Kapitel 1Hirschl MDuplexsonographie der Gefäße -Übersicht

Duplexsonographie der Gefäße – Übersicht 9

Duplexsonographie der Gefäße –ÜbersichtMirko Hirschl

Einleitung

Aufgabe dieses allgemeinen Teiles ist nicht die Darstellung des durchaus kom-plizierten Prozesses, der zu einer morphologischen und funktionellen Darstel-lung des arteriellen und venösen Gefäßsystems im Ultraschallbild führt – dies-bezüglich sei auf einschlägige Literatur verwiesen. In diesem Kapitel soll auspraktischer Sicht die Betätigung der wesentlichen Bedienungselemente desDuplexgerätes erklärt werden. Nur eine perfekte Kenntnis und Einstellung desGerätes ermöglicht eine Diagnostik, die der in der Literatur angegebenen Sen-sitivität und Spezifität für die Auffindung von Pathologien entspricht.

Eine richtige Geräteeinstellung bedeutet eine patientenspezifische Opti-mierung aller einstellbaren Parameter. Es empfiehlt sich ein schrittweises sy-stematisches Vorgehen, um als Endprodukt ein ideales B-Bild und eine opti-male Farb- und Pulsdopplerdarstellung zu erreichen. Nachfolgend werdendie Einstellungsschritte des Sonographiegerätes in

• Grundeinstellungen,• Farbdopplereinstellung und• Pulsdopplereinstellung

eingeteilt und erläutert.

1. Grundeinstellungen

a) Auswahl der Schallsondeb) B-Bildeinstellungc) Bildoptimierung

1a) Auswahl der Schallsonde

Abbildung 1 zeigt die am häufigstenangewandten Schallköpfe. Die Aus-wahl des Schallkopfes richtet sichnach dem zu untersuchenden Gefäß-

Abbildung 1: Schematische Darstellung deram häufigsten zur angiologischen Diagnostikverwendeten Schallköpfe.

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abschnitt, wobei in erster Linie die notwendigerweise zu erreichende Unter-suchungstiefe maßgebend ist. Die Eindringtiefe des Ultraschalls ist abhängigvon der Sendefrequenz der Sonde: je höher die Sendefrequenz, desto geringerdie Eindringtiefe. Es gibt Ultraschallsonden von 2 bis 30 MHz, wobei die höch-sten Frequenzen heute bei intravaskulären Sonden, die der darzustellendenStruktur unmittelbar anliegen, zu finden sind. In der Praxis der transkutanenvaskulären Sonographie finden sich meistens Sonden zwischen 2 bis 10 MHzSendefrequenz.

Eine niedrige Sendefrequenz ergibt neben hoher Eindringtiefe auch dasspätere Auftreten eines „Alias-Effektes“ (siehe später). Umgekehrt gilt: jehöherfrequent die Sonde ist, desto leichter können langsame Strömungsge-schwindigkeit dargestellt werden (z. B. Fluß in Unterschenkelvenen).

Die auf der Sonde angegebene Frequenz (Nennfrequenz der Sonde) gilt fürdas B-Bild. Puls und Farbdoppler haben eine niedrigere Sendefrequenz, diesbedeutet praktischerweise für die Darstellung der Hämodynamik ein späteresAuftreten des Alias-Effektes, bei gleichzeitiger guter B-Bild-Auflösung derhochfrequenten Sonde.

Der zweite wichtige Parameter bei der Auswahl des Schallkopfes ist dieForm des Schnittbildes. Bei einem Linearschallkopf entspricht die Bildbreiteder Breite des Schallkopfes. Die Eindringtiefe ist variabel. Ab Untersuchungs-tiefen von mehr als 5 cm ist das Verhältnis zwischen Bildbreite und Bildtiefeso ungünstig, daß auf andere Schallköpfe umgestellt werden sollte. Sektor-schallköpfe erzeugen ein Schnittbild, das auch in größeren Tiefen einen opti-malen Dopplerwinkel und eine gute räumliche Darstellung der Gefäße er-laubt. Konvexschallköpfe verbinden durch ihre Form die Vorteile der beidenoben genannten Sonden.

