Zusammenhang zwischen Lungenmorphologie in der Computertomographie und Ergebnissen von Lungenfunktionsuntersuchungen vom gleichen Tag bei erwachsenen Patientinnen und Patienten mit Mukoviszidose

Schwingshandl, Leona (2025): Zusammenhang zwischen Lungenmorphologie in der Computertomographie und Ergebnissen von Lungenfunktionsuntersuchungen vom gleichen Tag bei erwachsenen Patientinnen und Patienten mit Mukoviszidose. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Hintergrund: Mukoviszidose (CF) stellt die häufigste tödliche Erbkrankheit in der hellhäutigen Bevölkerung dar und ist nicht heilbar. Zu den Hauptmanifestationen der Erkrankung zählen pathologische Lungenveränderungen, welche v.a. in den Lungenoberlappen auftreten und im Krankheitsverlauf fortschreiten. Charakteristisch für CF sind hierbei insbesondere Bronchi-ektasien, es kann jedoch auch zu schleimverlegten oder wandverdickten Bronchien, Überblä-hungen und Parenchymveränderungen kommen. Diese pulmonalen Abnormalitäten bewirken eine Verschlechterung der Lungenfunktion, durchschnittlich wird dabei von einem jährlichen Abfall der forcierten Einsekunden-Kapazität (FEV1) von ca. 2% ausgegangen. Bei an CF Erkrankten werden deswegen zur Kontrolle des pulmonalen Krankheitsverlaufs regelmäßig Lungenfunktionstests (LFTs) durchgeführt und b. B. die Lunge zusätzlich bildgebend dargestellt. Den Goldstandard in der Bildgebung bei CF stellt dabei die Computertomographie (CT), insbesondere die hochauflösende CT (HRCT), dar. Aufgrund der sich fortlaufend verbessernden Diagnostik- und Therapiemöglichkeiten steigt das Lebensalter von Patien-tinnen und Patienten (kurz: Patienten) mit CF und demzufolge die Anzahl an erwachsenen Betroffenen stetig an. Methoden: Im Rahmen der vorliegenden retrospektiven, mono-zentrischen Querschnitts-studie wurde bei 247 an CF erkrankten erwachsenen Patienten der Zusammenhang zwischen den Ergebnissen aus LFTs und CT-Untersuchungen der Klinik und Poliklinik für Radiologie des Klinikums der Ludwig-Maximilians-Universität München vom gleichen Tag untersucht. Hierfür wurden die CT-Aufnahmen aller Studienteilnehmer von zwei unabhängigen Beobachtern (Beob.), einem habilitierten Facharzt für Radiologie und einer Zahnärztin als Promotionsstudentin der Radiologie, mit Hilfe des Brody-Scores, einem semiquantitativen CT-Scoring-System für CF-bedingte Lungenveränderungen, ausgewertet. Der Brody-Score setzt sich aus fünf Sub-Scores zusammen, welche das Vorhandensein, die Lokalisation bzw. Ausdehnung und den Schweregrad der erwähnten pulmonalen Abnormalitäten (s.o.) für jeden der sechs Lungenlappen (inkl. Lingula) untersuchen. Die einzelnen Sub-Scores werden zum (Gesamt-)Brody-Score aufsummiert. Die Ergebnisse der beiden Beob. wurden für jeden Studienteilnehmer mit der entsprechenden FEV1 und der forcierten Vitalkapazität (FVC) verglichen. Darüber hinaus wurde geprüft, wie reproduzierbar der Brody-Score zwischen den zwei Beob. und innerhalb eines jeden Beob. ist sowie, ob in der Studienkohorte auch CF-Patienten mit Unterlappenbetonung der Lungenveränderungen zu finden sind und ob diese eine schlechtere Lungenfunktion aufweisen als CF-Patienten mit Oberlappenbetonung. Ergebnisse: Es konnte nachgewiesen werden, dass im Mittel eine hohe Korrelation zwischen dem Brody-Score bzw. seinen einzelnen Sub-Scores und der FEV1 bzw. der FVC, und somit zwischen Lungenfunktion und -morphologie, bezogen auf tagesgleich durchgeführte Unter-suchungen bei erwachsenen Patienten mit CF besteht. Nach dem Gesamt-Brody-Score (Pearson-Korrelationskoeffizient (r) = -0,68 bzw. -0,77 und Spearman-Korrelationskoeffizient (rs) = -0,71 bzw. -0,77 für die FEV1; r = -0,65 bzw. -0,72 und rs = -0,66 bzw. -0,71 für die FVC) konnten dabei die höchsten Korrelationen für die Sub-Scores Bronchiektasien (r = -0,63 bzw. -0,73 und rs = -0,66 bzw. -0,74 für die FEV1; r und rs = jeweils -0,61 bzw. -0,68 für die FVC) und Bronchialwandverdickung (r = -0,63 bzw. -0,67 und rs = -0,66 bzw. -0,68 für die FEV1; r = -0,58 bzw. -0,65 und rs = -0,59 bzw. -0,64 für die FVC) festgestellt werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass der Brody-Score im Durchschnitt eine sehr hohe Reproduzierbarkeit zwischen den zwei unterschiedlich erfahrenen Beob. aufzuweisen hat (r = 0,87 und rs = 0,85) und zudem auch innerhalb eines Beob. reproduzierbar ist (durchschnittliche Abweichungen von 10,5% bzw. 16,4%). Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit stellt die Identifikation von CF-Patienten mit unterlappenbetonter Lungenerkrankung dar, welche im Mittel tatsächlich eine schlechtere Lungenfunktion aufzuweisen haben als oberlappenbetonte Betroffene (p = 0,001-0,003 für die FEV1 und p = 0,002-0,005 für die FVC), welche zudem im Vergleich durchschnittlich weiter absinkt, je höher der Brody-Score und somit der Ausprägungsgrad der morphologischen Lungenveränderungen ausfällt. Schlussfolgerung: Durch die Ergebnisse der vorliegenden Studie, welche im Gegensatz zu vorangehenden Publikationen eine weitaus höhere Anzahl an Patienten aufzuweisen hat, wurde bestätigt, dass der ursprünglich für Kinder mit CF entwickelte Brody-Score als (HR)CT-Scoring-System auch bei erwachsenen CF-Patienten angewendet werden kann, da er hierbei ebenso hoch mit der Lungenfunktion korreliert und sehr reproduzierbar ist. Da zum jetzigen Stand noch keine Publikationen zur Lungenfunktion speziell von CF-Patienten mit Unterlap-penbetonung der pulmonalen Pathologien veröffentlicht wurden, könnte unser Ergebnis, nämlich dass ebendiese Betroffenen eine schlechtere Lungenfunktion aufweisen als Erkrankte mit der als typisch geltenden Oberlappenbetonung, eine neue Erkenntnis in der CF-Forschung darstellen. Dies könnte ggf. über angepasste Diagnostik- und Therapiemaßnahmen sowohl die Lebensqualität als auch die Lebenserwartung dieser Patientengruppe verbessern.

