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Einstellung Ultraschallgerät, Artefakte

Dr. med. Konstantin Schraepler, Bremen 09/2023

Schnellstart

• beginne mit den vordefinierten Einstellungen (Standard)
• benutze vordefinierte Einstellungen für bestimmte Situationen
• während der Untersuchung sind mehrere Parameter kontinuierlich anzupassen:
  • Reduktion der Bildtiefe
  • Reduktion der Bildbreite
  • Anpassung der Signalverstärkung (Gain)
  • Anpassung des TCG
  • Anpassung des Fokus
  • Verwendung der automatischen Bildverbesserung
• ggf. weitere Anpassung
  • Kontrasteinstellung
  • Frequenzanpassung

Bildqualität optimieren

Bildqualität

abhängig von

• Untersuchungsbedingungen
• Aufnahmequalität
• Bildnachbearbeitung (= Post processing)

Untersuchungsbedingungen

optimiere Untersuchungsbedingungen

• korrekte Lagerung erleichtert Untersuchung,
  z.B.
  • Echokardiographie:
    • Lagerung auf linke Körperseite rückt Herz näher an Thoraxwand
    • Heben des linken Armes hinter den Kopf vergrößert Schallfenster durch Erweiterung der Intercostalräume
    • parasternale Achsen werden i.d.R. durch betonte Linksseitenlage (bis 90°) besser dargestellt
    • apikale Achsen werden in wenig betonter Linksseitenlage besser eingeutellt
  • Abdomen-Sonographie:
    • Untersuchung in Rückenlage
      • Lagerung der Arme neben den Körper führt zur Enstpannung der Bauchdecken, Knierolle verstärkt Effekt
• Abdunklung erleichtert Bildbeurteilung
• Verwendung von ausreichend Kontaktgele
  • ggf. bei notwendiger Sterilität anstelle sterilen Kontaktgels auch alkoholfreies Desinfektionsspray oder steriles Kathetergleitmittel verwendbar, Wundbereiche mit steriler Folie abgeklebbar

Aufnahmequalität

Was bestimmt die Aufnahmequalität?

• räumliche Auflösung
• Kontrastauflösung
• zeitliche Auflösung

Faktoren der Auflösung?

• Ultraschallfrequenz
• Impulswiederholfrequenz
• laterale und axiale Auflösung
• Strahlbreite/Liniendichte
• Verstärkung

Ultraschallfrequenz

• in der Medizin verwendete Frequenzen zwischen 2 - 10 MHz verwendet
• je höher die Ultraschallfrequenz, desto besser die Auflösung
• je höher die Ultraschallfrequenz, desto geringer die Eindringtiefe

Wandlerfrequenz 1,5/3,0 MHz:
gröbere Darstellung der Myokardtextur

Wandlerfrequenz 2,3/4,6 MHz:
feinere Darstellung der Myokardtextur

Ultraschall-Impuls und zeitliche Auflösung

der Schallkopf sendet Impuls mit bestimmter Impulsdauer (= Pulse Width)
und wartet dann auf Echosignale, d.h.:

• je höher die Ultraschallfrequenz, desto höher die Pulswiederholfrequenz
• je höher die Pulswiederholfrequenz, desto höher die Bildrate (= Framerate) und Bildauflösung
• je höher die Framerate, umso höhere zeitliche Auflösung des Herzzyklus

Bildausschnitt

• der Bildausschnitt sollte der Region des Interesses (ROI) angepasst sein
• je größer der Bildausschnitt um so höher die Rechenleistung des Gerätes
• je höher die Rechenleistung umso niedriger die Framerate

Einstellung des optimalen Bildausschnitts

• ausgehend vom Übersichtsbild Tiefe so weit wie möglich reduzieren
  • Tiefenreduktion führt zur Erhöhung der Framerrate und besseren Bildauflösung
• Reduktion der Bildbreite
  • Breitenreduktion führt zur Erhöhung der Framerrate und besseren Bildauflösung

deutlich zu gross gewählter Bildausschnitt
unnötiger Verbrauch von Rechenleistung des Echokardiographiegerätes

Bildausschnitt zur Betrachtung aller 4 Herzkammern

Bildausschnitt zur Betrachtung des linken Ventrikels

zu gross gewähltes Dopplerfeld

auf den linken Vorhof fokussiert

Einstellung des optimalen Signalverstärkung

• mittels Gain (globale Verstärkung) kann die Helligkeit erhöht werden. Dies verstärkt die eingehenden (reflektierten) Ultraschallwellen, so dass jedes Objekt auf dem Bild heller erscheint
  • höherer Gain führt jeoch zu einer bedeutend geringeren Auflösung und zu Schwierigkeiten, Gewebegrenzen zu erkennen
• mittels time gain compensation (TGC) kann das Ausmaß der Signalverstärkung auf bestimmten Ebenen entlang des Ultraschallfeldes angepasst werden
  • Ziel den Gain mit zunehmender Tiefe zu erhöhen, um die mit zunehmender Tiefe auftretende Schallabschwächung zu kompensieren

zu niedrig gewählter Gain
das myokardialen Strukturen sind kaum zu erkennen. Die apikal gelegene abbarante Chordae des linken Ventrikels entgeht der Betrachtung.

