Bildartefakte

swirling

Mit den Standardeinstellung eines Ultraschallgerätes lassen sich nur selten optimale Bilder gewinnen. In der konventionellen Echokardiographie kann z.B. durch eine Anpassung der Sendefrequenz des Schallkopfes eine Verbesserung erreicht werden.

In der Kontrastsonographie ist der Schlüssel zu aussagekräftigen Bildern der mechanische Index, der MI. Er ist ein – theoretisches – Maß für die Schallenergie, die im Bereich des Ultraschallfokus einwirkt.

Werden Ultraschallbläschen nur von einer geringen Schallenergie getroffen, so kommt es zur Reflexion. Die kugelige Oberfläche führt zu starker Streuung, das reflektierte Signal ist schwach, das Bild bleibt dunkel.

Steigt die einwirkende Schallenergie, so kommt es zur Resonanz. Die Resonanzfrequenz hängt von der Bläschengröße ab: je kleiner die Bläschen, je höher die Resonanzfrequenz. Bläschen mit einem Durchmesser von 5 µm weisen eine Resonanzfrequenz von etwa 1,8 MHz auf, solche mit einem Durchmesser von 2 µm eine Frequenz von etwa 5 MHz. Das Resonanzphänomen führt dazu, dass nur Signale der durch Resonaz schwingenden Bläschen die Ultraschallsonde wieder erreichen. Die übrigen kardialen Strukturenerzeugen aufgrund der niedrigen Sendeleistung nur ein "Echo", wenn sie sehr starke Reflektoren darstellen, wie zum Beispiel Kalkstrukturen.

Steigt die Schallenergie weiter, so werden zunehmend höhere harmonische Frequenzen emittiert. Schließlich wird das Bläschen zerstört. Hierbei wird ein sehr intensives Ultraschallsignal abgegeben, wie bei einem platzenden Luftballon.

Die Zerstörung der Bläschen beginnt im Nahfeld der Ultraschallsonde bereits oberhalb eines MI von 0,2. Bei einer konventionellen Ultraschalluntersuchung werden MIs von 0,8 bis 1,3 (je Hersteller) eingesetzt. Bei diesen hohen Schallenergien werden viele Bläschen bis in eine Tiefe von etwa 6-8 cm zerstört. Eine Kontrastmitteluntersuchung erfordert somit die Reduktion des mechanischen Index. Für die Darstellung des linken Ventrikels sind MI-Werte zwischen 0,16 und 0,22 üblich, zur Darstellung der Myokardperfusion noch niedrigere Werte (0,08 – 0,12). Die Werte gelten für GE-Geräte (Vivid 7). Mit der IE 33 von Philips läßt sich mit einem mechanischen Index von 0,1 ein Perfusionssignal darstellen.

Swirling bezeichet das Auftreten von Verwirbelungen des Kontrastmittels anstelle einer homogenen Kontrastierung. Dieses Phänomen kann nicht nur durch eine Kontrastmittelzerstörung infolge zu hohem mechanischem Index ausgelöst werden, sondern auch durch eine zu niedrige Kontrastmittelkonzentration, insbesondere in Kombination mit langsamen Flußgeschwindigkeiten im Ventrikel, zum Beispiel im Bereich eines Vorderwandaneurysmas.

Zur Abhilfe ist im ersten Schritt die Reduktion des mechanischen Index empfehlenswert (z.B. auf Werte von 0,08 – 0,2), bei fehlender Besserung eine Nachinjektion von Kontrastmittel.

 
Das Video zeigt ein apikales "swirling" infolge zu hohem mechanischem Index mit Zerstörung von Kontrastmittelbläschen bis in eine Tiefe von 6 bis 8 Zentimeter. Die Signale aus dem Myokard stammen vom Myokard selbst und stellen kein "Perfusionssignal" dar. Das Standbild zeigt während der isovolumetrischen Kontraktionszeit eine fehlende Kontrastierung apikal. In der Endsystole zum Zeitpunkt der T-Welle ist der Ventrikel weitestgehend homogen kontrastiert.

 

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Abschattung

Werden Ultraschallbläschen von Schallwellen getroffen, so werden sie zu Schwingungen angeregt und absorbieren Schallenergie. Somit schwächt sich die Ultraschallenergie um so stärker ab, je höher die Konzentration des Kontrastmittels ist und je größer die Distanz zum Schallkopf ist. Hohe Konzentrationen von Kontrastmittel führen nicht nur zu einem blooming – Effekt, sondern auch zu einer starken Schallkopf nahen Abnahme der Schallenergie. Fällt diese unter einen kritischen Wert, so werden die Kontrastmittelbläschen nicht mehr zur Resonanz angeregt, sondern stellen nur noch schwache Reflektoren dar. Diese schwache Signal wird auf dem Rückweg zur Sonde von den dazwischenliegenden Bläschen absorbiert, sodass ein „Schatten“ entsteht mit einer Schwärzung des Kontrastbildes:

Apikal zeigt sich ein blooming – Artefakt mit Überstrahlung des apikalen ventrikulären Thrombus. Kontrastmittelsignale aus dem linken Vorhof gelangen nicht mehr zur Sonde, der Vorhof bleibt kontrastfrei schwarz. Nach einer Minute ist die Kontrastmittel-konzentration gesunken. Ein blooming besteht nicht mehr, die Grenzen des Thrombus besser erkennbar. Der linke Vorhof ist nicht mehr abgeschattet.

