Ultraschall in der Gefäßdiagnostik

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1 Ultraschall in der Gefäßdiagnostik

2 Wilhelm Schäberle Ultraschall in der Gefäßdiagnostik Therapieorientiertes Lehrbuch und Atlas 3., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage 1 C

3 Dr. Wilhelm Schäberle Klinik am Eichert Abt. Visceral-, Gefäß-, Thorax- und Kinderchirurgie Göppingen Deutschland ISBN e-isbn DOI / Springer Dordrecht Heidelberg London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998, 2004, 2010 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: deblik, Berlin Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Für meine Frau Solange und meine Kinder Jan und Philip V

5 Vorwort zur 3. Auflage Je länger und intensiver man sich mit Bildgebung in der Medizin beschäftigt, umso mehr stößt man auf Fragen wie: Wie nahe kommt die Abbildung der Realität?: Erklärt unsere Befundinterpretation die Krankheit? ; Welche Abbildung bedarf einer Therapie und wenn ja welcher?; Wo führt die Bildgebung (auch Zufallsbefunde) zu unnötigen Interventionen, weil methodische Messprobleme missachtet oder die Grenzen der Methode nicht berücksichtigt werden (dies gilt insbesondere auch für die Angiographie, die oft als Goldstandard gilt, sowie auch für die Kernspinangiographie und CT-Angiographie). In der Ultraschalldiagnostik ergibt sich methodenspezifisch die Frage: Wo interpretieren wir Echomuster oder Ultraschallphänomene falsch und leiten daraus falsche Therapieentscheidungen ab? All diese Fragen sind z. B. in der Diskussion um die Plaquemorphologie bei Karotisstenosen und den daraus abgeleiteten Therapieentscheidungen sehr augenscheinlich. In Studien lauern Gefahren, wenn sie jeweils nur facettenartig Ausschnitte aus dem komplexen Gebilde herausgreifen und, abhängig von den gesetzten Prämissen und Hypothesen, die das Studiendesign beeinflussen, zu falschen, widersprüchlichen und einseitigen Ergebnissen führen und daraus falsche therapeutische Schlussfolgerungen abgeleitet werden. Dennoch führt die Duplexsonographie (studienfundiert), insbesondere wenn die methodischen Grundlagen adäquat berücksichtigt werden, in der Kombination von Morphologie und Hämodynamik bei Gefäßerkrankungen zu einer Betrachtungsweise, die der klinischen Situation des gefäßkranken Patienten sehr nahe kommt. Insbesondere die unter dem Eindruck farbduplexsonographischer (angiographieähnlicherer) Abbildungen in manchen Ultraschallschulen etwas vernachlässigte Spektralanalyse liefert dazu wertvolle Erkenntnisse und besitzt durch ihre ausgeprägt sensible Darstellung der Hämodynamik (im Normalbefund, wie auch pathologisch) eine Schlüsselstellung in der Gefäßdiagnostik sowie in differenzialdiagnostischen Fragestellungen. Weil die Philosophie früherer Auflagen bezüglich des methodischen Vorgehens, des didaktischen Ansatzes und der Betonung therapierelevanter Fragestellungen nun fortgeführt wird, sei diesbezüglich auf das Vorwort der 1. und der 2. Auflage verwiesen. In der 3. Auflage werden verstärkt Schemazeichnungen und tabellarische Darstellungen eingesetzt, um Untersuchungsabläufe und komplexe Befunderhebungen noch anschaulicher zu machen. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse sowie methodische Neuerungen in der Ultraschalldiagnostik sind eingearbeitet und werden auf ihre Bedeutung in der Erhebung therapierelevanter Befunde bei Gefäßerkrankungen dargestellt; wo Kontroversen entstehen, werden diese diskutiert. Der Atlasteil soll verstärkt Ultraschallbefunde in der Routinediagnostik sowie bei seltenen Erkrankungen abbilden; ein besonderes Augenmerk wird dabei auf das Verständnis der Hämodynamik durch die Spektralanalyse gelegt. Als kultureller Nebeneffekt führte die farbcodierte Duplexsonographie immer wieder zu derart künstlerischen Farbkompositionen, dass mein 4-jähriger Sohn den zur Korrektur übermittelten, gesetzten Buchauszug mit dem Satz kommentierte: Dein neues Kunstbuch ist schön geworden. Für die tatkräftige Mithilfe bei Erstellung der 3. Auflage möchte ich mich bei Frau Zorn, Frau Rieker, Frau Mehlbeer und Frau Lietz für die Durchführung der Schreibarbeiten bedanken; bei Frau Mütschele für die Hilfe beim Erstellen der Schemazeichnungen und Einfügen der Abbildungen sowie bei den Mitarbeitern des Springer-Verlages, insbesondere Frau Dr. Heilmann und Herrn Bachem, für die kontinuierliche Unterstützung. Vor allem jedoch möchte ich mich bei meiner Familie für die Geduld und das Verständnis bedanken sowie für den Humor, der notwendig ist, um derartige Projekte leichter von der Feder gehen zu lassen. Göppingen, November 2009 Wilhelm Schäberle VII

