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Zusammenfassung
Abstract
Hintergrund und Fragestellung: Maligne Raumforderungen der
Kopf-Hals-Region sind durch spezielle Malignitätskriterien in
der B-Scan- und der Farbduplexsonographie (FDS) gekennzeichnet. Unklar ist, inwieweit sonomorphologisches Bild bei Nutzung
sog. High-End-Geräte und histologisches Erscheinungsbild beim
Plattenepithelkarzinom (PEC) übereinstimmen. Deshalb wurde
eine vergleichende Untersuchung mithilfe von experimentell induziertem PEC an der Nacktmaus durchgeführt. Methodik: Bei
18 Nacktmäusen wurde experimentell ein PEC subkutan induziert. Vier verschiedene Zelllinien wurden hierzu verwendet, die
unterschiedliches Wachstum aufwiesen. Nach 98 bzw. 112 Tagen
wurde mittels Ultraschall der Tumor untersucht. Besonders wurden zentrale Nekrosen, Intaktheit der Kapsel sowie randständige
und zentrale Vaskularisation beurteilt. Anschließend wurden die
Tumoren entnommen, in der Schallebene geschnitten und histologisch aufgearbeitet. Gefäße wurden mittels CD31 dargestellt.
Ergebnisse und Diskussion: 16 Tumoren wuchsen an. Die Intaktheit der Tumorkapsel sowie randständige Gefäße ließen
sich in allen Tumoren nachweisen. Der sonographische Nachweis einer Nekrose gelang bei 10 der 16 Tiere. Dies war deutlich
niedriger als der histologische Befund (15/16). Der fehlende sonographische Nekrosenachweis war unabhängig von der Tumorgröße. Zentrale Gefäße, die das typische heterogene Vaskularisationsmuster von PEC ausmachen, wurden sonographisch bei
12/16 Tumoren gefunden. Histologisch konnten sie aber in allen
Tumoren nachgewiesen werden. Zentrale Gefäße konnten insbesondere bei schnell wachsenden Tumoren nicht nachgewiesen
werden. Dieser Befund erklärt, warum wir im Ultraschall oftmals
Background: Malignant tumours of the head and the neck are
characterised by typical signs of malignancy in greyscale- and
colour-coded sonography. Sometimes, such criteria cannot be
verified, and in such cases it remains unclear whether typical
changes do not exist or whether we just cannot detect them
with our high-end ultrasound units. We therefore compared our
sonographical findings with the histology obtained in experimentally induced tumours. Methods: Experimental squamous
cell carcinoma was induced subcutaneously in nude mice
(n = 18), using four different cell lines. Ultrasound examination
of the tumours was performed after 98 and 112 days, respectively, Central necrosis, rupture of the capsule as well as the presence of central and peripheral blood vessels were documented
before the tumours were excised. They were then sliced in the
same direction as sonography had been carried out before. Blood
vessels were stained using CD31. Results and discussion: 16 tumours grew subcutaneously. In ultrasound imaging, the capsule
was always intact, and subcapsular vessels were detected in
every tumour. Central necrosis was seen in 10/16 tumours by sonography, but in 15/16 tumours on histological examination. The
failure of sonography in detecting necrosis did not correlate with
the size of the tumour. Centrally located vessels were found in
12/16 tumours using colour-coded sonography. Histology, however, showed their presence in all 16 tumours. Interestingly, the
failure of sonography in detecting vessels did not correlate with
tumour size. It seemed that the detection of such vessels was
particularly difficult in those tumours which grew very fast.
This finding explains why we often find such vessels in small tu-
Institutsangaben
Hals-Nasen-Ohrenklinik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Korrespondenzadresse
Dr. Priv. Doz. Peter Jecker · Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde der Johannes Gutenberg-Universität ·
Langenbeckstraße 1 · 55101 Mainz · Tel.: ++ 49/6131/17-24 56 · Fax: ++ 49/6131/17-66 37 ·
E-mail: [email protected]
eingereicht: 2.6.2004 · angenommen: 30.11.2004
Bibliografie
Ultraschall in Med 2005; 26: 399 – 405 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York
DOI 10.1055/s-2005-858027 · Online-Publikation: 23.8.2005
ISSN 0172-4614
Originalarbeit
The Sonographic Detection of Experimentally Induced Squamous Cell Carcinoma
Compared with the Histological Image
399
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P. Jecker
J. Brieger
S. Döring
Vergleich von Malignitätskriterien in B-Scan- und
Farbduplexsonographie mit dem histologischen
Erscheinungsbild am Beispiel des experimentell
induzierten Plattenepithelkarzinoms
mours but not in large specimens, where they would normally be
expected.
