Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Versuch einer Verbesserung der Fr\u00fchdiagnostik der koronaren Herzkrankheit, der in der Bundesrepublik ca. 150.000 Menschen pro Jahr zum Opfer fallen. Die bisherigen Diagnoseverfahren sind sehr materialaufwendig und durch deren Eigenschaften (R\u00f6ntgen, radioaktive Isotopen) sehr umweltbelastend, zudem mit au\u00dferordentlich hohen Kosten verbunden und letztlich nicht fl\u00e4chenhaft einsetzbar. Die Stress-Echokardiographie (SE) hat sich als geeignet erwiesen, einen entscheidenden Diagnosebeitrag zu leisten. Um dies zu erreichen, muss die SE untersucherunabh\u00e4ngiger gemacht werden. Dies ist nur \u00fcber reproduzierbare Messdaten m\u00f6glich.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs gilt zwei prinzipielle Fragen zu beantworten:
\n1.\tGibt es quantifizierbare Isch\u00e4mieparameter des menschlichen Herzens
\n2.\tLassen sich diese Isch\u00e4mieparameter aus Utraschalldaten des Herzens mit ausreichender Messgenauigkeit reproduzierbar ableiten.
\nL\u00f6sungsschritt: Benutzung des B-Bildes der Echokardiographie im Rohdaten (=RF) -Mode um zyklische Dichteschwan-kungen des Myokards im systolisch-diastolischen Ablauf quantitativ auswerten zu k\u00f6nnen. Nach Optimierung der RF-Datenaquisition an gesunden Probanden erfolgt der Versuch einer Typisierung pathologischer RF-Daten an einem diagnostisch bereits bekannten Patientenkollektiv. Hier sollen die pathologischen RF-Daten in Untersuchungsreihen der konventionellen kardiologischen Diagnostik gegen\u00fcbergestellt werden. Schwerpunkt der eigenen Entwicklungsarbeit ist die EDV-Anpassung des offline-Verfahrens f\u00fcr die RF-Analyse gemeinsam mit der Fachhochschule Ulm und danach die medizinisch-diagnostische Zuordnung der Ergebnisse in die bisherigen Konzepte der Kardiologie.
\nPraktische Umsetzung:
\n3 Zeitpakete von je ca. 16 Monaten zur Optimierung der Ultraschall-Ger\u00e4te f\u00fcr RF-Daten-Gewinnung, Aquisition von RF-Daten an verschiedenen Patientenserien, rechnergest\u00fctzte Datenauswertung. Ein Gelingen des Projektes w\u00fcrde in hohem Ma\u00dfe nuklearkardiologische und radiologische Untersuchungen \u00fcberfl\u00fcssig machen.
\nPatienten und Methode:
\n(S\u00e4mtliche Patienten waren \u00fcber die Untersuchungen vorab informiert und damit einverstanden, der RF-Datenabgriff \u00e4nderte weder den Untersuchungsablauf, die Belastungsdauer noch die Indikations- Stellung)
\nAlle Patienten wurden auf einer hydraulisch kippbaren Untersuchungsliege (Fa. Ergoline) fahrradergometrisch ausbelastet, die RF-Daten von der Herzspitze im 4- und 2-Kammerblick in Ruhe, unter max. Belastung und in der Erholungsphase abgegriffen.
\nMit den Ultraschallger\u00e4ten System V und Vivid V der Fa. GE konnten unverf\u00e4lschte Rohdaten mit breiter dynamic range von ca. 70 dB akquiriert werden. Durch die Verwendung von Ultraschall-Rohdaten konnte im Vergleich zu \u00fcblicherweise verwandten Videodaten der Informationsgehalt der Ultraschall-Bilder auf 65.000 : 1 gesteigert werden.