6 Vorwort zur 2. Auflage Die duplexsonographische Gefäßuntersuchung ist die Fortführung der klinischen Untersuchung von Gefäßerkrankungen mit relativ einfachen technischen Mitteln, d.h. sie wird in Interaktion mit dem Patienten durchgeführt, ausgehend vom klinisch erhobenen Befund und geprägt von therapierelevanten Fragestellungen und therapeutischen Optionen. Weil die Ultraschalldiagnostik einerseits eine sehr untersucherabhängige Methode ist und andererseits die Problematik der Dokumentation sowohl die Informationsweitergabe als auch die Befundkontrolle erschwert, ist eine fundierte Ausbildung notwendig, um falsche, für den Patienten fatale Ultraschallbefunde zu vermeiden und die Methode nicht zu diskreditieren. Die in der ersten Auflage bewährte Aufteilung des Buches in einen Textteil und einen Atlasteil für jedes Gefäßareal wurde beibehalten, ebenso Gliederung des Textteils in Sonoanatomie, Untersuchungstechnik, Normalbefund, pathologische Befunde im sonographischen Bild und ihre diagnostische Wertigkeit. Der besonderen Gewichtung von klinisch relevanten bzw. therapierelevanten Fragestellungen in dem Ultraschalllehrbuch wurde Rechnung getragen, indem in jedem Kapitel (periphere Arterien und Venen, hirnversorgende Gefäße, Dialyseshunt sowie abdominelle und retroperitoneale Gefäße) ein Unterkapitel: Klinische Relevanz der Ultraschalluntersuchung aufgenommen wurde. Dies soll der gewachsenen und veränderten Bedeutung der Ultraschalldiagnostik seit der ersten Auflage (in den letzten 6 Jahren) Rechnung tragen. Während die Gefäßdiagnostik mit Ultraschall vor Jahren eine eher orientierende oder ergänzende Untersuchung in der Gefäßdiagnostik war, hat sie inzwischen eine Schlüsselrolle eingenommen. Im venösen Bereich hat sich die Ultraschalluntersuchung insbesondere in der Thrombosediagnostik und der Varizendiagnostik zu einer Art Goldstandard herausgebildet und die phlebographische Untersuchung hat im klinischen Alltag nur noch in Ausnahmefällen und ergänzenden Fragestellungen Bedeutung. Bei der Untersuchung arterieller Gefäßerkrankungen nimmt die Duplexsonographie einen zentralen Platz in der Stufendiagnostik ein. Sie ist weichenstellend in der Fragestellung der adäquaten Therapie (konservativ, radiologisch interventionelle oder chirurgische Gefäßrekonstruktion). Zusammen mit der klinischen Untersuchung entscheidet die duplexsonographische Untersuchung somit, ob ein konservatives Vorgehen indiziert ist oder eine invasive Gefäßrekonstruktion. In der Fragestellung um Lokalisation und Relevanz einer Gefäßobstruktion wurde das radiologische Verfahren von der Duplexsonographie verdrängt und invasive Methoden wie die Angiographie haben ergänzend ihre Funktion in der Frage des Anschlusssegmentes vor Bypassrekonstruktionen oder in dem in gleicher Sitzung durchgeführten interventionellen Kathetereingriff (PTA und Stent). Die morphologische Beurteilbarkeit von Gefäßlumen und Gefäßwand sowie von perivasikulären Strukturen macht die Ultraschalldiagnostik zu einer Domäne bei nicht arteriosklerotischen Gefäßerkrankungen. In der Prävention von ischämischen Hirninsulten ist die Ultraschalluntersuchung bei der Karotisstenose die Methode der Wahl, um die Operationsindikation nach hämodynamischen, aber auch morphologischen Gesichtspunkten festzulegen. Die großen Vorteile kann die Ultraschalldiagnostik in ihrer zentralen Rolle für die adäquate Behandlung von Gefäßerkrankungen nur umsetzen, wenn sie von Therapeuten, d.h. Angiologen und Gefäßchirurgen, selbst durchgeführt wird. Daher richtet sich die zweite Auflage weiterhin vor allem an angiologisch tätige Ärzte und Gefäßchirurgen. Auf neuere Entwicklungen wie den Einsatz von Ultraschallkontrastmitteln in der Angiologie und den B-flow- Modus wird ebenfalls eingegangen, ihre Relevanz bei Fragestellungen im gefäßchirurgischen und angiologischen Alltag ist jedoch gering. Die Dignitätsbeurteilung von Lebertumoren mittels Ultraschallkontrastmitteluntersuchung wurde ausgespart, sie ist vor allem für Gastroenterologen und Viszeralchirurgen relevant und würde den Rahmen dieses Lehrbuches sprengen. Wie in der ersten Auflage wurde im Atlasteil großer Wert auf Qualität und Aussagekraft der Ultraschallab- IX