Tabelle 1 zeigt Richtlinien für die klinische Anwendung in der Angiologie:Für extrakranielle Gefäße und auch oberflächliche Strukturen können Linear-schallköpfe mit Sendefrequenzen zwischen 5 bis 7 (10) MHz verwendet wer-den. Für tiefer liegende Gefäße, z. B. periphere Gefäße, werden Konvex- oderLinearschallköpfe mit einer Sendefrequenz von 5 bis 7 MHz verwendet. Bek-ken, Aorta- und Nierengefäße können mit Sektorschallköpfen mit einerSendefrequenz von 3 bis 5 MHz optimal dargestellt werden.

1b) B-Bildeinstellung

Hier finden sich durch das Ge-räteprogramm festgelegte Para-meter, wie z. B. Sendeenergie,Filterschaltungen und logarithmi-sche Funktionen sowie manuellbeeinflußbare Komponenten wie

Tabelle 1: Auswahl der Schallsonde – Richtlinienfür die klinische Anwendung

Extrakranielle Gefäße 5–7 (10) MHz, postop. 5 MHz

Periphere Gefäße 5–7 MHz

Becken, Aorta, Niere 3–5 MHz

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• Ultraschallverstärkung (Gain),• Tiefenausgleich (Time-Gain-Compensation),• Fokuszone.

Für die angiologische Diagnostik ist das optimal eingestellte B-Bild nicht nurfür die Beurteilung der Gefäßmorphologie (z. B. Messung der Intima-Media-Dicke und Plaquemorphologie) wichtig, sondern etliche B-Bild-Parameterhaben auch indirekt Einfluß auf die Qualität der Farbdopplerdarstellung. Einperfekt eingestelltes B-Bild ist die erste und wichtigste Voraussetzung für einevalide Untersuchung.

Ultraschallverstärkung – GainDie Intensität des ausgesandten Ultraschallsignales wird durch zahlreiche Fak-toren wie Streuung, Reflexion und Absorption abgeschwächt, so daß die reflek-tierten, zur Sonde zurückkehrenden Signale stark abgeschwächt sind. Durchdie Funktion „Ultraschallverstärkung“ können die Signale verstärkt werden.Optimalerweise sollen alle vorkommenden Intensitäten als Grauwert im B-Bildaufscheinen. Aufgrund der Vielzahl der vorhandenen Schattierungen wird derSignalumfang im Gerät logarithmisch komprimiert. Eine gute Einstellung ergibtein aus verschiedensten Grautönen zusammengesetztes, kontrastreiches Bild.Ein Beispiel einer gut eingestellten Carotisgabel ist in Abbildung 2 zu sehen.

Eine zu hohe Einstellung des Gains führt zu einem kontrastarmen Bild,wobei dunkelgraue und weiße Schattierungen überwiegen und helle Grau-töne fehlen. Bei zu geringer Einstellung des Gains finden sich vorwiegendhelle Grautöne, die Grenzlinien sind unscharf bzw. verschwimmend.

TiefenausgleichDie Funktion „Ultraschallverstärkung“ regelt alle eintreffenden Echos, unab-hängig aus welcher Tiefe siekommen. Die Funktion Tiefen-ausgleich gibt die Möglichkeit,die Echos abhängig von derTiefe des reflektierten Signalszu vermindern oder zu verstär-ken. Üblicherweise versuchtman, die aus der Tiefe kom-menden Signale mehr zu ver-stärken als die oberflächlichen,um die Dämpfung aus der Tiefezu kompensieren. Erwünschtist eine gleiche Darstellunggleicher Strukturen, unabhän-gig von der Tiefe.

Abbildung 2: Gut eingestelltes B-Bild der Carotisgabeleines Gesunden.

