Anästhesiefokussierte Sonografie

06.09.2022

veröffentlicht in: ILIAS, das eLearningportal des BDA, der DGAI und des DAAF, 2022

Notfallsonografie - Teil 1 (Grundlagen)

B-Mode und M-Mode

B-Mode („brightness“ mode)/TTE

B-Mode ist ein zweidimensionales Ultraschall-Verfahren, das die reflektierten Schallwellen als Helligkeitspunkte darstellt.

 

Das Sonogramm besteht aus einzeln ausgestrahlten Ultraschallwellen. Die Laufzeit des Ultraschalls reflektiert die Tiefe der Strukturen.

 

M-Mode („motion“ mode)/Lunge

M-Mode ist ein eindimensionales Ultraschall-Verfahren, das eingesetzt wird, um schnelle Bewegungsabläufe des untersuchten Organs aufzuzeichnen.

 

M-Mode Bilder in der Thoraxsonographie werden nur im Zusammenhang mit B-Mode Bildern beurteilt (die Cursorlinie im B-Bild gibt die Schnittebene des M-Mode an).

 

„Meeresstrandzeichen” („seashore sign”)

Bei Anlage von M-Mode zwischen zwei Rippen erhält man folgendes Bild:

  • Oberhalb der Pleuralinie ist ein Muster mit horizontalen Linien erkennbar, das der Intercostalmuskulatur und dem subkutanen Gewebe entspricht („Meer“).

  • Unterhalb der Pleuralinie zeigt sich ein granuliertes, sandähnliches Muster, das der darunter gleitenden Pleura visceralis und der Lunge entspricht („Strand”).

 

Geräteeinstellungen

Insgesamt muss bei der Geräte- und Bildeinstellung darauf geachtet werden, die Bildtiefe derart einzustellen, dass bei minimiertem Sektorwinkel alle interessierenden Strukturen gerade noch sichtbar sind. Außerdem sollten diese mit möglichst vielen Graustufen mit adjustierter, nicht zu hoch gewählter Gesamtverstärkung und ggf. angepasster Tiefenausgleichsregelung (TGC: time-gain compensation) abgebildet werden.

Time Gain Compensation (TGC)

Das Ultraschallsignal kann in einer frei wählbaren Tiefe selektiv verstärkt werden.
Bei stark reflektierenden Myokardstrukturen, wie z. B. dem Perikard, kann durch Rücknahme der TGC (Linksverschiebung der unteren Schalter) dieses besser abgebildet werden.

Tiefe (Depth)

Die Bildtiefe sollte so eingestellt werden, dass die Zielstrukturen das Monitorbild ausfüllen.

Sondenfrequenz

Die eingestellte Sondenfrequenz ist mit dem roten Kreis markiert.

In diesem Beispiel wird die Frequenz folgendermaßen dargestellt:

  1. Pen steht für Penetration (niedrige Sondenfrequenz),
  2. Allg für Allgemein (mittlere Sondenfrequenz) und
  3. Aufl für Auflösung (hohe Sondenfrequenz).

Bitte beachten Sie die unterschiedliche Bildqualität bei verschiedenen Einstellungen.

 

Darstellung

Bei einigen US-Geräten ist zusätzlich zu der angebenen Darstellung ebenfalls ein Piktogramm dargestellt, dass die Einstellung der Sondenfrequenz verdeutlicht. Hierbei steht:

  • P für Penetration (niedrige Sondenfrequenz),
  • G für General (mittlere Sondenfrequenz) und
  • R für Resolution (hohe Sondenfrequenz).

 

Fokus

Der Fokus sollte in der ROI (region of interest) positioniert sein, damit die örtliche Auflösung des Ultraschallbildes in diesem Bereich optimiert wird.

 

Verstärkung (Gain)

Mit der Gesamtverstärkung wird die Amplitude aller Empfangssignale verändert, wobei bei höherer Verstärkung zwangsläufig auch das Rauschen verstärkt wird. Die Verstärkung sollte generell so eingestellt werden, dass das Myokard grau und das Cavum von Vorhöfen und Ventrikeln echofrei, also schwarz imponieren.

