Der Fortschritt angiographischer Interventionen mit zielgerichteten intravaskulären Therapieverfahren wie z. B. Katheterembolisationen erhöht den Bedarf einer präzisen dreidimensionalen Onlinevisualisierung von Gefäßen und angrenzenden Parenchymstrukturen [16]. Die seit den 90er Jahren weiter entwickelte Flachdetektortechnologie kann für die computertomographische Darstellung mittels eines C-Arm-Systems genutzt werden. Dabei werden die Bilddaten während der Rotation von 180° und mehr akquiriert [11]. Die C-Arm-CT basiert ursprünglich auf einem Bildverstärker in Kombination mit Robotertechnik, der auf einem C-Arm-System montiert ist. Die bei diesen Systemen begrenzte räumliche und zeitliche Auflösung wurde mit der Einführung von Flachdetektoren entscheidend verbessert [2, 15]. Im Vergleich zur Angiographie erlaubt die C-Arm-CT bei Darstellung des Hals- und Schulterbereichs eine Verringerung der Strahlenexposition und des erforderlichen Kontrastmittelvolumens [6]. Je nach Untersuchungsprotokoll sind mit der C-Arm-CT Rotationen bis zu 220° in bis zu 16 s möglich, bei denen mehr als 2-mal 273 Bilder akquiriert werden, die zur Rekonstruktion dreidimensionaler Darstellungen verwendet werden [1].

In dieser Untersuchung sollte der Wert der periinterventionellen C-Arm-CT für das Monitoring der transarteriellen Chemoperfusion (TACP) und transpulmonalen Chemoembolisation (TPCE) maligner thorakaler Tumoren analysiert werden.

Material und Methodik

Im Zeitraum September 2008 bis März 2009 wurden prospektiv 31 Patienten (20 Männer, 11 Frauen; Durchschnittsalter 61,7 Jahre, Bereich 22–84 Jahre) mit inoperablen und/oder nicht auf systemische Therapiekonzepte ansprechenden Lungenmalignomen und/oder pulmonalen Metastasen oder einem malignem Pleuramesotheliom behandelt. Ausschlusskriterien im Studienprotokoll waren ein schlechter Allgemeinzustand der Patienten, Blutgerinnungsstörungen und schwere Einschränkungen der Herz- und Lungenfunktion. In 15 Fällen (m:w 8:7; Durchschnittsalter 56,8 Jahre; Bereich 22–80 Jahre) mit nichtkleinzelligem Bronchialkarzinom (NSCLC, n=8) oder pulmonalen Metastasen (n=7) erfolgten eine transpulmonale Chemoembolisation (TPCE) und in 16 Fällen (m:w=13:3; Durchschnittsalter 56,8 Jahre; Bereich 50–84 Jahre) mit Pleuramesotheliom eine transarterielle Chemoperfusion (TACP). Alle Behandlungen wurden am Siemens Artis-Zeego-C-Arm-CT (Siemens, Erlangen) durchgeführt. Für die TPCE erfolgte eine Evaluation der C-Arm-CT über einen in der pulmonalen Arterie positionierten Headhunterkatheter mit einem Flow von 3 ml/s (Abb. 1). Für die TACP wurde die Evaluation der C-Arm-CT über einen in der thorakalen Aorta positionierten Pigtailkatheter (Pigtail; Terumo, Frankfurt/Main, Germany; Abb. 2) vorgenommen. Danach folgte eine vergleichende Auswertung der C-Arm-CT, der intraarteriellen digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) sowie der postinterventionellen Bildgebung mittels nativer Multidetektor-CT (MDCT).