Schlüsselwörter
Ultraschall · Plattenepithelkarzinom · Malignitätskriterien · Vaskularisationsmuster · Nacktmaus
Key words
Ultrasound · squamous cell carcinoma · histology · nude mice ·
criteria of malignancy
Einleitung
Methodik
Der Stellenwert des Ultraschalls in der Diagnostik von malignen
Erkrankungen der Kopf-Hals-Region ist unumstritten. Dabei gilt
es, mit B-Scan- und Farbduplexsonographie (FDS) Primärtumoren
des oberen Aerodigestivtraktes und Lymphknotenmetastasen
frühzeitig zu erkennen [1]. Der frühzeitigen Erkennung kommt
dabei eine entscheidende Bedeutung zu, da bei rechtzeitiger Therapie die Prognose der Erkrankung deutlich verbessert wird [2, 3].
Maligne Tumoren sowie deren Lymphknotenmetastasen imponieren sonographisch durch eine echoarme Binnenstruktur. Zusätzlich kommt anderen Merkmalen, den sog. Malignitätskriterien,
eine wichtige Stellung in der Differenzialdiagnose zervikaler
Raumforderungen zu [4]. Diese sind der Nachweis von zentralen
Nekrosearealen oder die Kapselruptur im B-Bild und der Nachweis
eines sog. heterogenen Vaskularisationsmusters in der Farbduplexsonographie [5 – 8]. Letzteres kommt dadurch zustande,
dass einerseits durch das schnelle Tumorwachstum Blutgefäße
an den Rand verlagert werden. Zusätzlich sprießen durch die Produktion von Angiogenesefaktoren Gefäße diffus in den Tumor ein,
was das sog. diffuse oder heterogene Durchblutungsmuster zur
Folge hat [9].
Versuchstiere
Sämtliche Untersuchungen wurden an männlichen athymischen
Nacktmäusen vom Stamm CD1 nu/nu (Charles River, Sulzfeld,
Deutschland) durchgeführt. Die immunsupprimierten Tiere wurden in Isolatorkäfigen gehalten und hatten während des Versuchs freien Zugang zu Futter und Wasser. Die Versuche wurden
von der Tierschutzkommission Rheinland-Pfalz genehmigt (Nr.
177 – 07/921 – 40).
400
In der klinischen Routine hat sich gezeigt, dass all diese Faktoren
häufig parallel vorliegen. Allerdings handelt es sich in der Regel
um Untersuchungen an entsprechend großen Tumoren. Solche
Ergebnisse sind aber nicht ohne weiteres auf kleine Raumforderungen, also solche, die einen Durchmesser von ungefähr 1 cm
haben, anwendbar, denn das Auflösungsvermögen ist auch bei
sog. „High-End-Geräten“ oft unzureichend, um in diesen kleinen
Raumforderungen noch Veränderungen wie Nekrosen zu erkennen oder um hier noch ausreichend Gefäße in der FDS darstellen
zu können. Unklar ist bei Tumoren dieser Größenordnung, wie
das morphologische Korrelat zu der geschallten Raumforderung
aussieht. Im Fall des Plattenepithelkarzinoms gibt es kaum Untersuchungen, in denen Tumormorphologie und Sonomorphologie (B-Scan und FDS) miteinander verglichen wurden [8, 10, 11].
Dies ist aber unumgänglich, wenn die heutigen prädiktiven
Grenzen der B-Scansonographie sowie der FDS festgelegt werden sollen und wenn zukünftig Verbesserungen in der Gerätetechnologie zur Beantwortung dieser speziellen Fragen beurteilt
werden sollen.
Aus diesem Grund haben wir einen Vergleich zwischen Sonomorphologie und Histomorphologie an humanen Plattenepithelkarzinomen, die als Xenotransplantate im Mausmodell anwuchsen, durchgeführt. Neben B-Scan-sonographischen Merkmalen,
wie dem Nachweis zentraler Nekrosen und der Darstellung der
Tumorkapsel, wurde auch die Verteilung intratumoraler Gefäße
miteinander verglichen.
Tumorzelllinien
Als Primärtumoren dienten humane Plattenepithelkarzinome,
die ihren Ursprung im Oro- und Hypopharynx sowie im Septum
nasi hatten. Die Zelllinien waren von Tumoren der Patienten der
HNO-Klinik Mainz gewonnen (Mus, Deu PT, Deu Met) als auch
kommerziell gekauft (RPMI: ATCC, Manassas, Virginia, USA).
