Nicht-invasive Bestimmung des Differenzierungsgrades hepatisch metastasierter neuroendokriner Tumoren anhand der Radiomics basierten Bildanalyse von 68Ga-DOTATATE PET/CT-Daten

Neuroendokrine Tumoren sind eine heterogene Gruppe seltener Tumoren neuroektodermalen Ursprungs. Da die meisten NET im GIT lokalisiert sind, metastasieren sie vornehmlich über das Drainagegebiet der Portalvene in die Leber. Die für die Therapieentscheidung notwendige Erhebung des Differenzierungsgrades erfolgt abhängig vom Wert des Proliferationsmarkers Ki67. Die für die Bestimmung des Ki67-Markers erforderliche Tumorbiopsie ist aufwendig, beinhaltet Risiken für den Patienten und bewertet immer nur eine Stichprobe des z.T. sehr heterogenen Tumorgewebes (sampling error). Eine nicht-invasive Charakterisierung des gesamten Tumorgewebes bereits anhand der Bildgebung wäre somit wünschenswert. Radiomics bezeichnet ein neuartiges, innovatives Teilgebiet der radiologischen Grundlagenforschung, das sich mit der automatisierten, quantitativen Analyse von Bildparametern befasst, die für das menschliche Auge meist nicht erkennbar sind. Der Begriff Radiomics umfasst die Kombination von automatischer quantitativer Bildanalyse mit machine learning, da man auf der Basis radiologischer Bilddaten unterschiedlicher Modalitäten statistische Aussagen über Gewebeeigenschaften, Diagnosen und Krankheitsverläufe zu treffen versucht und radiomische Signaturen mit Gen-Expressions-Profilen assoziiert sein können. In dieser retrospektiven Single-Center-Studie wurden PET/CT-Daten von 130 Patienten mit hepatisch metastasierten NET durch automatisierte Bildauswertung mit Radiomics auf eine Korrelation von Bildmerkmalen der segmentierten Lebermetastasen mit dem Ki67-Proliferationsmarker und dem davon abhängigen Tumorgrading untersucht. Da über 90 % der NET in Abhängigkeit ihres Differenzierungsgrades auf ihrer Oberfläche SSR exprimieren, erfolgte die Bildgebung durch eine PET/CT mit dem Radiotracer 68Ga-DOTATATE, der über das SSA Octreotat selektiv an diese Oberflächenrezeptoren bindet. Die Lebermetastasen wurden manuell segmentiert und Form-, Histogramm- und Texturmerkmale extrahiert. Nach Vorverarbeitung der Daten wurden diese durch machine learning Algorithmen ausgewertet und auf eine Korrelation mit dem Ki67-Proliferationsmarker untersucht, der zuvor am Biopsat immunhistochemisch bestimmt worden war. Hierzu wurde die Kohorte basierend auf dem Medianwert des Ki67-Markers von 5 % in eine low-grade Gruppe (Ki67 = 5 %) mit 56 Individuen unterteilt. Ein data split teilte die Patientenkohorte in eine Trainingsgruppe mit 104 Patienten, die den machine learning Algorithmen zum Erlernen der statistischen Zusammenhänge diente, und eine Validierungsgruppe mit 26 Individuen, um die erlernte automatisierte Zuteilung abhängig von den n wichtigsten features aus n (2,5,10,20,50,100) zu evaluieren. Die zufällige Gruppeneinteilung und machine learning Auswertung durch die RFC erfolgte mehrfach, um belastbare Ergebnisse zu erzielen. Bei drei data splits ergab sich für die Gruppenzuteilung nur eine mittlere Accuracy von 61,5 % und eine mittlere AUC von 0,572. Die Werte unterschieden sich bei jedem data split, und die Zahl der features mit der höchsten statistischen Übereinstimmung war von data split zu data split unterschiedlich, was eine Anwendung auf unbekannte Datensätze erschwert. Eine verlässliche Differenzierung des Ki67-Proliferationsmarkers war somit nicht möglich. Wahrscheinlich unterschieden sich die Bilddaten nicht genug, um eine Differenzierung des Tumorgrades zu gewährleisten. Ein mögliches Problem könnte zudem an der Tatsache liegen, dass der Ki67-Wert das proliferative Wachstumsverhalten des Tumors beschreibt, die SSR-Oberflächenxpression aber, auf der die Signalintensität im PET/CT beruht, konstitutionell ist. Die Marker beschreiben also nicht die gleiche Tumoreigenschaft. Eine stärkere Proliferation des Tumors steht nicht im Zusammenhang mit einer stärkeren SSR-Expression. Im Gegenteil zeigen G3 NET z.T. eine verminderte SSR-Expression an der Oberfläche. Die immunhistochemische Untersuchung des bioptisch entnommenen Metastasengewebes findet zudem ex vivo und statisch statt, die PET/CT hingegen ist eine dynamische in vivo Untersuchung und umfasst das gesamte Tumorgewebe. Auch hier bestehen Diskrepanzen in der Vergleichbarkeit . Radiomics ist erst seit wenigen Jahren technisch verfügbar, und die Anwendung bezieht sich bisher meist auf MRT- oder CT-Datensätze. Unsere Untersuchung der PET/CT-Datensätze von NET ist daher mit anderen Arbeiten schwierig zu vergleichen. Auch wenn die Hypothese unserer Studie nicht verifiziert werden konnte, ist sie doch ein Schritt in Richtung des übergeordneten Ziels, eine präzise, effiziente und untersucherunabhängige Diagnostik zu ermöglichen und metabolische, zelluläre und möglicherweise auch genetische Informationen an den unterschiedlichen Tumormanifestationen nicht-invasiv und in vivo quantitativ zu erfassen

