Evaluation einer ultraschallbasierten automatisierten Analyse des Leberparenchyms

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1 Aus der Medizinischen Universitätsklinik Abteilung Rehabilitative und Präventive Sportmedizin (Ärztlicher Direktor: Professor Dr. med. H.-H. Dickhuth) der Albert-Ludwigs Universität Freiburg im Breisgau Evaluation einer ultraschallbasierten automatisierten Analyse des Leberparenchyms INAUGURAL DISSERTATION zur Erlangung des Medizinischen Doktorgrades der Medizinischen Fakultät der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau vorgelegt 2010 von Lena Mareike Kempkes geboren in Mainz

2 Dekan: 1.Gutachter: 2.Gutachter: Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Blum Herr PD. Dr. med. Deibert Herr Prof. Dr. med. Kreisel Jahr der Promotion: 2010

3 Meiner Familie

4 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 6 2 Methodik Studienpopulation Rekrutierung des Kollektivs Untersuchungen Körperliche und laborchemische Untersuchung Physikalische Grundlagen des Ultraschalls Sonographische Untersuchung Histopathologische Untersuchung Dokumentation und Auswertung Statistische Auswertung 25 3 Ergebnisse Subjektive Ultraschallparameter Laborparameter APRI-Score Pohl-Score Parenchymanalyse Gesund versus Zirrhose Fibrosegrad Entzündungsaktivität Child-Pugh-Stadium Genese der Leberzirrhose 47

5 3.5 Steatosis hepatis Subjektive Beurteilung per Sonographie Histologische Beurteilung der Steatose Histologie versus Sonographie Score ROC-Kurven der subjektiven Ultraschallparameter ROC-Kurven der Laborparameter ROC-Kurven der automatischen Parenchymanalyse 57 4 Diskussion Sonographische Untersuchung Laborparameter Parenchymanalyse Steatose 65 5 Zusammenfassung 66 6 Literaturverzeichnis Fehler! Textmarke nicht definiert. 7 Danksagung 74 8 Lebenslauf 75

6 1 Einleitung 6 1 Einleitung Nach dem Bundesgesundheitsbericht 1998 leiden 4 5 Mio. Deutsche an einer akuten oder chronischen Lebererkrankung. Diese Krankheiten sind die 4. häufigste Todesursache in Deutschland. Hieran versterben jährlich ca Personen. Unter den 30- bis 45- Jährigen sind Hepatopathien die häufigste krankheitsbedingte Todesursache und führen so zu einem hohen Verlust an Lebensjahren. Die hohe Prävalenz im mittleren Lebensalter bedingt darüber hinaus erhebliche finanzielle Belastungen für das Sozialsystem (51). Die Leberfibrose ist eine unspezifische Reaktion auf eine chronische Leberschädigung und kann in eine möglicherweise tödlich verlaufende Leberzirrhose münden (29). In 60-80% ist Alkoholabusus die Ursache, ca. 30% sind bedingt durch Virushepatitiden und ca. 10% durch eine nicht-alkoholische Steatohepatitis (24). Darüber hinaus sind seltenere Erkrankungen wie z.b. eine Autoimmunhepatitis, eine Hämochromatose, eine primär biliäre Zirrhose und eine primär sklerosierende Cholangitis differentialdiagnostisch zu berücksichtigen. Ein vollständiges Leberversagen führt zu einer vitalen Gefährdung. Die Leberfunktionen sind zu komplex, als dass sie technisch kompensiert oder medikamentös vollständig substituiert werden könnten. Die einzige Option ist seit 1967 die Lebertransplantation (25, 50). Die hohe Mortalität der meist chronisch progredient verlaufenden Lebererkrankung zwingt insbesondere wegen der begrenzten therapeutischen Möglichkeiten zu einer umfassenden Prävention und einer möglichst raschen, exakten Diagnostik, vor allem bezüglich der häufigen infektiösen oder toxischen Genese. 75% aller chronischen Virushepatitiden werden durch das Hepatitis C- Virus (HCV) verursacht. Weltweit sind vermutlich über 170 Millionen Menschen mit dem Virus infiziert, das in bis zu 80% zu einer chronischen Entzündung führt. 20% der Patienten mit einer chronischen Hepatitis C entwickeln innerhalb von 20 Jahren eine Leberzirrhose (16).

7 1 Einleitung 7 Bis zu 80% aller Lebererkrankungen werden durch Alkoholkonsum verursacht (24). Deutschland gehört laut WHO- Statistik zu den Ländern mit dem höchsten Alkoholkonsum. Toxisch wirkt bei Männern ein täglicher Konsum von über 40 g, bei Frauen über 20 g Äthylalkohol (17). Die maximale Trinkmenge pro Tag sollte bei gesunden Männern ¾ l Bier oder ⅜ l Wein und bei gesunden Frauen ½ l Bier bzw. ¼ l Wein nicht überschreiten (30). Bei chronischem Alkoholkonsum über diese Grenzwerte hinaus entwickeln 30% der Betroffenen eine Fettleber und das Risiko einer Leberzirrhose ist sechsfach erhöht. Die Mortalität einer durch Alkohol bedingten Leberzirrhose ist gegenüber anderen Genesen deutlich gesteigert (24). Da die Erkrankung in Anfangsstadien reversibel ist, kommt der Prävention, d.h. der Ausschaltung der Noxe, größte Bedeutung zu. Die möglichst frühe Diagnostik einer Leberfibrose oder -zirrhose ist in therapeutischer und prognostischer Hinsicht essentiell wichtig. Als Goldstandard gilt die histologische Diagnostik mit Hilfe der Feinnadelbiopsie. Bei der histologischen Aufbereitung können feingewebliche Veränderungen erkannt und eingeordnet werden. Typisch für die Leberzirrhose ist eine Zerstörung der Läppchenund Gefäßstruktur der Leber durch entzündliche Fibrose. Es kommt zur Ausbildung bindegewebiger Brücken zwischen benachbarten Portalfeldern und hin zu den Zentralvenen. Des Weiteren bilden sich sog. Regeneratknoten (11). Große Bedeutung hat die Biopsie bei der Einteilung in Schweregrad (Grading) und Stadium (Staging) einer Lebererkrankung. Dies gestattet eine Abschätzung der Prognose, ein Verlaufsmonitoring unter Therapie sowie eine Auswahl der zu therapierenden Patienten (22). Bei einer Heilungsrate von 50% und unter Berücksichtigung der hohen Nebenwirkungen der Interferontherapie sollte z.b. bei Hepatitis-C-Virus-positiven Patienten mit Genotyp 1 ein sorgfältiges Abwägen der Therapieoptionen erfolgen (52). Fast 30% falsch-negative Ergebnisse begrenzen die Aussagekraft der Biopsie. Diese Limitation beruht u.a. auf folgenden Faktoren: Die Größe des Biopsats entspricht nur 1/ des Gesamtlebervolumens, Gewebeproben des rechten und linken Leberlappens unterscheiden sich in 33% um mindestens eine Stufe beim Staging und unterschiedliche Screeningsysteme erschweren die Vergleichbarkeit der Fibrosegrade und der Entzündungsaktivitäten (39). Desweiteren stellt die Erfahrung des beurteilenden Pathologen eine nicht zu unterschätzende Variable dar (41).

