D
ie Echokardiographie hat sich als ein weit verbreitetes, nicht invasives Untersu- chungsverfahren zur Dar- stellung 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 transthora- kalen oder transösophagealen Schallebenen aus darzustellen. Die Interpretation der von verschiede- nen Anlotpunkten aus aufgenom- menen zweidimensionalen Echo- kardiogramme erfordert ein gutes räumliches Vorstellungsvermögen des Untersuchers. Besonders bei komplexen angeborenen Herzfeh- lern ist eine genaue Kenntnis der anatomischen Verhältnisse und der damit verbundenen hämody- namischen Veränderungen sowie eine große Erfahrung notwendig, um Fehldiagnosen zu vermeiden (3). Die logische Weiterentwick- lung aller bildgebenden Verfahren ist auf eine räumliche Darstel- lung unter zuhilfenahme einer dreidimensionalen Rekonstrukti- on ausgerichtet (Textkasten). Erste Versuche einer dreidimensiona- len Darstellung des Herzens durch die Technik der Echokardiogra- phie sind bereits während der sieb- ziger Jahre unternommen wor- den (2). Sie waren wegen des kom- plizierten, zur Aufnahme des Her- zens benötigten Instrumentariums und des enormen Zeitaufwands der dreidimensionalen Rekon- struktion nur in Forschungsprojek- ten realisierbar, aber nicht klinisch anwendbar (1). Mit der in Deutschland entwickelten Echo- Computer-Tomographie (20) steht nun zum ersten Mal ein Gerät in der Medizin zur Verfügung, wel- ches in der Lage ist, mit einem ver- tretbaren zeitlichen und auch in-strumentellen Aufwand eine dyna- mische dreidimensionale Darstel- lung des Herzens durchzuführen.
Dreidimensionale Datenakquisition
Dreidimensionale Darstellun- gen des Herzens werden durch Auf- nahme des Herzens in multip- len sequentiellen tomographischen Schichten ermöglicht.
Dazu benötigt man neben einem konventionellen Ultraschallgerät ei- nen zusätzlichen Computer und ent- weder speziell bewegliche Schallköp- fe oder eine von außen auf konven- tionelle Schallköpfe aufgebrachte Mechanik, welche den Schallkopf
bewegt. Dabei haben sich drei Me- thoden bewährt (11):
! Parallele Schnittbildakqui- sition durch Bewegung einer Schall- sonde entlang einer vorgegebenen Wegstrecke (Grafik 1a),
! Rotierende Schnittbildak- quisition durch Rotation einer Schall- sonde um 180 Grad (Grafik 1b),
! Fächerförmige Schnittbild- akquisition durch Kippen einer Schallsonde in der Längsachse um je- weils 45 Grad (Grafik 1c).
Die Methode der parallelen, rotierenden oder fächerförmigen Aufnahme des Herzens ist trans- ösophageal mittels speziell konstru- ierter Schallköpfe oder im Falle der Rotation durch Anschluß einer Steuermechanik an kommerziell erhältliche multiplane Schallsonden möglich. Bei Kindern hat sich die Methode der transthorakalen Da- tenakquisition mit Hilfe eines auf einer Strecke von fünf Zentimeter parallel verschiebbaren konventio- nellen Schallkopfes oder mittels fächerförmiger Bewegung eines subkostal plazierten konventionel- len Schallkopfes bewährt (15). Die sequentielle Bewegung des Schall- kopfes erfolgt bei allen drei Metho- den computergesteuert mittels ei- nes Motors, dessen Steuerungslogik Informationen über die Herz- und Atemphase erhält, so daß die ein- zelnen tomographischen Schichten des Herzens EKG- und atmungsge- triggert aufgenommen werden (7).
Um Bewegungsartefakte zu vermei- den, werden nur Bilder vom Herzen aufgenommen und gespeichert, die bei identischen Atemlagen und in- nerhalb des vom Untersucher vor- gegebenen Abstandes der R- Zacken aufgenommen worden sind.
Momentan ist die dynamische drei- dimensionale Echokardiographie noch kein Echtzeitverfahren. Alle 40 Millisekunden wird eine Phase
Dynamische dreidimensionale Echokardiographie
Ein neues bildgebendes Verfahren zur
Darstellung der Anatomie und Funktion des Herzens
Michael Vogel
1Raimund Erbel
2Thomas Buck
2Annette Geibel-Zehender
3Konrad Bühlmeyer
1Helmut Wollschläger
3Die dreidimensionale Darstellung des Herzens durch Rekonstruktion von multiplen sequentiellen tomographi- schen Schichten mittels Ultraschall ist ein neues bildgebendes Verfahren. Die dreidimensionale Echokardiographie kann von transösophageal und bei Kin- dern und vereinzelt auch bei Erwachse- nen von transthorakal durchgeführt werden. Es können beliebige Schnitt- ebenen durch den Datensatz gelegt wer- den, die eine genauere und dem jewei- ligen Herzfehler besonders angepaßte Darstellung des Herzens ermöglichen.