Tagungsband 1: Proceedings zum 11. Leipziger Tierärztekongress, 07. – 09. Juli 2022

Band 1 beinhaltet neben den typischen „Haustieren“ unter anderem die Artikel zur Berufspolitik und -ethik

Akute Auswirkungen von zwei verschiedenen Röntgenkontrastmitteln (Iodixanol im Vergleich zu Iopromid) nach wiederholter intraarterieller Applikation auf die renale Hämodynamik und den renalen Gewebesauerstoffpartialdruck: Randomisierte, explorative Vergleichsstudie in einem Großtiermodell (Deutsches Landschwein)

Ziel dieser Arbeit war eine explorative Untersuchung der akuten Effekte zweier unterschiedlicher Röntgenkontrastmittel mit unterschiedlichen Eigenschaften (LOCM vs. IOCM) am in vivo-Großtiermodell. Vor dem Hintergrund des noch nicht vollständig verstandenen Pathomechanismus des KM-ANV ist unsere Untersuchung der akuten Auswirkungen von zwei verschiedenen Röntgenkontrastmitteln (Iodixanol im Vergleich zu Iopromid) nach wiederholter intraarterieller Applikation auf die renale Hämodynamik und den renalen Gewebesauerstoffpartialdruck in einer randomisierten, explorativen Vergleichsstudie in einem Großtiermodell von großer Bedeutung für das tiefere Verständnis des KM-ANV und der Einordnung der bis dato vorliegenden in vitro-Ergebnisse, aber auch der Ergebnisse klinischer Vergleichs- und Beobachtungsstudien. Hierfür wurden bei insgesamt 16 anästhesierten Schweinen (pro Gruppe n=8) nach einem hochstandardisierten Protokoll mit Iodixanol bzw. Iopromid über die suprarenale Aorta behandelt und über den geschaffenen transperitonealen Zugang verschiedene Messungen zur Beurteilung der Perfusion und Sauerstoffversorgung - auch in Bezug auf die verschiedenen Zonen der Niere - durchgeführt: systemische hämodynamische Parameter (IBP-Messungen, Herzfrequenz), dopplersonographische Beurteilung (Resistive Index), CEUS-Messungen (TTP-Messung), pO¬2-Sonden-Messung (Licox) und oberflächliche O2-Fluoreszenzmessung. Für die systemischen hämodynamischen Parameter fanden sich bezogen auf den Blutdruck in beiden Gruppen gleichermaßen ansteigende Werte über den Verlauf des Versuchsprotokolls, am ehesten bedingt durch die chirurgischen und anästhesiologischen Störfaktoren. Bezogen auf die Herzfrequenz zeigte sich zwar keine Veränderung innerhalb beider Gruppen über die Zeit, jedoch gab es einen Unterschied zwischen den Gruppen. Da dieser Unterschied gleichblieb, war eine Vergleichbarkeit der Gruppen dennoch gegeben. Als interessantes Ergebnis war in der intraoperativen makroskopischen Beurteilung der Niere im Gruppenvergleich ein Marmorierungseffekt als hyperakuter Effekt an der Nierenoberfläche zu beobachten, was wiederum hinweisend für eine subkortikalen Perfusionsstörung war. Dieser hyperaktue Effekt war in der Iopromidgruppe signifikant häufiger zu beobachten. In beiden Gruppen kam es jedoch nach >3 Minuten zur äußerlich sichtbaren Normalisierung der Perfusion. Dies ist durch die noch junge und gesunde Gefäßarchitektur unserer Versuchstiere erklärbar. Dopplersonographisch zeigte sich die maximale systolische Geschwindigkeit augenscheinlich in beiden Gruppen gegenläufig im zeitlichen Verlauf. Während die PSV in der Iodixanolgruppe eher anstieg, kam es eher zum Abfallen in der Iopromidgruppe. Ein Anstieg der enddiastolischen Geschwindigkeit wäre für beide Gruppen bei ansteigendem Blutdruck über die Zeit zu erwarten gewesen, zeigte sich aber tendenziell in der Iopromid-Gruppe geringer ausgeprägt. Diese beiden Tendenzen spiegelten sich konsequenterweise im Resistive Index wider. Im direkten Verlgeich von dopplersonographischen Werten direkt vor mit direkt nach der jeweiligen RKM-Gabe zeigten sich nach der fünften und zehnten RKM-Gabe augenscheinliche Unterschiede, wobei sich in der Iodixanolgruppe eher ansteigende PSV- und EDV- bzw. abfallende RI-Werte zeigten. In der Iopromid-Gruppe verhielten sich die