Aus früheren Untersuchungen ist bekannt, dass diese Zelllinien
durch ein unterschiedliches Wachstumsverhalten sowie durch
eine unterschiedliche Expression von Angiogenesefaktoren charakterisiert sind [12].
Versuchsaufbau und Aufbereitung des
Untersuchungsmaterials
Jede Maus (n = 18) erhielt im Alter von 6 Wochen eine subkutane
Injektion von 107 Tumorzellen gelöst in 250 µl PBS in die rechte
Flanke. Die Tumorgröße wurde zweimal in der Woche mit einer
Schieblehre gemessen. Hieraus wurde das mittlere Tumorvolumen mittels der Gleichung V = π/6·ab2 [mm3] ermittelt. Tumoren
der Zelllinien II, III und IV (Deu-Met, n = 3; RPMI, n = 3; Deu-PT,
n = 5) wurden am Tag 98 nach Implantation entnommen. Bei Tumoren der Zelllinie I (Mus, n = 5) fand die Entnahme am Tag 112
nach Implantation statt. Dabei wurden die Tiere in Allgemeinnarkose (Ketanest/Rompun) im Anschluss an die Ultraschalluntersuchung mittels Aortenpunktion entblutet. Der Tumor
wurde anschließend derart durchgeschnitten, dass die histologische Schnittebene der Schallebene entsprach.
Ultraschalluntersuchung
Die Ultraschalluntersuchung erfolgte mit dem Ultraschallgerät Sonoline Elegra Advanced® (Siemens, Erlangen, Deutschland). Da die
Tumoren bei den untersuchten Mäusen subkutan lagen, fand ein
variabler 5- bis 9-Mhz-Linearschallkopf mit einer Kantenlänge
von 3,5 cm Anwendung. Bei entsprechender Ankopplung wurde
der Schallkopf mittels spezieller Halterung erschütterungsfrei
über den zu untersuchenden Tumor am narkotisierten Tier platziert. Hierdurch wurden Bewegungsartefakte während der Doppleruntersuchung vermieden.
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Originalarbeit
– entgegen unserer klinischen Erwartung – solche Gefäße nicht
in großen Tumoren, wohl aber in kleineren sehen.
Zur Auswertung der angefärbten Gefäße wurde ein konventionelles Lichtmikroskop verwendet. Anhand der HE-Färbung wurde das Karzinom identifiziert und der Grad der Nekrose semiquantitativ bestimmt (keine Nekrose: Nekrosegrad 0, < 50 % d.
Fläche nekrotisch: Nekrosegrad I, > 50 % d. Fläche nekrotisch: Nekrosegrad II). Die Gefäße wurden bis zu einer Zahl von maximal
1000 Gefäßen pro Präparat gezählt und dann in Gefäße pro Gesichtsfeld umgerechnet.
In zwei Tieren wuchs jeweils ein Tumor (Zelllinie II und III) nicht
an. Insgesamt wuchsen also bei 16 Tieren, bei denen Tumorzellen
in die Flanke injiziert wurden, Tumoren an. Die Ultraschalluntersuchungen konnten alle problemlos mit der o. g. Versuchsanordnung durchgeführt werden. Auch die Tumorentnahme gestaltete
sich problemlos, so dass sämtliche Tumoren histologisch ausgewertet werden konnten. Das Tumorvolumen schwankte bei Entnahme zwischen 520 und 7800 mm3.
B-Scan-sonographische und histologische Beurteilung von
Nekrosen und Tumorkapsel
Alle Tumoren waren von echoarmem Binnenecho mit intakter
Kapselstruktur. Diese war besonders unter Zuschaltung von THI
gut zu beurteilen (Abb. 1a). Bereits bei der Entnahme der Tumoren
zeigte sich, dass diese Beobachtung auch der Realität entspricht.
Zusätzlich konnte aber auch bei der histologischen Aufarbeitung
der Tumoren in keinem Fall eine Ruptur der Tumorkapsel erkannt
werden. Bei 10/16 Tumoren bestand sonographisch der Verdacht
auf das Vorliegen eines zentral gelegenen Nekroseareals (Abb. 2a).
Die restlichen 6 Tumoren waren diesbezüglich unauffällig. Histologisch zeigte sich jedoch im Gegensatz zur sonographischen
Beurteilung, dass 15 der 16 Tumoren Areale besaßen, die nekrotisch waren. Lediglich ein Tumor war auch histologisch ohne
Nachweis von Nekrosen. Unter den Tumoren, bei denen die Nekrosen nicht erkannt wurden, waren sowohl solche mit einem Nekrosegrad I als auch mit Nekrosegrad II.