8 1 Einleitung 8 Als invasive diagnostische Maßnahme ist die Biopsie nicht ohne Nebenwirkungen. Etwa ein Drittel der Patienten klagt danach über Schmerzen, gravierende Komplikationen wie Blutungen finden sich in 0,3%, die Mortalitätsrate liegt bei 0,03% (8, 21, 31). Dies schränkt die Einsatzmöglichkeit der Biopsie, insbesondere beim Screening und im Follow-up ein. Bezüglich der Therapie der Leberfibrose wurden im Tierversuch verschiedene antifibrotische Medikamente getestet. Als besonders vielversprechend erwiesen sich Renin-Angiotensin-Inhibitoren und Antioxidantien (2). Allerdings sind zurzeit keine klinischen Studien möglich, da der Goldstandard zur Kontrolle der Fibroseentwicklung, die Leberbiopsie, zu invasiv und nebenwirkungsreich für ein regelmäßiges Follow-up ist. Dies zeigt die Relevanz der Entwicklung einer nichtinvasiven Methode zur zuverlässigen Abschätzung des Fibrosegrades und der aussagekräftigen Beurteilung der Wirksamkeit einer medikamentösen Behandlung. Die Entwicklung von nicht-invasiven Methoden ist somit von größter Bedeutung. Hierfür bietet sich insbesondere die Ultraschalldiagnostik an, die bereits seit 1938 in der Medizin eingesetzt wird. Die Sonographie als nicht- invasives Verfahren stellt in Abhängigkeit von dem benutzten Gerät sowie der Erfahrung des Untersuchers eine hochsensitive Methode zur Abklärung von Lebererkrankungen dar. So kann eine Leberzirrhose mit einer Sensitivität von bis zu 91% und einer Spezifität von 93,5% diagnostiziert werden (48). Der Vorteil dieser, an vielen Standorten zur Verfügung stehenden, Untersuchungstechnik ist, dass sie kostengünstig und ohne Nebenwirkungen beliebig oft wiederholbar ist. Auch auf Grund der schnellen und sicheren Durchführung besteht eine große Akzeptanz von Seiten der Patienten. Die Sonographie ist die Basisdiagnostik bei parenchymalen Lebererkrankungen und beruht auf der Beurteilung verschiedener qualitativer Parameter (53). Die Reflektion des Ultraschalls an der Leberoberfläche erlaubt Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Regeneratknoten und fibrösen Septen. Die erkennbare Nodularität ist assoziiert mit der Diagnose der Leberzirrhose (47). Colli et al. zeigten, dass eine Leberzirrhose mit einer Spezifität von 95% diagnostiziert werden kann. Unter der Berücksichtigung der Nodularität der Leberoberfläche konnte die Vortestwahrscheinlichkeit einer Leberbiopsie von 35% auf 86% angehoben werden. Dadurch hätten 20% der Biopsien vermieden werden können. Die Sensitivität der untersuchten Ultraschallparameter war in dieser Studie mit 41 57% allerdings sehr gering (12).

9 1 Einleitung 9 Durch den Einsatz hochauflösender Schallköpfe (7,5 10 MHz) kann eine wellige oder höckerige Leberoberfläche besser erkannt und so die Diagnose einer fortgeschrittenen Fibrose bzw. Zirrhose verifiziert werden (48). Eine Zirrhose kann mit quantitativen Ultraschallparametern (Milzgröße, Durchmesser der Milzvene, Echogenität der Leberoberfläche) weitgehend ausgeschlossen werden (47). Die Milz ist signifikant vergrößert bei Zirrhose, sowohl im Vergleich zu Gesunden (16,0 cm versus 10,7 cm), als auch zu nicht-zirrhotischen Lebererkrankungen (16,0 cm versus 13,0 cm). Zwei von drei Patienten mit Zirrhose weisen eine Splenomegalie auf. Dies ist mit einer Spezifität von 98% und einem positiven Vorhersagewert von 93% der gravierendste Indikator für eine Leberzirrhose (33). Mit zunehmendem Entzündungsgrad wird die Echogenität des Leberparenchyms gröber und heterogener, die Leberoberfläche selber rau und unregelmäßig (56). Allerdings findet sich eine erhöhte Echogenität des Leberparenchyms ebenfalls bei Steatosis hepatis, so dass die Differenzierung einer Leberzirrhose nur anhand dieses Parameters nicht zuverlässig möglich ist (2, 19). Der Übergang von Fibrose zu Zirrhose ist ein Kontinuum ohne spezifische Befunde in den bildgebenden Verfahren (56). So kann durch eine Ultraschalluntersuchung nicht zwischen den verschiedenen Fibrosegraden unterschieden und eine Zirrhose im Frühstadium oft nicht entdeckt werden (19). Der maximale Schrägdurchmesser des rechten Leberlappens, der Durchmesser des Pfortaderstammes, der Durchmesser der rechten und der linken Pfortader, die Wanddicke der Gallenblase und die Form der Gallenblase scheinen mit dem Stadium der Leberfibrose zu korrelieren (56). Die begrenzte Spezifität der Befunde sowie die Abhängigkeit von der Erfahrung des Untersuchers erfordern eine weitere Optimierung der Ultraschalldiagnostik. Die diagnostische Genauigkeit wird begrenzt durch die Inter- und Intraobservervariabilität, die Qualität des Ultraschallgerätes sowie durch Störfaktoren wie luftgefüllte Darmschlingen, Adipositas und Aszites (56). Das Ziel unserer Studie ist es, die diagnostische Wertigkeit der Ultraschalluntersuchung des Leberparenchyms bezüglich der Vorhersage einer Lebererkrankung durch Anwendung eines neuen automatisierten Analyseverfahrens zu optimieren. Es sollen Surrogatparameter der Leberfibrose und Zirrhose gefunden werden. Hierfür vergleichen wir die Ergebnisse der Ultraschalluntersuchung von Patienten mit einer Leberzirrhose mit denen von Patienten, die an einer nichtzirrhotischen Lebererkrankung leiden und mit gesunden Kontrollpersonen.

10 1 Einleitung 10 Studienziel ist die Evaluation eines prädiktiven Scores nichtinvasiver Routineuntersuchungen bei Patienten mit Leberzirrhose. Dazu soll der histopathologische Befund korreliert werden mit ebenfalls routinemäßig durchgeführten laborchemischen Untersuchungen und einer Ultraschalluntersuchung der Leber. Die konventionellen Ultraschallbilder des Leberparenchyms werden zudem durch ein eigens hierfür erstelltes Computerprogramm analysiert. Hierdurch soll diese neue Methode zur Beurteilung der Beschaffenheit des Leberparenchyms etabliert werden. Durch automatische Analyse verspricht sie im Vergleich zur üblichen Ultraschalluntersuchung eine höhere Objektivität und eine geringe Inter- und Intraobservervariabilität. Dieses Verfahren wurde von Schmidt-Trucksäß et al in Freiburg zur Messung der Wanddicke der Arteria intima media ( intima media thickness ; IMT) entwickelt (44). Die Weiterentwicklung zur Analyse der Pfortader und des Leberparenchyms erfolgte durch Hay in Freiburg (23). Nach Auswahl einer geeigneten Region ( Region of interest ; ROI) werden verschiedene Parameter zur Analyse des Gewebes berechnet. Als besonders signifikant erwiesen sich folgende Parameter: Anzahl der überdurchschnittlich hellen Pixel, Anzahl der Wechsel zwischen hell und dunkel und Anzahl der hellen Pixel nach Fourier-Transformation. Zur Evaluation werden diese Befunde mit den histopathologischen Ergebnissen verglichen. Es soll darüber hinaus durch Korrelation mit dem Child-Pugh-Stadium und der Anamnese geklärt werden, ob diese neue Methode geeignet ist, eine Aussage bezüglich des Schweregrades und der Genese der Zirrhose zu treffen. Die Ergebnisse dieser computerunterstützen Analyse werden korreliert mit denen einer konventionellen Ultraschalluntersuchung sowie mit den Laborbefunden. Zur Abschätzung des Fibrosegrades der Leber werden verschiedene Laborparameter herangezogen. Die Thrombozytenzahl zum Beispiel ist bei Fibrose signifikant erniedrigt im Vergleich zu Gesunden (13). Eine höhere Spezifität in der Erkennung einer Zirrhose lässt sich durch Kombination verschiedener Serumwerte erzielen: Besonders aussagekräftig sind der Aspartate aminotransferase-to-platelet-index (APRI), der auf einer Kombination von Glutamat-Oxalat-Transferase (GOT) und Thrombozytenzahl beruht, sowie der Pohl- Score, der das Verhältnis von GOT zu Glutamat-Pyruvat- Transferase (GPT) sowie die Thrombozytenzahl berücksichtigt (35, 54). Der APRI- Score gestattet es, mit einem NPV von 80 bis 86% eine signikante Fibrose auszuschließen, und ermöglicht so, eine Biopsie in mindestens einem Drittel der Fälle zu vermeiden (46).

