ArchivDeutsches Ärzteblatt44/2014Bildgebende Diagnostik von Knochenmetastasen

MEDIZIN: Übersichtsarbeit

Bildgebende Diagnostik von Knochenmetastasen

The diagnostic imaging of bone metastases

Dtsch Arztebl Int 2014; 111(44): 741-7; DOI: 10.3238/arztebl.2014.0741

Heindel, Walter; Gübitz, Raphael; Vieth, Volker; Weckesser, Matthias; Schober, Otmar; Schäfers, Michael

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Hintergrund: Ein metastatischer Befall des Skelettsystems ist das häufigste Malignom des Knochens und tritt in Abhängigkeit vom Primärtumor bei bis zu 70 % aller Patienten mit einer Tumorerkrankung (zum Beispiel Prostatakarzinom, Mammakarzinom) auf. Die Diagnose einer Skelettmetastasierung hat entscheidende Auswirkungen auf das Therapiekonzept, den Krankheitsverlauf und die Lebensqualität. Die Aufgabe der Bildgebung ist die frühe Aufdeckung von Skelettmetastasen bei laborchemisch und/oder klinisch vermuteter Knochenmetastasierung oder bei Hochrisikopatienten. Weitere wichtige Fragestellungen sind eine mögliche Frakturgefährdung sowie die Beurteilung des Therapieansprechens.

Methode: Selektive Literaturrecherche bis 12/2013

Ergebnisse: Die Projektionsradiographie behält ihre Bedeutung bei der sofortigen Abklärung symptomatischer Knochenschmerzen und zur Beurteilung der Stabilität. Die Skelett-Szintigraphie ist die klassische Screeninguntersuchung beim asymptomatischen Tumorpatienten (Spezifität: 81 %, Sensitivität: 86 %). Dieses Verfahren wird durch folgende Techniken ergänzt oder abgelöst: Die (Niedrig-Dosis-)Computertomographie kann in Abhängigkeit vom Primärtumor zum Nachweis von Knochenstrukturänderungen dienen (Spezifität: 95 %, Sensitivität: 73 %). Die Ganzkörper-MRT wird zur Detektion von Knochenmarkmetastasen und extraössären Weichteilkomponenten (zum Beispiel Myelonkompression) eingesetzt (Spezifität: 95 %, Sensitivität: 91 %). Zum Nachweis metabolisch aktiver Tumoren eignet sich die PET-CT (Spezifität: 97 %, Sensitivität: 90 %).

Schlussfolgerung: Häufig werden Kombinationen unterschiedlicher bildgebender Verfahren zur vollständigen Abklärung einer Knochenmetastasierung eingesetzt. Durch Weiterentwicklung der modernen Schnittbildtechniken zeichnet sich ein Trend zur Ganzkörper-Bildgebung in einer Sitzung ab, wobei die optimale Methode in Abhängigkeit von der Tumorentität und der klinischen Situation gewählt werden muss. Ziel wissenschaftlicher Arbeit muss sein, in prospektiven, multizentrischen und interdisziplinären Doppelblindstudien den Einsatz dieser teilweise aufwändigen Diagnoseverfahren hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Therapie und den Krankheitsverlauf zu untersuchen.

LNSLNS

Das steigende Lebensalter in unserer Gesellschaft führt auch zu einer Zunahme der Häufigkeit von Tumorerkrankungen (1). Neben Lunge und Leber ist das Skelettsystem am häufigsten von Absiedlungen eines Primärtumors betroffen (2). Ein metastatischer Befall des Skelettsystems ist das häufigste ossäre Malignom im Erwachsenenalter und tritt bei bis zu 70 % aller Tumorpatienten beispielsweise mit Mammakarzinom oder Prostatakarzinom auf (35). Jedes hämatogen metastasierende Malignom kann grundsätzlich das Knochenmark infiltrieren. Bezüglich der metabolischen Aktivität von Knochenmetastasen und der Reaktion des Knochens verhalten sich die unterschiedlichen Tumorentitäten nicht einheitlich. Es erscheint deshalb wichtig, für die Bildgebung die jeweils geeignete Modalität zu wählen und diese gegebenenfalls zu kombinieren (Tabelle 1 und 2). Im klinischen Alltag existieren zwei typische diagnostische Fragestellungen:

Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
Tabelle 1
Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
  • Patienten stellen sich mit unklaren (Knochen-) Schmerzen oder bereits eingetretener pathologischer Fraktur vor, bei denen erst im Rahmen der weiteren Abklärung eine systemische Tumorerkrankung aufgedeckt wird.
  • Bei bereits bekannter Tumorerkrankung sind im Rahmen des Staging ossäre Metastasen nachzuweisen oder auszuschließen, weil sie Einfluss auf die Lebensqualität der betroffenen Patienten sowie auf die Therapieentscheidung, den Verlauf und die Prognose der Krankheit haben.