Abb. 1
figure 1

a Pulmonale Metastasierung bei einem 47-jährigen Patienten mit kolorektalem Karzinom. C-Arm-CT zur Interventionskontrolle während der TPCE, axiale Rekonstruktion. Lagebeziehung der Tumorinfiltration zu dem in der A. pulmonalis positionierten Katheter (Pfeile). Randständige Hyperperfusion. b DSA der A. pulmonalis, Nachweis tumorbedingter Stenosen der Unterlappenarterien (Pfeile). c C-Arm-CT, Verifikation der Lagebeziehung der Raumforderungen zu den Mittellappenbronchien, frontale Rekonstruktion

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Abb. 2
figure 2

a C-Arm-CT transversal bei fortgeschrittenem Pleuramesotheliom mit Rezidiv nach systemischer Chemotherapie. Pleurale und Thoraxwandinfiltration, Dokumentation der Raumforderung (Pfeile) während der KM-Injektion über einen in der Aorta positionierten Katheter vor der TACP. b Frontale Rekonstruktion, C-Arm-CT-Verifikation der Lagebeziehung der Raumforderungen zu den zentralen Strukturen. c 3D-C-Arm-CT der dilatierten A. intercostales und Torquierung in Höhe der Tumormanifestation pleural (Pfeile). Der Tumor ist nicht abgebildet

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Das in dieser Untersuchung verwendete C-Arm-CT besteht aus einem modifizierten C-Arm mit einem 30×40 cm messenden Flachdetektor und zusätzlicher Orbitalrotation. Der Motor ist an der Oberseite der Hauptsäule angebracht und bewegt den Roboterarm mit dem C-Arm in gleichmäßiger Geschwindigkeit bei Bögen von 220°. Das C-Arm-System, mit dem alle angiographischen Untersuchungen durchgeführt wurden, bietet mit seinen 7 Achsen uneingeschränkte Freiheit bei der Positionierung des C-Arms, was die Flexibilität und die Möglichkeiten der bildgebenden Darstellungen enorm erweitert. Durch eine doppelte Rotation um den Patienten wird die bildgebende Abdeckung aller Organe erreicht. Die Anzahl der Pixel in der für diese Patienten verwendeten C-Arm-Serie beträgt 616×480 und die Rekonstruktion generiert ein Volumen von 512×512×348 (Drehwinkel 180°, 70 kV, 1 mAs, Schichtdicke 0,7 mm [isotrop]).

Transarterielle Chemoperfusion (TACP)

Durch DSA-Untersuchungen der A. thoracalis werden die Abgänge der Aa. bronchiales als vaskuläres Territorium über dem liegenden Katheter identifiziert. Unmittelbar im Anschluss daran folgt die C-Arm-CT mit Kontrastmittelapplikation über den in der Aorta positionierten Pigtailkatheter im Verhältnis 1:2 mit 0,9% NaCl, einer Verzögerung von 2 s und einer Flussrate von 12 ml/s. Die Datenakquisition erfolgt zur Onlinevisualisierung der Gefäße, der angrenzenden Parenchymstrukturen und des Ausmaßes der Tumorvaskularisation, anschließend wird die transarterielle Chemotherapie in Form einer Chemoperfusion appliziert. Als Chemotherapeutikum wird ein Maximum von 8 mg Mitomycin C/m2 Körperoberfläche (KOF; Medac, Hamburg, Germany) mit 1000 mg Gemcitabine/m2 KOF (Gemzar, Eli Lilly & Company, Indianapolis) und 50 mg Cisplatin/m2 KOF injiziert. Bei allen Patienten, bei denen eine TACP durchgeführt wurde, wird das Tumorvolumen der malignen Pleuramesotheliome errechnet.

Transpulmonale Chemoembolization (TPCE)

Über einen transfemoralen venösen Zugang in der Leiste wird ein Headhunterkatheter (5 F) in die Pulmonalarterie platziert. Nach der angiographischen Darstellung des pulmonalarteriellen Gefäßsystems wird der Katheter abhängig von der Lage der Läsion entsprechend positioniert. Anschließend erfolgt eine C-Arm-CT-Angiographie nach Kontrastmittelapplikation mit einer Verzögerung von 2 s und einer Flussrate von 3 ml/s. Anhand der C-Arm-CT kann eine geeignete Position des Katheters identifiziert werden, von der aus die selektive Chemotherapie und Embolisation vorgenommen werden können. Die TPCE erfolgt unter gepulster Durchleuchtung mit Einsatz der vorher beschriebenen Zytostatika, 3–5 ml Lipiodol (Guebert, Sulzbach, Germany) und 3 ml Embocept (Embocept, Pharmacia & Upjohn, Erlangen, Germany). Bei der TPCE ist aufgrund der Morphologie des Gefäßbetts eine Embolisation möglich und angeraten. Quantitativ werden die thorakalen Raumforderungen mittels der Ellipsoidformel errechnet (Volumen = Länge × Breite × Höhe × 0,523).

