Farb-Doppler-Sonographie der Gelenke

Zusammenfassung

Der Einsatz der Farb-Doppler-Sonographie in der Darstellung der Gelenke basiert auf dem pathophysiologischen Hintergrund einer gesteigerten synovialen Durchblutung, hervorgerufen durch Vasodilatation und Angiogenese im Rahmen eines entzündlichen Prozesses. Doppler-Sonographie beruht auf einer Frequenzverschiebung reflektierten Schalls (Doppler-Effekt) an bewegten Zellen innerhalb von Blutgefäßen, sodass der Blutfluss dargestellt werden kann. Anhand eines Vergleichs mit kontrastmittelverstärkter Magnetresonanztomographie und histologischen Befunden ist die Doppler-Sonographie ausreichend als eine Methode validiert, welche die synoviale Perfusion zuverlässig erfassen und abbilden kann. Da eine echte Quantifizierung der aktuellen Durchblutungsstärke nicht möglich ist, wird derzeit am häufigsten ein vierstufiger semiquantitativer Score (0 = kein Fluss/keine Doppler-Signale; 1 = wenig Fluss/vereinzelte Doppler-Signale; 2 = deutlicher Fluss/konfluierende Doppler-Signale; 3 = starker Fluss/Gelenkbereich nahezu komplett mit konfluierenden Doppler-Signalen ausgefüllt) benutzt, um hiermit ein Maß für die dopplersonographisch dargestellte Hyperämie angeben zu können. Neben möglichen differenzialdiagostischen Hinweisen aufgrund der Stärke und Lokalisation der Doppler-Signale stellt diese Methode ein hervorragendes Instrument dar, um eine entzündliche Aktivität im Langzeitverlauf verschiedener Erkrankungen zu überwachen und damit den Effekt einer eingeleiteten antientzündlichen Therapie über die rein klinische Untersuchung hinaus zu objektivieren. Dies wird derzeit bereits in ersten klinischen, plazebokontrollierten, randomisierten Studien genutzt. Der Einsatz von Ultraschallkontrastmitteln und die Möglichkeit dreidimensionaler Darstellung synovialer Gefäßstrukturen stellen grundsätzliche Voraussetzungen dar, um in der Zukunft auch molekulare Zielstrukturen mit hochauflösender Sonographie unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten gezielt darzustellen zu können.

Abstract

Since hyperaemia caused by vasodilatation is one of the earliest detectable pathological changes in the beginning of synovitis and since angiogenesis, as important feature of pannus formation, plays a crucial role in the maintenance of synovitis, imaging of synovial perfusion and vasculature at the microvascular level by colour and power Doppler ultrasonography is a promising method to assess and monitor arthritic activity. Doppler ultrasound detects the movement of blood cells in the vessels by analysis of the change in frequency of the returning echoes (Doppler effect). Several studies have shown a strong correlation between magnetic resonance imaging (MRI) and Doppler sonographic determination of synovial perfusion. Similarly, a strong correlation has been found between MRI and Doppler sonographic imaging and histological findings with regard to synovial blood vessel density, respectively. Since quantification of synovial perfusion by Doppler ultrasound is still difficult, most investigators use a semiquantitative four step grading: 0 = no flow, 1 = mild flow, 2 = moderate flow, 3 = intense flow. The availability of therapeutic modalities that are able to stop the inflammatory process has focused the interest to the detection of joint pathology as early as possible to prevent erosive bony damage. Colour and power Doppler ultrasound can depict intra-articular and peritendinous blood flow, which allows an estimation of inflammatory activity and facilitates the differentiation and monitoring of rheumatic diseases, not only in clinical practice but also in therapeutic trials. Recently, the first randomised and plazebo-controlled clinical studies used high-frequency ultrasound and power Doppler mode to improve the outcome of the study by a more precise discrimination between the verum and the plazebo group. Further developments including the use of contrast agents and three-dimensional vascular imaging will allow a level of molecular imaging for advanced research purposes.

