Endoskopische ultraschallbasierte Differenzierung von neuroendokrinen Tumoren der Bauchspeicheldrüse und des Adenokarzinoms des Pankreasgangs

Zusammenfassung

In dieser Studie wird eine Methode vorgestellt, die mithilfe digitaler Bildanalyse zwischen neuroendokrinen Neoplasien der Bauchspeicheldrüse (PNEN) und duktalen Adenokarzinomen der Bauchspeicheldrüse (PDAC) unterscheidet.

Zusammenfassung

Der endoskopische Ultraschall (EUS) ist eine der wichtigsten bildgebenden Verfahren zur Beurteilung von Bauchspeicheldrüsenmassen und ermöglicht eine hochauflösende Visualisierung der Bauchspeicheldrüse. Ziel dieser Studie war es, die Machbarkeit der digitalen Bildanalyse (DIA) bei der Unterscheidung von neuroendokrinen Neoplasien der Bauchspeicheldrüse (PNEN) und duktalen Adenokarzinomen der Bauchspeicheldrüse (PDAC) bei soliden Pankreastumoren, die mittels EUS beobachtet wurden, zu bewerten. Eine retrospektive Analyse wurde an allen soliden Pankreastumoren durchgeführt, die von 2018 bis 2023 mit EUS-Verfahren untersucht wurden, einschließlich der Fälle mit bestätigten pathologischen Diagnosen von PDAC und PNEN. Adobe Photoshop wurde verwendet, um DIA durchzuführen. Das Grauverhältnis, definiert als das Graustufenverhältnis der Läsion zu einem ausgewählten Hintergrund, wurde berechnet, um die Konsistenz zu gewährleisten. Die Zirkularität wurde durch das Verhältnis von Fläche zu Umfang bestimmt. Zusätzlich wurden Graustufen-Standardabweichungen für die weitere Analyse extrahiert. Drei quantitative Parameter aus EUS-Bildern zeigten das Potenzial zur Unterscheidung von PNEN und PDAC: Zirkularität, Grauverhältnis und Graustufen-Standardabweichung. Insbesondere eine Zirkularität von mehr als 0,68, ein Grauverhältnis von mehr als 0,40 und eine Graustufen-Standardabweichung von unter 12,44 waren ein Hinweis auf eine mögliche PNEN.

Einleitung

Bauchspeicheldrüsenkrebs besteht sowohl aus soliden als auch aus zystischen Läsionen und gehört zu den zehn häufigsten krebsbedingten Todesursachen weltweit¹. Die häufigste histologische Art von soliden Pankreastumoren ist das duktale Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (PDAC), das 95 % der bösartigen Pankreastumoren ausmacht. Zum Zeitpunkt der Diagnose weisen etwa 80 % der PDAC-Fälle eine lokal fortgeschrittene Erkrankung oder Metastasierung auf, mit einer medianen Überlebenszeit von weniger als einem Jahr². Chirurgische und postoperative adjuvante Therapien sind nur für die restlichen 20% der Patienten durchführbar und können die 5-Jahres-Überlebensrate auf etwa 10%-22% verlängern.

Neuroendokrine Neoplasien der Bauchspeicheldrüse (PNEN) stellen die zweithäufigsten soliden Pankreastumoren dar und haben eine bessere Prognose als PDAC³. PNENs werden basierend auf der Sekretion von endokrinen Hormonen der Bauchspeicheldrüse und den damit verbundenen klinischen Symptomen als funktionell oder nicht-funktionell klassifiziert. Die Behandlungsstrategien für PNEN unterscheiden sich deutlich von denen für PDAC. Bei PNEN im Frühstadium ist eine Operation die primäre Empfehlung und bleibt die einzige verfügbare "kurative" Behandlung. Darüber hinaus ist die Chemotherapie bei PNEN im Vergleich zu PDAC spezifischer und selektiver, wobei Wirkstoffe wie Somatostatin-Analoga und Rezeptor-Tyrosinkinase-Inhibitoren verwendet werden. Nach der WHO-Klassifikation werden PNENs auf der Grundlage der Mitosezahl und des Ki-67-Index in drei histologische Grade eingeteilt, die beide als zuverlässige prognostische Indikatoren dienen⁴.