11 1 Einleitung 11 Die Thrombozytopenie bei Zirrhose lässt sich nicht alleinig durch eine Splenomegalie erklären. Vielmehr spielt der fibrotische Umbau der Leber hierbei eine entscheidende Rolle: auch bei normaler Milzgröße korreliert die Thrombozytenzahl invers mit dem Fibrosegrad. Dies geht vermutlich unter anderem auf die verminderte Thrombopoietinsynthese in der bindegwebig umgebauten Leber zurück. So erkannten Adinolfi et al. die Korrelation zwischen sinkendem Thrombopoeitinspiegel und steigendem Fibrosegrad (1). Als ebenfalls neues nichtinvasives Verfahren wurde die transiente Elastographie (Fibroscan ) zur Messung der Lebersteifigkeit entwickelt (42). Hierbei wird mit Hilfe eines Vibrationssenders eine niederfrequente elektrische Welle erzeugt, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit im Lebergewebe ausbreitet. Durch Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit kann eine Aussage über die Lebersteifigkeit getroffen und so auf das Fibrosestadium geschlossen werden. Durch eine Kombination mit dem Fibrotest, einem mathematischen Algorithmus aus Bilirubin, Haptoglobin, γ- Glutamylransferase (γ-gt), Apolipoprotein-A1 und α2-makroglobulin, konnte die Aussagekraft noch erhöht werden (52). Wenn beide Verfahren übereinstimmend für eine signifikante Fibrose sprachen, bestätigte die Biopsie in 95% der Fälle dieses Ergebnis. Bei 77% der Probanden wäre somit eine Leberbiopsie vermeidbar gewesen (9). Bedingt durch Adipositas und zu enge Intercostalräume kann der Fibroscan in bis zu 9,4% der Patienten allerdings nicht durchgeführt werden. Aszites macht eine Anwendung unmöglich. Verwendet wurde der Fibroscan bislang hauptsächlich bei Hepatitis-C-Patienten, die Übertragbarkeit der Befunde auf andere Erkrankungen, sowie der Einfluss einer Steatose, sind noch zu klären. Die Eignung zum Verlaufsmonitoring muss in Langzeitstudien nachgewiesen werden (7). Desweiteren soll die Ausbildung einer Fettleber mit Hilfe des automatischen Analyseverfahrens untersucht werden. Die Fettleber ist die häufigste Lebererkrankung: ca. 20% der Bevölkerung sind davon betroffen (55). Unter einer Fettleber versteht man die diffuse Ablagerung von Triglyceriden in mindestens der Hälfte aller Hepatozyten. Diese Verfettung ist eine unspezifische Reaktion der Leber auf eine Vielzahl von Noxen wie Alkohol, Toxine (z.b. Lösungsmittel) oder Hepatitis. Hierbei unterscheidet man zwischen Steatose (reiner Fettleber) und Steatohepatitis, die eine entzündliche Komponente beinhaltet. Die Steatohepatitis wird unterteilt in alkoholisch (alcoholic steatohepatitis; ASH) und nichtalkoholisch (non-alcoholic steatohepatitis; NASH). Die nichtalkoholische Steatohepatitis wird meist verursacht durch Adipositas, Diabetes mellitus Typ 2 bzw. das metabolische Syndrom (34).

12 1 Einleitung 12 Bei über 50% aller HCV-Infektionen kommt es zu einer Verfettung der Leber (38). Ein direkter zytopathischer Effekt des Virus ist zu vermuten (6). Eine Steatose ist ein unabhängiger Risikofaktor für die necroinflammatorische Aktivität der Leber und Progression der Fibrose bei Patienten mit einer chronischen HCV-Infektion (28). Da die Leberzellverfettung die Wirksamkeit einer antiviralen Therapie reduziert, hat das Ausmaß der Fettinfiltration prognostische Bedeutung (45). Im Ultraschall findet man eine Zunahme der Echodichte der Leber: Die Leber erscheint im Vergleich zu Niere oder Milz heller, die echodichte Begrenzung der Pfortaderäste hebt sich weniger vom Leberparenchym ab (14). Eine Zunahme der Echogenität findet sich gleichermaßen bei Steatose und Fibrose. Eine Differenzierung dieser beiden Entitäten anhand nur dieses einen Kriteriums ist schwierig (27). Bei dem Großteil der Patienten mit einer Steatosis hepatis findet man hypoechogene Areale im Hilus. Vermutlich entsprechen die fokalen hypoechogenen Areale Parenchyminseln mit einem normalen Fettgehalt, die umgeben sind von hellem echodichtem Parenchym mit hoher Fettinfiltration (43). Diese Areale sind spezifisch für eine Steatose und erlauben eine Differenzierung zur Fibrose (43). Die klinische Bedeutung einer Fettleber ist bei normalen klinischen und laborchemischen Befunden eher gering (37, 48).

13 1 Einleitung 13 Wir postulieren folgende Hypothesen: H0: Mit Hilfe von Ultraschall kann eine Leberzirrhose bzw. Lebererkrankung von einer gesunden Leber differenziert werden. H1: Es existieren spezifische subjektive Ultraschallparameter, an Hand derer die verschiedenen Stadien einer Lebererkrankung unterschieden werden können. Diese Parameter korrelieren mit dem Ergebnis einer histologischen Untersuchung der Leberbiopsate. H2: Bestimmte Laborparameter ermöglichen eine Vorhersage bezüglich einer Zirrhose, bzw. einer signifikanten Fibrose. H3: Das automatische Analyseverfahren berechnet spezifische Parameter an Hand derer die verschiedenen Stadien einer Lebererkrankung unterschieden werden können. Diese Parameter korrelieren mit dem Ergebnis der histologischen Untersuchung. H4: Eine Steatosis hepatis führt zu spezifischen im Ultraschallbild erkennbaren und durch das automatische Computerprogramm detektierbaren Veränderungen des Leberparenchyms. H5: Durch die Kombination verschiedener Parameter lässt sich ein Score mit diagnostischer Relevanz entwickeln.

14 2 Methodik 14 2 Methodik 2.1 Studienpopulation Zwischen dem und dem nahmen 145 Probanden an der Studie teil. Neben 61 gesunden Kontrollpatienten wurden 52 Patienten mit einer Leberzirrhose untersucht. Die Diagnose wurde zuvor entweder klinisch durch den Child-Pugh-Score oder durch eine Biopsie gesichert. Bei 43 Probanden lag eine aktuelle Biopsie vor. Die Kontrollgruppe wies folgende Kriterien auf: - Gesunde männliche und weibliche Patienten 18 Jahre - Schriftliche Einverständniserklärung des geschäftsfähigen Patienten zur Ultraschalluntersuchung und zum wissenschaftlichen Gebrauch der Daten - Keine Lebererkrankung - Kein Alkoholabusus - Kein Drogenabusus - Keine maligne Erkrankung - Keine Herz- oder Kreislauferkrankung - Keine Stoffwechselerkrankung

15 2 Methodik 15 Die Patientengruppe wies folgende Kriterien auf: - männliche und weibliche Patienten 18 Jahre, die entweder an einer klinisch gesicherten Leberzirrhose erkrankt waren oder bei denen aus diagnostischen Gründen eine Leberbiopsie durchgeführt wurde - schriftliche Einverständniserklärung des geschäftsfähigen Patienten zur Ultraschalluntersuchung, ggf. zur Durchführung der Leberbiopsie und zum wissenschaftlichen Gebrauch der Daten - Keine maligne Erkrankung - Keine Lebertransplantation - Kein transjugulärer intrahepatischer portosystemischer Shunt - Keine cavernöse Transformation der Pfortader - Keine Portalvenenthrombose Diese Studie wurde nach Genehmigung durch die Ethik-Kommission durchgeführt. 2.2 Rekrutierung des Kollektivs Die Rekrutierung der Patienten erfolgte in der gastroenterologischen Abteilung der Universitätsklinik Freiburg. Es nahmen sowohl stationäre als auch ambulante Patienten an der Studie teil. Die Patienten wurden vor Durchführung der Ultraschalluntersuchung vom Untersucher umfassend aufgeklärt und gaben ihr schriftliches Einverständnis. Wurde eine Leberbiopsie durchgeführt, erfolgte die Ultraschalluntersuchung vor der Biopsie oder maximal fünf Stunden danach. Die körperliche sowie die laborchemische Untersuchung fanden am selben Tag statt. Die gesunden Kontrollpersonen wurden in der Abteilung für Rehabilitative und Präventive Sportmedizin der Universitätsklinik Freiburg akquiriert.

