Arbeitsgruppe Hirnparenchymsonographie
Fr. Dr. Stefanie Behnke, Dr. Frank Wollenweber, Fr. Viola Günther, Fr. Ute Schröder, Fr. Dr. Susanne Schmidt, Dr. Jörg Spiegel, PD Dr. Ulrich Dillmann
Kooperation:
Fr. PD Dr. Daniela Berg, Institut für Antropologie und Humangenetik, Neurologische Klinik und Hertie Institut für klinische Hirnforschung, Universitätsklinik Tübingen
Dr. Kay Double, Prof. Glenda Halliday, Prof. Tony Broe, Prince of Wales Medical Research Institute, Randwick, Sydney, NSW, Australien
Prof. Dr. Martin Müller, Kantonsspital Luzern, Schweiz
PD Dr. Gernot Schulte-Altedorneburg, Neuroradiologie, Universitätsklinik Bochum
Prof. Dr. Schreckenberger, PET-Zentrum der Universität Mainz
Prof. Reith. Hr. Krick, Neuroradiologie der Universitätsklinik Homburg
Dr. Hellwig, Nuklearmedizin der Universitätsklinik Homburg
Förderung:
DFG, Industriemittel, HOMFOR
Hintergrund:
Zu Beginn der 90er Jahre konnten Prof. Georg Becker und Prof. Ulrich Bogdahn die Anatomie des Hirnparenchyms im transkraniellen Ultraschall beschreiben (1993). So war es möglich, ein zweidimensionales Bild des Gehirns mittels Sonographie durch die intakte Schädelkalotte zu erhalten, ohne den Patienten den Nachteilen der Strahlenexposition bei Computertomographie oder Röntgendiagnostik auszusetzen oder auf das aufwendigere und noch weniger verfügbare Kernspintomogramm zurückgreifen zu müssen. Eine Ultraschalluntersuchung der zerebralen Strukturen war zuvor hauptsächlich inform von eindimensionalen Echoverfahren durchgeführt worden, um Raumforderungen oder Veränderungen des Ventrikelsystems zu erkennen.
In der Folge wurden mittels transkraniellem Ultraschall (TCD) zunehmend Krankheitsbilder untersucht: von Tumoren über intrazerebrale Blutungen, andere Raumforderungen, konsekutive Mittellinienverlagerungen, über verschiedene Formen des Hydrozephalus bis hin zu den neurodegenerativen Erkrankungen, die ab 1995, beginnend mit dem Morbus Parkinson (s.u.) durch die Arbeitsgruppe um Prof. Becker in Würzburg systematisch sonomorphologisch beschrieben wurden.
Mit der Übernahme der Leitung der Neurologischen Universitätsklinik im Jahr 2001 brachte Prof. Becker die Methode des TCD mit nach Homburg und baute hier innerhalb kurzer Zeit eine Ultraschall-Arbeitsgruppe mit dem Schwerpunkt Hirnparenchymsonographie und vaskuläre Erkrankungen (unter Einbezug des bestehenden vaskulären Schwerpunktes) auf.
Auch nach dem tragischen Tod Prof. Beckers im Jahre 2003 wurden die wissenschaftlichen Arbeiten im Bereich der Hirnparenchymsonographie bei neurodegenerativen Erkrankungen unsererseits fortgesetzt und ausgebaut im engen Kontakt mit den bereits in den Anfängen der Würzburger Arbeitsgruppe aktiven Kooperationspartnern und Mitarbeitern, denen wir für die lebendige und stets fruchtbare Zusammenarbeit dankbar sind.
| Methode: |  |
Mithilfe der transkraniellen Hirnparenchymsonographie (TCS ) lassen sich weite Teile des Gehirnes über das temporale Schallfenster darstellen. Insbesondere Hirnstamm, Ventrikelsystem und Basalganglien sind sonographisch einfach erfassbar und können anhand ihrer charakteristischen Echomorphologie beurteilt werden. So stellt sich der pontine bis mesencephale Hirnstamm als echoarme Struktur umgeben von den echoreichen basalen Zisternen dar, geteilt durch die sogenannte Hirnstammraphe, eine echoreiche Mittelinienstruktur, die Faserzügen des basalen limbischen Systems zugeordnet wird. Dritter Ventrikel und Seitenventrikel erscheinen als anechogene Bereiche, die von hyperechogenen Linien begrenzt werden, Areale, in denen der Ultraschall nahezu im rechten Winkel auf das Ependym trifft. Die Basalganglien stellen sich homogen schwach echogen dar. Die einzelnen Kerngebiete lassen sich beim Gesunden nicht voneinander oder der sie umgebenden weißen Substanz abgrenzen.
Verschiedene Untersuchungsebenen in der Hirnparenchymsonographie mit dem korrespondierenden kernspintomographischen Schnitt.
