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Ultraschallgeräte in der Neurologie

Ultraschall hat in den letzten Jahrzehnten eine immer wichtigere Rolle in der Neurologie eingenommen. Diese nicht-invasive Bildgebungstechnik bietet eine kostengünstige und schnelle Methode zur Untersuchung von neuralen Strukturen und Pathologien. Im Folgenden werde ich detailliert auf die spezifischen Typen von Ultraschallgeräten für neurologische Anwendungen und ihre technischen Merkmale eingehen.

Die Auswahl des geeigneten Ultraschallgeräts ist entscheidend für die Qualität der Untersuchung. Dabei unterscheiden wir im Wesentlichen zwischen zwei Hauptkategorien:

  • Mobile Ultraschallgeräte (Laptop-Ultraschallgerät und Handheld-Ultraschallgerät)
    • Diese kompakten Ultraschallgeräte sind leichtgewichtig und daher besonders geeignet für den Einsatz direkt am Patientenbett oder in der Notaufnahme. Sie sind im Vergleich zu High-End-Geräten preiswerter, jedoch bieten mobile Ultraschallgeräte meist eine geringere Bildqualität. Diese Geräte sind vor allem für schnelle orientierende Untersuchungen nützlich, wie etwa zur Überprüfung des Hirndrucks oder zur Früherkennung eines Schlaganfalls. Ein mobiles Ultraschallgeräte kostet ungefähr zwischen 3.500 € – 20.000 € netto.
    • Eine Sonderform der tragbaren Ultraschallgeräten sind Hand-Ultraschallgeräte sind sehr kompakt und in etwa so klein wie ein Smartphone. Aufgrund ihrer Größe werden sie auch als Kitteltaschen-Gerät bezeichnet. Einige Modelle können sogar kabellos per Bluetooth betrieben werden. Ein Hand-Ultraschallgerät kostet zwischen 3.500 € – 11.000 € netto.
  • High-End-Geräte
    • Diese Geräte sind mit modernster Technologie ausgestattet und liefern eine hervorragende Bildqualität. Sie werden primär für komplexe neurologische Untersuchungen eingesetzt, bei denen höchste Präzision erforderlich ist. Sie sind in der Regel teurer und weniger mobil, jedoch bieten sie eine Vielzahl von Zusatzfunktionen.
    • High-End-Geräte bieten oft eine Auflösung, die fein genug ist, um kleinste Veränderungen in Nervenstrukturen oder Blutgefäßen darzustellen. Dies ist besonders wichtig bei der Diagnose und Überwachung von komplexen Pathologien wie Multipler Sklerose oder Hirntumoren.
Ultraschallgeräte Arten: Handheld, Laptop-Gerät und Konsolengerät
So sieht ein Handheld, ein tragbares Laptop-Ultraschallgerät und ein konventionelles Konsolensystem aus.

Welche Bildgebungsmodi sollte ein Ultraschallgerät für die Neurologie haben?

