Neurosonologie

Die Ultraschalldiagnostik in der Neurologie beinhaltet die doppler- und duplexsonographische Beurteilung der den Kopf und das Gehirn versorgenden Arterien. Außerhalb des Kopfes (extrakraniell) sind das die großen vorderen Halsschlagadern (Arteria carotis) und die kleineren hinteren Halsschlagadern (Arteria vertebralis). Innherhalb des Kopfes (intrakraniell) wird der Endabschnitt der Arteria carotis (Siphon), die daraus entspringende augenversorgende Arteria ophthalmica, der Endabschnitt der Vertebralarterien, die gemeinsam in die Arteria basilaris münden sowie der ringförmige Circulus Willisii mit den davon abzweigenden vorderen, mittleren und hinteren hirnversorgenden Arterien (Aa. cerebri anteriores, mediae und posteriores) untersucht.

Bei allen beschriebenen Gefässen ist eine Analyse der hämodynamischen Eigenschaften des Blutes (Blutflussgeschwindigkeit, Strömungseigenschaften und Widerstandsindices) Doppler- oder duplexsonographisch möglich. An den extrakraniellen Halsgefäßen lassen sich mit dem Duplex zusätzlich direkt arteriosklerotische Ablagerungen, Änderungen der Gefäßwanddicke oder Einblutungen in eine Gefäßwand (Dissektion) darstellen. Darüber hinaus können mittels am Kopf über ein Gestell fest platzierten Ultraschallsonden klinisch "stumme" Mikroemboli aus dem Herzen oder anderen arteriellen Gefässabschnitten nachgewiesen werden. Ebenfalls ist ein indirekter Nachweis einer pathologischen Verbindung zwischen rechter und linker Herzkammer (Rechts-Links-Shunt) über die intravenöse Gabe eines nicht lungengängigen Ultraschallsignalverstärkers möglich. Bei Patienten mit hochgradigen Stenosen oder Verschlüssen der Arteria carotis kann die Effektivität der kompensatorischen Blutversorgung durch die nicht betroffenen Arterien (zerebrale Reservekapazität) und das Ausmaß sowie die Art der Kollateralversorgung bestimmt werden.

Die Gabe moderner ultraschallsignalverstärkender Substanzen erlaubt im transkraniellen Ultraschall selbst bei hoher Knochendicke meist die sichere Beurteilung der intrakraniellen Gefäße.
Im Rahmen der stationären und ambulanten Diagnostik werden in unserem Labor insbesondere Patienten mit zerebralen Durchblutungsstörungen (Schlaganfall), intrakraniellen Blutungen, Gefäßspasmen, erhöhtem Hirndruck, Entzündungen der hirnversorgenden Gefäße sowie Gefäßmissbildungen untersucht.
Im Rahmen einer Anwendungsbeobachtung untersuchen wir derzeit, inwieweit sich die Methode in der Akutdiagnostik beim ischämischen Schlaganfall vor Thrombolyse zum sicheren Nachweis oder Ausschluß  von arteriellen Verschlußprozessen eignet ohne dass es zu einer Verzögerung der Therapie kommt (sog. Fast track Ultraschall). Die Ergebnisse werden dabei mit  den etablierten Verfahren der CT- und MR-Angiographie  verglichen.    

Wissenschaftlich befassen wir uns in unserer Arbeitsgruppe mit Fragestellungen zur zerebralen Hämodynamik bei Gesunden (Physiologie der Hirndurchblutung) und Patienten (Pathologie der Hirndurchblutung). Vor allem geht es dabei um die Erweiterung der Einsatzbereiche des Ultraschalles, der im Vergleich zu anderen diagnostischen Verfahren einfach, kostengünstig und für den Patienten wenig belastend ist. Dazu entwickeln wir neue Untersuchungsverfahren, sowohl der hirnversorgenden Arterien aber auch der hirndrainierenden Venen und übertragen die Ergebnisse auf Erkrankungen dieser Gefäße.