7 X Vorwort zur 2. Auflage bildungen gelegt ( ein Ultraschallbild muss selbst sprechen ). Der sonomorphologische Zusammenhang von Befunden ist didaktisch wichtig, daher wurden Einzelbefunde nicht maximal herausvergrößert (Zoom), sondern in der Konstellation dargestellt, wie sie im normalen Untersuchungsablauf erscheinen. Wo die Ultraschalldiagnostik trotz schlechter Schallbedingungen klinisch notwendig erscheint (z. B. postoperativ), wurden Beispiele dazu nicht herausgestrichen, sondern in ihrer begrenzten Abbildbarkeit dargestellt. Angiographien sowie in Einzelfällen graphische Darstellungen sollen den Zusammenhang veranschaulichen. Die reiche Bebilderung des Atlasteiles ist insbesondere auch davon geprägt, dass nicht nur der pathologische Befund im duplexsonographischen Bild dargestellt wurde, sondern insbesondere auf therapierelevante Fragestellungen sowie pathologische Verläufe Wert gelegt wurde. Bei Einhaltung der Ultraschallkonvention (links am Monitor kranial, rechts kaudal) ist die Richtungscodierung entsprechend der physikalisch, gerätetechnologischen Umsetzung beibehalten, d.h. die arterielle Strömung der Arteria carotis interna ist bei Strömungsrichtung vom Schallkopf weg blau codiert. Dies erspart die Notwendigkeit, in der Gerätekonfiguration nach der Richtungsangabe der Farbcodierung zu suchen und ist insbesondere bei komplexen Gefäßverläufen wie bei abdominellen und retroperitonealen Gefäßen von Vorteil. Die detaillierte Einführung in physikalische Grundlagen der Ultraschalldiagnostik sowie die Hämodynamik in normal durchströmten Gefäßen und bei pathologischen Veränderungen am Anfang des Buches wie auch die detaillierte Darstellung von Gefäßanatomie, Untersuchungsablauf und Befunderhebung sollen als Grundlage für die Einarbeitung in die Ultraschalldiagnostik dienen. Die reiche Bebilderung im Atlasteil soll dem Anfänger die Methode rasch zugänglich machen. Für den schon länger ultraschalldiagnostisch Tätigen soll die detaillierte Darstellung auch seltener Gefäßerkrankungen, die Diskussion über die Wertigkeit der Ultraschalluntersuchung im Methodenvergleich sowie Tipps und Tricks bei schwierigeren diagnostischen Fragestellungen Hilfestellung sein und eine Möglichkeit bieten, die Anwendungsgebiete zu erweitern sowie Sicherheit in der Befunderhebung seltener Krankheitsbilder zu bekommen. Deshalb sind sämtliche gefäßchirurgisch und angiologisch relevante Krankheitsbilder, bei denen die Ultraschalldiagnostik einen Beitrag leisten kann, im Atlasteil abgebildet. Die seltenen Gefäßerkrankungen sind oftmals sonographisch eine Blickdiagnose und der radiologische Methodenvergleich sowie intraoperative Abbildungen illustrieren die Befunde. Herrn Professor R. Eisele danke ich für die stetige Unterstützung. Mein besonderer Dank gilt den Mitarbeitern des Springer-Verlages für die hervorragende Zusammenarbeit bei der Erstellung der zweiten Auflage sowie Frau R. Mütschele für die Hilfe bei der Gestaltung der Grafiken. Göppingen, Februar 2004 Wilhelm Schäberle

