Kontrastmittelsonographie im Urogenitaltrakt: Klinischer Einsatz und neue Chancen

Obwohl die Kontrastmittelsonographie Anfang der 2000er Jahre eingeführt wurde, ist sie in der klinischen Routinediagnostik insbesondere durch die Implementierung in Leitlinien erst in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Neben der etablierten Leberbildgebung rückt die Anwendung der extrahepatischen Kontrastmittelsonographie vermehrt in den Fokus, wenn auch weiterhin als off-label use. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich vor allem mit neuen Aspekten der extrahepatischen Anwendungsmöglichkeit mit Schwerpunkt Niere und Hoden. So wurde erstmals die qualitative Bewertung von CEUS-Bildern in der Evaluation von kleinen Nierenläsionen herausgearbeitet. In 143 Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass nicht nur die in der Literatur beschriebenen Situationen Übergewicht und Darmgasüberlagerung als Faktoren für eingeschränkte Beurteilbarkeit fungieren, sondern einzelne Parameter der zu beurteilenden Läsion sowie Gesamtparameter der Niere ausschlaggebend sind (Originalarbeit 1). Dies beinhaltet Läsionsgröße, Läsionstiefe sowie die Art des Tumorwachstums (exophytisch) als Einflussfaktoren der Läsion sowie Nierenatrophie und Nierentiefe als generalisierte Einflussfakturen auf die bildgebende Qualität in der CEUS. In einer chronisch atrophen Niere liegt folglich auch ein eine reduzierte Vaskularisation (und somit reduzierte Perfusion in der CEUS) vor, was im weiteren Sinne auch einen Einfluss auf die Beurteilung einer fokalen Läsion innerhalb der Niere (unabhängig ihres Wachstumsmusters) hat. Die publizierten Studienergebnisse erlauben aber erstmals eine evidenzbasierte Identifikation von metrischen bzw. parametrischen Variablen, welche eine akkurate Bildqualität in der CEUS vorhersagen. Dies hat wesentlichen Einfluss auf den folgenden Algorithmus der KM-gestützten Untersuchungsmodalität z.B. nach einem Zufallsbefund oder Identifikation einer suspekten renalen Raumforderung in der tomographischen Bildgebung. Neben qualitativen Faktoren wurde in der Originalarbeit 2 die Differenzierung von Neoplasien innerhalb von entwicklungsbedingten renalen Pseudotumoren untersucht. Hier konnte sich der CEUS als optimale Modalität (in Kombination mit der FKDS) zum Ausschluss einer realen Neoplasie bestätigen. Vor allem in der Klärung von unklaren Nierenraumforderungen als Zufallsbefund in der nativen Sonographie bestätigt sich der CEUS als rasch durchführbare und nebenwirkungsarme Modalität. Neben deutlich weniger Nebenwirkungen im Vergleich zu jodhaltigen und gadoliniumhaltigen Kontrastmitteln ist CEUS durch die fehlende Nephrotoxizität und ohne Interaktion mit der Schilddrüsenfunktion ein sicheres Untersuchungsverfahren. In Originalarbeit 3 wurde die Gesamtnierenperfusion in Patienten mit akutem Nierenversagen und Verdacht auf Nierenrindennekrose untersucht. Hier wurde gezeigt, dass der CEUS das typische „peripheral rim sign“, ein subkapsuläres Areal ohne KM-Enhancement, als Zeichen einer Nierenrindennekrose darstellen kann. Darüber hinaus wurde der RI-Wert <1 und das medulläre Enhancement als wichtiger Marker zur Differenzierung einer