1Kinderklinik am Deutschen Herzzentrum (Direktor: Prof. Dr. med. K. Bühlmeyer)
2Abteilung Kardiologie (Direktor: Prof. Dr.
med. Raimund Erkel) der Medizinischen Kli- nik und Poliklinik der Universität und Gesamt- hochschule Essen
3Abteilung Innere Medizin III, Kardiologie (Direktor: Prof. Dr. med. Hansjörg Just) der Universitätsklinik Freiburg
des Herzzyklus aufgenommen, so daß bei Säuglingen mit einer Herz- frequenz von 120/min und ei- nem entsprechenden R-Zacken- Abstand von 500 msec 12 Phasen und bei Erwachsenen mit Herzfre- quenzen um 60/min und einem R-
Zacken-Abstand von 1 000 msec 25 Phasen des Herzzyklus aufgenom- men werden. Dementsprechend dauert die Datenakquisition bei Kindern zwischen zwei und fünf Mi- nuten (15) und bei Erwachsenen zwischen 10 und 15 Minuten (9).
Die Rekonstruktionszeiten betra- gen je nach Erfahrung des Untersu- chers zwischen 20 und 40 Minuten.
Eine vollständige dreidimensio- nale Rekonstruktion eines komple- xen angeborenen Herzfehlers kann in seltenen Fällen auch bis zu vier Stunden dauern (14, 16).
Nachverarbeitung der Daten
Nachdem die Datensätze in der beschriebenen Weise aufgenommen worden sind, ist eine Nachverarbei- tung durch den Rechner notwendig,
um dreidimensionale Bilder des Her- zens zu rekonstruieren (7). Zunächst wird im vorhandenen Datensatz die- jenige Schnittebene, in der der jewei- lig vorliegende anatomische Befund optimal dargestellt wird, ausgewählt (14). Da man den dreidimensionalen Datensatz in allen drei Achsen belie- big aufschneiden und die Herzstruk- turen von beliebigen Standpunkten aus ansehen kann, ist die Zahl dieser Schnittebenen vielfältig. Die Aus- wahl der geeigneten Schnittebene ist subjektiv, bedarf großer Erfahrung und erfordert einen erheblichen Zeit-
aufwand. Man kann den Zeitaufwand verkürzen, wenn zum Beispiel isoliert nur eine Herzklappe dreidimensional dargestellt werden soll, indem man innerhalb des dreidimensionalen Da- tensatzes besondere „regions of interest“ definiert. Da der Untersu-
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-
M E D I Z I N AKTUELL
Grafik 1 a
Schematische Darstellung der Aufnahme paralleler Schichten des Herzens durch Zurückziehen eines Schall- kopfes auf einem im Ösophagus plazierten Transportschlitten
Grafik 1 b
Grafik 1 c
Schema der Aufnahme rotierter Datensätze des Her- zens von transösophageal aus
Schema der fächerförmigen Aufnahme des Herzens von transösophageal aus
Schritt- motor
Ebene n
Ebene 2 Ebene 1 Transducer
(5MHz) phased array 64 Elemente
Transport- Schlitten freie axiale Beweglichkeit
Rotations- achse
Rotierender Transducer
tungen erfolgen können. Vorzugswei- se wählt der Untersucher Längs- und Querschnitte aus, die der Längsachse des Herzens zugrunde liegen (10, 14).
Ist die richtige Schnittebene, von wel- cher aus der Computer die Rekon- struktion durchführt, gefunden, ist es auch notwendig,
Schwellenwerte für die Grautöne und die Helligkeit zu de- finieren, um zwi- schen Gewebe und Blut zu unterschei- den, bevor der Computer die ei- gentliche Rekon- struktion beginnt.
Auch dieser Schritt der Rekonstruktion ist subjektiv und er- fordert Erfahrung.