Veränderungen gegenläufig. Mit der Bestimmung der TTP für verschiedene renale Areale sollten direkte und indirekte Hinweise auf die Perfusion gewonnen werden. In der nachträglichen Auswertung der TTP für verschiedene Areale in der Niere, also der Zeit bis zu Anflutung des Ultraschallkontrastmittels, wurden insgesamt drei ROI-Protokolle angewendet. Im ROI-I-Protokoll fanden sich über den Aa. arcuatae in der Iodixanolgruppe über die vier Messungen konstante Werte, während sich in der Iopromidgruppe ein augenscheinlicher Anstieg bereits nach der fünften RKM-Gabe und ein vergleichbarer Wert für die zehnte RKM-Gabe zeigte. Die Unterschiede zwischen den Gruppen setzen sich tendenziell in den weiteren – dem Blutstrom sequentiell folgenden – ROI (Kortex, äußere Medulla, Papillenspitze) fort mit augenscheinlich höheren TTP in der Iopromidgruppe, v.a. nach der fünften und zehnten RKM-Gabe. In den Baseline-Messungen boten beide Gruppen vergleichbare TTP-Werte, so dass vor Behandlung eine Vergleichbarkeit gegeben war. Im ROI-II-Protokoll zeigten sich keine signifikanten Unterschiede (flächige, manuell geformte ROI). Der Tendenz nach waren aber die Werte vergleichbar mit den ROI-I-Werten, auch bei Mittelung über die gesamte Nierenhälfte. Konsistent hierzu waren die Ergebnisse im ROI-III-Protokoll, welches in unserer Arbeitsgruppe ausgewertet und von Lamby et al. (2017) veröffentlicht wurde. Es fanden sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen bei Vermessung der Gefäßdurchmesser (Aa. arcuatae). Speziell im Verlauf nivellierten sich sogar tendenzielle Unterschiede. Letztlich wird hier sichtbar, dass die Effekte der RI- und CEUS-Messungen im mikrozirkulatorischen Bereich zu verorten sind. Bei Auswertung der oberflächlichen O2-Flux-Messung mittels Sensorfolie war zwar eine Reihe von Messungen nicht auswertbar, die Anzahl der nicht auswertbaren Messungen war jedoch zwischen den Gruppen annähernd gleich. Es boten sich augenscheinliche Gruppenunterschiede mit allzeit niedrigeren Fluxwerten in der Iodixanolgruppe und teils signifikanten Mittelwertunterschieden zwischen den Gruppen. Im beispielhaften Einzelfall konnte eine Koinzidenz der Marmorierung mit einem hohen Flux beobachtet werden. Zur Vollständigkeit wurden die Ergebnisse der Messung des Sauerstoffpartialdrucks im kortikomedullären Übergang mittels Licox-Sonde dargestellt, welche bereits von Lamby et al. (2019) veröffentlicht wurden. Statistisch signifikante Gruppenunterschiede konnten hier nicht beobachtet werden. Tendenziell zeigte sich in der Iopromid-Gruppe jedoch im 200-Sekunden-Beobachtungszeitraum ein irreversibler Abfall des Sauerstoffpartialdrucks im kortikomedullären Übergangsbereich. Zusammenfassend zeigten sich für alle Messungen konsistente Ergebnisse, wobei Iopromid in der Akutbetrachtung und nach mehrmaliger Gabe eine Veränderung und Verschlechterung der renalen Perfusion in verschiedenen Arealen der Niere verursachte. Der bisher noch nicht beschriebene, hyperakute Effekt der Marmorierung nach RKM-Gabe zeigte sich vor allem in der Iopromid-Gruppe und konnte mit anderen gemessenen Parametern in Einklang gebracht werden. Die Verwendung verschiedener Messtechniken stellt zwar eine Herausforderung in der Durchführung und Interpretation dar, jedoch wurde die Verwendung einzelner Methoden (z.B. O2-Fluoreszenz-Messung) in diesem Setup an der Niere noch nie zuvor durchgeführt. Die Beobachtung von derart ausgeprägten vaskulären Reaktionen bei jungen und gesunden Nieren nach RKM-Gabe mit anschließender Normalisierung stellt erstens die unerwünschten Nebenwirkungen von RKM (speziell Iopromid) dar, zweitens zeigt es die Reversibilität bei ausreichend gesunden Nieren und drittens kann es so die schädlichen Auswirkungen von RKM bei chronisch geschädigten Nieren erklären und als Ausgangspunkt eines KM-ANV gewertet werden

Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen auf Basis intravaskulärer Ultraschallaufnahmen zur klinischen Anwendung in einem IVB-System

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind in Deutschland für fast 50% der Todesfälle verantwortlich. Insbesondere die Arteriosklerose (vulgo: „Arterienverkalkung“) ist dabei ein dominierendes Krankheitsbild. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die Arteriosklerose seit den Anfängen der wissenschaftlichen Medizin ein Feld für umfangreiche Untersuchungen gewesen ist. Speziell durch den technischen Fortschritt bildgebender Verfahren war es möglich neuartige Diagnose- und Therapiemethoden zu entwickeln. Dabei hat sich gerade der intravaskuläre Ultraschall zu einem Goldstandard in der Diagnose arteriosklerotischer Erkrankungen und, in Kombination mit der intravaskulären Brachytherapie, zu einer Erfolg versprechenden Basistechnik für therapeutische Maßnahmen entwickelt. Grundvoraussetzung fast jeder bildbasierten Intervention ist aber die Separierung der Bilddaten in anatomisch und pathologisch differenzierte, saliente Regionen. In Anbetracht zunehmender, umfangreicherer Datenmengen kann eine derartige Aufarbeitung nur rechnergestützt durch Problem adaptierte Klassifikationsalgorithmen gewährleistet werden. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, neue Methoden zur Merkmalsextraktion und Algorithmen zur Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen bereitzustellen. Aus der initialen Fragestellung wurde zudem zeitnah deutlich, dass das Forschungsvorhaben Anknüpfungspunkte zu weiteren hochgradig relevanten inter- und intradisziplinären Forschungsthemen, beispielsweise der Histologie, Systembiologie oder Chemietechnik, aufweist. Aber auch vonseiten der Anwendungsszenarien wurden teilweise völlig neue, innovative Wege beschritten. Exemplarisch sei ein E-Learning-Ansatz zur „Übersetzung“ digitaler Bilddaten in haptisch erfahrbare Reliefs für blinde und sehbehinderte Schülerinnen und Schüler genannt. In Anbetracht dieser partiell divergierenden Sichtweisen war auch die generalisierte, von der expliziten Fragestellung abstrahierte Umsetzung eine Ausrichtung der Arbeit. Dieser Intention folgend wurden drei wesentliche methodische und konzeptionelle Entwicklungen innerhalb der Arbeit realisiert: ein Expertensystem zur Approximation arterieller Kompartimente mittels unscharfer elliptischer Templates, ein neuartiger, effizienter Ansatz zur signaltheoretischen Extraktion textureller Merkmale und die Etablierung maschinelle Lernverfahren unter Integration von a priori Wissen. Über eine konsequente Integration statistischer Gütemaße konnte zudem eine ausgeprägte Rückkopplung zwischen Klassifikations- und Bewertungsansätzen gewährleistet werden. Gemeinsam ist allen Ansätzen das Ansinnen, trotz hoch anwendungsbezogener Umsetzungen, die fortwährende Portabilität zu beachten. In einer übergeordneten Abstraktion kann die Intention der Arbeit somit auch in der „generalisierten Nutzung signaltheoretischer Merkmale zur Klassifikation heterogener, durch texturelle Ausprägungen zu differenzierende Kompartimente mittels maschineller Lernverfahren“ verstanden werden