Unterschiede zwischen den einzelnen Tumorzelllinien
Durch regelmäßiges Messen der Tumorgröße konnten Wachstumskurven dargestellt werden. Es zeigte sich, dass sich die einzelnen Tumorzelllinien in ihrer Wachstumsgeschwindigkeit und
somit auch in ihrem finalen Volumen deutlich unterschieden
(Abb. 3a). Die vor Entnahme der Tumoren bestimmten Tumorvolumina korrelierten mit den Tumordurchmessern, die sonographisch bestimmt wurden (Abb. 3a und 3b). Es wuchsen die Tumoren der Zelllinie III im Vergleich zu den anderen sehr langsam und
das finale Tumorvolumen betrug nur 681 ± 187 mm3. Tumoren der
Zelllinie II wuchsen hingegen in der zweiten Hälfte der Beobachtungszeit besonders schnell. Das größte finale Tumorvolumen erreichten Tumoren der Zelllinie I. Es betrug am Abschlusstag
4455 ± 1031 mm3. Allerdings zeigt die Wachstumskurve, dass die
Tumorgröße nach konstantem Wachstum bis zum 70. Tag zunächst abnahm (Tag 84), um dann nochmal mit hoher Geschwindigkeit anzusteigen.
Die größten Unterschiede zwischen Sonographie und Histologie
bestanden bei der Erkennung von nekrotischen Arealen und bei
der Erkennung von zentral gelegenen Gefäßen. Wenn man diese
beiden Charakteristika in den Tumoren der einzelnen Zelllinien
getrennt betrachtet, dann erkennt man, dass bezüglich der
B-Scan-Echographie, also in der Erkennung nekrotischer Areale,
keine Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen bestanden
(Abb. 1b). Ganz anders stellt sich aber die Situation in der FDS
dar. Hier fehlte der Nachweis zentral gelegener Gefäße besonders bei Tumoren der Zelllinie I und II (Abb. 1c). Dies waren die
beiden Zelllinien, deren Tumoren in der zweiten Hälfte des Beobachtungszeitraums am stärksten gewachsen waren.
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Histologie und Immunhistologie
Die tiefgefrorenen Präparate wurden im Kryostat (Leica, CM 1900,
Deutschland) in 7 µm dicke Schnitte geschnitten, auf Objektträgern fixiert und mindestens 2 Stunden luftgetrocknet. Durch Markierung des Tumors nach der Ultraschalluntersuchung wurde gewährleistet, dass die Schallebene dieselbe war wie die, in der die
Präparate anschließend histologisch aufgearbeitet wurden.
Anschließend erfolgte die Fixierung für 10 Minuten in reinem Azeton. Die HE-Färbung diente zur histologischen Darstellung des Tumors und zur Bestimmung vorhandener Nekrosen. Die anschließende Immunhistologie zur Darstellung der Gefäßendothelien
erfolgte mit der Peroxidasetechnik. Nach der Fixierung wurden
die Präparate zur Blockierung der endogenen Peroxidase für 20
Minuten in einem Methanol-Wasserstoffperoxid-Gemisch belassen (100 ml Methanol + 2,5 ml Wasserstoffperoxid 30 %). Nach kurzem Schwenken in Aqua dest. und Spülen/Puffern in TBS-Tween
für 7 Minuten erfolgte für 40 min die Blockierung in Rabbit-Normalserum, verdünnt in PBS/BSA (1 : 10). Drei Präparate wurden
mit CD31 (Dako, 1 : 50 verdünnt) inkubiert (60 min). Nach Spülen/
Puffern für 10 min erfolgte die Zugabe des zweiten Antikörpers
(biotinylierter Rabbit anti-Rat, 30 min). Als dritter Antikörper
diente Streptavidin HRP (DAKO; 1 : 200, 30 min). DAB (1250 µl)
wurde im Dunkeln aufgetaut und kurz vor Gebrauch mit 1 µl Wasserstoffperoxid aktiviert. Nach Färbung mit DAB (10 min), Gegenfärbung mit Hämalaun/PBS, Entwässerung in aufsteigender Alkoholreihe und 10-minütiger Inkubation in Xylol erfolgte die
Eindeckung in Entellan (Merck).