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FokuszoneZusätzlich kann noch durch Einstellung der Fokuszone (knapp unterhalb derinteressierenden Region) eine differenzierte Darstellung des Gefäßlumens(z. B. besonders gute Auflösung von Wandstrukturen) erreicht werden (Abb. 3zeigt ein Beispiel für die Messung der Intima-Media-Dicke an der A. carotiscommunis).

1c) Spezielle Bildeinstellungen

Untersuchungstiefe, Bildausschnitt und Vergrößerung sollen einen Kompromißzwischen detaillierter Darstellung der Gefäßstruktur und nicht zu kurzstrek-kiger Darstellung des Gefäßlumens ergeben. Um Befunde vergleichen zukönnen, empfehlen sich standardisierte Vorgaben, die von allen Mitarbeiterndes Sonographielabors eingehalten werden sollten.

2. Farbdopplereinstellung

Die 3 Grundinformationen der Doppleruntersuchung,• Strömungsrichtung,• Strömungsgeschwindigkeit und• Geschwindigkeitsverteilung,werden farbkodiert dargestellt.

Die Strömungsrichtung wird durch Verwendung von 2 verschiedenen Farben(blau und rot) unterschieden, wobei der Untersucher festlegt, welche Rich-tung von und zum Schallkopf verläuft. Vereinbarungsgemäß sollte das Gerät

Abbildung 4: Farbkodierung der Arteria undVena poplitea, rote Strömungsrichtung auf dieSonde zu = Vorwärtsfluß = Arterie, blaue Strö-mungsrichtung von der Sonde weg = Rück-wärtsfluß = Vene.

Abbildung 3: Einstellung der Fokuszone zurDarstellung der Intima-Media-Dicke an derHinterwand einer A. carotis communis in Hals-mitte.

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so eingestellt werden, daß eine Strömung auf die Sonde zu (Vorwärtsfluß) alsrot, ein Rückwärtsfluß als blau dargestellt wird. Am Farbbalken am Rand desB-Bildes erscheint die Farbe, die den Vorwärtsfluß zeigt, oben und die Farbe,die den Rückwärtsfluß anzeigt, unten. Dazwischen findet sich ein schwarzesFeld als Anzeige für den Nullfluß. In Abbildung 4 ist der Fluß einer Arterie alsrot und einer Vene als blau kodiert dargestellt.

Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten werden durch den Farbton dar-gestellt. Dunkelrote Farben bedeuten z. B. langsame Geschwindigkeiten aufden Schallkopf zu, hellrot zeigt schnellere, gelb sehr schnelle Geschwindig-keiten in dieser Richtung an.

Die retrograde Strömung variiert von dunkelblau bis hellblau. Besondershohe bzw. stark turbulente Strömungen (breites Spektrum von Dopplerfre-quenzen) werden durch eine besondere Farbkodierung, z. B. grün, darge-stellt.

Praktisch sind beim Farbdoppler 4 Parameter am Gerät einzustellen, wobeidiese häufig entsprechend der Untersuchungssituation geändert werden:

a) Verstärkung – Farbgainb) Farbskalac) Farbfensterkippungd) Farbfenstergröße

2a) Verstärkung – FarbgainDie Verstärkung der Farbe soll so eingestellt sein, daß das Gefäßlumen gut mitFarbe gefüllt ist, aber außerhalb des Gefäßes „gerade keine” Farbe zu sehen ist.Praktischerweise sucht man sich zum Einstellen des Farbdopplers einen leichtzu schallenden Gefäßabschnitt, z. B. die A. carotis communis in Halsmitte oderdie A. femoralis communis knapp vor der Gabel, aus (Abb. 5 und 6).

Abbildung 5: Korrekt eingestelltes Farbgain an-hand einer A. fem. com. knapp vor der Femo-ralisgabel: das Gefäß ist gut mit Farbe ausgefüllt.

Abbildung 6: Übersteuertes Farbgain: Farbeaußerhalb des Gefäßes im Bereich des gesam-ten Farbfensters.