Die vorliegende Übersichtsarbeit beschreibt auf der Grundlage einer aktuellen selektiven Literaturübersicht (bis 12/2013) für ausgewählte Krankheitsbilder den Stellenwert unterschiedlicher radiologischer und nuklearmedizinischer bildgebender Verfahren zum Nachweis oder Ausschluss von Knochenmetastasen. Die Mehrheit der verfügbaren Studien beschränkt sich auf einzelne Tumorentitäten. Dabei werden unterschiedliche bildgebende Verfahren verglichen, da ein echter Goldstandard (wie die Histologie) in aller Regel nicht vorliegt.

Projektionsradiographie

Röntgenaufnahmen nehmen weiterhin einen wichtigen Platz in der Diagnostik von Knochenmetastasen ein. Grundsätzlich werden röntgenologisch knochenbildende (osteoplastische), -abbauende (osteolytische) oder gemischtförmige Skelettmetastasen unterschieden. Osteolytische Knochenveränderungen können projektionsradiographisch je nach Lokalisation nur nachgewiesen werden, wenn bis zu 50 % der Knochensubstanz zerstört sind (5, 6). Während Läsionen in der Spongiosa eines Wirbelkörpers oder im Markraum der großen Extremitätenknochen bis zu einer Größe von 1 cm dem projektionsradiographischen Nachweis entgehen können, lassen sich pathologische Veränderungen der Kortikalis bereits ab einer Ausdehnung von wenigen Millimetern nachweisen (5, 7).

Im Bereich des Schädels, der Wirbelsäule und des Beckenskeletts schränken Überlagerungsphänomene die diagnostische Aussagekraft des klassischen Röntgenbilds ein. Aufgrund dieser Limitationen besitzt die Projektionsradiographie für die Detektion von Knochenmetastasen in diesen Skelettabschnitten nur eine Sensitivität von 44– 50 % (8).

Als Screeninguntersuchung ist somit die Projektionsradiographie ungeeignet. Auch bei der Abklärung des Multiplen Myeloms – einer Differenzialdiagnose osteolytischer Knochenläsionen – in Form des sogenannten „Pariser Schemas“ wird sie kaum mehr eingesetzt (911). Sie wird durch die sensitivere und gleichzeitig etwa dreimal schnellere Niedrig-Dosis-CT ersetzt.

Andererseits leistet die klassische Röntgenuntersuchung in zwei Ebenen weiterhin einen wichtigen Beitrag zur Abklärung von Knochenschmerzen; insbesondere können frakturgefährdete Osteolysen oder bereits eingetretene pathologische Frakturen als häufige Komplikation einer ossären Metastasierung (9 % der Fälle nach [12]) unmittelbar erkannt werden (5, 12) (Abbildung 1, Grafik). Eine weitere Indikation ergibt sich zur Abklärung in der Skelettszintigraphie auffälliger Bereiche (13). Allerdings ist der fehlende Nachweis eines morphologischen Korrelats dabei keineswegs als sicherer Ausschluss einer Metastasierung zu werten.

Rolle der Projektionsradiographie
Rolle der Projektionsradiographie
Abbildung 1
Rolle der Projektionsradiographie
Abschätzung des Frakturrisikos
Abschätzung des Frakturrisikos
Grafik
Abschätzung des Frakturrisikos

Computertomographie (CT)

Die Mehrschicht-Spiral-Computertomographie (MSCT) ermöglicht eine überlagerungsfreie Abbildung jedes Skelettabschnitts. Hierdurch lassen sich anatomisch komplexe Strukturen wie beispielsweise die Brustwirbelsäule hinsichtlich des Vorliegens von Knochenmetastasen besser als mit der Projektionsradiographie beurteilen. Osteolytische oder osteoplastische Knochenmetastasen mit Kortikalisbeteiligung sind computertomographisch sehr sensitiv fassbar (Abbildung 2), während bei rein medullär lokalisierten Tumormanifestationen der Knochenmarkraum zum Metastasennachweis erheblich ausgefüllt sein muss. Daraus resultiert für die Computertomographie insgesamt eine begrenzte Eignung als Screeningmethode auf Knochenmetastasen bei einer sehr guten Spezifität. In einer großen Metaanalyse zum Vergleich der vier Hauptmodalitäten bezüglich des Screening auf Knochenmetastasen ermittelten Yang et al. für die Computertomographie eine Sensitivität von 73 % bei einer gepoolten Spezifität (pro Patient) von 95 % (14). Diesen Trend bestätigen auch andere Autoren am Beispiel des metastasierten Mammakarzinoms (15).

