Doppler and Duplex Sonography for the Diagnosis of the Irreversible Cessation of Brain Function (“Brain Death”): Current Guidelines in Germany and Neighboring Countries

Abstract

Extra- and transcranial sonography of brain-supplying arteries is accepted worldwide in brain death protocols as a valid “ancillary” method of proving brain circulatory arrest. Color-coded duplex sonography and CT angiography have been newly incorporated in the fourth update of the German Medical Association’s guidelines for the determination of the irreversible cessation of brain function (“brain death”), effective July 2015. The updated guidelines address in more detail the diagnostic procedures and the required qualifications of the examiners. The present article summarizes the guidelines and the recommendations regarding the application and documentation of ultrasound findings for the diagnosis of brain circulatory arrest in children and adults, as valid in Germany. The method, limitations, and procedure in the case of inconclusive findings are described. Age-related minimum values of mean arterial pressure for the diagnosis of cerebral circulatory arrest in children are presented. A concise overview of the respective regulations for the use of sonography for diagnosing brain death in other countries, especially in the countries neighboring Germany, is given.

Zusammenfassung

Die extra- und transkranielle Sonografie der hirnversorgenden Arterien ist weltweit anerkannt als apparative Zusatzdiagnostik zur Feststellung des zerebralen Zirkulationsstillstands, wie er für den irreversiblen Hirnfunktionsausfall charakteristisch ist. In Deutschland haben in die vierte Fortschreibung der Richtlinie der Bundesärztekammer zur Feststellung des irreversiblen Hirnfunktionsausfalls („Hirntod“), gültig seit Juli 2015, auch die farbkodierte Duplexsonografie und die CT-Angiografie Eingang gefunden. Deutlich ausführlicher und präziser werden formale und praktische Ausführungsbestimmungen formuliert, und es werden höhere Anforderungen an die Qualifikation der Untersucher gestellt. Dieser Artikel stellt die in Deutschland geltenden Richtlinien und Empfehlungen zum Einsatz und zur Befunddokumentation sonografischer Verfahren in der Diagnostik des zerebralen Zirkulationsstillstands bei Kindern und Erwachsenen dar. Methodik, Limitationen und Vorgehen bei unsicheren Befunden der Sonografie werden beschrieben. Altersbezogene Mindestgrößen des arteriellen Mitteldruckes zur Diagnostik des zerebralen Zirkulationsstillstands bei Kindern werden vorgestellt. Es wird ein Überblick über die in anderen Ländern, speziell in den Nachbarländern Deutschlands, geltenden Regularien zum Einsatz der Sonografie in der Hirntoddiagnostik gegeben.

