Hintergrund und Zielsetzung: Eine zunehmende Anzahl von Studien belegt, dass Patienten mit pulmonaler Metastasierung extrathorakaler Tumore von einer chirurgischen Sanierung profitieren. Dabei werden bevorzugt nicht anatomische, Gewebe sparende Resektionen der suspekten Herde durchgeführt. Ziel dieser Arbeit war es, die Eigenschaften der laserchirurgischen Technik bei atypischen Keilresektionen zu analysieren sowie Langzeitergebnisse und Vor- oder Nachteile bezüglich Überleben und Morbidität gegenüber konventionellen Techniken zu untersuchen. Methoden Im Zeitraum von Juni 2006 bis Dezember 2010 wurden an der Universitätsklinik Würzburg mit Hilfe eines Martin® Nd:YAG MY40 1.3 Lasers 115 atypische Keilresektionen bei 82 Patienten mit pulmonalen Metastasen durchgeführt. Insgesamt wurden 507 suspekte Rundherde entfernt, im Durchschnitt 4 Herde pro Patient. Retrospektiv wurden die Morbidität und die Komplikationsraten in diesem Kollektiv untersucht sowie die Überlebenszeitanalyse anhand der Kaplan-Meier-Methode durchgeführt. Der Beobachtungszeitraum betrug 3 bis 7 Jahre. Ergebnisse Eine komplette Resektion (Resektionsgrad R0) wurde in 86,7% der Fälle pathologisch bestätigt, bei 9,9% der Patienten zeigte sich ein maligner Lymphknotenbefall. Die 1-, 3- und 5-Jahres Überlebensraten im Gesamtkollektiv betrugen 78,9%, 62,7% und 46,3%, wobei das Überleben nach kompletter Resektion deutlich besser war als nach R1- oder R2- Resektion (54,3% vs 16,7% nach 5 Jahren). Prognostisch günstig zeigte sich das Vorhandensein einer singulären Metastase im Vergleich zu einem multiplen Befall. Es gab keinen Überlebensvorteil bei Patienten mit 2-3 oder 4-10 Metastasen (31% vs 37% nach 5 Jahren). Die Komplikationsrate war mit 14,6% ähnlich wie bei konventionellen Techniken ohne schwerwiegende Vorfälle. Postoperativ schätzten nachsorgende Fachärzte die Lebensqualität und Lungenfunktion der Patienten zum Großteil als gut bis sehr gut ein. Zusammenfassung Die Laserchirurgie zeigt sich als schonende und komplikationsarme, dabei präzise und effektive Technik bei der Entfernung von Lungenmetastasen. Das 5–Jahres–Überleben in Würzburg war im Vergleich zu historischen Kollektiven von Patienten nach atypischer Keilresektion in konventioneller Staplertechnik signifikant höher. Vor allem Patienten mit multiplem oder rezidivierendem Befall profitieren von der Lasertechnik. / Objective: Recent studies confirm, that patients suffering from extrathoracic tumors with metastasis to the lung benefit from a surgical therapy, preferably in the form of non-anatomical pulmonary wedge resections. The aim of this study was to analyse the benefits and disadvantages of the increasingly popular lasersurgical technique and to examine, if any impact on survival can be noted in comparison to conventional techniques like resection with a surgical stapler. Patients and methods: Between June 2006 and Dezember 2010, 82 patients underwent a total of 115 pulmonary metastasectomies at the University clinic of Würzburg. All resections were performed using a Martin® Nd:YAG MY40 1.3 laser. A total of 507 nodules has been removed, with an average of 4 nodules per patient. In a retrospective analysis the morbdity and complication rates have been investigated, as well as the overall survival in comparison to historical collectives. The follow-up period ranged between 3 to 7 years. Results: Complete resections have been achieved in 86,7%, the pathological examination comfirmed lymph node involvement in 9,9%. The 1-, 3- and 5-years Kaplan-Meier survival rates (Kaplan-Meier) were 78,9%, 62,7% and 46,3% respectivly. The 5-year survival after R0-resection was significantly higher than after incomplete resections (54,3% vs 16,7%). The presence of singular metastasis was found to be an independent prognostic factor. No difference in survival has been noted comparing patients with 2-3 malign lesions to patients with 4-10 lesions (31% vs 37% after 5 years). Considering the total complication rate of 14,6% laser surgery seems comparable to stapler resection in that regard. No major complications have occured. The postoperative quality of living and lung function were considered „good“ or „very good“ in the majority of cases. Conclusion: Laser surgery seems to be a tissue sparing, accurate and effective resection technique for pulmonary metastasis with less morbidity. The 5-year survival in Würzburg was significantly higher when compared to other collectives consisting of patients resected with the stapler. Especially patients with multiple lesions or recurrent disease benefit from laser surgery.

