Röntgenuntersuchung der Herzfunktion

Bei einem gesunden Menschen breitet sich etwa einmal pro Sekunde eine Erregungswelle durch das Myokard aus – das Herz zieht sich zusammen und entspannt sich dann wieder. Die einfachste und zugänglichste Methode zu ihrer Aufzeichnung ist die Fluoroskopie. Sie ermöglicht die visuelle Beurteilung der Kontraktionen und Entspannung des Herzens, des Pulsierens der Aorta und der Lungenarterie. Gleichzeitig ist es durch Veränderung der Patientenposition hinter dem Bildschirm möglich, die Kontur hervorzuheben, d. h. alle Abschnitte des Herzens und der Blutgefäße kantenbildend zu gestalten. In letzter Zeit hat die Rolle der Fluoroskopie bei der Untersuchung der funktionellen Aktivität des Herzens jedoch aufgrund der relativ hohen Strahlenbelastung, die damit einhergeht, aufgrund der Entwicklung der Ultraschalldiagnostik und ihrer weit verbreiteten Einführung in die klinische Praxis merklich abgenommen.

Die wichtigste Methode zur Untersuchung der Kontraktionsfunktion des Herzmuskels ist die Ultraschalluntersuchung (Ultraschall).

In der Kardiologie werden verschiedene Ultraschallverfahren eingesetzt: eindimensionale Echokardiographie (M-Methode); zweidimensionale Echokardiographie (Sonographie) (B-Methode); eindimensionale Doppler-Echokardiographie; zweidimensionales Farbdoppler-Mapping. Eine effektive Methode zur Untersuchung des Herzens ist auch die Duplexsonographie – eine Kombination aus Sonographie und Dopplersonographie.

Ein eindimensionales Echokardiogramm sieht aus wie eine Gruppe von Kurven, von denen jede einer bestimmten Struktur des Herzens entspricht: der Wand der Herzkammer und des Vorhofs, dem Vorhofseptum und dem interventrikulären Septum, den Herzklappen, dem Perikard usw. Die Amplitude der Kurve im Echokardiogramm gibt den Bereich der systolischen Bewegungen der aufgezeichneten anatomischen Struktur an.

Mittels Sonographie lassen sich die Bewegungen der Herzwände und -klappen in Echtzeit auf dem Bildschirm beobachten. Um eine Reihe von Parametern zu untersuchen, die die Herzfunktion charakterisieren, wird die Herzkontur auf dem Bildschirm in Standbildern dargestellt, die an der Spitze der R-Welle des Elektrokardiogramms und am absteigenden Knie der T-Welle aufgezeichnet werden. Ein spezielles Computerprogramm im Ultraschallgerät ermöglicht den Vergleich und die Analyse dieser beiden Bilder. Daraus lassen sich die Parameter des endsystolischen und enddiastolischen Volumens des linken Ventrikels und der Vorhöfe, die Größe der Oberfläche des rechten Ventrikels, die ventrikuläre Auswurffraktion, die Vorhofentleerungsfraktion, das systolische und Minutenvolumen sowie die Dicke der Myokardwände ermitteln. Besonders wertvoll ist, dass sich so auch Parameter zur regionalen Kontraktilität der linken Ventrikelwand liefern lassen, die für die Diagnose der koronaren Herzkrankheit und anderer Herzmuskelschädigungen äußerst wichtig sind.

Die Dopplerographie des Herzens wird hauptsächlich im Pulsmodus durchgeführt. Sie ermöglicht nicht nur die Untersuchung der Bewegung der Herzklappen und -wände in jeder Phase des Herzzyklus, sondern auch die Messung der Blutflussgeschwindigkeit, -richtung und -art im ausgewählten Kontrollvolumen. Neue Methoden der Dopplerographie haben bei der Untersuchung funktioneller Herzparameter besondere Bedeutung erlangt: Farbmapping, Energie- und Gewebedoppler. Derzeit sind diese Ultraschalluntersuchungen die führenden instrumentellen Methoden zur Untersuchung von Herzpatienten, insbesondere in der ambulanten Praxis.

Neben der Ultraschalldiagnostik haben sich in letzter Zeit auch Radionuklidmethoden zur Untersuchung von Herz und Blutgefäßen rasant weiterentwickelt. Unter diesen Methoden sind drei hervorzuheben: die Gleichgewichtsventrikulographie (dynamische Radiokardiographie), die Radionuklidangiokardiographie und die Perfusionssyntigraphie. Sie liefern wichtige, teilweise einzigartige Informationen über die Herzfunktion, erfordern keine Gefäßkatheterisierung und können sowohl in Ruhe als auch nach funktioneller Belastung durchgeführt werden. Letzterer Umstand ist besonders wichtig bei der Beurteilung der Reservekapazität des Herzmuskels.