Schlüsselwörter

Farb-Doppler-Sonographie - Doppler-Sonographie - synoviale Perfusion - aktuelle Durchblutungsstärke - Hyperämie - Vasodilatation

Key words

Colour Doppler ultrasonography - power Doppler ultrasonography - synovial perfusion - synovial blood vessel density - hyperaemia - vasodilatation

Literatur

• 1 Backhaus M, Burmester G R, Gerber T. et al . Guidelines for musculoskeletal ultrasound in rheumatology.  Ann Rheum Dis. 2001;  60 641-649
• 2 Balint P V, Sturrock R D. Inflamed retrocalcaneal bursa and Achilles tendonitis in psoriatic arthritis demonstrated by ultrasonography.  Ann Rheum Dis. 2000;  59 931-933
• 3 Breidahl W H, Newman J, Taljanovic M S. et al . Power Doppler sonography in the assessment of musculoskeletal fluid collections.  AJR. 1996;  166 1443-1446
• 4 Breidahl W H, Stafford Johnson D B, Newman J S. et al . Power Doppler sonography in tenosynovitis: significance of peritendinous hypoechoic rim.  J Ultrasound Med. 1998;  17 103-7
• 5 Brown A K, Wakefield R J, Conaghan P G. et al . New approaches to image early inflammatory arthritis.  Clin Exp Rheumatol. 2004;  22 18-25
• 6 Cimmino M A, Innocenti S, Livrone F. et al . Dynamic gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging of the wrist in patients with rheumatoid arthritis can discriminate active from inactive disease.  Arthritis Rheum. 2003;  48 1207-1213
• 7 D’Agostino M A, Said-Nahal R, Hacquard-Bouder C. et al . Assessment of peripheral enthesitis in the spondylarthropathies by ultrasonography combined with power Doppler: a cross-sectional study.  Arthritis Rheum. 2003;  48 523-533
• 8 Emery P. The use of imaging and biomarkers in the assessment and follow-up of arthritis.  Arthritis Res Ther. 2004;  6 (Suppl 3) 28
• 9 Fehr K, Miehle W, Schattenkirchner M. et al .Rheumatologie in Praxis und Klinik. Stuttgart/New York; Georg Thieme 1989 1.1
• 10 Filippucci E, Farina A, Carotti M. et al . Grey scale and power Doppler sonographic changes induced by intra-articular steroid injection treatment.  Ann Rheum Dis. 2004;  63 740-743
• 11 Fiocco U, Ferro F, Vezzu M. et al . Rheumatoid and psoriatic knee synovitis: clinical, grey scale, and power Doppler ultrasound assessment of the response to etanercept.  Ann Rheum Dis. 2005;  64 899-905
• 12 Fraser A D, van Kuijk A W, Westhovens R. et al . A randomised, double-blind, plazebo controlled, multi-centre trial of combination therapy with methotrexate plus cyclosporin in patients with active psoriatic arthritis.  Ann Rheum Dis. 2005;  64 859-864
• 13 Grassi W, Filipucci E. Is power Doppler sonography the new frontier in therapy monitoring?.  Clin Exp Rheumatol. 2003;  21 424-428
• 14 Grassi W. Clinical evaluation versus ultrasonography: who is the winner?.  J Rheumatol. 2003;  30 908-909
• 15 Grimm J, Wunder A. Molekulare Bildgebung: Stand der Forschung.  Fortschr Röntgenstr. 2005;  498 1-12
• 16 Hau M, Kneitz C, Tony H P. et al . High resolution ultrasound detects a decrease in pannus vascularisation of small finger joints in patients with rheumatoid arthritis receiving treatment with soluble tumor necrosis factor alpha receptor (etanercept).  Ann Rheum Dis. 2002;  61 55-58
• 17 Kainberger F, Weidekamm C, Wick M. et al . Sonographische Gelenk- und Weichteildiagnostik bei Rheumatoider Arthritis.  Akt Rheumatol. 2002;  27 317-322
