Grundkurs Duplexsonographie Gefässe 11 12.03.2021 - Grundlage der Ultraschalltechnik - B-Mode

Grundkurs Duplexsonographie Gefässe
          11. - 12.03.2021

     Grundlage der Ultraschalltechnik –
                 B-Mode

                  Dr. med. Kerstin Kotteck
    Allgemeine Innere Medizin FMH und Angiologie FMH
SGUM Tutor Modul Gefässe, Abdomen, Basis-Notfall-Sonographie

Inhalt
• Physikalische Grundlagen

• Grundeinstellungen am Ultraschallgerät und Bildoptimierung

• Bildartefakte

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Physikalische Grundlagen

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Sehen durch Hören

                    Kursbuch Ultraschall, Thieme Verlag   4

Schall-Frequenzbereiche

Infraschall   hörbarer Schall   Ultraschall   diagnostischer Schall
20 kHz       1-50 MHz                5

Ultraschall
• mechanische Wellen
• Gesetze der Wellenmechanik und Optik: Reflexion, Streuung, Biegung,
  Brechung, Absorbtion, Dämpfung
• physikalisch definiert durch:
   o Schallgeschwindigkeit c
   o Frequenz f
   o Wellenlänge λ

   c=lxf
   c = 1540 m/s  mittlere Schallgeschwindigkeit im Weichteilgewebe, Vgl.
                  Geschwindigkeit des Schalls in der Luft 343 m/s (20°C)

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Echosignaldarstellung
A - (Amplitude) Mode:

• einfachste Darstellung der Echosignale
• Die Signalintensität des von Grenzflächen reflektierten Echos ist dargestellt als
  Amplitude auf einer Zeitachse.
• z. B. EEG, Ophthalmologie und HNO

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Echosignaldarstellung
B - (Brightness) Mode:

• „brightness“ = Helligkeit
• ein zweidimensionales Schnittbild wird erzeugt
• jedem Amplitudenwert eines A-Mode wird ein Helligkeitswert (oder Grauwert)
  zugeordnet; unterschiedliche Echointensitäten werden als Bildpunkte unterschiedlicher
  Dichte zu Helligkeits-/ «Grauwert»-Stufen verarbeitet
• unterschiedliche Reflexion des Schalls je nach Medium (Flüssigkeit, Gewebe) 
  Darstellung in Graustufen
• Real-Time-Verfahren möglich

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Kursbuch Ultraschall, Thieme Verlag   9

Echosignaldarstellung
M - (Motion) Mode:

• zeitlich nacheinander empfangene Signale eines B-Mode werden nebeneinander
  dargestellt (bei unbewegtem Schallkopf)
• Echokardiographie, Pleuraschall

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Kursbuch Ultraschall, Thieme Verlag   11

Schallkopf – Typen

kardial, transkraniell           Abdomen                       Gefässe, Schilddrüse, Darm

                               Amann-Vesti et al Kursbuch Doppler- und Duplexsonographie Thieme Verlag   12

Schallfrequenz
• Qualität der Ultraschalldiagnostik hängt von 2 Forderungen an
  Schallwelleneigenschaften ab

   1. möglichst hohes Auflösungsvermögen
   2. ausreichende Eindringtiefe

• Wie stehen diese beiden Anforderungen zueinander?

                                                              Kursbuch Ultraschall, Thieme Verlag   13

• tiefe Frequenz (Konvexsonde)  hohe Eindringtiefe, Auflösung niedriger (Organe
  des Abdomens, retroperitoneale Gefässe)
• hohe Frequenz (Linearsonde)  geringe Eindringtiefe, hohe Auflösung
  (oberflächliche Strukturen  Weichteilsonographie, Schilddrüse, Darm,
  Extremitätenarterien/-venen, Carotiden)

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Amplitude A     Frequenz f = c / λ

Wellenlänge λ

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Grundeinstellungen am Ultraschallgerät und
             Bildoptimierung

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B-Mode

• B-Bild  Grundlage der Ultraschalldiagnostik

• Dopplerverfahren sind Hilfsmittel und ergänzende Tools, um bestimmte
  Fragestellungen zu beantworten (z. B. Fluss, Flussrichtung, Flussgeschwindigkeit,
  Obstruktion/Verschluss eines Gefässes, etc.)