Die Rekonstruktion der jeweiligen Schnittebenen, für welche der Compu- ter jeweils drei bis
fünf Minuten benötigt, erlaubt An- sichten kardialer Strukturen, die sonst nur bei herzchirurgischen Ein- griffen oder Autopsien gefunden werden (18). Diese Abbildungsebe- nen können mit der bisherigen kon- ventionellen zweidimensionalen Echokardiographie gar nicht oder nur in ganz seltenen Fällen gewonnen werden. So ist es zum Beispiel mög- lich, vom jeweiligen Vorhof aus auf die Trikuspidal- oder Mitralklappe zu schauen und so die jeweilige AV- Klappe so darzustellen, wie der Chir- urg sie während einer Trikuspidal- oder Mitralklappenoperation sehen kann (Abbildung 1). Um einen be- sonders guten Blick auf intrakardiale Strukturen zu erhalten, kann man mit Hilfe des Rechnerprogramms die Wände einzelner Herzkammern elektronisch entfernen, was beson- ders für die seitliche Aufsicht auf das Vorhof- oder Ventrikelseptum von Bedeutung ist. In einer Schnittebene, die die direkte Aufsicht auf das Ven- trikelseptum vom rechten Ventrikel her darstellt, kann die Fläche eventu- ell vorhandener Ventrikelseptumde- fekte gemessen werden (13). Um eine einheitliche Bildwiedergabe der drei- dimensional rekonstruierten Befun- de zu erreichen (10), werden derzeit
von den Arbeitsgruppen, die sich mit der dreidimensionalen Echokardio- graphie beschäftigen, Richtlinien er- arbeitet, die Schnittebenen zur Dar- stellung der Morphologie der Herz- kammern und Herzklappen definie- ren, welche klinisch sinnvoll sind.
Dabei haben sich besonders die Schnittebenen, die den interoperativen Ansichten der Herzklappen und der Vorhof beziehungsweise Ventrikel-
scheidewänden entsprechen, bewährt.
Volumenmessungen im dreidimensio- nalen Datensatz werden durchgeführt, indem man zunächst die längste Achse
der jeweiligen Herzkammer definiert.
Entlang dieser Achse wird die Kam- mer in ein Millimeter dicke Schichten geteilt und das Endokard in jeder die- ser Schichten manuell nachgezeich- net. Daraufhin wird die Fläche dieser Schichten berechnet und mit der Schichtdicke multi- pliziert, um das Vo- lumen der Schicht zu erhalten. Die Vo- lumen aller Schich- ten werden addiert, um das Gesamtvo- lumen zu errech- nen. Diese Methode der Volumenberech- nung ist unabhängig von der geometri- schen Form der Kammer. Dadurch, daß die Konturen des Endokards ma- nuell nachgezeich- net werden müssen, dauern Volumenbe- stimmungen der lin- ken Kammer 10 bis 15 und der rech- ten Kammer 15 bis 20 Minuten. In vitro und in vivo sind die Volumen- messungen beider Kammern mit- tels dreidimensiona- ler Echokardiogra- phie validiert wor- den (4, 6, 9).
Klinische Anwendungen
Die bisherigen klinischen Studien mit der dreidimen- sionalen Echokar- diographie haben gezeigt, daß sich ge- nauer als bisher die Volumina der Herz- kammern und damit deren globale und regionale Funktion quantifiziert läßt, insbesondere bei pathologisch verän- derten Herzkam- mern mit komplexer geometrischer Form (5, 8) wie zum Beispiel bei Patienten mit einer koronaren Herzerkrankung und Ventrikelaneurysmen.
LV
AO LA
Abbildung 1: Darstellung einer supramitralen Membran (SMM) im linken Vorhof und gleichzeitige Dar- stellung eines ähnlichen Befundes bei der Autopsie. Die Pfeile zeigen die Membran, unterhalb derer (dunkler dargestellt) die Mitralklappe (MK) liegt.
Abbildung 2: Darstellung eines Aneurysmas an der Hinterwand des linken Ven- trikels. Um dieses sichtbar zu machen wurde die Vorderwand der linken Kammer (elektronisch) entfernt. (LA = linkes Atrium, LV = linker Ventrikel, Ao = Aorta) MK
MK
SMM SMM
Dieses war mit der bisherigen zweidimensionalen Echokardiogra- phie schwierig (6) (Abbildung 2).
Neue und zusätzliche Informa- tionen werden über den Ursprung,
die Form und die Ausdehnung intra- kardialer Massen, wie Fibrome oder endokarditischer Vegetationen ge- funden (12).