Ergebnisse

TPCE bei primären Läsionen oder Metastasen der Lunge

Fünfzehn Patienten (8 Frauen/7 Männer; Durchschnittsalter 56,8 Jahre, Bereich 22–80 Jahre) wurden prospektiv mittels TPCE unter Einsatz der Online-C-Arm-CT therapiert. Alle Patienten tolerierten die Behandlung gut, es traten keine größeren Komplikationen oder TPCE-assoziierten Todesfälle auf. Zwei Patienten zeigten geringere Nebenwirkungen wie Husten und Erbrechen. Eine signifikante intratumorale Lipidoleinlagerung wurde bei 9 Patienten visualisiert. Die C-Arm-CT verifizierte die Areale mit Perfusion und Hyperperfusion. Quantitativ wurde in der präinterventionellen Diagnostik ein durchschnittliches Tumorvolumen von 27,4 ml erfasst. Insgesamt wurden 20 Läsionen erfasst und beurteilt. Nach Kontrastmittelgabe fand sich ein durchschnittliches Tumorvolumen von 34,9 ml (Bereich 0,3–98,2 ml, SD 35,1). Das Tumorvolumen mit Lipidol betrug durchschnittlich 32,4 ml (Bereich 0,3–88,2 ml, SD 30,5). Bei 7 Patienten mit NSCLC betrug das durchschnittliche Tumorvolumen 35,6 ml, bei 8 Patienten mit 12 fokalen Läsionen wurde ein durchschnittliches Tumorvolumen von 23,1 ml (Bereich 0,3–151,6 ml, SD 36,9) erfasst. Bei 60% der Patienten korrelierten die C-Arm-verifizierten hyperperfundierten Areale mit der MDCT nach Lipiodolgabe. Bei 30% der Interventionen wurde aufgrund der Ergebnisse der angiographischen C-Arm-CT der Katheter neu positioniert.

TACP bei malignen Pleuramesotheliomen

Sechzehn Patienten (3 Frauen, 13 Männer; Durchschnittsalter 56,8 Jahre; Bereich 50–84 Jahre) wurden prospektiv mittels TACP und Online-C-Arm-CT therapiert. Alle Patienten tolerierten die Behandlung gut. Es traten keine größeren Komplikationen oder TACP-assoziierten Todesfälle auf. Präinterventionell wurde auf Basis der MDCT- oder MRT-Aufnahmen ein mittleres Tumorvolumen von 83,6 ml (Bereich 19,5–177,7 ml) bestimmt. Bei 15 Patienten wurden angiographisch dilatierte Interkostalarterien mit einem mittleren Durchmesser von 2,9 mm festgestellt (Abb. 3). Bei der TACP erfolgte in 37,5% der Interventionen auf Basis der C-Arm-Daten eine Umpositionierung des Katheters für die selektive Chemotherapie. Die bei der C-Arm-CT erfasste Korrelation vor und nach Kontrastmittelapplikation war positiv (Korrelationskoeffizient nach Pearson: 0,967, p <0,0001 und Konkordanzkorrelationskoeffizient nach Lin: 0,966, p <0,0001).

Abb. 3
figure 3

Präinterventionelle Tumorvolumina von Pleuramesotheliomen vor TACP

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Diskussion

Im Zuge der weiteren Entwicklung angiographischer Interventionen ist die Einführung der C-Arm-CT auf einem C-Arm-Roboter für die präzise Beurteilung der Topographie, der lokalen Gefäßstrukturen und des Vaskularisationsgrads von Interesse. Das vorgestellte C-Arm-System erlaubt eine mit der CT vergleichbare Volumendarstellung bei hoher räumlicher Auflösung, geringer Artefaktbildung und diagnostischer Darstellung von Weichteilen. Die technischen Innovationen im Bereich der radiologischen bildgebenden Darstellung stellen bei den C-Arm-CT-gestützten transarteriellen Chemoperfusionen (TACP) und transarteriellen Chemoembolisationen (TACE) primärer und sekundärer maligner thorakaler Läsionen einen interessanten Aspekt dar [17]. Ein bedeutender Unterschied der C-Arm-CT gegenüber der konventionellen CT bei radiologisch gesteuerten Interventionen besteht in der direkten Übermittlung der erhaltenen Daten während der Intervention, was eine Navigation ohne Verwendung von Markierungen ermöglicht [8].

