Duplexsonographie der hirnversorgenden Arterien

In diesem Kapitel werden die anatomischen Gegebenheiten der Hirngefäße dargestellt, soweit deren Kenntnis für sonographische Untersuchungen von Bedeutung ist. Besonderer Wert wird dabei auf die Beschreibung von Normwerten und anatomischen Varianten gelegt. Entsprechend der sonographischen Untersuchungstechnik folgt die Einteilung nicht einzelnen Gefäßen, sondern beschreibt Gefäßregionen.

In diesem Kapitel werden die Grundlagen der zerebralen Hämodynamik einschließlich der zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge beschrieben. Definiert werden Begriffe wie Autoregulation, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsvolumen und Strömungswiderstand einschließlich der untereinander bestehenden Zusammenhänge. Darüber hinaus werden die verschiedenen Formen von Strömungsstörungen (Turbulenzen, Ablösungsphänomene) sowie pulsatile Strömungscharakteristika in ihrer Bedeutung für die sonographische Gefäßdiagnostik erläutert.

In dem Kapitel werden die physikalischen Grundlagen der Ultraschalldiagnostik mit den damit zusammenhängenden Parametern wie Sendefrequenz, Eindringtiefe, axiale und laterale Auflösung, Pulsrepetitionsfrequenz (PRF), Bildaufbaurate (frame rate) und Time gain compensation (TGC) einschließlich der verschiedenen Sondenformen (Stiftsonde, Linear-, Curved-, Phased-Array) beschrieben. Darüber hinaus werden bildverbessernde Verfahren wie die dynamische Fokussierung und das Tissue Harmonic Imaging (THI) sowie die Grundprinzipien der kontrastmittelunterstützenden Sonographie erläutert. Außerdem werden mögliche Risiken der Ultraschalldiagnostik einschließlich der damit zusammenhängenden Kenngrößen (thermischer und mechanischer Index) diskutiert.

Der Dopplereffekt beschreibt die Frequenzverschiebung, die bei einer Relativbewegung zwischen einem Schallsender und -empfänger auftritt. Dopplerabhängige Untersuchungstechniken (Doppler- und Duplexsonographie) nutzen diese Frequenzverschiebung, um Aussagen über Parameter der Blutströmung zu treffen. Die Dopplerfrequenzverschiebung ist der Blutströmungsgeschwindigkeit direkt proportional, weitere Einflussgrößen sind der Winkel zwischen Schallstrahl und Gefäß sowie die Schallsendefrequenz.

In diesem Kapitel werden die Parameter beschrieben, auf denen die dopplersonographische Einschätzung der Durchblutungssituation beruht: Die gemessene Strömungsgeschwindigkeit korreliert mit dem Stenosierungsgrad, Strömungsstörungen stellen ein wesentliches Zusatzkriterium bei der Beurteilung von Stenosen dar, Veränderungen der Pulsatilität der Strömungskurve vermitteln Aussagen über vor- und nachgeschaltete Stömungshindernisse und die duplexsonographische Bestimmung des Strömungsvolumens ermöglicht die Abschätzung der (verbliebenen) Durchblutungsmenge. Als Fehlerquelle sind bei der Beurteilung des Dopplerspektrums mögliche Alias-Effekte zu beachten.

Das Kapitel behandelt die verschiedenen Techniken der farbkodierten Gefäßdarstellung (Velocity-, Power-Mode) einschließlich der zugehörigen Einstellparameter (z. B. «Farbfenster», «Farbbalance») und diskutiert die Probleme, die sich durch die Lage der untersuchten Gefäße im «Farbfenster» und durch Alias-Effekte ergeben können. Darüber hinaus werden Empfehlungen für eine «optimierte Gefäßdarstellung» zur Detektion geringer Blutströmung, z. B. bei der Erkennung von Gefäßverschlüssen («Low-flow-Parameter»), sowie für eine «optimierte Strömungsdarstellung» zur Lokalisationsdiagnostik umschriebener Stenosen gegeben.

