Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Klinische Diagnostik von Lungenerkrankungen bei Schweinen anhand computertomographischer und digitaler Röntgenbefunde

Brauer, Carsten

Computed tomographic (CT) and digital radiographic imaging in veterinary medicine has spread more and more in recent years. Nowadays, it even found its way into the area of productive livestock diagnostics. Beyond that, CT and X-ray imaging is of particular interest during the course of scientific studies on animal models. Respiratory diseases still represent one of the major health threats in pigs and computed tomographic examinations are particularly suitable for lung diagnostics. Therefore, in this work we tested CT for portrayal of the pig thorax region with focus on the lung. Digital radiographic and computed tomographic examinations were first performed on eleven healthy pigs of two different age groups and later on 29 pigs during the course of a clinical trial after infection with Actinobacillus pleuropneumoniae (A.pp.). The recorded CT and X-ray images were compared with the results of established clinical, pathomorphological and histological diagnostic methods. Further, the images were related to pathogen detection and histologic examinations. Based on CT images from the eleven healthy pigs, physiological anatomical structures were depicted and described in detail. It was also shown that density measurements at the dorsal and ventral lung regions led to significantly different results. Interstitial pneumonia could only be diagnosed by histological examination and not by any other diagnostic method including CT and digital x-ray imaging. Furthermore, diagnostic findings of all animals were classified according to established scoring systems. All eleven animals were rated as "not affected". The present studies show that computed tomographic examination is well suitable for non-overlapping and contrast-rich representation of the cross-sectional anatomy of the pig thorax. In contrary to the radiographic examination, which produces a summed picture of all anatomical structures, the CT image shows more details and allows for easier identification of different structures. The CT images generated in the first part of this work will serve as reference images for the future and are therefore helpful for the interpretation of diagnostic CT findings on pathologically altered lung parenchyma tissue. In the second part of this work computed tomography was used to detect pathological changes in the lung during pig A.pp. infection. A total number of 24 pigs were infected with A.pp. by an aerosol infection model, five pigs served as control animals and underwent mock infection with NaCl. During the study the pigs underwent a daily general clinical examination with special regard to the respiratory tract. On day 7 and 21, a computed tomographic and radiographic examination of the lungs was performed. Results were then compared to the results of pathomorphological examination on day 21. For evaluation of the clinical and radiographic findings established scoring systems were used. The assessment of pathomorphological lung alterations was performed according a lung lesion scoring system. An assessment scheme on the basis of CT scans for the classification of disease severity has been developed accordingly. The CT scoring system is based both on visible pathologic changes in lung structure on the CT images and on lung tissue density measurements. Histological lung sections were also prepared in order to detect microscopic lung alterations. Calculated CT- and x-ray-scores and all other examination methods performed on day 7 and on day 21 after A.pp. infection confirmed the A.pp. infection in it’s different states of disease. Both, the CT- and the X-ray-scores, correlated well with the clinical scores. The best correlation with the lung lesion score on day 21 was found with the newly developed CT-score. In summary, the conducted studies show that on the basis of CT images, clinically relevant anatomical structures and pathomorphological changes can be depicted. Although CT scans have more informative value than digital X-ray images, they are also associated with higher financial and technical efforts. Therefore, CT diagnostics is currently not able to replace diagnostic gross pathology with following diagnostic examination for the aetiological agent. Still, CT diagnosis represents an important tool to perform accurate and meaningful diagnostics on living animals during the course of scientific clinical studies. Hence, in future studies it is possible to reduce the number of experimental animals, because fewer animals have to be euthanized. In conclusion, CT examination is very well suitable for high-contrast and non-overlapping representation of the healthy and diseased porcine lung. The used diagnostic methodologies cannot be replaced by each other but rather depict a useful set of possibilities in their entirety. CT is of high importance for scientific studies in order to monitor living animals.