16 2 Methodik Untersuchungen Körperliche und laborchemische Untersuchung Alle Probanden wurden körperlich untersucht (Gewicht, Körpergröße, Taillenumfang, RR-Messung, Puls-Messung). Aus dem Gewicht und der Körpergröße wurde der Body- Mass-Index (BMI) berechnet. Zusätzlich wurden folgende Laborwerte bestimmt: Leukozyten, Thrombozyten, Quick, international normalized ratio (INR), Bilirubin, Albumin, GOT, GPT, γ-gt, alkalische Phosphatase (AP), Glucose, Cholesterin, Triglyceride, Ferritin, α-fetoprotein (AFP). Aus den Ergebnissen wurde für jeden Probanden sowohl der APRI- Index wie auch der Pohl-Score berechnet. Hierbei galt: APRI-Index: ((GOT/GOTNormwert) / (Thrombozytenzahl/µl/1000)) x 100, hierbei sprechen Werte > 2 für eine Zirrhose und Werte < 1 schließen eine Zirrhose weitgehend aus. Während Werte > 1,5 auf eine fortgeschrittene Fibrose hindeuten, wird diese bei Werten < 0,5 ausgechlossen (54). Pohl-Score: GOT/GPT > 1 und Thrombozytenanzahl < /µl weisen auf eine fortgeschrittene Fibrose (Metavirscore 3-4) hin, während GOT/GPT < 1 und Thrombozytenanzahl > /µl eine Zirrhose ausschließen (35). Der Anamnese und den Vorbefunden wurden folgende Kriterien entnommen: - Genese der Lebererkrankung - Grad der Ösophagusvarizen - stattgefundene Ösophagusvarizen-Blutung - Vorliegen einer portal hypertensiven Gastropathie

17 2 Methodik 17 Anhand der Kriterien Bilirubin, Albumin, INR, Aszitesgrad und Grad der hepatischen Enzephalopathie (HE) wurde für die Patienten mit einer Leberzirrhose das Child-Pugh- Stadium berechnet (10, 36). Hierbei galt: Tabelle 1 Parameter 1 Punkt 2 Punkte 3 Punkte Bilirubin [mg/dl] < 2,0 2,0 3,0 > 3,0 Albumin [g/dl] > 3,5 2,8 3,5 < 2,8 INR < 1,7 1,7 2,2 > 2,2 Aszites kein leicht mittelgradig HE keine Stadium I II Stadium III IV Punkte: Child A Punkte: Child B Punkte: Child C

18 2 Methodik Physikalische Grundlagen des Ultraschalls Bei der Sonographie werden Ultraschallwellen im Frequenzbereich 1 bis 12 MHz von einem Sonographiegerät aus auf ein Gewebe gesendet. Der Schallkopf besteht aus piezoelektrischen Kristallen, welche sich beim Anlegen von Wechselspannung periodisch verformen und so die Ultraschallwellen erzeugen. Ultraschallwellen breiten sich in Materie in Longitudinalwellen mit einer Geschwindigkeit von 1550 m/s aus. An der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Geweben wird der Echoimpuls reflektiert und trifft wieder auf die Membran des Schallkopfes. Der piezoelektrische Effekt ist umkehrbar: Der reflektierte Echoimpuls verformt die Kristalle, hierdurch entsteht eine elektrische Spannung, welche gemessen werden kann (32). Die Schallwellen werden im Gewebe reflektiert, gebrochen, absorbiert und gestreut. Dies führt zu unterschiedlicher Schallamplitude und Schalllaufzeit. Mit Hilfe der empfangenen Schallintensität lässt sich auf die Größe des Impedanzunterschiedes zwischen zwei Geweben schließen und durch die Laufzeit des Schallimpulses kann die Entfernung der Grenzflächen im Körper errechnet werden. Diese beiden Faktoren sind die Grundlagen der Bilderzeugung. Die Schallintensität wird bei der verwendeten B- Mode nicht als Amplitudenhöhe (A-Mode) sondern als Punkte proportionaler Helligkeiten dargestellt. Da der Schallkopf aus vielen multiplen Piezokristallen besteht, entsteht mit Hilfe der Schalllaufzeit und der Schallintensität ein zweidimensionales Bild. Die B-Bilder werden sehr schnell hintereinander erzeugt, so dass sich auch Bewegungen, z.b. von Organen, in Echtzeit darstellen lassen (40). Da das Leberparenchym arm an reflektierenden Grenzflächen ist, hat es eine zart echoarme, homogene Echostruktur und ist geringfügig echodichter als die Niere. Die Wand der Pfortaderäste ist auf Grund der bindegewebigen Einfassung kräftig und echodicht, das Lumen ist echoleer. Die Wand der Lebervenen ist zu dünn und daher im Ultraschallbild nicht erkennbar (14).

19 2 Methodik Sonographische Untersuchung Die Untersuchung wurde von zwei langjährig erfahrenen Fachärzten für Innere Medizin und Gastroenterologie durchgeführt. Zur Anwendung kamen zwei high-end- Ultraschallgeräte: Ein Gerät der Firma Toshiba (Aplio 80) mit Konvexschallkopf (5 MHz) und ein Gerät der Firma Siemens (Elegra, 3,5 5 MHz). Der Patient wurde auf dem Rücken liegend in entspannter Atmosphäre untersucht. Die erste Einstellung des Ultraschallkopfes erfolgte als kranialer Längsschnitt im Epigastrium. Hierdurch konnten Veränderungen des Leberunterrandes beurteilt werden. Im Normalfall beträgt der Winkel zwischen der Vorder- und der Unterfläche der Leber weniger als 45 Grad. Bei Hepatomegalie wird der Winkel stumpfer, d.h. größer als 45 Grad. Es wurde zwischen abgerundeter und knotiger Struktur differenziert. Diese Einstellung gestattete darüber hinaus die Charakterisierung der Leberoberfläche. Von einer glatten Oberfläche (Normalbefund) wurde eine gebuckelte abgegrenzt. Der intercostale Längsschnitt am rechten Rippenbogen ermöglicht die Beurteilung des Parenchyms der Leber im Vergleich zum Nierenkortex. Die Echogenität ist ein Maß für die Homogenität der Gewebestruktur. Normales Leberparenchym ist eher echoarm, nur wenig heller als das der Nierenrinde. Bei der Untersuchung wurde zwischen normal, gering verdichtet und stark verdichtet unterschieden. Die Verlagerung des Schallkopfes um einen Intercostalraum nach kranial gestattete die Beurteilung der Lebervenen bezüglich Verlauf, Rarefizierung und Kaliberschwankungen. Die Leberverformbarkeit wurde mittels Fingerdruck auf eine schallkopfnahe Stelle über der Leber eingeschätzt. Der Untersucher unterschied zwischen gut, gering eingeschränkt und stark eingeschränkt. Der inspiratorisch vollständige Kollaps der Vena cava wurde dokumentiert. Die Lebergröße wurde bei mittlerer Atemlage in der rechten Medioklavikularlinie (MCL) vom unteren Leberrand bis zum Zwerchfellgipfel bestimmt (Normalwert: 10 +/- 1 cm). Eine zweite Messung erfolgte im subcostalen Schnitt rechts vom Unterrand der Leber hin zur Zwerchfellkuppel (Normalwert: cm). Der kraniokaudale Durchmesser der Milz (Normalwert: bis 11 cm) und die Dicke im Hilus (maximal 4-5 cm) wurden im intercostalen Schrägschnitt links ermittelt (14).

20 2 Methodik 20 Bei allen Einstellungen wurde gezielt nach Aszites gesucht und gegebenenfalls das Volumen beurteilt. Hierbei galt: - Grad 0: kein Aszites - Grad 1: nur im Ultraschall erkennbar - Grad 2: Mäßiggradige symmetrische Distension des Abdomens - Grad 3: massiver Aszites mit deutlicher abdomineller Distension Eventuell vorhandene Umgehungskreisläufe, z.b. die Rekanalisation der V. umbilicalis, die Ausbildung von Paraumbilikalvenen oder eine Vena coronaria ventrikuli als Kollateralgefäße wurden dokumentiert. Bei der Untersuchung wurden zudem sonographische Zeichen einer Steatosis, wie ein deutlicher Leber-Nieren-Kontrast als Zeichen der erhöhten Leberechogenität, eine schlechtere Darstellbarkeit der intrahepatischen Gefäße und des Zwerchfells, registriert. Auch wurde auf das Vorliegen von fokalen hypoechogenen Arealen geachtet (26).

21 2 Methodik Histopathologische Untersuchung Die Leberbiopsie ist der Goldstandard bei der Evaluation von Lebererkrankungen, insbesondere bei Patienten mit chronischem Verlauf (3). Es wurde die Punktionstechnik nach Menghini angewandt (49). Mit Hilfe von Ultraschall und Perkussion wurde der geeignete Interkostalraum unterhalb des Sinus phrenicocostalis in der vorderen oder mittleren Axillarlinie aufgesucht. Nach Hautdesinfektion und Lokalanästhesie fand eine Biopsie in Atemruhelage oder in leichter Inspirationslage statt. Über eine dünne Hohlnadel (Menghini-Nadel, 1,2-1,8 mm Durchmesser) wurde die Gewebeentnahme per Aspiration vorgenommen. Die Biopsate wurden ausnahmslos von einer erfahrenen Pathologin (Prof. Dr. med. A. Schmitt-Gräff, Pathologisches Institut der Universitätsklinik Freiburg) beurteilt. Die Beurteilung des Biopsats erfolgte gemäß des METAVIR-Scores (4). Der METAVIR- Score beschreibt das Stadium der Fibrose wie folgt: 0: Keine Fibrose 1: Vergrößerung des Portaltraktes ohne Septenbildung 2: Vergrößerung des Portaltraktes mit spärlicher Septenbildung 3: Zahlreiche Septenbildung, keine Zirrhose 4: Eindeutige Zirrhose Die Entzündungsaktivität wurde eingeteilt in: 0: Keine Aktivität 1: Minimale Aktivität 2: Mäßige Aktivität 3: Hochgradige Aktivität 4: Lobuläre chronische Hepatitis Die histologische Aktivität berechnet sich aus der Piece meal necrosis und der lobular necrosis (3).

