Methoden zur Aufzeichnung von Dopplerverschiebungsfrequenzen

Die audiologische Methode trägt diesen Namen, weil die Frequenzcharakteristik der Doppler-Untersuchung im vom menschlichen Ohr wahrgenommenen Bereich von 20 bis 22.000 Hz liegt.

• In unveränderten Arterien, in denen die Blutelemente eine hohe lineare Geschwindigkeit aufweisen, ist ein klares, „singendes“ pulsierendes Signal zu hören, das synchron mit den Herzkontraktionen ist.
• Das Vorhandensein einer Stenose verändert die „Melodie“ der Arterie auf unterschiedliche Weise. Je nach Grad der Verengung wird das Signal höher, abrupt, manchmal pfeifend. Bei einer subtotalen Stenose können scharfe Geräusche auftreten: „Möwenschrei“, Vibration, „Schnurr-Schnurr“-Phänomen oder ein schwaches, „gedämpftes“ Blassignal.

Das venöse Flusssignal weist völlig andere audiologische Eigenschaften auf. Es ähnelt entweder der Brandung oder einem nahezu modulierten Blasgeräusch, das praktisch nichts mit Herzkontraktionen zu tun hat, aber stark von Atemexkursionen abhängt.

Eine solche rein audiologische Analyse der Dopplerverschiebung, die von einem tragbaren Taschengerät erzeugt wird, kann in der Notfallmedizin und bei Screeningstudien sehr nützlich sein.

Die wichtigste Registrierungsmethode ist jedoch die grafische Darstellung der Dopplerverschiebung im Zeitverlauf, die aus zwei Hauptkomponenten besteht:

• Hüllkurve – lineare Geschwindigkeit in den mittleren Schichten der Strömung;
• Dopplerspektrum – eine grafische Darstellung des Verhältnisses von Erythrozyten, die sich innerhalb des Kontrollmessvolumens mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen.

Moderne Dopplersonographiegeräte zeichnen beide Komponenten auf. Sie können separat oder in einem kombinierten Dopplersonogramm ausgewertet werden. Die wichtigsten Parameter des Dopplersonogramms sind die folgenden.

• Die maximale systolische oder Spitzenfrequenz der linearen Geschwindigkeit des Blutflusses, gemessen in Kilohertz (oder, häufiger, umgerechnet in Zentimeter pro Sekunde).
• Maximale diastolische Herzfrequenz, die die terminale Blutflussgeschwindigkeit am Ende der diastolischen Phase des Herzzyklus widerspiegelt.
• Die durchschnittliche systolische Frequenz spiegelt die durchschnittliche gewichtete Blutflussgeschwindigkeit über den gesamten Gefäßquerschnitt wider. Es wird angenommen, dass die durchschnittliche systolische Frequenz die größte Bedeutung für die Objektivierung der linearen Blutflussgeschwindigkeit hat. Sie wird nach folgender Formel berechnet:

SSC = (MSC + 2MDC) / 3 cm/s,

Dabei ist ASR die durchschnittliche systolische Herzfrequenz, MSHR die maximale systolische Herzfrequenz und MDR die maximale diastolische Herzfrequenz.

• Leistungsparameter – Häufigkeitsverteilung der Farbintensität im Spektrum. Die Erfassung dieser Änderungen ist möglich, da sich während des Pulszyklus nicht nur die maximale Geschwindigkeit, sondern auch die Häufigkeitsverteilung im Spektrum ändert.

In der systolischen Peakphase flacht das lineare Blutflussgeschwindigkeitsprofil ab, das Maximum der Dopplerverschiebung verschiebt sich zu höheren Frequenzen, und die Spektrumbreite nimmt ab, sodass sich unter dem systolischen Peak eine „leere“ Zone (das sogenannte Fenster) bildet. In der diastolischen Phase nähert sich das Spektrum der Parabelform an, die Frequenzverteilung wird gleichmäßiger, die Spektrallinie ist flacher, sodass die „leere“ Zone nahe der Nulllinie gefüllt ist.

Wenn die maximale systolische Frequenz vom Herzzeitvolumen, Durchmesser, Gefäßelastizität und Blutviskosität abhängt, hängt die maximale diastolische Frequenz ausschließlich vom Widerstand gegen den Blutfluss ab – je höher dieser ist, desto geringer ist die diastolische Komponente des Flusses. Um den Zusammenhang zwischen den angegebenen Dopplersonogrammparametern und verschiedenen Graden der arteriovenösen Zirkulation zu klären, wurden eine Reihe von Indizes und Funktionstests vorgeschlagen, von denen die gängigsten unten aufgeführt sind.