Morbus Parkinson
Während beim primären Morbus Parkinson konventionelle Verfahren der zerebralen Bildgebung in der Regel unauffällig bleiben, war es möglich, mittels TCS in einer Pilotstudie bei 30 Parkinsonpatienten signifikante Änderungen der Echomorphologie der Substantia nigra (SN ) im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe zu zeigen (Becker et al., 1995). Die Echogenität der SN innerhalb des hypoechogenen mesencephalen Hirnstammes war deutlich angehoben. Nachfolgende Untersuchungen konnten bei über 90% der untersuchten Parkinsonpatienten eine planimetrisch ausgemessene hyperechogene SN nachweisen, deren Fläche über der 75. Perzentile einer altergematchten gesunden Kontrollgruppe lag. Besonders deutlich waren die Veränderungen kontralateral zur stärker betroffenen Körperhälfte (Berg et al., 2001, Walter et al., 2002). Bei atypischen Parkinson-Syndromen war die Echogenität der SN demgegenüber überwiegend unauffällig (Walter et al., 2003, Behnke et al., 2005). In einer Untersuchung 330 gesunden Probanden, zeigten 8,6 % ebenfalls eine angehobene Echogenität der SN. PET-Studien in dieser Subgruppe konnten trotz fehlender klinischer Zeichen eine reduzierte [18F]-Dopa-Aufnahme im Striatum nachweisen als Zeichen einer nigrostriatalen Dysfunktion (Berg et al., 1999). Weitere Ultraschallstudien bei Kollektiven ohne bestehende Diagnose einer Bewegungsstörung zeigten hier in Homburg an 500 gesunden Probanden, aber auch in anderen Studien bei älteren Probanden eine Assoziation zwischen echogener SN und klinischen Zeichen einer motorischen Verlangsamung (Berg et al., 2001b, Behnke et al., 2007, Schweitzer, Behnke et al., 2007). Psychiatrische Patienten unter neuroleptischer Therapie wiesen häufiger und schwerere Symptome eines Parkinsonoids auf, wenn eine Echogenitätsanhebung der SN sonographisch nachweisbar war.
Histochemische Untersuchungen konnten zeigen, dass die Echogenitätsanhebung der SN mit dem Gewebeeisengehalt korrelierte (Berg et al., 2002).
Die Bedeutung des sonographischen Befundes ist aktuell noch nicht vollständig klar. Die genannten Studienergebnisse lassen sich möglicherweise als Vulnerabilitätsfaktor des nigrostriatalen Systems interpretieren, der eine präklinische Läsion darstellt, die im Beisein eines zusätzlichen Endo- oder Exotoxin in einen klinisch manifesten Morbus Parkinson mündet.
Proband mit deutlich echogener Substantia nigra (Pfeil) mit reduzierter Fluorodopa-Aufnahme in der PET-Untersuchung.
Rechte Bildhälfte Proband mit regulärer Echogenität der Substantia nigra und regulärer Fluorodopa-Aufnahme.
Projekt präklinische Diagnose des Morbus Parkinson
Abgeschlossene Projekte:
- Bedeutung der erhöhten Echogenität der Substantia nigra als Risikomarker für die Entwicklung eines Morbus Parkinsons. Sonographische und klinische Untersuchung von 500 gesunden Probanden als Ausgangspunkt einer Longitudinalstudie (Frau Dr. Behnke).
- Follow-up sonographisch auffälliger und unauffälliger Probanden mittels TCS, Klinik und MRT (T2-Zeiten) (Fr. Dr. Behnke, Hr. Krick, Prof. Reith) und Ganganalyse (PD Dr. Dillmann).
- Sonographische und klinische Untersuchung eines gesunden Kollektivs in der 9. und 10. Lebensdekade zur Beurteilung der Entwicklung der Substantia nigra-Echogenität beim Gesunden mit fortschreitendem Lebensalters sowie Korrelation mit klinischen Zeichen der nigrostriatalen Dysfunktion (Fr. Dr. Behnke, Dr. Double, Prof. Halliday, Prof. Broe, POWMRI, Sydney, Australien).
Laufende Projekte:
- TCS bei Kindern zur Beurteilung des Echoverhaltens der Substantia nigra in der 1. und 2. Lebensdekade (Fr. Dr. Behnke, Fr. Dr. Schmidt, Dr. Rohrer, Prof. Gortner).
- Multizentrische longitudinale sonographische und klinische Untersuchung gesunder Probanden in Zusammenarbeit mit den Neurologischen Universitätskliniken Tübingen und Innsbruck (Fr. Dr. Behnke, Dr. Wollenweber, Fr. PD Dr. Berg, Prof. Dr. Poewe).
- Ganganalyse bei gesunden Probanden mit und ohne Hyperechogenität der Substantia nigra (PD Dr. Dillmann, Fr. C. Fehringer)
- Fluoro-DOPA-PET an gesunden Probanden mit echogener Substantia nigra in Zusammenarbeit mit dem PET-Zentrum Mainz (Fr. Schröder, Fr. Dr. Behnke, Prof. Dr. Schreckenberger).
