Abstract
Purpose: To assess the feasibility of micro-CT for obtaining quantitative volumetric and morphologic
information of changes in soft tissue, respiratory tracts and vascularization in fibrotic,
emphysematous and non-diseased human lung specimens.
Materials and Methods: Specimens from autopsy or lung explantation with lung fibrosis of UIP pattern (n = 22)
or centrilobular emphysema (n = 10) were scanned by micro-CT and compared to controls
(n = 22). Imaging was performed subsequent to intravascular contrast enhancement for
the assessment of the vascular volume fraction. The soft tissue and air fraction were
quantified after the fixation of ventilated lungs followed by tissue contrast enhancement
using osmium. Aiming an artifact-free 3 D reconstruction of lung acini, synchrotron-based
micro-CT scans of specimens with emphysema (n = 5) and non-diseased tissue (n = 6)
was performed. Micro-CT imaging was complemented by histology for the demonstration
of comparable findings.
Results: Quantitative analysis showed a significant increase of the soft tissue fraction,
equivalent to a decrease of the air fraction in fibrotic lungs compared to controls
(p < 0.001) and a significant reduction of the vascular volume fraction compared to
controls (p < 0.02). Specimens with emphysema demonstrated a significant increase
of the air fraction with a decrease in soft tissue compared to controls (p < 0.001).
3 D reconstructions of lung acini worked successfully in non-diseased tissue but failed
in fibrotic and emphysematous lungs.
Conclusion: Our findings indicate micro-CT’s technical feasibility to assess quantitative and
morphological data from diseased and non-diseased human lung specimens.
Citation Format:
Zusammenfassung
Ziel: Ziel der Arbeit war es, anhand von Mikro-CT-Untersuchungen humaner Lungenproben quantitative
und morphologische Informationen der Feinstruktur bei vorbestehender Fibrose und Emphysem
im Vergleich zu nicht erkranktem Lungengewebe zu gewinnen.
Material und Methoden: Proben von Autopsie- sowie Explantationslungen mit gesicherter Fibrose (n = 22),
zentrilobulärem Emphysem (n = 10) bzw. ohne pulmonale Vorerkrankung (n = 22) wurden
untersucht. Die Proben wurden intravasal kontrastiert oder in ventilierter Stellung
fixiert und mit Osmium kontrastiert. Der Gefäß-, Gewebe- und Luftanteil am Gesamtvolumen
der untersuchten Proben wurde ermittelt. Zwecks artefaktfreier 3-D-Rekonstruktion
einzelner Lungenazini wurden Proben mit Emphysem (n = 5) bzw. ohne Vorerkrankung (n = 6)
im Synchrotron-Mikro-CT untersucht. Die Bildgebung wurde durch histologische Aufarbeitung
der Proben ergänzt.
Ergebnisse: Für Proben mit gesicherter Fibrose zeigte sich im Vergleich zur Kontrollgruppe eine
signifikante Zunahme der Gewebeanteile, begleitet von einer Reduktion belüfteter Areale
(p < 0.001) sowie eine signifikante Abnahme der Gefäßanteile (p < 0.02). Proben mit
vorbestehendem Emphysem zeigten eine signifikante Abnahme des Gewebeanteils bzw. eine
Zunahme des Luftanteils am Gesamtvolumen (p < 0.001). Die 3-D-Rekonstruktion einzelner
Lungenazini ließ sich erfolgreich in nicht erkranktem Lungenparenchym durchführen,
versagte jedoch in der Bearbeitung von Daten der Emphysem- oder Fibroselungen.
Schlussfolgerung: Die Mikro-CT von Proben menschlichen Lungengewebes ist technisch durchführbar und
liefert quantitative und morphologische Informationen für die Charakterisierung von
Lungenpathologien im Vergleich zu nicht erkranktem Lungengewebe.
Key words
thorax - CT - tissue characterization
