Dynamische dreidimensionale Echokardiographie

M E D I Z I N
AKTUELL
Michael Vogel1
Raimund Erbel2
Thomas Buck2
Annette Geibel-Zehender3
Konrad Bühlmeyer1
Helmut Wollschläger3
ie Echokardiographie hat
sich als ein weit verbreitetes,
nicht invasives Untersuchungsverfahren zur Darstellung der Anatomie des Herzens
für viele klinische Fragestellungen
als äußerst wertvoll erwiesen. Mit
dieser Methode gelingt es, die
Bewegung des Herzens in Echtzeit
von verschiedenen transthorakalen oder transösophagealen
Schallebenen aus darzustellen. Die
Interpretation der von verschiedenen Anlotpunkten aus aufgenommenen zweidimensionalen Echokardiogramme erfordert ein gutes
räumliches Vorstellungsvermögen
des Untersuchers. Besonders bei
komplexen angeborenen Herzfehlern ist eine genaue Kenntnis der
anatomischen Verhältnisse und
der damit verbundenen hämodynamischen Veränderungen sowie
eine große Erfahrung notwendig,
um Fehldiagnosen zu vermeiden
(3). Die logische Weiterentwicklung aller bildgebenden Verfahren
ist auf eine räumliche Darstellung unter zuhilfenahme einer
dreidimensionalen Rekonstruktion ausgerichtet (Textkasten). Erste
Versuche einer dreidimensionalen Darstellung des Herzens durch
die Technik der Echokardiographie sind bereits während der siebziger Jahre unternommen worden (2). Sie waren wegen des komplizierten, zur Aufnahme des Herzens benötigten Instrumentariums
und des enormen Zeitaufwands
der dreidimensionalen Rekonstruktion nur in Forschungsprojekten realisierbar, aber nicht klinisch
anwendbar (1). Mit der in
Deutschland entwickelten EchoComputer-Tomographie (20) steht
nun zum ersten Mal ein Gerät in
der Medizin zur Verfügung, welches in der Lage ist, mit einem vertretbaren zeitlichen und auch in-
D
Dynamische dreidimensionale
Echokardiographie
Ein neues bildgebendes Verfahren zur
Darstellung der Anatomie und Funktion des Herzens
Die dreidimensionale Darstellung des
Herzens durch Rekonstruktion von
multiplen sequentiellen tomographischen Schichten mittels Ultraschall ist
ein neues bildgebendes Verfahren. Die
dreidimensionale Echokardiographie
kann von transösophageal und bei Kindern und vereinzelt auch bei Erwachsenen von transthorakal durchgeführt
werden. Es können beliebige Schnittebenen durch den Datensatz gelegt werden, die eine genauere und dem jeweiligen Herzfehler besonders angepaßte
Darstellung des Herzens ermöglichen.
strumentellen Aufwand eine dynamische dreidimensionale Darstellung des Herzens durchzuführen.
Dreidimensionale
Datenakquisition
Dreidimensionale Darstellungen des Herzens werden durch Aufnahme des Herzens in multiplen sequentiellen tomographischen
Schichten ermöglicht.
Dazu benötigt man neben einem
konventionellen Ultraschallgerät einen zusätzlichen Computer und entweder speziell bewegliche Schallköpfe oder eine von außen auf konventionelle Schallköpfe aufgebrachte
Mechanik, welche den Schallkopf
1Kinderklinik am Deutschen Herzzentrum
(Direktor: Prof. Dr. med. K. Bühlmeyer)
2Abteilung Kardiologie (Direktor: Prof. Dr.
med. Raimund Erkel) der Medizinischen Klinik und Poliklinik der Universität und Gesamthochschule Essen
3Abteilung Innere Medizin III, Kardiologie
(Direktor: Prof. Dr. med. Hansjörg Just) der
Universitätsklinik Freiburg
A-1028 (40) Deutsches Ärzteblatt 93, Heft 16, 19. April 1996
bewegt. Dabei haben sich drei Methoden bewährt (11):
! Parallele Schnittbildakquisition durch Bewegung einer Schallsonde entlang einer vorgegebenen
Wegstrecke (Grafik 1a),
! Rotierende Schnittbildakquisition durch Rotation einer Schallsonde um 180 Grad (Grafik 1b),
! Fächerförmige Schnittbildakquisition durch Kippen einer
Schallsonde in der Längsachse um jeweils 45 Grad (Grafik 1c).