Bei unklarem duplexsonographischem Befund gibt die Untersuchung der Periorbitalarterien mit der cw-Dopplersonde wichtige Hinweise auf das Vorliegen von Strömungshindernissen in der A. carotis. Beschrieben werden die hierzu erforderliche Untersuchungstechnik und die Möglichkeiten der Befundinterpretation. Darüber hinaus behandelt das Kapitel die dopplersonographische Untersuchung der Karotisbifurkation, der Vertebralarterien und der A. subclavia, wie sie im Rahmen der vertragsärztlichen Patientenversorgung gefordert wird, und nennt die damit zusammenhängenden Beurteilungskriterien.

In dem Kapitel wird die duplexsonographische Untersuchungstechnik im Bereich der Karotisbifurkation und der Vertebralarterien beschrieben. Zunächst werden Empfehlungen zur Geräteeinstellung und zum Untersuchungsablauf gegeben. Danach werden die Kriterien der Befundbeurteilung im schwarzweißen Bild, in der Farbkodierung und anhand des Dopplerspektrums bei verschiedenen pathologischen Befunden eingehend beschrieben.

Die transkranielle Dopplersonographie erscheint in ihrer Aussagekraft bei vielen Fragestellungen der farbkodierten Duplexuntersuchung nicht unterlegen und ist daher auch heute noch von klinischer Bedeutung. Beschrieben werden die verschiedenen Zugangswege zu den Hirnbasisarterien (transtemporal, transorbital, transnuchal), die dopplersonographische Lokalisationsdiagnostik und Differenzierung der großen Hirnbasisarterien sowie die Kriterien der Befundbeurteilung.

Beschrieben werden die transtemporale Untersuchungstechnik der Hirnbasisarterien und die transnuchale Ableitung des vertebrobasilären Übergangs mit der farbkodierten Duplexsonographie. Erläutert wird jedoch auch die sonographische Schnittbilddarstellung des Gehirns mit Messung der Ventrikelweite und es wird ein kurzer Überblick über die sonographisch ableitbaren Hirnvenen gegeben. Danach finden sich Angaben zu den Kriterien der Befundbeurteilung bei Stenosen und Verschlüssen der intrakraniellen Gefäße (winkelkorrigiert bestimmte Strömungsgeschwindigkeit, Auftreten von Strömungsstörungen, Veränderungen der Pulsatilität).

Beschrieben werden die Möglichkeiten zur Erfassung der 3 wichtigsten Kollateralwege bei Verschlussprozessen der hirnversorgenden Arterien: Nachweis einer Ophthalmika-Kollaterale durch dopplersonographische Untersuchung der Periorbitalarterien, Beurteilung des Circulus Willisii mit der farbkodierten Duplexsonographie sowie indirekte Hinweise auf leptomenigeale Anastomosen. In seltenen Fällen, zur Abklärung bestehender Kollateralwege vor geplanten operativen oder interventionellen Maßnahmen an den hirnversorgenden Arterien, ist auch heute noch ein Karotiskompressionstest indiziert.

Die Bestimmung der zerebrovaskulären Reservekapazität gibt Auskunft über die (verbliebene) Fähigkeit der zerebralen Arteriolen, sich durch Dilatation und Konstriktion an wechselnde Blutdruckverhältnisse anzupassen und damit die zerebrale Autoregulation zu gewährleisten. Sie kann bei vorgeschalteten Verschlussprozessen der hirnversorgenden Arterien beeinträchtigt sein und weist dann auf ein erhöhtes Schlaganfallrisiko hin. Beschrieben werden die beiden heute gängigsten Techniken zur Beurteilung der zerebrovaskulären Reservekapazität durch Apnoe und Hyperventilation.

Verschlussprozesse der extrakraniellen A. carotis sind zum weit überwiegenden Teil unmittelbar an der Karotisbifurkation bzw. in den ersten 2–3 cm nach Abgang der A. carotis interna lokalisiert. Entsprechend erfährt dieser Bereich im Folgenden die größte Beachtung. Stenosen und Verschlüsse werden dabei aus didaktischen Gründen getrennt betrachtet. Stenosen im weiteren Verlauf der A. carotis interna bis zur Schädelbasis sind demgegenüber seltener. Aufgrund einiger beachtenswerter Unterschiede bei der Ultraschalldiagnostik werden sie in einem eigenen Abschnitt diskutiert. Den Abschluss bilden Verschlussprozesse der A. carotis communis und externa, die aufgrund ihrer untergeordneten Bedeutung nur relativ kurz gestreift werden.

