Schröder, Ralf-Jürgen: Hochauflösende farbkodierte Duplexsonographie von Hauttumoren In-vitro-, tierexperimentelle und klinische Studien zur Signalverstärkung durch d-galaktosehaltige Ultraschallkontrastmittel

16

Kapitel 5. In-vitro-Untersuchungen zur Kontrastgebung von d-Galaktose in der amplituden-modulierten Farbdopplersonographie bei kontinuierlicher und bei Bolusapplikation

5.1. Problemstellung

Die einmalige Bolusapplikation des d-Galaktose enthaltenden Ultraschallsignalverstärkers Levovist® ermöglicht zwar eine gegenüber der Nativuntersuchung deutlich sensitivere Darstellung insbesondere kleiner intratumoröser Gefäße, jedoch ist die für die Evaluation zur Verfügung stehende Zeitspanne durch das bei der Anflutung auftretende “Colour blooming“, das “Bubble noise“ zerplatzender Mikrobläschen und die kurze Halbwertszeit des Kontrastmittels sehr kurz bemessen. Insgesamt wird durch die Bolusapplikation eine unkontrollierte Signalverstärkung mit einem nur kurzzeitig optimal verwertbaren diagnostischen Fenster bewirkt, die den Sonographeur zu einer sehr raschen und möglichst genauen Einstellung und Begutachtung interessierender Befunde zwingt mit eventuellem zeitdruckbedingtem Informationsverlust. Bislang wurde der Signalverstärker als Bolus zu Beginn einer Untersuchung appliziert. Eine mehrfache Bolusinjektion wäre zwar medizinisch, kaum jedoch ökonomisch vertretbar. Da diese Probleme systemimmanent mit der Bolusinjektion verhaftet sind, wurden Alternativen mit kontinuierlicher Kontrastmittelzufuhr untersucht, die eine kontrollierte Signalverstärkung über einen längeren Zeitraum ermöglichen (1, 2. 74 ). Der Einsatz von Perfusoren zur kontinuierlichen Applikation des Signalverstärkers hat sich hierbei als nützlich erwiesen, da auf diese Weise eine kontrollierte Signalverstärkung über einen längeren Zeitraum erreicht werden kann (1, 40 , 56 , 57 , 74 , 91 ). Eine detailliertere Untersuchung ohne Zeitdruck ist nunmehr möglich. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß nicht alle Möglichkeiten des Signalverstärkers ausgenutzt werden können, da die kontinuierlichen Applikationsverfahren zwar ökonomischer und der Nativuntersuchung überlegen sind, jedoch die Vermeidung bolustypischer Artefakte mit einem gewissen Sensitivitätsverlust erkauft wird, da die Verstärkung des Dopplersignals niemals das Ausmaß wie bei einer Bolusgabe erreicht. Um sowohl eine verlängerte Untersuchungszeit als Vorteil der kontinuierlichen Applikation als auch die hohe Sensitivität als Vorteil der Bolusgabe erreichen zu können, wurde der beide Applikationsmodi in sich vereinende Injektomat “Pulsar®“ von der Firma Medrad entwickelt, welcher neben der kontinuierlichen Infusion auch eine automatische Bolusgabe ermöglicht.

In der vorliegenden Untersuchung soll an einem in-vitro-Gefäßmodell die optimale Kombination aus Basis- und Bolusflußrate für die Powerdopplersonographie evaluiert werden, indem objektiv gemessene und subjektiv-optische Signalstärke miteinander korreliert werden.

5.2. Material und Methodik

Die Abbildung 5-1 zeigt zunächst den Versuchsaufbau in der Übersicht. Detaillierte Erläuterungen werden in den nachfolgenden Kapiteln gegeben.


17

Abbildung 5-1: Versuchsaufbau (Schema).

5.2.1. Künstliches Kreislaufsystem mit künstlicher Lunge

Die Apparatur realisierte ein künstliches Kreislaufsystem, in welches als wesentlichster Bestandteil eine künstliche Lunge integriert wurde. Diese künstliche Lunge bestand aus einem Kapillarmembranoxygenator, welcher in der klinischen Anwendung bei mittels Herz-Lungen-Maschinen gestützten Operationen am offenen Herzen beim Erwachsenen eingesetzt wird. Er arbeitete nach dem Blood-in-flow-Prinzip, beinhaltete ca. 53.000 Kapillaren und realisierte somit eine Oberfläche von ca. 5.3 m². Der Innendurchmesser jeder Kapillare betrug 200 µm. Die Kapillarwände waren mit multiplen Mikroporen von unter 0.7µm Durchmesser versehen, welche den Gasaustausch (CO2 und O2) ermöglichten. Auf der Gasseite des Oxygenators wurde - im Gegensatz zum klinischen Einsatz bei Herzoperationen - ein definierter Unterdruck angelegt, der für eine valide und einstellbare Belastung der in der Ultraschallkontrastmittelsuspension enthaltenen Mikrobläschen sorgte. Über den integrierten Wärmeaustauscher des Oxygenators erfolgte die Temperierung des Gesamtkreislaufes auf 37°C.