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Zum Aufsuchen von tiefliegenden Gefäßen kann man die Farbe kurz über-steuern und nach Auffinden des Gefäßes erst die Parameter optimieren. DasFarbgain ist auch von anderen Einstellparametern, so z. B. von der Pulsrepeti-tionsfrequenz (PRF), abhängig. Wenn die PRF hoch eingestellt ist, so ist dieEmpfindlichkeit für niederfrequente Signale gering, d. h. das Farbgain mußstärker aufgedreht werden als bei niedrig eingestellter PRF.

2b) Farbskala

Die Farbskala wird am Gerät über den Knopf Scale oder PRF eingestellt. Beigepulsten Dopplersystemen entspricht der maximale Frequenzwert (bzw. dieBandbreite der Frequenzen, die man erfassen will), sowohl im positiven alsauch im negativen Bereich des Spektrums, der höchsten Dopplerfrequenz,die ohne Alias-Effekt darstellbar ist. Dieser Wert entspricht der Hälfte der ak-tuell gewählten PRF und kann durch Änderung der Farbskalierung oder indi-rekt durch die Einstellung der Untersuchungstiefe beeinflußt werden.

Auch die Farbskalierung stellt man am besten in einem gut einsehbarenBereich dar – an einer Stelle des Gefäßsystems, wo keine Turbulenzen zu er-warten sind. Die PRF soll möglichst niedrig eingestellt sein, aber so hoch, daßein Alias-Effekt gerade nicht nachweisbar ist. Dies ist in Abbildung 7 an einerA. carotis communis in Halsmitte demonstriert. Zur Überprüfung eignet sichdie stufenweise Reduzierung der PRF, der Alias-Effekt tritt dann zuerstsystolisch, danach im diastolischen Bereich auf.

Abbildung 7: Richtig eingestelltes Farbgainam Beispiel einer ACC in Halsmitte: in derBildmitte hellrote bis gelbe Farbschattierun-gen als Ausdruck der maximalen Strömungs-geschwindigkeit, am Gefäßrand dunkelroteFarbkodierung (laminare Strömung in einerStrömungsrichtung).

Abbildung 8: Zu niedrig gewählte PRF imBereich einer nicht stenosierten A. poplitea.In der Gefäßmitte Umschlag von hellgelb zuhellblau während der systolischen Strömungs-phase.

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Die richtige Einstellung ohne Alias-Effekt ist wichtig, da das Auftreten des-selben ein wichtiges diagnostisches Kriterium ist. Ein Alias-Effekt tritt dannauf, wenn die vorhandenen Dopplerfrequenzen größer sind als PRF/2. Dies istin der Farbskala dadurch charakterisiert, daß der oberste Frequenzbereichabgeschnitten wird und am unteren Ende der Frequenzskala wieder erscheint.In diesem Fall finden sich hellrote bzw. gelbe Farbtöne neben hellblauen,ohne durch die Mittellinie getrennt zu sein, wie in Abbildung 8 anhand einerA. poplitea zu sehen ist (PRF zu niedrig eingestellt). Im Gegensatz dazu findensich bei einem Pendelfluß (Umschlag der Strömungsrichtung von der Systolezur Diastole) dunkelrote und dunkelblaue Frequenzen nebeneinander, abergetrennt durch die Nullinie (Abb. 9).

Ein weiterer einzustellender Parameter ist die Nullinie, die Einstellung istabhängig vom zu untersuchenden Gefäß (biphasisches peripheres Gefäß –monophasisches supraaortales Gefäß). Man beginnt in Mittellage und verstelltdie Linie je nach vorhandenem Vor- und Rückwärtsfluß so lange, bis man inbeide Richtungen keine abgeschnittenen Frequenzen hat. Unter Umständenmuß auch bei optimal eingestellter Mittellinie – vor allem im systolischenBereich – die PRF erhöht werden.

Bei zu hoher Einstellung der PRF (zu breit gewählte Farbskala) werden indem zu breit eingestellten Spektrum langsame Strömungen nur schlecht dar-gestellt. Ebenso tritt bei geringen Stenosierungen kein Alias-Effekt auf.