Abschattung und blooming treten häufig gemeinsam auf. Gegenmaßnahmen, die die Kontrastmittelkonzentration senken, wie Zuwarten, oder der Verzicht auf Bolusinjektionen des Kontrastmittels, wirken bei beiden Artefakten.

 

blooming

Blooming beschreibt ein Phänomen, dass intensive Ultraschallsignale infolge hoher Kontrastmittelkonzentration benachbarte schwächere Signale überstrahlen können, ähnlich einer Überbelichtung in der Fotografie. Blooming kann die Beurteilung von Thromben erschweren oder die Darstellung der Perfusion des Endokards im Rahmen von Stressuntersuchungen. Es führt auch dazu, dass sich Gefäße im Myokard größer darstellen, als es ihrer anatomischen Größe entspricht.

Blooming – Artefakt: apikal führt eine zu hohe Kontrastmittelkonzentration zu einer partiellen Überstrahlung des Ventrikelthrombus

Sinkt durch Zuwarten im Verlauf die Kontrastmittelkonzentration klingt das blooming Artefakt ab.

Blooming wird durch die Dosis des Kontrastmittels, sowie die Anflutungsgeschwindigkeit beeinflußt. Bei normalem Herzzeitvolumen reicht es häufig aus, den Patienten mehrfach hintereinander tief einatmen zu lassen, um den venösen Rückstrom kurzfristig zu erhöhen und die Anflutung optimal zu unterstützen.
Bei reduziertem Herzzeitvolumen kann ein langsam injizierter Bolus von 2-3 ml NaCl 0,9% – Lösung die Kontrastierung des linken Ventrikels beschleunigen.
Ist es zu einem blooming gekommen, so kann einige Sekunden bis zu einer Minute abgewartet werden, bis die Konzentration für ein optimales Bild erreicht ist. Letzlich liegt ein unökonomischer Einsatz des Kontrastmittels vor. Nachinjektionen können nachfolgend statt mit 0,5 ml mit 0,3 ml erfolgen.
Blooming tritt auch bei Einsatz einer Kontrastmittelpumpe im Rahmen einer Perfusionsstressechokardiographie auf. Je Ultrschallgerät liegen übliche Dosierung zwischen 0,8 und 1 ml Kontrastmittel pro Minute, bei gut zu untersuchenden Patienten 0,6 bis 0,8 ml/Minute. Die hier genannten Dosierungen gelten für das Ultraschallkontrastmittel SonoVue. Für andere Kontrastmittel gelten entsprechend andere Dosierungen.

 

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Papillarmuskelartefakt

Die Papillarmuskel können zu einer Reduktion der sie durchdringenden Schallenergie führen durch Reflexion, Streuung und Absorption. Distal des Papillarmuskel wird das Kontrastmittel nur noch eingeschränkt zur Resonanz angeregt, es resultiert ein „Schatten“. Dies kann die Bestimmung einer Ejektionsfraktion erschweren. Abhilfe kann hier nur durch eine Optimierung des Schallfensters und der  Anschallebene erzielt werden.

 
Das Video links zeigt einen 4-Kammerblick während einer Stressechokardiographie mit Adenosin mit Nachweis einer Dyskinesie mitseptal und einem reduzierten Perfusionssignal in diesem Bereich. Im Video rechts zeigt sich die Ruheaufnahme ohne Wandbewegungsstörung. Der Papillarmuskel erzeugt eine dorsale „Abschattung“, das linke Herzohr ist im Vergleich zum Video links in der Systole nicht abgrenzbar.

 

 Das Video zeigt einen 4- und 3-Kammer-Blick, in der oberen Zeile die nicht kontrastverstärkten Bilder („guess-gram“), die untere Reihe mit Kontrastmittel und einer Signalauslöschung durch den posterolateralen Papillarmuskel.

 

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„Anti-Kontrast“

Nach Injektion eines Kontrastmittelbolus ist in der Anflutungsphase der Signalunterschied zwischen Kammer und Myokard am größten, da die Kammer bereits mit Kontrastmittel gefüllt ist, das Kapillarstromgebiet des Ventrikelmyokards aber noch nicht.
In der Abflutungsphase fällt die Kontrastmittelkonzentration in der Kammer bereits wieder ab, während das Ventrikelmyokard noch vollständig kontrastiert ist. In dieser Phase ist der Signalunterschied zwischen Kammer und Myokard am geringsten, der kontrastierende Effekt abgeschwächt, eine exakte Messung von Volumina oder der Ejektionsfraktion erschwert.
Pn dieser Situation eines „Anti-Kontrastes“ führt eine geringe Erhöhung des mechanischen Index zu einer Abnahme des Perfusionssignals aus dem Myokard. Eine Nachinjektion von Kontrastmittel kann das Bild weiter verbessern.

Links zeigt sich bei einem mechanischen Index von 0.16 eine unbefriedigende Kontrastierung in den basal lateralen Wandabschnitten in der frühen Abflutungsphase nach Gabe eines Kontrastmittelbolus. Wird der mechanische Index auf 0.21 erhöht, kommt es ohne Nachinjektion von Kontrastmittel zu einer wesentlichen Verbesserung der Bildqualität. Dafür zeigt sich eine geringe Zunahme des apikalen swirlings.

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