Literatur:
Becker G, Seufert J, Bogdahn U, Reichmann H, Reiners K. Degeneration of substantia nigra in chronic Parkinson's disease visualized by transcranial color-coded real-time sonography. Neurology 1995;45:182-184
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Berg D, Roggendorf W, Schroder U, Klein R, Tatschner T, Benz P, Tucha O, Preier M, Lange KW, Reiners K, Gerlach M, Becker G. Echogenicity of the substantia nigra: association with increased iron content and marker for susceptibility to nigrostriatal injury.
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Akbas N, Hochstrasser H, Deplazes J, Tomiuk J, Bauer P, Walter U, Behnke S, Riess O, Berg D. Screening for mutations of the HFE gene in Parkinson's disease patients with hyperechogenicity of the substantia nigra. Neurosci Lett. 2006 Oct 16;407(1):16-9.
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Schweitzer KJ, Behnke S, Liepelt I, Wolf B, Grosser C, Godau J, Gaenslen A, Bruessel T, Wendt A, Abel F, Muller A, Gasser T, Berg D. Cross-sectional study discloses a positive family history for Parkinson's disease and male gender as epidemiological risk factors for substantia nigra hyperechogenicity. J Neural Transm. 2007 Apr 20; [Epub ahead of print]
Behnke S, Double KL, Duma S, Broe GA, Guenther V, Becker G, Halliday GM. Substantia nigra echomorphology in the healthy very old: Correlation with motor slowing. Neuroimage. 2007 Feb 1;34(3):1054-9.
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Dystone Bewegungsstörungen
Symptomatische Formen der Dystonien weisen als pathomorphologisches Korrelat häufig strukturelle Läsionen im kontralateralen Linsenkern oder Thalamus auf, während die Ätiopathogenese der primären Dystonien unklar ist. Sonographische Studien konnten in ¾ der untersuchten Patienten mit idiopathischen fokalen Dystonien eine signifikante Anhebung der Echogenität im Bereich des Linsenkernes nachweisen (Naumann et al., 1996). Häufig zeigte sich eine deutliche Betonung im medialen Teil, dem Globus pallidum internum entsprechend. In der neurochemischen Untersuchung von Hirngewebe verstorbener Dystoniepatienten konnte eine Erhöhung des Kupfergehaltes im Linsenkern nachgewiesen werden, die möglicherweise der Echogenitätsänderung zugrunde liegt (Becker et al., 1999, Berg et al., 2000).
Echogene Läsionen im Bereich des medialen Globus Pallidus internus bei Patienten mit idiopathischer Dystonie
Literatur:
Naumann M, Becker G, Toyka KV, Supprian T, Reiners K. Lenticular nucleus lesion in idiopathic dystonia detected by transcranial sonography. Neurology 1996;47:1284-1290
Ausblick:
Prospektive Studien werden die Bedeutung asymptomatischer sonographischer Veränderungen bei gesunden Probanden weiter eingrenzen. In der Grundlagenforschung sind vergleichende pathoanatomische und neurochemische Studien zu den Ultraschallbefunden vielversprechend, um das Korrelat der Echogenitätsänderung auf Gewebeebene näher zu beschreiben und so möglicherweise zu neuen pathophysiologischen Konzepten beizutragen.
Arbeitsgruppe vaskulärer Ultraschall
Dr. Philipp Erdmann, Fr. Dr. Silke Walter
Kooperation:
Prof. Dr. Martin Müller, Kantonsspital Luzern, Schweiz
PD Dr. Gernot Schulte-Altedorneburg, Neuroradiologie, Universitätsklinik Bochum
Förderung:
DFG, BMBF, Industriemittel
Zerebrale Mikroembolien als Ursache der zerebralen Ischämie
In der transkraniellen Doppler-Sonographie (TCD) sind kleine Embolien gut als mikroembolische Signale detektierbar. Ihnen wird eine pathophysiologische Relevanz in der Genese der zerebralen Ischämie bei Karotisstenosen und der Karotis-Thrombendarterektomie zuerkannt. Offenbar werden jedoch viele Emboli rechtzeitig lysiert, bevor es zur Ischämie kommt. In der jüngsten Untersuchung konnte festgestellt werden, dass bei stabilen hämodynamischen Bedingungen die Embolusgröße die wohl entscheidenste Rolle in der Pathogense er zerebralen Ischämie spielt.
Literatur:
Müller M, Reiche W, Langenscheidt P, Haßfeld J, Hagen T. Ischemia after carotid endarterectomy: Comparison between transcranial Doppler sonography and diffusion-weighted MR Imaging. AJNR Am J Neuroradiol 2000; 21:47-54
Müller M, Behnke S, Walter P. Cerebrovascular resistance and blood flow velocity changes after carotid endarterectomy. Vasa. 1999 Nov;28(4):279-82.
Müller M, Behnke S, Walter P, Omlor G, Schimrigk K. Microembolic signals and intraoperative stroke in carotid endarterectomy. Acta Neurol Scand. 1998 Feb;97(2):110-7.