5.2.2. Durchmischungsgefäß zur Simulation der venösen Seite

Die Applikation des Ultraschallsignalverstärkers Levovist® mittels des Pulsars® erfolgte am Flüssigkeitseinlauf des Kapillarmembranoxygenators in der Nähe des Wärmeaustauschers. Das Gemisch aus physiologischer Kochsalzlösung, welche als Transportflüssigkeit diente, und Ultraschallkontrastmittelsuspension mußte vor Eintritt in den Oxygenator ein Durchmischungsgefäß durchlaufen, in welchem über das Mischvolumen die "venöse Seite" des Blutkreislaufes nachgebildet wurde. Gleichzeitig diente dieses Gefäß zum Abfangen größerer Luftblasen.


18

5.2.3. Ultraschallmeßanordnung

Nach Passage des Oxygenators wurde für die sonographische Evaluation eine 5-MHz-Schallsonde über einen im Wasserbad angeordneten Schlauch (Innendurchmesser: 16 mm, Dialysierschlauch [Servapor]) als Scanner im Power-Farbdopplermodus benutzt. Beim Mehrgefäßmodell wurde die Schallsonde über vier parallel angeordnete kleinere Gefäße (Innendurchmesser: 0,86mm; Außendurchmesser: 1,52 mm; Material: Polyethylen) angeordnet. Bei beiden Aufbauten wurde zwischen Schallsonde und Gefäß eine Gummiplatte (Spezialabsorptionsgummi, Dicke: 3,0 mm) eingebracht, die eine Ultraschalldämpfung von 17 dB bei 3,5 MHz Dopplerfrequenz bewirkte, so daß eine bei in-vivo-Untersuchungen zu beobachtende Schallabschirmung simuliert werden konnte. Der Nachweis des Ultraschalldopplersignals wurde mit einer in den Kreislauf integrierten CW-Doppler-Sonde in einer fixierten Anordnung (Fetal-Dopplergerät FetaSafe 1 und Ultraschall-Doppler-Meßküvette) erbracht.

5.2.4. Arterielles Filter

Nach Passage der CW-Doppler-Meßanordnung wurde im Kreislauf ein Filter passiert (arterielles Filter AF 1025) welches eine Porenweite von 25µm besaß. Es diente zur Simulation engerer Gefäßabschnitte, sorgte für einen zusätzlichen Abbau von Microbubbles und fing partikuläre Bestandteile im Kreislauf auf.

5.2.5. Hauptkreislauf und Kunstherz

Der Ausgang dieses Kreislaufteiles mündete in einem Vorratstank und dem Hauptkreislauf des Systems. Der Antrieb dieses Kreislaufes erfolgte meist mit dem integrierten Kunstherzsystem (Driver Unit, künstlicher Ventrikel, Windkessel; Abbildung 5-1 ). Die Form dieses aus Silikon hergestellten Phantoms entsprach weitgehend der anatomischen Form des menschlichen Herzens. Um den Widerstand des menschlichen Mediastinums bei der kardialen Dilatation in vivo nachzuempfinden, wurde das künstliche Herz in einem mit Wasser gefüllten Plexiglastank positioniert. Ein elektronisch gesteuerter Hubkolbenantrieb erzeugte die für die “Systole“ bzw. “Diastole“ notwendigen Über- und Unterdrücke. Dieses Kunstherzsystem ermöglichte es, beliebige Fluß- und Druckprofile verschiedenster Gefäße so nachzubilden, daß sie den natürlichen Verhältnissen am Menschen weitestgehend entsprachen.

5.2.6. Rollenpumpenantrieb

Alternativ zur Anwendung des Kunstherzantriebes wurde das Kreislaufsystem zur Vereinfachung über eine Rollenpumpe angetrieben. In diesem Falle war die Frequenz der Druckpulsationen im Gesamtsystem höher, so daß die Meßdatenauswertung bei Fragestellungen insbesondere zur Infusion vereinfacht wurde. Die Glättung der Meßwertkurven wurde auf diese Weise erheblich erleichtert.


