UltraschallMMuseumim DeutschenRöntgen-Museum

A-Scan

Normales Echoencephalogramm. Der Schallimpuls verläuft von links nach rechts.

I = EintrittsechoE = Austrittsecho

M = Mittelecho

Der rechtsseitige Hirntumor verlagert das Mittelecho nach links, so dass es nicht mehr mittelständig ist

Das A-Scan-Verfahren stand am Beginn der Ultraschall-diagnostik. Ein piezoelektrischer Kristall sendet perio-disch mit einer Frequenz von 0,3 bis 10 kHz Impulse fürdie Dauer von ca. 1ms aus.

Mit jedem Schallimpuls wird auf dem Bildschirm eine Zeitlinie geschrieben, die den Laufweg darstellt. In denSendepausen werden die von akustischen Grenzflächenreflektierten Echos empfangen und als Echozacken (Amplituden) abgebildet.

Dieses Verfahren ging zunächst als Echolot etwa 1912 in die Schifffahrt ein und wurde in den dreißiger Jahrenzur zerstörungsfreien Materialprüfung genutzt.

1949 wurde es durch G.Ludwig (Pennsylvania) in die Medizin eingeführt und bekam unter der Bezeich-nung »A-Scan« große Bedeutung in der Echoencepha-

lographie, die noch bis in die achtziger Jahre durch-geführt wurde.

Im Laufe der Entwicklung wurde diese Art der Signal-verarbeitung wegen der fehlenden anatomischenOrientierungsmöglichkeiten durch das »B-Scan-Verfah-

ren« abgelöst.

Vom A-Scan zum B-Bild UltraschallMMuseumim DeutschenRöntgen-Museum

A-Scan zum Ausmessendes 3.Ventrikels A-Scan der Leber

Aus dem eindimensionalen B-Scan entsteht durch Aneinanderreihenvieler Scanlinien (durch Verschieben des Schallkopfes) das zweidimensionale B-Bild (Schnittbild)

Fertiges B-Bild des Oberbauches (Compound-Scan)

Das 1954 von Leksell eingeführte A-Scan-Verfahren zur Schädeldiagnostik schien von vorn-herein in komplexen Körperregionen wie demBauchraum ungeeignet. Zur topographischenOrientierung war hier ein echtes bildgebendesVerfahren erforderlich. Zwei Schritte führten vomA-Scan zum eigentlichen bildgebenden Verfahren,dem B-Bild:

1. Umwandlung des Amplituden-Scans in einenBrightness-Scan, das heißt, das Echo wird hier als(helligkeitsmodulierter) Bildpunkt auf einer Bild-röhre dargestellt.

2. Im zweiten Schritt wird aus dem eindimensio-nalen Messstrahl durch Anordnung zahlreicher

Scanlinien in einer Ebene ein zweidimensionalesSchnittbild.

Bei den ersten Geräten wurde die Schallsonde vonder Hand geführt. Die einzelnen Ultraschallimpul-se wurden zwar in einer Ebene, aber in der Rich-tung ungeordnet in den Körper »eingeschallt«:Compoundscan (Howry 1952)

Die Empfindlichkeit war noch gering, so dass eineGrenzfläche mehrfach getroffen werden musste,um ein messbares Echo zu erhalten. Über demSchwellenwert wurde jedes Echo gleich hell dar-gestellt (bistabiles B-Bild). Der Bildaufbau dauertemindestens mehrere Sekunden, zwischenzeitlicheBewegungen führten zu Störungen.

Vom bistabilen Bildzur Grauwerttechnik

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Bistabiles Bilddes rechten Oberbauches mit Darstellungeines Pankreastumors(1966)

gray-scale-Compound-Scan-Bild des Oberbauch-Quer-schnittes (1973)

real-time (Vidoson): Darstellung einesOberbauch-Querschnittes mit einem Pankreastumor(1973)

1999, Oberbauch-Querschnitt mit moderner Technik

1999, Dreidimensionale Darstellung eines Feten

Die ersten Ultraschallbilder waren sogenanntebistabile Schwarzweißbilder: Ein Echo wurdeab einem (einstellbaren) Schwellenwert alsimmer gleich heller Bildpunkt abgebildet.Zusätzlich musste ein echoerzeugender Ob-jektpunkt anfangs mehrfach von einem Ultra-schallimpuls getroffen werden, um ein in einenBildpunkt umsetzbares Echo zu liefern.

Der erste Schritt zu einer modernen Bildtech-nik war die unterschiedlich helle Darstellungeines Echos in Abhängigkeit von seiner Stärke(1973, gray-scale-Technik). Diese Technikwurde noch bei Compound-Scan-Geräteneingeführt. Sie war bei den real-time-Gerätenvon vornherein vorhanden.

Einschneidende weitere Verbesserungen derBildqualität wurden mittels elektronischer Fokussierung beim Senden und beim Empfang,durch Artefakt-Unterdrückung insbesondere

im Nahfeld, und durch Einführung des digitalenBildspeichers erreicht.