In unserer Arbeitsgruppe wurden z.B. Normwerte verschiedener Venen (V. basalis Rosenthal, V. vertebralis, Sinus petrosus inferior, Sinus cavernosus) erstellt und deren Änderung unter physiologischen und pathologischen Bedingungen beschrieben (1-7).
Aufbauend auf unseren speziellen Kenntnissen der venösen Ultraschallanatomie entwickeln wir neue Verfahren zur Beurteilung der Hirndurchblutung, indem über eine Messung der Zeitdauer, die das Blut benötigt um von den Arterien über das Gehirn in die Venen zu gelangen (globale zerebrale Zirkulationszeit) z.B. angeborene Malformationen von Blutgefäßen (AV-Angiome, durale Fisteln) erkannt werden können (8,9). Dieses Verfahren lässt sich auch bei einer Reihe weiterer Erkrankungen des Gehirns nutzen. Beispielsweise konnten wir zeigen, dass die globale zerebrale Zirkulationszeit  bei Patienten mit  verschiedenen Formen der Demenz aufgrund der gestörten Mikrozirkulation pathologisch verlängert ist (10,11).
Durch Kombination von Zirkulationszeit und dem duplexsonographisch messbaren Blutvolumenfluss konnten wir erstmalig eine ultraschallgestützte Messung des globalen Blutvolumens, d.h. der Menge Blut, die sich insgesamt im Kopf befindet durchführen (12). Diese Messung könnte zukünftig möglicherweise ein wichtiges Verfahren zur Beurteilung von Patienten mit erhöhtem Hirndruck (z.B. nach einem Schädel-Hirn-Trauma) darstellen. U. a. untersuchen wir aktuell anhand der dargestellten Verfahren, inwieweit sich der Ultraschall in der Frühphase nach einer kardial bedingter globalen zerebralen Hypoxie für prognostische Einschätzungen eignen könnte. Derzeitig erweitern wir unsere diagnostischen Verfahren auf die zusätzliche direkte Messung der Hirndurchblutung im Hirngewebe (Perfusionsanalyse). Aktuelle  Studien zur Ultraschall-Hirnperfusion umfassen Patienten mit  hochgradigen Verschlußprozeßen extrakranieller hirnversorgender Arterien sowie  Patienten mit intrakraniellen Vasospasmen nach Subarachnoidalblutungen.  
Ein weiteres klinisches Annwendungsgebiet und auch wissenschaftlicher Schwerpunkt stellt die transkanielle  Beurteilung des  Hirnparenchyms dar. Moderne Ultraschallverfahren erlauben die einfache Analyse verschiedener Hirnstrukturen (insb. Ventrikel, Basalganglien), die  bei  verschiedenen neurologischen Erkrankungen pathologische Veränderungen aufweisen. Insbesondere bei zahlreichen Bewegungsstörungen finden sich spezielle Veränderungen der Echogenität einzelner Hirnstrukturen, die sich differentialdiagnostisch nutzen lassen und auch Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Untersuchungen sind (13).

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Ausgewählte Publikationen:

1. Valdueza JM, Schmierer K, Mehraein S, Einhäupl KM (1996)

Assessment of normal flow velocity in basal cerebral veins. A transcranial Doppler ultrasound study.
Stroke 27:1221-1225.

2. Valdueza JM, Hoffmann O, Doepp F, Lehmann R, Einhäupl KM (1998)

Venous Doppler ultrasound assessment of the parasellar region. Cerebrovasc Dis 8:113-117.

3. Doepp F, Hoffmann O, Lehmann R, Einhäupl KM, Valdueza JM (1999)

The inferior petrosal sinus: Assessment by transcranial Doppler ultrasound using the suboccipital approach.
J Neuroimaging 9:193-197.

4. Hoffmann O, Weih M, von Münster T, Schreiber S, Einhäupl KM, Valdueza JM (1999)

Blood flow velocities in the vertebral veins of healthy subjects:
A duplex sonography study.
J Neuroimaging 9:198-200.

5. Valdueza JM, von Münster T, Hoffmann O, Schreiber S, Einhäupl KM (2000)

Postural dependency of the cerebral venous outflow.
Lancet 355:200-201.

6. Doepp F, Hoffmann O, Schreiber S, Lammert I, Einhäupl KM, Valdueza JM (2001)

Venous collateral blood flow assessed by Doppler ultrasound after unilateral radical neck dissection.
Ann Otol Rhinol Laryngol 110:1055-8.

7. Schreiber S, Lürtzing F, Götze R, Doepp F, Klingebiel R, Valdueza JM (2003)

Extrajugular pathways of human cerebral venous blood drainage – assessed by duplex ultrasound.
J Appl Physiol Jan 10.

8. Schreiber SJ, Franke U, Doepp F, Staccioli E, Valdueza JM (2002)

Dopplersonographic measurement of global cerebral circulation time using echo contrast enhanced ultrasound in normal individuals and patients with arteriovenous malformations.
Ultrasound Med Biol 28:453-458.

9. Schreiber SJ, Kauert A, Doepp F, Valdueza JM (2003)

Measurement of global cerebral circulation time using power duplex echo-contrast bolus tracking.
Cerebrovasc Dis 15:129-132.

10. Doepp F, Valdueza JM, Schreiber SJ (2006)

Transcranial and extracranial ultrasound assessment of cerebral hemodynamics in vascular and Alzheimer`s dementia. Neurol Res. 28:645-649.

11. Schreiber SJ und Doepp F, Spruth E, Kopp UA, Valdueza JM (2005)

Ultrasonographic measurement of cerebral blood flow, cerebral circulation time and cerebral blood volume in vascular and Alzheimer`s dementia. J Neurol. 252:1171-1177.

12. Doepp F, Schreiber SJ, Brunecker P, Valdueza JM (2003)

Ultrasonographic assessment of global cerebral blood volume in healthy adults.
J Cereb Blood Flow Metab 1.J Cereb Blood Flow Metab 23:972-977.

13. Doepp F, Plotkin M, Siegel L, Kivi A, Gruber D, Lobsien E, Kupsch A, Schreiber SJ (2007)

Brain parenchyma sonography and 123 I-FP-CIT SPECT in Parkinson´s disease and essential tremor. Movement Dis.23:405-410.

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