19

5.2.7. Meßdatenerfassung

Die Meßdatenerfassung erfolgte am Akustikausgang des Fetal-Doppler-Gerätes über ein spezielles Computersystem (in Abbildung 5-1 als CDAS bezeichnet). Das Computersystem wurde mit einem Standard-Personal-Computer (PC) per serieller Verbindung (in Abbildung 5-1 als RS 232 C bezeichnet) verkoppelt, welches sämtliche Meß- und Regelfunktionen wie beispielsweise die Dopplersignalaufbereitung, die Unterdruckerzeugung und -regulierung, die Erfassung und Registrierung aller Druck-, Temperatur- und pH-Wert-Sensoren, die Datenaufbereitung und die Störungsanalyse überwachte und regelte.

5.2.8. PC-Ankopplung, Meßdatenübertragung

Das auf dem IBM-kompatiblen Personalcomputer installierte spezielle Software-Programm SERITASK ermöglichte die On-line-Datenerfassung und -Visualisierung auf dem Monitor aus den seriell übertragenen Daten. Alle Datenfiles wurden in einem mittels der Software Microsoft® EXCEL lesbaren Format erstellt.

5.2.9. Versuchsdurchführung

Mit dem eben beschriebenen Versuchsaufbau wurden 49 Versuche mit Gabe des Ultraschallsignalverstärkers Levovist® durchgeführt. Jeder Versuch wurde mit zwei Vials Levovist®, aufbereitet mittels 10.8ml Ampuwa [steriles, pyrogenfreies Aqua ad injectabilia] auf 4g Levovist®, in der empfohlenen Konzentration von 300 mg/ml ( 74 ) begonnen und auf einem Videotape mittels eines Super-VHS-Videorecorders der Firma Sony auf Kassetten der Firma BASF mit jeweils 180 min Spielzeit aufgezeichnet.

Als Präparationszeit für das Ultraschallkontrastmittel wurden zwei Minuten festgelegt. Die Präparation von Levovist wurde nach folgendem Standard durchgeführt: Das Ampuwa-Levovist-Gemisch wurde auf einer Präparationshilfe (Heidolph, REAX 2000) für 10 Sekunden auf der Geschwindigkeitsstufe 4 auf einer Skala von 0 bis 9 durchgemischt. Anschließend wurden beide Vials in den Pulsar® aufgezogen.

Nach jedem durchgeführten Versuch wurde das Systemwasser mit einem Sonostat-833-Gerät der Firma Siemens bei einer Leistung von 2 Watt/cm2 fünf Minuten lang von Microbubbles gereinigt. Das infundierte Signalverstärkervolumen wurde vom Computer registriert. Nach Überschreitung von eines zuvor festgelegten Schwellenwertes wurde die Systemflüssigkeit ausgetauscht.

Um die optimale Infusionsrate, Bolusstärke- und Boluskombination und den potentiellen Einfluß der Gefäßlumenweite zu evaluieren, wurden jeweils 31 Versuche mit einem großen und 18 Versuche mit einem kleinen Gefäßmodell durchgeführt. Für das großlumige Gefäßmodell wurde für acht Versuche eine Basisinfusionsrate von 0,5 ml/min. mit additionellen Boli von 1, 2 und 3 ml/s


20

verwendet. Im gleichen Modus wurden weitere elf Versuche mit 1 ml/min. und 13 Versuche mit 2 ml/min. Basisinfusionsrate durchgeführt. Bei dem kleinlumigen Gefäßmodell wurden jeweils vier Versuche mit einer Basisinfusionsrate von 0,5 ml/min. bzw. 1ml/min. sowie fünf Versuche mit Basisinfusionsraten von 2 ml/min. im oben beschriebenen Modus durchgeführt. Während bei den vorgenannten Versuchsreihen jeweils zunächst die Einstellung einer Signalintensitätsplateauphase in der Powerdopplersonographie abgewartet wurde, bevor mit der ersten Bolusapplikation begonnen wurde, wurden anschließend zusätzlich fünf weitere Versuche mit sofortiger Bolusgabe durchgeführt, d.h. einer Bolusapplikation bereits zu Beginn der Infusion, mit dem Ziel, möglichst schnell ein Plateau zu erreichen und die ansonsten lange Anflutungsphase zu vermeiden. Auch bei diesen Versuchen wurde eine Basisinfusionsrate von 1 ml/min. verwendet. Die Bolusinjektionsdauer betrug jeweils eine Sekunde.