Sondenmanipulation

Schallköpfe tragen auf einer Seite eine Markierung. Diese korrespondiert mit einer Markierung auf dem Bildschirm, die im Regelfall rechts oben am Bildsektor angezeigt wird. Sie dient der korrekten Orientierung der Schnittebene.

Positionierung

Zwei Positionen des Untersuchers und des Echogeräts sind möglich: entweder links oder rechts der Untersuchungsliege bzw. des Patientenbettes.

Sondenhaltung

 

Der Schraubendrehergriff

Hierbei wird der Sondenkopf wie ein Schraubendreher auf die Handfläche gelegt. Mit den Fingern III-V auf der einen Seite und entweder mit dem Zeigefinger (oben) oder mit dem Daumen (unten) auf der anderen Seite fixiert. 

 

Das Sondenkabel verläuft an der Handfläche und Unterarmseite entlang. (Eignet sich vor allem für den subcostalen Blick!)

Der Bleistiftgriff

 

Der Sondenkopf wird mit Daumen, Zeigefinger und Radialseite des III. Fingers fixiert.

Das Sondenkabel verläuft über die Tabatiere.

Sondenbewegung

Folgende Manipulationen der Sonde sind möglich:

 

 

 

Achtung: Die verschiedenen Manipulationen der Sonde, besonders am Anfang, immer langsam und hintereinander ausführen und das dabei entstehende US-Bild ansehen!

EKG-Aufzeichnung

Jede echokardiographische Untersuchung sollte grundsätzlich unter parallel abgeleiteter
EKG-Aufzeichnung (mit gut erkennbarem QRS-Komplex) durchgeführt werden, um die US-Sequenzen eindeutig den einzelnen Phasen des Herzzyklus zuordnen zu können.

Zweidimensionale Schnittbildechokardiografie

Jede echokardiographische Untersuchung sollte grundsätzlich unter parallel abgeleiteter
EKG-Aufzeichnung (mit gut erkennbarem QRS-Komplex) durchgeführt werden, um die US-Sequenzen eindeutig den einzelnen Phasen des Herzzyklus zuordnen zu können.

Farbdopplerechokardiografie

Die klinische Dopplerechokardiographie dient der Messung von Blutfluss- bzw. Myokardgeschwindigkeiten. Mit dem Farbdoppler werden sowohl Strömungsrichtung als auch Geschwindigkeit synchron darstellbar.

Dabei wird den Flussgeschwindigkeiten auf den Schallkopf zumeist ein rot-gelber, denen vom Schallkopf weg ein blauer Farbton (BART-Kodierung) zugeordnet.

Der Farbdoppler kann hohe Geschwindigkeit (z. B. Klappeninsuffizienzen oder Stenosen) wegen des Aliasing-Phänomens nicht eindeutig zuordnen, aber als helles Mosaikmuster anzeigen.

Grundlagen Dopplerverfahren

Indikation

  • Identifikation bzw. Lokalisation von Gefäßen
  • Abgrenzung von Gefäßen zur Umgebung (Lymphknoten, Zysten, Nerven etc.)
  • Differenzierung zwischen arteriellen und venösen Gefäßen
  • Beurteilung von Flussrichtungen und Flussgeschwindigkeiten (qualitative und quantitative Einschätzung des Funktionszustandes der Gefäße)

 

Physikalisches Prinzip

Das zugrunde liegende Prinzip ist der „Doppler-Effekt“, benannt nach dem österreichischen Physiker C. A. Doppler (1803-1853). 

Prinzip: Der Doppler-Effekt ist die Frequenzverschiebung (Shift) zwischen ausgesendeten und empfangenen Schallwellen, wenn ausgesendete Schallwellen auf bewegte korpuskuläre Bestandteile im Gefäß treffen. „Dopplershift“ oder „Dopplerfrequenz“ ist ein Maß für die Flussgeschwindigkeit in den untersuchten Blutgefäßen. Bewegen sich Sender und Empfänger aufeinander zu, dann erhöht sich die Frequenz (umgekehrt bei Entfernung von Sender und Empfänger).