zu hoch gewählter Gain
die Herzbinnenräume stellen sich zu echoreich dar. Die apikal gelegene abbarante Chordae des linken Ventrikels ist aber gut zu erkennen.

optimal eingestellter Gain
die kardialen Strukturen und die Myokardtextur sind gut zu erkennen, die Herzbinnenräume stellen sich weitgehend dunkel dar. Die apikal gelegene abbarante Chordae des linken Ventrikels liegt außerhalb der Schnittebene.

Fokus

• der Fokus wird auf die Ebene der interessanten Region (ROI) verschoben
  • der Fokus beinhaltet die Stelle des Ultraschallstrahls mit der höchsten Auflösung
• Bildbereiche von besonderem Interesse sind mittels Zoom zu vergrößern
  • Zoomfunktion führt nicht zur Erhöhung der Auflösung des Bildes.

falsch gewählter Fokus
der Fokus ist auf einen Punkt oberhalb der Apex gerichtet. Die apikal gelegene abbarante Chordae des linken Ventrikels ist nicht zu erkennen.

Fokussierung Apex
der Fokus liegt auf den apikalen Abschnitten. Strukturen der mediale und basalen Ventrikelbereiche können der Beurteilung entgehen.

Fokussierung auf die medialen Bereiche
die apikal gelegene abbarante Chordae des linken Ventrikels ist zu erkennen.

Fokussierung auf die Klappenebene.

Strebe eine hohe Framerate an (= Anzahl der Bilder/sec)

eine hohe Framerate ermöglicht Untersuchungen von schnellen Bewegungen.
Sie ist abhängig von

• Sektorweite
• Ultraschallfrequenz
• Anzahl der Scanlinien
• Tiefe

Optimierung der Framerate

• je größer der Bildausschnitt um so höher die Rechenleistung des Gerätes
• je höher die Rechenleistung umso niedriger die Framerate

Bildausschnitt stets der Region des Interesses (ROI) anpassen

Framerate 47/min.: Bildablauf wirkt bereits mit bloßem Auge stockend (Framerate < Kammerfrequenz)

Framerate 78/min.: flüssiger Bildablauf, der für weitere Analysen wie Speckletracking geeignet ist (Framerate > Kammerfrequenz)

Bildnachbearbeitung

Möglichkeiten der Bildnachbearbeitung

• Filter (Hochpassfilter, Substraktionsfilter etc.)
• THI, Tissue Harmonic Imaging
• iScan, SonoCT, XRES bei Philips
• ATO, CrossXBeam, SRI bei GE
• iBeam™, iClear™ bei mindray
• SCI, SRI bei Alpinion

Anwendung von Farbkarten

• kann bei eingeschränkten Sichtbedingungen hilfreich sein
• beugt Ermüdung der Augen vor
• nach individueller Vorliebe

Farbkarte

Gegner des Ultraschalls

Gegner des Ultraschalls

• Attenuation
  • Abschwächung/ Dämpfung
• Luft
  • Reflexion des Ultraschalls
• Knochen
  • Reflektion/ Absorption des Ultraschalls
• Artefakte

Attentuation (Dämpfung)

= Abnahme der Amplitude und Intensität beim Durchgang der Ultraschallwelle durch das Medium

• Absorption
  • proportional zur Frequenz
• Brechung
• Reflexion
• Übertragung von Energie vom Strahl auf das Gewebe
• Abschattung
• Pseudoenhancement (Pseudo-Anreicherung)

Attentuation (Dämpfung)

Luft

Sonographie der Lunge:

Reflexion des Ultraschalls an der Lunge. Strukturen unterhalb der Pleura sind nicht darstellbar.

Knochen

Sonographie des Thorax:

Reflexion/ Absorbtion des Ultraschalls an den Rippen. Der Bereich hinter den Rippen kommt schlecht zur Darstellung.