22 2 Methodik 22 Nach Bestimmung des prozentualen Anteils verfetteter Zellen am Gesamtvolumen wurden bezüglich der gemischtvesikulären Steatose der Leber folgende Untergruppen gebildet (5): - nicht signifikante Steatose (< 5% der Läppchen verfettet) - milde Steatose (5 33%) - moderate Steatose (33 66%) - schwere Steatose (> 66%) 2.4 Dokumentation und Auswertung Alle Untersuchungsergebnisse wurden in einem standardisierten Messprotokoll festgehalten und anschließend digital gespeichert. Ein kraniales Längsschnittbild mit Darstellung des linken Pfortaderhauptstammes und Leberparenchym sowie ein intercostales Bild im Bereich des rechten Rippenbogens mit Darstellung einer Lebervene und ebenfalls Leberparenchym wurden digital gespeichert. Archiviert wurde im TIFF-Format. Die Auswertung der Sonographiebilder erfolgte mit Hilfe des neu entwickelten automatischen Analyseverfahrens (23). Hierbei legte der Untersucher zur Analyse eine 1 cm²-große region of interest des Parenchyms fest. In dieser Region wurde der mittlere Helligkeitswert bestimmt. Die Anzahl der Pixel, die über diesem Helligkeitswert liegen und deren Wechsel mit dunkleren Pixeln wurden anschließend gezählt (Parameter: Anzahlhell und Anzahlwechshell). Nach Erstellen einer Matrix der Abstände der hellen Pixel, wurden Maximum, Mittelwert und Median der Abstände berechnet (Parameter: Medabstx, Meanabstx, Maxabstx und Maxminabstx). Dieselben Parameter wurden nach Durchführung einer Fouriertransformation berechnet (Parameter: Anzahlhellfourier, Anzahlwechshellxfourier, Medabstxfourier, Meanabstxfourier, Maxabstxfourier und Minabstxfourier) Desweiteren wurden, nach Berechnung der Kovarianz, die folgenden Werte bestimmt: Anzahlhellcov, Anzahlwechshellxcov, Medabstxcov, Meanabstxcov, Maxabstxcov und Minabstxcov (23).

23 2 Methodik Parameter Es wurden folglich für jeden Probanden diese Parameter bestimmt: Körpergewicht Körpergröße Taillenumfang Blutdruck Herzfrequenz BMI Leukozyten Thrombozyten [kg] [m] [cm] in der Systole und Diastole; [mmhg] /min Körpergewicht [kg] / Körpergröße² [m] Anzahl der Leukozyten pro µl, Normwert: Anzahl der Thrombozyten pro µl, Normwert: Quick-Wert Bestimmung der Thomboplastinzeit; % INR Bilirubin Albumin GOT GPT γ-gt AP Glucose Cholesterin Trigylceride Ferritin AFP Methodenunabhängige Bestimmung der Thromboplastinzeit, 0,85 1,15 0 1,2 [mg/dl] 3,5 5,5 [g/dl] Glutamat-Oxalat-Transferase; [U/l] für Frauen; - 50 [U/l] für Männer Glutamat-Pyruvat-Transferase; [U/l] γ-glutamyltransferase; 0 40 [U/l] Alkalische Phosphatase; [U/l] [mg/dl] [mg/dl] [mg/dl] [mg/l] < 10 [ng/ml] APRI-Index ((GOT/GOTNormwert)/(Thrombozytenanzahl/µl/100)) x 100 Pohl-Score Child-Pugh-Stadium Milzgröße Leberverformbarkeit Rarefizierung der Lebervenen Positiv, wenn GOT/GPT > 1 und Thrombozytenanzahl < / µl abhängig von Bilirubin, Albumin, INR, Aszitesgrad und Grad der hepatischen Enzephalopathie Dicke im Hilus; < 5 [cm]; kraniokaudaler Durchmesser: < 11 [cm] Es wird zwischen normal, gering eingeschränkt und stark eingeschränkt unterschieden. Binäre Variable, die auf der Beobachtung der Lebervenen beruht

24 2 Methodik 24 Sichtbare Lebervenenschwankungen Gestreckte Lebervenen Echogenität Leberoberfläche Binäre Variable, die auf der Beobachtung der Lebervenen beruht Binäre Variable, die auf der Beobachtung der Lebervenen beruht Es wird zwischen normal, gering verdichtet und stark verdichtet unterschieden Binäre Variable, die auf der Betrachtung der Leberoberfläche beruht. Es wird zwischen glatt und gebuckelt unterschieden Aszitesgrad Sonographische Einteilung in Grad 0 3 Cava Kollaps Lebergröße Metavirscore Steatose anzahlhell anzahlwechshellx medabstx meanabstx maxabstx anzahlhellfourier anzahlwechshellxfourier medabstxfourier meanabstxfourier maxabstxfourier minabstxfourier anzahlhellcov anzahlwechshellxcov medabstxcov meanabstxcov maxabstxcov Binäre Variable, die den sichtbaren inspiratorischen Kollaps der Vena cava wiedergibt [cm]; Normwerte: subcostal: 9 11cm; Medioclavikularlinie: 12 13cm Bestimmung des Stadiums der Fibrose und der Entzündungsaktivität im histologischen Präparat; Grad 1 4 Bestimmung der gemischtvesikulären Steatose im histologischen Präparat; [%] Anzahl der Pixel über dem mittleren Helligkeitswert Anzahl der Wechsel von Pixeln über dem mittleren Helligkeitswert mit Pixeln unter diesem Median der Abstände der Pixel Mittlerer Abstand der Pixel Maximaler Abstand der Pixel Anzahl der Pixel über dem mittleren Helligkeitswert nach Fouriertransformation Anzahl der Wechsel von Pixeln über dem mittleren Helligkeitswert mit Pixeln unter diesem nach Fourier- Transformation Median der Abstände der Pixel nach Fourier-Transformation Mittlerer Abstand der Pixel nach Fourier-Transformation Maximaler Abstand der Pixel nach Fourier-Transformation Minimaler Abstand der Pixel nach Fourier-Transformation Anzahl der Pixel über dem mittleren Helligkeitswert Anzahl der Wechsel von Pixeln über dem mittleren Helligkeitswert mit Pixeln unter diesem nach Kovarianzberechnung Median der Abstände der Pixel nach Kovarianzberechnung Mittlerer Abstand der Pixel nach Kovarianzberechnung Maximaler Abstand der Pixel nach Kovarianzberechnung

25 2 Methodik Statistische Auswertung Die Auswertung erfolgte mit Hilfe des Statistikprogrammes SPSS für Windows (Statistical Package for the Social Sciences, Version 14.0). Mit Hilfe des Mann- Whitney-U-Testes wurden signifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Parametern ermittelt. Die graphische Darstellung erfolgte über Boxplots und Receiveroperating-characteristic curves (ROC-Kurven). Diese Kurven waren Grundlage für die Beurteilung von Sensitivität und Spezifität. Die Sensitivität gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der man mit einem positiven Testergebnis eine erkrankte Person erkennt. Unter Spezifität versteht man die Wahrscheinlichkeit eine gesunde Person durch ein negatives Ergebnis zu identifizieren.