 

Prinzip des Dopplers

Der Ultraschallkopf kann mit dem reflektierten Signal folgende Informationen erhalten:

  • Laufzeit (Ermöglicht eine Tiefenzuordnung)

  • Signalintensität (Anteil der bewegten korpuskulären Elemente)

  • Dopplershift (gibt Auskunft über die Flussgeschwindigkeit)

Messung der Flussgeschwindigkeit – Dopplergleichung

Bei der Berechnung der Flussgeschwindigkeit spielt neben der ausgesendeten und empfangenen Frequenz auch der Neigungswinkel der Ultraschallsonde zur Oberfläche eine wichtige Rolle.

 

Neigungswinkel Ultraschallsonde

Eine exakte Flussgeschwindigkeit würde man bei einem Schallkopfwinkel von 0° oder 180° (cos = 1 bzw. = -1)  erhalten, d. h. das Blut würde direkt auf die Schallsonde zufließen (oder umgekehrte Richtung). Dies ist in der Praxis, außer beim invasiven Ultraschall, nicht umsetzbar. Wird die Sonde senkrecht aufgesetzt (Winkel 90°), dann verändert sich der Abstand zwischen Sender und Empfänger nicht, denn cos 90° = 0, d. h. Dopplershift ist Null und damit die Geschwindigkeit nicht messbar. Siehe untere Darstellung.

 

Messung der Blutflussgeschwindigkeit „v“

Die ermittelte Flussgeschwindigkeit ist abhängig vom Neigungswinkel des Schallkopfes, d. h.:

  • je flacher der Neigungswinkel, desto höher die gemessene Flussgeschwindigkeit;
  • je steiler der Neigungswinkel, desto geringer die gemessene Flussgeschwindigkeit.

Zur Quantifizierung und Vergleichbarkeit von Flüssen bedarf es deshalb immer einer Winkelkorrektur. Oft kompensieren Ultraschallgeräte diese Abweichung durch eine voll-/ teilkompensierte Winkelkorrektur. Bereits ab einem Neigungswinkel von 60° resultiert eine Abweichung der exakten Geschwindigkeitsmessung von ca. 10 % (im klinischen Alltag wird 10 % Abweichung toleriert).

 

Bedeutung Farbfenster

Um ein möglichst genaues Bild ohne große Störeffekte zu erhalten, sollte die Bildwiederholungsrate (framerate) hoch gehalten werden.

Diesen Effekt erzielt man, indem der Bildausschnitt (region of interest) möglichst klein gehalten wird.

 

 

 

Powerdoppler

Im Gegensatz zum Farbdoppler stellt der Powerdoppler die Menge der reflektierenden Teilchen (z. B. Erythrozyten) durch unterschiedliche Intensität dar. Auch Gefäße in größerer Tiefe bzw. kleinere Gefäße können damit dargestellt werden. Bei Uni-direktionalen Powerdopplern ist aufgrund der einfarbigen Skalierung keine Richtungsbestimmung möglich. Bi-direktionale Powerdoppler hingegen können die Richtung bestimmen. Eine Messung der Flussgeschwindigkeit ist nicht möglich.

 

Das Senden sowie der Empfang des Signals geschehen im Wechsel. Das nächste Signal wird folglich erst ausgesandt, wenn das vorhergehende Signal empfangen wurde. Die Tiefenbestimmung des Echos (Sample Volume) erfolgt anhand der Berechnung der Signallaufzeit, denn:

  • Die Schallgeschwindigkeit im Gewebe ist relativ konstant.
  • Die Zeitdifferenz zwischen Senden/Empfang entspricht der Objekttiefe.

 

Flächendoppler / Farbdoppler

Der Farbdoppler beruht auf dem PW-Doppler mit ganz vielen einzelnen Sample Volumina. Deshalb gibt es bei hohen Geschwindigkeiten auch das Aliasing Phänomen. Dann wird ein schneller, turbulenter Fluss mehrfarbig dargestellt (siehe Beispiel Mitralinsuffizienz). Für die Farbdopplerechokardiographie wird üblicherweise die BART-Kodierung verwendet.