• 18 Klauser A, Frauscher F, Schirmer M. et al . The value of contrast-enhanced color Doppler ultrasound in the detection of vascularization of finger joints in patients with rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2002;  46 647-653
• 19 Klingenberger P, Kluge A, Bachmann G. et al . Comparison of three-dimensional power Doppler ultrasonography of synovial vascularity with contrast enhanced magnetic resonance imaging in patients with rheumatoid arthritis.  Ann Rheum Dis. 2005;  64 Suppl III, OP20
• 20 Koch A E. Angiogenesis - Implications for Rheumatoid Arthritis.  Arthritis Rheum. 1998;  41 951-962
• 21 Koski J M, Hermunen H. Intra-articular glucocorticoid treatment of the rheumatoid wrist. An ultrasonographic study.  Scand J Rheumatol. 2001;  30 268-270
• 22 Manger B. New developments in imaging for diagnosis and therapy monitoring in rheumatic diseases.  Best Pract Res Clin Rheumatol. 2004;  18 773-781
• 23 Miehle W. Rheumatoide Arthritis. Stuttgart/New York; Georg Thieme 1999: 7
• 24 Naredo E, Bonilla G, Gamero F. et al . Assessment of inflammatory activity in rheumatoid arthritis: a comparative study of clinical evaluation with grey scale and power Doppler ultrasonography.  Ann Rheum Dis. 2005;  64 375-381
• 25 Newman J, Adler R, Bude R. et al . Detection of soft-tissue hyperemia: Value of power Doppler sonography.  AJR. 1994;  163 385-389
• 26 Newman J, Laing T J, McCarthy C J. et al . Power Doppler sonography of synovitis: assessment of therapeutic response - preliminary observations.  Radiology. 1996;  198 582-584
• 27 Ostergaard M, Stoltenberg M, Lovgreen-Nielsen P. et al . Quantification of synovitis by MRI: correlation between dynamic and static gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging and microscopic and macroscopic signs of synovial inflammation.  Magn Reson Imaging. 1998;  16 743-754
• 28 Ostergaard M, Szkudlarek M. Imaging in rheumatoid arthritis - why MRI and ultrasonography can no longer be ignored.  Scand J Rheumatol. 2003;  32 63-73
• 29 Ostergaard M, Szkudlarek M. Ultrasonography: a valid method for assessing rheumatoid arthritis?.  Arthritis Rheum. 2005;  52 681-686
• 30 Ostendorf B, Peters R, Dann P. et al . Magnetic resonance imaging and miniarthroscopy of metacarpophalangeal joints: sensitive detection of morphologic changes in rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2001;  44 2492-2502
• 31 Pap T, Distler O. Linking angiogenesis to bone destruction in arthritis.  Arthritis Rheum. 2005;  52 1346-1348
• 32 Qvistgaard E, Rogind H, Torp-Pedersen S. et al . Quantitative ultrasonography in rheumatoid arthritis: evaluation of inflammation by Doppler technique.  Ann Rheum Dis. 2001;  60 690-693
• 33 Ribbens C, André B, Marcelis S. et al . Rheumatoid hand joint synovitis: gray-scale and power Doppler US quantifications following anti-tumor necrosis factor-α treatment: pilot study.  Radiology. 2003;  229 562-569
• 34 Rubin J M, Bude R O, Carson P L. et al . Power Doppler US: a potentially useful alternative to mean frequency-based color Doppler US.  Radiology. 1994;  190 853-856
• 35 Rubin J M, Adler R S, Fowlkes J B. et al . Fractional moving blood volume: estimation with power Doppler US.  Radiology. 1995;  197 183-90
• 36 Ruland W O. Dopplersonographische Diagnostik.  Dt Ärzte Verlag. 2000;  Köln, 3. Auflage 31-57
• 37 Schmidt W A. Doppler sonography in rheumatology.  Best Pract Res Clin Rheumatol. 2004;  18 827-846
• 38 Schmidt W A. Value of sonography in diagnosis of rheumatoid arthritis.  Lancet. 2001;  357 1056-1057