Ist die Farbskala zu eng gewählt (PRF zu niedrig), findet sich schon beinormaler Strömungsgeschwindigkeit ein Alias-Effekt, durch den permanenten

Abbildung 9: Biphasisches Flußsignal einernormalen A. fem., Umschlag der Farbrichtungvon dunkelrot auf dunkelblau, entsprechenddem Umschlag von Vorwärts- auf Rückwärts-fluß zwischen Systole und Diastole.

Abbildung 10: Bei korrekt eingestellten Farbparametern zeigt sich im Bereich der Stenose auf-grund der Strömungsbeschleunigung ein zur Diagnose verwertbarer Alias-Effekt (im Bereich derStenose Auftreten von nebeneinander liegenden hellgelben und hellblauen Farbtönen).

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Alias-Effekt geht ebenfalls der diagnostische Wert der Erkennung einerStrömungsbeschleunigung im Stenosebereich verloren.

Abbildung 10 zeigt einen „diagnostischen“ Alias-Effekt im Bereich einerFemoralisstenose.

Wie dargestellt, ist die obere Grenzfrequenz zur Diagnostik wichtig, dieuntere Grenzfrequenz spielt dagegen keine Rolle, da auch poststenotischStrömungsgeschwindigkeiten in Größenordnungen auftreten, die leicht zuerfassen sind.

2c) Beschallungswinkel

Der Beschallungswinkel wird sowohl durch Kippung der Sonde als auchdurch Kippung des Farbfensters optimiert. Um einen optimalen Hautgefäß-winkel zu erreichen, soll ein möglichst flacher Beschallungswinkel gewähltwerden. Der ideale Winkel von 0° kann selbstverständlich nicht erreicht wer-den, er sollte aber unter 60° sein.

Bei parallel zur Haut verlaufenden Gefäßen ist die Einstellung des Winkelsleicht, verläuft das Gefäß nicht parallel zur Haut, wird der beste Dopplereffektdann erzielt, wenn der Haut-Sonden- und der Haut-Gefäßwinkel identisch istund in der Richtung geschallt wird, in der das Gefäß einen größeren Abstandzur Haut aufweist.

Dies sei praktisch anhand der Carotisbeschallung geschildert: Im kranialenAbschnitt Kipprichtung der Sonde nach kranial, im kaudalen AbschnittKipprichtung nach kaudal, an der Bifurkation Kippen in beide Richtungen.

Abbildung 11 zeigt eine schlechte Farbfüllung des Gefäßes aufgrund feh-lender Winkeleinstellung, Abbildung 12 zeigt das gleiche Gefäß mit gut ein-gestelltem Winkel. In Abbildung 13 sieht man, daß die Einstellung des Win-kels auch vom Gefäßverlauf abhängig ist.

Abbildung 11: Nicht ideal eingestelltes Farb-fenster, der Farbfensterwinkel beträgt fast 90°zum Gefäßverlauf, schlechte Farbfensterfüllung.

Abbildung 12: Richtig eingestellter Farbfenster-winkel mit dem nun gut farbgefüllten Gefäß.

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2d) Farbfenstergröße

Die gewählte Größe stellt einen Kom-promiß zwischen besserer Farbfül-lung bei kleinem Fenster und derMöglichkeit, das Gefäß in einem län-geren Abschnitt zu beurteilen, dar.Die Farbfenstergröße sollte währendder Untersuchung öfters geändertwerden.

3. Pulsdoppler

Prinzipiell unterscheiden sich diemeisten einzustellenden Variablendes Pulsdopplers nicht von den obenbesprochenen Parametern der Farb-dopplereinstellung:• Dopplergain = Farbgain• Frequenzskala = Farbskala• Schallwinkel = Sonden- und FensterkippwinkelEine optimale Einstellung dieser 3 Parameter ergibt ein Dopplersignal vonguter Intensität mit wenig Hintergrundrauschen, eine richtig gesetzte obereGrenzfrequenz zur Vermeidung eines Alias-Effektes, eine Nullinienein-stellung entsprechend dem Pulssignal und einen Beschallungswinkel von un-ter 60°.

