Ultraschalluntersuchung des Gehirns: Fortschritte und Anwendungsmöglichkeiten

Einführung

Die Ultraschalluntersuchung des Gehirns, insbesondere bei Säuglingen, hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Neuartige Hochgeschwindigkeitsultraschallgeräte in Kombination mit KI-gestützter Bildanalyse eröffnen hochauflösende Einblicke in das Säuglingsgehirn. Diese Fortschritte ermöglichen eine schnellere und präzisere Diagnose verschiedener neurologischer Erkrankungen.

Ultraschall bei Säuglingen: Ein Fenster zum Gehirn

Bei Neugeborenen sind die Schädelknochen noch nicht vollständig miteinander verwachsen. Diese unverknöcherte Region, die Fontanelle, ermöglicht es Ärzten, das Gehirn von Säuglingen per Ultraschall zu untersuchen. Im Gegensatz dazu ist es bei Erwachsenen schwierig, per Ultraschall aussagekräftige Bilder des Gehirns zu erhalten, da der Schädel die Schallwellen abschirmt.

Vorteile des Ultraschalls gegenüber MRT

Die Diagnose von Schlaganfällen bei Säuglingen erfolgt bislang meist mit einem Magnetresonanztomografen (MRT). Jedoch ist die MRT-Untersuchung von Neugeborenen herausfordernd, und nicht alle Krankenhäuser verfügen über ein solches Gerät. Die Ultraschalltechnologie könnte sich zumindest für eine erste schnelle Abklärung eignen und damit die Einleitung einer passenden Therapie beschleunigen. Professor Dr. Karl-Hein Deeg rät regelrecht davon ab, Untersuchungen am Schädel von Früh- und Neugeborenen im MRT durchzuführen und spricht sich klar für den Einsatz von Ultraschall aus, um Blutungen oder Fehlbildungen sowie Ventrikelerweiterungen im Gehirn zu erkennen. Für eine Untersuchung im MRT müsste man die Kinder sedieren, während Ultraschall selbst auf der Intensivstation im Inkubator durchführbar ist.

Innovative Ultraschalltechniken und KI-gestützte Bildanalyse

Moderne Ultraschallgeräte bilden die Gefäße im Gehirn von Säuglingen oft nicht genau genug ab, um für die Schlaganfalldiagnose geeignet zu sein. Eine verbesserte Methode, die von Forschern des Uniklinikums Erlangen und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) entwickelt wird, beinhaltet die Injektion von Kontrastmittel in die Vene der kleinen Patienten. Diese Flüssigkeit enthält kleine Gasbläschen, die im Ultraschall hell erscheinen.

KI zur Verfolgung von Kontrastmittel-Bläschen

Entsprechend trainierte KI-Verfahren können im Ultraschallfilm einzelne Kontrastmittel-Bläschen erkennen und ihre Reise durch das Gehirn verfolgen. Dadurch können Verengungen oder Blockaden in den Gefäßen genau analysiert werden. Hochgeschwindigkeitsultraschallgeräte, die bis zu 300 Bilder pro Sekunde aufzeichnen, erleichtern der KI die Arbeit, da sich die Bläschen von Aufnahme zu Aufnahme nur wenig in ihrer Position verändern.

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Ultrasound Localization Microscopy

Die Forscher nutzen auch einen speziellen Schallkopf, mit dem dreidimensionale Bilder erzeugt werden können. Durch die Kombination dieser Maßnahmen kann der Zustand der Gefäße im Gehirn in sehr hoher Auflösung analysiert werden. Diese sogenannte Ultrasound Localization Microscopy hat großes Potenzial, wie kürzlich in der Zeitschrift Stroke veröffentlicht wurde.

Anwendungsmöglichkeiten des Ultraschalls in der Neurologie

Die Ultraschalldiagnostik (Sonographie) in der Neurologie beinhaltet die Beurteilung der den Kopf und das Gehirn versorgenden Schlagadern (Arterien) mit der sogenannten Doppler- bzw. Farbduplexsonographie. Untersucht werden die großen vorderen Halsschlagadern (Arteria carotis) und die kleineren hinteren Halsschlagadern (Arteria vertebralis) außerhalb des Kopfes (extrakraniell). Mit modernen Geräten gelingt es, auch Arterien innerhalb des Kopfes (intrakraniell) darzustellen. Hierbei wird der Ultraschallkopf vom Untersucher an die Schläfen bzw. am Nacken vor das große Hinterhauptsloch (Foramen magnum) gehalten. Untersucht werden die sogenannten Hirnbasisarterien, die anatomisch im ringförmigen Circulus Willisii mit den davon abzweigenden vorderen, mittleren und hinteren hirnversorgenden Arterien angeordnet sind, sowie die intrakraniellen Abschnitte der Vertebralarterien, die sich vor dem Hirnstamm zur Arteria basilaris vereinigen.