Nierenvenenthrombose identifiziert. Insbesondere die Nierenrindennekrose im Rahmen des akuten Nierenversagens lässt ein für die Nierenfunktion schonendes Kontrastmittel wünschen – was CEUS bietet. Durch die oberflächliche Lage des Nierentransplantates und damit einhergehende optimale Schallbarkeit ist auch der CEUS mittlerweile ein zunehmend akzeptiertes und genutztes bildgebendes Verfahren. In Originalarbeit 4 wurde erstmals die Gesamtnierenperfusion zum Kontext der seitengetrennten Nierenfunktion, untersucht im Rahmen der präoperativen Szintigraphie, evaluiert. Dabei wurden 60 Eigennieren von Spender*innen mittels CEUS und seitengetrennter Nierenszintigraphie sowie vollständiger Laborkontrollen und präoperativer/postoperativer Diagnostik analysiert. Hier konnte kein zeitbezogener Parameter in CEUS mit der Funktion assoziiert werden. Auch in den Intensitätsparametern wurde keine signifikante Korrelation mit der Nierenfunktion festgestellt. Erst in Subgruppenanalysen von normalgewichtigen Personen wurde die mittlere lineare Intensität (meanLin) der Perfusionsanalyse in der Kontrastmittelsonographie mit signifikanter Korrelation zur Nierenfunktion gemessen an der eGFR identifiziert. Die Studienergebnisse beinhalten die Identifikation von Untersuchungsparameter und Body Mass Index auf die Ergebnisse der Perfusionsanalyse als potenzielle Confounder. Die hohe diagnostische Genauigkeit konnte neben fokalen Läsionen der Niere auch in der Charakterisierung von Hodenpathologien bestätigt werden, untersucht in einer Kohorte von 49 Patienten (Originalarbeit 5). Im Vergleich zur etablierten FKDS konnte die Kontrastmittelsonographie vor allem häufiger eine Durchblutung von testikulären Raumforderungen darstellen, bei denen die FKDS keine signifikante Hypervaskularisation detektieren konnte. Neben rein diagnostischen Kriterien ist die Kosteneffizienz ein relevanter Faktor im diagnostischen Algorithmus. Daher wurde in Originalarbeit 6 die Kosteneffizienz der Kontrastmittelsonographie im Vergleich zum Goldstandard CT und MRT in der Diagnostik von intermediär komplizierten Nierenzysten (Bosniak IIF und III) beschrieben. Nachdem der CEUS bereits bei Gassert et al. als kosteneffiziente Modalität im Vergleich zur MRT geschrieben wurde, wurde in dieser Studie und der wichtigen Erweiterung um die CT eine klar dominante Kosteneffizienz der CEUS im Vergleich zu beiden tomographischen Verfahren (MRT und CT) beschrieben. Die MRT zeigt sich zwar als diagnostisch effektiver im Vergleich zur CT, aber generell in ihrer Gesamtstruktur als kostenintensiver. Somit wurde der CEUS als kosteneffizienteste Untersuchungsmodalität in der initialen Diagnostik und im Follow-Up von intermediär komplizierten Nierenzysten unterstrichen. Zusammenfassend ergeben sich aus der vorliegenden Schrift neue wissenschaftliche Erkenntnisse der Kontrastmittelsonographie in der urogenitalen Diagnostik, die sowohl diagnostische Genauigkeit als auch weiterführende Aspekte wie Bildqualität und Kosteneffizienz beinhalten. Abseits der schon etablierten Anwendung in der Diagnostik von Nierenzysten wurden hier vor allem seltenere Pathologien und neue Anwendungsgebiete wie die Gesamtorganperfusion beachtet