  • B-Mode (Helligkeitsmodus): Dies ist der Grundmodus für die meisten Ultraschalluntersuchungen und bietet zweidimensionale Schnittbilder der untersuchten Struktur. In der Neurologie wird der B-Mode oft für die Darstellung der Gehirnstruktur oder peripherer Nerven verwendet.
  • M-Mode (Bewegungsmodus): Der M-Mode wird hauptsächlich zur Untersuchung der Bewegung von Strukturen über die Zeit genutzt. In der Neurologie kann dieser Modus beispielsweise zur Beurteilung der Zwerchfellfunktion bei Patienten mit Spätmanifestation der Pompe-Krankheit (Late-onset Pompe disease, LOPD) eingesetzt werden.
    • Der M-Modus wird in der Neurologie auch in Kombination mit der koronalen transkraniellen Sonographie verwendet, insbesondere zur Diagnose und Differenzierung von Parkinson-Krankheit und essentiellem Tremor. Diese Studie hat gezeigt, dass die Verwendung einer koronaren Untersuchungsebene die diagnostische Stärke bei der Unterscheidung von Parkinson-Krankheit von essentiellem Tremor und gesunden Kontrollen verbessert hat.
  • Doppler-Modus: Der Doppler-Ultraschall ist unerlässlich für die Beurteilung des Blutflusses in den zerebralen Gefäßen. Dies ist besonders wichtig für die Diagnose und Überwachung von Erkrankungen wie Schlaganfall, Aneurysmen oder anderen vaskulären Anomalien.
    • Farbdoppler: Der Farbdoppler zeigt den Blutfluss in verschiedenen Farben an, um die Richtung und Geschwindigkeit des Blutes zu visualisieren. Erfahren Sie hier mehr über Farbdoppler und Farbduplex-Ultraschall.
    • Spektraler Doppler: Dieser Modus bietet eine detaillierte Analyse der Blutflussgeschwindigkeit und -richtung, was für die genaue Beurteilung von Gefäßerkrankungen entscheidend ist.
  • Duplexsonographie: Die Duplexsonographie kombiniert den B-Mode mit dem Doppler-Modus, um sowohl die anatomische Struktur als auch den Blutfluss in einem einzigen Bild darzustellen. Dies ist besonders nützlich in der Neurologie, wo die genaue Lokalisierung von Blutflussanomalien in Bezug auf die umgebenden Strukturen oft kritisch für die Diagnose und die weitere Behandlungsplanung ist.
    • Farbduplex: In der Farbduplex-Sonographie wird der Farbdoppler mit dem B-Mode kombiniert. Hierdurch wird nicht nur die Struktur, sondern auch die Fließrichtung und -geschwindigkeit des Blutes farblich im Bild dargestellt. Dies ermöglicht eine sehr genaue Einschätzung von z.B. Stenosen oder Aneurysmen.
    • Power-Duplex: Der Power-Duplex ist eine Variante, die besonders empfindlich auf den Blutfluss reagiert und auch niedrigste Flussraten detektieren kann. Dies kann in spezialisierten neurologischen Anwendungen von Bedeutung sein.
  • 3D/4D-Modus: Obwohl in der Neurologie weniger häufig verwendet, können 3D und 4D Ultraschall in spezialisierten Fällen wertvolle Informationen liefern. Sie bieten die Möglichkeit, ein räumliches Bild der untersuchten Struktur zu erstellen und dieses in Echtzeit (4D) zu beobachten.
    • Der 4D-Ultraschall wird in der Neurologie zur Beurteilung der neurologischen Reifung und Entwicklung bei fetaler Wachstumsrestriktion (FGR) eingesetzt. Diese Studie untersuchte die Gesichtsausdrücke von Feten im geeigneten Gestationsalter (AGA) und FGR-Feten im Alter zwischen 28 und 35 Schwangerschaftswochen mittels 4D-Ultraschall. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Anzahl signifikanter Korrelationen fetaler Gesichtsausdrücke bei FGR-Feten im Vergleich zu AGA-Feten in der 32.–35. Schwangerschaftswoche stärker zunimmt. Dies deutet auf eine Beschleunigung der neurologischen Reifung und Entwicklung bei FGR-Feten hin.
  • Elastografie: Diese Technologie misst die Steifheit von Geweben und kann in der Neurologie zur Beurteilung von Tumoren oder Narbengewebe eingesetzt werden.
  • Kontrastverstärkter Ultraschall (CEUS): Für spezialisierte Anwendungen, etwa bei der Beurteilung von Tumoren, Entzündungen oder einem offenen Foramen ovale kann CEUS hilfreich sein, um die Bildqualität und diagnostische Genauigkeit zu verbessern.
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Welche Ultraschallsonde sollte ein Neurologie-Ultraschallgerät haben?

Linearsonden

Diese Sonden werden oft für die Untersuchung peripherer Nerven oder der Halsgefäße verwendet. Sie haben eine hohe Auflösung und sind gut für die Darstellung von Strukturen geeignet, die sich nahe an der Hautoberfläche befinden.

Ein Arzt untersucht die Arteria carotis (Halsschlagader) mit einem Ultraschallgerät und einer Linearsonde.
Ein Arzt untersucht die Arteria carotis (Halsschlagader) mit einem Ultraschallgerät und einer Linearsonde.

