Dreidimensionale Rekonstruktion von zentralen Lungentumoren basierend auf CT-Daten

Zusammenfassung

Hintergrund

Als Standardverfahren zur präoperativen bildmorphologischen Diagnostik bei Patienten mit zentralen malignen Lungentumoren ist das axiale 2-D-Computertomogramm des Thorax akzeptiert und etabliert. Tumorausdehnung, Infiltration von zentralen Strukturen oder segmentaler Bezug sind entscheidende Parameter zur Abklärung der technischen Operabilität und des Resektionsausmaßes. Durch computergestützte Methoden der Segmentierung anatomischer Strukturen in CT-Daten (Fraunhofer MeVis, Bremen) ist erstmals eine selektive dreidimensionale Visualisierung möglich.

Patienten und Methodik

Im Zeitraum zwischen 08/07 und 06/09 wurden 22 Patienten mit zentralem Lungentumor in der Thoraxchirurgischen Abteilung der Universität Schleswig-Holstein, Campus Lübeck, behandelt. 15 Männer, 7 Frauen, mittleres Alter bei Diagnosestellung 60,2 Jahre (Spannweite 41–74 Jahre). Lediglich 4 von 22 Patienten waren Nichtraucher gewesen, die übrigen 18 Patienten hatten eine zum Teil erhebliche Raucheranamnese. 20 Patienten hatten ein primäres Bronchialkarzinom, je ein Patient hatte ein Lokalrezidiv nach Tumorlobektomie bzw. eine zentrale Lungenmetastase eines extrapulmonalen Primarius. In allen Fällen wurde präoperativ ein Dünnschicht-MSDCT (Multi-slice detector computer tomogramm) angefertigt. Die Daten wurden mittels computerassistierter Software dreidimensional rekonstruiert und visualisiert. Lungenfunktionstests, geschätzte postoperative Lungenrestfunktion, Bronchoskopiebefund, Allgemeinzustand des Patienten sowie die 3-D-rekonstruierten CT-Datensätze wurden zur individuellen präoperativen Risikoanalyse und Auswahl der Operationstaktik verwendet.

Ergebnisse

Vierzehn der 22 Patienten wurden aufgrund der durchgeführten Risikoanalyse operiert, 7 Patienten wurden als funktionell inoperabel eingestuft, ein Patient war technisch inoperabel. Insgesamt wurden 5 Pneumonektomien, 4 Bi-/Lobektomien, 3 erweiterte Lobektomien und jeweils eine atypische Resektion und eine Manschettenresektion durchgeführt. 2 Patienten wurden im Stadium I operiert, 7 Patienten im Stadium II und 3 Patienten im Stadium IIIa. Der mediane stationäre Aufenthalt betrug 8,5±33,0 Tage. Die Hospitalletalität betrug bei 0%. Die 3-D-Visualisierung des Tumors sowie der anatomische Bezug zu Nachbarstrukturen waren in allen Fällen exakt möglich. Intraoperativ konnte die 3-D-Rekonstruktion zu 100% validiert werden.

Schlussfolgerung

Die computerassistierte 3-D-Rekonstruktion eines Thorax-CT ist eine neuartige und vielversprechende Methode zur präoperativen Darstellung und Risikoanalyse von zentralen Lungentumoren. Die 3-D-Visualisierung des Tumors in Kombination mit farbkodierter Lappenzugehörigkeit, beweglich in allen Ebenen, ermöglicht dem Chirurgen eine differenzierte Strategieplanung bei zentralen Lungentumoren.

Abstract

Background

CT scanning of the lungs is the standard procedure for preoperative evaluation of central lung tumors. The extent of the tumor and infiltration of central lung structures or lung segments are decisive parameters to clarify whether surgery is possible and the extent of resection. With computer-assisted methods for the segmentation of anatomical structures based on CT data (Fraunhofer MeVis, Bremen) an enhanced, three-dimensional selective visualization is now possible.

Patients and methods

From August 2007 through June 2009, 22 patients with central lung tumors were treated at the department of thoracic surgery, University of Schleswig-Holstein, campus Lübeck. There were 15 males and 7 females with a mean age of 60.2 years (range 41–74 years), 18 patients had a long history of smoking, while 4 patients had never smoked. Of the patients 20 had a primary lung carcinoma, 1 patient had local recurrent lung cancer after lobectomy and 1 patient had a central lung metastasis from a non-pulmonary primary carcinoma. A multi-slice detector computer tomogram (MSDCT) scan was performed in all cases. All data were three-dimensionally reconstructed and visualized using special computer-aided software (Fraunhofer MeVis, Bremen). Pulmonary lung function tests, computed postoperative lung volume, bronchoscopic findings, general condition of the patients and the three-dimensionally reconstructed CT data were used for an individual risk analysis and surgical planning.

Results

According to the risk analysis 14 out of the 22 patients were surgically treated, 7 patients were staged as functionally inoperable and 1 as technically inoperable. A pneumonectomy was performed in 5 cases, a lobectomy/bilobectomy in 4 cases, an extended lobectomy in 3 cases and 1 case each of a wedge resection and a sleeve resection. Of the 14 patients 2 were classified as stage Ia/b, 7 patients as stage IIa/b and 5 patients as stage IIIa. The median length of time spent in hospital was 8.5±33 days and the mortality rate was 0%. The three-dimensional visualization of the tumor and its anatomical relationship to central pulmonary vessels and the airway system was feasible in all cases. The three-dimensional reconstruction was confirmed in all cases by surgical exploration.

Conclusion

Three-dimensional reconstruction of CT scan data is a new and promising method for preoperative presentation and risk analysis of central lung tumors. The three-dimensional visualization with anatomical reformatting and color-coded segmentation enables the surgeon to make a more precise strategic approach for central lung tumors.