Nach Versuchsabschluß wurden die Videoaufzeichnungen von drei dopplersonographisch erfahrenen Personen unabhängig voneinander analysiert und gemäß der in Tabelle 5-1 aufgeführten Skala beurteilt. Diese Ergebnisse wurden mit den vom Computersystem, welches in den Versuchsaufbau integriert war, automatisch registrierten und aufgezeichneten Meßdaten zur Bolusapplikation verglichen.

Für die optisch-semiquantitative Auswertung der auf Video aufgezeichneten Versuche wurde folgende Gradeinteilung verwendet:

Tabelle 5-1: Beurteilungsschema für die optische Signalverstärkungquantifizierung.

Grad

Klassifizierung

1

Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens < 50 %.

2

Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens > 50 %, rotkodierte Pixel überwiegen.

3

Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens > 50 %, gelbkodierte Pixel überwiegen.

4

Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens ca. 80%, Anteil der gelbkodierten Pixel ca. 80 %.

5

Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens = 100 %, homogen gelbkodiert.

6

Wie Stadium 5, jedoch Überfließen der Farbpixel über die Gefäßgrenzen um maximal 10 % des Gefäßdurchmessers.

Anzumerken ist, daß bei dem kleinlumigen Gefäßmodell das Stadium 3 optisch nicht zuverlässig zum Stadium 2 und 4 abzugrenzen war, so daß dieses nicht mit in die Auswertung einbezogen wurde. Folglich entspricht die Differenz von Stadium 2 zu Stadium 4 beim kleinlumigen Gefäßmodell einer Steigerung der Signalstärke in der subjektiv-optischen Quantifizierung um nur einen Grad.


21

5.3. Ergebnisse

5.3.1. Großlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 0,5 ml/min)

In unserer Studie zeigte sich, daß bei einer Infusionsrate von 0,5 ml/min keine falsch positiven Signalverstärkungsgraderhöhungen gesehen wurden. Unabhängig von der Bolusstärke , welche 1 ml/s, 2 ml/s oder 3 ml/s betrug (bei einer Bolusdauer von einer Sekunde somit 1 ml, 2 ml oder 3 ml entsprechend), wurden alle Boli, die an erster und zweiter Stelle der Bolusreihenfolge gegeben wurden, von allen drei Beobachtern korrekt erkannt. Bei den zuletzt, also an dritter Stelle applizierten Boli wurden nicht alle 1 ml/s- und 2 ml/s-Boli gesehen. Dies ist auf die kurze Halbwertzeit des Kontrastmittels zurückzuführen, da diese Boli erst nach einer Versuchsdauer von 10 bis15 Minuten gegeben wurden und somit bereits die signalverstärkende Potenz des Kontrastmittels deutlich nachgelassen hatte. Von den an dritter Stlle applizierten Boli wurden nur die 3 ml/s-Bolusinjektionen erkannt, erklärbar durch die bei dieser hohen Boluskonzentration trotz der seit Ansetzen der Suspension bereits verstrichenen Zeit noch suffiziente Signalverstärkungspotenz, um eine sichtbare Veränderung zu bewirken. Das Signalverstärkungsplateau außerhalb der Bolusphasen wurde bei fünf von acht Versuchen von allen Beobachtern als Grad 2 eingestuft, bei drei von acht Versuchen als Grad 4. Es lag somit außerhalb der Bolusapplikationsphasen in keinem Fall eine homogene und vollständige Farbkodierung des gesamten Gefäßmodelllumens vor.

5.3.2. Großlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 1,0 ml/min)

Bei einer Basisinfusionsrate von 1ml/min wurden ähnlich der 0,5 ml/min-Infusion nahezu alle Boli erkannt, die an erster und zweiter Stelle gegeben wurden. Lediglich ein Beobachter übersah einen von fünf gegebenen 1 ml/s-Boli, welcher an erster Stelle von den drei Boli appliziert worden war. Bei jenen Boli, welche an dritter Stelle appliziert wurden, fiel auf, daß fast alle 1 ml/s-Boli nicht erkannt wurden. Lediglich ein Beobachter erkannte einen von vier 1ml/s-Boli an dritter Stelle. In nur 50 % der Fälle wurden die 2 ml/s-Boli an dritter Stelle erkannt. Wie bei der 0,5 ml/min-Infusionsrate wurden auch hier alle 3 ml/s-Boli erkannt. Anzumerken ist, daß bei dieser Infusionsrate jeder Beobachter jeweils zwei falsch positive - also real nicht vorhandene - Signalverstärkungen bei unterschiedlichen Versuchen registrierte. Das Signalverstärkungsplateau wurde bei drei von zehn Versuchen als Grad 2 und bei sieben von zehn Versuchen als Grad 4 eingestuft. Auch in diesem Fall wurde also keine vollständige Gefäßmodellumenfarbkodierung beobachtet.