Schlaganfall und Asphyxie bei Neugeborenen

Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf der schnellen Diagnose eines Schlaganfalls bei Neugeborenen. Die Hoffnung ist, dadurch auch früher Behandlungsschritte einleiten zu können, etwa um das verursachende Blutgerinnsel aufzulösen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der sogenannten Asphyxie, einem bedrohlichen Sauerstoffmangel nach der Geburt. Die Forschenden wollen herausfinden, ob sie mit ihrer Methode die Hirngebiete sichtbar machen können, die besonders stark unter der Mangelversorgung leiden. Außerdem wollen sie untersuchen, wie das Gehirn auf die Notlage reagiert und inwiefern aus diesen Mechanismen mögliche Therapiemaßnahmen abgeleitet werden können, um bleibende Schäden des Gehirns zu verhindern.

Parkinson-Erkrankung

Bereits Mitte der 90er-Jahre wurden mit Ultraschall typische Veränderungen wie ein hoher Eisengehalt und vermehrte Entzündungsquellen im Mittelhirn entdeckt, die auf eine Parkinson-Erkrankung hindeuteten. Inzwischen wird diese Methode auf der ganzen Welt angewandt, und die Veränderungen können sogar schon bei gesunden Menschen nachgewiesen werden, die erst Jahre später die ersten Symptome entwickeln würden.

Essentieller Tremor

Eine relativ neue Technik zur Bekämpfung des essentiellen Tremors ist der MRT-gesteuerte fokussierte Ultraschall (MRgFUS). Mittels Ultraschalls wird hierbei im MRT Hirngewebe verödet, wobei eine Besserung des Zitterns von bis zu 80 Prozent erreicht werden kann.

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Weitere Anwendungsgebiete

• Arteriitis temporalis: Die spezielle Ultraschalluntersuchung der teils schmerzhaft verdickten Gefäße ermöglicht die Darstellung von Wandverdickungen (Halo). Gemäß Empfehlungen der Europäischen Rheumaliga (European League against Rheumatism - EULAR) ist die Duplex-Sonographie der Temporalarterien die Methode erster Wahl in der Diagnostik einer Riesenzellarteriitis mit kranialem Befallsmuster.
• Karpaltunnelsyndrom und entzündliche Neuropathien: In Ergänzung zur Elektroneurographie und Elektromyographie lassen sich mit Ultraschall Zusatzinformationen erlangen.
• Erkrankungen der Augenmuskeln (Myositis): Ultraschall kann bei der Diagnose dieser Erkrankungen helfen.
• Idiopathische und sekundäre intrakranielle Hypertension (früher Pseudotumor cerebri): Ultraschall kann Veränderungen am Eintrittspunkt des Sehnervens in den Augapfel (Papille) oder am Sehnerven selbst erkennen.
• Durchblutungsstörungen des Gehirns: Die neurologische Sonografie ist eine wichtige Methode zur Diagnose von Durchblutungsstörungen des Gehirns, wie zum Beispiel bei Schlaganfällen.
• Kopfschmerzen und Gedächtnisstörungen: Die Doppler-Sonographie ist eine wichtige Untersuchungsmethode bei Kopfschmerzen und Gedächtnisstörungen, die unter Umständen durch eine schlechte Durchblutung des Gehirns ausgelöst werden können.
• Erhöhter Hirndruck: Die Optikusnervenscheiden-Sonografie ist ein einfach anwendbares, nicht-invasives und hochrelevantes Verfahren, mit dem sich ein erhöhter Hirndruck frühzeitig feststellen lässt.

Vorteile der Ultraschalluntersuchung

• Nicht-invasiv: Die Ultraschalluntersuchung ist schmerz- und gefahrlos und kann mehrfach wiederholt werden.
• Schnell und einfach durchführbar: Ultraschall ist ein Verfahren, das beliebig oft ohne großen Aufwand am Patientenbett durchgeführt werden kann.
• Keine Strahlenbelastung: Im Gegensatz zu Röntgenuntersuchungen und CT-Scans ist die Ultraschalluntersuchung strahlenfrei.
• Patientenschonend: Insbesondere die Optikusnervenscheiden-Sonografie bietet eine wertvolle, patientenschonende Ergänzung, insbesondere in Notfallsituationen oder wenn eine invasive Messung nicht möglich ist.
• Hohe Verfügbarkeit: Ultraschallgeräte sind in den meisten Krankenhäusern und Arztpraxen verfügbar.

Grenzen der Ultraschalluntersuchung

• Schallschatten: Der Schädelknochen schirmt das Gehirn ab, was die Ultraschalluntersuchung bei Erwachsenen erschwert.
• Bildqualität: Die Bildqualität kann durch verschiedene Faktoren wie die Körperkonstitution des Patienten beeinträchtigt werden.
• Bedienungsabhängigkeit: Die Qualität der Ultraschalluntersuchung hängt stark von der Erfahrung und dem Können des Untersuchers ab.

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