• 39 Schmidt W A, Volker L, Zacher J. et al . Colour Doppler ultrasonography to detect pannus in knee joint synovitis.  Clin Exp Rheumatol. 2000;  18 439-444
• 40 Schrieber L, Jackson J C. Angiogenesis in Rheumatoid Arthritis. Klippel HJ, Dieppe PA Rheumatology London, England; Mosby International Second edition, Vol. 1: 12.1 - 12.4
• 41 Strunk J, Heinemann E, Neeck G. et al . A new approach to studying angiogenesis in rheumatoid arthritis by means of power Doppler ultrasonography and measurement of serum vascular endothelial growth factor.  Rheumatology. 2004;  43 1480-1483
• 42 Strunk J, Lange U. Three-dimensional power Doppler sonographic visualization of synovial angiogenesis in rheumatoid arthritis.  J Rheumatol. 2004;  31 1004-1006
• 43 Strunk J, Lange U, Kürten B. et al . Doppler Sonographic Findings in the Long Bicipital Tendon Sheath in Patients with Rheumatoid Arthritis as compared with patients with Degenerative Diseases of the shoulder.  Arthritis Rheum. 2003;  48 (7) 1828-1832
• 44 Strunk J, Lange U, Neeck G. Sonomorphologische Aspekte entzündlich rheumatischer Erkrankungen unter Einbeziehung der Power-Doppler-Sonographie.  Ultraschall in der Medizin. 2001;  Suppl 1 P104
• 45 Szkudlarek M, Court-Payen M, Jacobsen S. et al . Interobserver agreement in ultrasonography of the finger and toe joints in rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2003;  48 955-962
• 46 Szkudlarek M, Court-Payen M, Strandberg C. et al . Power Doppler ultrasonography for assessment of synovitis in the metacarpophalangeal joints of patients with rheumatoid arthritis: a comparison with dynamic magnetic resonance imaging.  Arthritis Rheum. 2001;  44 2018-2023
• 47 Szkudlarek M, Court-Payen M, Strandberg C. et al . Contrast-enhanced power Doppler ultrasonography in the metacarpophalangeal joints in rheumatoid arthritis.  European Radiology. 2003;  13 163-168
• 48 Taylor P C. Serum vascular markers and vascular imaging in assessment of rheumatoid arthritis disease activity and response to therapy.  Rheumatology. 2005;  44 721-728
• 49 Taylor P C, Steuer A, Gruber J. et al . Comparison of ultrasonographic assessment of synovitis and joint vascularity with radiographic evaluation in randomized, plazebo-controlled study of infliximab therapy in early rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2004;  50 1107-1116
• 50 Terslev L, Torp-Pedersen S, Bang N. et al . Doppler ultrasound findings in healthy wrists and finger joints before and after use of two different contrast agents.  Ann Rheum Dis. 2005;  64 847-827
• 51 Terslev L, Torp-Pedersen S, Qvistgaard E. et al . Estimation of inflammation by Doppler ultrasound: quantitative changes after intra-articular treatment in rheumatoid arthritis.  Ann Rheum Dis. 2003;  62 1049-1053
• 52 Terslev L, Torp-Pedersen S, Savnik A. et al . Doppler ultrasound and magnetic resonance imaging of synovial inflammation of the hand in rheumatoid arthritis: a comparative study.  Arthritis Rheum. 2003;  48 (9) 243-341
• 53 Walther M, Harms H, Krenn V. et al . Correlation of Power Doppler Sonography with vascularity of the synovial tissue of the knee joint in patients with osteoarthritis and rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2001;  44 331-338
• 54 Weidekamm C, Koller M, Weber M. et al . Diagnostic value of high-resolution B-mode and Doppler sonography for imaging of hand and finger joints in rheumatoid arthritis.  Arthritis Rheum. 2003;  48 325-333