Neues aus Wissenschaft und Lehre

Das Jahrbuch der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf versteht sich als Forum für den wissenschaftlichen Dialog der Universität zu Zeitfragen, zu aktuellen Problemlagen und Herausforderungen von Wissenschaft und Gesellschaft, als Brücke der Vermittlung zwischen Forschung und Öffentlichkeit sowie als Gedächtnisort der Innovationen und des Fortschritts in Forschung und Lehre der Universität und als Speicher der wissenschafts- und hochschulpolitischen Entscheidungen für strukturelle Weichenstellungen mit Langzeitwirkung. Zielgruppe ist die an den Arbeitsergebnissen in Forschung und Lehre sowie an wissenschaftlichen Entscheidungen der Heinrich-Heine-Universität interessierte Öffentlichkeit. Diese soll über die Dynamik und das sich wandelnde Profil der Fakultäten kontinuierlich informiert und in die Lage versetzt werden, sich intensiver mit neuen Forschungsfragen und -ergebnissen auseinander zu setzen. Es geht vor allem darum, die Be-deutung der Forschung für die verschiedenen Lebensbereiche und damit auch für unsere gesellschaftliche Entwicklung bewusst zu machen. Die Beiträge vermitteln gleichsam als Momentaufnahme einen Ausschnitt aus dem permanenten Prozess des sich verändernden Profils der Fakultäten. Erst eine Folge von Jahrbüchern eröffnet die Chance, die Tiefe des Gesamtprofils auszuloten und dessen Nachhaltigkeit zu erkennen

Neues aus Wissenschaft und Lehre

Das Jahrbuch der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf versteht sich als Forum für den wissenschaftlichen Dialog der Universität zu Zeitfragen, zu aktuellen Problemlagen und Herausforderungen von Wissenschaft und Gesellschaft, als Brücke der Vermittlung zwischen Forschung und Öffentlichkeit sowie als Gedächtnisort der Innovationen und des Fortschritts in Forschung und Lehre der Universität und als Speicher der wissenschafts- und hochschulpolitischen Entscheidungen für strukturelle Weichenstellungen mit Langzeitwirkung. Zielgruppe ist die an den Arbeitsergebnissen in Forschung und Lehre sowie an wissenschaftlichen Entscheidungen der Heinrich-Heine-Universität interessierte Öffentlichkeit. Diese soll über die Dynamik und das sich wandelnde Profil der Fakultäten kontinuierlich informiert und in die Lage versetzt werden, sich intensiver mit neuen Forschungsfragen und -ergebnissen auseinander zu setzen. Es geht vor allem darum, die Be-deutung der Forschung für die verschiedenen Lebensbereiche und damit auch für unsere gesellschaftliche Entwicklung bewusst zu machen. Die Beiträge vermitteln gleichsam als Momentaufnahme einen Ausschnitt aus dem permanenten Prozess des sich verändernden Profils der Fakultäten. Erst eine Folge von Jahrbüchern eröffnet die Chance, die Tiefe des Gesamtprofils auszuloten und dessen Nachhaltigkeit zu erkennen