Technische Grundlagen der Dopplersonographie

Das Dopplerprinzip beschreibt die Frequenzänderung von Schallwellen, wenn sich die Distanz zwischen Sender und Empfänger verändert. Im Fall der farbkodierten Duplexsonographie (FKDS) entspricht der Sender dem Schallkopf und der Empfänger den Erythrozyten. Die durch den Blutfluss und damit die Bewegung der Erythrozyten ausgelöste Frequenzänderung dient dann als Grundlage zur Geschwindigkeitsberechnung mit Hilfe der Dopplerformel.

Dopplerformel:

ΔF = FE − F0 = 2F0 × v/c × cosα

ΔF = Frequenzänderung, FE = reflektierte Frequenz, F0 = Sendefrequenz, v = Flussgeschwindigkeit, c = Schallgeschwindigkeit in menschlichem Gewebe (~1540m/s), α = Schallwinkel

Bewegen sich die Erythrozyten auf den Schallkopf zu, erhöht sich die Frequenz, bewegen sie sich vom Schallkopf weg, wird die Frequenz niedriger. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dabei proportional zur Frequenzänderung. Bewegungen, die im 90°-Winkel zum Schallkopf verlaufen (= horizontal im B-Bild), können mit der zugrunde liegenden Formel nicht berechnet werden (Bei einem Schallwinkel von 90° wird der Term mit cos90° = 0 multipliziert). Um den Messfehler so gering wie möglich zu halten, sollte der Schallkopf in einem Winkel von unter 45°, maximal 60° zum Gefäß gehalten werden. Mit Hilfe des sogenannten Beam Steering lässt sich die Genauigkeit verbessern, indem der Winkel der Schallwellen angeschrägt wird.

Farbdoppler: Typischerweise werden Flussrichtungen auf den Schallkopf zulaufend in Rot, vom Schallkopf weglaufend in Blau dargestellt. Dies ist jedoch NICHT immer der Fall und kann am Gerät abgelesen & geändert werden. In Abhängigkeit des zu messenden Gefäßes lässt sich die Pulsrepetitionsfrequenz (PRF), also die Menge der ausgesandten Pulse pro Zeit anpassen. Mit einer hohen PRF lassen sich hohe (arterielle), mit niedriger langsame (venöse) Flussgeschwindigkeiten messen. Die PRF sollte immer an das zu messende Gefäß angepasst werden, da bei zu hoher PRF Flüsse unterdrückt, bei zu niedriger PRF jedoch ungewollte Flüsse und Artefakte sichtbar werden können.

Beispiel Farbdoppler

Durch Wischen nach rechts/links kannst Du Dir die verschiedenen Bilder mit und ohne Beschriftung anschauen

Gefäße im B-Bild

B-Bild mit Farbdoppler

zusätzliche Angabe der anatomischen Flussrichtung (Pfeile).

Befund

Zu sehen ist ein Längsschnitt der Kniekehle von dorsal. Im Ultraschallbild sind zwei Gefäße zu sehen, ein schallkopfnahes (Vena poplitea) und ein schallkopffernes (Arteria poplitea). In den Gefäßen ist bei zugeschaltetem Farbdoppler Fluss (=Farbe) zu sehen. Der Fluss auf den Schallkopf zu ist rot, vom Schallkopf weg blau dargestellt.

Die Gefäße verlaufen im Bild etwas gekrümmt. Von der Bildmitte/vom Schallkopf aus betrachtet entsteht ein Farbumschlag im Gefäß, die anatomische Flussrichtung bleibt aber natürlich gleichgerichtet.

Bei der Vene (hier schallkopfnah)erwartet man physiologischerweise einen Fluss von distal nach proximal, also von rechts nach links im Bild. In der rechten Bildhälfte läuft die Vene vom Gefäß aus betrachtet schräg auf den Schallkopf zu, genauso wie der Fluss. Der Fluss ist also rot kodiert. In der linken Bildhälfte läuft das Gefäß und damit der Fluss nun vom Schallkopf weg, der Fluss wird damit blau kodiert.

Für die Arterie (schallkopffern) gilt das gleiche, nur bei umgekehrtem Fluss. Der Fluss geht von proximal nach distal (von links nach rechts) und damit in der linken Bildhälfte auf den Schallkopf zu (=rot), in der rechten Bildhälfte vom Schallkopf weg (=blau). Aufgrund der für die Venendiagnostik niedrig gewählten PRF stellt sich in der Arterie ein zusätzlicher Farbumschlag („Aliasing“ = Artefakt!) dar.

Flussprofile

Zum Ableiten von Flussprofilen wird der Pulsed-Wave-Doppler (pw-Doppler) hinzugeschalten, um die Flussgeschwindigkeit über die Zeit im Gefäßlumen zu messen. Je nach Gefäß sind unterschiedliche Flussprofile charakteristisch:

Arterielles triphasisches Flussprofil

Durch Wischen nach rechts/links kannst Du Dir die verschiedenen Bilder mit und ohne Beschriftung anschauen

Befund

Zu sehen ist ein triphasisches Flussprofil in der A. femoralis communis (im Farbdoppler hier rot). Die erste Zacke (hier negativ) entspricht dem systolischen Auswurf. Dann folgt aufgrund der geringeren Elastizität peripherer Arterien und damit fehlender Windkesselfunktion zunächst ein frühdiastolischer kardiopetaler(von peripher nach zentral) Fluss. Der dritte Ausschlag entspricht dem diastolischen „normal“ gerichtetem Fluss (von zentral nach distal). Je nach Arterie kann der enddiastolische Fluss bis auf Null sinken.

Venöses atemmoduliertes Flussprofil

Durch Wischen nach rechts/links kannst Du Dir die verschiedenen Bilder mit und ohne Beschriftung anschauen

Befund

Das venöse Flussprofil ist bandförmig atemmoduliert. Erhöht sich der intrathorakale Druck bspw. beim Valsalvamanöver, wird der venöse Fluss geringer. Nach dem Weiteratmen ist zunächst eine Geschwindigkeitserhöhung zu beobachten.

Untersuchung der Iliakalvenen mittels Dopplersonographie:

Sollte nach der kompletten FKDS der Beinvenen keine Thrombose gefunden worden sein, aber immer noch ein klinischer Verdacht auf eine TBVT bestehen (z.B. bei weiterhin geschwollenem Bein, Schmerzen etc.), sollte eine Untersuchung der Iliakalgefäße im Seitenvergleich ergänzt werden.

Für die Untersuchung der Iliakalvenen nutzt man den Konvexschallkopf (3,5 – 5 MHz). Zum Auffinden der Iliakalgefäße orientiert man sich zunächst im Querschnitt an der Blase medial & der Spina ilaca anterior superior lateral der Gefäße. Nach dem Drehen auf der Vene (mediales Gefäß, „iVAN“) in den Längsschnitt kann mittels Farbdoppler geprüft werden, ob in dem Gefäß Fluss zu sehen ist. Ein fehlendes Farbsignal bei korrekt eingestellten Dopplerparametern spricht für eine Thrombose. Bei umschriebener Thrombose der Beckenvenen  (z.B. nach Unterbauchoperationen) stellt sich in der V. femoralis communis der betroffenen Seite ein reduziertes Flusssignal (pw-Doppler) dar. Diese Darstellungen der Vv. femorales communes müssen unbedingt im Seitenvergleich durchgeführt werden.