Die Hockeystick-Sonde ist eine spezielle Form der Linearsonde und zeichnet sich durch ihre kleine, gebogene Scanning-Fläche aus, die hochauflösende Bilder ermöglicht. Diese Sonde ist insbesondere für die Untersuchung von kleinen, oberflächlichen Strukturen geeignet und wird daher oft für die Darstellung peripherer Nerven verwendet.

Phased-Array-Sonden

Diese Sonden ermöglichen eine tiefere Penetration und werden daher oft für die Untersuchung der Hirnstrukturen durch die Schädeldecke (transkraniell) verwendet. Sie bieten jedoch eine geringere Auflösung als lineare Sonden.

Transkranielle Doppler-Sonden

Speziell für transkranielle Anwendungen gibt es auch Doppler-Sonden, die für die Beurteilung des zerebralen Blutflusses optimiert sind. Diese Sonden sind so konzipiert, dass sie leicht an den verschiedenen „Schallfenstern“ des Schädels positioniert werden können. 

Spezialsonden

In einigen Fällen können auch spezielle Sonden erforderlich sein, beispielsweise Nadel-Führungssonden für neurologische Interventionen oder intraoperative Sonden, die steril sind und während chirurgischer Eingriffe verwendet werden können.

Die Auswahl der richtigen Ultraschallsonde ist entscheidend für die Qualität der Untersuchung und kann die diagnostische Genauigkeit erheblich beeinflussen. Daher sollte die Wahl der Sonde immer auf der Grundlage der spezifischen Anforderungen der jeweiligen neurologischen Untersuchung getroffen werden.

Anwendungsgebiete

Ultraschalltechnologie hat eine Vielzahl von Anwendungen in der Neurologie gefunden. Von der Diagnostik des Schlaganfalls bis zur Überwachung von Hirndruck bietet die Methode nicht nur schnelle, sondern auch genaue Informationen. Hier sind die Hauptanwendungsgebiete detailliert beschrieben:

Schlaganfall-Diagnostik

Früherkennung: Die rasche Erkennung eines (ischämischen) Schlaganfalls, der oft durch eine Stenose (Verengung) eines wichtigen Blutgefäßes im Gehirn verursacht wird, ist entscheidend für den Behandlungserfolg. Ultraschall ermöglicht eine sofortige Beurteilung der Blutflussverhältnisse im Gehirn und kann so dazu beitragen, eine Stenose und damit ein erhöhtes Risiko für einen ischämischen Schlaganfall schnell zu diagnostizieren und einzuschätzen. Dies ist besonders in Notfallsituationen nützlich, wo jede Sekunde zählt.

Die transkranielle Dopplersonographie (TCD) kann zur Messung der Flussgeschwindigkeit in den basalen Arterien des Gehirns verwendet werden. Dies ist nützlich zur Beurteilung relativer Veränderungen des Blutflusses, zur Diagnose fokaler Gefäßstenosen und zum Nachweis embolischer Signale in diesen Arterien. TCD kann auch zur Beurteilung der physiologischen Gesundheit eines bestimmten Gefäßgebiets verwendet werden. Dies geschieht durch Messung der Blutflussreaktionen auf Veränderungen des Blutdrucks (zerebrale Autoregulation), Veränderungen im endtidalen CO2 (zerebrale Vasoreaktivität) oder kognitive und motorische Aktivierung (neurovaskuläre Kopplung oder funktionelle Hyperämie).

Verlaufskontrolle: Nach der Akutversorgung ist die kontinuierliche Überwachung des Patienten erforderlich, um den Erfolg der Behandlung sicherzustellen. Ultraschall bietet hier die Möglichkeit, Veränderungen im Zustand des Gehirngewebes und der zerebralen Durchblutung in Echtzeit zu verfolgen, was eine präzise Anpassung der Therapie ermöglicht.

Untersuchung von Nervenbahnen

Periphere Nerven: Ultraschall kann auch bei der Beurteilung von peripheren Nerven sehr hilfreich sein. Ob es sich um die Diagnose von Karpaltunnelsyndrom oder die Überwachung von Nervenschäden bei Diabetes handelt, die hohe Auflösung des Ultraschalls ermöglicht eine detaillierte Darstellung der Nervenstrukturen.

