Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Julika Darmstadt

Evaluierung der lokalen kontrastmittelgestützten Sonographie zur Messung der renalen Perfusion bei gesunden, unsedierten Hunden

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104619

title (engl.)

Evaluation of renal local perfusion using contrast-enhanced ultrasound in healthy unsedated dogs

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/darmstadtj_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Niereninsuffizienz ist eine häufige Erkrankung des Hundes, die vermehrt bei älteren Tieren auftritt. Es kommt im Verlauf zu einer Verminderung der renalen Perfusion, wodurch die Nierenfunktion abnimmt. Die kontrastmittelgestützte Sonographie (CEUS) bietet die Möglichkeit nebenwirkungsarm die lokale Durchblutung der Nieren des Hundes zu evaluieren. Dabei interessiert besonders die Frage, ob die renale CEUS auf lokaler Ebene eine frühzeitige Diagnose von Nierenfunkionsstörungen erlaubt, bevor eine Veränderung globaler klinischer Nierenfunktionsparameter wie der Glomeruläre Filtrationsrate (GFR) auf eine renale Dysfunktion hinweisen. Bei der CEUS wird in ausgewählten Regions of interest (ROI) die Kontrastanreicherung in einer Zeit-Intensitäts-Kurve (time intensity curve, TIC) aufgezeichnet. Hieraus können dann die folgenden Perfusionsparameter ermittelt werden: Zeit bis zur Ankunft des Kontrastmittels (AT), Zeit bis zur maximalen Anreicherung (TTP), die maximale Kontrastmittelanreicherung (PE), die Gradienten der An- und Abflutungskurve (WiGrad und WoGrad) und das Integral der Anflutungskurve (WiAUC). Ziel dieser Studie war es eine standardisierte Methodik zur Untersuchung der lokalen Nierenperfusion beim gesunden, unsedierten Hund bereitzustellen. Weiteres Ziel der Untersuchungen war es, den Einfluss unterschiedlicher ROI-Größen und ROI-Platzierungen sowie von zwei verschiedenen Ultraschallsonden und Analyseprogrammen auf die Evaluierbarkeit von Zeit-Intensitätskurven zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein fünfstufiges Klassifikationssystem entwickelt. Weiterhin sollten Referenzbereiche für Perfusionsparameter an wachen gesunden Hunden ermittelt und ein Einfluss des Alters auf CEUS-Perfusionsparameter getestet werden. Für eine Prognose zur klinischen Anwendbarkeit wurde die Korrelation zwischen Perfusionsparametern und den klinischen Parametern spezifisches Gewicht des Urins, GFR, Serum-Kreatinin und -Harnstoff untersucht.

Der erste Teil der Arbeit beruhte auf dem Vergleich der Anzahl auswertbarer Zeit-Intensitäts-Kurven in verschiedenen Regionen der Niere und mit zwei unterschiedlichen Ultraschallköpfen (linear und konvex) mittels der internen Analysesoftware des Ultraschallgeräts GE Logiq E9. Verglichen wurden je drei ROIs auf einer Höhe im schallkopfnahen Kortex, schallkopffernen Kortex und der Medulla. Weiterhin wurden ROIs im schallkopffernen Kortex mit solchen im schallkofnahen Kortex. Die Einteilung der Kurven nach ihrer Auswertbarkeit wurde anhand des eigens generierten fünfstufigen Klassifikationssystems durchgeführt.

Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit wurden die Tests mit der externen Software Vuebox® wiederholt, um eine weitere Optimierung der Ergebnisse zu erhalten. Mit der ermittelten Methodik, die bestmögliche Anzahl auswertbarer TICs hervorbrachte, wurde ein Referenzbereich für gesunde nicht sedierte Hunde ermittelt und ein möglicher Alterseinfluss auf die Perfusionsparameter untersucht. Hierfür wurden die Hunde in drei Altersgruppen eingeteilt und die Ergebnisse der einzelnen Gruppen auf signifikante Unterschiede untersucht.

