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DGIM Innere Medizin
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Verfasst von:
Sabine Dettmer und Jens Vogel-Claussen
Publiziert am: 05.10.2023

Grundlagen der radiologischen Diagnostik in der Pneumologie

Mittels radiologischer Methoden können die Lunge und das Mediastinum bildgebend dargestellt und Pathologien detektiert sowie beurteilt werden. Die Bildgebung hat damit einen wichtigen Stellenwert in der pneumologischen Diagnostik und kann im interdisziplinären Kontext einen relevanten Beitrag zum Patientenmanagement leisten. Entscheidend ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Pneumologen und Radiologen, da die Wahl der Untersuchungstechnik und auch die Interpretation des radiologischen Befundes je nach Fragestellung und klinischem Kontext variieren können.
Als Modalitäten für die Thoraxdiagnostik sind im Wesentlichen das konventionelle Röntgenbild und die Computertomografie (CT) von Bedeutung, wobei es gerade in der CT in den letzten Jahren klinisch relevante technische Neuerungen gegeben hat. Auch in der Magnetresonanztomografie gibt es vielversprechende neue Entwicklungen. Im Folgenden sollen die unterschiedlichen Untersuchungstechniken mit ihren Grundprinzipien, klinischen Indikationen und diagnostischer Aussagekraft kurz vorgestellt werden.

Einleitung

Mittels radiologischer Methoden können die Lunge und das Mediastinum bildgebend dargestellt und Pathologien detektiert sowie beurteilt werden. Die Bildgebung hat damit einen wichtigen Stellenwert in der pneumologischen Diagnostik und kann im interdisziplinären Kontext einen relevanten Beitrag zum Patientenmanagement leisten. Entscheidend ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Pneumologen und Radiologen, da die Wahl der Untersuchungstechnik und auch die Interpretation des radiologischen Befundes je nach Fragestellung und klinischem Kontext variieren können.
Als Modalitäten für die Thoraxdiagnostik sind im Wesentlichen das konventionelle Röntgenbild und die Computertomografie (CT) von Bedeutung, wobei es gerade in der CT in den letzten Jahren klinisch relevante technische Neuerungen gegeben hat. Auch in der Magnetresonanztomografie gibt es vielversprechende neue Entwicklungen. Im Folgenden sollen die unterschiedlichen Untersuchungstechniken mit ihren Grundprinzipien, klinischen Indikationen und diagnostischer Aussagekraft kurz vorgestellt werden.

