title: exacerbations in COPD - are there predictors in MSCT?
title: Exazerbation bei COPD - existieren Prädiktoren im MSCT?
title: Exazerbation bei COPD - existieren Prädiktoren im MSCT?
Creators: name: Schuster, Alexander
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: Obstruktive Ventilationsstörung , Exazerbation
Computertomografie
Medical sciences, Medicine
Medizin, Gesundheit
emphysema, heterogeneity
Heterogenität , Emphysem
computed tomography
COPD, exacerbation

description: Chronic obstructive pulmonary
      disease (COPD) can be seen as a complex desease which is far
      from being fully understood despite its high socio-economic
      relevance. One important aspect in the course of the disease
      are acute exacerbations, which contribute substantially to
      morbidity and mortality of COPD, but exacerbations are just
      like COPD itself heterogenous in terms of cause, occurence,
      frequency and influence on the individual course of the
      disease. Apart from well established function tests, computed
      tomography CT can deliver information on the dominant
      characteristic of an individual with COPD and additionally
      provides valuable knowledge about distribution pattern and
      heterogeneity of changes. The main goal of this work was to
      find possible parameters in CT data that serve as an
      independent predictor for exacerbation frequency in COPD.
      Besides that, measurement parameters in CT should be tested
      for possible correlation with measurements of well
      established pulmonary function tests. Between 2010 and 2011,
      43 patients diagnosed with COPD were included
      retrospectively, who had had a multislice CT exam as well as
      at least one functional test (body plethymography, 6 minute
      walk test, blood gas analysis) within the same stay in
      hospital. For every patient, documented exacerbations between
      2006 and 2014 were recorded. From CT data sets, global and
      lobe-based density values of the lung were acquired using the
      prototype software Mevis Pulmo 3D (including among others:
      low attenuation volume LAV2, mean lung density MLD and the
      peak value of the lung density histogram Pk). From lobe based
      measurements the difference betweeen maximum and minimum
      values were taken as measure of emphysema heterogeneity. As
      surrogate of bronchi obstruction, the bronchial wall
      thickness in CT was measured semiautomatically using the
      software AirwayInspector. From those measurements the
      pi10-value, the wall thickness of an ideal bronchus with an
      internal perimeter of 10mm, was computed for every patient.
      As most important measurement parameters in body
      plethysmography, the absolute and normalized 1 second forced
      exspirational volume LF_FEV1 respectively LF_FEV1%Soll and
      airway resistance LF_Rspez resp. LF_Respez%Soll were chosen.
      Main parameter in 6 minute walk test was the distance covered
      6MWT_Strecke. In respect to the main goal of this work, using
      stepwise regression exacerbation frequency ExFreq was found
      to correlate to the global low attenuation volume LAV2
      (p=0,014) as well as the emphysema heterogeneity based on
      measuring the peak of the density histogram het_Pk (p=0,002).
      To my knowledge, so far only few studies have tested a
      correlation between exacerbation frequency and emphysema
      index, not all of them confirming the findings of this work.
      Comparable studies which examined an influence of emphysema
      heterogeneity on exacerbation frequency could not be found in
      literature search at all. Therefore these results deserve to
      be confirmed in further tests. A significant inverse
      correlation was found between emphysema index LAV2 in CT and
      forced expiratory volume in 1 second LF_FEV1, a finding
      confirmed in multiple other studies. Some markers of
      Emphysema heterogeneity showed an inverse correlation with
      forced expiratory volume in 1 second LF_FEV1 and a positive
      correlation with airway resistance LF_Rspez, but other
      markers failed showing the same, therefore such correlation
      could not be show for sure in this work. Clearly shown was an
      inverse correlation between emphysema heterogeneity and the 6
      minute walk distance 6MWT_Strecke. Studies examining
      emphysema heterogeneity and its effects were rare findings
      compared to studies concerning global emphysema, most of them
      dealing with a very limited number of patients too, but in
      general they could confirm the findings of this work. A
      significant correlation of bronchi wall thickness in CT and
      results of conventional pulmonary function tests could not be
      found, which is contrary to the results of several other
      studies. But compared to measuring emphysema, measurments of
      bronchi wall thickness seem to be a lot more difficult,
      error-prone and less reliable at least concerning the
      software used in this study. The prototype software used for
      emphysema quantification in this study proved to deliver
      reliable, plausible and reproducable results. Based on such
      results, a better understandig of changes in COPD and their
      contribution to the course of the disease is to be
      expected.
description: Die chronisch obstruktive
      Lungenerkrankung COPD kann trotz ihrer hohen
      sozioökonomischen Relevanz als komplexes und in mehrfacher
      Hinsicht bei weitem nicht vollständig verstandenes
      Krankheitsbild angesehen werden. Ein wichtiger Aspekt im
      Krankheitsverlauf der COPD sind akute Exazerbationen. Sie
      tragen erheblich zur Morbidität und Mortalität der COPD bei
      und sind wie die COPD selbst heterogen in Bezug auf Ursachen,
      Ausprägung, Frequenz und Auswirkung auf den individuellen
      Krankheitsverlauf. Neben etablierten Funktionstests kann die
      Computertomographie unter anderem Hinweise für die dominante
      Ausprägungsform der COPD geben und darüber hinaus wertvolle
      Zusatzinformationen, etwa zu Verteilungsmuster und
      Heterogenität der Veränderungen liefern. Hauptziel dieser
      Arbeit war, herauszufinden ob sich im CT Messparameter finden
      lassen, die einen unabhängigen Prädiktor für die
      Exazerbationshäufigkeit der COPD darstellen. Daneben sollten
      im CT gewonnene Messparameter auch auf mögliche Zusammenhänge
      mit Messwerten etablierter Funktionstests untersucht werden.