Die Konvexsonde wurde aufgrund der geringen Anzahl auswertbarer Kurven von der weiteren Analyse ausgeschlossen. 24,8% auswertbare TICs ließen sich mit der Software des Logiq E9 und der linearen Sonde produzieren, unter Verwendung von Vuebox® waren es 55,56%. Die mittlere ROI zeigte mit der internen Software nur in der Medulla signifikant mehr auswertbare Kurven als die seitlichen ROIs (p=0,005), während dieses Ergebnis unter Verwendung von Vuebox® in sieben Lokalisationen signifikant war (p= <0,001-0,03). Die höhere Anzahl auswertbarer Kurven im schallkopfnahen Kortex im Vergleich zum schallkopffernen Kortex war mit beiden Softwarearten nachweisbar. Signifikant war dies mittels interner Software in allen drei ROIs der rechten Niere (p= 0,008-0,045) und mittels Vuebox in der rechten ROI der rechten Nieren (p= 0,014).

Die Erstellung des Referenzbereiches für CEUS-Perfusionsparameter wurde anschließend mit Vuebox® durchgeführt, aufgrund der deutlich besseren Auswertbarkeit der mit dieser Software untersuchten TICs. Die ROIs wurden entsprechend der Ergebnisse mittig im renalen Kortex platziert und die kortikalen Messungen im schallkopfnahen Bereich vorgenommen. Eine starke Korrelation zwischen Perfusions- und klinischen Parametern konnte weder mit Vuebox® noch mit der internen Software nachgewiesen werden.

Dank des Klassifikationssystems konnte gezeigt werden, dass die Positionierung einer mittigen ROI im schalkopfnahen Kortex unter Verwendung eines Linearschallkopfes am häufigsten zu auswertbaren TICs führt. Dies ist vor allem auf die Atembewegung der Hunde, Auslöschungen in der schallkopffernen Rinde und den Strahlenverlauf sowie die schlechte Auflösung der Konvexsonde zurückzuführen.

Die Hauptlimitation einer Anwendung von CEUS am unsedierten Hund sind Bewegungen, die zu unbrauchbaren Messungen führen. Die höhere Anzahl auswertbarer Kurven mittels Vuebox® ist unter anderem auf die verbesserte Ausstattung der Software und die Fähigkeit zur Kompensation dieser Bewegungen zurückzuführen.

Für eine klinische Anwendung der CEUS bei Hunden mit Niereninsuffizienz stellt die fehlende Notwendigkeit einer Narkose einen großen Vorteil dar, da durch die Narkose die Nierenfunktion zusätzlich belastet wird. Trotz des bewegungsbedingt vermehrten Auftretens von Artefakten beim Einsatz von CEUS am unsedierten Hund weist diese Studie vielversprechende Ergebnisse auf, deren klinische Relevanz und Korrelation zu klinischen Nierenfunktionsparametern wie der GFR noch in Folgestudien an nierenkranken Hunden weiterführend überprüft werden muss. Insgesamt weisen die Ergebnisse dieser Arbeit jedoch darauf hin, dass die CEUS Untersuchung der Niere ein vielversprechendes diagnostisches Mittel zur Evaluierung der lokalen renalen Durchblutung mit dem Ziel der Einschätzung der Nierenfunktion sein kann. Insbesondere die frühzeitige Erkennung eines Funktionsverlustes der Nieren ist für die Einleitung geeigneter Therapiemaßnahmen und damit die Prognose der Erkrankung entscheidend. Die CEUS Untersuchung der Niere hat das Potential mindestens so früh wie die GFR auf eine Beeinträchtigung der Nierenfunktion hinzuweisen. Im Gegensatz zur GFR können aber auch Aussagen über lokale Veränderungen in der Niere getroffen werden. Gegenüber der CT oder der MRT bietet die CEUS Untersuchung den Vorteil der Verwendung nicht nephrotoxischer Kontrastmittel und der fehlenden Notwendigkeit einer Untersuchung in Narkose. Somit könnte die CEUS Untersuchung der Niere auch bei geriatrischen und nierenkranken Patienten sicher angewendet werden.

abstract (englisch)