Die computertomographische (CT) sowie digitale röntgenologische Bildgebung hat sich in den letzten Jahren immer stärker in der Tiermedizin verbreitet; mittlerweile hat sie auch Einzug in die Nutztierdiagnostik gefunden. Darüber hinaus ist das Interesse an CT- und Röntgenaufnahmen besonders in der Wissenschaft bei Verlaufsuntersuchungen an Tiermodellen groß. Da respiratorische Erkrankungen immer noch einen der Haupterkrankungskomplexe in der Schweinehaltung darstellen und die computertomographische Untersuchung sich für die Lunge prinzipiell sehr gut eignet, wurde ihre Anwendung in dieser Arbeit am Thorax und insbesondere an der Schweinelunge geprüft. Zu diesem Zweck wurden computertomographische und digitale röntgenologische Untersuchungen zunächst an elf gesunden Schweinen zweier Altersgruppen sowie nachfolgend an 29 Schweinen im Rahmen einer wissenschaftlichen Verlaufsuntersuchung nach experimenteller Infektion mit Actinobacillus pleuropneumoniae (A.pp.) durchgeführt. Die angefertigten CT- und Röntgenaufnahmen wurden dann mit den Ergebnissen bereits etablierter klinischer, röntgenologischer und pathomorphologischer Untersuchungsmethoden verglichen und mit den Ergebnissen entsprechender Erregerdiagnostik und histologischer Untersuchung in Beziehung gesetzt. An CT-Schnittbildern der elf gesunden Schweine wurden die anatomischen Strukturen dargestellt und ausführlich beschrieben. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Dichtemessung des dorsalen und ventralen Lungenbereichs signifikant unterschiedliche Ergebnisse liefert. Histologisch diagnostizierte interstitielle Pneumonien konnten durch keine andere Untersuchungsmethodik, inkl. CT- und Röntgenuntersuchung, festgestellt werden. Darüber hinaus wurden die Befunde aller Untersuchungsmethoden anhand etablierter Scoringsysteme ausgewertet. Alle elf Tiere wurden danach als „nicht erkrankt“ klassifiziert. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen, dass sich die computertomographische Untersuchung für die überlagerungsfreie und kontrastreiche Darstellung der Querschnittanatomie des Schweinethorax gut eignet. Im Gegensatz zur röntgenologischen Untersuchung, bei der ein Summationsbild entsteht, sind die anatomischen Strukturen im CT-Bild detaillierter und daher besser identifizierbar. Die im ersten Teil dieser Arbeit erstellten Aufnahmen können somit als CT-Referenzbilder dienen und stellen eine Hilfe bei der Befundinterpretation pathologischer Veränderungen des Lungenparenchyms dar. So konnte im zweiten Teil dieser Arbeit die Computertomographie herangezogen werden, um pathologische Lungenveränderungen am lebenden Schwein im Verlauf einer A.pp.-Infektion festzustellen. Insgesamt 24 Schweine wurden mit Hilfe eines Aerosolinfektionsmodells mit A.pp. infiziert, weitere fünf Schweine dienten als Kontrollgruppe und durchliefen eine Scheininfektion mit NaCl. Während der Studie wurde eine tägliche klinische Allgemeinuntersuchung der Schweine vorgenommen, wobei das besondere Augenmerk den Befunden des Respirationstraktes galt. An Tag 7 und Tag 21 wurden eine computertomographische und eine röntgenologische Untersuchung der Lunge durchgeführt. Die Ergebnisse wurden anschließend mit den pathomorphologischen Ergebnissen der Sektion von Tag 21 verglichen. Zur Auswertung der Befunde wurden etablierte klinische bzw. röntgenologische Scores herangezogen. Die Befundung der Lunge nach pathomorphologischer Untersuchung fand entsprechend einem etablierten Lungenscore statt. Ein Beurteilungsschema anhand von CT-Aufnahmen zur Klassifizierung des Erkrankungsschweregrades wurde neu entwickelt. Dieses CT-Scoringsystem basiert auf im CT-Bild sichtbaren pathologischen Strukturveränderungen der Lunge und der Lungenparenchymdichtemessung. Histologische Lungenschnitte wurden ebenfalls angefertigt, um die Lungenveränderungen auch mikroskopisch an Tag 21 darzustellen. Sowohl an Tag 7 als auch an Tag 21 nach der A.pp.-Infektion konnten die ermittelten CT-Scorewerte und die Ergebnisse der anderen Untersuchungsverfahren die A.pp.-Infektion in den verschiedenen Erkrankungsphasen bestätigen. Sowohl die CT- als auch die Röntgen-Scorewerte korrelierten gut mit dem klinischen Score. Der neu entwickelte CT-Score korrelierte am besten mit dem pathomorphologischen Sektionsscore an Tag 21. Zusammenfassend zeigen die durchgeführten Studien, dass mit Hilfe der CT-Schnittbilder klinisch relevante anatomische Strukturen sowie pathomorphologische Veränderungen dargestellt werden können. Zwar sind CT-Aufnahmen aussagekräftiger als digitale Röntgenaufnahmen, sie sind jedoch auch mit ungleich höherem finanziellem und apparativem Aufwand verbunden. Außerdem ist die CT-Diagnostik momentan nicht geeignet, die diagnostische Sektion und weiterführende zur ätiologischen Abklärung durchgeführte Untersuchungen zu ersetzen. Sie stellt jedoch eine wichtige Möglichkeit dar, um am lebenden Tier im Verlauf wissenschaftlicher klinischer Studien eine genaue und aussagekräftige Diagnostik durchführen zu können. In zukünftigen Untersuchungen kann so die Anzahl an Versuchstieren reduziert werden, da weniger Tiere in den unterschiedlichen Erkrankungsstadien euthanasiert werden müssen, um den Verlauf der Erkrankung zu verfolgen. Abschließend ist festzustellen, dass die CT-Untersuchung sich für die kontrastreiche und überlagerungsfreie Darstellung der gesunden und erkrankten Schweinelunge sehr gut eignet. Die verwendeten Untersuchungsverfahren können sich in ihrer Gesamtheit gut ergänzen. Die CT ist besonders für wissenschaftliche Verlaufsstudien von großer Bedeutung.

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Brauer, Carsten: Klinische Diagnostik von Lungenerkrankungen bei Schweinen anhand computertomographischer und digitaler Röntgenbefunde. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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