Die moderne Technik umfasst heute (1999) die Integration der Dopplersonographie als Duplex-und Triplex-Bild, die dreidimensionale Darstellungund die Technik des Tissue-Harmonic-Imaging

zur weiteren Verbesserung der Bildqualität sowiedie Entwicklung von Kontrastmitteln.

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Das ursprüngliche Compound-Scan-Sy-

stem hatte eine Reihe von Nachteilen.Dazu gehörte der komplexe, hohe technische Aufwand zur richtigen topographischen Zuordnung der Echosund der hohe Zeitaufwand zum Bild-aufbau, der zu Bewegungsartefaktenund langen Untersuchungszeiten führte.Bei der von Hand geführten Sonde warauch die Reproduzierbarkeit begrenzt.

Dies führte zur Entwicklung von »real-

time-Systemen« mit schneller mecha-nischer und später auch elektronischerAbtastung.

Das erste System war das Vidoson-Sy-

stem, bei dem von einem rotierendenUltraschallsender die Ultraschallimpulsezunächst gegen einen Parabolspiegelund von diesem durch eine Wasservor-laufstrecke parallelgerichtet in den Kör-per geschallt wurden. Die Echos nahmenden gleichen Weg zurück. Der Bildauf-bau geschah nun in Sekundenbruch-teilen, was aber mit einer schmalen Ab-bildungsbreite erkauft werden musste.

Prinzip des Compound-Scans Zwillings-Schwangerschaft (1968)

Vidoson: Prinzip der schnellen mechanischen Abtastung

1976, »Gesicht« eines Feten,Compund-Scan

1980, Real-Time-System, sektorförmiges Bild

Vom Compound-Scanzum real-time-System

Die »real-time-Technik« setztesich aufgrund der besseren Re-produzierbarkeit und des schnel-len Bildaufbaus durch.

Bewegungen konnten direkt beobachtet werden wie z.B. dieBewegungen des Feten oder diePulsation eines Gefäßes. Die Un-tersuchungszeiten wurden kurz.

Die weitere technische Entwick-lung führte zu verschiedenen Sy-stemen, die lange Zeit und teil-weise heute noch parallel genutztwerden. Im Einzelnen handelt essich um mechanische und elek-tronische Abtastverfahren mit paralleler oder sektorförmigerAnordnung der Bildzeilen.

TM-Bildverfahren oder TM-Mode

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Im A-Mode lassen sich am bestenruhende Strukturen durch die Posi-tion des Echos abbilden. Sobald sich die Strukturen bewe-gen, ist zur Messung der Bewegungdas M-Mode-Verfahren notwendig.Denn im A-Bild lässt sich die Hin-und Herbewegung der Signale mes-stechnisch nicht verarbeiten.

Das M-Mode-Verfahren lässt nebeneiner exakten Lagebestimmung desEchoreflektors auch eine genaueWiedergabe des Bewegungsmusterszu. Im oberen Abbildungsschema(Herz) bewegen sich zwei Strukturenparallel zueinander, wobei eine schnel-le Ab- und Aufbewegung von einerlängeren unbewegten Phase abgelöst wird (horizontale Linien).Dann erfolgt erneute Bewegung. Bewegte Grenzflächen oder Reflek-toren werden hierbei in ihrer Position und Positionsänderung über die Zeitfestgehalten, was zu der Bezeichnung Time-

Motion-Verfahren oder M-Mode geführt hat.

Im einfachsten Fall entsteht ein solches M-Mode-

Bild, wenn ein Registrierpapier mit bekannter Ge-schwindigkeit über eine schlitzförmige Kathoden-strahlröhre bewegt wird. Oder wenn auf einemnormalen Bildschirm die bewegten Bildpunkte mit einer wählbaren zeitlichen Ablenkung überdie Schirmbreite bewegt werden.

Es ist das Verdienst von H. Hertz und L. Edler,dieses Verfahren 1953 erstmalig entwickelt und für die Darstellung von Herzklappen eingesetztzu haben. Durch Weiterentwicklung wurde dieEchokardiographie zur wichtigsten Unterschungs-methode des Herzens in der täglichen Praxis.Durch immer leistungsfähigere Rechner ist esheute möglich, Abbildungen des Herzens in kompletten Schnittbildern mit Darstellung undMessung von Blutgeschwindigkeiten zu erhalten.

Schematische Darstellung des Signalaufbaus bei der TM-Echokardiographie:T = TransclucerBW = BrustwandRV = rechter VentrikelSEP = VentrikelseptrumLV = linker VentrikelAO = AortaHW = Hinterwand des linken VentrikelsLA = linker VorhofVMS = vorderes MitralsegelHMS = hinteres Mitralsegel

1957, Echokardiogramm (Krautkrämer-Siemens)