Aortenklappenstenose: Wie wird die Öffnungsfläche in der Echokardiographie berechnet und welche Rolle spielt dabei die Kreiszahl Pi (π) ?
Die Echokardiographie ist die wichtigste Untersuchungsmethode zur Beurteilung einer Aortenklappenstenose. Neben der Morphologie der Klappe werden insbesondere die maximale Flussgeschwindigkeit, der mittlere Druckgradient und die Aortenklappenöffnungsfläche (AVA – Aortic Valve Area) bestimmt.
Häufig deutet eine maximale Flussgeschwindigkeit über der Aortenklappe oberhalb der Zahl π auf eine hochgradige Aortenstenose hin. Warum?
Die Aortenklappenöffnungsfläche kann dopplerechokardiographisch mithilfe der Kontinuitätsgleichung berechnet werden.
Das Prinzip der Kontinuitätsgleichung
Die Berechnung beruht auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Das Blutvolumen, das während der Systole durch den linksventrikulären Ausflusstrakt (LVOT) fließt, muss auch die Aortenklappe passieren.
Damit gilt:
Fläche LVOT × VTI LVOT = Fläche Aortenklappe × VTI Aortenklappe
Nach der gesuchten Aortenklappenöffnungsfläche umgestellt:
AVA = Fläche LVOT × VTI LVOT / VTI Aortenklappe
Berechnung der LVOT-Fläche mit dem Radius
Der LVOT wird im parasternalen Längsschnitt unmittelbar proximal der Aortenklappe vermessen.
Aus dem gemessenen LVOT-Durchmesser wird zunächst der Radius bestimmt:
Radius = LVOT-Durchmesser / 2
Die Querschnittsfläche des LVOT ergibt sich anschließend aus der bekannten Kreisformel:
LVOT-Fläche = π × Radius²
oder kurz:
CSA LVOT = π × r²
Bei einem LVOT-Durchmesser von beispielsweise 2,0 cm beträgt der Radius:
r = 1,0 cm
Damit ergibt sich:
CSA LVOT = π × 1,0² = 3,14 cm²
Diese Schreibweise ist besonders anschaulich: Man bestimmt den Radius des LVOT und berechnet die Fläche unmittelbar mit π × r².
Messung des VTI im LVOT
Im apikalen 5-Kammer- oder 3-Kammer-Blick wird anschließend mit dem PW-Doppler die Flussgeschwindigkeit im LVOT aufgezeichnet.
Das Sample Volume wird proximal der Aortenklappe positioniert. Die systolische Dopplerkurve wird nachgezeichnet und daraus das Velocity Time Integral (VTI) bestimmt.
Angenommen:
VTI LVOT = 20 cm
Bei einer LVOT-Fläche von 3,14 cm² ergibt sich daraus ein Schlagvolumen von:
SV = 3,14 cm² × 20 cm = 62,8 ml
CW-Doppler über der Aortenklappe
Mit dem CW-Doppler wird anschließend die Geschwindigkeit des Blutstroms durch die Aortenklappe gemessen. Wichtig ist eine möglichst parallele Ausrichtung des Dopplerstrahls zum Blutstrom und die Suche nach dem Fenster mit der höchsten Geschwindigkeit.
Angenommen:
VTI Aortenklappe = 80 cm
Dann beträgt die Aortenklappenöffnungsfläche:
AVA = π × r² × VTI LVOT / VTI Aortenklappe
In unserem Beispiel:
AVA = 3,14 × 20 / 80
und damit:
AVA = 0,79 cm²
Eine AVA unter 1,0 cm² liegt im Bereich einer hochgradigen Aortenklappenstenose, sofern die übrigen echokardiographischen Parameter hierzu passen.
Was bedeutet das Velocity Time Integral?
Das Velocity Time Integral entspricht der Fläche unter der systolischen Geschwindigkeitskurve.
Vereinfacht beschreibt das VTI die Strecke, die eine gedachte Blutsäule während einer Auswurfphase zurücklegt.
Die Kontinuitätsgleichung lässt sich deshalb auch folgendermaßen verstehen:
Querschnittsfläche × zurückgelegte Strecke = ausgeworfenes Blutvolumen
Da das gleiche Blutvolumen den LVOT und anschließend die Aortenklappe passiert, kann aus dem Verhältnis der beiden VTI-Werte die Aortenklappenöffnungsfläche berechnet werden.
Warum reicht zur orientierenden Abschätzung auch Vmax?
Im klinischen Alltag kann man die Berechnung vereinfachen. Anstelle des vollständigen VTI kann für eine orientierende Abschätzung das Verhältnis der maximalen Geschwindigkeiten im LVOT und über der Aortenklappe verwendet werden.
Dann lautet die vereinfachte Gleichung:
AVA ≈ π × r² × Vmax LVOT / Vmax Aortenklappe
Warum funktioniert diese Vereinfachung?