Die Bosniak-Klassifizierung von Nierenzysten im kontrastmittelunterstützten Ultraschall (CEUS) vergleichend zur Computertomographie und Magnetresonanztomographie

Background: Since the introduction in 1986 the Bosniak classification is the primary tool for morphologic evaluation and treatment planning of cystic renal lesions. Over the last decade the use of contrast-enhanced ultrasound (CEUS) in the diagnostic algorithm of complex renal cysts was rapidly increasing. Bosniak classification in CEUS is comparable to gold standard computed tomography (CT) but seems to upgrade cystic lesions in a small number of cases. This study investigates whether the Bosniak classification of renal cysts in CEUS examinations is comparable to gold standard CT or magnetic resonance imaging (MRI). Methods: The Bosniak classification of retrospectively evaluated CEUS examinations was compared to contrast-enhanced follow up imaging CT or MRI. For detection of malignancy the results were compared to histopathological report, if available. If case of missing CT and MRI initial CEUS examinations were compared to CEUS follow up after six months. All CEUS examinations were performed by experts in the field of ultrasound with more than 10 years of experience in the application of CEUS (EFSUMB level 3). Results: Overall 270 cystic renal lesions were included into the analysis (median age 66 years [IQR, 57-73], 63% male patients). Using Bosniak-classification 23/83 renal cysts (28%) were rated different compared to CT with a downgrade of 19 cystic lesions (23%) and an intra-class-correlation coefficient of 0.824 (p<0.001). 38/86 cystic lesions (44 %) were up- and downgraded by CEUS compared to MRI especially in classes Bosniak IIF (n=16/31) und Bosniak III (n=16/28) with an intra-class-correlation coefficient of 0.651 (p<0,001). In 97 CEUS follow-Up examinations no change was detected in Bosniak classes I and III, while a different rating was described in 12 lesions (7 Bosniak IIF downgraded to Bosniak II and 5 Bosniak II lesions upgraded in Bosniak IIF). Conclusion: CEUS-Bosniak classification showed excellent correlation to CT and only moderate correlation to MRI, especially in intermediate complex renal cysts (Bosniak IIF and III). Due to the sensitive detection of microbubbles, CEUS can even visualize finest septal and small nodular wall enhancement which may result in an upgrade of cystic lesions into a higher Bosniak class compared to CT.Seit der Einführung 1986 wurde die Bosniak-Klassifikation zur morphologischen Beurteilung und Therapieplanung von zystischen Nierenläsionen verwendet. In den letzten Jahren gewann der Kontrastmittelultraschall (CEUS) im diagnostischen Algorithmus komplexer Nierenzysten zunehmend an Bedeutung. Insgesamt vergleichbar zum Goldstandard, der Computertomographie (CT), scheint CEUS jedoch Nierenzysten teilweise höher einzustufen. In dieser Studie soll die Vergleichbarkeit der Bosniak-Klassifikation von CEUS zu den schnittbildgebenden Verfahren CT und MRT untersucht werden. Methoden: In einem multizentrischen, retrospektiven Design wurde die Bosniak-Klassifikationen der CEUS–Untersuchungen von zystischen Nierenläsionen mit im kurzfristigen Zeitintervall durchgeführten Verlaufskontrollen (kontrastmittelgestützter CT oder MRT) und, sofern vorhanden, mit den histopathologischen Befunden verglichen. Native Verlaufskontrollen wurden ausgeschlossen. Bei fehlender Schnittbildgebung wurde das CEUS Follow-UP nach 6 Monaten als Vergleich herangezogen. Alle CEUS-Untersuchungen wurden von erfahrenen Radiologen auf dem Gebiet der Kontrastmittelsonographie durchgeführt (mehr als 10 Jahre Erfahrung in CEUS). Ergebnisse: Insgesamt konnten 270 zystische Nierenläsionen eingeschlossen werden (medianes Alter 66 Jahre [IQA: 57-73], 63% männlich). Aus 83 mit der CT verglichenen Untersuchungen wurden 23 Nierenzysten (28%) unterschiedlich bewertet, in 19 Fällen (23%) folgte eine Einstufung in eine niedrigere Bosniak-Klasse. Insgesamt erreichen CEUS und die CT eine exzellente Vergleichbarkeit (ICC: 0,824, p<0.001). Aus 86 Vergleichsuntersuchungen mit der MRT wurden insgesamt 38 zystische Nierenläsionen unterschiedlich bewertet (44%), sowohl in höhere als auch niedrigere Bosniak-Klassen (ICC: 0,651, p<0,001). Unterschiede fanden sich insbesondere in den Gruppen Bosniak IIF (n=16/31) und Bosniak III (n=16/28). In 97 CEUS Follow-Up Untersuchungen gab es keine Änderung in den Gruppen I und III, 12 Läsionen aus den Gruppen Bosniak II und IIF wurden unterschiedlich bewertet (7 Läsionen aus der Bosniak-Klasse IIF zu Bosniak II, 5 Läsionen aus der Bosniak-Klasse II zu Bosniak IIF). Schlussfolgerung: Die Bosniak-Klassifikation von CEUS zeigt eine bessere Vergleichbarkeit mit der CT (Goldstandard) als mit der MRT. Die häufigsten Unterscheidungen kommen in den Klassen der komplexen Nierenzysten Bosniak IIF und vor. Durch die hochsensitive und dynamischen Kontrastmitteldarstellung von CEUS in der Evaluation zystischer Nierenläsionen kann diese zu einem Upgrade in der Bosniak-Klassifikation führen, weshalb eine s Anpassung der Bosniak-Klassifikation in Erwägung gezogen werden sollte

