherdes und die VEGF- und Ki-67-Expression bestimmt. Ferner wurden die Rundherde nach morphologischen Kriterien der Kontrastmittelaufnahme sowie der histologischen Kapillarverteilung eingruppiert und mit Hilfe dieser Daten ein Entscheidungsbaum erstellt. Die Ergebnisse der MRT-Untersuchung sowie der histologischen Analyse wurden miteinander korreliert.

Ergebnisse: Der Anteil der malignen Lungenrundherde betrug 59% (23/39). Relevan-te Zusammenhänge wurden bei Kurventyp 1 zwischen EMax und MVDMargin (rS=0,66; p=0,01) sowie MVDMax (rS=0,60; p=0,03) gefunden. Bei Kurventyp 3 zeigten sich relevante Zusammenhänge zwischen MVDCenter und EMax (rS=0,67; p=0,07) und EMean (rS=0,69; p=0,06). Weiterhin zwischen MVDMean und EMax (rS=0,86; p=0,01) sowie EMean (rS=0,87; p=0,005). Ferner waren bei Kurventyp 3 Zusammenhänge zwischen ISS%Center sowie EMax (rS=0,66; p=0,08) und EMean (rS=0,67; p=0,07) zu finden. Bei Kurventyp 2 fanden sich keine relevanten Zusammenhänge. Die Expression von VEGF (p=0,0005) sowie Ki-67 (p=0,0004) unterschied sich signifikant zwischen den 4 Kurventypen. Mit Hilfe des Entscheidungsbaumes ließen sich die Lungenrundherde mit einer Sensitivität, Spezifität und Zielgenauigkeit von 100%, 75% und 94,8% in benigne und maligne trennen. Die Übereinstimmung zwischen der Morphologie der Kon-trastmittelaufnahme und Kapillarverteilung betrug insgesamt 64%.

Schlussfolgerung: Es zeigt sich, dass die Verwendung von Kontrastmittelaufnahme-profilen als relativ spezifisches Hilfsmittel im dynamischen MRT ausgesprochen hilf-reich bei der Unterscheidung und Beurteilung von Lungenrundherden ist. Relevante Zusammenhänge zwischen der Kontrastmittelaufnahme und der Kapillardichte wurden bei malignen Lungenrundherden mit frühem wash-out-Phänomen (Kurventyp 1) sowie bei benignen Lungenrundherden mit nur schwacher Kontrastmittelaufnahme (Kurventyp 3) gefunden. Dabei zeigte die Kapillardichte einen besseren Zusammenhang als die immunhistochemisch angefärbte Fläche. Bei Lungenrundherden vom Kurventyp 2 (starke Kontrastmittelaufnahme ohne wash-out-Phänomen) müssen zusätzliche beeinflussende Faktoren angenommen werden. Weiterhin kann mittels der Kurventypen die Expression von VEGF sowie die Zellproliferationsrate abgeschätzt werden. Außerdem zeigt sich, dass die Kontrastmittelaufnahme im MRT die morphologische Kapillarverteilung zum Großteil widerspiegelt. Der Entscheidungsbaum soll als Anregung für eine eventuelle klinische Nutzung dienen.

Purpose: To estimate the associations between dynamic enhanced MRI using contrast medium absorption profiles and angiogenesis as well as the cell proliferation rate in pulmonary nodules.

Materials and methods: Thirty-nine patients with a newly diagnosed pulmonary nodule underwent dynamic contrast enhanced MRI. Early (Eearly), maximum (Emax) and mean (Emean) contrast medium absorption as well as Slope (absorption speed) and wash-out kinetics were measured. Resulting from the time-intensity curves four different enhancement curve profiles (1-4) were defined: Type A with strong increase followed by early washout, type B with strong increase without washout, type C with slow increase and type D without relevant increase. The histological slices were immunostained with the help of an Avidin-Biotin-complex technique using antibodies against factor VIII (found in capillary endothelium), Ki-67 (cell proliferation marker) and VEGF. Capillary density (MVD) and immunohistochemically stained area (ISS%) of the mar-gin and the center were determined and out of these maximum as well as mean values were calculated. In addition, Ki-67 as well as VEGF-expression were measured and the nodules were graded by morphological characteristics in MRI (distribution of contrast enhancement) and histology (capillary distribution). This data was also used to create a decision tree. Results of the MRI examination were correlated with the histological analysis.

Results: The frequency of malignancy was 59% (23/39). Relevant associations were found between EMax and MVDMargin (rS=0,66; p=0,01) as well as MVDMax (rS=0,60; p=0,03) in curve type 1. In curve type 3, relevant associations were found between MVDCenter and EMax (rS=0,67; p=0,07) as well as EMean (rS=0,69; p=0,06). Furthermore between MVDMean and EMax (rS=0,86; p=0,01) as well as EMean (rS=0,87; p=0,005). Associations in curve type 3 were also found between ISS%Center and EMax (rS=0,66; p=0,08) and EMean (rS=0,67; p=0,07). No relevant correlations were found in curve type 2. Significant differences in the expression of VEGF (p=0,0005) and Ki-67 (p=0,0004) between the 4 curve types were found. Using a decision tree for differentiation between malignant and benign pulmonary nodules, the sensitivity, specificity and accuracy were 100%, 75% and 94,8%, respectively. The correspondence between morphological characteristics in MRI and histology was 64%.

Conclusion: The use of curve profiles in MRI is helpful for differentiation and assessment of pulmonary nodules. Relevant associations between contrast media absorption and capillary density were found in malignant nodules having early washout (curve type 1) and in benign lesions with a slow increase of enhancement (curve type 3). Capillary density showed a higher association than immunostained area. In cases of strong signal increase without washout (curve type 2), additional factors for enhancement must be considered. Furthermore, the use of curve profiles could allow for the estimation of the extent of VEGF and the cell proliferation rate. Besides, the contrast media absorption in MRI largely reflects the morphological capillary distribution. The decision tree is a proposal for clinical use.