Stenosen und Verschlüsse der großen Hirnbasisarterien haben unterschiedliche Ursachen und sind nicht nur arteriosklerotisch bedingt, insbesondere sind Veränderungen aufgrund von Vaskulitiden, Vasospasmen, angeborenen Gefäßveränderungen, Dissektionen und teilrekanalisierten Thrombembolien zu nennen. Aufgrund der beschränkten Auflösung der sonographischen Darstellung der Hirnbasisarterien muss sich die Diagnostik an dopplersonographischen Strömungsparametern orientieren, sodass nur höhergradige Einengungen zuverlässig zu detektieren sind. Beschrieben werden die zur Verfügung stehenden Kriterien zur Detektion sowohl von Stenosen als auch Verschlüssen einschließlich der Fehlermöglichkeiten. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten neben stenotischen Ursachen oder Vasospasmen auch durch eine lokale Hyperperfusion (Angiom, Fistel oder Reperfusion) bedingt sein können.

Stenosen und Verschlüsse der vertebrobasilären Gefäße sind zwar seltener als solche im Karotisstrombahngebiet, aber sie tragen relevant zur Entwicklung von zerebrovaskulären Symptomen bei. Sonographisch sind die diagnostischen Möglichkeiten beschränkt. Ein sicherer Ausschluss von Stenosen ist nur möglich, wenn sich der gesamte Gefäßverlauf kontinuierlich ohne Auffälligkeiten darstellen lässt, was nicht immer der Fall ist. Der Lokalbefund einer gesteigerten Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit Strömungsstörungen weist jedoch das Vorliegen einer höhergradigen Vertebralis- oder Basilarisstenose zuverlässig nach. Eine beschränkte Zuverlässigkeit besteht auch für Verschlüsse der A. basilaris, da hier lediglich eine erhöhte Pulsatilität in den Vertebralarterien als indirekter Parameter zur Verfügung steht. Bei Stenosen und Verschlüssen der A. subclavia kann deren Einfluss auf die Hirndurchblutung im Sinne eines Subclavian-Steal-Effekts überprüft werden.

Die Inzidenz von Schlaganfällen liegt in den westlichen Industrieländern seit Jahren unverändert bei 200–250 Fällen/100.000 Einwohner. Ein erheblicher Teil ist durch arteriosklerotische Gefäßwandläsionen bedingt, die meist ein generalisiertes Geschehen darstellen, unter bestimmten Voraussetzungen jedoch auch fokal auf einzelne Gefäßabschnitte beschränkt bleiben können. Die Aussagen zur sonographischen Beurteilung arteriosklerotischer Gefäßwandläsionen in diesem Kapitel betreffen überwiegend die extrakranielle A. carotis, da nur diese im Ultraschall hinreichend detailliert erfasst werden kann.

Die Domäne der Ultraschalldiagnostik der entzündlichen Gefäßveränderungen besteht in der Beurteilung der Gefäßwand mit den begleitenden Flussveränderungen. Besonders klinisch wichtig ist die Diagnostik der Arteriitis temporalis mittels hochauflösender Darstellung, z.B. mit 16–18-MHz-Linearsonden, eines Halo oder segmentaler Gefäßstenosen. Ebenso bedeutsam sind vasospastische und vaskulitische intrakranielle Gefäßveränderungen, die mittels TCD oder TCCS detektierbar sind und v.a. intrakranielle multiple Stenosen erkennen lassen. Sie eignen sich hervorragend zur Verlaufsbeurteilung von zerebralen Vaskulitiden und zur Therapiesteuerung.