Das VTI entspricht der Fläche unter der systolischen Geschwindigkeitskurve. Vereinfacht kann man es darstellen als:
VTI ≈ Vmax × Auswurfzeit × Formfaktor
LVOT und Aortenklappe werden während derselben systolischen Auswurfphase durchströmt. Die Auswurfzeit ist daher identisch.
Wenn darüber hinaus die Form der beiden Dopplerkurven hinreichend ähnlich ist, sind auch ihre Formfaktoren vergleichbar. Bei der Quotientenbildung kürzen sich Auswurfzeit und Formfaktor weitgehend heraus.
Deshalb gilt näherungsweise:
VTI LVOT / VTI Aortenklappe ≈ Vmax LVOT / Vmax Aortenklappe
Damit kann die Aortenklappenöffnungsfläche näherungsweise allein aus dem LVOT-Radius und den beiden maximalen Geschwindigkeiten berechnet werden.
Beispiel für die schnelle Berechnung mit Vmax
Wir messen:
LVOT-Radius = 1,0 cm
Vmax LVOT = 1,0 m/s
Vmax Aortenklappe = 4,0 m/s
Zunächst:
LVOT-Fläche = π × 1² = 3,14 cm²
Dann:
AVA ≈ 3,14 × 1,0 / 4,0
Somit:
AVA ≈ 0,79 cm²
Bei einer Vmax von 3,14 m/s ergibt sich rechnerich eine AVA ≈ 1,0 cm².
Somit ergibt sich: Liegt die maximale Flussgeschwindigkeit über der Aortenklappe oberhalb der Zahl π bei einer Vmax. im LVOT von 1,0 m/s und einer Weite des LVOT von 20 mm, ist die Aortenklappenstenose vermutlich hochgradig.
Mit wenigen Messwerten erhält man damit bereits während der Untersuchung eine gute orientierende Abschätzung der Aortenklappenöffnungsfläche.
Der dimensionslose Index – noch einfacher
Für die Beurteilung einer Aortenstenose kann auf die Bestimmung der LVOT-Fläche sogar vollständig verzichtet werden.
Der Doppler Velocity Index (DVI) wird klassischerweise aus den VTI-Werten berechnet:
DVI = VTI LVOT / VTI Aortenklappe
Auch hier ist eine Abschätzung anhand der maximalen Geschwindigkeiten möglich:
DVI ≈ Vmax LVOT / Vmax Aortenklappe
In unserem Beispiel:
DVI ≈ 1,0 / 4,0 = 0,25
Ein DVI von 0,25 oder darunter unterstützt die Diagnose einer hochgradigen Aortenklappenstenose.
Der besondere Vorteil des DVI besteht darin, dass die fehleranfällige Bestimmung der LVOT-Größe überhaupt nicht benötigt wird.
Warum ist das VTI trotzdem genauer?
Die Berechnung mit Vmax eignet sich hervorragend zur schnellen Orientierung und Plausibilitätskontrolle. Für die quantitative echokardiographische Beurteilung bleibt jedoch die VTI-basierte Kontinuitätsgleichung die bevorzugte Methode.
Denn die Vereinfachung mit Vmax setzt voraus, dass die Dopplerkurven im LVOT und über der Aortenklappe eine vergleichbare Form besitzen.
Bei einer ausgeprägten Aortenstenose kann die CW-Dopplerkurve jedoch beispielsweise deutlich spätgipflig und verbreitert sein. Dann beschreibt eine einzelne Spitzengeschwindigkeit den gesamten systolischen Blutfluss weniger zuverlässig.
Das VTI berücksichtigt dagegen die gesamte systolische Geschwindigkeitskurve.
Fazit
Die Aortenklappenöffnungsfläche lässt sich mit der Kontinuitätsgleichung berechnen:
AVA = π × LVOT-Radius² × VTI LVOT / VTI Aortenklappe
Für eine schnelle orientierende Abschätzung kann man die maximalen Geschwindigkeiten verwenden:
AVA ≈ π × LVOT-Radius² × Vmax LVOT / Vmax Aortenklappe
Der Grund hierfür ist, dass LVOT und Aortenklappe während derselben systolischen Auswurfphase durchströmt werden. Bei ähnlich geformten Dopplerspektren nähert sich daher das Verhältnis der maximalen Geschwindigkeiten dem Verhältnis der beiden VTI-Werte an.
Für die endgültige Beurteilung einer Aortenklappenstenose sollten jedoch immer mehrere Parameter gemeinsam betrachtet werden: Vmax, mittlerer Druckgradient, AVA, DVI, Schlagvolumen beziehungsweise Stroke Volume Index sowie Morphologie und Verkalkung der Aortenklappe.
Liegt die maximale Flussgeschwindigkeit über der Aortenklappe oberhalb der Zahl π bei einer Vmax. im LVOT von 1,0 m/s und einer Weite des LVOT von 20 mm, ist die Aortenklappenstenose vermutlich hochgradig.
Erstellt mit Unterstützung von KI.
jpo