26 3 Ergebnisse 26 3 Ergebnisse Zwischen dem und dem nahmen 145 Probanden an der Studie teil. Neben 61 gesunden Kontrollpersonen wurden 52 Patienten mit einer bekannten Leberzirrhose untersucht. Die Diagnose war zuvor klinisch durch den Child-Pugh- Score oder durch eine Biopsie gesichert worden. Bei 32 Probanden wurde histologisch eine Fibrose unterschiedlicher Ausprägung nachgewiesen. Die Verteilung auf die verschiedenen Gruppen zeigt Tabelle 2: Tabelle 2 Häufigkeit Prozent Gesund (= Fibrose 0 ) 61 42,1 Fibrose ,0 Fibrose 2 8 5,5 Fibrose ,6 Zirrhose (= Fibrose 4 ) 52 35,9 Gesamt ,0 Bezüglich der Genese der gesicherten Leberzirrhose ergab sich folgende Verteilung: Tabelle 3 Häufigkeit Prozent Virushepatitis 13 23,5 Alkoholgenese 29 56,9 PBC 3 5,9 AIH 3 5,9 PSC 2 3,9 unbekannt 2 3,9 Gesamt ,0

27 3 Ergebnisse 27 Die folgende Tabelle 4 zeigt die wesentlichen klinischen Charakteristika und Standardlabortests der Probanden, angegeben in Mittelwert ± Standardabweichung: Tabelle 4 Gruppe Gesund Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Zirrhose Alter [Jahre] 40,9 ± 15,27 37,46 ± 10,02 44,5 ± 12,46 48,5 ± 7,29 55,08 ± 11,19 männliches Geschlecht 73,8 % 69,2 % 50 % 72,7 % 69,2 % Größe [m] 1,76 ± 0,14 1,76 ± 0,08 1,68 ± 0,14 1,74 ± 0,05 1,72 ± 0,10 Gewicht [kg] 74,48 ± 13,57 74,92 ± 13,17 68,57 ± 10,92 80,4 ± 9,85 82,31 ± 18,25 BMI [kg/m²] 24,03 ± 3,12 24,11 ± 2,58 24,68 ± 5,65 26,58 ± 3,49 27,81 ± 5,68 Bauchumfang [cm] 90,64 ± 19,71 84,9 ± 11,68 81,83 ± 11,74 93,57 ± 6,13 101,1 ± 12,96 systolischer Blutdruck [mmhg] diastolischer Blutdruck [mmhg] 129,25 ± 15,7 118,3 ± 23, ± 15,45 131,4 ± 27,16 116,8 ± 15,13 80,13 ± 12,87 73,1 ± 12,17 72,5 ± 8,74 76,75 ± 15,51 70,22 ± 10,87 Herzfrequenz [/min] 62,4 ± 9,88 73,0 ± 14,25 72, ± 11,59 69,75 ± 14,24 75,33 ± 12,46 Leukozyten [/µl] 6,23 ± 1,52 6,43 ± 1,81 7,16 ± 1,90 6,42 ± 2,02 6,66 ± 3,57 Thrombozyten [/µl] 236,51 ± 60,0 239,15 ± 58,8 235,14 ± 42,4 187,56 ± 31,3 135,34 ± 78,7 Glukose [mg/dl] 86,57 ± 16,99 83,44 ± 17,60 129,75 ± 77,2 83,33 ± 15,2 115,60 ± 40,4

28 3 Ergebnisse 28 Bei Vergleich der Parameter Blutdruck, Herzfrequenz, BMI und Bauchumfang zwischen den einzelnen Gruppen ergaben sich die in Tabelle 5 dargestellten signifikanten Unterschiede. Zwischen den Gruppen Fibrose 1 º und 2 º, Fibrose 1 º und 3 º, sowie zwischen Fibrose 2 º und 3 º und zwischen Fibrose 3 º und 4 º ergaben sich keine deutlichen Unterschiede. Tabelle 5 0 vs. 4 1 vs. 4 2 vs. 4 0 vs. 1 0 vs. 3 0 vs. 2 systolischer Blutdruck [mmhg] ++ diastolischer Blutdruck [mmhg] +++ Herzfrequenz [/min] BMI [kg/m²] Bauchumfang [cm] = p < 0,05 (signifikant) ++ = p < 0,01 (sehr signifikant) +++ = p < 0,001 (höchst signifikant)

29 3 Ergebnisse Subjektive Ultraschallparameter Die konventionelle Ultraschalluntersuchung ergab die folgenden, in Tabelle 6 dargestellten Befunde: Tabelle 6 Fibrose 0 Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Fibrose 4 Milzgröße Hilus [cm] 3,83 ± 0,59 3,82 ± 0,64 3,97 ± 1,25 4,19 ± 0,88 5,48 ± 1,20 Milzgröße längs [cm] 10,79 ± 1,64 10,99 ± 2,07 9,67 ± 2,98 11,04 ± 1,54 14,52 ± 2,73 Leberverformbarkeit eingeschränkt 12 % gering 23 % gering 0 % 36 % gering 37 % gering; 58 % stark Lebervenen rarefiziert 5,9 % 7,7 % 25 % 45,5 % 80,9 % Lebervenenschwankungen sichtbar 96,1 % 100 % 100 % 90,9 % 37,8 % Lebervenen gestreckt 96 % 92,3 % 87,5 % 50 % 27,7 % Leberrand verändert Echogenität: verdichtet Leberoberfläche unauffällig 17,6 % abgerundet 4 % gering; 10% stark Aszites 100 % 0 23,1 % abgerundet 15,4 % stark 25 % abgerundet 25 % gering; 12,5 % stark 54,5 % abgerundet 50 % gering; 10 % stark 68,1 % abgerundet; 29,8% knotig 41 % gering; 39 % stark 100 % 100 % 100 % 100 % 20,5 % 92,3 % 0 ; 7,7 % % % 0 37,3 % 0 ; 11,8 % 1 ; 15,7 % 2 ; 35,3 % 3 ; Cava Kollaps 100 % 100 % 100 % 90 % 80,5 % Lebergröße subcostal [cm] 12,76 ± 1,56 12,34 ± 2,86 13,41 ± 4,00 12,61 ± 1,42 13,16 ± 3,91 Lebergröße MCL [cm] 11,45 ± 2,56 11,37 ± 2,09 13,31 ± 4,77 10,2 ± 2,74 10,47 ± 3,03

30 3 Ergebnisse 30 Bei Vergleich der fünf Gruppen (Fibrosegrad 0 bis 4 nach dem METAVIR-Score) zeigten sich folgende signifikante Unterschiede: Tabelle 7 0 vs. 4 1 vs. 4 2 vs. 4 3 vs. 4 0 vs. 3 1 vs. 3 Milzgröße Hilus Milzgröße längs Leberverformbarkeit eingeschränkt Lebervenen rarefiziert Lebervenenschwankungen Lebervenen gestreckt Leberrand verändert Echogenität verdichtet Leberoberfläche unauffällig Aszites Cava Kollaps ++ + Keine signifikanten Unterschiede ergaben folgende Gruppenvergleiche: - Fibrose 0 vs. Fibrose 1 - Fibrose 0 vs. Fibrose 2 - Fibrose 1 vs. Fibrose 2 - Fibrose 2 vs. Fibrose 3 Die Parameter Lebergröße MCL und Lebergröße subcostal unterschieden sich in keinem der Gruppenvergleiche statistisch signifikant.

31 3 Ergebnisse 31 H1: Es existieren spezifische subjektive Ultraschallparameter, an Hand derer die verschiedenen Stadien einer Lebererkrankung unterschieden werden können. Diese Parameter korrelieren mit dem Ergebnis einer histologischen Untersuchung der Leberbiopsate. Diese Hypothese bestätigte sich: Die Parameter Milzgröße, Leberverformbarkeit, rarefizierte Lebervenen, Lebervenenschwankungen, gestreckte Lebervenen, Leberrand, Echogenität, Leberoberfläche und Aszites gestatten eine sehr signifikante Differenzierung zwischen einer zirrhotischen und einer gesunden Leber. Insbesondere die Parameter Milzgröße am Hilus, Leberverformbarkeit, rarefizierte Lebervenen, Lebervenenschwankungen, gestreckte Lebervenen, Leberrand und Leberoberfläche erlauben die Abgrenzung einer Leberzirrhose von einem beginnenden fibrotischen Umbau der Leber. Auch eine fortgeschrittene Fibrose (Grad 3 laut METAVIR-Score) unterschied sich bei der subjektiven Ultraschalluntersuchung deutlich von einer gesunden Leber. Hierzu eignen sich vor allem die beiden Parameter rarefizierte Lebervenen und gestreckte Lebervenen.