Die Gleichgewichtsventrikulographie ist eine der häufigsten Methoden zur Untersuchung des Herzens. Es wird verwendet, um die Pumpfunktion des Herzens und die Art der Bewegung seiner Wände zu bestimmen. Das Untersuchungsobjekt ist üblicherweise der linke Ventrikel, es wurden jedoch spezielle Techniken zur Untersuchung des rechten Ventrikels des Herzens entwickelt. Das Prinzip der Methode besteht darin, eine Reihe von Bildern im Speicher eines Gammakameracomputers aufzuzeichnen. Diese Bilder werden aus der Gammastrahlung von Radiopharmaka gewonnen, die ins Blut eingeführt werden und lange Zeit im Blutkreislauf verbleiben, d. h. nicht durch die Gefäßwand diffundieren. Die Konzentration solcher Radiopharmaka im Blutkreislauf bleibt lange Zeit konstant, daher ist es üblich zu sagen, dass der Blutpool untersucht wird (vom englischen Pool - eine Pfütze, ein Pool).

Der einfachste Weg, einen Blutpool zu erzeugen, ist die Zugabe von Albumin zum Blut. Das Protein wird jedoch weiterhin im Körper abgebaut, und das dabei freigesetzte Radionuklid verlässt den Blutkreislauf. Die Radioaktivität des Blutes nimmt allmählich ab, was die Genauigkeit der Studie verringert. Eine geeignetere Methode zur Erzeugung eines stabilen radioaktiven Pools war die Markierung der Erythrozyten des Patienten. Dazu wird zunächst eine kleine Menge Pyrophosphat – etwa 0,5 mg – intravenös injiziert. Es wird aktiv von den Erythrozyten aufgenommen. Nach 30 Minuten werden 600 MBq 99mTc-Pertechnetat intravenös injiziert, das sich sofort mit dem von den Erythrozyten aufgenommenen Pyrophosphat verbindet. Dadurch entsteht eine starke Bindung. Es ist zu beachten, dass wir hier zum ersten Mal auf eine Radionuklid-Studientechnik gestoßen sind, bei der das RFP im Körper des Patienten „hergestellt“ wird.

Der Durchgang radioaktiven Blutes durch die Herzkammern wird mithilfe eines elektronischen Geräts, eines Triggers, im Computerspeicher aufgezeichnet. Es „verknüpft“ die Informationssammlung des Gammakameradetektors mit den elektrischen Signalen des Elektrokardiographen. Nachdem der Computer Informationen über 300–500 Herzzyklen gesammelt hat (nach vollständiger Verdünnung des Radiopharmakons im Blut, d. h. Stabilisierung des Blutpools), gruppiert er sie in einer Bildserie, von denen die wichtigsten die endsystolische und enddiastolische Phase widerspiegeln. Während des gesamten Herzzyklus werden mehrere Zwischenbilder des Herzens gleichzeitig erstellt, beispielsweise alle 0,1 s.

Ein solches Verfahren zur Erstellung medizinischer Bilder aus einer großen Serie ist notwendig, um ausreichende Zählstatistiken zu erhalten, damit die resultierenden Bilder eine ausreichend hohe Qualität für die Analyse aufweisen. Dies gilt für jede Analyse – sowohl visuell als auch computergestützt.

In der Radionukliddiagnostik gilt wie in der gesamten Strahlendiagnostik die Hauptregel „Qualität der Zuverlässigkeit“: Sammeln der größtmöglichen Menge an Informationen (Quanten, elektrische Signale, Zyklen, Bilder usw.).

Mithilfe eines Computers werden die Auswurffraktion, die Füll- und Entleerungsrate des Ventrikels sowie die Dauer von Systole und Diastole aus der Integralkurve berechnet, die auf der Analyse der Herzbilder basiert. Die Auswurffraktion (EF) wird durch die folgende Formel bestimmt:

Dabei sind DO und CO die Werte der Zählrate (Radioaktivitätsniveaus) in der enddiastolischen und endsystolischen Phase des Herzzyklus.

