Zirkulierende zerebrale Mikroemboli - Detektion mit der transkraniellen Doppler-Sonographie

Summary

Ischaemic stroke is predominantly caused by cerebral emboli which may originate from cardiac sources or atherosclerotic lesions of the cerebral arteries. The diagnosis is primarily based on clinical symptoms and may be confirmed by typical patterns in cranial computed tomography. Echocardiography, ultrasonography of the supraaortic vessels, and angiography are additional diagnostic tools and helpful in clarifying the pathogenesis.

Circulating cerebral emboli can be detected using transcranial Doppler sonography (TCD). Emboli are characterised by short-term, high-intensity ultrasonic signals with characteristic audible „chirps”. Because of their acoustic impedance, gaseous emboli reflect the ultrasonic beam with a higher intensity than do formed particles. The differentiation between true embolic signals and artifacts (probe dislocation, electrocautery) requires an experienced observer. With recent developments in automatic detection systems, monitoring will become more feasible for clinical applications.

During cardiovascular surgery, TCD signals implying cerebral emboli have been registered in various studies. The incidence of embolic signals during cardiopulmonary bypass varies with stage (before, after aortic declamping) and type of surgery (coronary, valve replacement) and the perfusion regime (bubble, membrane oxygenator). For carotid surgery, embolic signals are most likely to occur with carotid clamping, during shunt insertion, and after declamping.

There are some studies suggesting a relation between intraoperative embolic signal count and postoperative neurologic state, but the prognostic significance of these signals is still under debate. Strictly controlled prospective studies including a large number of patients have to be conducted to answer the question whether embolic signal count indicates an increased stroke risk. The high number of patients after valve replacement showing up to 30 embolic signals per minute without suffering from neurologic symptoms raises the question whether continuous, predominantly gaseous microembolisation may cause cumulative brain damage. At present, the nature of emboli (gaseous vs. solid) cannot be easily identified by TCD in clinical settings. Future technical improvement of ultrasonic devices may solve this problem, since detection of solid rather than gaseous emboli seems more likely to be clinically relevant.

Zusammenfassung

Mit der transkraniellen Doppler-Sonographie (TCD) können Emboli in der zerebralen Strombahn mit hoher Sensitivität erkannt werden. Das dopplersonographische Korrelat gasförmiger oder geformter Partikel besteht aus kurzen, abrupten Intensitätsanstiegen des reflektierten Dopplersignals und ist mit charakteristischen Geräuschen verbunden. Aufgrund ihrer höheren akustischen Impedanz verursachen Gasbläschen im Vergleich zu soliden Emboli stärkere Signalamplituden. Eine eindeutige Differenzierung zwischen gasförmigen und soliden Partikeln ist bisher jedoch nur ansatzweise möglich. Zur Differenzierung zwischen Emboliesignalen und Artefakten (z.B. durch Sondendislokation) ist in der Regel ein erfahrener Untersucher erforderlich. Neu entwickelte Verfahren erlauben eine automatisierte Embolie-Detektion.

Emboliesignale wurden mit der TCD in zahlreichen Studien vor allem bei operativen Eingriffen am Herzen unter extrakorporaler Zirkulation sowie in der Karotischirurgie nachgewiesen. Die Inzidenz dieser Signale ist u. a. abhängig vom Operationstyp (Koronarchirurgie, Herzklappenersatz) und dessen zeitlichem Verlauf (Beginn der extrakorporalen Zirkulation, Öffnen der Aortenklemme) sowie vom Perfusionsregime (”bubble”-Oxygenator, Membran-Oxygenator). Während Karotis-Endarteriektomien treten Emboliesignale bevorzugt beim Abklemmen des Gefäßes, während der Shunt-Ablage sowie nach Öffnen der Gefäßklemme auf.

Obwohl in einigen Studien Zusammenhänge zwischen der Anzahl registrierter Emboliesignale und dem postoperativen neurologischen Status gezeigt werden konnten, ist die prognostische Wertigkeit dieser Signale derzeit noch unklar. Zur Klärung dieser Frage müssen umfangreiche prospektive Studien an großen Patientenkollektiven durchgeführt werden. Nach Herzklappenersatz konnte bei zahlreichen Patienten eine hohe Emboliesignalrate (bis 30/min vermutlich gasförmiger Embolien) nachgewiesen werden, was die Frage aufwirft, ob durch kontinuierliche Mikroembolisation eine kumulative Hirnschädigung ausgelöst werden kann. Eine eindeutige Differenzierung zwischen gasförmigen und soliden Partikeln ist unter klinischen Bedingungen derzeit nicht möglich und bleibt zukünftigen Entwicklungen der Ultraschalltechnologie vorbehalten. Die Lösung dieses Problems ist vordringlich, da die Embolisation solider Partikel vermutlich eine größere klinische Relevanz hat als die Verschleppung von Gasbläschen.