Die Methode der parallelen,
rotierenden oder fächerförmigen
Aufnahme des Herzens ist transösophageal mittels speziell konstruierter Schallköpfe oder im Falle der
Rotation durch Anschluß einer
Steuermechanik an kommerziell
erhältliche multiplane Schallsonden
möglich. Bei Kindern hat sich die
Methode der transthorakalen Datenakquisition mit Hilfe eines auf
einer Strecke von fünf Zentimeter
parallel verschiebbaren konventionellen Schallkopfes oder mittels
fächerförmiger Bewegung eines
subkostal plazierten konventionellen Schallkopfes bewährt (15). Die
sequentielle Bewegung des Schallkopfes erfolgt bei allen drei Methoden computergesteuert mittels eines Motors, dessen Steuerungslogik
Informationen über die Herz- und
Atemphase erhält, so daß die einzelnen tomographischen Schichten
des Herzens EKG- und atmungsgetriggert aufgenommen werden (7).
Um Bewegungsartefakte zu vermeiden, werden nur Bilder vom Herzen
aufgenommen und gespeichert, die
bei identischen Atemlagen und innerhalb des vom Untersucher vorgegebenen Abstandes der RZacken aufgenommen worden sind.
Momentan ist die dynamische dreidimensionale
Echokardiographie
noch kein Echtzeitverfahren. Alle
40 Millisekunden wird eine Phase
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des Herzzyklus aufgenommen, so
daß bei Säuglingen mit einer Herzfrequenz von 120/min und einem entsprechenden R-ZackenAbstand von 500 msec 12 Phasen
und bei Erwachsenen mit Herzfrequenzen um 60/min und einem R-
Nachverarbeitung
der Daten
Nachdem die Datensätze in der
beschriebenen Weise aufgenommen
worden sind, ist eine Nachverarbeitung durch den Rechner notwendig,
Grafik 1 a
aufwand. Man kann den Zeitaufwand
verkürzen, wenn zum Beispiel isoliert
nur eine Herzklappe dreidimensional
dargestellt werden soll, indem man
innerhalb des dreidimensionalen Datensatzes besondere „regions of
interest“ definiert. Da der UntersuGrafik 1 b
Schrittmotor
Rotationsachse
Transducer
(5MHz)
phased array
64 Elemente
Rotierender Transducer
Ebene n
Schema der Aufnahme rotierter Datensätze des Herzens von transösophageal aus
Grafik 1 c
TransportSchlitten
Ebene 2
Ebene 1
freie axiale
Beweglichkeit
Schematische Darstellung der Aufnahme paralleler Schichten des Herzens durch Zurückziehen eines Schallkopfes auf einem im Ösophagus plazierten Transportschlitten
Zacken-Abstand von 1 000 msec 25
Phasen des Herzzyklus aufgenommen werden. Dementsprechend
dauert die Datenakquisition bei
Kindern zwischen zwei und fünf Minuten (15) und bei Erwachsenen
zwischen 10 und 15 Minuten (9).
Die Rekonstruktionszeiten betragen je nach Erfahrung des Untersuchers zwischen 20 und 40 Minuten.
Eine vollständige dreidimensionale Rekonstruktion eines komplexen angeborenen Herzfehlers kann
in seltenen Fällen auch bis zu vier
Stunden dauern (14, 16).
um dreidimensionale Bilder des Herzens zu rekonstruieren (7). Zunächst
wird im vorhandenen Datensatz diejenige Schnittebene, in der der jeweilig vorliegende anatomische Befund
optimal dargestellt wird, ausgewählt
(14). Da man den dreidimensionalen
Datensatz in allen drei Achsen beliebig aufschneiden und die Herzstrukturen von beliebigen Standpunkten
aus ansehen kann, ist die Zahl dieser
Schnittebenen vielfältig. Die Auswahl der geeigneten Schnittebene ist
subjektiv, bedarf großer Erfahrung
und erfordert einen erheblichen Zeit-
A-1030 (42) Deutsches Ärzteblatt 93, Heft 16, 19. April 1996
Schema der fächerförmigen Aufnahme des Herzens
von transösophageal aus
cher weniger an der Außenansicht als
an bestimmten inneren Strukturen
des Herzens interessiert ist, werden
Schnitte zur Eröffnung des Herzens
angelegt, die in beliebig viele Rich-
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tungen erfolgen können. Vorzugswei- von den Arbeitsgruppen, die sich mit der jeweiligen Herzkammer definiert.