Die Ejektionsfraktion ist einer der empfindlichsten Indikatoren der Ventrikelfunktion. Normalerweise schwankt sie um 50 % für den rechten Ventrikel und 60 % für den linken Ventrikel. Bei Patienten mit Myokardinfarkt ist die EF stets proportional zum Läsionsvolumen reduziert, was einen bekannten prognostischen Wert hat. Dieser Indikator ist auch bei einer Reihe von Herzmuskelschädigungen reduziert: Kardiosklerose, Myokardiopathie, Myokarditis usw.

Die Gleichgewichtsventrikulographie kann zur Erkennung begrenzter Störungen der Kontraktilität des linken Ventrikels verwendet werden: lokale Dyskinesie, Hypokinesie, Akinesie. Zu diesem Zweck wird das Ventrikelbild in mehrere Segmente unterteilt – von 8 bis 40. Für jedes Segment wird die Bewegung der Ventrikelwand während der Herzkontraktionen untersucht. Die Gleichgewichtsventrikulographie ist von erheblichem Wert zur Erkennung von Patienten mit reduzierten funktionellen Reserven des Herzmuskels. Solche Menschen bilden eine Hochrisikogruppe für die Entwicklung einer akuten Herzinsuffizienz oder eines Myokardinfarkts. Sie werden dieser Untersuchung unter Bedingungen einer dosierten fahrradergometrischen Belastung unterzogen, um Bereiche der Ventrikelwand zu erkennen, die der Belastung nicht standhalten, obwohl im ruhigen Zustand des Patienten keine Abweichungen beobachtet werden. Dieser Zustand wird als stressinduzierte Myokardischämie bezeichnet.

Die Gleichgewichtsventrikulographie ermöglicht die Berechnung der Regurgitationsfraktion, also des Blutrückflusses bei Herzfehlern mit Klappeninsuffizienz. Ein weiterer Vorteil der Methode ist, dass die Untersuchung über einen längeren Zeitraum, mehrere Stunden, durchgeführt werden kann, um beispielsweise die Wirkung von Medikamenten auf die Herzaktivität zu untersuchen.

Bei der Radionuklid-Angiokardiographie handelt es sich um eine Methode zur alternierenden ersten Passage von Radiopharmaka durch die Herzkammern nach ihrer schnellen intravenösen Verabreichung in einem kleinen Volumen (Bolus).

Normalerweise wird 99mTc-Pertechnetat mit einer Aktivität von 4–6 MBq pro 1 kg Körpergewicht in einem Volumen von 0,5–1,0 ml verwendet. Die Untersuchung wird mit einer Gammakamera durchgeführt, die mit einem Hochleistungscomputer ausgestattet ist. Eine Reihe von Bildern des Herzens während des Durchgangs des Radiopharmakons durch das Herz (15–20 Bilder für nicht mehr als 30 s) wird im Computerspeicher aufgezeichnet. Nachdem der „Interessenbereich“ ausgewählt wurde (normalerweise ist dies der Bereich der Lungenwurzel oder der rechte Ventrikel), wird die Strahlungsintensität des Radiopharmakons analysiert. Normalerweise haben die Kurven des Durchgangs des Radiopharmakons durch die rechten Herzkammern und durch die Lunge das Aussehen eines hohen, steilen Peaks. Unter pathologischen Bedingungen flacht die Kurve ab (wenn das Radiopharmakon in den Herzkammern verdünnt wird) oder verlängert sich (wenn das Radiopharmakon in der Kammer zurückgehalten wird).

Bei einigen angeborenen Herzfehlern wird arterielles Blut von der linken Herzkammer in die rechte umgeleitet. Solche Shunts (Links-Rechts-Shunts genannt) treten bei Defekten der Herzscheidewand auf. Im Radionuklid-Angiokardiogramm zeigt sich ein Links-Rechts-Shunt als wiederholter Kurvenanstieg im „Interessenbereich“ der Lunge. Bei anderen angeborenen Herzfehlern gelangt venöses, noch nicht mit Sauerstoff angereichertes Blut unter Umgehung der Lunge erneut in den Körperkreislauf (Rechts-Links-Shunts). Ein Anzeichen für einen solchen Shunt im Radionuklid-Angiokardiogramm ist das Auftreten eines Radioaktivitätspeaks im linken Ventrikel und der Aorta, bevor die maximale Radioaktivität in der Lunge registriert wird. Bei erworbenen Herzfehlern ermöglichen Angiokardiogramme die Bestimmung des Regurgitationsgrades durch die Mitral- und Aortenöffnungen.

