Kontrastmittelgestützter Ultraschall (CEUS)

Die kontrastmittelgestützte Sonographie nutzt den Vorteil des nicht-linearen Verhaltens von Kontrastmittel-Mikrobläschen im Ultraschall (CORREAS et al. 2001;

PISCAGLIA et al. 2012). Die Ultraschallsonde sendet ein lineares Signal aus, dass die flexible Hülle der Mikrobläschen zum Oszillieren bringt. Diese Oszillationen wiederum erschaffen ein nicht-lineares Signal mit einer vielfach höheren Frequenz des Ausgangssignals (harmonische Wellen), das zurück zum Schallkopf gesandt wird. Zusammen mit der Eigenreflektionswirkung des inerten Gases bildet dies die Grundlage für die Signalverstärkung und damit für den verbesserten Kontrast der Mikrobläschen im Vergleich zur Umgebung (GÖRG u. SCHMIDT 2008; PISCAGLIA et al. 2012).

Abhängig vom Gerätehersteller gibt es verschiedene Techniken zum Nachweis der Mikrobläschen. Häufig genutzt sind die Pulsinversion und die Amplitudenmodulation.

Das Grundprinzip beider Techniken ist das Herausfiltern der linearen Signale des Gewebes, so dass nur die harmonischen Wellen der Mikrobläschen empfangen werden (HOFSTAD 2006). Bei der Pulsinversionstechnik werden zwei Pulse mit entgegengesetzter Polarität ausgesandt, die sich dann durch negative Interferenz auslöschen. Die Amplituden-Modulation verhält sich ähnlich, nur dass das Wirkungsprinzip nicht auf unterschiedlicher Polarität sondern auf unterschiedlicher Amplitudenhöhe basiert (STOLZ u. KAPS 2005).

2.3.3.1 Klassifizierung der Ultraschallkontrastmittel

Ultraschallkontrastmittel werden von CORREAS et al. (2001) als exogene Substanzen definiert, die ins Blut oder in Körperhöhlen gegeben werden können, um dort die Ultraschallsignale zu verstärken. Es handelt sich um eine Suspension aus Mikrobläschen und einem Lösungsmittel, die intravenös verabreicht wird. Die Hülle der Bläschen wird in der Leber abgebaut, während die gashaltige Komponente über die Lunge abgeatmet werden kann (CORREAS et al. 2001). In den letzten Jahren haben sich Ultraschallkontrastmittel hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihrer Größe stark weiterentwickelt. Die Kontrastmittel der ersten Generation enthielten Luft als Gaskomponente (Albunex^®, Levovist^®) (WDOWIAK et al. 2010). Diese

22

Mikrobläschen wiesen jedoch keine hohe Stabilität auf, so dass nach langlebigeren und belastbareren Mitteln gesucht wurde. In der zweiten Generation verwendete man Perfluorogase, die durch ihre hochmolekulare Masse stabiler waren und eine bessere Signalverstärkung erzeugten (SonoVue^®, Optison^®, Definity^®, EchoGen^®, Sonazoid^®). Die Hülle wurde mit Tensiden versehen, die einerseits verstärkend wirkten, auf der anderen Seite aber eine gute Flexibilität gewährleisteten (WDOWIAK et al. 2010).

Ein neueres Kontrastmittel der zweiten Generation ist SonoVue^®. Die Mikrobläschen setzen sich aus einer Schicht aus Polyethylenglycol, Phospholipiden und Palminsäure, die einen Gaskern aus Sulfur-Hexaflourid umgeben, zusammen (CORREAS et al. 2001). SonoVue^® besteht zu 90% aus Bläschen, die einen Durchmesser von weniger als 8 µm aufweisen, im Durchschnitt beträgt dieser 2,5 µm. Nach Vermischen des Kontrastmittel-Lyophylisates mit 5 ml 0,9%iger Kochsalzlösung liegt eine Konzentration der Bläschen von 2x10⁸/ ml Arbeitslösung vor (SCHNEIDER et al. 1995). SonoVue^® ist ein kapillargängiges Mittel, das eine hohe Druckresistenz aufweist, einen hervorragenden Kontrast hervorruft und als ein rein intravaskuläres Kontrastmittel die Lunge passieren kann. Im Gegensatz dazu gibt es Kontrastmittel, die zusätzlich in einer Gewebsphase anreichern (Levovist^®, Sonazoid^®) (CORREAS et al. 2001). Die genannten Eigenschaften von SonoVue^® sind wichtig für den Einsatz zur Messung der renalen Durchblutung. Fände eine Zerstörung der Bläschen in der Lunge statt, wären Messungen mit einer Dauer von mehr als einem Herzzyklus nicht möglich (HILPERT et al. 1989). Darüber hinaus ist für eine Studie, die die Nierendurchblutung untersuchen will, ein intravaskuläres Kontrastmittel notwendig (HAERS et al. 2013). Weiterhin wird durch die geringe Größe der Bläschen die Gefahr einer Embolisation minimiert (HAERS u. SAUNDERS 2009).

2.3.3.2 Nebenwirkungen von CEUS Kontrastmitteln

Für CEUS Kontrastmittel konnte keine Nieren-, Leber- oder Hirntoxizität nachgewiesen werden, so dass CEUS als eine sehr sichere Methode in der Humanmedizin zur Darstellung von Gewebsperfusionen im Allgemeinen anerkannt ist (LENCIONI et al. 2008).

