4.b. Gefäßdiagnostik im Dopplerverfahren

Die medizinische Diagnose wurde durch den Einsatz von elektromagnetischen- und Schallwellen revolutioniert, indem sie es möglich machten, einen Blick in das Innere des menschlichen Körpers zu werfen, ohne direkt in ihn einzudringen. Der betroffene Körperteil wird mit Strahlung aus dem Röntgen- oder Ultraschall-Bereich bestrahlt und die reflektierte oder hindurchgedrungene Strahlung mit fototechnischen Verfahren gespeichert. Allerdings entstehen auf diese Weise nur Momentaufnahmen, die auf viele Prozesse keinen Rückschluss zulassen. Zwar können durch Bilderreihenaufnahmen Bewegungen eines Organs nachvollzogen werden, doch Blutströmungen lasen sich auf diese Art ebenfalls nicht darstellen. Da der menschliche Körper von Blutbahnen durchsetzt ist und Blutversorgung der Organe lebenswichtig ist, kommt solchen Bestimmungen eine entscheidende Bedeutung zu.
Möglich werden solche Messungen durch den Dopplereffekt. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit der Blutkörperchen ist, desto mehr weicht die Frequenz des reflektierten Ultraschalls von der des eingestrahlten Schalls ab. Die Frequenzdifferenz, also die Dopplerverschiebung wird durch Überlagerung der ursprünglichen Welle mit der reflektierten berechnet. Für die Auswertung der berechneten Werte ist die jeweils zugehörige Position der Messsonde zum Blutgefäß zu betrachten, um Strömungsrichtung bestimmen zu können und gegebenenfalls Gefäßanomalien zu lokalisieren.
Einfache Geräte für die Untersuchungen der Blutgefäße vor allem an den Beinvenen verwendet Ultraschallwellen, die an den Erythrozyten reflektiert wird, um den Blutstrom im Lautsprecher hörbar zu machen. Engstellen und Wirbelbildung können akustisch erkannt werden. An Verengungen muss das Blut schneller fließen. Krampfadern, Thrombosen (Gerinnsel) und Raucherbeine können früh erkannt werden.

Schon während der Schwangerschaft können beim Ungeborenen das Schlagen des Herzens und die Geschwindigkeit des Bluts in der Nabelschnur, der Hauptschlagader und der Hirnschlagader sichtbar gemacht werden. Herzfehler und schwache Durchblutung mit Sauerstoffmangel können so schon vor der Geburt erkannt werden. Ideal dabei ist, dass weder ein operativer Eingriff nötig ist, noch Kontrastmittel gespritzt zu werden brauchen, sondern nur unschädliche Schallwellen außen angelegt werden.



4.c. Prinzipien der Dopplersonden

Die Japaner Satomura und Kaneko stellten 1959 ihren "Doppler-Rheographen" vor und verwendeten als erste das Dopplerprinzip für medizinische Untersuchungen.
Bei allen Differenzen bei Steuerung und Datenausgabe sowie einsatzbedingten Anpassungen ist der prinzipielle Aufbau bis heute in allen Dopplerapparaten gleich. Der Messkopf eines Ultraschall-Doppler-Gerätes ist in einer stiftförmigen Sonde, dem Transducer, untergebracht. Sie enthält an ihrem Ende zwei piezoelektrische Kristalle, die als Sender und Empfänger fungieren, wobei der Sender eine sehr konstante Frequenz aussendet. Treffen diese Schallwellen auf eine sich bewegende Grenzfläche, tritt bei der Reflektion der Dopplereffekt auf.
Moderne Doppler-Sonographen mit Farbbildschirm stellen verschiedene gemessene Geschwindigkeiten in mehreren Farben dar. Damit gelingt eine farbkodierte Darstellung der Durchblutung von Herz, Leber und Niere und aller größeren Blutgefäße. Auch nach Operationen oder Transplantationen kann so die Funktion wirkungsvoll überwacht werden.
Für die zweidimensionale Kontaktlose Deutung von oberflächennahen Blutbahnen ist die Doppler-Technlogie besonders wichtig. Hierbei wird mit Wellen im Lichtbereich gearbeitet.
Die gängigsten Techniken sind die Laser Doppler Flowmetrie, das Laser Doppler Scanning und, als Weiterentwicklung der LD Flowmetrie, die Laser Doppler Spektroskopie. 93 bis 97 Prozent des eingestrahlten Lichts wird vom Gewebe absorbiert oder diffus gestreut. Drei bis sieben Prozent aber werden reflektiert. Bei Reflexion an statischem Gewebe ändern sie ihre Richtung und an fließendem Gewebe wie den Erythrozyten zusätzlich ihre Geschwindigkeit. Die reflektierten, vom Messkopf aufgenommenen Photonen werden über mehrere Lichtleiter zu einem Photodetektor geleitet und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Daraufhin wird durch einen Filter das Doppler-Signal vom einfach reflektierten getrennt. Durch Messreihen konnte festgestellt werden, dass zwei lineare Zusammenhänge bestehen. Zum einen ist die Amplitude abhängig und damit proportional zur Konzentration der Erythrozyten im untersuchten Areal, die Frequenz des Signals dagegen von der Geschwindigkeit dieser. Die Messeinheit für den Fluss ist die arbiträre Einheit, was ausdrückt, dass diese Durchblutungsgröße relativ ist. Daher wird vor allem mit prozentualen zeitlichen Blutflussänderungen gearbeitet. Die größten Probleme bei der Anwendung und Deutung des Doppler-Technologie sind die heterogenen Gefäßgeometrien und die unterschiedlichen optischen Eigenschaften des Gewebes.
Das erschwert die für einen korrekte Deutung wichtige Information über die Messtiefe, obwohl diese vor allem vom Aufbau und der Art des Messgerätes abhängig ist. So kann durch Vergrößerung des Abstandes von Lichtgeber zum Messkopf die Messtiefe beeinflusst werden. Des weiteren ist die Messtiefe beim Laser Doppler Spektroskopie mit bis zu 8 mm vier bis acht mal so groß wie bei der Laser Doppler Flowmetrie.
Die LD Spektroskopie macht eine einfache und gut reproduzierbare Diagnose von Mikrozirkulationsstörungen möglich. Diese sind Begleiterscheinungen u.a. von Arteriosklerose, Diabetes mellitus und einigen weiteren Krankheiten. Diese könne somit in frühem Stadium erkannt werden.