Die Farbe ist abhängig von der Flussrichtung in Bezug auf den Schallkopf. Die Helligkeit ist proportional zur Flussgeschwindigkeit.

Richtung zur Sonde: Trotz der gebräuchlichen BART-Kodierung kann es bei voreingestellten Programmen vorkommen, dass die BART-Kodierung nicht verwendet wird (siehe Video). Deshalb ist es wichtig, sich bei Anwendung des Farbdopplers zu vergewissern, welche Kodierung verwendet wird.

 

Vor- und Nachteile verschiedener Schallköpfe

Ultraschall erfolgt je nach Indikationsstellung mit verschiedenen Schallköpfen. Jeder Schallkopf hat einen spezifischen Frequenzbereich (variabel je nach Hersteller).

 

Bodymarker

Bei Patienten mit akuter Atemnot werden primär die basalen Lungenquadranten untersucht, um einen Pleuraerguss oder Hämothorax zu bestätigen oder auszuschließen.

 

Der Ultraschall hat eine Sensitivität und eine Spezifität in Höhe von bis zu 100% in der Diagnose des Pleuraergusses.

 

Ultraschall ist die Methode der Wahl für die

  • Lokalisation,

  • die Volumetrie und

  • die sichere Entlastung von Pleuraerguss oder Hämothorax.

Die Untersuchung der Pleura und des Diaphragmas ist Teil sowohl des eFAST- als auch des FATE-Protokolls.

 

Grundlagen

Sobald Ultraschallwellen auf Strukturen (Gewebe, Flüssigkeiten etc.) treffen, erfahren sie bestimmte Veränderungen durch Interaktion.

Das Ultraschallbild ist durch die Laufzeitabhängigkeit nur eine „virtuelle Abbildung“. Deshalb ist die Abgrenzung eines „Trugbildes = Artefakt“ innerhalb dieser „virtuellen Darstellung“ sehr wichtig. 

Beispiele:

  • Dorsale Schallverstärkung

  • Reverberation

  • Randschatten

  • Dorsale Schallauslöschung

  • Laufzeitartefakt

  • Artefakt durch geringe zeitliche Auflösung

Artefakte können die Interpretation der Bilder stark erschweren. Folgende Effekte sind zu beachten:

  • Objekte oder Strukturen werden im Bild nicht dargestellt (Auslöschung durch Schallschatten);

  • Ultraschallechos imitieren Objekte oder Strukturen, die nicht existieren (Reverberationen, Seitenkeulenartefakte, Spiegelartefakte);

  • Das Abbild eines Objektes weicht in Größe und/oder Form vom tatsächlichen Objekt ab.

Da Artefakte aus den Rohdaten der Schallechos entstehen, ist es für die TEE-Geräte unmöglich, sie zu kompensieren. Nur durch Expertise in der Echokardiographie können diese erkannt und entsprechend berücksichtigt werden.

 

Bei Verdacht auf Vorliegen eines Artefaktes kann eine Veränderung der Schnittebene bzw. Veränderung der Sondenposition hilfreich sein!

 

dorsale Schallverstärkung

Schallwellen werden in ihrem zeitlichen Verlauf unterschiedlich stark von Umgebungsgewebe absorbiert. Der Schwächungskoeffizient besteht aus einem Absorptionanteil und einem Streuanteil. Jedes Gewebe/Flüssigkeit besitzt abhängig von der ausgesendeten Ultraschallfrequenz einen anderen Schwächungskoeffizient.

Der weiße Pfeil zeigt eine dorsale Schallauslöschung. Dichte Strukturen, wie z.B. verkalkte Gefäßwände haben einen hohen Schwächungskoeffizienten und führen zu dorsaler Schallauslöschung.

 

Dorsale Schallauslöschung

Der Schwächungskoeffizient ist hoch bei dichten Strukturen wie z. B. Knochen > hohe Absorption. Der Schwächungskoeffizient ist allerdings auch hoch bei Luft > fehlende schwingungsfähige Teilchen für mechanische Ultraschallwellen. Die absorbierte Schallintensität führt in geringem Maß zur Erwärmung dieser Struktur (für kurze Untersuchungen nicht relevant).