Zentrale Nervenbahnen: Die Visualisierung von zentralen Nervenbahnen ist komplexer, kann jedoch ebenfalls durch Ultraschall unterstützt werden. Durch modernste High-End-Geräte ist es möglich, auch tiefere Strukturen des Gehirns zu beurteilen, was insbesondere bei der Erforschung und Diagnostik von Erkrankungen wie Multipler Sklerose von Nutzen ist.

Überwachung von Hirndruck

Verfahren und Techniken: Die Messung des Hirndrucks ist ein entscheidender Faktor bei der Überwachung von Patienten mit Traumata, Tumoren oder Hydrozephalus. Ultraschalltechnologie bietet hier nicht-invasive Verfahren, wie zum Beispiel die Messung des Durchmessers des Sehnervs, um den intrakraniellen Druck indirekt zu beurteilen.

Klinische Relevanz: Die Fähigkeit, den Hirndruck effektiv und sicher zu überwachen, ist von größter Bedeutung in der Neurologie. Eine genaue Messung kann entscheidend sein für die Wahl der richtigen Therapie und die Einschätzung des Krankheitsverlaufs, und in einigen Fällen sogar lebensrettend sein.

Weitere Anwendungen in der Neurosonologie

Die Neurosonologie ist ein spezialisiertes Gebiet der Neurologie, das sich auf den Einsatz von Ultraschalltechnologien zur Untersuchung von neurologischen und neurovaskulären Erkrankungen konzentriert. Weitere Anwendungen sind z. B.:

  • Erkennung von Vasospasmen: Bei Patienten mit Subarachnoidalblutung wird Ultraschall zur Detektion von Vasospasmen eingesetzt.
  • Auswahl für Bluttransfusionen: Bei Patienten mit Sichelzellanämie wird Ultraschall verwendet, um geeignete Kandidaten für Bluttransfusionen als primäre Schlaganfallprävention zu identifizieren.
  • Rechts-Links-Shunt-Tests: Ultraschall wird zur Durchführung von Rechts-Links-Shunt-Tests verwendet.
  • Emboliedetektion: Ultraschall wird zur Erkennung von Embolien eingesetzt.
  • Beurteilung der Vasomotorik: Ultraschall wird zur Beurteilung der vasomotorischen Reaktivität verwendet.
  • Bestätigung des zerebralen Kreislaufstillstands: Ultraschall wird als nicht-invasive Methode zur Bestätigung des zerebralen Kreislaufstillstands eingesetzt.
  • Differentialdiagnose von Bewegungsstörungen: Transkranielle parenchymale Sonographie kann bei der Differentialdiagnose von Bewegungsstörungen assistieren.
  • Diagnose von Einklemmungsneuropathien: Ultraschall mit Hochfrequenzsonden kann strukturelle Informationen zur zugrunde liegenden Ätiologie von Einklemmungsneuropathien liefern.

Nützlichkeit von POCUS in der Neurologie

Die Point-of-Care-Ultraschalltechnologie (POCUS) hat sich als wertvolles diagnostisches Instrument in verschiedenen medizinischen Fachbereichen etabliert. In der Neurologie bietet POCUS eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, die von der Beurteilung extrakranieller Gefäßerkrankungen über muskuloskelettale (MSK) Erkrankungen und neuromuskuläre Störungen (NMD) bis hin zu neuroophthalmologischen Zuständen und Verfahrensanleitungen reichen.