Angesichts der Unterschiede in Epidemiologie, Prognose und Behandlung zwischen PDAC und PNEN ist eine präzise Diagnose für eine wirksame Behandlung von entscheidender Bedeutung. Im Managementalgorithmus für Pankreastumoren sind der endoskopische Ultraschall (EUS) und die EUS-gesteuerte Feinnadelaspiration (EUS-FNA) zu zentralen Modalitäten für Diagnose, Staging und Behandlung geworden. Läsionen mit unregelmäßigen Rändern und einer Erweiterung des Pankreasgangs bei EUS weisen häufig auf PDAC und nicht auf PNEN ^5,6,7 hin. Die Interpretation von Ultraschallbildern - eine Schlüsselkomponente von EUS - kann jedoch subjektiv und variabel sein, abhängig von der Erfahrung des Bedieners.

In jüngster Zeit wird die digitale bildgebende Analyse (DIA) zunehmend in der medizinischen Diagnostik eingesetzt, unter anderem in der Computertomographie (CT) und im Ultraschall⁸. Die Eigenschaften der Massen werden von den Sonden erfasst und in Pixelinformationen umgewandelt, die die Graustufenabbildung bilden, die für die weitere Computeranalyse zur Verfügung steht. Kumon et al. waren Pioniere bei der Anwendung von DIA zur Unterscheidung zwischen normaler und erkrankter Bauchspeicheldrüse und Lymphknoten⁹. In der Folge untersuchten andere Forscher die Verwendung von DIA für die Differentialdiagnose von Bauchspeicheldrüsenkrebs aus normalem Gewebe, indem sie ein auf neuronalen Netzwerken basierendes Vorhersagemodell und die Support-Vektor-Maschine-Theorie einsetzten⁹.

Aufbauend auf diesen Fortschritten zielte die aktuelle Studie darauf ab, zu beurteilen, ob die DIA neuroendokrine Neoplasien (PNEN) des Pankreas effektiv vom duktalen Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse (PDAC) bei soliden Pankreastumoren mittels endoskopischem Ultraschall (EUS) unterscheiden kann.

Protokoll

Das institutionelle Prüfungsgremium des Ruijin-Krankenhauses genehmigte die Studie [Clinical Ethics Review No. 75 (2012)], und das Protokoll entsprach den institutionellen Richtlinien für die menschliche Versorgung. Alle Pankreasläsionen, die von 2018 bis 2023 am Ruijin Hospital mittels endoskopischem Ultraschall (EUS) untersucht wurden, wurden retrospektiv analysiert. Die Daten wurden aus der elektronischen medizinischen Datenbank abgerufen.

Die Einschlusskriterien waren: (1) Die EUS-Bildgebung zeigte eine deutliche Läsion; (2) Es wurde die histologische Diagnose eines duktalen Adenokarzinoms der Bauchspeicheldrüse (PDAC) oder eines neuroendokrinen Neoplasmas der Bauchspeicheldrüse (PNEN) gestellt. Die Ausschlusskriterien waren wie folgt: (1) Unvollständige oder teilweise fehlende Daten; (2) Tumoren, die die Pfortader umgeben, Milzvene, mesenteriale arteriovenöse Strukturen, Ampullen und Kavitärgewebe, die die Bildanalyse beeinträchtigen könnten; (3) Ultraschallbildgebung, die durch eine Stentimplantation in die Gallen- oder Pankreasgänge beeinträchtigt wird; (4) Digitale Bilder der endoskopischen Sonographie, die im Krankenhaus nicht erhältlich sind; (5) unklare postoperative pathologische Untersuchungsergebnisse oder Befunde, die nicht PNEN oder PDAC entsprechen; (6) EUS-Bilder, die nicht-feste Pankreasräume zeigen, wie z. B. zystische oder kombinierte zystische Läsionen. Alle EUS-Verfahren wurden von zwei erfahrenen Endosonographen mit einem linearen Rasterecho-Endoskop durchgeführt, das bei Frequenzen von 5 MHz oder 7,5 MHz arbeitete. Die EUS-Merkmale der Zielbereiche wurden dokumentiert, und mindestens fünf entsprechende Bilder wurden im Rahmen einer umfassenden Untersuchung der gesamten Bauchspeicheldrüse und der angrenzenden Organe aufgenommen. Die Einverständniserklärung wurde von allen Patienten eingeholt, die eine bewusste Sedierung mit intramuskulärem Diazepam erhielten. Die in der Studie verwendeten Reagenzien und Geräte sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Präoperative Vorbereitung

1. Stellen Sie sicher, dass der Patient mindestens 12 Stunden vor dem Eingriff nüchtern ist.
2. Verabreichen Sie vor Beginn des Eingriffs eine intravenöse Vollnarkose (gemäß den institutionell anerkannten Protokollen).