Dissektionen der hirnversorgenden Gefäße können grundsätzlich alle Gefäßbereiche betreffen, Prädilektionsstellen sind die distale A. carotis interna und die A. vertebralis im V3/V4 Segment. Die Ultraschalldiagnostik kann hier direkt Dissektionen nachweisen (als Stenosen, Verschlüsse und mit Wandhämatom) oder es finden sich indirekte Zeichen eines Strombahnhindernisses. Im Karotisbereich finden sich extrakraniell als typische Befunde der Ultraschalldiagnostik das Wandhämatom, das doppelte oder falsche Lumen, die Wandlefze und/oder die zipfelig zulaufende Einengenung («Bischofsmütze»). Distale Dissektionen führen zu einem «string sign» und häufig zu einer langstreckigen Lumeneinengung.

Dieses Kapitel fasst die Ultraschallbefunde zu einigen zum Teil hereditären Gefäßerkrankungen zusammen, die nicht eindeutig arteriosklerotischer oder entzündlicher Genese sind. So finden sich bei fibromuskulären Dysplasien gänsegurgelartige, multisegmentale Gefäßeinengungen, röhrenförmige oder halbmondförmige Einengungen v.a. im Bereich der distalen A. carotis interna. Bei der Moya-Moya-Erkrankung kommt es zu Veränderungen der distalen A. carotis interna und des Karotis-T-Bereiches mit extrakraniellen Flussreduktion im Karotisstrombahngebiet und intrakraniellen Stenosen mit z.T. exzessiven Strömungsbeschleunigungen. Aneurysmen werden im Farbduplex extrakraniell v.a. als Residuen von Dissektionen entdeckt und intrakraniell zufallsmäßig dargestellt. Die Karotidodynie ist ein wenig verstandenes Krankheitsbild mit irregulären Wandveränderungen der Aa. carotis communis, interna und/oder externa mit lokalen Schmerzen. Das RCVS (reversibles zerebrales Vasokonstriktionssyndrom) imponiert klinisch als Kopfschmerzerkrankung mit transienten intrakraniellen Gefäßeinengungen, die bestens mittels Ultraschall detektierbar und im Verlauf zu kontrollieren sind.

In diesem Kapitel werden unterschiedliche Gefäßauffälligkeiten gemeinsam abgehandelt. So spielen Knick- und Schlingenbildung v.a. als Erschwernisse der doppler- und duplexsonographischen Untersuchung eine wesentliche Rolle. Gefäße können im Verlauf nicht optimal nachverfolgt werden oder die Anwendung der Winkelkorrekturfunktion ist erschwert oder unmöglich. In diesen Fällen sind insbesondere die Befunde im vor- und nachgeschalteten Gefäß zur Abschätzung evtl. bestehender Stenosen wichtig. Prädilektionsstellen für Knick- und Schlingenbildungen sind die distale A. carotis interna und die Aa. vertebrales. Hypoplasien der A. carotis sind selten, meist poststenotisch oder bei Dissektionen und damit sekundär. Hypoplasien der A. vertebralis sind demgegenüber relativ häufig und finden sich bei 5–10% der Bevölkerung. Sie können eine Rolle bei der Entstehung von Dissektionen oder Vertebralisverschlüssen spielen. Arteriovenöse Fehlbildungen und Fisteln führen zu meist zu einer ausgeprägten Zunahme des Strömungsvolumens im «Feeder»-Gefäß mit auch erniedrigter Pulsatilität der Strömungskurve. Mittels Orbitabeschallung kann eine Karotis-Sinus-Cavernosus-Fistel detektiert werden. Intrakranielle Fisteln werden bevorzugt nach abgelaufenen Sinusthrombosen benachbart zu venösen Blutleiten gefunden. Typisch sind exzessive Steigerungen der Strömungsgeschwindigkeit, z.T. mit Möwenschreiphänomen.

Die Bedeutung des Ultraschalls beim akuten Schlaganfall ist aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der modernen Schnittbildgebung deutlich zurückgegangen. Wesentlich sind Informationen zu Gefäßverschlüssen der distalen intrakraniellen A. carotis interna und des Hauptstammes der A. cerebri media, diese mit der Farbduplexsonographie, die «bedside» verfügbar und beliebig wiederholbar ist, regelhaft zu gewinnen. Vor allem in der Postakutphase ist der Ultraschall zur Verlaufsbeurteilung (Rekanalisierung, Reverschluss etc.) und zur ätiopathogenetischen Abklärung wesentlich.