Der Kreislaufwiderstandsindex wird nach folgender Formel berechnet:

ICS = (MSCh - MDC) / MSCh,

Dabei ist CRI der Kreislaufwiderstandsindex, MSHR die maximale systolische Herzfrequenz und MDR die maximale diastolische Herzfrequenz.

Der Kreislaufwiderstandsindex der Arteria carotis communis beträgt normalerweise 0,55–0,75 und übersteigt bei einer Stenose 0,75. Mit steigendem Hirndruck steigt auch der Kreislaufwiderstandsindex. In extremen Fällen eines Hirnödems kann der Index extrem hoch werden und über 0,95 betragen. Unter solchen Bedingungen, die typisch für eine so genannte Hirntamponade sind, wird in der inneren Halsschlagader ein pathologisches Modell einer nachhallenden Strömung vom Typ „vorwärts-rückwärts“ aufgezeichnet. Die Kombination einer solchen Strömungsvariante mit dem Aufhören der Signalaufzeichnung aus den Augenarterien, gepaart mit einem starken Abfall bzw. Aufhören der Kreislaufführung in der mittleren Hirnarterie, sind laut TCD-Daten klare Kriterien für das Aufhören der intrazerebralen Perfusion, d. h. für den Hirntod. Im Gegenteil: Bei einem pathologischen Blutflussmodell wie der arteriovenösen Malformation geht die Bewegung erheblicher Blutmengen von einem Blutpool in einen anderen mit einer Abnahme des Kreislaufwiderstandsindex auf unter 0,5 einher.

Der spektrale Verbreiterungsindex wird mit der folgenden Formel berechnet:

ISR = (MSCH – ASC) / MSCH,

Dabei ist SBI der spektrale Verbreiterungsindex, MSF die maximale systolische Frequenz und ASF die durchschnittliche systolische Frequenz.

Normalerweise beträgt der spektrale Expansionsindex in der Arteria carotis communis 32–55 %. Bei einer Verengung der Arteria carotis kann er auf bis zu 80 % ansteigen.

Die meisten Forscher sind sich einig, dass ein Versuch, die linearen Blutflussgeschwindigkeitsindizes in verschiedenen Becken der Hauptarterien des Kopfes zu standardisieren, kaum ratsam ist. Dies hat mehrere Gründe: die Unmöglichkeit, den Neigungswinkel des Sensors (siehe Doppler-Frequenzverschiebungsformel) zu berücksichtigen, der für eine genaue Berechnung der Geschwindigkeitsindizes erforderlich ist; die Unsicherheit der genauen Position des Messvolumens im Gefäßlumen – der zentralen Position nach Durchmesser oder „parietal“. Während die oben genannten Probleme bei den Halsschlagadern durchaus überwindbar sind, ist die Lokalisierung der Wirbelarterien deutlich schwieriger. Dies liegt an der physiologischen Asymmetrie der Wirbelarterie (die linke ist normalerweise 1-3 mm breiter als die rechte), an der Schwierigkeit, das einzige für die Ultraschall-Dopplerographie zugängliche Segment V3 zu finden, und vor allem an deutlich häufigeren Anomalien des vertebrobasilären Beckens (Hypoplasie, Tortuosität – bis zu 15 % aller Patienten). Darüber hinaus sollte man für die korrekte Interpretation von Doppler-Sonographien altersbedingte Besonderheiten berücksichtigen. Mit zunehmender physiologischer Reifung und Alter verändern sich die Parameter des Blutflusses in den Hauptarterien des Kopfes auf natürliche Weise.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Merkmale gehen wir davon aus, dass der wichtigste diagnostische Parameter nicht der absolute Wert der linearen Geschwindigkeit des Blutflusses ist, sondern der Grad seiner Asymmetrie und Richtungsänderung. Dennoch beträgt die lineare Geschwindigkeit des Blutflusses in den Hauptarterien des Kopfes bei gesunden Menschen im Alter von 20 bis 60 Jahren gemäß verallgemeinerten Daten im Durchschnitt: in der Arteria carotis communis – 50 cm/s, in der Arteria carotis interna – 75 cm/s, in der Arteria vertebralis – 25 cm/s, in der Arteria ophthalmica – 15 cm/s.

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