Die Auswertung des Dopplersignals zu quantitativen Messungen, wie z. B.der maximalen systolischen Geschwindigkeit, erfolgt immer im Längsschnitt,wobei das Meßvolumen dem Gefäßdurchmesser angepaßt wird. Am eingefro-renen Bild erfolgt die Korrektur des Beschallungswinkels, wobei valide Messun-gen nur vorgenommen werden können, wenn dieser unter 60° liegt. Dies giltvor allem für Messungen der Strömungsgeschwindigkeit in absoluten Zahlen.

Die Abbildungen 14–17 zeigen Beispiele von Einstellungsfehlern des Puls-dopplers.

Abbildung 13: Der Farbfensterwinkel richtetsich oft nach dem Verlauf des Gefäßes: AmBeispiel einer A. vertebralis zeigt sich, daß einnicht gekipptes Farbfenster die beste Farb-füllung ergibt, da das Gefäß in die Tiefe ziehtund somit durch den Gefäßverlauf an sicheinen Winkel zum Schallkopf bzw. zur Ober-fläche bildet.

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Abbildung 14: Gut eingestellter Pulsdoppler,triphasisches Signal im Bereich einer A. fem.com. knapp vor der Femoralisgabel. Nicht opti-mal eingestellt sind Meßvolumen (zu sehrzentriert) und Farbgain (Farbe auch außerhalbdes Gefäßes).

Abbildung 16: Schlecht eingestellte Doppler-frequenzskalierung mit sowohl systolischem(die „abgeschnittene Systole“ ist unter der Null-linie wieder zu sehen) als auch diastolischemAlias-Effekt (der abgeschnittene maximale diasto-lische Flußanteil ist als „verkehrte Spitze“ amOberrand des Dopplerspektrums zu sehen).Weitere Einstellungsfehler beinhalten ein zugering gewähltes Meßvolumen, ein übersteuer-tes Farbgain sowie eine Übersteuerung derEmpfangsverstärkung des B-Bildes (zu weicheund zu verschwommene Strukturen im B-Bild).

Abbildung 15: Übersteuertes Dopplergain mitmassivem Hintergrundrauschen.

Abbildung 17: Schlecht eingestellter Winkelsowohl des Farb- als auch des Pulsdopplers,daraus resultierend: vor allem beim Puls-doppler ein Pendelschlag in der Systole.

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4. Zusammenfassung

Zusammenfassend werden folgende Schritte der duplexsonographischen Un-tersuchung empfohlen:– Lokalisation des zu untersuchenden Gefäßes im B-Bild– Optimierung des B-Bildes– Darstellung des Gefäßes im Quer- und Längsschnitt (je nach Gefäßregion

mit unterschiedlichem Schwerpunkt)– Hinzuschalten der Farbe– Optimierung des Farbdopplers– Darstellung des Gefäßes im Farbdoppler im Quer- und Längsschnitt– Hinzuschalten des Pulsdopplers– Plazierung des Meßvolumens im Gefäß– Optimierung des Dopplersignals– Quantitative Auswertung

Häufige Probleme bei der Farbdoppleruntersuchung:

Wie kommt Farbe ins Gefäß?– Erhöhung des Farbdopplergains– Minimierung der Pulsrepetitionsfrequenz– Optimierung des Farbfensterkippwinkels– Farbfenster möglichst klein– Fokus optimieren– Änderung der räumlichen und zeitlichen

Mittelwertbildung– Aufsummierung der Farbe

Beseitigung des Alias-Effektes:– Anpassung der PRF– Asymmetrische Verschiebung der Nullinie– Verminderung der Sendefrequenz (Sondenwahl)

Zu viel Farbe im Gefäß:– Verminderung des Farbgains– Erhöhung der Pulsrepetitionsfrequenz– Beseitigung des Alias-Effektes

durch Wahl eines geeignetenvorgegebenen Programms

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Duplexsonographie der Gefäße4. Auflage 2015/16

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