se wählt der Untersucher Längs- und der dreidimensionalen Echokardio- Entlang dieser Achse wird die KamQuerschnitte aus, die der Längsachse graphie beschäftigen, Richtlinien er- mer in ein Millimeter dicke Schichten
des Herzens zugrunde liegen (10, 14). arbeitet, die Schnittebenen zur Dar- geteilt und das Endokard in jeder dieIst die richtige Schnittebene, von wel- stellung der Morphologie der Herz- ser Schichten manuell nachgezeichcher aus der Computer die Rekon- kammern und Herzklappen definie- net. Daraufhin wird die Fläche dieser
struktion durchführt, gefunden, ist es ren, welche klinisch sinnvoll sind.
Schichten berechnet und mit der
auch
notwendig,
Schichtdicke multiSchwellenwerte für
pliziert, um das Vodie Grautöne und
lumen der Schicht zu
SMM
SMM
die Helligkeit zu deerhalten. Die Vofinieren, um zwilumen aller Schichschen Gewebe und
ten werden addiert,
MK
Blut zu unterscheium das GesamtvoMK
den,
bevor
der
lumen zu errechComputer die einen. Diese Methode
gentliche
Rekonder Volumenberechstruktion beginnt.
nung ist unabhängig
Auch dieser Schritt
von der geometrider Rekonstruktion
schen Form der
ist subjektiv und erKammer. Dadurch,
fordert Erfahrung.
daß die Konturen
Die Rekonstruktion
des Endokards mader
jeweiligen Abbildung 1: Darstellung einer supramitralen Membran (SMM) im linken Vorhof und gleichzeitige Dar- nuell nachgezeichSchnittebenen, für stellung eines ähnlichen Befundes bei der Autopsie. Die Pfeile zeigen die Membran, unterhalb derer net werden müssen,
welche der Compu- (dunkler dargestellt) die Mitralklappe (MK) liegt.
dauern Volumenbeter jeweils drei bis
stimmungen der linfünf Minuten benötigt, erlaubt AnDabei haben sich besonders die ken Kammer 10 bis 15 und der rechsichten kardialer Strukturen, die Schnittebenen, die den interoperativen ten Kammer 15 bis 20 Minuten. In
sonst nur bei herzchirurgischen Ein- Ansichten der Herzklappen und der vitro und in vivo sind die Volumengriffen oder Autopsien gefunden Vorhof beziehungsweise Ventrikel- messungen beider Kammern mitwerden (18). Diese Abbildungsebetels dreidimensionanen können mit der bisherigen konler Echokardiograventionellen
zweidimensionalen
phie validiert worEchokardiographie gar nicht oder
den (4, 6, 9).