2. Gastroskopische Erkundung

1. Führen Sie das Endoskop durch den Mund des Patienten ein und blasen Sie die Magenhöhle mit Gas auf.
2. Schieben Sie das Endoskop allmählich entlang der Speiseröhre vor, bis Sie den Eingang der Zwölffingerdarmpapille erreichen.
3. Führen Sie die Ultraschallsonde in das Endoskop ein und positionieren Sie sie in der Nähe des Zielorgans für die Bildgebung.
   HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass zwei erfahrene Gastroenterologen mit über 5 Jahren Erfahrung den endoskopischen Ultraschall durchführen.

3. Zwölffingerdarm-Scan der Bauchspeicheldrüse

1. Führen Sie die endoskopische Ultraschallsonde auf Höhe der Zwölffingerdarmpapille ein und stellen Sie den Biegeknopf ein, um die Sonde zu begradigen.
2. Entferne jegliche Luft und Schleim aus dem Zwölffingerdarm. Füllen Sie den Wasserbeutel mit 5-15 ml Wasser, um einen engen Kontakt zwischen der Wand des Wasserbeutels und dem Zwölffingerdarm zu gewährleisten.
3. Stellen Sie die Links-Rechts- und Auf-Ab-Bedientasten des Endoskops ein. Manövrieren Sie das Ultraschallendoskop vorsichtig nach außen, um eine optimale Bildgebung zu gewährleisten.
   HINWEIS: Wenn nach der Anzeige des Ultraschallbildes Gasinterferenzen in der Darmhöhle beobachtet werden, injizieren Sie entgastes Wasser durch den Biopsiezangekanal und passen Sie die Sondenposition an, um die Gasinterferenz zu eliminieren.

4. Gastrointestinale Untersuchung der Bauchspeicheldrüse

1. Saugen Sie das entgaste Wasser aus dem Wasserbeutel ab und ziehen Sie das Endoskop nach Abschluss des Zwölffingerdarmscans in das Antrum des Magens zurück.
2. Injizieren Sie entgastes Wasser in den Wasserbeutel und ziehen Sie den endoskopischen Ultraschall zurück, während Sie das Ultraschallbild anzeigen.
3. Visualisieren Sie den Körper und den Schwanz der Bauchspeicheldrüse, wenn Sie den Körper und den Fundus des Magens erreichen.
4. Injizieren Sie 200-300 ml entgastes Wasser in den Magen, um die Sichtbarkeit der Bauchspeicheldrüse, des Körpers und des Schwanzes zu verbessern.

5. Postoperative Genesung

1. Sammeln Sie während des Vorgangs zufriedenstellende Bilddaten und speichern Sie die Bilder zur späteren Bezugnahme auf dem Server.
2. Entfernen Sie die Ultraschallsonde und das Endoskop aus dem Körper des Patienten.

6. Bildanalyse

1. Speichern Sie die digitalen Bilder als 8-Bit-Bilder mit einer Auflösung von 768 × 576 Pixeln in den Bildarchivierungs- und Kommunikationssystemen (PACS).
2. Führen Sie Bildanalysen mit einer Bildbearbeitungssoftware durch.
3. Skizzieren Sie manuell den unterschiedlichen Tumorbereich für die Auswahl der Region of Interest (ROI).
4. Verwenden Sie das Zauberstab-Werkzeug , um den ROI automatisch auszuwählen.
5. Verwenden Sie die Histogramm- und Analysewerkzeuge , um Bildgebungsparameter zu analysieren und aufzuzeichnen, einschließlich Fläche, Umfang, Breite, Höhe, Haupt- und Nebendurchmesser, Rundheit (spiegelt die Tumorgröße und -form wider), durchschnittlicher Graustufenwert und Graustufenverhältnis (Anzeige der Intensität von Echos) und Graustufen-Standardabweichung (Beurteilung der Echogleichmäßigkeit).
6. Zeichnen Sie drei ringförmige ROIs ab, die jeweils identische Pixelzahlen und normale EUS-Darstellungen aufweisen, um die mittlere Hintergrunddichte unter Standardbetriebsbedingungen zu berechnen.
7. Berechnen Sie das Graustufenverhältnis, indem Sie die Graustufen des Tumors durch die des Hintergrunds dividieren. Definieren Sie die Zirkularität als das Verhältnis von Fläche zu Umfang mit der folgenden Formel¹⁰:
   Rundheit = 4π × Fläche / (Umfang²)
   HINWEIS: Die Graustufen des EUS-Bildes können je nach Kontrast- und Verstärkungseinstellungen während der Untersuchung variieren. Ein Flussdiagramm, das diese Schritte veranschaulicht, ist in Abbildung 1 dargestellt.