23

GELEIJNSE et al. führten 352 CEUS Untersuchungen mit SonoVue^® an 274 humanmedizinischen Patienten durch und fanden milde Reaktionen in 0,9% und schwere Reaktionen (anaphylaktischer Schock) in 1,1% der Fälle vor. In einer internen Studie der Firma Bracco konnte dies nicht belegt werden. Von 157.838 Patienten wiesen nur 0,01% milde und 0,002% schwere Reaktionen auf (GELEIJNSE et al. 2009). In der Veterinärmedizin wurde kürzlich eine Studie zur Verträglichkeit von CEUS Kontrastmitteln veröffentlicht (SEILER et al. 2013). An 238 gesunden Hunden, 411 Patientenhunden, 24 gesunden Katzen und 77 Patientenkatzen wurden Kurz- und Langzeitwirkung untersucht. Nur vier der Hunde zeigten Nebenwirkungen wie Erbrechen oder Synkopen. CEUS wurde von den Autoren als genauso sicher wie nativer Ultraschall eingestuft. Weitere Studien, die CEUS bei der Niere von Katzen und Hunden oder der Leber gesunder Hunde anwendeten, fanden keine nennenswerten Nebenwirkungen (NYMAN et al. 2005;

KALANTARINIA u. OKUSA 2007; KINNS et al. 2010; WDOWIAK et al. 2010;

SEILER et al. 2013).

2.3.3.3 CEUS-Perfusionsparameter der Niere

Die Nieren des Hundes erhalten ca. 25% des kardialen Auswurfes, wovon 90% die Nierenrinde und 10% das Mark versorgen (WALLER et al. 2007). Die Perfusion erfolgt über die Arteria renalis, die sich im Hilus renalis in die Aa. interlobares aufzweigt und am kortikomedullären Übergang in die Aa. arcuatea übergeht. Dort zweigen diese sich in die Aa. interlobulares auf und bilden schließlich das Kapillarnetz der Glomeruli, von wo aus das Blut im venösen System die Niere wieder verlässt (WALLER et al. 2007). Waller et al. (2007) führten CEUS an acht gesunden Hunden (davon sechs in Sedation und zwei unsediert) durch. Bei allen Hunden stellte sich das Perfusionsmuster durch eine frühe und intensive Kontrastanreicherung des Kortex (maximale Kontrastanreicherung 12,8 ± 5,3 s nach Injektion), gefolgt von der Markanflutung (maximale Kontrastanreicherung 20,9 ± 6,4 s nach Injektion) dar, wobei das Mark immer weniger echoreich blieb als die Rinde.

Die Phase bis zur maximalen Anreicherung wird als „Wash in“ bezeichnet, danach beginnt das „Wash out“ (Abb. 1). Die gemessene Schallintensität wird gegen die Zeit aufgetragen und daraus eine Kurve erstellt. Da die Menge an Mikrobläschen, und

24

somit die gemessene Intensität, das relative Blutvolumen reflektieren (GREIS 2009), lassen sich hieraus Parameter berechnen, die den Blutfluss widerspiegeln. Dabei handelt es sich um Parameter, die Auskunft über das Blutvolumen geben (die maximale Kontrastmittelanreicherung und das Integral der Kurve, welches die Kontrastmittelmenge über die gesamte Zeit widerspiegelt). Weitere Parameter beschreiben die Blutflussgeschwindigkeit (Zeit bis zur maximalen Anreicherung und Gradienten der Kurve, die das Blutvolumen pro Zeiteinheit darstellen) (HAERS et al.

2013) (Abb. 1).

Abb.1: Beispiel für eine kortikale Zeit-Intensitäts-Kurve mit den Perfusionsparametern

PE= Peak enhancement (maximale Kontrastmittelanreicherung), WiAUC= Wash in area under the curve (Integral der Anflutungskurve), TTP= Time to peak (Zeit bis zur maximalen Kontrastmittelanreicherung), WiG und WoG= Wash in-/ wash out gradient (Gradienten der Anflutungs- und Abflutungskurve)

2.3.3.4 Einflussgrößen auf die Zeit-Intensitäts-Kurve der Kontrastmittelverteilung im Nierenparenchym

Für einen adäquaten kontrastgestützten Ultraschall müssen entsprechende Geräteeinstellungen vorhanden sein. Wünschenswert ist eine Optimierung der lokalen Schallleistung, die sich aus der Sendefrequenz, der Bildtiefe und der Ausgangsleistung des Gerätes zusammensetzt (CORREAS et al. 2001). Bei der

25

Tiefeneinstellung ist zu bedenken, dass das Schallsignal mit zunehmender Tiefe abnimmt (COSGROVE et al. 2001). Die Ausgangsleistung wird durch den mechanischen Index (MI) widergespiegelt. Dieser ist allerdings ebenfalls von den Eigenschaften des Kontrastmittels abhängig (CORREAS et al. 2001). Die Wahl eines niedrigen MI (<0,1) ist wichtig, um die Mikrobläschen nicht zu zerstören. Ist der Schalldruck zu hoch, werden die Bläschen in so starke Schwingungen versetzt, dass sie rupturieren und so nicht mehr in der Mikrovaskulatur dargestellt werden können (CORREAS et al. 2001). Eine zu hohe akustische Leistung hat denselben Effekt. Die Verstärkung muss bei jeder Untersuchung gleich eingestellt werden, da eine höhere Verstärkung zu einem helleren Bild und somit zu höheren Messwerten führt. Der Fokus sollte für eine gute Darstellung im unteren Bilddrittel platziert werden (BECKER 2008).

Über die Einflüsse, die unterschiedliche ROI-Platzierungen, die Sondenwahl oder die Analysesoftware haben können, wurden bisher in keiner Studie Aussagen getroffen.

Einzig KINNS et al. (2010) machten auf die schlechte Eignung von niederfrequenten Konvexsonden für die renale CEUS an narkotisierten Katzen aufmerksam. Allerdings erfolgte kein statistischer Vergleich mit anderen Schallköpfen.