Resultate
Originalarbeit
Die Untersuchungsfrequenz lag bei 7,5 – 9 MHz. Im B-Bild wurde
zunächst der Fokus dem jeweiligen Befund angepasst. Zur besseren Beurteilbarkeit der Kapselstruktur erfolgte die Darstellung
der Befunde u. a. unter Nutzung harmonischer Frequenzen (Tissue
Harmonic Imaging, THI [13]). Die Empfangsverstärkung betrug
zwischen 24 und 58 dB. Die Bildtiefe wurde dem jeweiligen Befund angepasst. Die tumoröse Raumforderung wurde auf volle
Monitorgröße vergrößert, um Details besser zu erkennen. Für die
Auswertung wurden im B-Bild die Tumorgröße, die Intaktheit der
Tumorkapsel und die Nekrose dargestellt. Zur Darstellung der Gefäße wurden sowohl die richtungsabhängige Flussdarstellung
(Duplex-Modus) als auch die richtungsunabhängige Darstellung
(Power-Modus) angewendet. In der FDS wurde die Gesamtverstärkung des B-Bildes zunächst etwas zurückgenommen. Anschließend wurde das Farbfenster auf den Befund justiert und der
Duplexwinkel optimiert (30 – 608). Unter Herabsetzung der Pulsrepetitionsfrequenz (PRF) ließ sich dann die maximal mögliche
Anzahl an Gefäßen darstellen. Die Duplexverstärkung wurde bis
knapp unter die Artefaktgrenze hochgeregelt. Die Gefäßdichte
wurde quantitativ ermittelt, indem die dargestellten Gefäße im
gesamten sonographischen Tumoranschnitt gezählt wurden und
entsprechend der Fläche des Schnittes in Gefäße pro mm2 umgerechnet wurden.
Abb. 1 Detektion von Nekrosen und Kapselstrukturen in den untersuchten Plattenepithelkarzinomen (a) sowie die Gegenüberstellung
von sonographisch erkannten Malignitätskriterien und deren histologischem Korrelat in den Tumoren der unterschiedlichen Zelllinien (b und
c). Farbduplexsonographische Beurteilung der intratumoralen Gefäßverteilung und Vergleich mit dem immunhistologischen Korrelat
Fig. 1 Detection of necrotic tissue and capsular structures of the squamous cell carcinomas examined (a). Comparison of sonographically
detected criteria of malignancy and their histological correlate in tumours of different cell lines (b and c).
Diskussion
Technik deutlich besser in der B-Scan-Sonographie identifizieren
als unter alleiniger Nutzung konventioneller Techniken.
Der Stellenwert der Sonographie in der Kopf-Hals-Diagnostik ist
unumstritten. Dabei werden heute B-Scan-Sonographie und FDS
angewendet. Ein großes Einsatzgebiet ist die Diagnostik von Malignomen des oberen Aerodigestivtraktes [1, 14] und deren
Lymphknotenmetastasen. Das Ziel ist, pathologische Veränderungen bereits im Frühstadium zu erkennen, da dies naturgemäß
einen entscheidenden Einfluss auf die Prognose der Erkrankung
hat [2, 3, 15]. Dabei können besonders im Frühstadium Schwierigkeiten auftreten, maligne Veränderungen von benignen zu
differenzieren. Zur Verbesserung dieser Situation wurden in den
vergangenen Jahren neue Techniken in der Kopf-Hals-Sonographie etabliert. So hat beispielsweise die Einführung des THI zur
verbesserten Kontrastierung der Befunde geführt, was wiederum
zu einer deutlich verbesserten Beurteilung von Tumoren geführt
hat [13]. Insbesondere ließen sich die etablierten Malignitätskriterien, wie der Nachweis einer Kapselruptur, eines nekrotischen
Areals oder im Falle von Lymphknoten eines Hilus, durch diese
Anfängliche Versuche, in der FDS Malignome anhand von Flussparametern der Tumorgefäße zu erkennen [5, 16 – 18], wurden
bald wieder unterlassen, da man erkennen musste, dass es bereits
im Tumor selbst die unterschiedlichsten Gefäße gab. Allerdings
wurde deutlich, dass maligne Tumoren wie auch Lymphknotenmetastasen durch ein so genanntes heterogenes Vaskularisationsmuster gekennzeichnet sind. Im Gegensatz zur benignen Lymphadenopathie, wo die Gefäße gemäß der anatomischen Anordnung
vom Hilus in die Peripherie ziehen, scheint diese Anatomie beim
malignen Lymphknoten aufgehoben zu sein. Man findet hier wie
auch beim soliden Malignom ein ungeordnetes Vaskularisationsmuster [19]. Es zeigen sich zum einen zahlreiche subkapsulär gelegene Gefäße, das sind solche, die durch ein zentrales Tumorwachstum in die Peripherie der Raumforderung verdrängt wurden. Des
Weiteren findet man kleinere zentrale Gefäße, die jeglicher Ordnung bezüglich ihrer Anordnung widersprechen. Hierbei handelt
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Unklar ist, ob der fehlende Nachweis von Gefäßen wie auch
B-Scan-sonographischer Kriterien daraus resultiert, dass diese tatsächlich nicht vorhanden sind, oder ob der fehlende Nachweis darauf zurückzuführen ist, dass die Grenzen der modernen Ultraschalltechnik erreicht wurden. Insbesondere stellt sich heute die
Frage nach den Grenzen der Sonographie, nachdem in den vergangenen Jahren zahlreiche technische Innovationen eingeführt wurden. Die Klärung dieser Frage ist nur möglich, indem sonographi-
sche mit histologischen Befunden verglichen werden. Solch ein
Vergleich ist an humanen Tumoren kaum möglich. Schwierigkeiten entstehen beispielsweise dadurch, dass intraoperativ nur
schwer nachzuvollziehen ist, ob der gefundene Lymphknoten tatsächlich dem zuvor sonographisch untersuchten entspricht. Noch
schwerer, ja nahezu unmöglich ist es, einen intraoperativ entnommenen Tumor in derselben Ebene histologisch aufzuarbeiten, in
der er zuvor sonographisch untersucht wurde. Dies ist aber essenziell bei der Durchführung einer vergleichenden Untersuchung.