8 Vorwort zur 1. Auflage Die (Farb-)Duplexsonographie hat sich in der Gefäßdiagnostik etabliert und verdrängt als nichtinvasive, jederzeit wiederholbare Methode zunehmend bisherige, für den Patienten belastendere Verfahren. Die Kombination von Grauwertsonographie zur topographischen und morphologischen Beurteilung der Gefäße und dem Dopplerverfahren mit seiner qualitativen und quantitativen Beurteilbarkeit der Durchblutungsverhältnisse ermöglicht eine differenzierte Beurteilung von pathologischen Gefäßveränderungen. Eine wertvolle Ergänzung zu radiologischen Verfahren ist dabei die hämodynamische Beurteilung durch das Dopplerverfahren. Als nichtinvasive, jederzeit wiederholbare Methode ist die Duplexsonographie in der Stufendiagnostik von Gefäßerkrankungen die therapeutisch wegweisende Methode vor invasiven, belastenderen und teureren Untersuchungsmethoden. Mit zunehmendem gerätetechnologischem Fortschritt und wachsender Erfahrung des Ultraschallanwenders werden invasive Verfahren wie Angiographie und Phlebographie ersetzbar. Die Bedeutung der Duplexsonographie für Angiologen und Gefäßchirurgen findet ihren Niederschlag auch in den entsprechenden Weiterbildungsordnungen. Das vorliegende Buch soll deshalb die diagnostischen Möglichkeiten der (Farb-)Duplexsonographie aller für Angiologen und Gefäßchirurgen therapeutisch relevanten Gefäßareale aufzeigen. Um Anfängern den Zugang zu erleichtern, beginnt jedes Kapitel mit der Gefäßanatomie und der Untersuchungstechnik. Die Diskussion der Meßparameter und der diagnostischen Wertigkeit, die durch Studienergebnisse untermauert ist, soll dem sonographisch schon erfahrenen Untersucher zu diagnostischer Sicherheit verhelfen. Das einleitende Kapitel über Hämodynamik und physikalisch-technische Grundlagen soll Verständnis für die Möglichkeiten und die Grenzen der Methode eröffnen. Im Gegensatz zu vielen anderen Ländern wird bei uns die duplexsonographische Untersuchung nicht primär durch Radiologen, sondern durch klinisch tätige Angiologen, Internisten, Neurologen und inzwischen auch Gefäßchirurgen durchgeführt. Ausgehend von der klinischen Untersuchung ermöglicht dies die Fokussierung der Ultraschalluntersuchung auf therapeutisch relevante Fragestellung. Neben der Erstellung eines Gefäßstatus kann die duplexsonographische Untersuchung somit für Fragestellungen bezüglich des therapeutischen und insbesondere auch des operativen Procedere hilfreich sein. Die Duplexsonographie wird in der Hand des diagnostisch und therapeutisch tätigen Arztes verstanden als Fortsetzung der klinischen Untersuchung mit technischen Mitteln. Daher wird in diesem Buch der klinischen und therapeutischen Relevanz des sonographischen Untersuchungsergebnisses ein hoher Stellenwert zugeschrieben. Dementsprechend sind die einzelnen Kapitel nach pragmatischen Gesichtspunkten gegliedert. Für jedes Gefäßareal folgt dem Textteil ein Atlasteil, in dem in Wort und Bild detailliert auf Normalbefunde, Varianten und pathologische Befunde eingegangen wird. Zur besseren Anschaulichkeit werden insbesondere bei komplexen Befunden dem sonographischen Bild angiographische oder computertomographische Abbildungen gegenübergestellt. Dabei werden auch die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methode anschaulich gemacht. Weil viele seltene Gefäßerkrankungen dem geschulten Untersucher duplexsonographisch oft als Blickdiagnose imponieren, wird auf diese in zahlreichen Abbildungen detailliert eingegangen. Einzelne Ultraschallbilder-Serien sollen Untersuchungsablauf und komplexe hämodynamische Veränderungen bei Gefäßerkrankungen zeigen sowie deren klinische Bedeutung und die Veränderungen unter therapeutischen Maßnahmen. Die Legenden sind so detailliert gehalten, daß auch der Atlasteil separat zum Nachschlagen einzelner Gefäßerkrankungen dienen kann. Der unterschiedlichen Geräteausstattung verschiedener Anwender trägt die differenzierte Diskussion von Möglichkeiten und Grenzen der unterschiedlichen Ultraschall-Modes Rechnung. So ist für die reine Thrombosediagnostik die Grauwertsonographie (Kompressionssonographie) ein valides Verfahren, und die konventionelle Duplexsonographie ist zur XI

9 XII Vorwort zur 1. Auflage Beurteilung von therapeutisch relevanten pathologischen Veränderungen im femoropoplitealen Abschnitt ausreichend. Einige Befunde sind nur in konventioneller Duplexsonographie dargestellt und konsequent wird neben der farbduplexsonographischen Abbildung das Dopplerfrequenzspektrum gezeigt, als Hinweis dafür, daß viele Befunde ausschließlich mit der konventionellen Duplexsonographie erhoben werden können. Trotz der Möglichkeiten, die die Farbduplexsonographie zusätzlich eröffnet, muß zur Quantifizierung von Befunden auf das Dopplerfrequenzspektrum zurückgegriffen werden. Obwohl die Farbduplexsonographie den Untersuchungsablauf erleichern kann (Auffinden kleiner Gefäße, Rekanalisation, Differentialdiagnostik) sind Grundkenntnisse der konventionellen Dopplersonographie Voraussetzung für das Verständnis und die Interpretation von farbduplexsonographischen Befunden. Mein besonderer Dank gilt Herrn Professor R. Eisele für die Förderung der Ultraschalldiagnostik innerhalb der gefäßchirurgischen Abteilung sowie für die wertvollen Ratschläge. Frau G. Rieker und Frau E. Stieger danke ich für die Durchführung der Schreibarbeiten bei der Erstellung des Manuskripts, sowie Frau R. Uhlig für die Herstellung der Fotoarbeiten. Weiterhin möchte ich dem Springer-Verlag, insbesondere Frau Zech und Frau Dr. Heilmann, für die hervorragende Zusammenarbeit sowie die konstruktive Unterstützung danken. Göppingen, Dezember 1997 Wilhelm Schäberle

10 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 1.1 Technische Grundlagen der Ultraschalldiagnostik Grauwertbild (B-Bild) Einleitung/Geschichte Schallwelle Ultraschallerzeugung Physikalische Einflussfaktoren auf das Ultraschallschnittbild (B-Bild) Bildaufbauverfahren Auflösungsvermögen Fokussierung Scanverfahren Ultraschallartefakte Physikalische Grundlagen der Dopplersonographie Continuous-wave-Dopplersonographie Gepulste Dopplersonographie/ Duplexsonographie Frequenzverarbeitung Blutflussmessung Physikalische Grundlagen der Farbduplexsonographie Geschwindigkeits-(Velocity-)Mode Power-(Angio-)Mode (Amplitudencodierte Flussdarstellung) B-flow-Modus ( brightness flow ) Intravaskulärer Ultraschall (IVUS) D/4-D-Sonographie Einflussgrößen auf (farb-) duplexsonographische Befunderhebung Messprobleme Schallstreuung, Schallauslöschung Spiegelartefakte Pulsrepetitionsfrequenz maximal detektierbare Strömungsgeschwindigkeit Minimal detektierbare Geschwindigkeit Wandfilter, Bildaufbaurate Sende- und Empfangsverstärkung (Gain) Dopplereinschallwinkel Physikalisch bedingte Limitierungen der farbduplexsonographischen Untersuchung Ultraschallkontrastmittel Sicherheitsaspekte Thermische Effekte XIII