LA
nur in ganz seltenen Fällen gewonnen
AO
werden. So ist es zum Beispiel möglich, vom jeweiligen Vorhof aus auf
Klinische
die Trikuspidal- oder Mitralklappe zu
Anwendungen
schauen und so die jeweilige AVDie bisherigen
Klappe so darzustellen, wie der Chirklinischen Studien
urg sie während einer Trikuspidalmit der dreidimenoder Mitralklappenoperation sehen
sionalen Echokarkann (Abbildung 1). Um einen bediographie
haben
sonders guten Blick auf intrakardiale
gezeigt, daß sich geStrukturen zu erhalten, kann man mit
LV
nauer als bisher die
Hilfe des Rechnerprogramms die
Volumina der HerzWände einzelner Herzkammern
kammern und damit
elektronisch entfernen, was besonderen globale und
ders für die seitliche Aufsicht auf das
regionale Funktion
Vorhof- oder Ventrikelseptum von
quantifiziert
läßt,
Bedeutung ist. In einer Schnittebene,
bei
die die direkte Aufsicht auf das Ven- Abbildung 2: Darstellung eines Aneurysmas an der Hinterwand des linken Ven- insbesondere
trikelseptum vom rechten Ventrikel trikels. Um dieses sichtbar zu machen wurde die Vorderwand der linken Kammer pathologisch veränHerzkamher darstellt, kann die Fläche eventu- (elektronisch) entfernt. (LA = linkes Atrium, LV = linker Ventrikel, Ao = Aorta) derten
mern mit komplexer
ell vorhandener Ventrikelseptumdefekte gemessen werden (13). Um eine scheidewänden entsprechen, bewährt. geometrischer Form (5, 8) wie zum
einheitliche Bildwiedergabe der drei- Volumenmessungen im dreidimensio- Beispiel bei Patienten mit einer
dimensional rekonstruierten Befun- nalen Datensatz werden durchgeführt, koronaren Herzerkrankung und
de zu erreichen (10), werden derzeit indem man zunächst die längste Achse Ventrikelaneurysmen.
Deutsches Ärzteblatt 93, Heft 16, 19. April 1996 (43) A-1031
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Dieses war mit der bisherigen
zweidimensionalen Echokardiographie schwierig (6) (Abbildung 2).
Neue und zusätzliche Informationen werden über den Ursprung,
Geöffnete Aortenklappe
LA
Fibrom auf Aortenklappe
Abbildung 3: Darstellung des Einrisses des rechtskoronaren Segels einer Aortenklappe bei einem 6
Wochen alten Säugling nach Ballondilatation der Aortenklappe. Der Pfeil weist auf das eingerissene Klappensegel. Im oberen Teil der Abbildung ist dieser Einriß nur schwer zu erkennen, im unteren Teil erkennt
man den Einriß besser, nachdem der Datensatz um
30 Grad um die senkrechte Achse gedreht wurde.
dens aus, kombiniert mit dem Blick
auf die Aortenklappe von kaudal,
erlaubt eine detaillierte Analyse der
Klappenstruktur. So kann die Öffnungsfähigkeit der jeweiligen Klap-
Bei komplexen angeborenen
Herzfehlern hat die dreidimensionale
Echokardiographie bisher neue Informationen über zusätzliche muskuläre
Ventrikelseptumdefekte (15), Überreiten von AV-Klappen
(Abbildung 4), MemVor- und Nachteile der dreidimensionalen gegenüber
branen
im
linder zweidimensionalen Echokardiographie
ken Vorhof (Abbildung 1), AusdehVorteile
Nachteile
nung von Subaortenstenosen (16), Morexakte Volumenbestimmung
zusätzliche Kosten
von rechter und linker
phologie der HerzKammer
ohren
bei
Vorhofisomerismus und
Möglichkeit, Wandbewegung
zusätzlicher Zeitaufbei Ventrikelaneurysmata zu
wand
die Morphologie der
beurteilen
gemeinsamen AVKlappe beim kombessere Darstellung von
bei Säuglingen oft
pletten AV-SeptumHerzklappen
Sedierung erforderlich
defekt gebracht (18).
Möglichkeit, Rekonstruktionen bei Adoleszenten und
Die hohe Präzision
durchzuführen, die ähnliche
Erwachsenen nicht
der
dreidimensioAnsichten des Herzens bieten, immer von transnalen Rekonstrukwie der Chirurg sie
thorakal möglich
intraoperativ hat
tion echokardiographischer Daten ist an
Möglichkeit der Mesung der
Autopsiepräparaten
Flächen von Vorhof- und
Ventrikelseptumdefekten
komplexer angeborener Herzfehler ungenauere Diagnostik komtersucht und beplexer angeborener Herzstätigt worden (18).
fehler
die Form und die Ausdehnung intrakardialer Massen, wie Fibrome oder
endokarditischer Vegetationen gefunden (12).
pe vor und nach einer BallondilatatiDerzeitige Probleme
Über die AV-Klappen erhält on (Abbildung 3) – oder vor und
Die Vor- und Nachteile der dreiman zusätzliche Informationen be- nach chirurgischen Eingriffen – besonders bei komplexen AV-Klap- urteilt werden. Dies erlaubt eine dimensionalen gegenüber der zweipenveränderungen wie der Ebstein- bessere Planung der Therapie von dimensionalen Echokardiographie
sind im Textkasten zusammengefaßt.
schen Malformation der Trikuspi- Klappenfehlern.