Rolle der Computertomographie
Rolle der Computertomographie
Abbildung 2
Rolle der Computertomographie

In der klinischen Praxis wird die CT in der überwiegenden Zahl der Tumorerkrankungen als Modalität der ersten Wahl zum Staging des Thorax und des Abdomens wie zur Verlaufsbeurteilung eingesetzt. Im Rahmen dieser CT-Untersuchungen werden große Teile des Achsenskeletts dargestellt und damit osteoplastische oder osteolytische Metastasen miterfasst. Die Computertomographie spielt zudem bei der Stabilitätsbewertung von Knochenläsionen, insbesondere in Regionen mit komplexer Anatomie (5) und als „Problemlöser“ bei der strukturellen Einordnung von nuklearmedizinischen und MR-tomographischen Befunden eine Rolle. Hierbei stellt die CT dank der hochaufgelösten Abbildung der Trabekel und der Kortikalis die Methode der Wahl dar. Sie sollte somit zum Beispiel zur Beurteilung einer Frakturgefährdung bei nachgewiesenem Wirbelsäulenbefall eingesetzt werden.

Skelett-Szintigraphie, SPECT und SPECT-CT

Die Skelettszintigraphie mit markierten Phosphonaten stellt den lokalen Knochenumsatz (sogenannten Knochenstoffwechsel) dar, der bei einigen Tumorerkrankungen bereits frühzeitig aktiviert ist. Der Nachweis von Metastasen gelingt somit besonders gut, wenn die Metastasen eine ausgeprägte reaktive Stoffwechselsteigerung des Knochens auslösen (Prostatakarzinom, Mammakarzinom, neuroendokrine Tumore) oder selbst Knochenmatrix bilden (Osteosarkom). Tumore, die häufig areaktive Osteolysen oder eine isolierte Knochenmarkinfiltration verursachen (Nierenzellkarzinom, Lymphom), können nicht mit hoher Sensitivität nachgewiesen werden. Darüber hinaus kann ein Wiederaufbau der Knochenmatrix nach erfolgreicher Metastasentherapie eine Stoffwechselaktivierung induzieren und als progrediente Erkrankung fehlgedeutet werden (sogenannte „flare Phänomen“). Obligat ist die Skelettszintigraphie einzusetzen vor einer Radionuklidtherapie mit Phosphonaten, die mit Alpha- oder Beta-emittierenden Isotopen gekoppelt sind (wie die Alpharadin-Therapie beim Prostatakarzinom).

Der alleinigen planaren Darstellung des Knochenstoffwechsels können im Stammskelett gelegene, wenig intensive Metastasen entgehen. Eine deutliche Steigerung der Sensitivität und Spezifität der Skelettszintigraphie gelingt durch die Verwendung von SPECT(-CT)-Geräten, die den aktuellen Stand der Technik repräsentieren (Abbildung 3) (16, 17). Die Durchführung einer zusätzlichen SPECT hebt den negativen prädiktiven Wert einer unauffälligen Skelettszintigraphie in einem Mischkollektiv auf 98 % (18). Der unmittelbare Vergleich oder die simultane Akquisition mit der CT erhöht die Spezifität. Die Darstellung degenerativer Knochenprozesse oder beispielsweise osteoporotischer Frakturen von Wirbelkörpern in der CT hilft, eine Stoffwechselsteigerung in der Skelettszintigraphie pathophysiologisch richtig einzuordnen. Unter Verwendung der SPECT-CT werden Sensitivität und Spezifität des Verfahrens für bestimmte Tumorentitäten wie dem Prostatakarzinom auf über 90 % gesteigert (19).

Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie
Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie
Abbildung 3
Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie

Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht aufgrund des hohen Weichteilkontrasts und einer guten räumlichen Auflösung die Detektion maligner Prozesse im Markraum der Knochen in einem frühen Stadium, in dem unter Umständen im CT morphologisch noch keine Veränderungen der Knochenbinnenstruktur zu erkennen sind. Durch Verwendung sogenannter T1-gewichteter und STIR-Sequenzen ist keine zusätzliche Kontrastmittelgabe notwendig; dieses Vorgehen ermöglicht es, auch Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion zu untersuchen. MR-Ganzkörper-Techniken zum Knochenmetastasen-Nachweis sind zunehmend verfügbar (Abbildung 4). Die fehlende Strahlungsexposition ist ein zusätzliches Argument, die MRT im Staging-Prozess einzusetzen. Eine Metaanalyse von Yang et al. belegte für die Ganzkörper-MRT auf einer „pro Patient“-Basis eine Sensitivität von 91 % und eine Spezifität von 95 % (14). Damit war und ist die MRT der CT und der planaren Skelettszintigraphie überlegen und bewegte sich auf ähnlich hohem Niveau wie die PET-CT. Diese Ergebnisse konnten durch weitere Studien unter anderem beim Mammakarzinom erhärtet werden (20). Eine weitere Metaanalyse zeigte für die MRT und das PET-CT mit einer Sensitivität über 80 % und Spezifität über 90 % vergleichbar gute Ergebnisse in der Detektion von Knochenmetastasen (21). Beim Vergleich der MRT mit der planaren Skelettszintigraphie konnte in einer prospektiven Doppelblindstudie bei ossär metastasiertem Mammakarzinom eine Überlegenheit der MRT nachgewiesen werden (22). Ähnlich gute Ergebnisse für die MRT konnten für die Detektion von Knochenmetastasen bei Prostatakarzinom belegt werden (23, 24). Anzumerken ist, dass die Vergleichsstudien keine SPECT(-CT)-Technik eingesetzt haben, die den Stand der Technik repräsentiert.

Rolle der Ganzkörper-MRT
Rolle der Ganzkörper-MRT
Abbildung 4
Rolle der Ganzkörper-MRT

Hybridverfahren (SPECT-CT, PET-CT, PET-MRT)

Während die Skelettszintigraphie den Knochenstoffwechsel darstellt, erlaubt die PET-CT mit dem Einsatz spezifischer Radiopharmaka die Abbildung der Stoffwechselaktivität der Tumorzellen unter anderem auch im Knochen im Sinne einer molekularen Bildgebung.

Die Darstellung des Glukosestoffwechsels mit der Positronen­emissions­tomo­graphie in baulicher Einheit mit der Computertomographie unter Verwendung der Fluor-18-Fluor-Desoxyglukose (18F-FDG-PET-CT) ist ein klinisches Standardverfahren in der onkologischen Diagnostik. So ersetzt beim Bronchialkarzinom oder malignen Melanom die PET-CT mit FDG weitere Verfahren zur Diagnostik von Skelettmetastasen (Abbildung 5). Da es sich hierbei um ausgesprochen stoffwechselaktive Tumore handelt, können Metastasen mit hoher Sensitivität und Spezifität diagnostiziert werden. Gleichzeitig werden auch Metastasen in anderen Organsystemen oder den Weichteilen aufgrund des hohen Tumorkontrastes sicher diagnostiziert. So ist mit dem 18F-FDG-PET-CT ein vollständiges Staging der genannten und weiterer Tumoren möglich (25).

Rolle der PET-CT
Rolle der PET-CT
Abbildung 5
Rolle der PET-CT

Die dargestellten Bildgebungsverfahren besitzen durch das jeweilige zugrunde liegende Prinzip spezifische Stärken und Schwächen. Der Einsatz von Hybridgeräten birgt das Potenzial, die Stärken der einzelnen Modalitäten zu vereinen und gleichzeitig die Schwächen zu kompensieren (Tabelle 2). Klinisch etablierte Beispiele sind das SPECT-CT und das PET-CT (2, 2628). Die neueste Entwicklung auf dem Gebiet der Hybridgeräte ist das PET-MRT. Schon die retrospektive Fusion von FDG-PET und MRT-Aufnahmen zeigt vielversprechende Ergebnisse in der Detektion von Tumormanifestationen, wie es für gynäkologische Tumoren des kleinen Beckens gezeigt werden konnte (29). Im Vergleich von PET-CT und PET-MRT bei Tumorpatienten konnten in 18 % der Fälle klinisch-therapeutisch relevante Befunden im PET-MRT nachgewiesen werden, die mit Hilfe des PET-CT nicht detektierbar waren (30). In wieweit PET-MRT auch Einfluss auf die Detektion von Knochenmetastasen bei einzelnen definierten Fragestellungen haben wird, muss in den nächsten Jahren wissenschaftlich systematisch untersucht werden.

Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Tabelle 2
Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen
Tabelle 3
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen

Abschließende Bewertung und Diskussion

Die Detektion und Beurteilung von Knochenmetastasen ist eine relevante diagnostische Fragestellung. Der bildgebende Nachweis von Knochenmetastasen gelingt entweder auf der Basis einer anatomischen Darstellung oder der Messung des Knochen- oder Tumorstoffwechsels.

Die Analyse der aktuellen Literatur zur Fragestellung „Skelettmetastasen“ lässt mehrere grundlegende Trends erkennen:

1. Die etablierten bildgebenden Untersuchungsverfahren wie die Radiographie, Skelettszintigraphie, CT, MRT und PET haben sich in den letzten Jahren technologisch weiterentwickelt und dadurch die Diagnosesicherheit verbessert.

2. Ergänzend sind neu die Hybrid-Techniken, SPECT-CT, PET-CT und zuletzt PET-MRT hinzugekommen. Die Kombination der unterschiedlichen Techniken liefert nicht nur mehr als additive Ergebnisse, sondern verkürzt auch die Untersuchungszeit. Die Mehrheit der Studien nutzt beim Vergleich unterschiedlicher bildgebender Verfahren zur Metastasendiagnostik Surrogatparameter als Goldstandard, weil eine lückenlose Histologiegewinnung ethisch und klinisch nicht vertretbar ist. Viele dieser Analysen sind deshalb nur eingeschränkt zu verallgemeinern.

3. Neben der apparativen Ausstattung ist die individuelle Erfahrung im Bereich der muskuloskelettalen Diagnostik wesentlich.

4. Durch interdisziplinäre Diskussion zwischen den bildgebenden Disziplinen und den betreuenden Klinikern sollte das individuell beste Untersuchungsverfahren je nach Tumorentität, Tumorbiologie und Allgemeinzustand gewählt werden.

Interessenkonflikt
Prof. Schober, Prof. Heindel, Prof. Schäfers, Prof. Weckesser und Dr. Vieth erhielten Autorenhonorare für das Buch „PET-CT“.

Herr Gübitz erklärt, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Manuskriptdaten
eingereicht: 5. 5. 2014, revidierte Fassung angenommen: 22. 9. 2014

Anschrift für die Verfasser
Prof. Dr. med. Walter Heindel
Universitätsklinikum Münster, Institut für Klinische Radiologie
Albert-Schweitzer Campus 1, Gebäude A1, 48149 Münster
heindel@uni-muenster.de

Zitierweise
Heindel W, Gübitz R, Vieth V, Weckesser M, Schober O, Schäfers M:
The diagnostic imaging of bone metastases. Dtsch Arztebl Int 2014; 111: 741–7. DOI: 10.3238/arztebl.2014.0741

@The English version of this article is available online:
www.aerzteblatt-international.de

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Rolle der Projektionsradiographie
Rolle der Projektionsradiographie
Abbildung 1
Rolle der Projektionsradiographie
Rolle der Computertomographie
Rolle der Computertomographie
Abbildung 2
Rolle der Computertomographie
Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie
Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie
Abbildung 3
Rolle der Skelett-Szintigraphie und Einzelphotonen- Emissionscomputertomographie
Rolle der Ganzkörper-MRT
Rolle der Ganzkörper-MRT
Abbildung 4
Rolle der Ganzkörper-MRT
Rolle der PET-CT
Rolle der PET-CT
Abbildung 5
Rolle der PET-CT
Abschätzung des Frakturrisikos
Abschätzung des Frakturrisikos
Grafik
Abschätzung des Frakturrisikos
Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
Tabelle 1
Häufigste Tumorarten, deren Wahrscheinlichkeit für Skelettmetastasen und geeignete Messparameter für die Bildgebung
Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Tabelle 2
Bildgebende Verfahren zur Messung relevanter Parameter der Skelettmetastasierung (blaue Kästen = geeignet). Die Hybrid-Verfahren PET-CT und PET-MRT zeichnen sich durch besonders großes Potenzial aus
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen
Tabelle 3
Sensitivität und Spezifität verschiedener bildgebender Verfahren hinsichtlich der Detektion von ossären Metastasen
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