Abstract

Background: Cystic fibrosis (CF) is the most common fatal hereditary disease in the fair-skinned population and cannot be cured. The main manifestations of the disease include pathological lung changes, which occur primarily in the upper lobes of the lungs and progress over the course of the disease. CF is characterized in particular by bronchiectasis, but it can also lead to mucous plugging, bronchial wall thickening, hyperinflation or parenchymal changes. These pulmonary abnormalities are associated with a deterioration in lung function, with an average annual drop in forced expiratory volume in 1 second (FEV1) of about 2%. Patients with CF therefore regularly undergo pulmonary function tests (PFTs) to monitor the pulmonary course of the disease and, if necessary, lung imaging. The gold standard in imaging CF-patients is computed tomography (CT), especially high-resolution CT (HRCT) of the chest. Due to the continuous improvement in diagnostic and therapeutic options, the age of patients with CF and consequently the number of adults affected is constantly increasing. Methods: This retrospective, monocentric cross-sectional study investigated the relationship between the results of same-day PFTs and CT-examinations in the Department of Radiology at the Ludwig-Maximilians-University Hospital in Munich among 247 adult CF-patients. The CT-images of all study participants were evaluated by two independent observers, one attending radiologist and one dentist enrolled in a doctoral course of studies in radiology, using the Brody-score, a semi-quantitative CT-scoring-system for CF-related lung changes. The Brody-score comprises five sub-scores, which examine the respective presence, localization, extent and severity of the pulmonary abnormalities mentioned above for each of the six lung lobes (including the lingula as the left middle lung lobe). The individual sub-scores add up to the (total) Brody-score. Brody-scores obtained by the two observers were compared with the corresponding FEV1 and forced vital capacity (FVC) for each study participant. Additional tests included the reproducibility of the Brody-score between observers and the repeatability within each observer, prevalence within the study group of CF-patients with lower-lobe predominance of CF-related lung changes and differences in PFT-results between CF-patients with lower-lobe predominance versus upper-lobe predominance of CF-related lung changes. Results: Respective correlations between the Brody-score and its different sub-scores and both FEV1 and FVC, and thus between lung function and morphology, were high on average for same-day CT and PFT examinations among adult patients with CF. The total Brody-score (Pearson correlation coefficient (r) = -0,68 and -0,77, Spearman correlation coefficient (rs) = -0,71 and -0,77 for FEV1; r = -0,65 and -0,72, rs = -0,66 and -0,71 for FVC) and the respective sub-scores for bronchiectasis (r = -0,63 and -0,73, rs = -0,66 and -0,74 for FEV1; r and rs = -0,61 and -0,68 for FVC) and bronchial wall thickening (r = -0,63 and -0,67, rs = -0,66 and -0,68 for FEV1; r = -0,58 and -0,65, rs = -0,59 and -0,64 for FVC) showed the highest correlations with PFT-results. Both inter-observer reproducibility (r = 0,87 and rs = 0,85) and intra-observer repeatability (average deviations of 10,5% and 16,4%) of the Brody-score were very high. Additional tests identified a sub-group of CF-patients with lower-lobe predominance of CF-related lung changes whose lung function was significantly worse than in CF-patients with upper-lobe predominance, despite similar total Brody-scores (p = 0,001-0,003 for the FEV1 and p = 0,002-0,005 for the FVC). Among CF-patients with lower-lobe predominance of CF-related lung changes, PFT-results also decreased with increasing total Brody-scores. Conclusion: This study among 247 adult CF-patients with same-day CT and PFTs corroborates smaller previous publications, mostly among children and adolescents, confirming that the Brody-score, which was originally developed for children with CF, also applies to (HR-)CT of the chest in adult CF-patients, correlates highly with lung function and is well reproducible. As there are currently no publications on lung function in adult CF-patients with lower-lobe predominance of pulmonary pathologies, our finding of worse lung function among these patients appears to be new. Recognizing such patients could improve both their quality of life and their life expectancy if diagnostic and therapeutic measures adapt.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Mukoviszidose, Computertomographie, Lungenfunktion, Brody-Score
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 7. Juli 2025
• 1. Bericht­erstatter:in: Müller-Lisse, Ullrich