Untersuchungstechniken

Röntgen

Das konventionelle Röntgen ist die radiologische Basisdiagnostik, die oft am Anfang der bildgebenden Diagnostik steht und häufig darüber entscheidend ist, ob eine weiterführende Diagnostik nötig ist. Die konventionelle Thoraxaufnahme ist ein Summationsbild, bei der alle Röntgenstrahlen, die den Körper durchdringen und weder absorbiert noch gestreut werden, zur Bildentstehung beitragen. Die Aufnahme wird, wenn möglich, im posterior-anterioren (p.a.) Strahlengang angefertigt, so liegt das Herz detektornah und wird größenrealistisch abgebildet. Um in der p.a.-Aufnahme schlecht einsehbare Lungenareale beurteilen zu können und die genaue Lokalisation einer Pathologie zu ermöglichen, ist eine zweite Aufnahme im seitlichen Strahlengang nötig. Die Strahlenbelastung für eine Thoraxuntersuchung in zwei Ebenen liegt bei ca. 0,1 mSv, das ist ein Bruchteil der natürlichen Strahlenexposition (ca. 2,5 mSv pro Jahr). Die höchste Aufnahmequalität wird bei einer Aufnahme in tiefer Inspiration erreicht, weil hier die Lungen am besten belüftet und somit gut einsehbar sind. Dies gelingt am ehesten bei einer Aufnahme im Stehen. Im Sitzen sind die basalen Lungenabschnitte meist schlechter belüftet und damit eingeschränkt beurteilbar. Bei der Liegendaufnahme kommen noch andere Besonderheiten hinzu, die die Beurteilbarkeit weiter einschränken (Tab. 1). So lässt sich diese Aufnahme nur im anterior-posterioren (a.p.) Strahlengang anfertigen mit entsprechend größerer Abbildung von Herz und Mediastinum. Der craniocaudale Gradient in der Lungengefäßfülle, der bei der Stehendaufnahme für die Beurteilung bezüglich einer pulmonalvenösen Stauung herangezogen wird, ist bei der Liegendaufnahme aufgehoben. Des Weiteren kommen Pathologien mitunter unterschiedlich zur Darstellung, so verteilt sich beispielsweise ein Erguss homogen über den gesamten Hemithorax dorsalseitig und ein Pneumothorax ventral, sodass bei der Aufnahme im Liegen beide erst ab einer gewissen Größe erkannt werden können (Abb. 1). Auch Luft-Flüssigkeits-Spiegel sind methodenbedingt nicht sichtbar. Aus diesen Gründen ist eine Aufnahme im Stehen immer einer Liegendaufnahme vorzuziehen, soweit der Patient dies toleriert.
Tab. 1
Besonderheiten, die bei einer Thoraxaufnahme im Liegen beachtet werden müssen und die die Beurteilbarkeit einschränken können
Aufnahme im Liegen
Unterschiedliche Verteilung von Erguss (dorsal) und Pneumothorax (ventral), daher erst ab größeren Mengen sichtbar.
Spiegelbildungen sind nicht sichtbar.
Der craniocaudale Gefäßgradient ist aufgehoben.
Häufig geringere Inspirationstiefe.
a.p.-Strahlengang
Herz und Mediastinum werden breiter abgebildet.
Keine seitliche Aufnahme
Durch eine fehlende zweite Ebene lassen sich Pathologien bezüglich ihrer Lokalisation schlechter zuordnen.
Da die Lungen aufgrund ihres hohen Luftgehalts strahlentransparent und Pathologien durch Flüssigkeit oder Weichgewebe häufig vermehrt schattengebend sind, ergibt sich ein hoher natürlicher Kontrast, der viele pulmonale Pathologien sichtbar werden lässt. Schwieriger ist es im Bereich der Mediastinalstrukturen, wo es diesen natürlichen Kontrast nicht gibt und die konventionelle Röntgendiagnostik schnell an ihre Grenzen kommt. Somit sind projektionsradiografisch insbesondere größere Pathologien, die das Lungenparenchym betreffen, gut und häufig diagnostisch ausreichend beurteilbar. Dazu gehören beispielsweise eine Lobärpneumonie, eine Atelektase, eine pulmonalvenöse Stauung und ein Pneumothorax (Abb. 2). Schwieriger wird es, wenn die Pathologien entweder sehr klein sind, z. B. bei einer beginnenden pulmonalen Metastasierung, einem kleinen Bronchialkarzinom, einem atypischen pneumonischen Infiltrat und interstitiellen Lungenveränderungen, oder wenn die Pathologie angrenzend an oder umgebend von anderen Weichgewebsstrukturen ist, z. B. im Mediastinum oder an der Thoraxwand. Auch lassen sich Gefäße im konventionellen Röntgenbild nicht ausreichend beurteilen, so z. B. bei einer Lungenembolie oder Aortendissektion. In solchen Fällen ist eine weiterführende Diagnostik mittels Computertomografie nötig.

Computertomografie (CT)

Allgemeines

Die Computertomografie (CT) ermöglicht eine überlagerungsfreie Bildgebung der Organe des Thorax und somit eine sehr genaue Darstellung von anatomischen Strukturen und Pathologien (Abb. 3). Auch hier kommen Röntgenstrahlen zur Anwendung, wobei mit 0,2–5 mSv für eine Untersuchung der Thoraxorgane, je nach Scanprotokoll und CT-Scanner-Typ, die Strahlenbelastung deutlich höher als beim konventionellen Röntgen ist und somit die Indikation strenger gestellt werden muss. Die Untersuchungsdauer ist sehr kurz, ca. 1–8 s für den Thorax, sodass die meisten Patienten problemlos die Luft anhalten können und die Untersuchung in der Regel als nicht sehr belastend angesehen wird. Auch in Notfallsituationen und bei beatmeten Patienten ist die Untersuchung unproblematisch.

