Effect of head positioning on cerebral blood velocity in the basilar artery in neonates and young infants: A single-center, retrospective analysis

Abstract

Purpose

Head rotation and subsequent hypoperfusion of the brain stem might be possible causal factors of sudden infant death. This study aimed to determine the quantitative changes of cerebral blood flow as assessed on ultrasound (US) Doppler with respect to dependence on the position and age of the subject.

Materials and Method

This single-center retrospective study was performed to assess US Doppler measurements on vertebral and basilar arteries of neonates and infants. After measuring peak systolic flow (Vs) and time-averaged velocity (TAM) in the middle supine position, each subject was positioned with the head rotated to the right and left both in a supine and a prone position. Both vertebral arteries were measured, and results were correlated to individual age at the time of investigation.

Results

A total of n=1889 subjects were analyzed. Vs was 63.0±15.3cm/s in the supine middle position and reduced after head rotation to 59.9±21.6 m/s (P <0.0001, head rotated right) and 59.4±15.6cm/s (P <0.0001, left). In the prone position Vs was 58.4±14.8cm/s (P <0.0001, head rotated right) and 58.1±15.0cm/s (P <0.0001, left). Comparable measurements were made for TAV. There was a correlation of TAV and Vs with individual postnatal age.

Conclusion

Head rotation and different positioning of the neonate/young infant leads to lower Vs and TAV values in the basilar artery. It remains unclear if these changes may help to identify patients at risk of SIDS. Furthermore, Vs and TAV are age-dependent, which should be considered in the workup of transfontanellar US Doppler investigations.

Zusammenfassung

Ziel

Die Kopfdrehung und die daraus resultierende Hypoperfusion des Hirnstamms könnte ein möglicher kausaler Faktor für den plötzlichen Kindstod (sudden infant death syndrome, SIDS) sein. Ziel dieser Arbeit war es, die quantitativen Veränderungen des zerebralen Blutflusses, gemessen mit Doppler-Ultraschall (US), in Abhängigkeit von Position und Alter zu bestimmen.

Material und Methoden

In dieser retrospektiven, monozentrischen Studie wurden US-Doppler-Messungen an Vertebral- und Basilar-Arterien von Säuglingen durchgeführt. Nach der Messung des systolischen Spitzenflusses (Vs) und der zeitlich gemittelten Geschwindigkeit (TAV) in mittlerer Rückenlage wurde jeder Proband mit nach rechts und links gedrehtem Kopf in Rücken- und Bauchlage geschallt. Beide Vertebral-Arterien wurden gemessen und die Ergebnisse mit dem individuellen Alter korreliert.

Ergebnisse

Insgesamt wurden n=1889 Probanden analysiert. Vs betrug 63,0±15,3cm/s in mittlerer Rückenlage und verringerte sich auf 60,2±21,6 cm/s Supine right 59.9 ± 21.6 nach Kopfdrehung (P <0,0001, rechts) und 59,3±15,8cm/s Supine left 59.4 ± 15.6 (P <0,0001, links). In Bauchlage betrug der Wert 58,4±14,9cm/s Prone right 58.4 ± 14.8 (P <0,0001, rechts) und 58,3±17,8 cm/s Prone left 58.1 ± 15.0 (P <0,0001, links). Vergleichbare Werte wurden für TAV ermittelt. Es gab eine Korrelation von TAV und Vs mit dem Alter bei Untersuchung.

Schlussfolgerung

Die Kopfdrehung und unterschiedliche Lagerung des Neugeborenen/Kleinkindes führt zu niedrigeren Vs- und TAV-Werten in der Basilar-Arterie. Es bleibt unklar, ob diese Änderungen helfen können, Patienten mit höherem SIDS-Risiko zu identifizieren. Die Altersabhängigkeit solcher Messungen sollte bei der Durchführung von transfontanellären US-Doppler-Untersuchungen berücksichtigt werden.