  • Extrakranielle Gefäßerkrankungen
    • POCUS kann zur Früherkennung von Personen mit hohem Risiko für Karotisarterienstenose (CAS) eingesetzt werden. Dies ermöglicht die frühzeitige Einleitung von Risikofaktor-Modifikationen und optimaler medizinischer Therapie.
  • Transkranieller Doppler
    • Mit dieser Technik können Veränderungen im Blutfluss erkannt werden, die auf Bereiche der Stenose oder potenzielle akute Ischämie, Vasospasmus oder Subarachnoidalblutungen hinweisen könnten.
  • Neuromuskuläre Störungen
    • Neuromuskulärer Ultraschall (NMUS) kann als Ergänzung zur EMG und zur neurologischen Untersuchung bei der Beurteilung von NMD verwendet werden.
  • Muskuloskelettale Anwendungen
    • POCUS wird sowohl diagnostisch als auch therapeutisch zur Beurteilung des MSK-Systems eingesetzt.
  • Neuro-Ophthalmologische Anwendungen
    • Transorbitale Sonographie kann zur Beurteilung des Sehnervs und der möglichen Neuropathie sowie zur Diagnose und Nachsorge einer akuten Optikusneuritis verwendet werden.
  • Verfahrensanleitungen
    • POCUS kann auch als Kartierungsinstrument zur Definition anatomischer Orientierungspunkte bei der Durchführung von Verfahren wie Lumbalpunktion oder Botulinumtoxin-Injektionen dienen.

Traditionell wurden der Kopf und insbesondere das Zentralnervensystem ausgeschlossen, da der Zugang zum Gehirn aufgrund der Beschränkung des Schädels nicht möglich ist. Der Point-of-Care-Ultraschall im B-Modus ermöglicht jedoch bei neurologischen Notfällen diagnostische, therapeutische und Überwachungsansätze bei kritisch kranken Patienten. Obwohl die Computertomographie (CT) der Goldstandard für die Erstbewertung vieler neurologischer Pathologien ist, bietet der B-Mode eine Annäherung an die Verschiebung der Mittellinie und an akute Blutungen. In Kombination mit dem transkraniellen Doppler können auch hämodynamische Schätzungen vorgenommen werden. Dies ermöglicht die Diagnose oder Nachverfolgung eines erhöhten intrakraniellen Drucks, was die Auswahl pharmakologischer Behandlungen erleichtern und deren therapeutische Wirkung überwachen kann.

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Vergleich zwischen einem Handheld-Ultraschallgerät und einem traditionellen Ultraschallgerät zur Durchführung der transkraniellen Sonografie bei Patienten mit Parkinson-Krankheit

Diese Studie zielte darauf ab, die Leistungsfähigkeit eines tragbaren Handheld-Ultraschallgeräts mit der eines traditionellen Ultraschallgeräts bei der Durchführung der transkraniellen Sonografie (TCS) bei Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) zu vergleichen. Insgesamt wurden 129 Personen in drei Gruppen eingeteilt und untersucht. Die Studie verwendete verschiedene statistische Methoden, um die Übereinstimmung der Messungen zwischen den beiden Geräten zu bewerten. Die Ultraschallgeräte waren folgende:

  • Handheld-Ultraschallgerät: Philips Lumify S4-1, ein app-basiertes Ultraschallgerät mit einer Phased-Array-Sonde von 4–1 MHz. Es wurde in Verbindung mit einem Samsung Galaxy Tab S4 10.5″ verwendet.
  • Konventionelles Ultraschallgerät: Philips HD11.XE/HD11, ausgestattet mit einer S4-2, 4–2 MHz Phased-Array-Sonde.

Das Handheld-Ultraschallgerät zeigte eine gute Übereinstimmung mit den Messungen, die mit dem traditionellen Gerät durchgeführt wurden. Es ist daher eine praktikable Bildgebungsmethode für die Durchführung von TCS und bietet gute Sensitivität und Spezifität für die Diagnose von PD.

  • Die Übereinstimmung bezüglich der Qualität des transtemporalen Knochenfensters (TW) war sehr hoch, mit einem Kappa-Koeffizienten von 100% für das rechte TW und 83% für das linke TW.
  • Die intraklassen Korrelationskoeffizienten (ICC) für die Messungen der Mesencephalon-Fläche, der Substantia nigra (SN)-Fläche und der Größe des dritten Ventrikels waren ebenfalls hoch, was auf eine gute Übereinstimmung zwischen den beiden Geräten hindeutet.
  • Die Studie stellte fest, dass das Handheld-Ultraschallgerät eine gute Sensitivität und Spezifität für die Diagnose von PD aufweist.
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