32 3 Ergebnisse Laborparameter Die Laboruntersuchungen ergaben folgende Ergebnisse (Tabelle 8) in Abhängigkeit vom Fibrosegrad nach dem METAVIR-Score. Tabelle 8 Fibrose 0 Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Fibrose 4 Leukozyt ± ± ± ± ± 3570 Thrombo ± ± ± ± ± Quick 105,50 ± 17,51 109,58 ± 11,01 112,00 ± 13,47 103,56 ± 5,66 70,10 ± 25,92 INR 0,97 ± 0,08 0,94 ± 0,06 0,94 ± 0,07 0,97 ± 0,03 1,26 ± 0,30 Bilirubin 0,73 ± 0,40 0,53 ± 0,20 0,90 ± 1,16 0,72 ± 0,18 6,33 ± 8,66 Albumin 4,64 ± 0,20 4,56 ± 0,37 4,73 ± 0,06 4,50 ± 0,41 3,33 ± 0,94 GOT 32,74 ± 14,20 37,38 ± 17,76 142,44 ± 162,25 82,44 ± 30,45 121,92 ± 186,96 GPT 34,88 ± 33,99 59,08 ± 43,98 255,71 ± 360,02 117,20 ± 50,79 94,63 ± 185,94 γgt 41,72 ± 47,91 66,50 ± 55,13 295,17 ± 222,70 107,78 ± 164,29 179,53 ± 260,55 AP 67,15 ± 22,57 86,00 ± 46,30 233,46 ± 271,33 113,00 ± 102,96 149,15 ± 68,02 Glukose 86,57 ± 16,99 83,44 ± 17,60 129,75 ± 77,15 83,33 ± 15,18 115,60 ± 40,41 Cholest. 186,86 ± 44,63 190,80 ± 60,17 217,00 ± 35,51 194,43 ± 46,57 153,41 ± 61,37 Trigly. 142,80 ± 135,58 163,20 ± 107,33 87,67 ± 33,62 135,00 ± 56,39 112,43 ± 71,92 Ferritin 194,04 ± 297,13 103,56 ± 54,77 470,00 ± 715,35 340,71 ± 177,05 239,39 ± 326,25 AFP 2,88 ± 2,05 2,51 ± 1,07 2,11 ± 0,60 5,76 ± 5,16 7,65 ± 17,95

33 3 Ergebnisse 33 Beim Gruppenvergleich der Laborparameter zeigten sich folgende Signifikanzen: Tabelle 9 0 vs. 4 1 vs. 4 2 vs. 4 3 vs. 4 0 vs. 1 0 vs. 2 0 vs. 3 1 vs. 2 1 vs. 3 Thrombo Quick Bilirubin Albumin GOT GPT γgt AP Glukose Chol. + Ferritin vs. 3 Keine gravierende Differenz zeigte sich bei dem Vergleich von Leukozyten, Triglyceriden und AFP.

34 3 Ergebnisse 34 H2: Bestimmte Laborparameter ermöglichen eine Vorhersage bezüglich einer Zirrhose, bzw. einer signifikanten Fibrose. Höchst signifikant unterschieden sich Gesunde von Zirrhotikern bei folgenden Messwerten: Thrombozyten (Abbildung 1), Bilirubin, Albumin, GOT, γgt und AP. Eine sehr signifikante Abgrenzung ermöglichten Quick (Abbildung 2), GPT und Glukose. Auch zwischen Patienten mit Fibrosegrad eins und Zirrhotikern unterschieden sich Thrombozyten, Bilirubin und Albumin höchst signifikant und GOT und AP sehr signifikant. Abbildung 1 Abbildung 2

35 3 Ergebnisse APRI-Score Nach Berechnung des APRI-Scores für jeden Probanden wurden die folgenden Gruppen gebildet und auf signifikante Unterschiede zwischen verschiedenen Graden der Leberfibrose hin geprüft: Tabelle 10 Metavirscore Gesund Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Zirrhose Gesamt APRI APRI < 0, APRI > 1, < APRI < Gesamt Tabelle 11 Metavirscore Gesamt Gesund Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Zirrhose APRI APRI < APRI > Gesamt Wie Tabelle 10 und 11 sowie Abbildungen 3 und 4 zeigen findet sich in der Gruppe der Gesunden kein APRI-Score > 1,5. Die Gruppe der Zirrhotiker ist hingegen sehr inhomogen verteilt, wobei die Hälfte der Werte < 1, die andere > 2 ist. Der APRI-Score unterschied sich signifikant zwischen folgenden Gruppen: - Gesund versus Zirrhose (p = 0,000) - Fibrose 1 versus Zirrhose (p= 0,000) - Gesund versus Fibrose 2 (p = 0,002) - Gesund versus Fibrose 3 (p = 0,000) - Fibrose 1 versus Fibrose 2 (p = 0,019) - Fibrose 1 versus Fibrose 3 (p = 0,005) Dies zeigt, dass sich die Gruppe der Gesunden sehr gut mit Hilfe des APRI-Scores abgrenzen lässt. Eine Differenzierung des einzelnen Fibrosegrade ist nur bedingt möglich.

36 3 Ergebnisse 36 Abbildung 3 Abbildung Pohl-Score Der Pohl-Score zur Fibrosevorhersage wurde wie folgt berechnet. Hierbei deutet Pohl = 2 auf eine fortgeschrittene Fibrose hin. - Pohl = 1: Quotient GOT/ GPT < 1 und Thrombozytenzahl > /µl - Pohl = 2: Quotient GOT/ GPT > 1 und Thrombozytenzahl < /µl. Tabelle 11 zeigt den Vergleich des Pohl-Scores mit dem Metavirscore: Tabelle 12 Metavirscore Fibrose 0 Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 Fibrose 4 Gesamt POHL 1, , Gesamt

37 3 Ergebnisse 37 Abbildung 5 Wie Tabelle 12 und Abbildung 5 zeigen, findet sich ein Pohl-Score > 2, mit einer Ausnahme, lediglich bei Patienten mit einer Leberzirrhose. 72 Probanden ließen sich in keine der beiden Pohl- Gruppen einordnen, so dass diese Analyse nur 73 Patienten einschloss. Sehr signifikante Unterschiede (p = 0,000) ergaben sich zwischen: - Fibrose 0 versus Zirrhose - Fibrose 1 versus Zirrhose - Fibrose 2 versus Zirrhose - Fibrose 3 versus Zirrhose Die nicht-zirrhotischen Probanden unterschieden sich statistisch nicht signifikant voneinander. Dies zeigt, dass der Pohl-Score sehr gut eine Leberzirrhose erkennt, aber keine Differenzierung zwischen den einzelnen Vorstadien ermöglicht.

38 3 Ergebnisse Parenchymanalyse Gesund versus Zirrhose Nach Durchführung der automatischen Leberparenchymanalyse bei jedem Probanden wurden zunächst die Ergebnisse der gesunden Probanden mit denen der Zirrhotiker verglichen. Zum Nachweis von Unterschieden zwischen beiden Gruppen wurde ein Mann-Whitney-U-Test durchgeführt und die asymptotische Signifikanz ermittelt: Tabelle 13 Parameter Gesund Zirrhose p anzahlhell 364,47 ± 123,40 315,98 ± 107,62 0,043 anzahlwechshellx 101,94 ± 31,74 85,54 ± 28,54 0,012 medabstx 5,09 ± 1,12 5,67 ± 1,35 0,031 meanabstx 7,33 ± 1,14 7,58 ± 1,42 0,466 maxabstx 40,72 ± 23,97 34,57 ± 21,62 0,032 anzahlhellfourier 148,55 ± 96,06 122,09 ± 81,79 0,181 anzahlwechshellxfourier 67,64 ± 48,01 50,78 ± 38,57 0,061 medabstxfourier 4,73 ± 3,17 5,93 ± 4,90 0,421 meanabstxfourier 10,09 ± 5,91 10,14 ± 4,20 0,470 maxabstxfourier 69,43 ± 46,50 53,43 ± 29,75 0,126 minabstxfourier 1,49 ± 3,30 1,57 ± 2,41 0,116 anzahlhellcov 1656,79 ± 602, ,78 ± 599,83 0,053 anzahlwechshellxcov 647,55 ± 233,30 514,39 ± 198,44 0,006 medabstxcov 2,48 ± 0,58 2,95 ± 0,89 0,002 meanabstxcov 4,65 ± 0,84 5,02 ± 1,07 0,042 maxabstxcov 40,21 ± 8,97 40,59 ± 11,35 0,656