Keywords

ultrasound - Pediatrics - sudden infant death

Publication History

Received: 20 August 2024

Accepted after revision: 18 August 2025

Accepted Manuscript online:
18 August 2025

Article published online:
10 October 2025

• References

• 1 Krous HF, Beckwith JB, Byard RW. et al. Sudden infant death syndrome and unclassified sudden infant deaths: a definitional and diagnostic approach. Pediatrics 2004; 114: 234-238
• 2 Moon RY, Carlin RF, Hand I. Evidence Base for 2022 Updated Recommendations for a Safe Infant Sleeping Environment to Reduce the Risk of Sleep-Related Infant Deaths. Pediatrics 2022; 150
• 3 Park S, Han JH, Hwang J. et al. The global burden of sudden infant death syndrome from 1990 to 2019: a systematic analysis from the Global Burden of Disease study 2019. QJM 2022; 115: 735-744
• 4 Adams SM, Ward CE, Garcia KL. Sudden Infant Death Syndrome. American family physician 2015; 91: 778-783
• 5 Blair PS, Sidebotham P, Evason-Coombe C. et al. Hazardous cosleeping environments and risk factors amenable to change: case-control study of SIDS in south west England. BMJ (Clinical research ed) 2009; 339: b3666
• 6 Jorch G. Plötzlicher Kindstod. Monatsschrift Kinderheilkunde 1994; 142: 137-147
• 7 Maslowski HA. A new hypothesis for sudden infant death syndrome: the occlusion of vertebral arteries as a major cause. J Clin Forensic Med 1996; 3: 93-98
• 8 Pamphlett R, Murray N. Vulnerability of the infant brain stem to ischemia: a possible cause of sudden infant death syndrome. J Child Neurol 1996; 11: 181-184
• 9 Pamphlett R, Raisanen J, Kum-Jew S. Vertebral artery compression resulting from head movement: a possible cause of the sudden infant death syndrome. Pediatrics 1999; 103: 460-468
• 10 Deeg KH, Alderath W, Bettendorf U. Basilar artery insufficiency – a possible cause of sudden infant death? Results of a Doppler ultrasound study of 39 children with apparent life-threatening events. Ultraschall in Med 1998; 19: 250-258
• 11 Priyadarshi M, Balachander B, Sankar MJ. Effect of sleep position in term healthy newborns on sudden infant death syndrome and other infant outcomes: A systematic review. J Glob Health 2022; 12: 12001
• 12 Deeg KH, Erhardt P, Förtsch K. et al. Minderperfusion des Hirnstammes durch Kompression der Vertebralarterien bei Kopfrotation – Eine Ursache von SIDS?. Klinische Pädiatrie 2001; 213: 124-133
• 13 Vanhatalo S, Nikolajev K, Kiekara O. et al. Vertebral artery insufficiency as a possible mechanism for sudden infant death – in vivo evidence does not support findings from postmortem studies. Brain Dev 2003; 25: 322-325
• 14 Riccabona MSG, vonRohden L, Zoder G. et al. Standarddokumentation der Sonografie des kindlichen Neurokraniums. In: DEGUM Ö ed, Dokumentationsleitlinie.
• 15 Deeg KH, Reisig A. Sonographisches Screening der Hirnbasisarterien zur Risikominimierung des plötzlichen Säuglingstodes. Der Radiologe 2013; 53: 791-799
• 16 Pourcelot L. Applications cliniques de lʼexamen Doppler transcutané, Vélocimétrie ultrasonore Doppler 34. Edited by Perroneau P Paris, INSERM 1974. 213.
• 17 Gosling RG, King DH. Arterial assessment by Doppler-shift ultrasound. Proc R Soc Med 1974; 67: 447-449
• 18 Moon RY, Horne RS, Hauck FR. Sudden infant death syndrome. Lancet 2007; 370: 1578-1587
• 19 Deeg KH, Bettendorf U, Alderath W. Ist der plötzliche Kindstod Folge einer lageabhängigen Minderperfusion des Hirnstamms?. Monatsschrift Kinderheilkunde 1998; 146: 597-602
• 20 Hebold K, Saternus KS, Schleicher A. Morphometrische Untersuchungen der A. vertebralis bei Säuglingen und Kleinkindern. Zeitschrift fur Rechtsmedizin Journal of legal medicine 1986; 97: 41-48
• 21 Ilves P, Lintrop M, Talvik I. et al. Developmental changes in cerebral and visceral blood flow velocity in healthy neonates and infants. J Ultrasound Med 2008; 27: 199-207
• 22 Rupprecht T, Deeg KH, Zeilinger G. Age-dependent blood flow velocity in the cerebral arteries of newborn infants and infants measured by Doppler sonography. Ultraschall in Med 1988; 9: 76-83
• 23 Wu TW, Lien RI, Seri I. et al. Changes in cardiac output and cerebral oxygenation during prone and supine sleep positioning in healthy term infants. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2017; 102: F483-F489
• 24 Camfferman FA, de Goederen R, Govaert P. et al. Diagnostic and predictive value of Doppler ultrasound for evaluation of the brain circulation in preterm infants: a systematic review. Pediatr Res 2020; 87: 50-58
• 25 Deeg KH, Reisig A. Doppler sonographic screening of the flow in the basilar artery during head rotation reduces the risk for sudden infant death. Ultraschall in Med 2010; 31: 506-514