Mit dem von uns verwendeten C-Arm-System benötigten wir für eine komplette C-Arm-CT ca. 16 s. Eine Zeitersparnis könnte durch die Verbesserung der Systemsynchronisation erzielt werden. Bei Systemen mit einer Bildrate von 30 Bildern/s wären 330 Projektionen in unter 15 s möglich [3]. Da sich die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Bewegungsartefakten mit der Dauer der CT erhöht, kann durch die Weiterentwicklung der technischen Parameter des Systems noch eine Verbesserung erreicht werden. Die Daten bei der selektiven regionalen Chemotherapie thorakaler Malignome zeigen, dass sich periinterventionell die Gefäßversorgung, der Vaskularisationsgrad wie auch die Lagebeziehung der Kathetersysteme vor Beginn der Chemoperfusion und -embolisation genauer beurteilen lassen. Auch konnten eine Extravasation und das Vorliegen von Shunts mit der C-Arm-CT ausgeschlossen werden.

Die C-Arm-CT ist eine relativ neue Methode, bei der CT-ähnliche Bilder erstellt werden können, die bei schwierigen interventionellen Therapien hepatischer oder thorakaler Läsionen sehr wertvolle Informationen beizutragen vermag [4, 10, 12, 13, 14]. Bei der C-Arm-CT von Lebermalignomen unter Kontrastmittelgabe konnten bei 59,3–90% aller Patienten, die einer TACE unterzogen wurden, im Vergleich zur konventionellen Methode mit der DSA zusätzliche Informationen gewonnen werden, die wiederum bei 39% der behandelten Patienten eine Anpassung der Katheterpositionierung an die individuelle Behandlungssituation ermöglichten [7, 9, 18, 20]. Die neu entwickelte FDCT-Technologie wird auch für die Therapie thorakaler Malignome an Bedeutung gewinnen und die klinische Wertigkeit verbessern.

Ikeda et al. [5] haben in einer Studie Lipiodol benutzt, um pulmonale Rundherde zu markieren und zu lokalisieren, da Rundherde <10 mm häufig schwer zu lokalisieren sind. Im Vordergrund unseres Einsatzes von Lipiodol stand sowohl die Markierung als auch die Induktion einer Ischämie der Läsionen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Lipiodolverteilung in der Lipiodol-angereicherten C-Arm-CT und der MDCT vergleichbar gut demonstriert werden konnte. Interessanterweise zeigte sich in der unmittelbar nach der Lipiodolinjektion erfolgten C-Arm-CT auch eine starke Akkumulation von Lipiodol im normalen Lungenparenchymgewebe, da die Bildgebung einige Sekunden nach der intraarteriellen Injektion erfolgte.

Meyer et al. [14] zeigten in einer Studie an Leberläsionen die hohe Wertigkeit der Lipiodol-verstärkten CT zur Detektion von Leberläsionen. Diese Daten konnten auch anhand prospektiver Studien bei Lungenläsionen von uns berücksichtigt werden [19]. Wesentliche Limitationen der gegenwärtigen Studie sind die geringe Patientenzahl und die noch verbesserungswürdigen Aspekte der C-Arm-CT, wie die Empfindlichkeit bei Bewegungsartefakten und die Geschwindigkeit der 3D-Rekonstruktionen. Um die jeweils optimale Katheterposition während der Intervention zu bestimmen, muss eine Onlinerekonstruktionsmethode zur Verfügung stehen. Nur so lässt sich eine Beurteilung der richtigen Katheterposition erzielen.

Fazit für die Praxis

Weitere Untersuchungen müssen noch erfolgen, um die klinische Wertigkeit der transarteriellen Chemoperfusion und -embolisation thorakaler Neoplasmen unter C-Arm-CT-Steuerung zu analysieren. Die Daten der vorliegenden Studie zeigen, dass eine Onlinevisualisierung sich bei interventionellen Eingriffen als vorteilhaft erweist.