Renal insufficiency is one of the most common diseases in dogs, especially in the geriatric patient. With progression of the disease, the perfusion of the kidney decreases which leads to a reduction of renal function. Contrast-enhanced ultrasound (CEUS) offers the possibility to evaluate local renal perfusion of the dog with few side effects. An interesting question is the assessment of the potential of CEUS as a local early diagnostic tool for renal insufficiency before global changes, like decrease of the glomerular filtration rate (GFR), appear. CEUS bases on the measurement of contrast enhancement in selective regions of interest (ROI) from which time intensity curves (TIC) can be created. Following perfusion parameters can be determined from the TIC: Arrival time (AT), time to peak (TTP), peak enhancement (PE), wash in- and wash out-gradient (WiGrad and WoGrad) and the area under the wash in-curve (WiAUC). Aim of this study was to create a standardized method for the assessment of local renal perfusion in healthy unsedated dogs. Furthermore, the influence of different ROI-sizes and -locations, of two different ultrasound probes and of two analysis programs on the evaluability of TICs were to be examined. For this purpose, a five stage ranking system was developed. Another aim was to assess reference values for the CEUS-perfusion parameters of healthy unsedated dogs and to examine the influence of age on these parameters. The correlation between perfusion and clinical parameters (specific urine gravity, GFR, serum creatinine and blood urea) served as a prognostic tool for clinical applicability of CEUS.

In the first section of the study the amount of evaluable TICs in different regions of the kidney, examined with two different probes (convex and linear) and analyzed with the internal software of the ultrasound device GE Logiq E9. was compared. There were three ROIs compared with each other in the following locations: the cortex close to the probe (near field cortex), the cortex distant to the probe (far field cortex) and the medulla. Furthermore, ROIs in the far field cortex were compared with ROIs in the near field cortex. The assessment of the evaluability of TICs was performed using the self made five stage ranking system.

In the second section of this study, all measurements and statistical tests were repeated using the external analysis software Vuebox®, in order to optimize the results. Using the method that created most evaluable TICs, reference values for healthy unsedated dogs and a possible influence of age on perfusion values were assessed. For the latter, dogs were split in three age groups and the results of the separate groups were examined for significant differences between each other.

The convex transducer was excluded from further analyses due to the low number of evaluable TICs it produced. 24.8% could be created with the internal software of the Logiq E9 and the linear probe, using Vuebox® we received 55.6%. The comparison between the middle ROI and the left and right ROI with the internal software revealed significant more evaluable curves for the medulla, only (p= 0.005), while Vuebox® showed significances in seven locations for this result (p= <0.001 - 0,03). The higher amount of evaluable TICs in the near field cortex compared to the far field cortex was detectable with both programs. This was significant for all three ROIs in the right kidney using the internal software (p= 0.008-0.045) and for the right ROI in the right kidney using Vuebox® (p= 0.014).

In consequence, the calculation of reference values was carried out with Vuebox®, due to the better evaluability of the TICS created with this software. According to the results, ROIs were placed centrally and cortical measurements were performed in the near field cortex. With none of the two programs, a strong correlation between perfusion- and clinical parameters was detectable.

Thanks to the developed ranking system, the measurement of a central ROI in the near field cortex using a linear transducer could be worked out as the method that leads to the highest amount of evaluable TICs. This result can be explained by respiratory motion of the dogs, attenuations in the far field cortex and the bad resolution and beam path of the convex probe.

The main limitation of the application of CEUS on unsedated dogs is movement that leads to unusable measurements. The higher amount of evaluable curves received with Vuebox® can be explained by its equipment and the ability to compensate this motion.

Concerning the clinical applicability of CEUS to dogs with renal insufficiency, the avoidance of anesthesia constitutes a big advantage, as anesthesia further stresses renal function. Despite the increased occurrence of motion artifacts when using CEUS in unsedated dogs, this study presents promising results. Their clinical relevance and correlation to other clinical parameters of renal function, as the GFR, have to be evaluated in further studies including dogs with renal diseases. The results of this study however, present the examination of the kidney with CEUS as a promising diagnostic tool for the evaluation of local renal perfusion in order to assess renal function. Especially the early diagnostic of a loss of renal function is of great prognostic value and helps to choose the appropriate therapy option. CEUS examination of the kidney potentially detects changes in renal function as early as measurement of the GFR. However, contrary to the latter, CEUS is able to provide information of local changes in the kidney. Compared with CT or MRI, CEUS offers the advantage of safe contrast media and the lack the need of anesthesia. Hence, renal CEUS examination could safely be applied to geriatric patients and those with renal diseases.

keywords

CEUS, Nierenperfusion, Hund, renal perfusion, dogs

kb

4.488