5.3.3. Großlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 2,0 ml/min)

Bei dieser Infusionsrate wurden nur 50 % der 1 ml/s-Boli erkannt, wobei der überwiegende Teil der nicht erkannten Boli an erster Stelle gegeben wurde. Es wurden alle 2 ml-Boli erkannt unabhängig von der Reihenfolge ihrer Applikation. Bei der 3 ml-Bolusgabe wurden 90 % der gegebenen Boli korrekt gesehen, wobei einer von 15 Boli an erster und zwei von 15 Boli an zweiter Stelle nicht wahrgenommen wurden. Als falsch positiv wurden bei dieser Infusionsrate jeweils drei Signalverstärkungen bei verschiedenen Versuchen eingestuft. Das Plateau der Signalverstärkung wurde bei vier von zwölf Versuchen als Grad 2, bei sechs von zwölf Versuchen als Grad 4 und bei zwei von zwölf Versuchen als Grad 5 eingestuft. Bei einer Basisinfusionsrate von 2,0 ml/min wurde somit in den Versuchsreihen erstmals eine vollständige, homogene Gefäßlumenfarbkodierung des farbdopplersonographisch anzustrebenden Grades 5 registriert.


22

5.3.4. Kleinlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 0,5 ml/min)

Von allen applizierten Boli der Stärken 1 ml/s, 2 ml/s und 3ml/s wurde nur einer von einem Beobachter nicht erkannt. Hierbei handelte es sich um einen 1 ml/s-Bolus, der an dritter Stelle gegeben wurde. Auch wurden keine falsch positiv beobachteten Signalverstärkungen registriert. Das Plateau der Signalverstärkung wurde bei drei von vier Versuchen als Grad 2 und bei einem von vier Versuchen als Grad 4 gedeutet (cave: Grad 3 steht beim kleinlumigen Gefäßmodell nicht zur Verfügung!)

5.3.5. Kleinlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 1,0 ml/min)

Bei dieser Infusionsrate wurden alle gegebenen Boli von allen Beobachtern erkannt. Es wurden somit weder falsch positiv noch falsch negativ erkannte Signalverstärkungen festgestellt. Das Plateau der Signalverstärkung wurde bei dieser Infusionsrate stets dem Grad 4 zugeordnet. Die Sensitivität und Spezifität der erkannten Boli lag somit bei den erstrebten 100 %. Die Signalstärke der Gefäßlumenfarbkodierung zum Zeitpunkt der Basisinfusion außerhalb der Boluszeiten lag jedoch nicht beim erstrebenswerten Grad 5.

5.3.6. Kleinlumiges Gefäßmodell (Basisinfusionsrate 2,0 ml/min)

Auch bei dieser Infusionsrate wurden alle gegebenen Boli von allen Beobachtern korrekt erkannt. jedoch wurden insgesamt zwei Signalerhöhungen falsch positiv registriert. Das Plateau der Signalverstärkung wurde bei dieser Infusionsrate stets als Grad 5 gesehen.

5.3.7. Versuche mit sofortiger Bolusgabe (Basisinfusionsrate 1,0 ml/min)

Bei diesen Versuchen wurden alle gegebenen Bolusinjektionen von allen Beobachtern bei allen Versuchen erkannt. Falsch positive Ergebnisse gab es nicht. Das Signalverstärkungsplateau wurde durchgehend dem Grad 4 zugeordnet. Wie bereits bei dem in Kapitel 5.3.5. beim kleinlumigen Gefäßmodell mit einer Basisinfusionsrate von 1,0 ml/min beschriebenen Versuchsablauf lagen somit die Sensitivität und Spezifität der erkannten Boli bei den erstrebten 100 %, wobei allerdings die Signalstärke der Gefäßlumenfarbkodierung zum Zeitpunkt der Basisinfusion außerhalb der Boluszeiten unterhalb des wünschenswerten Grades 5 lag.


23

5.3.8. Exemplarische Abbildungen

Abbildung 5-2: Darstellung des schräg durch das Monitorbild verlaufenden, großlumigen Gefäßes mit einer Farbdopplersignalverstärkung des Grades 5.

Abbildung 5-3: Darstellung des schräg durch das Monitorbild verlaufenden, großlumigen Gefäßes mit einer Farbdopplersignalverstärkung des Grades 3.