Deshalb wurden in dieser Studie vergleichende sonographischhistologische Untersuchungen am Tiermodell durchgeführt. Die
zuvor genannten technischen Probleme ließen sich in diesem Modell problemlos überwinden. Es wurden etablierte Zelllinien humaner Plattenepithelkarzinome genutzt, da diese Tumorentität
die häufigste im Bereich des oberen Aerodigestivtraktes darstellt.
Die Verwendung von unterschiedlichen Zelllinien führte zu unterschiedlichen finalen Tumorvolumina aufgrund unterschiedlicher
Wachstumsgeschwindigkeiten. So betrug die Größe von Tumoren
der Zellline III (RPMI) am Tag 98 lediglich 10 ± 1,5 mm. In dieser
Größenordnung stößt die Sonographie an ihre Grenzen.
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es sich um Gefäße, die infolge der Neoangiogenese des Tumors neu
entstanden sind [20 – 22]. Die Neoangiogenese ist dabei eine typische Eigenschaft von malignen Tumoren, welche hierdurch versuchen, eine Nutrition zentraler Tumorareale zu ermöglichen, die
sonst aufgrund des schnellen Wachstums untergehen würden [23,
24]. Allerdings ist die Zahl zentral gelegener Gefäße, die sich in einem malignen Tumor mit der FDS darstellen lassen, begrenzt. Dies
zeigt sich selbst nach Anwendung neuer Techniken, wie beispielsweise der Applikation von Signalverstärkern [19, 25] oder dem
Contrast Harmonic Imaging [13]. In manchen Fällen gelingt es
überhaupt nicht, solche zentralen Gefäße zu identifizieren.
Originalarbeit
Abb. 2 Drei Beispiele für die sonographische Tumordarstellung. a Tumor (TU) der schnell gewachsenen Zelllinie II (Deu Met) mit intakter
Kapsel (Pfeil) und inhomogenem Binnenecho, was auf das Vorliegen einer zentralen Nekrose hindeutet (Stern). b Tumor der Zelllinie III (RPMI)
mit finalem Durchmesser von nur 13 mm. Trotz der geringen Größe
Nachweis zentraler Perfusion. In Zweifelsfällen wurde zur Abgrenzung
von Artefakten die Spektrographie eingesetzt. c Tumor der schnell
wachsenden Zelllinie I (Mus). Trotz der Größe (> 2 cm) lediglich Nachweis von peripheren Gefäßen. Nach Zuschalten der FDS konnten in allen 16 Tumoren Gefäße erkannt werden (Abb. 2 b und 2 c). Diese waren
vornehmlich subkapsulär lokalisiert (Abb. 2 c). Dies wurde durch die
Immunhistologie bestätigt. Zusätzlich konnten in der FDS bei 11 der
Tumoren (75 %) auch Gefäße im Zentrum des Tumors sicher erkannt
werden (Abb. 2 b). Histologisch hingegen konnten in allen 16 Tumoren
Gefäße im Tumorzentrum erkannt werden. Somit wurde bei 1/4 der Tumoren zentral gelegene Blutgefäße mit Hilfe der FDS nicht erkannt.