Multiparametric ultrasound findings in acute kidney failure due to rare renal cortical necrosis

Renal cortical necrosis (RCN) is a rare cause of acute kidney failure and is usually diagnosed on the basis of characteristic enhancement patterns on cross-sectional imaging. Contrast-enhanced ultrasound (CEUS) offers benefits in patients with kidney failure in the clinical setting including the use of a nonnephrotoxic intravascular contrast agent and the fact that it can be performed at the bedside in critical cases. Therefore, the aim of this study is to investigate whether CEUS can reliably identify typical imaging features of RCN. We retrospectively analyzed 12 patients with RCN examined in our department and confirmation of the diagnosis by either histopathology, other contrast-enhanced cross-sectional imaging tests, and/or CEUS follow-up. Assessed parameters in conventional US were reduced echogenicity, loss of corticomedullary differentiation, length and width of kidney, hypoechoic rim, resistance index and in CEUS delayed wash-in of contrast agent (>20 s), reverse rim sign, maximum nonenhancing rim and additional renal infarction. Furthermore, imaging features in RCN were compared with the findings in renal vein thrombosis (RVT), among them echogenicity, corticomedullar differentiation, hypoechoic rim, RI value, delayed cortical enhancement, total loss of cortical perfusion and enhancement of renal medulla. All 12 patients showed the reverse rim sign, while a hypoechogenic subcapsular rim was only visible in four patients on B-mode ultrasound. A resistance index (RI) was available in 10 cases and was always less than 1. RI was a strong differentiator in separating RVT from RCN (RI>1 or not measurable due to hypoperfusion as differentiator, p=0.001). CEUS showed total loss of medullary enhancement in all cases of RVT. With its higher temporal resolution, CEUS allows dynamic assessment of renal macro- and microcirculation and identification of the typical imaging findings of RCN with use of a nonnephrotoxic contrast agent

Quality Assessment of CEUS in Individuals with Small Renal Masses—Which Individual Factors Are Associated with High Image Quality?

Obesity and bowel gas are known to impair image quality in abdominal ultrasound (US). The present study aims at identifying individual factors in B-mode US that influence contrast-enhanced US (CEUS) image quality to optimize further imaging workup of incidentally detected focal renal masses. We retrospectively analyzed renal CEUS of focal renal masses <= 4 cm performed at our center in 143 patients between 2016 and 2020. Patient and lesion characteristics were tested for their influence on focal and overall image quality assessed by two experienced radiologists using Likert scales. Effects of significant variables were quantified by receiver operating characteristics (ROC) curve analysis with area under the curve (AUC), and combined effects were assessed by binary logistic regression. Shrunken kidney, kidney depth, lesion depth, lesion size, and exophytic lesion growth were found to influence focal renal lesion image quality, and all factors except lesion size also influenced overall image quality. Combination of all parameters except kidney depth best predicted good CEUS image quality showing an AUC of 0.91 (p < 0.001, 95%-CI 0.863-0.958). The B-mode US parameters investigated can identify patients expected to have good CEUS image quality and thus help select the most suitable contrast-enhanced imaging strategy for workup of renal lesions

Assessment of Renal Transplant Perfusion by Contrast-Enhanced Ultrasound after Switch from Calcineurin Inhibitor to Belatacept: A Pilot Study

Calcineurin inhibitors (CNIs) have improved short-term kidney allograft survival but are nephrotoxic and vasoconstrictive. Vasoconstriction is potentially reversible after switching from CNIs to belatacept. The kidney allograft shows optimal requirements for dynamic perfusion imaging using contrast-enhanced ultrasound (CEUS). We performed standardized CEUS in patients after switching from CNIs to belatacept for clinical indication to study the suitability of CEUS, in order to assess the effects of CNI cessation on kidney allograft perfusion. Eleven kidney transplant patients were enrolled from February 2020 until November 2020. Demographic, clinical, and laboratory parameters, as well as perfusion imaging, were assessed at baseline and 6 months after switching immunosuppression. Quantification of perfusion imaging on CEUS was performed using a post-processing software tool on uncompressed DICOM cine loops. After CNI cessation, estimated glomerular filtration rate increased by 4.8 mL/min/1.73 m(2) (16%). Despite good quality of fit and comparable regions of interest in baseline and follow-up CEUS examinations, quantification of perfusion imaging showed a slightly improved cortical perfusion without reaching statistical significance after CNI cessation. This is the first study that systematically investigates the suitability of CEUS to detect changes of microvascular perfusion in kidney transplant recipients in vivo. No significant differences could be detected in perfusion measurements before and after CNI cessation