      Dazu wurden im Zeitraum 2010 - 2011 retrospektiv 43 Patienten
      mit der Diagnose COPD erfasst, die im gleichen
      Klinikumsaufenthalt sowohl eine Multislice-CT als auch
      mindestens einen Funktionstest (Ganzkörperplethysmographie,
      6-minute-walk-test, Blutgasanalyse) erhalten hatten. Für alle
      Patienten wurden zwischen 2006 und 2014 dokumentierte
      Exazerbationsereignisse erfasst. In der CT wurden mittels der
      Prototyp-Software Mevis Pulmo 3D global und
      Lungenlappen-basiert Messwerte der Lungendichte akquiriert
      (unter anderem der Emphysemindex LAV2, die mittlere
      Lungendichte MLD und der Scheitelpunkt des
      Dichtewerthistogramms PK). Aus den Lappen-basierten Messungen
      jedes Datensatzes wurden Maximum und Minimum bestimmt und
      deren Differenz als Maß der Emphysemheterogenität ermittelt.
      Als Korrelat der Bronchusobstruktion im CT wurde die
      Bronchuswanddicke semiautomatisch mittels der Software Airway
      Inspector ermittelt und daraus der PI10-Wert, die Wanddicke
      eines idealisierten Bronchus mit 10 mm Innenumfang, gebildet.
      Als wichtigste Messparameter der Lungenfunktionsdiagnostik
      mittels Ganzkörperplethysmographie wurden die absolute und
      normalisierte Einsekundenkapazität LF_FEV1 bzw. LF_FEV1%Soll
      sowie der Atemwegswiderstand LF_Rspez bzw. LF_Rspez%Soll
      verwandt. Hauptmessparameter des 6 Minute Walk Test war die
      zurückgelegte Gehstrecke 6MWT_Strecke. Mit Bezug auf das
      Hauptzielkriterium der Arbeit konnte mittels schrittweiser
      Regression ein Zusammenhang der Exazerbationsfrequenz ExFreq
      mit der globalen Emphysemausprägung in Form des Emphysemindex
      LAV2 (p=0,014) sowie mit der Emphysemheterogenität gemessen
      anhand der Spitze des Dichtewerthistogramms het_PK (p=0,002)
      gezeigt werden. Ein solcher Zusammenhang wurde bisher nur in
      vereinzelten Arbeiten für den Emphysemindex untersucht, wobei
      er nicht durchgängig bestätigt werden konnte. Arbeiten, die
      einen Einfluss der Emphysemheterogenität auf die
      Exazerbationsfrequenz untersuchten, waren in der
      Literaturrecherche gar nicht auffindbar, so dass dieses
      Untersuchungsergebnis zunächst einer Bestätigung in weiteren
      Tests bedarf. In den Korrelationstests konnte eine
      signifikante inverse Korrelation des im CT ermittelten
      Emphysemindex LAV2 mit der Einsekundenkapazität LF_FEV1
      gefunden werden, ein Ergebnis das durch viele weitere Studien
      in ähnlicher Deutlichkeit gestützt wird. Die
      Emphysemheterogenität korrelierte für einzelne Marker negativ
      mit der Einsekundenkapazität und positiv mit dem
      Atemwegswiderstand; andere Heterogenitätsmarker zeigten keine
      solche Korrelation, so dass ein eindeutiger Zusammenhang in
      dieser Arbeit nicht gesichert werden konnte. Deutlich zeigte
      sich eine inverse Korrelation der Emphysemheterogenität mit
      der Sechsminutengehstrecke. Studien, welche die Heterogenität
      des Lungenemphysems bei COPD und deren Auswirkungen
      untersuchen, waren im Vergleich zu Untersuchungen zur
      globalen Emphysemausprägung nur sehr selten und mit
      vergleichsweise kleinen Fallzahlen zu finden, bestätigen
      insgesamt aber den in dieser Arbeit gefundenen Trend. Eine
      signifikante Korrelation der im CT ermittelten
      Bronchuswanddicke mit Messwerten der konventionellen
      Funktionstests wurde nicht gefunden, was durchaus in Kontrast
      zu Ergebnissen mehrerer anderer Studien steht. Allerdings
      erscheint die Messung der Bronchuswanddicke im CT als
      ungleich schwieriger, fehleranfälliger und (zumindest mit der
      verwandten Software) deutlich weniger ausgereift im Vergleich
      zur Erfassung des Lungenemphysems. Die in dieser Arbeit
      verwandte Prototyp-Software zur Emphysemquantifizierung
      konnte zeigen, dass sie verlässliche, plausible und
      reproduzierbare Ergebnisse liefern kann, auf deren Basis ein
      besseres Verständnis der Veränderungen bei einer COPD und
      deren Auswirkungen auf den Krankheitsverlauf zu erwarten
      ist.