Fig. 2 Three examples of sonographical tumour images. a: Tumour
(TU) of the fast growing cell line II (Deu Met), its capsule still intact (arrow), displaying inhomogeneous central echoes suggesting central necrosis (asterisk). b: Tumour of the cell line III (RPMI) with a final diameter of just 13 mm. In spite of the small size, perfusion can be
detected centrally. In unclear cases spectography was used to distinguish artefacts. c: Tumour of the fast growing cell line I (Mus). In spite
of its size (> 2 cm), only peripheral vessels can be demonstrated.
Unter Zuschaltung der FDS konnten in allen Tumoren Gefäße erkannt werden, selbst in solchen, bei denen das Endvolumen weniger als 1 cm betrug. Hilfreich war in den beschriebenen Fällen,
dass neben der konventionellen Duplexsonographie auch mit
dem Power-Modus untersucht werden konnte, um kleinste Gefäße sichtbar zu machen. Dabei wurde die Pulsrepetitionsfrequenz
bis an die untere Grenze, ca. 800 Hz, herabgeregelt. Bei einer Verstärkung von annähernd 70 dB wurde die Untersuchung nahe an
der Artefaktschwelle durchgeführt. Bei dieser Einstellung ist die
FDS besonders stark durch Bewegungsartefakte des Untersuchers gefährdet. Diese wurden allerdings durch die feste Installation des Schallkopfes über dem Befund vollständig eliminiert. Im Gegensatz zur Untersuchung am Menschen war der
Tumor bei den Nacktmäusen fast immer unweit von großen Gefäßen wie beispielsweise der Aorta oder in der Nähe des Herzens
lokalisiert. Durch Pulsation dieser Strukturen hervorgerufene Artefakte wurden in unklaren Fällen von tatsächlich vorhandenen
Gefäßen durch Zuschalten der Spektroskopie differenziert.
404
Abb. 3 Wachstumskurven der Tumoren der eingesetzten Zelllinien
(a) und mittlerer sonographisch ermittelter finaler Tumordurchmesser
(Mittelwert ± Standartfehler, (b). Insbesondere zeigten Tumoren der
Zelllinien I (Mus) und II (Deu Met) ein überdurchschnittlich starkes
Wachstum in der zweiten Hälfte der Beobachtungszeit. Zelllinie III
(RPMI) wuchs insgesamt am langsamsten.
Fig. 3 Growing curves of the tumours deriving from the cell lines used
(a), and median final diameter calculated sonographically (average ± standard deviation, (b). Tumours of the cell lines I (Mus) and II (Deu
Met), in particular, display a higher than average speed of growth in
the second half of the observation span. Cell line III (RPMI) produced
the slowest growth altogether.
Am Entnahmetag zeigte sich bereits makroskopisch, dass die
Kapsel sämtlicher Tumoren intakt war. Die anschließende histologische Aufarbeitung ergab ebenfalls keinen Hinweis für eine
Kapselruptur. Allerdings handelte es sich – verglichen mit der
klinischen Situation – um relativ kleine Tumoren, so dass auch
nicht unbedingt mit einer Infiltration der Kapsel zu rechnen gewesen wäre. Entsprechend diesen Befunden war allerdings auch
der sonographische Befund. In keinem Fall konnte eine Unterbrechung der Kapselstruktur gesehen werden, es bestand also eine
100 %ige Übereinstimmung von Sonographie und tatsächlichem
Zustand. Inwieweit eine beginnende Infiltration im Ultraschall
In erster Linie konnten die Gefäße in der Peripherie der Tumoren
detektiert werden (Abb. 2). In dieser Region lokalisierte Gefäße
sind oft durch das Tumorwachstum verlagert. Im Gegensatz zu solchen Gefäßen, die im Rahmen der Neoangiogenese entstehen, haben sie einen größeren Durchmesser und sind somit der FDS besser
zugänglich. Als Resultat zeigte sich die beschriebene 100 %ige
Übereinstimmung mit dem immunhistochemischen Befund. Ein
ganz anderes Bild zeigt sich aber, wenn man sich die Gefäße im
Zentrum der Tumoren anschaut. Diese Gefäße führen letztendlich
zu dem sog. heterogenen Vaskularisationsmuster, welches für maligne Tumoren und für Lymphknotenmetastasen beschrieben ist
[19]. Während histologisch in allen Präparaten Gefäße im Tumorzentrum nachgewiesen werden konnten, fanden sich in der FDS
nur bei 11/16 Tumoren solche Gefäße. Die nicht erkannten zentraen Tumorgefäße betrafen Tumoren der Zelllinie I (Mus) und Zelllinie II (Deu Met, Abb. 2c). Im Gegensatz zur anfänglichen Erwartung, dass sich besonders bei kleinen Tumoren keine Gefäße