Indikationen

Häufigste Indikationen für eine CT des Thorax sind Tumor- und Metastasensuche sowie Staging bei malignen Erkrankungen. Auch Pathologien von Mediastinum und Gefäßen, wie Lungenembolie und mediastinale Raumforderung, sowie die Fokussuche bei Fieber unklarer Genese werden mit der CT abgeklärt. Ein weiterer großer Indikationsbereich sind die interstitiellen Lungenerkrankungen mit Lungenfibrose und -emphysem.
Das Lungenparenchym selbst ist aufgrund des natürlichen Kontrastes nativ (Abb. 4a) gut beurteilbar. Fragestellungen zu interstitiellen Lungenveränderungen können daher am besten ohne Kontrastmittel beantwortet werden. Besteht der Verdacht auf obstruktive bronchiolitische Veränderungen, ermöglicht eine zusätzliche Aufnahme in Exspiration die Visualisierung von Arealen mit Air trapping (Abb. 4b). Da im Lungenparenchym aufgrund der geringen Dichte wenig Strahlen resorbiert werden, kann die Strahlendosis bei ausgewählten Fragestellungen reduziert werden. So ist zum Beispiel für die Detektion pulmonaler Rundherde oder die Beurteilung von Bronchiektasen eine reduzierte Dosis von unter 1 mSv ausreichend. Für Pathologien, wie der Darstellung pneumonischer Infiltrate oder eines Pneumothorax, können sog. Ultra-low-dose-Untersuchungen mit einer Strahlenexposition ähnlich einer Röntgenthoraxuntersuchung in zwei Ebenen zur Anwendung kommen (Abb. 4c).
Gefäße und Weichteile haben nur einen sehr geringen natürlichen Kontrast, daher ist für ihre Beurteilbarkeit meist die Gabe von intravenösem Kontrastmittel erforderlich (Abb. 4d). Dieses ist iodhaltig und führt durch eine erhöhte Strahlenresorption zu einem Dichteanstieg. Intravenös appliziert kontrastieren sich zunächst die Pulmonalarterien, dann Aorta und schließlich die parenchymatösen Organe und die Venen. Je nach Fragestellung wird die zeitliche Latenz zwischen Kontrastmittelinjektion und Aufnahme unterschiedlich gewählt: Zum Ausschluss einer Lungenembolie wird zu dem Zeitpunkt untersucht, wenn der maximale Kontrast in den Pulmonalarterien ist, also früher als wenn es um eine Pathologie der parenchymatösen Organe geht. Bereits für die Planung der Untersuchung ist also eine möglichst genaue Kenntnis der Fragestellung nötig. Kontraindikationen für eine intravenöse Kontrastmittelgabe sind eine Allergie, eine eingeschränkte Nierenfunktion sowie eine Schilddrüsenüberfunktion. Dies alles sind relative Kontraindikationen und je nach Dringlichkeit der Untersuchung können die Patienten entsprechend auf die Kontrastmittelgabe vorbereitet werden. Bei einer leicht- bis mäßiggradig eingeschränkten Nierenfunktion kann ein „Vor- und Nachwässern“ mit isotoner Kochsalzlösung intravenös das Risiko einer weiteren Nierenschädigung vermindern. Bei einer Schilddrüsenüberfunktion muss die Iodaufnahme in die Schilddrüse medikamentös geblockt und damit das Risiko einer iodinduzierten Hyperthyreose minimiert werden. Bei Allergien gegen iodhaltiges Kontrastmittel kann der Patient mit antiallergischen Medikamenten vorbereitet werden.
Neue Techniken in der Computertomografie sind die Dual-Energy-CT (DE-CT) und die Photon-Counting-CT (PCD-CT). Beim DE-CT werden Röntgenstrahlen mit zwei unterschiedlichen Energieleveln genutzt, die in verschiedenen Geweben unterschiedlich stark abgeschwächt werden. Auf diese Art und Weise ist eine Charakterisierung des Gewebes möglich und so kann über die Messung der Iodkonzentration die Lungenperfusion gemessen werden (Abb. 4e). Solche sog. Iodkarten finden in der Diagnostik der Lungenembolie und chronisch thrombembolischer Veränderungen Anwendung, ähnlich einer Ventilations-Perfusions-Szintigrafie. Der Zusatzgewinn gegenüber einer herkömmlichen Single-Energy-CT liegt in der zusätzlichen funktionellen Information der Lungenperfusion, die die Detektion kleinerer peripher gelegener Gefäßverschlüsse ermöglicht. Beim PCD-CT kommt eine neuartige CT-Detektortechnologie zum Einsatz, welche die Photonen direkt in elektrisches Signal umwandelt. Dadurch können CT-Bilder mit höherer Bildauflösung und besserer Bildqualität bei meist geringerer Strahlenbelastung im Vergleich zu CTs mit konventionellen Detektoren gewonnen werden. Hierbei werden ebenfalls Röntgenstrahlen mit unterschiedlichen Energieleveln genutzt, sodass ähnlich wie beim DE-CT eine Charakterisierung des Gewebes möglich ist und über die Messung der Jodkonzentration die Lungenperfusion quantifiziert werden kann (Abb. 4e). Die Betrachtung der Bilder erfolgt mit speziellen Bildbetrachtungsprogrammen an hochauflösenden Monitoren. Für Weichteile, Lungenparenchym und Knochen gibt es festgelegte Fenstereinstellungen, mit denen sich die jeweiligen Strukturen optimal beurteilen lassen. Für bestimmte anatomische Strukturen kann es hilfreich sein, den Datensatz in verschiedenen Ebenen zu rekonstruieren, z. B. lassen sich die Lungen coronar und die Wirbelsäule sagittal gut betrachten.