\nPro Schnittbild analysierten wir 7 regions of interest (ROI\u00b4s) mit Hilfe einer Softwareeigenentwicklung (Prof. Brucher, Prof. Gross) densitometrisch. Pro ROI wurden die max. akustische Dichteschwankung (delta dB), die gemittelte Ultraschall-R\u00fcckstreuenergie als sog. integrierter backscatter (average dB = avdB) und die zeitliche Koh\u00e4renz zwischen Ende der elektrischen und Ende der mechanischen Systole bestimmt. Auftretende Asynchronien zwischen elektrischer und mechanischer Systole wurden als prozentuale zeitliche Ver\u00e4nderung (auftretende Zeitverschiebung im Verh\u00e4ltnis zur Dauer eines kompletten EKG-Zyklus) angegeben.
\nDie Ergebnisse jeder ROI pro Patient (insgesamt ca. 130 pro Patient und Untersuchung) wurden jeweils nur mit der gleichen ROI in Ruhe, unter Maximalbelastung und w\u00e4hrend Erholung verglichen. W\u00e4hrend einer Untersuchung wurden keine Ver\u00e4nderungen der Bildverst\u00e4rkung vorgenommen, wir ben\u00f6tigten somit keine externe Eichung f\u00fcr unsere Messungen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Bei den Normalpersonen finden sich pro ROI, abh\u00e4ngig von Ruhe (R), Belastung (B) oder Erholung (E):
\n1)\tEs gibt keine messrelevante Zeitverschiebung zwischen mechanischer u elektrischer Systole w\u00e4hrend R, B oder E; die gemessene Zeitdifferenz bleibt im Mittel stets unter 5%. Die auftretenden geringen Zeitverschiebungen sind in der erwartbaren Messfehlerbreite erkl\u00e4rbar.
\n2)\tDie maximale zyklische Schwankung delta-dB liegt im Mittel f\u00fcr R\/B\/E bei: 7\/10\/11 dB, d.h. unter B kommt es zu einer statistisch signifikanten Steigerung um ca. 40 % im Vergleich zur R-Untersuchung
\n3)\tder Anteil der R\u00fcckstreuenergie pro ROI, der sog gemittelte integrated backscatter (=avdB) schw\u00e4cht sich unter R\/B\/E leicht ab: -23\/-24\/-25 dB. Damit konnte ein Normalkollektiv mit ausrei-chender statistischer Abgrenzung definiert werden.<\/p>\n
Bei den pathologischen F\u00e4llen untersuchten wir ausnahmslos Patienten mit bekanntem Coronarstatus.
\nDabei zeigte sich:
\n1)\tEntsprechend der Auspr\u00e4gung der regionalen Durchblutungsst\u00f6rung (und damit verbunden die regionale Bewegungsst\u00f6rung der Herzwand) kommt es unter B zu einer Versp\u00e4tung der Kontraktion dieses Wandabschnittes. Das Ausma\u00df der Versp\u00e4tung entwickelt sich von Normal oder leicht verl\u00e4ngert (=kleiner 10 %) sukzessive unter B auf bis zu 20 %.
\n2)\tDie Steigerung der max. zyklischen Schwankung delta-dB der isch\u00e4mischen ROI\u00b4s bleibt bei B deutlich unter den 40%, die wir im Normalkollektiv finden
\n3)\tDie R\u00fcckstreuenergie avdB der isch\u00e4mischen ROI\u00b4s steigt im Gegensatz zu den normal durchbluteten ROI\u00b4s leicht an.<\/p>\n
Diskussion:
\nBereits seit \u00fcber drei\u00dfig Jahren war aus den Anf\u00e4ngen der Echokardiagraphie bekannt, dass sich unter Isch\u00e4mie am Herzen eine regionale Kontraktionsversp\u00e4tung einstellt: Dies wurde erstmals als postsystolic thickening der Herzwand bezeichnet und fand mangels einer geeigneten Messmethode keinen Eingang in die Alltagsroutine. Neuere Untersuchungen machen es wahrscheinlich, dass es sich auch um eine fr\u00fchdiastolische Muskelentspannungsst\u00f6rung (Relaxationsst\u00f6rung) handeln k\u00f6nnte. Damit verbunden w\u00e4re eine Verbesserung der diagnostischen Sicherheit (h\u00f6here Sensitivit\u00e4t).