Da das jetzige Sydalklappe (17), die
stem der dreidimenin der zweidimensionalen
Rekonsionalen
EchoRA
struktion auf der
kardiographie von
Aufnahme von multransthorakal nicht
tiplen sequentiellen
immer vollständig
zweidimensionalen
dargestellt werden
MK
Bildern
besteht,
kann. Bei der Dargibt es ähnlich wie
stellung der Mitralbei der zweidimenklappe vom linken
LV
sionalen EchokarVorhof aus können
diographie Problenicht nur InformaVS
RV
me mit Abbildungstionen über die
VS
artefakten bei der
Klappenränder, sonDarstellung
von
dern auch über
Klappenprothesen.
die Oberfläche der
Klappen in die Dia- Abbildung 4: Darstellung einer über einem Ventrikelseptumdefekt überreitenden Trikuspidalklappe, wo- Die Artefakte bei
gnostik mit einbe- bei der Pfeil auf den Teil des Aufhängungsapparates zeigt, welcher sich im linken Ventrikel befindet, was der Rekonstruktion
zogen werden. Die man als „straddling“ bezeichnet. (RA = Rechtes Atrium, RV = rechter Ventrikel, LV = linker Ventrikel, VS sind geringer, wenn
Darstellung
der = Ventrikelseptum, MK = Mitralklappe). Das linke Bild entstand durch Drehung des Datensatzes um 45 man eine SchnittAortenklappe von Grad in der horizontalen Achse, wodurch man jetzt vom Ventrikel auf die Unterseite der AV-Klappen ebene wählt, bei
der Aorta ascen- blickt und so besser den Aufhängeapparat der Trikuspidalklappe im linken Ventrikel erkennen kann. welcher die KlapA-1032 (44) Deutsches Ärzteblatt 93, Heft 16, 19. April 1996
M E D I Z I N
AKTUELL/FÜR SIE REFERIERT
penprothese von kaudal her beurteilt wird. Strukturen, die durch
Lungenüberlagerung echokardiographisch nicht dargestellt werden können, wie zum Beispiel periphere Pulmonalarterienstenosen, können auch
nicht rekonstruiert werden. Bei Erwachsenen und Adoleszenten ist eine Rekonstruktion von Befunden,
die von transthorakal erhoben werden, oft nicht möglich, und die multiplen sequentiellen Schichten müssen
von transösophageal her aufgenommen werden. Bei Säuglingen und
Kleinkindern ist öfter als bei der
Durchführung einer zweidimensionalen echokardiographischen Untersuchung eine Sedierung notwendig,
da Bewegungsartefakte während der
Datenakquisition eine spätere Rekonstruktion unmöglich machen.
Meistens müssen mehrere Datensätze aufgenommen werden, um einen
Datensatz zu erhalten, welcher für
die Rekonstruktion geeignet ist.
Trotz gewisser Nachteile dieser noch
jungen Untersuchungsmethode lohnt
es sich unserer Ansicht nach, die
dreidimensionale
Echokardiographie weiterzuentwickeln.
Ausblick
Bei einer breiteren klinischen
Anwendung der Methode ist damit zu
rechnen, daß weitere Vorteile der
dreidimensionalen Darstellung der
Herzstrukturen aufgezeigt werden
können.
Zukünftige Entwicklungen werden darin bestehen, die Rechnerzei-
ten erheblich zu verkürzen und die
dreidimensionalen Herzbefunde mittels eines Hologramms dreidimensional wiederzugeben. Das Endziel der
technischen Entwicklung wird die
dreidimensionale Echokardiographie
in Echtzeit sein.
Zitierweise dieses Beitrags:
Dt Ärztebl 1996; 93: A-1028–1033
[Heft 16]
Die Zahlen in Klammern beziehen sich auf
das Literaturverzeichnis im Sonderdruck,
anzufordern über die Verfasser.