11 XIV Inhaltsverzeichnis Mechanische Effekte Risiken der einzelnen Ultraschallverfahren Hämodynamische Grundlagen Physikalische Grundlagen bei kontinuierlichem Strömungsverhalten Flussprofil und Durchblutungsregulation Niedrigwiderstandsfluss ( low resistance flow ) Hochwiderstandsfluss ( high resistance flow ) Durchblutungsregulation Stenosegradbestimmung Geräteeinstellung Extremitätenarterien 2.1 Becken- und Beinarterien Gefäßanatomie Beckenarterien Beinarterien Untersuchungsablauf und Untersuchungstechnik Beckenarterien Beinarterien Spezielle untersuchungstechnische Aspekte aus angiologisch-gefäßchirurgischer Sicht Befundung und Dokumentation Normalbefund bei duplexsonographischer Untersuchung der Becken-Bein-Arterien Pathologische Befunde klinisch orientierte Ultraschalluntersuchung, sonographische Befunde und Messparameter, diagnostische Wertigkeit Arteriosklerotische Verschlusskrankheit Arterielle Embolie Aneurysma Seltene, stenosierende, nichtarteriosklerotische Arterienerkrankungen Gefäßrekonstruktionen Verlaufskontrolle Thrombendarteriektomie (TEA) Perkutane transluminale Angioplastie und Stentimplantation Bypassverlaufskontrolle Sonographisches Venenmapping vor peripherer Bypasschirurgie Wertigkeit der (Farb-) Duplexsonographie im Methodenvergleich Probleme und Fehlermöglichkeiten Armarterien Anatomie Untersuchungsablauf und Untersuchungstechnik Klinische Relevanz der duplexsonographischen Untersuchung Arteriosklerotische Gefäßveränderungen Kompressionssyndrome Dokumentation Normalbefund Pathologische Befunde, duplexsonographische Messergebnisse und ihre Wertigkeit Arteriosklerotische Gefäßveränderungen Kompressionssyndrome Atlas: Extremitätenarterien

12 Inhaltsverzeichnis XV 3 Periphere Venen 3.1 Becken- und Beinvenen Anatomie Untersuchungsablauf Thrombose Chronisch-venöse Insuffizienz und Varikose Normalbefund Dokumentation Tiefe Beinvenenthrombose Chronisch-venöse Insuffizienz und Varikose Klinische Relevanz der duplexsonographischen Untersuchung Thrombose und postthrombotisches Syndrom Varikose Diagnosekriterien der Duplexsonographie Indikation und Wertigkeit Thrombose Chronisch-venöse Insuffizienz Varikose Varikophlebitis Seltene pathologische Venenveränderungen Venenaneurysma Gefäßwandtumor Venenkompression Zystische Adventitiadegeneration der Venen Differenzialdiagnose Lymphödem, Lipödem Venenmapping Wertung der Methode Thrombose Chronisch-venöse Insuffizienz Varikose Venen der oberen Extremität und Vena jugularis Gefäßanatomie Untersuchungsablauf und Untersuchungstechnik Normalbefund Dokumentation Klinische Wertigkeit Duplexsonographische Untersuchungsergebnisse und diagnostische Wertigkeit Wertigkeit der Untersuchung im Methodenvergleich Atlas: Periphere Venen Shunt 4.1 Klinische Relevanz der Shuntdiagnostik Vorbemerkungen Fragestellungen bei spontanen und bei therapeutisch angelegten Fisteln Untersuchungsablauf, Untersuchungstechnik und diagnostische Wertigkeit

13 XVI Inhaltsverzeichnis Angeborene und erworbene nichttherapeutische Fisteln Therapeutisch angelegte arteriovenöse Fisteln zur Hämodialyse Typische shuntbedingte Veränderung des Dopplerfrequenzspektrums Shuntreifung und Bestimmung des Flussvolumens Dokumentation Gefäßmapping vor Shuntanlage Pathologische Befunde (Dialyseprobleme) Shuntstenose Periphere Ischämie Shuntaneurysma Shuntvolumen (pathologisch) Wertigkeit der Duplexsonographie im Methodenvergleich Atlas: Shunt Extrakranielle hirnversorgende Arterien 5.1 Normale Gefäßanatomie und wichtige Varianten Untersuchungstechnik und Untersuchungsablauf Arteria carotis Arteria vertebralis Dokumentation Normalbefund Arteria carotis Arteria vertebralis Klinische Relevanz der duplexsonographischen Untersuchung Arteria carotis Definition des Stenosegrades Plaquemorphologie Arteria vertebralis Sonographische Beurteilungskriterien, Messparameter und diagnostische Wertigkeit Arteria carotis Plaquebeurteilung, Plaquemorphologie Stenosequantifizierung/Stenosegrad Verschlüsse Postoperative Verlaufskontrolle Arteria vertebralis Stenose Verschluss Dissektion Subclavian-steal-Syndrom Hirntoddiagnostik Seltene (nichtarteriosklerotische) Gefäßerkrankungen der Karotisstrombahn Dissektion Entzündliche Gefäßerkrankung (Takayasu-Arteriitis) Fibromuskuläre Dysplasie Aneurysma Arteriovenöse Fistel Idiopathische Karotidynie Vasospasmus