\nEbenso lange bekannt ist das akustische Ph\u00e4nomen der zyklischen Schwankung des Herzmuskels im EKG-Ablauf. Auch diese Methode konnte sich mangels geeigneter Messtechnik nicht durchsetzen, da Rohdatenverarbeitung extrem hohe Rechnerleistungen verlangt und die Ultraschallger\u00e4teanbieter erst seit wenigen Jahren das hohe Entwicklungspotenzial der RF-Datenanalyse erkannt haben.
\nDie Erkl\u00e4rung f\u00fcr die Steigerung der zyklischen Schwankung des gesunden Herzens unter Belastung liefert die Annahme, dass die Zunahme der Muskelkontraktion unter Belastung sich widerspiegelt in erh\u00f6hten akustischen \u00c4nderungen im zellul\u00e4ren Bereich – die H\u00f6he der zyklischen Schwankung somit die kontraktile Performance des Herzmuskels darstellt – die sich bei Isch\u00e4mie entsprechend verschlechtert.
\nDie Erh\u00f6hung des integrated backscatters pro ROI unter Isch\u00e4mie wird wissenschaftlich mit der Rasch einsetzenden subzellul\u00e4ren Desintegrit\u00e4t der kontraktilen Strukturen erkl\u00e4rt, die zeitgleich mit vermehrter Wassereinlagerung (\u00d6dembildung) die Backscattererh\u00f6hung erkl\u00e4ren k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Derzeit l\u00e4uft eine Voranfrage bei einem Patentanwaltsb\u00fcro zur Abkl\u00e4rung evtl. patentrechtlicher Absicherungen der entwickelten Me\u00dfmethode.
\nUnmittelbar danach sind eine wissenschaftliche Ver\u00f6ffentlichung in einem englischsprachigen Fachjournal (von uns gew\u00fcnscht: Computers in medicine) und eine Referatsbewerbung f\u00fcr die Herbsttagung der Deutschen Gesellschaft f\u00fcr Kardiologie – Herz und Kreislaufforschung e. V. geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die bisherige rein qualitative Ergebnisbeschreibung der echokardiographischen Isch\u00e4miediagnostik l\u00e4sst sich durch die densitometrische Auswertung von Radiofrequenz-Daten auf eine zuverl\u00e4ssige quantifizierbare Basis stellen. Die Methode der Stress-Echokardiographie wird durch die Messung der drei be-schriebenen Isch\u00e4mieparameter quantifizierbar, damit untersucherunabh\u00e4ngiger und durch die Erfassung eines vermutlich sp\u00e4tsystolischen bzw. fr\u00fchdiastolischen Isch\u00e4mieparameters noch sensitiver.
\nDie vorgestellte Methode eignet sich f\u00fcr den breiten Einsatz f\u00fcr Querschnittsuntersuchungen der Bev\u00f6lkerung zur Fr\u00fcherkennung der belastungsinduzierten Myokardisch\u00e4mie. Sie ist in hohem Ma\u00dfe ressourcenschonend, preisg\u00fcnstig und stark umweltentlastend durch erwartbare massive R\u00fcckg\u00e4nge der Anzahl von radiologischen und nuklearmedizinischen Herzuntersuchungen.
\nNotwendig ist nun eine breite \u00d6ffentlichkeitsarbeit um den Bekanntheitsgrad dieser Methode zu steigern, eine Umsetzung der bisherigen Forschungs-Software in eine anwenderfreundliche EDV-Benutzeroberfl\u00e4che und eine breite Evaluierung der Methode an den bisher in Klinik und Forschung angewandten kardiologischen Messmethoden.
\nMein pers\u00f6nlicher Dank gilt allen Projektbeteiligten, insbesondere den beiden f\u00fcr uns verantwortlichen Mitarbeitern der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, Herrn Dr. Lay und Herrn Vedder, deren hoher pers\u00f6nlicher Einsatz den Fortschritt unseres Projektes ma\u00dfgeblich positiv mitbeeinflusste.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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