Die Erfassung von Vasospasmen war historisch der erste Anwendungsbereich der transkraniellen Dopplersonographie. Noch heute zählt die sonographische Erfassung und Kontrolle von Vasospasmen zum Behandlungsregime der Subarachnoidalblutung. Ab einem Meanwert von 120 cm/s ist ein auffälliger Bereich erreicht, ab 160 cm/s ist von einem signifikanten und ab 200 cm/s von einem kritischen Vasospasmus auszugehen. Bei gleichzeitiger intrakranieller Druckerhöhung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab, was zu Fehlinterpretationen führen kann. Richtungweisend ist in diesem Fall die Erhöhung der Pulsatilität des Strömungssignals. Eine Hyperperfusion kann von einem Vasospasmus anhand des MCA/ICA-Index abgegrenzt werden.

Die Erkennung einer intrakraniellen Druckerhöhung und die Abschätzung des Ausmaßes anhand von Veränderungen der Pulsatilität und der Strömungsgeschwindigkeit in den Hirnbasisarterien war eine der ersten klinischen Anwendungen der transkraniellen Dopplersonographie. Hohe Bedeutung hat diese Bestimmung zwischenzeitlich bei der Diagnose eines zerebralen Kreislaufstillstands im Rahmen der Hirntoddiagnostik erlangt. Darüber hinaus lassen sich intrakranielle Druckerhöhungen auch anhand von Veränderungen des Durchmessers der Sehnervenscheide erkennen (Abschn. 26.​2).

Die farbkodierte Duplexsonographie ist Methode der Wahl zur postoperativen Kontrolle nach Karotisoperationen und -stents. Auch nach aortennahen Bypassoperationen lassen sich die Durchblutungsverhältnisse sonographisch zuverlässig abklären. Nach extra-intrakranieller Bypassoperation kann die Anastomose mit der farbkodierten Duplexsonographie verfolgt und der Erfolg der Revaskularisierung beurteilt werden.

Die transkranielle Kontrastmitteldopplersonografie ist bei der Abklärung eines kardialen Rechts-links-Shunts (offenes Foramen ovale) in ihrer Treffsicherheit mit der transösophagealen Echokardiografie vergleichbar. Beschrieben wird die Untersuchungsmethode unter Einsatz eines selbst hergestellten Ultraschallkontrastmittels aus agitierter Kochsalzlösung und Blut und anschließendem Valsalva-Manöver. Darüber hinaus werden die in der Literatur genannten Auswertungskriterien aufgeführt.

In den letzten Jahren wurden zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht, die für die Neurologie Einsatzmöglichkeiten der transorbitalen Sonographie aufzeigen. Insbesondere Untersuchungen zur Darstellung von hirndruckbedingten Veränderungen am Sehnerv sowie die Möglichkeit der sonographischen Diagnostik des Zentralarterienverschlusses bieten für den klinischen Alltag interessante Anwendungen. Eine intrakranielle Druckerhöhung führt regelhaft zu einer Erweiterung der Sehnervenscheide und zu einer nachweisbaren Stauungspapille. Ein Zentralarterienverschluss lässt sich dopplersonographisch nachweisen, zusätzlich findet sich im B-Bild häufig ein sogenanntes «spot sign». Die Befunde können dazu beitragen, zwischen einer vaskulitischen und einer embolischen Genese zu unterscheiden.

Die folgende Zusammenstellung gibt einen Überblick über die häufiger verwendeten Spezialbegriffe der Doppler- und Duplexsonographie.

Die Kenntnis von Normwerten stellt die Voraussetzung für die Definition pathologischer Befunde dar. Vor allem aus der «Gründerzeit» der doppler- und duplexsonographischen Diagnostik liegen hierzu zahlreiche Untersuchungen vor.