14 Inhaltsverzeichnis XVII Tumorbedingte Gefäßkompression, Glomustumor Bewertung der duplexsonographischen Diagnostik der hirnversorgenden Arterien Atlas: Extrakranielle hirnversorgende Arterien Viszerale und retroperitoneale Gefäße 6.1 Bauchaorta, Viszeralarterien und Nierenarterien Gefäßanatomie Aorta Viszeralarterien Nierenarterien Untersuchungsablauf und Untersuchungstechnik Aorta Viszeralarterien Nierenarterien Normalbefunde Aorta Viszeralarterien Nierenarterien Dokumentation und Befundung Klinische Relevanz der duplexsonographischen Untersuchung Aorta Viszeralarterien Nierenarterien Messparameter, diagnostische Kriterien und Wertigkeit der Methode Nierenarterien Viszeralarterien Aorta Viszerale und retroperitoneale Venen Gefäßanatomie Vena cava Vena renalis Portales System und Lebervenen Untersuchungstechnik Vena cava Nierenvenen Vena portae und Vena mesenterica superior Klinische Relevanz der duplexsonographischen Untersuchung Nierenvenen Portales Venensystem Normalbefunde Vena cava und Nierenvenen Portales Venensystem Dokumentation Pathologische Befunde im sonographischen Bild, Messparameter und diagnostische Wertigkeit Vena cava Vena renalis Vena mesenterica superior Portalvene und Lebervene Atlas: Viszerale und retroperitoneale Gefäße

15 XVIII Inhaltsverzeichnis 7 Skrotal- und Penisgefäß 7.1 Gefäßanatomie Penis Gefäße des Skrotalinhalts Untersuchungstechnik Erektile Dysfunktion Gefäße des Skrotalinhalts Normalbefund Penisgefäße Gefäße des Skrotalinhalts Dokumentation Klinische Wertigkeit der duplexsonographischen Untersuchung Erektile Dysfunktion Akutes Skrotum Varikozele Pathologische Befunde: duplexsonographische Messparameter und ihre Wertigkeit Erektile Dysfunktion Akutes Skrotum Varikozele Atlas: Skrotal- und Penisgefäße Literatur Subject Index

16 Grundlagen Technische Grundlagen der Ultraschalldiagnostik Grauwertbild (B-Bild) Einleitung/Geschichte Vor etwa 50 Jahren wurde der Ultraschall in der medizinischen Diagnostik eingeführt. Seine vielseitige Anwendungsmöglichkeit, die mittlerweile hohe diagnostische Aussagekraft der Bildergebnisse, die Wirtschaftlichkeit und die Gefahrlosigkeit für den Patienten bei beliebiger Wiederholbarkeit der Untersuchung hat dem Ultraschall eine herausragende Stellung bei den bildgebenden diagnostischen Verfahren verschafft gelang dem österreichischen Neurologen Dussik erstmals die Durchschallung des Schädels zur Darstellung der Ventrikel. Die Methode wurde von ihm Hyperphonographie genannt. Ende der 40er Jahre wurde in den USA das Ultraschall-Reflexionsprinzip bei Untersuchungen biologischer Objekte genutzt beschrieben Ludwig und Struthers den Einsatz von Ultraschall zum Auffinden von Gallensteinen. Die Darstellung anatomischer Details gelang Howry und Bliss Sie entwickelten die B-Bild-Technologie. Das Messobjekt befand sich dabei in einem Wasserbad. Den Grundstein der Echoenzephalographie legte der Schwede Leksell ebenfalls 1950 mit der Darstellung des Mittelechos am intakten Schädel beschrieben Edler und Herz zum ersten Mal die Echokardiographie. Satumura berichtete 1959 über Ultraschall-Doppler- Methoden zur Überprüfung der kardialen Funktion. Die Einführung der Echtzeit-Bildgebung durch Krause und Soldner 1965 haben dem Ultraschall einen ungeahnten Aufschwung in der nichtinvasiven Untersuchung des menschlichen Körpers gegeben. Nachfolgend wird ein Überblick über die wichtigsten physikalisch-technischen Grundlagen der heutigen Ultraschalldiagnostik gegeben Schallwelle Wird ein Molekül zu einer Schwingung um seine Ruhelage herum angeregt, so wird diese Schwingung auf das benachbarte Molekül des Mediums übertragen, von diesem auf das nächste Molekül und so weiter. Es wird dabei eine Bewegungsenergie von einem Molekül auf die benachbarten Moleküle weitergeleitet, die sich sinusförmig im Medium ausbreitet. Diese kontinuierliche Weiterleitung der Bewegungsenergie wird als fortlaufende Welle, als Schallwelle, bezeichnet. Es kommt zu einer abwechselnden Kompression (Druckphase) und Kavitation (Sogphase) in der Materie (Abb. 1.1). Die Atome bzw. Moleküle können sowohl längs als auch quer zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Deshalb unterscheidet man zwischen Longitudinalwellen (längs zur Ausbreitungsrichtung) und Transversalwellen (quer zur Ausbreitungsrichtung). In Gasen und Flüssigkeiten können sich nur Longitudinalwellen ausbreiten, weil dort die zur Weiterleitung von Querbewegungen notwendigen Scherkräfte fehlen. Biologisches Gewebe kann physikalisch als zähe Flüssigkeit aufgefasst werden. Je stärker die Bindung zwischen den Molekülen, d. h. je höher die Dichte der Materie, desto höher ist die Schallgeschwindigkeit innerhalb dieser Materie (Tabelle 1.1). Weil der menschliche Körper zumeist aus Wasser besteht, kann die Bedeutung von Transversalwellen vernachlässigt werden. Im Ultraschallbereich angeregte Teilchen schwingen bis 1 Mrd. mal pro Sekunde um ihre Ruhelage. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ist neben der Wellenlänge von der Frequenz abhängig: Der Abstand zwischen zwei Verdichtungsmaxima wird als Wellenlänge bezeichnet. Die Anzahl der Schwingungen eines Moleküls pro Zeiteinheit nennt man Frequenz f. Die Maßeinheit dafür ist Hertz. Ein Hertz ist eine Einzelschwingung pro Sekunde, 1 Hz = 1/s. Für die bildgebende medizinische Diagnostik werden Ultraschallwellen mit einem Frequenzbereich zwischen 2 MHz bis 30 MHz verwendet. Eindringtiefen und Auflösungsvermögen sind in Tabelle 1.2 dargestellt. W. Schäberle, Ultraschall in der Gefäßdiagnostik, DOI / _1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg

17 2 1 Grundlagen Zur Erzeugung von Ultraschallwellen für die medizinische Diagnostik nutzt man den im Jahre 1880 durch die Geschwister Curie entdeckten piezoelektrischen Effekt. Wird auf ein Ionenkristall ein Druck ausgeübt und dieser daraufhin in eine bestimmte Richtung elastisch deformiert, verschieben sich in Inneren die Ladungen. Dadurch treten an dessen Oberflächen elektrische Spannungen auf auf der einen Seite negative, auf der anderen positive. Je höher der Druck, desto größer die Spannung. Wird nun umgekehrt an den Oberflächen eines Piezokristalls eine elektrische Spannung angelegt, verlängert oder verkürzt sich dieser, je nach Richtung der Spannung. Durch Anlegen einer Wechselspannung beginnt der Kristall zu schwingen. Besonders stark piezoelektrisch wirksam sind Quarz und Turmalin. Zur Herstellung moderner Ultraschallsonden werden mit kristallinen Anteilen versetzte Kunststoffe, z. B. PVDF (Polyvinilydene Fluoride), verwendet. Abb. 1.1 Schematische Darstellung in der Fortleitung einer Longitudinalwelle mit abwechselnder Druckphase (Kompression) und Sogphase (Kavitation) (freundlicherweise überlassen von Fa. Hitachi, ebenso wie Abschnnitt ) Dabei ist die Wellenlänge λ der kürzeste Abstand zweier gleichartiger Bewegungszustände der schwingenden Teilchen (Tabelle 1.3). Die mittlere Schallgeschwindigkeit im menschlichen Gewebe ist ca m/s. Dabei ergeben sich die Wellenlängen mit denen in der Ultraschalldiagnostik gearbeitet wird abhängig von der Sendefrequenz (von 0,7 mm Wellenlänge bei einer Frequenz von 2 MHz bis 0,15 mm Wellenlänge bei einer Frequenz von 10 MHz) Ultraschallerzeugung Physikalische Einflussfaktoren auf das Ultraschallschnittbild (B-Bild) Das Ultraschallbild entsteht durch auf den Schallkopf reflektierte, aus verschiedenen Tiefen kommende Echos, entstanden aus einem ausgesandten Ultraschallimpuls mit einer bestimmten Frequenz. Ein zweidimensionales Bild entsteht durch nebeneinander liegende Ultraschalllinien. Bei der zweidimensionalen Schnittbilddarstellung werden kurze Ultraschallimpulse mit wenigen Wellenlängen verwendet, um eine möglichst gute Ortsauflösung zu erzielen. Die Zeit zwischen Aussenden und Empfangen des reflektierten Ultraschallimpulses, die Laufzeit, ist Ausdruck der Entfernung zwischen Schallkopf und reflektierendem Teilchen. Eine Reflexion von Ultraschallimpulsen entsteht an Grenzflächen von Medien mit unterschiedlichen Eigenschaften in der Schallfortleitung. So besitzt jede Gewebestruktur im menschlichen Körper einen typischen Tabelle 1.1 Typische Werte von Schallgeschwindigkeit, Dichte und Dämpfung Substanz Schallgeschwindigkeit [m/s] Dichte [g/cm 2 ] Fett ,97 0,5 Knochenmark ,97 Muskel ,04 2 Leber ,055 0,7 Gehirn ,02 1 Knochen (kompakt) , Wasser (20 C) ,9982 0,002 Luft (NN) 331 0,0013 Dämpfung [db/mhz cm] Tabelle 1.2 Typische Kennwerte für diagnostischen Ultraschall Sendefrequenz [MHz] Wellenlänge [mm] Eindringtiefe [cm] Laterale Ortsauflösung [mm] 2 0, ,8 3,5 0, ,7 0,5 5 0, ,2 0,35 7,5 0,21 6,7 0,8 0, ,16 5 0,6 0,2 15 0,1 3,3 0,4 0,15 Axiale Ortsauflösung [mm]