39 3 Ergebnisse 39 Es zeigte sich ein signifikanter Unterschied (p < 0,05) zwischen Gesunden und Patienten mit einer Zirrhose bei folgenden Parametern: - anzahlhell - anzahlwechshellx - medabstx - maxabstx - anzahlwechshellxcov - medabstxcov - meanabstxcov Fibrosegrad Die Parenchymanalyse der übrigen biopsierten Patienten ergab folgende Befunde: Tabelle 14 Parameter Fibrose 1 Fibrose 2 Fibrose 3 anzahlhell 359,09 ± 82,14 293,13 ± 45,92 417,63 ± 115,50 anzahlwechshellx 100,36 ± 26,10 82,00 ± 17,48 109,13 ± 18,08 medabstx 4,86 ± 0,55 5,81 ± 1,56 5,00 ± 0,93 meanabstx 7,34 ± 0,762 7,61 ± 1,06 7,96 ± 1,67 maxabstx 39,00 ± 6,69 31,25 ± 9,08 45,88 ± 21,70 anzahlhellfourier 141,18 ± 86,31 133,63 ± 68,43 189,88 ± 136,94 anzahlwechshellxfourier 56,27 ± 37,13 55,63 ± 21,58 74,00 ± 50,88 medabstxfourier 5,18 ± 1,83 4,88 ± 1,46 4,00 ± 0,76 meanabstxfourier 10,08 ± 2,92 9,16 ± 2,19 9,59 ± 2,81 maxabstxfourier 53,18 ± 19,16 58,50 ± 27,29 80,13 ± 65,41 minabstxfourier 1,09 ± 0,30 1,00 1,00 anzahlhellcov 1680,73 ± 376, ,00 ± 229, ,75 ± 622,02 anzahlwechshellxcov 607,82 ± 145,00 545,50 ± 220,44 688,00 ± 168,78 medabstxcov 2,45 ± 0,52 2,63 ± 0,52 2,75 ± 1,75 meanabstxcov 5,00 ± 0,83 5,01 ± 1,29 5,47 ± 2,48 maxabstxcov 40,36 ± 8,65 36,75 ± 5,92 43,88 ± 13,42

40 3 Ergebnisse 40 Im Folgenden wurde untersucht, ob die Parameter, die Gesunde signifikant von Zirrhotikern unterschieden, auch eine Differenzierung zwischen den einzelnen Fibrosegraden (nach dem METAVIR-Score) ermöglichen. Es zeigten sich die folgenden signifikanten Unterschiede: Tabelle 15 1 vs. 2 1 vs. 4 2 vs. 3 3 vs. 4 Parameter p p p p anzahlhell 0,039 0,036 anzahlwechshellx 0,014 0,014 medabstx 0,034 maxabstx 0,012 anzahlwechshellcov 0,026 medabstxcov 0,042 0,034 meanabstxcov Diese Ergebnisse zeigen die deutliche Abnahme der signifikanten Unterschiede bei Betrachtung der einzelnen Fibrosegrade. Dies veranschaulichen die folgenden Box- Plots (Abbildungen 6 12). Gar keine signifikanten Unterschiede zeigten sich zwischen folgenden Gruppen: - Gesunde versus Fibrose 1 - Gesunde versus Fibrose 2 - Gesunde versus Fibrose 3 - Fibrose 1 versus Fibrose 3 - Fibrose 2 versus Fibrose 4

41 3 Ergebnisse 41 Abbildung 6 Abbildung 7 Abbildung 8

42 3 Ergebnisse 42 Abbildung 9 Abbildung 10 Abbildung 11

43 3 Ergebnisse 43 Abbildung Entzündungsaktivität Mit Hilfe der histologischen Beurteilung der 45 Patienten wurde die Entzündungsaktivität nach dem METAVIR-Score bestimmt (Tabelle 16). Bei den 56 gesunden Probanden wurde eine Entzündungsaktivität von 0 angenommen: Tabelle 16 Häufigkeit Prozent Entzündungsaktivität ,4 Entzündungsaktivität ,8 Entzündungsaktivität ,9 Entzündungsaktivität 3 6 5,9 Entzündungsaktivität 4 1 1,0 Gesamt ,0

44 3 Ergebnisse 44 Für diese Gruppen wurde jeweils die automatische Parenchymanalyse durchgeführt: Tabelle 17 Parameter Grad 0 Grad 1 Grad 2 Grad 3 Grad 4 anzahlhell 360,22 ± 122,43 347,76 ± 83,26 410,0 ± 105,51 338,00 ± 75,10 577,0 anzahlwechshellx 101,15 ± 31,58 95,00 ± 24,23 112,33 ± 19,35 96,50 ± 18,83 138,0 medabstx 5,12 ± 1,19 5,21 ± 0,85 5,17 ± 1,22 4,33 ± 0,52 6,00 meanabstx 7,31 ± 1,12 7,63 ± 1,08 7,82 ± 1,49 6,69 ± 0,59 8,76 maxabstx 39,82 ± 22,61 40,24 ± 18,14 37,00 ± 17,36 29,50 ± 7,45 51,0 anzahlhellfourier 143,51 ± 94,01 150,41 ± 85,97 167,78 ± 101,0 154,67 ± 105,4 367,0 anzahlwechshellxfour 66,33 ± 48,29 57,76 ± 30,20 65,33 ± 37,43 72,17 ± 52,83 128,0 medabstxfourier 4,64 ± 3,13 5,09 ± 1,44 4,44 ± 1,24 4,50 ± 1,97 5,00 meanabstxfourier 9,94 ± 5,80 10,03 ± 2,67 10,18 ± 2,57 7,94 ± 3,09 8,28 maxabstxfourier 63,64 ± 39,36 71,88 ± 49,89 92,33 ± 61,36 40,50 ± 14,12 71,0 minabstxfourier 1,47 ± 3,24 1,06 ± 0,24 1,00 1,00 1,00 anzahlhellcov 1642,07 ± 590, ,7 ± 406,4 1893,3 ± 430,2 1431,7 ± 249,3 3040,0 anzahlwechshellxcov 643,96 ± 229,81 615,18 ± 177,5 632,67 ± 174,7 599,33 ± 169,0 896,0 medabstxcov 2,46 ± 0,54 2,47 ± 0,62 3,33 ± 1,66 2,50 ± 0,55 2,00 meanabstxcov 4,62 ± 0,71 4,94 ± 1,21 5,97 ± 2,31 4,52 ± 0,49 5,46 maxabstxcov 40,06 ± 8,81 39,47 ± 9,06 44,67 ± 11,96 37,50 ± 6,16 70,0 Auf Grund der geringen Fallzahl der Patienten mit Entzündungsaktivität 4 wurde mit diesen keine statistische Analyse durchgeführt. Signifikante Unterschiede ergaben sich lediglich beim Vergleich einzelner Parameter folgender Gruppen: Tabelle 17 Parameter p 0 versus 1 medabstxfourier 0,029 0 versus 2 meanabstxcov 0,025 1 versus 2 anzahlwechshellx 0,019 1 versus 3 medabstx 0,020 2 versus 3 maxabstxfourier 0,013

45 3 Ergebnisse Child-Pugh-Stadium Die Parenchymanalyse bei Leberzirrhotikern differenziert nach dem Child-Pugh- Stadium ergab folgende Befunde: Tabelle 18 Parameter Child A Child B Child C anzahlhell 401,88 ± 146,00 283,67 ± 104,67 276,80 ± 75,90 anzahlwechshellx 98,00 ± 26,01 87,50 ± 39,69 74,20 ± 22,16 medabstx 5,38 ± 1,06 5,92 ± 1,89 5,83 ± 1,22 meanabstx 7,86 ± 1,91 7,09 ± 1,30 7,64 ± 1,50 maxabstx 39,75 ± 19,15 26,25 ± 12,41 33,13 ± 22,05 anzahlhellfourier 143,63 ± 86,69 126,58 ± 79,36 73,80 ± 58,23 anzahlwechshellxfourier 52,25 ± 24,62 60,00 ± 44,92 27,07 ± 24,05 medabstxfourier 4,75 ± 1,49 4,17 ± 1,53 9,27 ± 7,44 meanabstxfourier 9,11 ± 2,90 9,28 ± 3,75 12,52 ± 5,00 maxabstxfourier 56,13 ± 30,22 55,17 ± 36,69 45,53 ± 22,71 minabstxfourier 1,00 1,08 ± 0,29 2,67 ± 4,08 anzahlhellcov 1804,00 ± 774, ,67 ± 581, ,47 ± 466,34 anzahlwechshellxcov 600,50 ± 185,86 483,67 ± 257,74 440,00 ± 153,76 medabstxcov 3,00 ± 0,93 3,18 ± 1,40 3,00 ± 0,55 meanabstxcov 5,26 ± 0,93 4,90 ± 1,64 4,99 ± 0,75 maxabstxcov 46,13 ± 14,57 38,64 ± 12,56 37,71 ± 6,06 Tabelle 19 zeigt die daraus folgenden statistisch signifikanten Unterschiede: Tabelle 19 A vs. B A vs. C B vs. C Parameter p p p Anzahlhell 0,041 0,028 anzahlwechshellx 0,042 anzahlwechshellxfourier 0,033 0,018

46 3 Ergebnisse 46 Wie die folgenden Box-Plots veranschaulichen, unterscheidet der Parameter anzahlhell signifikant das Stadium A von den Stadien B und C, während der Parameter anzahlwechshellxfourier signifikant das Stadium C von den Stadien A und B abgrenzt. Abbildung 13 Abbildung 14