Elastografie der Aorta – Erkenntnisse aus Ultraschall und Magnetresonanztomografie

Abstract

Mit der Elastografie steht ein einzigartiges bildgebendes Verfahren zur Verfügung, das in vivo eine Quantifizierung viskoelastischer Eigenschaften des menschlichen Gewebes ermöglicht. Daher wurde in dieser Arbeit die Ultraschall- und Magnetresonanztomografie zur gewebemechanischen Untersuchung der Aorta weiterentwickelt und getestet. Im ersten Teil der Habilitationsarbeit wurde die zeitharmonische Ultraschallelastografie der Aorta ausführlich evaluiert. In einer ersten Machbarkeitsstudie konnte bei 30 gesunden Probanden und 5 Patienten die Scherwellenamplitude (SWA) und deren zyklische Variation in Systole und Diastole als Elastizitätsparameter der Aortenwand erhoben werden. Hier zeigte sich eine hohe Sensitivität des Parameters DSWA (Differenz von systolischer zu diastolischer SWA) gegenüber einer pathologisch erhöhten Aortensteifigkeit bei Hypertonikern. Die basierend auf den ersten Erkenntnissen weiterentwickelte THE erlaubte die direkte Messung der Scherwellengeschwindigkeit und wurde in einem Kollektiv von insgesamt 50 gesunden Probanden und 24 langjährigen Hypertonikern unterschiedlichen Alters evaluiert. Zum einen konnte der aus der Literatur bekannte Einfluss des Alterns auf die arterielle Steifigkeit nachgewiesen werden. Zum anderen gelang die Detektion einer altersunabhängig erhöhten arteriellen Steifigkeit in der Gruppe der Patienten. Die hohe Sensitivität und Spezifität der THE gegenüber einer erhöhten Gefäßsteifigkeit bestätigte sich im Vergleich mit der parallel gemessenen PWV. Exzellente Werte in der Intra- und Interrater-Übereinstimmung sowie gute bis exzellente Ergebnisse in der kurz- und langfristigen Reproduzierbarkeit unterstrichen das diagnostische Potential der Methode. Die Robustheit der THE gegenüber Messeinflüssen konnte in zwei weiteren Arbeiten gezeigt werden. In einem ex vivo Schweinemodell wurde der Einfluss des intravasalen Drucks auf die Messung der Scherwellengeschwindigkeit in frisch explantierten und in künstlich mittels Formalin versteiften Aorten geprüft. Es zeigte sich zwar ein statistisch signifikanter Einfluss des Blutdrucks. Dieser hatte in physiologischen Bereichen des arteriellen Mitteldrucks effektiv jedoch nur einen geringen Anteil an der gemessenen Scherwellengeschwindigkeit in einem Bereich von 1,89 – 8,60%. Übereinstimmend mit den Kenntnissen aus der Physiologie zeigte sich in einer weiteren Arbeit mit 20 gesunden Probanden, dass eine kurzfristige Steigerung des intravasalen Volumens keinen Einfluss auf die gemessene arterielle Steifigkeit hat. Die Sensitivität der THE gegenüber Volumenänderungen konnte parallel anhand von Messungen in der Wand der Vena cava inferior nachgewiesen werden. Durch Volumengabe und durch Autotransfusion stieg die in der Venenwand gemessene Steifigkeit analog zu einem Abfall des Kollapsibilitätsindex an. Im zweiten Teil der Habilitationsarbeit wurde die multifrequente Magnetresonanzelastografie zur Anwendung in der Aorta weiterentwickelt. In einem Kollektiv von 20 gesunden Probanden gelang eine Bestimmung der Scherwellengeschwindigkeit in der Aorta ascendens, Aorta descendens und Aorta abdominalis. Übereinstimmend mit Kenntnissen aus der Physiologie und Histologie konnte das Maximum der Aortenelastizität in den thoraka- len Segmenten und eine Abnahme der Elastizität von proximal nach distal nachgewiesen. Trotz der hohen technischen Anforderungen aufgrund der Beweglichkeit und der guten mechanischen Abschirmung der Aorta erwies sich die Technik als ausreichend robust, um bei allen Probanden eine erfolgreiche Messung der Scherwellengeschwindigkeit in allen drei Segmenten durchzuführen. Die in dieser Habilitationsarbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen das große Potential der Ultraschall- und Magnetresonanzelastografie zur nichtinvasiven Quantifizierung der Aortensteifigkeit im Kontext des Alterns und kardiovaskulärer Erkrankungen.