24

Abbildung 5-4: Darstellung des schräg durch das Monitorbild verlaufenden, großlumigen Gefäßes mit einer Farbdopplersignalverstärkung des Grades 1.

Legende:

Grad 1 = Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens < 50 %.

Grad 3 = Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens > 50 %, gelbkodierte Pixel überwiegen.

Grad 5 = Farbpixelausfüllung des Gefäßlumens = 100 %, homogen gelbkodiert.


25

Grafik A. Vergleichende Gegenüberstellung des realen gemessenen (untere Kurve) und des subjektiv optisch von den drei Auswertern registrierten (obere Kurven) zeitlichen Verlaufs der Farbdopplersignalintensitäten mit völliger Übereinstimmung zwischen der computergestützten Bolusermittlung und den von den drei Auswertern beobachteten und protokollierten Boli. Auch zwischen den drei Auswerterprotokollen (obere Kurven) zeigen sich keine wesentlichen Unterschiede (= keine wesentliche Interobservervariabilität). Die leichte zeitliche Verschiebung zwischen gemessenen (untere Kurve) und beobachteten Boli (obere Kurven) ist durch eine leichte Ungenauigkeit der Synchronisation des Videozählwerkes mit der Computerregistrierung beim Versuch des Ausgleichs des Zeitverlustes, der während der Kontrastmittelpassage durch die Strecke zwischen CW-Doppler (Meßpunkt für die Computerregistrierung)und Ultraschallscanner (Meßpunkt für die Videoaufzeichnung) unvermeidbar auftrat, zu erklären ( Abbildung 5-1 ).


26

Grafik B. In diesem Falle zeigt die vergleichende Gegenüberstellung des realen gemessenen (untere Kurve) und des subjektiv optisch registrierten (obere Kurven) Farbdopplersignalintensitätsverlaufs weder eine Übereinstimmung zwischen gemessenen und beobachteten Werten noch zwischen den einzelnen Beobachterprotokollen (obere Kurven). Der Unterschied zwischen Basis- und Bolussignal war subjektiv optisch offenbar zu gering.


27

5.4. Diskussion

Um eine möglichst exakte Beurteilung der Gefäßversorgung eines Gewebsareals zu erzielen, wäre eine zeitlich möglichst ausgedehnte, in der Farbkodierung homogene Darstellung der Gefäßlumina wünschenswert, entsprechend dem Signalverstärkungsgrad 5 in der vorliegenden in-vitro-Untersuchung. Eine inkomplette Farbkodierung des Gefäßlumens kann Stenosen bzw. Kaliberschwankungen vortäuschen. Hämodynamisch relevante Stenosen können zwar durch den Ausschluß einer Dopplershiftverstärkung bzw. einer Flußbeschleunigung im Bereich der fraglichen Stenosierung in der Spektraldoppleranalyse widerlegt werden, jedoch bleiben weiterhin hämodynamisch noch irrelevante Intima-Media-Komplex-Verdickungen, welche u. a. als Parameter für die Therapieerfolgs- bzw. Krankheitsverlaufskontrolle bei familiären Fettstoffwechselstörungen gemessen werden, im Sinne einer beginnenden Arteriosklerose in der Diskussion. Desweiteren kann eine artefizielle Gefäßkaliberschwankung das Vorliegen eines irregulär konfigurierten, von Ektasien und Bloodpools durchsetzten Gefäßes wie bei maligner Angioneogenese vortäuschen.

Dieser Optimalzustand der Gefäßlumenfarbkodierung des Grades 5 kann aber aufgrund von Kaliberschwankungen und verschiedenen Gefäßtiefen bei kontinuierlicher Signalverstärkerinfusion kaum erreicht werden. Hohe Kontrastmittelkonzentrationen mit nicht zu vernachlässigenden kostentreibenden Effekten wären erforderlich. Wünschenswert wäre demnach das Erreichen einer möglichst zeit- und kontrastmittelsparenden Variation der Injektionsvolumina, so daß die Signalverstärkung der Gefäßstruktur des zu beurteilenden Gebietes angepaßt werden kann. Dabei sollten Artefakte vermieden werden. Allerdings kann diese Variation der Infusionsparameter ohne Verlust an wertvoller Untersuchungszeit bei kurzer Halbwertszeit des Kontrastmittels und ständiger, zeitraubender Neueinstellung der Untersuchungsregion kaum durch den sonographischen Untersucher selbst vorgenommen werden, so daß entweder eine zweite Person während der Untersuchung oder ein im voraus programmierbares Injektionsgerät erforderlich wären. Durch den programmierbaren Perfusor Pulsar® ergibt sich nun die technische Möglichkeit der oben beschriebenen Applikationsart. Ziel der vorliegenden Untersuchung war daher die Evaluation der subjektiv-optischen Wirkung unterschiedlicher Basisinfusionsraten und Bolusstärken für verschiedene Gefäßtypen auf den jeweiligen Untersucher.