Artefakte

Artefakte in der Ultraschalldiagnostik

Abbildungen, die Strukturen

• darstellen, die real nicht vorhanden sind
• unvollständig darstellen
• am falschen Ort darstellen
• mit unkorrekter Echogenität darstellen
• in unkorrekter Form und Grösse darstellen

Einteilung von Artefakten

• durch das Ultraschallgerät selber bedingt
  • axiale Artefakte
    • einfache Reverberationen
    • komplexe Reverberationen (Comet-tail-Artefakte)
    • Spiegelungen
    • Schallverstärkung
    • Schallabschwächung/-auslöschung
  • laterale Artefakte
    • Brechungsartefakte(Refraktion)
    • Nebenkeulen-Artefakte
    • Auflösungs-Artefakte
• extern bedingt
  • Fremdmaterialien (Katheter, Prothesen etc.)

axiale Artefakte

einfache Reverberationen (Wiederholungsechos)

Echos aus der Gewebetiefe können zwischen Gewebe-Grenzflächen mehrfach hin und her reflektiert werden, bevor sie wieder auf den Schallkopf treffen. Dadurch kann die gleiche anatomische Struktur mehrfach zur Darstellung kommen.

einfache Reverberationen (Wiederholungsechos)

Lungensonographie::

Die parallel zur Pleura parietalis verlaufenden, in regelmäßigen Abständen zur Pleuralinie auftretenden, echoreichen Linien sind verursacht durch Reverberationen der Pleura parietalis.

komplexe Reverberationen (Comet-tail-Artefakte)

Echokardiographie::

Comet-tail-Artefakte bei Pericarditis constrictiva. Sie werden auf gleiche Weise wie einfache Wiederholungsartefakte erzeugt, wobei mehrere sehr nah beieinander liegende Reflektoren vorhanden sind. Mit jedem weiteren Zyklus der Reflektion wird das künstliche Bild weiter hinter die ursprüngliche Struktur verschoben, so dass Kometenschweife entstehen.

Spiegelungen

Der Ultraschall wird im Einfallswinkel vom Objekt reflektiert, trifft auf eine stark reflektierende Struktur, wandert zurück zum Ausgangsobjekt, bevor er zum Schallkopf zurückkehrt. Der Wandler erkennt nicht den indirekten Weg, den die Welle auf ihrem Rückweg genommen hat und geht davon aus, dass die längere Laufzeit bedeutet, dass sich die Zwischenstruktur unterhalb des Ausgangsobjekts befindet.

Spiegelungen

Echokardiographie::

In der parasternalen kurzen Achse zeigt sich unterhalb des linken Ventrikels schemenhaft eine Spiegelung des linken Ventrikels mit der sich bewegenden Mitralklappe.

Schallverstärkung/ -abschwächung

Schall wird nicht von allen Geweben gleichmäßig abgeschwächt. Wenn ein Gewebe den Schall deutlich stärker oder schwächer dämpft als das umgebende Gewebe, wird die Stärke des Strahls distal diesen Gewebes entweder schwächer oder stärker sein als in den umgebenden Bereichen.

Schallabschwächung

Lungensonographie::

Hinter den Rippen besteht eine Schallauslöschung

Schallverstärkung

Echokardiographie::

In der parasternalen kurzen Achse zeigt sich unterhalb des linken Ventrikels eine durch den Ventrikel bedingte Schallverstärkung.

laterale Artefakte

Brechungsartefakte

Der Ultraschall trifft nicht auf direktem Weg auf die reflektierende Struktur sondern wird durch Gewebe anderer Schallgeschwindigkeit gebrochen. Für die Reflektion gilt gleiches. Dies kann zu einer Verdoppelung der Struktur führen (= Geisterbild welches neben dem echten Bild erscheint).

Nebenkeulen-Artefakte

Größte Teil der vom Ultraschall erzeugten Energie ist in der Mitte konzentriert. Geringere Mengen der emittierten Energie wird zu den Seiten gelenkt und bilden dort sog. Nebenkeulen. Deren Energie verteilen sich normalerweise im Gewebe, ohne auffällige Echos zu erzeugen. Durch sich im Strahlengang der Seitenkeulen befindliche starke Reflektoren (z. B. Prothesenmaterial), können deren Reflexionen als vom zentralen Strahl stammend interpretiert werden. Neben dem eigentlichen Bild entsteht ein lineares, bogenförmiges Artefakt.

Nebenkeulen-Artefakte

Echokardiographie::

Im Bereich der biologischen Aortenklappenprothese kommte es zum Auftreten von Nebenkeulen-Artefakten

Auflösungsartefakte

Das Ultraschallbündel ist nicht zweidimensional sondern besitzt eine gewisse Breite. Dadurch kommt es zu Summationseffekten mit Fehldarstellung von schmalen, senkrecht zur Schnittebene durch das Bild laufenden Strukturen. Diese werden dann relativ breit und nicht mit ihrer wahren Schichtdicke abgebildet.

Darstellung

Wann kommt es zum Auftreten von Artefakten?

• schlechte Bildqualität
• starke Reflektoren
  z. B. Verkalkung, Prothesenmaterial
• gute Bildqualität
  z. B. Spiegelartefakte)
• häufiger bei Übersichtsaufnahmen

Tipps zur Vermeidung von Artefakten

• kenne die Fallstricke
• optimiere das Bild
• kenne die Anatomie
• kenne die Arten an Artefakten
• Sei vorsichtig bei starken Reflektionen
• verwende mehrere Ansichten

Fragen?