Die Myokardperfusionsszintigraphie dient hauptsächlich der Untersuchung des myokardialen Blutflusses und in gewissem Umfang auch der Beurteilung des Stoffwechsels im Herzmuskel. Sie wird mit den Wirkstoffen ^99m T1-Chlorid und ^99m Tc-Sesamibi durchgeführt. Beide Radiopharmaka diffundieren über die den Herzmuskel versorgenden Gefäße schnell in das umgebende Muskelgewebe und werden in Stoffwechselprozesse einbezogen, wobei sie Kaliumionen simulieren. Die Intensität der Anreicherung dieser Radiopharmaka im Herzmuskel spiegelt somit das Blutflussvolumen und das Ausmaß der Stoffwechselprozesse im Herzmuskel wider.

Die Anreicherung von Radiopharmaka im Myokard erfolgt recht schnell und erreicht ihr Maximum nach 5–10 Minuten. Dies ermöglicht die Durchführung der Untersuchung in verschiedenen Projektionen. Ein normales Perfusionsbild des linken Ventrikels sieht auf Szintigrammen wie ein homogener hufeisenförmiger Schatten mit einem zentralen Defekt aus, der der Ventrikelhöhle entspricht. Die während eines Infarkts entstehenden ischämischen Zonen werden als Bereiche mit verringerter Fixierung des Radiopharmakons dargestellt. Visuellere und vor allem zuverlässigere Daten bei der Untersuchung der Myokardperfusion können mithilfe der Einzelphotonen-Emissionstomographie gewonnen werden. In den letzten Jahren wurden mithilfe der Zweiphotonen-Emissionstomographie interessante und wichtige physiologische Daten zur Funktion des Herzmuskels unter Verwendung von ultrakurzlebigen Positronen-emittierenden Nukliden als Radiopharmaka, wie beispielsweise F-DG, gewonnen. Dies ist jedoch bisher nur in bestimmten großen Forschungszentren möglich.

Neue Möglichkeiten zur Beurteilung der Herzfunktion ergaben sich mit der Verbesserung der Computertomographie, als es möglich wurde, eine Reihe von Tomogrammen mit kurzen Belichtungszeiten vor dem Hintergrund einer Bolusinjektion einer röntgendichten Substanz durchzuführen. 50–100 ml eines nichtionischen Kontrastmittels – Omnipaque oder Ultravist – werden mit einer automatischen Spritze in die Ellenbogenvene injiziert. Die vergleichende Analyse von Herzschnitten mittels Computerdensitometrie ermöglicht es, die Blutbewegung in den Herzhöhlen während des gesamten Herzzyklus zu bestimmen.

Die Computertomographie hat insbesondere in der Herzforschung mit der Entwicklung von Elektronenstrahl-Computertomographen große Fortschritte gemacht. Solche Geräte ermöglichen nicht nur die Aufnahme einer großen Anzahl von Bildern bei sehr kurzen Belichtungszeiten, sondern auch die Echtzeit-Simulation der Herzkontraktionsdynamik und sogar die dreidimensionale Rekonstruktion eines bewegten Herzens.

Eine weitere, sich nicht weniger dynamisch entwickelnde Methode zur Untersuchung der Herzfunktion ist die Magnetresonanztomographie. Dank der hohen Intensität des Magnetfelds und der Entwicklung einer neuen Generation von Hochleistungscomputern wurde es möglich, die für die Bildrekonstruktion notwendigen Informationen in kürzester Zeit zu sammeln, insbesondere die endsystolischen und enddiastolischen Phasen des Herzzyklus in Echtzeit zu analysieren.

Dem Arzt stehen zahlreiche radiologische Methoden zur Beurteilung der kontraktilen Funktion des Herzmuskels und des Myokardblutflusses zur Verfügung. Doch so sehr sich der Arzt auch auf nichtinvasive Methoden zu beschränken versucht, bei einer Reihe von Patienten sind komplexere Verfahren im Zusammenhang mit Gefäßkatheterisierung und künstlichem Kontrast der Herzhöhlen und Koronargefäße erforderlich – Röntgenventrikulographie und Koronarangiographie.