Diagnostik

Viele Befunde sind in der CT charakteristisch und erlauben eine relativ sichere Diagnose, z. B. eine Lungenembolie und pulmonale Metastasen. Schwieriger ist es beispielsweise bei interstitiellen Lungenerkrankungen. Hier gibt es in der CT eine Vielzahl von Befundmustern, die häufig alleine keine hinreichende Sicherheit bei der Diagnose geben, da es ein großes Overlap zwischen den verschiedenen Krankheitsbildern gibt. Gerade im Endstadium weisen viele interstitielle Lungenerkrankungen sehr ähnliche uncharakteristische fibrosierende Veränderungen auf. Klinische Informationen und pathologische Befunde können in solchen Fällen die Diagnosesicherheit erheblich verbessern und sind teilweise auch zwingend erforderlich, so arbeiten beispielsweise bei der Diagnostik der Lungenfibrose Pneumologen, Radiologen und Pathologen interdisziplinär zusammen und treffen sich hierzu in interdisziplinären Thoraxkonferenzen.

Magnetresonanztomografie (MRT)

Allgemeines

Die Magnetresonanztomografie (MRT) eignet sich besonders zur Darstellung der Weichteile, vor allem von Schädel, Muskuloskelettalsystem und Abdomen. In den letzten Jahren hat zunehmend die MRT des Thorax an Bedeutung gewonnen, insbesondere was die funktionelle Bildgebung betrifft.
Wesentlicher methodischer Unterschied zu den anderen Untersuchungsmodalitäten ist, dass die Bilder nicht mit Röntgenstrahlen, sondern mithilfe eines starken Magnetfeldes erzeugt werden. Daher ist besondere Vorsicht mit metallischen Fremdkörpern geboten, im Zweifel sollte vor der Untersuchung die MRT-Tauglichkeit eines Implantates überprüft werden, Informationen dazu lassen sich z. B. im Implantatpass oder unter http://www.mrisafety.com/ finden. Problematisch ist auch die Untersuchung von beatmeten und instabilen Patienten, da die Untersuchungszeit mit 30–60 min sehr lange und in dieser Zeit der Zugang zum Patienten eingeschränkt ist. Das MRT-Kontrastmittel ist sehr gut verträglich, allergische Reaktionen sind deutlich seltener als in der CT. Insbesondere bei nicht zyklischen gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln wurden bei Patienten mit stark eingeschränkter Nierenfunktion das Auftreten einer Bindegewebserkrankung, der sog. nephrogenen systemischen Fibrose, als seltene Nebenwirkung beschrieben. Deshalb sollte bei höhergradig niereninsuffizienten Patienten auf eine Kontrastmittelgabe möglichst verzichtet oder ein zyklisches gadoliniumhaltiges Kontrastmittel in niedriger Dosierung verwendet werden.

Diagnostik

Besondere Stärken der MRT sind der hohe Weichgewebskontrast und die Möglichkeit der funktionellen Diagnostik. Bei der Thoraxdiagnostik ist dies beispielsweise bei Pancoast-Tumoren hilfreich, wenn es um eine Infiltration der Gefäße und Nerven an der oberen Thoraxapertur geht. Die funktionelle Diagnostik ist z. B. beim Herz und Gefäßsystem von Bedeutung. Die Flussgeschwindigkeit in einem Gefäß kann gemessen werden und Rückschlüsse über die Relevanz einer Stenose ermöglichen. Beim Herzen können Volumina, Masse und Ejektionsfraktion bestimmt und die Durchblutung des Myokards in Ruhe sowie unter Belastung gemessen und damit infarktgefährdete Areale identifiziert werden. Neuere Entwicklungen bei der pulmonalen Diagnostik sind die dynamische kontrastverstärkte MRT sowie die kontrastmittelfreie funktionelle Protonen MRT (z. B. phase resolved functional Lung MRI, PREFUL) der Lunge. Beides sind innovative funktionelle Methoden, mittels derer sich die Perfusion und die Ventilation der Lungen darstellen und auch quantifizieren lassen. Dies ist insbesondere bei chronischen Lungenerkrankungen ein erheblicher Informationsgewinn im Vergleich zu rein statischen Untersuchungen. Mittels dynamischer MRT kann des Weiteren eine Kontrastmitteldynamik in Gefäßen und Lunge dargestellt werden (Abb. 5). Weniger gut lässt sich das Lungenparenchym selbst im MRT darstellen, jedoch sind hier auch erhebliche Fortschritte bei MRT-Sequenzen mit sehr kurzer Echo-Zeit (als „ultrashort TE“ oder auch UTE bezeichnet, siehe Abb. 6) gemacht worden.