Assessment of Parotid Gland Tumors by Means of Quantitative Multiparametric Ultrasound (mpUS)

Objective: The preoperative diagnostical differentiation of parotid gland tumor (PGT) is not always simple due to several different entities. B-mode-ultrasound (US) remains the imaging modality of choice, while histopathology serves as the gold standard for finalizing the diagnosis. We aimed to evaluate the use of multiparametric US (mpUS) in the assessment of PGT. Methods: We included 97 PGTs from 96 patients. A standardized mpUS protocol using B-mode-US, shear-wave elastography (SWE), and standardized contrast-enhanced ultrasound (CEUS) was performed prior to surgical intervention. SWE was assessed by real-time measurement conducting a minimum of five measurements, while quantitative CEUS parameters were assessed with a post-processing perfusion software. Results: SWE allowed differentiation between benign PGT (Warthin's Tumor (WT) paired with lymph nodes (LN) and pleomorphic adenoma (PA)), and WT and LN were softer compared to PA. WT showed lower velocities than squamous cell carcinoma (SCC): the most common malignant PGT. CEUS parameters showed significant group differences between WT and PA, WT and malignant lesions, WT and SCC, WT paired with LN versus PA, and WT paired with LN versus SCC. Conclusion: MpUS seems to be beneficial in the assessment of PGT characterization, with benign PGT appearing to be softer in SWE than tumors with malignant tendencies. The quantitative CEUS parameter shows higher perfusion in WT than in PA, and malignant PGTs are less vascularized than WTs

Cost‐effectiveness analysis of multiple imaging modalities in diagnosis and follow‐up of intermediate complex cystic renal lesions

Objectives: To compare health-economic aspects of multiple imaging modalities used to monitor renal cysts, the present study evaluates costs and outcomes of patients with Bosniak IIF and III renal cysts detected and followed-up by either contrast-enhanced computed tomography (ceCT), contrast-enhanced magnetic resonance imaging (ceMRI), or contrast-enhanced ultrasonography (CEUS). Patients and methods: A simulation using Markov models was implemented and performed with 10 cycles of 1 year each. Proportionate cohorts were allocated to Markov models by a decision tree processing specific incidences of malignancy and levels of diagnostic performance. Costs of imaging and surgical treatment were investigated using internal data of a European university hospital. Multivariate probabilistic sensitivity analysis was performed to confirm results considering input value uncertainties. Patient outcomes were measured in quality-adjusted life years (QALY), and costs as averages per patient including costs of imaging and surgical treatment. Results: Compared to the 'gold standard' of ceCT, ceMRI was more effective but also more expensive, with a resulting incremental cost-effectiveness ratio (ICER) >€70 000 (Euro) per QALY gained. CEUS was dominant compared to ceCT in both Bosniak IIF and III renal cysts in terms of QALYs and costs. Probabilistic sensitivity analysis confirmed these results in the majority of iterations. Conclusion: Both ceMRI and CEUS can be used as alternatives to ceCT in the diagnosis and follow-up of intermediately complex cystic renal lesions without compromising effectiveness, while CEUS is clearly cost-effective. The economic results apply to a large university hospital and must be adapted for smaller hospitals

Definition of tachycardia for risk stratification of pulmonary embolism.