Über die AV-Klappen erhält man zusätzliche Informationen be- sonders bei komplexen AV-Klap- penveränderungen wie der Ebstein- schen Malformation der Trikuspi- dalklappe (17), die
in der zweidimen- sionalen Echo- kardiographie von transthorakal nicht immer vollständig dargestellt werden kann. Bei der Dar- stellung der Mitral- klappe vom linken Vorhof aus können nicht nur Informa- tionen über die Klappenränder, son- dern auch über die Oberfläche der Klappen in die Dia- gnostik mit einbe- zogen werden. Die Darstellung der Aortenklappe von der Aorta ascen-
dens aus, kombiniert mit dem Blick auf die Aortenklappe von kaudal, erlaubt eine detaillierte Analyse der Klappenstruktur. So kann die Öff- nungsfähigkeit der jeweiligen Klap-
pe vor und nach einer Ballondilatati- on (Abbildung 3) – oder vor und nach chirurgischen Eingriffen – be- urteilt werden. Dies erlaubt eine bessere Planung der Therapie von Klappenfehlern.
Bei komplexen angeborenen Herzfehlern hat die dreidimensionale Echokardiographie bisher neue Infor- mationen über zusätzliche muskuläre Ventrikelseptumdefekte (15), Überrei- ten von AV-Klappen (Abbildung 4), Mem- branen im lin- ken Vorhof (Abbil- dung 1), Ausdeh- nung von Subaorten- stenosen (16), Mor- phologie der Herz- ohren bei Vor- hofisomerismus und die Morphologie der gemeinsamen AV- Klappe beim kom- pletten AV-Septum- defekt gebracht (18).
Die hohe Präzision der dreidimensio- nalen Rekonstruk- tion echokardiogra- phischer Daten ist an Autopsiepräparaten komplexer angebo- rener Herzfehler un- tersucht und be- stätigt worden (18).
Derzeitige Probleme
Die Vor- und Nachteile der drei- dimensionalen gegenüber der zwei- dimensionalen Echokardiographie sind im Textkasten zusammengefaßt.
Da das jetzige Sy- stem der dreidimen- sionalen Rekon- struktion auf der Aufnahme von mul- tiplen sequentiellen zweidimensionalen Bildern besteht, gibt es ähnlich wie bei der zweidimen- sionalen Echokar- diographie Proble- me mit Abbildungs- artefakten bei der Darstellung von Klappenprothesen.
Die Artefakte bei der Rekonstruktion sind geringer, wenn man eine Schnitt- ebene wählt, bei welcher die Klap-
M E D I Z I N AKTUELL
LA
Geöffnete Aortenklappe
Fibrom auf Aortenklappe Abbildung 3: Darstellung des Einrisses des rechts- koronaren Segels einer Aortenklappe bei einem 6 Wochen alten Säugling nach Ballondilatation der Aor- tenklappe. Der Pfeil weist auf das eingerissene Klap- pensegel. Im oberen Teil der Abbildung ist dieser Ein- riß nur schwer zu erkennen, im unteren Teil erkennt man den Einriß besser, nachdem der Datensatz um 30 Grad um die senkrechte Achse gedreht wurde.
MK
VS
RA
LV RV VS
Abbildung 4: Darstellung einer über einem Ventrikelseptumdefekt überreitenden Trikuspidalklappe, wo- bei der Pfeil auf den Teil des Aufhängungsapparates zeigt, welcher sich im linken Ventrikel befindet, was man als „straddling“ bezeichnet. (RA = Rechtes Atrium, RV = rechter Ventrikel, LV = linker Ventrikel, VS
= Ventrikelseptum, MK = Mitralklappe). Das linke Bild entstand durch Drehung des Datensatzes um 45 Grad in der horizontalen Achse, wodurch man jetzt vom Ventrikel auf die Unterseite der AV-Klappen blickt und so besser den Aufhängeapparat der Trikuspidalklappe im linken Ventrikel erkennen kann.
Vor- und Nachteile der dreidimensionalen gegenüber der zweidimensionalen Echokardiographie
Vorteile Nachteile
exakte Volumenbestimmung zusätzliche Kosten von rechter und linker
Kammer
Möglichkeit, Wandbewegung zusätzlicher Zeitauf- bei Ventrikelaneurysmata zu wand
beurteilen
bessere Darstellung von bei Säuglingen oft Herzklappen Sedierung erforderlich Möglichkeit, Rekonstruktionen bei Adoleszenten und durchzuführen, die ähnliche Erwachsenen nicht Ansichten des Herzens bieten, immer von trans- wie der Chirurg sie thorakal möglich intraoperativ hat
Möglichkeit der Mesung der Flächen von Vorhof- und Ventrikelseptumdefekten genauere Diagnostik kom- plexer angeborener Herz- fehler
penprothese von kaudal her beur- teilt wird. Strukturen, die durch Lungenüberlagerung echokardiogra- phisch nicht dargestellt werden kön- nen, wie zum Beispiel periphere Pul- monalarterienstenosen, können auch nicht rekonstruiert werden. Bei Er- wachsenen und Adoleszenten ist ei- ne Rekonstruktion von Befunden, die von transthorakal erhoben wer- den, oft nicht möglich, und die multi- plen sequentiellen Schichten müssen von transösophageal her aufgenom- men werden. Bei Säuglingen und Kleinkindern ist öfter als bei der Durchführung einer zweidimensio- nalen echokardiographischen Unter- suchung eine Sedierung notwendig, da Bewegungsartefakte während der Datenakquisition eine spätere Re- konstruktion unmöglich machen.