Nuklearmedizinische Untersuchungstechniken

Weitere bildgebende Methoden umfassen die nuklearmedizinischen Untersuchungstechniken Lungenszintigrafie, Positronen-Emissions-Tomografie (PET) und als Hybridverfahren die PET-CT. Die Besonderheit hierbei ist, dass neben der morphologischen Information auch eine funktionelle Darstellung der Stoffwechselvorgänge erfolgt. Dabei werden Radiopharmaka eingebracht, die sich in bestimmten Organen anreichern, die abgegebene Strahlung wird mittels Gammakamera gemessen und bildlich dargestellt. Bei der Lungenszintigrafie unterscheidet man zwischen einer Ventilationsszintigrafie, bei der das Radiopharmakon als Aerosols inhaliert wird, und einer Perfusionsszintigrafie, bei der das Radiopharmakon venös injiziert wird. Die Lungenszintigrafie wird am häufigsten bei Verdacht auf Lungenembolie oder chronisch-thromboembolische pulmonale Hypertonie (CTEPH) durchgeführt. Häufige Indikation für ein PET-CT ist das Tumorstaging bei Bronchialkarzinom. Mit radioaktiv markierter Fluordesoxyglucose (FDG) wird stoffwechselaktives Gewebe dargestellt und mittels zweier Gammakameras dreidimensional dargestellt.

Zusammenfassung

Zusammenfassend haben konventionelles Röntgenbild, CT, PET-CT und MRT jeweils ihre Indikationen, Stärken und Schwächen. Das konventionelle Röntgen ist in den meisten Fällen Initialdiagnostik und bei vielen Pathologien wie z. B. Pneumonie, Pleuraerguss, Pneumothorax und pulmonalvenöser Stauung ausreichend aussagekräftig. Die CT ist aufgrund der der guten morphologischen Darstellung und der hohen Verfügbarkeit Arbeitspferd in der radiologischen Diagnostik und deckt ein breites Indikationsspektrum ab. Die PET-CT-Untersuchung ist heute ein wichtiger Bestanteil beim Staging des Bronchialkarzinoms. Die MRT ist speziellen Indikationen vorbehalten und bietet durch die technischen Fortschritte der letzten Jahre innovative Methoden, insbesondere in der funktionellen Bildgebung. Eine zusammenfassende Übersicht über die Stärken und Schwächen der einzelnen Modalitäten ist in Tab. 2 gegeben.
Tab. 2
Übersicht von konventionellem Röntgen, CT und MRT des Thorax mit ihren Indikationen, Stärken und Schwächen
 
Konventionelles
Röntgen
CT des Thorax
DE- und PCD-CT des Thorax
MRT des Thorax
PET-CT
Indikationen
Basisdiagnostik, Diagnostik von Pneumonie, Pleuraerguss, pulmonalevenöser Stauung und Pneumothorax
Weiterführende Diagnostik bei Staging und Tumorsuche, Patholgien von Mediastinum und Thoraxwand sowie interstitiellen Lungenerkrankungen
Neuer Standard in der Thoraxbildgebung mit Darstellung der Lungenperfusion
Spezialdiagnostik zur funktionellen Diagnostik von Herz und Gefäßen sowie zur Beurteilung von Ventilation und Perfusion der Lungen, Darstellung der Weichteile der Thoraxwand
Staging bei Tumorerkrankungen, insbesondere beim Bronchialkarzinom
Stärken
Sehr gut verfügbar, nur geringe Strahlenbelastung
Gute Verfügbarkeit und kurze Untersuchungsdauer auch bei Notfall- und Intensivpatienten
Hohe Bildauflösung und Bildqualität für verbesserte Diagnostische Sicherheit, Quantifizierung der Lungenperfusion
Keine Strahlenbelastung, daher Untersuchung besonders für Kindern geeignet
Kombination aus morphologischer (CT) und funktioneller (PET) Bildgebung
Schwächen
Mediastinum, Weichteile und kleine Prozesse nur eingeschränkt beurteilbar
Strahlenbelastung, Kontrastmittel in vielen Fällen nötig
eingeschränkte Verfügbarkeit
Lange Untersuchungszeit und eingeschränkte Verfügbarkeit
Lange Untersuchungszeit, sehr aufwendig
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