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B-Mode

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B-Mode – Grundeinstellungen

•   Tiefe – depth
•   Verstärkung – gain
•   TGC – time gain compensation
•   Fokus – focus
•   Dynamikbereich – dynamic range
•   Breite – width
•   Frequenz – frequency
•   Grauskalen – grey scales bzw. Farbe – photoptic imaging

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«High-end» Sonographie

•   High Detection Speckle Reduction Imaging
•   CrossXBeam
•   Coded Harmonic Imaging
•   Kontrastmittel-Sonographie
•   LOGIQView / Panorama
•   B-Flow

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Depth (Tiefe)

•   Übersicht verschaffen
•   Bildoptimierung axial
•   Zielorgan zentrieren (z. B. Carotis, Aorta)
•   anpassen an die anatomischen Verhältnisse («dicker Bauch», «dicker Hals»)

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Gain (Verstärkung)

• B-Mode-Verstärkung erhöht oder verringert die Anzahl der Echoinformationen, die
  in einem Bild dargestellt werden
• dadurch kann das Bild aufgehellt oder verdunkelt werden
• mit Verstärkung kann der Echokontrast ausgeglichen werden, damit z.B.
  Zystenstrukturen oder Gefässe echofrei erscheinen
• Hat nichts mit der Sendeleistung zu tun!

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TGC – time gain compensation
• unterschiedliche Verstärkung der aus unterschiedlichen Tiefen empfangenen
  Echosignale
• Anpassung der Verstärkung in bestimmten Bereichen, die von Interesse sind (z. B.
  distal von Zysten bzw. distal der gefüllten Harnblase muss die Verstärkung
  reduziert werden)

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Fokus

• Auflösung an einem bestimmten Punkt wird erhöht (Bildoptimierung lateral)
• mehrere Fokuszonen möglich
• bei Ändern der Fokusanzahl wird die Bildaufbaurate («frame rate») beeinflusst 
  je größer die Anzahl der Fokusbereiche ist, desto geringer ist die Bildaufbaurate

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Dynamic range

• Anzahl der Graustufen zwischen dem hellsten und dem dunkelsten Punkt
• der Dynamikbereich steuert die Umwandlung von Echointensitäten zu
  Grauschattierungen
• «Härte» des Bildes
• [dB]

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Width (Breite)
• abhängig vom der zu untersuchenden Struktur
• je breiter das Schallareal, desto mehr muss das Gerät rechnen
• hat Einfluss auf Bildaufbaurate («frame rate»)  je kleiner der Bildausschnitt,
  umso schneller der Bildaufbau
• schnellerer Bildaufbau («frame rate») im Farbdoppler!

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Frequenz

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Grauskalen, photoptic imaging
•   Grundeinstellung der Geräte
•   «Gesamteindruck»
•   «Geschmackssache»
•   Farbe möglich  photoptic imaging

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Mechanischer und thermischer Index
• dimensionslose Grössen

• abhängig von der jeweiligen Geräteeinstellung

• Mechanischer Index MI

• Thermischer Index TI

• muss auf allen US-Geräten angezeigt sein

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Mechanischer Index MI
• dimensionslose Grösse
• maximal erlaubter Höchstwert von 1.9
• potentielle mechanische Bioeffekte

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Thermischer Index TI
• dimensionslose Grösse
• TIs: für Weichteilgewebe
  TIb: für Knochen
  TIc: für craniale Anwendungen
• grobe Orientierungshilfe auf möglichen
  maximalen Temperaturanstieg
• maximal zulässiger Wert von 6

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Bildartefakte

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Bildartefakte

• sind „Kunstprodukte“, denen keine oder keine adäquate anatomische Struktur
  entspricht
• entstehen durch Diskrepanz zwischen Bildverarbeitung und
  wellenmechanischen Gegebenheiten
• können zu Fehldeutungen führen, aber auch wegweisend sein für die
  Diagnostik

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Bildartefakte

                Kursbuch Ultraschall, Thieme Verlag   48

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Quellen
Bildmaterial:                               Literatur:

-   eigenes Bildmaterial
-   Prof. Dr. med. Christoph Thalhammer

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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