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Trapezoid-View

Erweiterung des FOV bei Linear-Schallsonden

Ein steering der Schallfronten ermöglicht eine Erweiterung des rechtwinkligen Bildschirmausschnittes eines Linear-Schallkopfes zu einem Ausschnitt (field-of-view, FOV), der einem Konvex-Schallkopf ähnlich ist. Der Bildschirmausschnitt hat die Form eines Trapezes. Weil das Trapez elektronisch generiert wird nennt man das field-of-view auch trapezoid-view.

Kombiniert man also bei einem Linear-Schallkopf eine niedrige Frequenz mit der trapezoid-view erhält man eine höhere Eindringtiefe bei zugleich erweitertem Bildschirmausschnitt und somit besserer Übersicht.

Klinische Anwendung

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Frequenzspektrum

Moderne Ultraschallsonden besitzen ein einstellbares Frequenzspektrum

Jede Ultraschallsonde sendet immer ein Frequenzspektrum und nie eine einzelne Frequenz aus! Die Darstellung auf dem Bildschirm für den Anwender, welche Hauptfrequenz gewählt wurde, fällt bei den Geräteherstellern teilweise sehr unterschiedlich aus (MHz-Angabe, grafische Elemente, MHz-Bereich).

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Field of View

Mit Field of View (FOV) wird der Bildschirmausschnitt im B-Bild bezeichnet. Jede Ultraschallsonde besitzt eine eigene durch das Sondendesign bedingte Geometrie des Bildausschnittes. Im folgenden werden drei typische Ultraschallsonden vorgestellt:

  • Linearschallkopf: die Piezoelemete sind in horizontal in einer Reihe angeordnet. Der Bildauschnitt ist rechteckig. In jeder Tiefe bleibt die Liniendichte gleich. Aufgrund der guten Nahfeldqualitäten wird dieser Sondentyp regelmässig mit höheren Frequenzen eingesetzt (10MHz und höher). Die Trapezoid-View eines Linearschallkopfes wird durch elektronisches Steering der Ultraschallwellen erreicht.

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Bedeutung der Winkelabhängigkeit beim Doppler

Der Doppler-Shift F(d), d.h. die Frequenzänderung zwischen empfangener Frequenz F(r) (received) und gesendeter Frequenz F(t) (transmitted), wird nach der aufgeführten Formel gemessen.

Wobei v für die Blutflussgeschwindigkeit steht. Stellt man die Formel nach der zu messenden Grösse v, der Flussgeschwindigkeit, um, wird die Bedeutung des Messwinkels θ für die Bestimmung deutlich.

Die Sendefrequenz F(t) wird vorgewählt und ist somit bekannt. Für Schallleitungsgeschwindigkeit c wird ein in physiologischen Gewebe üblicher Näherungswert von 1540 m/s verwendet.

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Farbdoppler – CFM

Der Farbdoppler (CFM = color flow mapping) wird für qualitive Aussagen verwendet und ist vermutlich die am häufigsten eingesetzte Dopplertechnik in der Regionalanästhesie um Gefäße zu detektieren.

Nicht die exakte Messung des Blutflusses ist wichtig für die Durchführung der Blockade, sondern das „einfache“ Erkennen von Blutgefäßen . In der Regionalanästhesie sind somit Winkelfehler nicht relevant.

Der Farbdoppler ist ein PW-Doppler (link) aus mehreren Strahlen nebeneinander, die zusammen das Farbdopplerfenster ergeben (region of interest, ROI). Die Doppler-Shift Signale werden farblich kodiert nach Geschwindigkeit und Richtung auf dem Bildschirm dargestellt. Die Farbe wird durch die Farbskala definiert.

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Pulsrepetitionsfrequenz

Ein pulse-wave (PW) Doppler sendet immer einen Puls (Paket) von Ultraschallwellen aus. Die Anzahl der Pulse, die pro Sekunde ausgesendet wird, bezeichnet man als:

  • Impulsfolgefrequenz
  • Pulswiederholfrequenz oder
  • Pulsrepetitionsfequenz (PRF)

Die PRF beschreibt also wie häufig ein Puls ausgesendet wird und wird in kHz angegeben (wie viele Ereignisse pro Sekunde = 1 Hz). Dies ist nicht mit der „Sonografie-Frequenz“ (Wellenlänge) der Ultraschallsonden zu verwechseln, dessen Einheit MHz ist.

Sobald ein Puls ausgesendet wurde, schaltet der Transducer auf den Empfangsmodus, um Signale aus einer definierten Distanz registrieren zu können. Die zu messende Distanz (Tiefe) wird im PW-Doppler durch das Messfenster, im Farbdoppler durch die region-of-interest bestimmt.

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Aliasing

Für diesen Beitrag ist Wissen über die Pulsrepetitionsfequenz (PRF) hilfreich.

Aliasing ist ein Problem des PW-Dopplers (worunter auch der Farbdoppler fällt). Aliasing tritt auf, wenn die Flussgeschwindigkeit über der Messgrenze der PRF liegt. Es ist einer der häufigsten Artefakte in der Dopplersonographie.

Aliasing beschreibt, dass die Flussrichtung nicht anhand der gemessen Doppler-Shifts zugeordnet werden kann. Die „Alias-Kodierung“ im Farb- oder Spektraldoppler gibt eine Flussrichtung an, die physiologisch nicht vorhanden.

Warum muss die PRF mindestens doppelt so hoch wie die höchste Blutflussgeschwindigkeit sein? Weil als Messpunkte für den Doppler-Shift Wellenberg und Wellental der sinusförmigen reflektieren Ultraschallwellen dienen. Es muss mindestens ein „Wellenberg und Wellental“  innerhalb der PRF liegen, also zweimal der Wellenabstand, um die Richtung angeben zu können.

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PW-Doppler: Messfenstergrösse

Die Blutflussgeschwindigkeiten innerhalb eines Gefäßes sind nicht gleich. Blut fliesst am Rand langsamer als in der Mitte.

Hinweis: Der schnellste Blutfluss ist nicht immer in der Gefäßmitte. Ausnahmen können zum Beispiel bei Stenosen mit Verwirbelungen bestehen.

Möchte man hohe Blutflussgeschwindigkeit messen, sollte dass Messfenster zunächst möglichst klein eingestellt (hier 2 mm) und in der Gefäßmitte platziert werden.

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Farbdoppler beam steering

Der Farbdoppler verwendet gepulste Signale von mehrerer Elementen nebeneinandander und stellt die Dopplersignale farbkodiert im sogenannten Farbdoppler-Fenster dar.

Das Farbdopplerfenster wird auch der region-of-interest (ROI), sample volume oder color box genannt.

Ein steering des FarbdopplerFensters, dient zur Optimierung des Einschallwinkels, um Doppler-Shifts messen zu können (folgende  Abbbildung).  Siehe hierzu auch „Das 90° Problem“.

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