Tachycardia is a reliable predictor of adverse outcomes in normotensive patients with acute pulmonary embolism (PE). However, different prognostic relevant heart rate thresholds have been proposed. The aim of the study was to investigate the prognostic performance of different thresholds used for defining tachycardia in normotensive PE patients.We performed a post-hoc analysis of normotensive patients with confirmed PE consecutively included in a single-centre and a multi-centre registry. An adverse outcome was defined as PE-related death, need for mechanical ventilation, cardiopulmonary resuscitation or administration of catecholamines.Of 1567 patients (median age: 72 [IQR, 59-79] years; females: 46.1%) included in the analysis, 78 patients (5.0%) had an in-hospital adverse outcome. The rate of an adverse outcome was higher in patients with a heart rate ≥100 bpm (7.6%) and ≥110 bpm (8.3%) compared to patients with a heart rate100 bpm (3.0%). A heart rate ≥100 bpm and ≥110 bpm was associated with a 2.7 (95% CI 1.7-4.3) and 2.4-fold (95% CI 1.5-3.7) increased risk for an adverse outcome, respectively. Receiver operating characteristics analysis revealed a similar area under the curve with regard to an adverse outcome for all scores and algorithm (ESC 2019 algorithm, modified FAST and Bova score) if calculated with a heart rate threshold of ≥100 bpm or of ≥110 bpm.Defining tachycardia by a heart rate ≥100 bpm is sufficient for risk stratification of normotensive patients with acute PE. The use of different heart rate thresholds for calculation of scores and algorithm does not appear necessary

Venous lactate improves the prediction of in-hospital adverse outcomes in normotensive pulmonary embolism

Background: Arterial lactate is an established risk marker in patients with pulmonary embolism (PE). However, its clinical applicability is limited by the need of an arterial puncture. In contrast, venous lactate can easily be measured from blood samples obtained via routine peripheral venepuncture. Methods: We investigated the prognostic value of venous lactate with regard to in-hospital adverse outcomes and mortality in 419 consecutive PE patients enrolled in a single-center registry between 09/2008 and 09/2017. Results: An optimised venous lactate cut-off value of 3.3 mmol/l predicted both, in-hospital adverse outcome (OR 11.0 [95% CI 4.6?26.3]) and all-cause mortality (OR 3.8 [95%CI 1.3?11.3]). The established cut-off value for arterial lactate (2.0 mmol/l) and the upper limit of normal for venous lactate (2.3 mmol/l) had lower prognostic value for adverse outcomes (OR 3.6 [95% CI 1.5?8.7] and 5.7 [95% CI 2.4?13.6], respectively) and did not predict mortality. If added to the 2019 European Society of Cardiology (ESC) algorithm, venous lactate Conclusion: Venous lactate above the upper limit of normal was associated with increased risk for adverse outcomes and an optimised cut-off value of 3.3 mmol/l predicted adverse outcome and mortality. Adding venous lactate to the 2019 ESC algorithm may improve risk stratification. Importantly, the established cut-off value for arterial lactate has limited specificity in venous samples and should not be used.Peer reviewe

Atrial fibrillation is frequent but does not affect risk stratification in pulmonary embolism

Background: Although prior studies indicate a high prevalence of atrial fibrillation (AF) in patients with pulmonary embolism (PE), the exact prevalence and prognostic impact are unknown. Methods: We aimed to investigate the prevalence, risk factors and prognostic impact of AF on risk stratification, in-hospital adverse outcomes and mortality in 528 consecutive PE patients enrolled in a single-centre registry between 09/2008 and 09/2017. Results: Overall, 52 patients (9.8%) had known AF and 57 (10.8%) presented with AF on admission; of those, 34 (59.6%) were newly diagnosed with AF. Compared to patients with no AF, overt hyperthyroidism was associated with newly diagnosed AF (OR 7.89 [2.99–20.86]), whilst cardiovascular risk comorbidities were more frequently observed in patients with known AF. Patients with AF on admission had more comorbidities, presented more frequently with tachycardia and elevated cardiac biomarkers and were hence stratified to higher risk classes. However, AF on admission had no impact on in-hospital adverse outcome (8.3%) and in-hospital mortality (4.5%). In multivariate logistic regression analyses corrected for AF on admission, NT-proBNP and troponin elevation as well as higher risk classes in risk assessment models remained independent predictors of an in-hospital adverse outcome. Conclusion: Atrial fibrillation is a frequent finding in PE, affecting more than 10% of patients. However, AF was not associated with a higher risk of in-hospital adverse outcomes and did not affect the prognostic performance of risk assessment strategies. Thus, our data support the use of risk stratification tools for patients with acute PE irrespective of the heart rhythm on admission