Dopplersonographie

Bei der Dopplersonographie (Synonyme: Dopplereffekt-Sonographie, Doppler-Echographie) handelt es sich um ein bildgebendes Verfahren der Medizin, das Flüssigkeitsströme (vor allem den Blutfluss) dynamisch darstellen kann. Sie dient zur Beurteilung der Blutflussgeschwindigkeit und in der Kardiologie zur Diagnostik von Herz- und Herzklappenfehlern. Besonders bei pathologischen Gefäßerscheinungen stellt die dopplersonographische Untersuchung die Basis des diagnostischen Vorgehens dar, da sowohl die Geschwindigkeitsverteilung im jeweiligen Gefäßabschnitt beurteilt wird als auch eine genaue Darstellung der Strömungsrichtung erfolgen kann. Des Weiteren wird es durch die Dopplersonographie möglich, die zeitliche Veränderung der Geschwindigkeit des Blutflusses wiederzugeben. Aus den so erhaltenen Faktoren lassen sich anschließend die Volumenstromstärke und die pathophysiologisch wichtigen Strömungswiderstände berechnen. Neben der diagnostischen Bedeutung des Verfahrens in der Angiologie spielt die dopplersonographische Untersuchung auch eine entscheidende Rolle in der Geburtshilfe und der Gynäkologie.

Die Entwicklung der Dopplersonographie beruht maßgeblich auf der Forschung des österreichischen Physikers Christian Johann Doppler, der im Jahre 1842 eine mathematische Beziehung zum Phänomen des astronomischen Doppelsterneffekts formulierte, die seiner Meinung nach auch auf Schallwellen anwendbar war.

Das Verfahren

Die Dopplersonographie beruht auf dem Prinzip, dass Ultraschallwellen mit einer definierten Frequenz ins Gewebe ausgesendet werden und sich dort an zirkulierenden Erythrozyten streuen. Aufgrund dieser Streuung gelangt ein Teil der Ultraschallwellen zurück zum Schallkopf, der somit einerseits als Sender und andererseits auch als Empfänger der Schallwellen dient. Die Erythrozyten (rote Blutkörperchen) fungieren somit als Grenzfläche, an denen die Schallwellen reflektiert werden, sodass ein Frequenzanstieg bei Entfernungsabnahme des Schallkopfes zur Grenzfläche erfolgt und bei Entfernungszunahme die Frequenz abfällt. Die sogenannten Dopplereffekte treten allerdings nicht nur im fließenden Blut, sondern auch an weiteren sich bewegenden organischen Strukturen auf, wie beispielsweise an Gefäßwänden.

Die Dopplersonographie gliedert sich in mehrere Techniken:

• Einkanalige Dopplerverfahren: Bei dieser Methode wird von dem Dopplersystem ein einziger Schallstrahl ausgesendet, sodass die hieraus resultierenden Daten ausschließlich aus dem Gefäßstrukturenschnitt entstehen, durch den der Strahl hindurchgeht.
  • Continuous-Wave (CW-) Dopplersonographie: Als Untergruppen der einkanaligen Dopplerverfahren stellt dieses System die einfachste Methode dar, mit der kontinuierlich über die gesamte Eindringtiefe des Ultraschalls Daten über den Blutfluss gesammelt werden können. Jeder Schallkopf besitzt getrennte Schallelemente für Schalltransmission und Schallempfang. Die kontinuierliche Informationsaufnahme wird dadurch möglich, dass Sender und Empfänger im Schallkopf parallel und kontinuierlich nebeneinander arbeiten. Eine räumliche Zuordnung ist bei diesem Verfahren jedoch nicht möglich. Als Vorteil dieses Verfahrens ist jedoch zu sehen, dass die Bestimmung hoher Strömungsgeschwindigkeiten möglich ist.
  • Pulsed-Wave (PW-) Dopplersonographie: Als weitere Untergruppe der einkanaligen Dopplerverfahren ist mit diesem System im Gegensatz zur CW-Dopplersonographie eine ortsselektive Geschwindigkeitsmessung  möglich. Im gepulsten Dopplerbetrieb wird ein elektronisches Messfenster erzeugt, mit dem in einer definierten Tiefe im Gewebe die Strömungsgeschwindigkeit der Erythrozyten gemessen wird, die durch das Messfenster fließen. Anders als beim CW-Dopplerverfahren erfolgt die Informationsübermittlung über Impulse und nicht kontinuierlich.
• Mehrkanalige Dopplerverfahren (Synonyme: Farbdopplersonographie, farbkodierte Dopplersonographie, farbkodierte Duplexsonographie; Kombination aus B-Bild mit PW-Doppler/Pulse Wave Doppler): Bei dieser Technik befinden sich wie in der CW-Dopplersonographie der Schalltransmitter und der Schallempfänger als getrennte Strukturen im Schallkopf. Als Unterschied ist jedoch zu sehen, dass sich eine Vielzahl von Transmittern und Empfängern in jedem Schallkopf befinden. Das Aussenden und Empfangen der Ultraschallwellen erfolgt nicht zeitgleich, sodass die vielen Schallstrahlen Informationen aus einem dreidimensionalen Schnittbild sammeln können. Alle Mehrkanalsysteme arbeiten im gepulsten Dopplerbetrieb. Das Erfassen von Informationen wird durch die begrenzte Anzahl von Auswertungskanälen im Dopplersonographen eingeschränkt. Durch die große Anzahl an Schallwellen ist eine genaue Lokalisation der Informationsquellen gewährleistet. Aufgrund der funktionellen Eigenschaften des Verfahrens dient es zur Abschätzung möglicher Strömungsturbulenzen mit Hilfe einer Farbkodierung, bei der in Farbtönen von rot und blau verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten dargestellt werden können. Die Turbulenzen selbst werden in grün dargestellt. 
  • Tissue-Dopplersonographie (Synonym: Gewebedopplersonographie): Eine Sonderform der mehrkanaligen Dopplerverfahren, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeit eines Gewebes gemessen wird. Am häufigsten erfolgt eine Untersuchung des Myokards, um dort pathologische Prozesse nachweisen zu können.

Zur Verstärkung der Ultraschallwellen bei der Dopplersonographie können Ultraschallkontrastmittel dienen, die auf der Technik sogenannter Microbubbles basieren. Bei den Microbubbles handelt es sich um mikrometergroße Gasbläschen, die das Ultraschallsignal verstärken, da sie zur vollständigen Reflexion von Schallwellen in der Lage sind. Im Gegensatz zur nativen Dopplersonographie ist mit der Computertomographie (CT) und Magnetresonanztomographie (MRT) eine Darstellung des Kapillarflussgebietes möglich. Mithilfe der Anwendung von Microbubbles wird es auch in der dopplersonographischen Untersuchung möglich, die Flussgeschwindigkeit des Blutes im Kapillarbett zu bestimmen, indem das Zerplatzen der Gasbläschen, welches durch das Auftreten der Schallwellen hervorgerufen wird, gemessen und ausgewertet wird.

Zur optimalen Erfassung der Informationen der dopplersonographischen Untersuchung bedarf es neben ausreichender Erfahrung des Untersuchers auch der Fähigkeit zur richtigen Wahl der Dopplersonde. Je nach Tiefe der Untersuchung fällt die Wahl auf einen speziellen Schallkopf bzw. auf eine spezielle Dopplersonde.

Literatur

1. Huck K: Kursbuch Doppler- und Duplexsonographie. Nach den Richtlinien der DEGUM und der KBV. Georg Thieme Verlag 2015
2. Schmitt R: Bildgebende Diagnostik der Hand. Georg Thieme Verlag 2008
3. Steiner H: Dopplersonographie in Geburtshilfe und Gynäkologie: Leitfaden für die Praxis. Springer Verlag 2007
4. Schirmer M: Neurochirurgie. Elsevier Verlag 2004
5. Renz-Polster H: Basislehrbuch Innere Medizin: kompakt – greifbar – verständlich. Urban & Fischer Verlag 2008