Um eine Bolusgabe sinnvoll einsetzen zu können, muß sie eine sichtbare Signalverstärkung hervorrufen, die weder Artefakte verursacht noch für eine zu kurze Zeit sichtbar ist. Eine manuelle Bolusapplikation ist mit dem Nachteil der Notwendigkeit einer erneuten Präparation und Applikation des Signalverstärkers behaftet, soweit nicht bei der Erstbolusgabe bereits das zu beurteilende Gefäßsystem suffizient dargestellt und beurteilt werden konnte. Wünschenswert wäre daher eine Basisinfusionsrate, bei der der überwiegende Teil der Gefäße homogen dargestellt wird und schlecht darstellbare Gefäße oder Gefäßabschnitte durch eine möglichst langanhaltende, zusätzliche Signalverstärkung ebenfalls noch ausreichend zuverlässig beurteilt werden können. Auch sollte die Möglichkeit einer nochmaligen, auch in der Stärke variierbaren Bolusgabe vorhanden sein, soweit bei der ersten Bolusgabe das gewünschte Ergebnis nicht erzielt wurde. Albrecht et al. ( 2. ) stellten fest, daß eine zufriedenstellende Signalverstärkung bei kontinuierlicher Infusion über einen Zeitraum von maximal 15 Minuten erreicht werden könnte, und gemäß Herstellerangaben ist die Verwendbarkeit der angesetzten Levovistsuspension bis zu 15 Minuten nach Präparation empfohlen. Die optimale Nutzung dieser Zeitspanne sollte auch eine noch erfolgreiche Bolusgabe zum Ende der Untersuchung beinhalten.

Um die verfügbare Zeit effizient zu nutzen, sollte durch die gewählte Infusionsrate schon eine annähernd optimale Darstellung gelingen. Desweiteren sollte eine für 15 Minuten ausreichendes Signalverstärkermenge zur Verfügung stehen, um mehrere Boli applizieren zu können, die die gewünschte zusätzliche Verstärkung erbringen, entsprechend einem Plateaugrad 4, von dem ausgehend bei Bolusgabe möglichst lange der Grad 5 erreicht wird.

Bei Versuchen mit 0,5 ml/min-Infusionraten wurde dieses Ergebnis bei beiden Gefäßmodellen nicht erreicht. Es wurden zwar beim großlumigen Modell 91,7 % und beim kleinlumigen Modell 97,2 % der Boli erkannt, jedoch wurde beim überwiegenden Teil der Versuche nur ein Plateau des Grades 2 und durch die Bolusgabe nur für maximal 30 Sekunden der optimale Grad 5 erreicht. Erschwerend kommt hinzu, daß bei einem derartigen Signalanstieg (Grad 2 auf maximal Grad 6)


28

mehrere Signalverstärkungsgrade innerhalb kurzer Zeit durchschritten werden, so daß eine zufriedenstellende Beurteilung des Gefäßes nicht möglich ist. Daß bei diesen Versuchen auch der Grad 4 als Plateau gesehen wurde, ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß diese Versuche am Ende einer Versuchsreihe lagen, bei denen der Galaktosegehalt im System gegenüber den anfänglichen Versuchen erhöht war. Dieses Phänomen war bei allen Versuchsreihen zu beobachten.

Basisinfusionsraten von 2,0 ml/min wurden beim großlumigen Modell in 50 % der Fälle als Plateau des Grades 4 eingestuft, in 33,3 % der Fälle als Grad 2 und in 16,7 % der Fälle sogar als Grad 5. Es wurden 79,2 % aller Boli erkannt. In neun Fällen wurden falsch positive Signalerhöhungen registriert. Diese großen Schwankungen deuten darauf hin, daß auch diese Infusionsrate eher nicht zu empfehlen ist, da sie bereits im In-vitro-Modell keine exakt einstellbare Verstärkung des Zielgebietes bietet. Die verschiedenen Plateaugrade können auf einer subjektiven Fehleinschätzung beruhen, da die Videoaufzeichnungen an verschiedenen Tagen begutachtet wurden. Entscheidend ist jedoch, daß die durch den Bolus hervorgerufenen Veränderungen überhaupt erkannt wurden. Auffallend ist, daß bei dieser Basisinfusionsrate die Anzahl der falsch positiv eingestuften Signalverstärkungen von allen Infusionsraten am höchsten war. Die Begründung liegt hier in der mittleren Verstärkung der Boli, gemessen mittels Spektraldopplersonographie, die eindeutig mit zunehmender Infusionsrate abnimmt (die durchschnittliche Signalverstärkung eines 3 ml/s-Bolus bei einer Infusionsrate von 2 ml liegt mit 5,9 dB unterhalb der Verstärkung eines 1 ml/s-Bolus bei einer Infusionsrate von 0,5 ml/min). Somit ist die Kontrastierung bei höheren Infusionsraten schlechter als bei kleinen Infusionsraten, wodurch Fehleinschätzungen möglich werden.