Maschinelle Beatmung kann neben den gewünschten Effekten eine vorbestehende Lungenerkrankung weiter aggravieren und sogar das Lungenparenchym zuvor lungengesunder Patienten schädigen. Mit Hilfe der quantitativen Computertomographie (qCT) können pathologische Belüftungszustände und gegebenenfalls durch maschinelle Beatmung verursachte Schäden analysiert werden. Solche auf der qCT basierende Analysen der Lungenbelüftung werden jedoch potentiell durch CT-Akquisitions- und Bildrekonstruktionsparameter beeinflusst. Um die Ergebnisse vor allem von Analysen des überbelüfteten Lungenvolumens richtig bewerten zu können, müssen solche Einflüsse untersucht werden. Bei 10 Versuchstieren (Schweine) wurden bei einem konstanten Atemwegsdruck von 25 cm H2O zuerst bei gesunder Lunge und dann erneut nach experimenteller Lungenschädigung CT-Bildserien mit zwei unterschiedlichen Strahlendosen angefertigt. Von diesen Rohdaten wurden Bildserien mit unterschiedlichen Rekonstruktionsparametern angefertigt und in jeder dieser Bildserien das überbelüftete Lungenvolumen bestimmt. Sowohl die Schichtdicke, der Filter als auch die Stromstärke hatten einen signifikanten Einfluss auf das eigentlich konstante überbelüftete Lungenvolumen, der jedoch nur teilweise klinisch relevant war. Bei der Interpretation von Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens sollten dennoch die Einflüsse der genannten Parameter beachtet und für Vergleichsuntersuchungen gleiche Parametereinstellungen verwendet werden. Eine Dosisreduktion scheint dabei für Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens praktikabel.

Maschinelle Beatmung kann neben den gewünschten Effekten eine vorbestehende Lungenerkrankung weiter aggravieren und sogar das Lungenparenchym zuvor lungengesunder Patienten schädigen. Mit Hilfe der quantitativen Computertomographie (qCT) können pathologische Belüftungszustände und gegebenenfalls durch maschinelle Beatmung verursachte Schäden analysiert werden. Solche auf der qCT basierende Analysen der Lungenbelüftung werden jedoch potentiell durch CT-Akquisitions- und Bildrekonstruktionsparameter beeinflusst. Um die Ergebnisse vor allem von Analysen des überbelüfteten Lungenvolumens richtig bewerten zu können, müssen solche Einflüsse untersucht werden. Bei 10 Versuchstieren (Schweine) wurden bei einem konstanten Atemwegsdruck von 25 cm H2O zuerst bei gesunder Lunge und dann erneut nach experimenteller Lungenschädigung CT-Bildserien mit zwei unterschiedlichen Strahlendosen angefertigt. Von diesen Rohdaten wurden Bildserien mit unterschiedlichen Rekonstruktionsparametern angefertigt und in jeder dieser Bildserien das überbelüftete Lungenvolumen bestimmt. Sowohl die Schichtdicke, der Filter als auch die Stromstärke hatten einen signifikanten Einfluss auf das eigentlich konstante überbelüftete Lungenvolumen, der jedoch nur teilweise klinisch relevant war. Bei der Interpretation von Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens sollten dennoch die Einflüsse der genannten Parameter beachtet und für Vergleichsuntersuchungen gleiche Parametereinstellungen verwendet werden. Eine Dosisreduktion scheint dabei für Messungen des überbelüfteten Lungenvolumens praktikabel.:Inhaltsverzeichnis 0 Abkürzungsverzeichnis 1 1 Einleitung 3 1.1 Ventilator-associated Lung Injury (VALI) 3 1.2 Computertomographie und Diagnostik von Lungenerkrankungen 5 1.3 Spiral-CT 9 1.4 Datenerfassung und Bildrekonstruktion 10 1.5 Grundlagen zur Dichtemessung 12 1.6 Einfluss von Filter und Schichtdicke auf das Bild 13 1.7 Einfluss von Filter und Schichtdicke auf die Analyse der pulmonalen Überbelüftung 15 1.8 Zielstellung 17 2 Materialien und Methodik 18 2.1 Versuchstiere 18 2.2 Überblick über den Versuchsablauf 18 2.2.1 Prämedikation und Narkoseführung 18 2.2.2 Induktion