Anschrift für die Verfasser:
PD. Dr. med. Michael Vogel
Deutsches Herzzentrum Berlin
Augustenburger Platz 1
13353 Berlin
Verkürzt Tuberkulose die Überlebenszeit von AIDS-Patienten?
Die HIV-Epidemie hat einen
großen Einfluß auf die Inzidenz der
Tuberkulose. Bisher bestand Unklarheit darüber, ob Tuberkulose
den Verlauf der HIV-Erkrankung
beeinflußt. Insbesondere war nicht
bekannt, ob dadurch die Überlebenszeit verkürzt wird.
In der vorliegenden Untersuchung wurden die Daten von 5 249
Patienten aus 17 europäischen Ländern im Zeitraum von 1979 bis 1992
analysiert. Die Patienten wurden in
die Studie aufgenommen, wenn sie
innerhalb eines Monats nach
Diagnosestellung der HIV-Infektion keine Tuberkulose entwickelt
hatten.
Bei einer durchschnittlichen
Beobachtungszeit von 15 Monaten
erkrankten 201 (4 Prozent) der Patienten an Tuberkulose, und 3 889 (74
Prozent) starben. 80 Patienten hatten Lungentuberkulose, 107 extrapulmonale Manifestationen, und 14
Patienten entwickelten beide Formen. Die Tuberkulose wurde durchschnittlich 13 Monate nach Beginn
der Beobachtungszeit diagnostiziert. Ferner kommen die Autoren
zu dem Ergebnis, daß der klinische
Ausbruch der Tuberkulose bei
AIDS-Patienten die Lebenserwartung um 25 Prozent reduziert. Dem-
zufolge wäre Tuberkulose eine der
wenigen vorbeugbaren Todesursachen von AIDS-Patienten. Ob die
erhöhte Mortalität direkt der Tuberkulose zuzuschreiben ist, bleibt nach
dieser Untersuchung aber unklar.
Sollte sich der Zusammenhang jedoch bestätigen, könnten die frühe
Diagnose und die vorbeugende medikamentöse Therapie die Überle-
benszeit von AIDS-Patienten verlängern.
mll
Perneger TV et al: Does the onset of tuberculosis in AIDS predict shorter survival? Results of a cohort study in 17 European countries over 13 years. Br Med J
1995; 311: 1468–1471.
Dr. Perneger, Institute of Social and Preventive Medicine, University of Geneva,
CMU Case Postale, CH-1211 Genf 4,
Schweiz
Epidemiologischer Verlauf des
Magenkarzinoms während der letzten 50 Jahre?
In allen epidemiologischen Studien über das Magenkarzinom ist ein
Rückgang der Tumoren in Antrum
und Korpus und ein Anstieg der Kardiakarzinome festgestellt worden.
Die Autoren aus der Mayo-Klinik
haben die Daten von 342 Patienten
aus Olmsted County analysiert, die
zwischen 1941 und 1990 an einem
Adenokarzinom des Magens verstorben waren. Die Inzidenz des Magenkarzinoms nahm von 48,8 pro 100 000
Personen-Jahre in den 40er Jahren
auf 11,6 pro 100 000 in den 80ern ab.
Die Inzidenz des Kardiakarzinoms
veränderte sich in dem Beobachtungszeitraum von 50 Jahren nicht.
Bei der Abnahme des klassischen
Magenkarzinoms spielen sicher Ernährungsfaktoren eine ausschlaggebende Rolle. Bei dem auf den ösophagogastralen Übergang begrenzten Adenokarzinom dürfte dem Barrett-Epithel eine wichtige pathogenetische Rolle zukommen.
W
Locke III GR, Talley NJ, Carpenter HA,
Harmsen WS, Zinsmeister AR, Melton
III JL: Changes in the Site- and Histology-Specific Incidence of Gastric Cancer
During a 50-Year Period. Gastroenterology 1995; 109: 1750–1756.
Division of Gastroenterology and Internal Medicine, Department of Laboratory
Medicine and Pathology, and Department of Health Sciences Research, Mayo
Clinic and Mayo Foundation, Rochester,
Minnesota 55905, USA
Deutsches Ärzteblatt 93, Heft 16, 19. April 1996 (45) A-1033