Die Ventrikulographie ist notwendig, da sie eine höhere Sensitivität und Genauigkeit bei der Beurteilung der linksventrikulären Funktion als andere Methoden aufweist. Dies gilt insbesondere für die Erkennung von Störungen der lokalen Kontraktilität des linken Ventrikels. Informationen über regionale Myokarderkrankungen sind notwendig, um den Schweregrad der koronaren Herzkrankheit zu bestimmen, Indikationen für chirurgische Eingriffe, transluminale Angioplastie der Koronararterien und Thrombolyse bei Myokardinfarkt zu beurteilen. Darüber hinaus ermöglicht die Ventrikulographie eine objektive Beurteilung der Ergebnisse von Belastungs- und Diagnosetests auf koronare Herzkrankheit (Vorhofstimulationstest, Fahrradergometrie usw.).

Die röntgendichte Substanz wird in einem Volumen von 50 ml mit einer Geschwindigkeit von 10–15 ml/s injiziert und gefilmt. Die Filmaufnahmen zeigen deutlich Veränderungen im Schatten des Kontrastmittels im Hohlraum des linken Ventrikels. Bei genauer Betrachtung der Filmaufnahmen lassen sich ausgeprägte Störungen der Myokardkontraktilität feststellen: fehlende Wandbewegung in irgendeinem Bereich oder paradoxe Bewegungen, d. h. Ausbeulungen im Moment der Systole.

Um weniger ausgeprägte und lokale Kontraktilitätsstörungen zu identifizieren, ist es üblich, eine separate Analyse von 5-8 Standardsegmenten der Silhouette des linken Ventrikels durchzuführen (für ein Bild in der rechten anterioren Schrägprojektion unter einem Winkel von 30). Abb. 111.66 zeigt die Unterteilung des Ventrikels in 8 Segmente. Es wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, um die Kontraktilität nach Segmenten zu beurteilen. Eine davon besteht darin, 60 Radien von der Mitte der Längsachse des Ventrikels bis zu den Konturen des Ventrikelschattens zu zeichnen. Jeder Radius wird in der enddiastolischen Phase gemessen und dementsprechend der Grad seiner Verkürzung während der ventrikulären Kontraktion. Basierend auf diesen Messungen werden computergestützte Verarbeitung und Diagnostik regionaler Kontraktilitätsstörungen durchgeführt.

Eine unverzichtbare direkte Methode zur Untersuchung des koronaren Blutflusses ist die selektive Koronarangiographie. Über einen Katheter, der nacheinander in die linke und dann in die rechte Koronararterie eingeführt wird, wird mit einem automatischen Injektor eine röntgendichte Substanz injiziert und gefilmt. Die resultierenden Bilder spiegeln sowohl die Morphologie des gesamten Koronararteriensystems als auch die Art der Blutzirkulation in allen Teilen des Herzens wider.

Die Indikationen für eine Koronarangiographie sind breit gefächert. Erstens ist eine Koronarangiographie in allen Fällen mit unzureichender Diagnose indiziert, um eine ischämische Herzkrankheit nachzuweisen, die Behandlungsmethode bei akutem Myokardinfarkt zu wählen und eine Differentialdiagnose von Myokardinfarkt und Kardiomyopathie zu stellen. Ebenso kann sie in Kombination mit einer Herzbiopsie durchgeführt werden, wenn der Verdacht auf eine Abstoßungsreaktion während der Transplantation besteht. Zweitens wird die Koronarangiographie bei strenger Auswahl der Fachkräfte eingesetzt, wenn der Verdacht auf eine mögliche Schädigung der Koronararterien bei Piloten, Fluglotsen, Fahrern von Überlandbussen und Zügen besteht, da die Entwicklung eines akuten Myokardinfarkts bei diesen Arbeitnehmern eine Gefahr für Passagiere und die Menschen in ihrer Umgebung darstellt.

Eine absolute Kontraindikation für die Koronarangiographie ist eine Unverträglichkeit des Kontrastmittels. Zu den relativen Kontraindikationen zählen schwere Schäden an inneren Organen: Leber, Nieren usw. Koronarangiographien können nur in speziell ausgerüsteten Röntgen-OPs durchgeführt werden, die über alle Mittel zur Wiederherstellung der Herztätigkeit verfügen. In einigen Fällen kann die Verabreichung eines Kontrastmittels (bei Funktionstests muss es mehrmals in jede Koronararterie verabreicht werden) von Brachykardie, Extrasystole und manchmal einem vorübergehenden transversalen Herzblock und sogar Fibrillation begleitet sein. Neben der visuellen Analyse werden Koronarangiogramme auch computergestützt ausgewertet. Zur Analyse der Konturen des Arterienschattens werden nur die Umrisse der Arterien auf dem Display hervorgehoben. Im Falle einer Stenose wird ein Stenosediagramm erstellt.