nachweisen lassen, gehören diese Tumoren zu denen mit dem
größten Tumorvolumen. Im Gegenteil ließen sich bei den Tumoren der Zelllinie III (RPMI), die mit einem finalen Längsdurchmesser von 10 ± 1,5 mm die kleinsten waren, in allen Fällen Gefäße im
Tumorzentrum erkennen (Abb. 2b). Mit einem durchschnittlichen
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hätte gesehen werden können, kann bei diesen Befunden naturgemäß nicht beantwortet werden. Ganz anders gestaltete sich
die Beurteilung, inwieweit im Tumor nekrotische Areale sonographisch erkannt wurden. Nekrosen kommen dann zustande,
wenn die Tumormasse schnell zunimmt und keine adäquate
Sauerstoffzufuhr, also Gefäßversorgung, vorhanden ist. Histologisch konnten bis auf eine Ausnahme in allen Tumoren nekrotische Areale identifiziert werden. Diese betrugen oftmals nur wenige Millimeter. Mithilfe des Ultraschalls konnten allerdings nur
bei 10 der 15 Tumoren Nekrosen identifiziert werden. Das bedeutet, dass in einem Drittel der Fälle dieses Malignitätskriterium nicht erkannt worden wäre. Dieser Befund war letztendlich
unabhängig von der Größe der Tumoren. Denn der Anteil der
nicht erkannten Tumoren mit nekrotischen Arealen entspricht
in solchen Tumoren mit großem finalen Tumorvolumen (Zelllinie I und II) ungefähr dem solcher Tumoren mit kleinem finalen
Volumen (Zelllinie III). Überraschend ist hier, dass sich die Nekrosen trotz Zuschaltung des THI nicht sicher erkennen ließen.
Schlussfolgerung
In der vergleichenden Untersuchung von B-Scan-Sonographie
bzw. FDS mit dem tatsächlichen histologischen Erscheinungsbild
zeigt sich im experimentell induzierten Plattenepithelkarzinom
in der Maus, dass sich trotz Nutzung modernster Techniken eine
Kluft zwischen sonographischem Befund und tatsächlichem Befund auftut. Malignitätskriterien wie beispielsweise der Nachweis
nekrotischer Areale ließen sich bei der untersuchten Größenordnung nicht immer sicher nachweisen. Nach Zuschalten der FDS
zeigte sich, dass vor allem zentrale Gefäße nicht immer erkannt
wurden. Im Vergleich zu den peripheren, also subkapsulär gelegenen Gefäßen waren sie in der Histologie kleiner. Überraschend war
aber, dass der Nachweis zentraler Gefäße gar nicht abhängig von
der Größe der geschallten Raumforderung zu sein scheint. Es
scheint vielmehr so, dass bei raschem Wachstum der Raumforderung die Gefäße zu klein sind, um sie mittels FDS zu erfassen.
Literatur
1
2
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Jecker P, Schuon R, Hlawatsch A. Die sonographische Beurteilbarkeit des
Hypopharynx und des extrathorakalen Ösophagus: Möglichkeiten und
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In der klinischen Sonographie findet man oftmals entgegen der
Erwartung keine zentral gelegenen Gefäße in größeren Tumoren.
Der Befund dieser Untersuchung könnte dies erklären, da der
Nachweis zentraler Gefäße weniger von der Größe der Raumforderung als vielmehr von der Wachstumsgeschwindigkeit abhängig zu sein scheint.
4
Originalarbeit
Durchmesser der zentral gelegenen Gefäße von 200 µm waren diese hier auch am größten. Auch wenn die Zahl der untersuchten
Tiere in den einzelnen Gruppen gering ist, zeigt dieser Befund,
dass der Nachweis von Gefäßen anscheinend unabhängig von der
Größe der Raumforderungen ist. Viel eher vermitteln die Wachstumskurven den Eindruck, dass sich die Gefäße vor allem in solchen Tumoren nachweisen lassen, die langsam wachsen. Die Ursache dafür ist unbekannt. Einerseits ist es denkbar, dass in den
schnell wachsenden Tumoren aufgrund einer gesteigerten Neoangiogenese zahlreiche neue Gefäße, also solche mit kleinem
Durchmesser, ausgebildet werden, die zu klein sind, um sie in der
FDS nachzuweisen. Auf der anderen Seite könnte man aber auch
vermuten, dass ein kräftig ausgebildetes Netz von feinsten Gefäßen den Tumor viel besser mit den nötigen Nährstoffen versorgt
als einige großlumige Gefäße, so dass erst hierdurch ein schnelles
Wachstum der Tumoren ermöglicht wird.