 

Schallschatten

An Gewebegrenzen oder an Objekten mit deutlich unterschiedlicher Impedanz kommt es zur Totalreflektion von Ultraschall:

  • Kalzifikation, Luft, künstliche Klappe, Kanüle

Die Ultraschall-Passage distal des Objekts ist blockiert:

  • Fächerförmiger Schatten ohne reflektierte Signale, welcher den Sektorlinien folgt
  • Schallkopfnahe Objekte werfen große Schatten, periphere Objekte erzeugen kleine Schatten

 

Reverberationen

Reverberationen sind streifenförmige Signale mit hoher Amplitude (hell), die durch zwei starke (Spiegel-) Reflektoren erzeugt werden (z. B. Kometenschweif).

 

Starke (Spiegel-) Reflektoren erzeugen Echos, wenn sie von den Seitenkeulen benachbarter US-Strahlen getroffen werden:

  • Kalzifikationen, prothetisches Material, Katheter

Die Echos werden lateral des Objekts im gleichen Abstand zum Schallkopf dargestellt. Im Ultraschallbild erscheinen bogenförmige Linien, die seitlich des Objekts im gleichen Abstand zum Schallkopf verlaufen.

 

An einer Grenzfläche mit unterschiedlicher Impedanz (Kanüle, Sehne etc.) können Schallwellen mehrfach reflektiert werden, so dass in der Tiefe ein „abgeschwächtes falsches Bild“ entsteht.

Die verminderte Intensität dieses Echos entsteht durch Absorptionsverlust und Laufzeitverlängerung.

 

 

 

 

 

Randschatten

Ultraschallwellen treffen am Rande von homogenen, glatten Flächen nur sehr tangential auf und werden dementsprechend nur schwach reflektiert.

 

Streulinsenartefakt

In Analogie zu optischen Linsen ist über spezielle elektronische Ansteuerung der schallgenerierenden Kristalle im Schallkopf auch eine Bündelung der separaten Schallstrahlen in einem Fokus möglich.

In der Praxis ist dies relevant, da nur durch Fokussierung die höchste Auflösung der Strukturen erzielt werden kann. Bei Verzicht auf Optimierung des Fokus nimmt man in Kauf, dass mehrere Einzelstrukturen scheinbar zu einer gemeinsamen Struktur verschmelzen (Streulinsenartefakt).

Daher sollte für die beste diagnostische Aussage und eine maximal mögliche Diskrimination zwischen einzelnen Punkten der Fokus in den Bereich der hauptsächlich interessierenden Strukturen gelegt werden.

 

Kometenschweifartefakt / B-Linien

In der Abbildung ist ein typisches Artefakt beim Lungenultraschall zu sehen.
Die eingeschlossenen Luftbläschen werden aufgrund des Impedanzsprunges als hyperechogene Struktur abgebildet.

weitere Artefakte

Spiegelartefakte

Die Kombination folgender Faktoren begünstigt Spiegelartefakte:

 

Gutes Schallfenster, dünne Gewebeschichten
  • Geringe Abschwächung des Ultraschallsignals
Starker, spiegelartiger Reflektor im Nahfeld
  • Großer Anteil der Ultraschallenergie wird reflektiert
  • Ein Teil des reflektierten Signals wird vom Schallkopf oder einem zweiten schallkopfnahen Reflektor zurückgeworfen
Eindringtiefe > 2 x Abstand Objekt – Schallkopf
  • US läuft zweimal vom Schallkopf zum Objekt; das Gerät interpretiert die doppelte Laufzeit als doppelte Distanz
  • Spiegelbild im doppelten Abstand zum Schallkopf

 

Spontankontrast

Es ist nicht ungewöhnlich, dass innerhalb eines venösen Gefäßes echoreiche Strukturen abgebildet werden.

Durch eine reduzierte Flussgeschwindigkeit in Venen und durch eine „hohe Verstärkung“ seitens des Ultraschallgerätes sind solche Phänomene darstellbar.