• References

• 1 Wissenschaftlicher Beirat der Bundesärztekammer. Richtlinie gemäß §16 Abs. 1 S. 1 Nr. 1 TPG für die Regeln zur Feststellung des Todes nach §3 Abs. 1 S. 1 Nr. 2 TPG und die Verfahrensregeln zur Feststellung des endgültigen, nicht behebbaren Ausfalls der Gesamtfunktion des Großhirns, des Kleinhirns und des Hirnstamms nach §3 Abs. 2 Nr. 2 TPG, Vierte Fortschreibung. Dtsch Ärztebl 2015; 112: A-1256
• 2 Kaps M, Schreiber S, Walter U. Doppler- und Duplexsonografie in der Diagnostik des irreversiblen Hirnfunktionsausfalls. Klin Neurophysiol 2016; 47: 26-32
• 3 Walter U, Brandt SA, Ferbert A et al. Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Klinische Neurophysiologie und Funktionelle Bildgebung zur Diagnostik des irreversiblen Hirnfunktionsausfalls. Klin Neurophysiol 2016; 47: 16-20
• 4 Wahlster S, Wijdicks EF, Patel PV et al. Brain death declaration: Practices and perceptions worldwide. Neurology 2015; 84: 1870-1879
• 5 Danish Health Agency. Bekendtgørelse om dødens konstatering ved uopretteligt ophør af al hjernefunktion, BEK nr 1249/2006. , available at: http://www.organdonation.dk/om-organdonation/diagnosticering-af-hjernedod
• 6 Swedish National Board. Föreskrifter och allmänna råd: Kriterier för bestämmande av människans död. SOSFS 2005: 10 (M). , available at: www.socialstyrelsen.se/Lists/Artikelkatalog/Attachments/9833/2005-10-10_2005_10.pdf
• 7 Orban JC, El-Mahjoub A, Rami L et al. Transcranial Doppler shortens the time between clinical brain death and angiographic confirmation: a randomized trial. Transplantation 2012; 94: 585-588
• 8 Orban JC, Ferret E, Jambou P et al. Confirmation of brain death diagnosis: A study on French practice. Anaesth Crit Care Pain Med 2015; 34: 145-150
• 9 Vicenzini E, Pro S, Pulitano P et al. Current practice of brain death determination and use of confirmatory tests in an Italian University hospital: a report of 66 cases. Minerva Anestesiol 2013; 79: 485-491
• 10 Hoffmann O, Masuhr F. Zugang zur Hirntoddiagnostik. Nervenarzt 2014; 85: 1573-1581
• 11 Escudero D, Valentín MO, Escalante JL et al. Intensive care practices in brain death diagnosis and organ donation. Anaesthesia 2015; 70: 1130-1139
• 12 Consensus Group on Transcranial Doppler in Diagnosis of Brain Death. Latin American consensus on the use of transcranial Doppler in the diagnosis of brain death. Rev Bras Ter Intensiva 2014; 26: 240-252
• 13 Alexandrov AV, Sloan MA, Tegeler CH et al. Practice standards for transcranial Doppler (TCD) ultrasound. Part II. Clinical indications and expected outcomes. J Neuroimaging 2012; 22: 215-224
• 14 Ducrocq X, Hassler W, Moritake K et al. Consensus opinion on diagnosis of cerebral circulatory arrest using Doppler-sonography: Task Force Group on cerebral death of the Neurosonology Research Group of the World Federation of Neurology. J Neurol Sci 1998; 159: 145-150
• 15 Ledoux D. Definition et diagnostic de la mort cerebrale. In: Monbaliu D, Lormans P, Ledoux D, (Hsrg.) Livre de poche Don d’organes et de tissus. Leuven: Acco; 2014: 53-69
• 16 Henri, Grand-Duc de Luxembourg, Duc de Nassau, and Di Bartolomeo M, Le Ministre de la Santé. Règlement grand-ducal du 3 décembre 2009 déterminant les procédés à suivre pour constater la mort en vue d'un prélèvement. Journal Officiel du Grand-Duché de Luxembourg 2009; A: 4291 , available at: http://www.legilux.public.lu/rgl/2009/A/4291/B.pdf
• 17 Health Council of the Netherlands. Vaststellen van de dood bij postmortale orgaandonatie. Protocollen en criteria, inclusief een geactualiseerd Hersendoodprotocol. Den Haag: Health Council of the Netherlands, 2015; publication no. 2015/13.
• 18 Österreichisches Bundesinstitut für Gesundheitswesen. Empfehlungen zur Durchführung der Hirntoddiagnostik bei einer geplanten Organentnahme entsprechend dem Beschluss des Obersten Sanitätsrates vom 16. November 2013. , available at: http://www.austrotransplant.at/download/Empfehlungen_Hirntoddiagnostik.pdf
• 19 Ministry of Health of Poland. Obwieszczenie ministra zdrowia z dnia 17 lipca 2007r. w sprawie kryteriów i sposobu stwierdzenia trwałego nieodwracalnego ustania czynności mózgu. Monitor Polski 2007; 46: Pos. 547
• 20 Schweizerische Akademie der Medizinischen Wissenschaften. Feststellung des Todes mit Bezug auf Organtransplantationen. Medizinisch-ethische Richtlinien. Basel: Schweizerische Akademie der Medizinischen Wissenschaften; 2011
• 21 Ministry of Health of Czech Republic. Vyhláška ze dne 29. dubna 2013o stanovení bližších podmínek posuzování zdravotní způsobilosti a rozsahu vyšetření žijícího nebo zemřelého dárce tkání nebo orgánů pro účely transplantací (vyhláška o zdravotní způsobilosti dárce tkání a orgánů pro účely transplantací), 114/2013 Sb. ., available at: https://portal.gov.cz/app/zakony/zakonPar.jsp?idBiblio=79893&nr=114~2F2013&rpp=15#local-content