Beim kleinlumigen Modell wurden 100 % der Versuche einem Plateau des Grades 5 zugeordnet. Zusätzlich wurden 100 % der gegebenen Boli erkannt. Diese Bolusgaben führten allerdings zu einer Überzeichnung der Gefäßwand - entsprechend dem Grad 6 - und zu Blooming-Artefakten, die die Beurteilbarkeit eher einschränkten. Dies war auch bei dem großlumigen Gefäßmodell zu beobachten. Insgesamt wurden 2 falsch postive Signalerhöhungen gesehen.

Die Basisinfusionsrate von 1 ml/min erzielte Ergebnisse, die dem oben beschriebenen Optimalzustand am nächsten kamen. Beim großlumigen Modell wurde bei 70 % dieser Versuche ein Plateau des Grades 4 festgestellt, beim kleinlumigen Modell sogar in 100 % der Fälle. Ebenso ist die Standardabweichung bei der gemessenen mittleren Spektraldopplerverstärkung im Plateaubereich bei dieser Infusionsrate am geringsten. Dieses zeigt, daß diese Infusionsrate die stabilsten Voraussetzungen bietet. Bei dem großlumigen Modell wurden 56,6 % der 1 ml/s-Boli nicht erkannt, beim kleinlumigen Modell 50 %, wobei die nicht erkannten Boli überwiegend als letzter Bolus im jeweiligen Versuch gegeben wurden, bedingt durch die Halbwertzeit von Levovist®. Bei den übrigen Bolusstärken wurden alle gegebenen Boli auch als solche erkannt. Die 2 ml/s-Boli wurden beim großlumigen Modell stets als einstufige Graderhöhungen (überwiegend von Grad 4 auf Grad 5) beurteilt. Beim kleinlumigen Modell wurde in 58,3 % der Fälle eine solche Erhöhung gesehen, in 41,7% der Fälle eine Erhöhung von Grad 4 auf Grad 6. Die 3 ml/s-Boli wurden beim großlumigen Modell mit einer einstufigen Graderhöhung in 76,9 % der Fälle und einer zweistufigen in 23,1 % der Fälle beurteilt. Beim kleinlumigen Modell wiesen 33,3 % eine einstufige, 58,3 % eine zweistufige und 8,4 % eine dreistufige Signalverstärkungsgraderhöhung auf. Von einem Beobachter wurde sogar nach einem vorübergehenden Plateauabfall im Versuchsverlauf auf Grad 2 ein Anstieg von Grad 2 auf Grad 6 beobachtet. Im übrigen gingen die Erhöhungen stets von einem Plateaugrad 4 aus.


29

5.5. Schlußfolgerungen

Es zeigt sich also, daß bei einer Infusionsrate von 1 ml/min beim klein- und beim großlumigen Gefäßmodell ein Signalverstärkungsplateau erreicht wird, welches eine annähernd optimale Gefäßdarstellung erlaubt und noch ausreichend Spielraum für mehrfache Bolusgaben bietet, welche auch optisch gut additionell zum Plateau wahrnehmbar sind. Empfehlenswert ist zunächst die Wahl eines 2 ml/s-Bolus mit einer Injektionsdauer von einer Sekunde, da bei diesem Bolus die optimale Farbkodierung im Powermodus am zuverlässigsten erreicht wurde. Bei übermäßigen Artefakten sollte die Bolusstärke nach unten, bei unzureichender Verstärkung nach oben korrigiert werden. Die vorliegenden Testergebnisse bezüglich des Perfusors Pulsar® lassen eine medizinische und ökonomische Optimierung des Levovisteinsatzes in der Powerdopplersonographie erhoffen.


[Titelseite] [Danksagung] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [Bibliographie] [Lebenslauf] [Selbständigkeitserklärung]

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Mon Apr 10 17:16:34 2000