des Lungenschadens 20 2.2.3 CT-Scans und Bildrekonstruktionen 21 2.3 Segmentierung und volumetrische Analyse 22 2.4 Statistische Analyse 24 3 Ergebnisse 26 3.1 Einfluss von Schichtdicke, Filter und Stromstärke auf normale Lungen 26 3.2 Einfluss von Schichtdicke, Filter und Stromstärke auf geschädigte Lungen 34 3.3 Vergleich der automatischen und manuellen Segmentierung 38 4 Diskussion 40 4.1 Einfluss von Schichtdicke und Filter 42 4.2 Einfluss der Stromstärke 49 4.3 Einfluss der experimentell induzierten Lungenschädigung 53 4.4 Vergleich der Segmentierungssoftware 55 4.5 Diskussion der Methodik 55 4.6 Schlussfolgerung 58 5 Zusammenfassung der Arbeit 60 6 Literaturverzeichnis 63 7 Danksagung 77 8 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 78

Eine Melanomerkrankung im metastasierten Stadium ist heute noch eine nicht heilbare und in den meisten Fällen tödlich verlaufende Erkrankung. Über 50% der Patienten mit metastasierendem malignen Melanom entwickeln Lungenmetastasen. Nach dem Auftreten von Lungenmetastasen beträgt die durchschnittliche Überlebenszeit noch 7,3 Monate. Demnach ist die Entwicklung von Therapiestrategien notwendig, um das Fortschreiten von Tumormetastasen oder sogar deren Entstehung zu verhindern. Die lokale Stimulation der angeborenen Immunabwehr durch Behandlung mit Toll-like-Rezeptor-Agonisten käme hierfür in Frage. Inhalative Behandlungen mit Immunmodulatoren, wie sie für IL-2 beschrieben wurden, könnten insbesondere für die Behandlung pulmonaler Metastasen genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das pulmonale angeborene Immunsystem im Mausmodell durch den TLR2/6-Agonisten MALP-2 stimuliert und die Auswirkung dieser Immunstimulation auf experimentell induzierte pulmonale Melanommetastasen untersucht. Intratracheale Instillationen von 0,5 µg MALP-2 führten zu starker Einwanderung neutrophiler Granulozyten (6-fach) und Makrophagen (3,4-fach) in die Lunge von C57/BL6-Mäusen. Innerhalb von 24 h war das Maximum der Immunzelleinwanderung erreicht. Der Leukozyteneinstrom fiel dann innerhalb von 72 h wieder auf das Ursprungsniveau zurück. Weitere Untersuchungen konnten zeigen, dass MALP-2 auch zu einer deutlichen Steigerung der Expression von VCAM-1 in pulmonalen Blutgefäßen führt. In vitro Experimente zeigten, dass dieses Adhäsionsmolekül die Bindung von B16-F10-Melanomzellen vermitteln kann.  Außerdem führte die MALP-2-Behandlung weder in vitro noch in vivo zu einer signifikanten Steigerung der Fähigkeit von Immunzellen, B16-F10-Melanomzellen zu lysieren.  So konnte, im Gegensatz zu Rückschlüssen aus früheren Publikationen, trotz der ausgeprägten Stimulation des pulmonalen Immunsystems und unabhängig vom Applikationsregime durch MALP-2 vor oder nach Tumorinokulation im Mausmodell keine signifikante Änderung der pulmonalen Metastasen erreicht werden. Durch Markierung von Melanomzellen, die stabil mit Green fluorescent Protein transfiziert waren, war es möglich, Melanomzellen kurz nach Tumorzellaussaat zu untersuchen. Eine lokale TLR2/6-Aktivierung durch MALP-2-Instillation 24 h vor Tumorinokulation führte aber in vivo zu keiner Beeinflussung des pulmonalen Melanomzellarrests im Mausmodell. Außerdem konnte gezeigt werden, dass auch das „Boostern“ des Immunsystems durch wiederholte intratracheale MALP-2-Applikation an bereits etablierten pulmonalen Metastasen zu keiner Änderung des klinischen Gesamtresultates führt. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass diese teilweise unerwarteten Ergebnisse deutlich machen, dass klinische Vorhersagen bezüglich immunmodulierender Therapien mit Vorsicht zu stellen sind, insbesondere, da multiple, sich wechselseitig beeinflussende Effekte durch die Immunstimulantien selbst das Gesamtergebnis einer Tumortherapie beeinflussen können.