18 1.1 Technische Grundlagen der Ultraschalldiagnostik 3 Tabelle 1.3 Charakteristik der Schallwelle Periode: Zeit einer vollen Schwingung Wellenlänge: Räumliche Ausdehnung einer Periode Frequenz: Anzahl der Perioden pro Sekunde Amplitude: Maß der Schallenergie Schallwiderstand, die Impedanz. Die Impedanz ist das Produkt aus der Schallausbreitungsgeschwindigkeit und der Dichte des Mediums. Das Ultraschallbild vom menschlichen Gewebe ist somit nicht Abbild einer Gewebestruktur an sich, sondern von Gewebegrenzflächen unterschiedlicher akustischer Impedanz. Je höher der Impedanzsprung ist, umso höher ist die Reflexion und umso geringer die Transmission in das tiefer gelegene Gewebe. Neben der Reflexion und der Streuung wird das Ultraschallbild noch von den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Brechung, Interferenz, Beugung, Dämpfung und Absorption beeinflusst. Reflexion und Brechung Für die Schallausbreitung im Gewebe gelten die Gesetze der Wellenoptik. An den Grenzflächen zwischen Gewebe unterschiedlichen Dichte kommt es zu einem Impedanzsprung. Als Impedanz wird der Schallwellenwiderstand Z bezeichnet, der sich aus Schallgeschwindigkeit x Dichte berechnet. An einer solchen akkustischen Grenzfläche wird ein Teil der ankommenden Schallwelle reflektiert ( Reflexion), der andere Teil läuft weiter ins Gewebe ( Transmission) und wird dabei gebrochen (Abb. 1.2). Der Reflexionsgradient R lässt sich bei senkrechtem Einfall einer Schallwelle auf eine Grenzfläche berechnen durch: Beim Übergang von z. B. Lebergewebe (Z1 = 1, ) zum Nierengewebe (Z2 = 1, ) errechnet sich ein Reflexionsgradient von 0, Das bedeutet, dass weniger als ein Hunderttausendstel der eingeschallten Energie an dieser Grenzfläche reflektiert werden. Beim Übergang von Fettgewebe (Z1 = 1, ) zu Luft (Z2 = 43) berechnet sich ein Reflexionsgradient von 0,9987. Mehr als 99% der eingeschallten Energie wird hier reflektiert. Dies bedeutet nahezu Totalreflexion. Es steht nach dieser Grenzfläche keine Ultraschallenergie mehr zur Verfügung, die weiter in das Gewebe eindringen kann. Dadurch sind gasgefüllte Darmabschnitte und die Lunge nicht schallbar. Ebenso ist es deswegen notwendig, die Luftschicht an der Kontaktstelle zwischen Schallkopfoberfläche und der Haut mit Hilfe eines Kontaktgels zu eliminieren. Die reflektierten Echoimpulse von Grenzflächen unterschiedlicher akustischer Impedanz können nur dann weiterverarbeitet werden, wenn sie relativ senkrecht im Schallstrahl liegen (Einfalls-/Ausfallswinkel). Deshalb erscheinen senkrecht getroffene Strukturen (Gefäßwände) im Gegensatz zu tangential angeloteten Gefäßwänden relativ hell, der überwiegende Anteil der reflektierten Echoimpulse kann empfangen werden. Reflexion tritt an Grenzflächen von Teilchen auf, deren Ausdehnung größer ist als die Wellenlänge, bei kleinerer Ausdehnung überwiegt die Streuung. Abb. 1.2 Schematische Darstellung zu den Gesetzen der Wellenoptik (siehe Text) (freundlicherweise überlassen von Fa. Hitachi) Abb. 1.3 Streuung von Schallwellen: Meist trifft der Schallstrahl nicht senkrecht auf reflektierende Strukturen und der überwiegende Teil der zurückgestrahlten Ultraschallenergie basiert auf dem Streuungseffekt. Dabei wird Schallenergie nach allen Seiten abgestrahlt und über einen geringen Teil der vom Transducer aufgrund der diffusen empfangenen Rückstreuung wird das Ultraschallbild aufgebaut und als Impedanzsprung an Gewebe verarbeitet. Bei gleicher Änderung der akustischen Impedanz im Gewebe gibt es bei Reflexion einen sehr viel intensiveren Reflex als bei Streuung (es kommt somit schlechter zur Darstellung) (mod. nach Widder 2004)