7. Datenanalyse

1. Geben Sie quantitative Daten (Fläche, Umfang, Rundheit, Grauverhältnis, Hauptdurchmesser, Graustufen-Standardabweichung und Alter) als Mittelwert ± Standardabweichung (m ± SD) an. Vergleichen Sie diese mit dem unabhängigen Stichproben-t-Test oder dem Mann-Whitney-U-Test.
2. Geben Sie qualitative Daten (Stadium und Geschlecht) als Häufigkeiten an. Vergleichen Sie sie mit dem exakten Fisher-Test oder dem Pearson-Chi-Quadrat-Test. Betrachten Sie einen p-Wert von weniger als 0,05 als statistisch signifikant.
3. Generieren Sie ROC-Kurven (Receiver Operating Characteristic) für den Hauptdurchmesser, die Rundheit, das Grauverhältnis und die Graustufen-Standardabweichung. Berechnen Sie die Grenzwerte für jeden Parameter.
4. Bewerten Sie den diagnostischen Wert durch Berechnung von Sensitivität, Spezifität, positivem prädiktivem Wert (PPV), negativem prädiktivem Wert (NPV) und Genauigkeit. Wenn ein Parameter negativ ist, klassifizieren Sie das kombinierte Ergebnis als negativ.

Ergebnisse

Eigenschaften der Patienten
Insgesamt wurden 119 Patienten einer EUS-Punktion und einer histologischen Diagnose unterzogen, davon 63 Patienten mit PDAC und 54 mit PNEN. Das Durchschnittsalter der Teilnehmer betrug 55,4 Jahre ± 14,10 Jahre, wobei 47,86 % als männlich identifiziert wurden. Basierend auf den EUS-Merkmalen wurden 59 Fälle im Pankreaskopf, 58 im Körper oder Schwanz lokalisiert und drei Fälle betrafen die gesamte Bauchspeicheldrüse. Nach dem Staging-System der WHO wurden mehr als die Hälfte...

Diskussion

Die EUS ist eine der wichtigsten bildgebenden Verfahren zur Beurteilung von Pankreasmassen, da sie eine hochauflösende Visualisierung der Bauchspeicheldrüse ermöglicht und die Gewinnung adäquater zytologischer Proben durch Feinnadelaspiration (FNA) ermöglicht. In den letzten Jahrzehnten konzentrierten sich die meisten Studien auf die Verbesserung der Leistung von FNA, während die Untersuchungen zu den echoischen Merkmalen der EUS-Bildgebung begrenzt blieben. Bisher gibt es nur wenige Stu...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
22G Flexible endoskopische Ultraschall-Feinnadelaspiration (EUS FNA) Nadel	Boston Scientific International Medical Trading (Shanghai) Co., Ltd.	M00550010 (einzeln), M00550011 (5er-Box)
IBM SPSS Statistics Version 22.0	IBM Corp, Armonk, NY	CRNP3ML, CIP2XML, CRNM6ML (verschiedene Editionen)
Lineares scannendes Echo-Endoskop, EG-530UT	Fujifilm (China) Investment Co., Ltd	EG-530UT; Ballonpackungscode: B20UT
Physiologische Kochsalzlösung (0,9 % NaCl)	Chenxin Pharmaceutical Co., Ltd	Nicht gelistet (pharmazeutische Standardlieferung)
Simethicone	Berlin-Chemie AG, Deutschland	Espumisan 100 mg/ml (keine öffentliche Katalognummer)
Natriumhyaluronat	Shanghai Haohai Biotechnology Co., Ltd	Matrifill (keine öffentliche Katalognummer)