Meistens müssen mehrere Datensät- ze 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 Echokardiogra- phie 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 wer- den darin bestehen, die Rechnerzei-
ten erheblich zu verkürzen und die dreidimensionalen Herzbefunde mit- tels eines Hologramms dreidimensio- nal 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
Die HIV-Epidemie hat einen großen Einfluß auf die Inzidenz der Tuberkulose. Bisher bestand Un- klarheit darüber, ob Tuberkulose den Verlauf der HIV-Erkrankung beeinflußt. Insbesondere war nicht bekannt, ob dadurch die Überle- benszeit verkürzt wird.
In der vorliegenden Untersu- chung wurden die Daten von 5 249 Patienten aus 17 europäischen Län- dern im Zeitraum von 1979 bis 1992 analysiert. Die Patienten wurden in die Studie aufgenommen, wenn sie innerhalb eines Monats nach Diagnosestellung der HIV-Infek- tion keine Tuberkulose entwickelt hatten.
Bei einer durchschnittlichen Beobachtungszeit von 15 Monaten erkrankten 201 (4 Prozent) der Pati- enten an Tuberkulose, und 3 889 (74 Prozent) starben. 80 Patienten hat- ten Lungentuberkulose, 107 extra- pulmonale Manifestationen, und 14 Patienten entwickelten beide For- men. Die Tuberkulose wurde durch- schnittlich 13 Monate nach Beginn der Beobachtungszeit diagnosti- ziert. Ferner kommen die Autoren zu dem Ergebnis, daß der klinische Ausbruch der Tuberkulose bei AIDS-Patienten die Lebenserwar- tung um 25 Prozent reduziert. Dem-
Verkürzt Tuberkulose die Überlebenszeit von AIDS-Patienten?
zufolge wäre Tuberkulose eine der wenigen vorbeugbaren Todesursa- chen von AIDS-Patienten. Ob die erhöhte Mortalität direkt der Tuber- kulose zuzuschreiben ist, bleibt nach dieser Untersuchung aber unklar.
Sollte sich der Zusammenhang je- doch bestätigen, könnten die frühe Diagnose und die vorbeugende me- dikamentöse Therapie die Überle-
benszeit von AIDS-Patienten ver-
längern. mll
Perneger TV et al: Does the onset of tu- berculosis in AIDS predict shorter survi- val? Results of a cohort study in 17 Euro- pean countries over 13 years. Br Med J 1995; 311: 1468–1471.
Dr. Perneger, Institute of Social and Pre- ventive Medicine, University of Geneva, CMU Case Postale, CH-1211 Genf 4, Schweiz
In allen epidemiologischen Stu- dien über das Magenkarzinom ist ein Rückgang der Tumoren in Antrum und Korpus und ein Anstieg der Kar- diakarzinome 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 verstor- ben waren. Die Inzidenz des Magen- karzinoms 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 Beobach- tungszeitraum von 50 Jahren nicht.
Bei der Abnahme des klassischen
Magenkarzinoms spielen sicher Er- nährungsfaktoren eine ausschlagge- bende Rolle. Bei dem auf den öso- phagogastralen Übergang begrenz- ten Adenokarzinom dürfte dem Bar- rett-Epithel eine wichtige pathoge- netische Rolle zukommen. W
Locke III GR, Talley NJ, Carpenter HA, Harmsen WS, Zinsmeister AR, Melton III JL: Changes in the Site- and Histolo- gy-Specific Incidence of Gastric Cancer During a 50-Year Period. Gastroentero- logy 1995; 109: 1750–1756.
Division of Gastroenterology and Inter- nal Medicine, Department of Laboratory Medicine and Pathology, and Depart- ment of Health Sciences Research, Mayo Clinic and Mayo Foundation, Rochester, Minnesota 55905, USA