• 22 Tomek A, Školoudík D, Škoda O et al. Metodika stanovení smrti mozku pomocí transkraniální sonografie vypracovaná Neurosonologickou komisí a Cerebrovaskulární sekcí České neurologické společnosti ČLS JEP. Cesk Slov Neurol N 2016 in press
• 23 Topcuoglu MA, Arsava EM, Bas DF et al. Transorbital Ultrasonographic Measurement of Optic Nerve Sheath Diameter in Brain Death. J Neuroimaging 2015; 25: 906-909
• 24 Welschehold S, Boor S, Reuland K et al. Technical aids in the diagnosis of brain death: a comparison of SEP, AEP, EEG, TCD and CT angiography. Dtsch Arztebl Int 2012; 109: 624-630
• 25 von Reutern GM. Zerebraler Zirkulationsstillstand. Diagnostik mit der Dopplersonografie. Dtsch Ärztebl 1991; 88: A-4379-A-4385
• 26 Ducrocq X, Braun M, Debouverie M et al. Brain death and transcranial Doppler: experience in 130 cases of brain dead patients. J Neurol Sci 1998; 160: 41-46
• 27 Hadani M, Bruk B, Ram Z et al. Application of transcranial Doppler ultrasonography for the diagnosis of brain death. Intens Care Med 1999; 25: 822-828
• 28 de Freitas GR, André C. Sensitivity of transcranial Doppler for confirming brain death: a prospective study of 270 cases. Acta Neurol Scand 2006; 113: 426-432
• 29 Marinoni M, Alari F, Mastronardi V et al. The relevance of early TCD monitoring in the intensive care units for the confirming of brain death diagnosis. Neurol Sci 2011; 32: 73-77
• 30 Poularas J, Karakitsos D, Kouraklis G et al. Comparison between transcranial color Doppler ultrasonography and angiography in the confirmation of brain death. Transplant Proc 2006; 38: 1213-1217
• 31 Haque IU, Zaritsky AL. Analysis of the evidence for the lower limit of systolic and mean arterial pressure in children. Pediatr Crit Care Med 2007; 8: 138-144
• 32 Jackson LV, Thalange NK, Cole TJ. Blood pressure centiles for Great Britain. Arch Dis Child 2007; 92: 298-303
• 33 Pucelikova T, Dangas G, Mehran R. Contrast-induced nephropathy. Catheter Cardiovasc Interv 2008; 71: 62-72
• 34 Lovrencic-Huzjan A, Vukovic V, Gopcevic A et al. Transcranial Doppler in brain death confirmation in clinical practice. Ultraschall in Med 2011; 32: 62-66
• 35 Kaps M, von Reutern GM, Stolz E et al. Ultraschall in der Neurologie. 2. korrigierte Auflage. Stuttgart: Georg Thieme Verlag; 2005
• 36 Kuo JR, Chen CF, Chio CC et al. Time dependent validity in the diagnosis of brain death using transcranial Doppler sonography. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2006; 77: 646-649
• 37 Nedelmann M, Stolz E, Gerriets T et al. Consensus recommendations for transcranial color-coded duplex sonography for the assessment of intracranial arteries in clinical trials on acute stroke. Stroke 2009; 40: 3238-3244
• 38 Krejza J, Swiat M, Pawlak MA et al. Suitability of temporal bone acoustic window: conventional TCD versus transcranial color-coded duplex sonography. J Neuroimaging 2007; 17: 311-314
• 39 Llompart-Pou JA, Abadal JM, Velasco J et al. Contrast-enhanced transcranial color sonography in the diagnosis of cerebral circulatory arrest. Transplant Proc 2009; 41: 1466-1468
• 40 Welschehold S, Geisel F, Beyer C et al. Contrast-enhanced transcranial Doppler ultrasonography in the diagnosis of brain death. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2013; 84: 939-940
• 41 Piscaglia F, Nolsøe C, Dietrich CF et al. The EFSUMB Guidelines and Recommendations on the Clinical Practice of Contrast Enhanced Ultrasound (CEUS): update 2011 on non-hepatic applications. Ultraschall in Med 2012; 33: 33-59
• 42 Hassler W, Steinmetz H, Pirschel J. Transcranial Doppler study of intracranial circulatory arrest. J Neurosurg 1989; 71: 195-201
• 43 Poularas J, Karakitsos D, Kouraklis G et al. Comparison between transcranial color Doppler ultrasonography and angiography in the confirmation of brain death. Transplant Proc 2006; 38: 1213-1217
• 44 Harrer JU, Eyding J, Ritter M et al. Neurosonografie in der neurologischen Notfall- und Intensivmedizin: Monitoring des erhöhten intrakraniellen Druckes, Hirntoddiagnostik und Untersuchung der zerebralen Autoregulation – Teil 2. Ultraschall in Med 2012; 33: 320-331
• 45 Günther A, Llompart-Pou JA, Klingner C et al. Sonografische Methoden in der Hirntoddiagnostik. Klin Neurophysiol 2014; 45: 168-175
• 46 Brandt SA, Walter U, Schreiber SJ. Anwendung der aktuellen Richtlinie zur Feststellung des irreversiblen Hirnfunktionsausfalls. Akt Neurol 2016; 43: 182-203
• 47 Chang JJ, Tsivgoulis G, Katsanos AH et al. Diagnostic Accuracy of Transcranial Doppler for Brain Death Confirmation: Systematic Review and Meta-Analysis. AJNR Am J Neuroradiol 2016; 37: 408-414
• 48 Burger R, Schlake HP, Seybold S et al. Die Wertigkeit der transkraniellen Dopplersonografie im Vergleich zu szintigrafischen Verfahren und EEG in der Hirntoddiagnostik. Zentralbl Neurochir 2000; 61: 7-13
• 49 Azevedo E, Teixeira J, Neves JC et al. Transcranial Doppler and brain death. Transplant Proc 2000; 32: 2579-2581
• 50 Lanfermann H, Schober O. Imaging of Irreversible Loss of Brain Function. Fortschr Röntgenstr 2016; 188: 23-26