Prinzipien der Bildoptimierung in der Echokardiographie
Um optimale Ultraschallbilder zu erhalten, müssen während der Untersuchung mehrere Parameter kontinuierlich angepasst werden. In der Regel werden Untersuchungen in jeder echokardiographischen Ansicht (auch Schnittebene genannt) begonnen, indem zuerst ein Übersichtsbild eingestellt wird. Ausgehend vom Übersichtsbild wird die Tiefe so weit wie möglich reduziert. Die Reduzierung der Tiefe führt zu einer erhöhten Bildrate und damit zu einer besseren Bildauflösung. Wenn möglich wird auch die Breite des Bildes reduziert, was ebenfalls zu einer erhöhten Bildauflösung führt.
Ebenso ist es möglich, Bildbereiche von besonderem Interesse zu vergrößern, z.B. kann die Aortenklappe vergrößert werden, um ihre Anatomie und Funktion zu untersuchen. Durch das Vergrößern wird die Auflösung in einem bestimmten Bereich verbessert. Alternativ ist es möglich, den Fokus auf die Ebene der interessanten Region zu legen. Der Unterschied zwischen dem Vergrößern und dem Verschieben des Fokus besteht darin, dass bei der Vergrößerung ein bestimmter Bereich des Bildes vergrößert dargestellt wird, während beim Verschieben des Fokus die Stelle (entlang des Ultraschallstrahls) mit der höchsten Auflösung angepasst wird.
Wenn das Ultraschallbild zu dunkel ist, kann der Gain erhöht werden. Dies verstärkt die eingehenden (reflektierten) Ultraschallwellen so, dass jedes Objekt auf dem Bild heller erscheint. Ein höherer Gain führt zu einer bedeutend geringeren Auflösung und zu Schwierigkeiten, Gewebegrenzen zu erkennen.
Dies sind die wichtigsten Anpassungen, die zur Verbesserung der Bildqualität vorgenommen werden können und werden im Folgenden genauer erläutert.
Anpassen von Bildtiefe und Zoom
Untersuchungen in jeder echokardiographischen Ansicht werden damit begonnen, dass ein Übersichtsbild dargestellt wird. Ausgehend vom Übersichtsbild wird die Tiefe so weit wie möglich reduziert, ohne Regionen von Interesse auszuschließen. Die Reduzierung der Tiefe führt zu einer erhöhten Bildrate und damit zu einer verbesserten Bildauflösung. Wenn eine bestimmte Region von Interesse ist, kann diese Region vergrößert werden. Das Bild wird jedoch körniger, wenn der Zoom erhöht wird.
Gain: Signalverstärkung
Das Ultraschallgerät verstärkt alle eingehenden (reflektierten) Ultraschallwellen. Der Untersuchende kann jedoch das Ausmaß der Signalverstärkung, die auf eingehende Schallwellen angewendet wird, weiter erhöhen. Dies geschieht mithilfe des gain control oder der time gain compensation (TGC).
Gain control: globale Signalverstärkung
Gain control reguliert die globale (gesamte) Signalverstärkung. Eine Erhöhung des Gesamt-Gains erhöht die Verstärkung für alle reflektierten Schallwellen, wodurch alle Objekte im Bild heller werden. Dies kann helfen, manche Geweberänder klarer zu erkennen, aber eine übermäßige Verwendung des Gesamt-Gains führt zu einer Verschlechterung der Bildqualität.
Time gain compensation
Time gain compensation bzw. time gain control (TGC) passt die Verstärkung auf bestimmten Ebenen entlang des Ultraschallfeldes an. Das Ziel der TGC besteht darin, den Gain sukzessiv mit zunehmender Tiefe zu erhöhen. Dies kompensiert die Schallschwächung, die mit zunehmender Tiefe auftritt. TGC wird auf dem Ultraschallgerät mit mehreren Steuerelementen eingestellt, die jeweils eine bestimmte Tiefe im Bild repräsentieren (Abbildung 1). Das untere Steuerelement passt die Verstärkung am unteren Rand des Bildes usw. an. TGC wird in der Regel am unteren Rand des Bildes erhöht, da die Ultraschalllinien dort die niedrigste Dichte (und damit die niedrigste Bildauflösung) haben. TGC am oberen Rand des Bildes wird normalerweise auf einem niedrigem Niveau gehalten.
Frequenz von Ultraschallwellen
Eine niedrige Frequenz der Ultraschallwellen bietet eine hohe Gewebedurchdringung, aber eine niedrige Bildauflösung. Hochfrequenzwellen bieten eine gute Bildauflösung, aber eine niedrige Eindringtiefe. Die Visualisierung von Objekten, die sich in unmittelbarer Nähe des Schallkopfes befinden, erfolgt daher mit hochfrequenten Wellen. Die Frequenz der Ultraschallwelle muss in der Regel reduziert werden, um Objekte zu visualisieren, die sich weit vom Schallkopf entfernt befinden. Daher ist die Verwendung von niederfrequenten Wellen zur Visualisierung entfernter Objekte durch die Vorteile einer höheren Eindringtiefe solcher Wellen motiviert.
Bildfokus
Der Fokus wird auf die Ebene eingestellt, auf der sich die zu untersuchende Struktur befindet. Man kann wählen, ob man einen oder mehrere Fokusse platzieren möchte (mehrere Fokusse senken die Bildrate). Die Richtung und der Fokus von Ultraschallwellen können durch Variieren der Aktivierungsreihenfolge der piezoelektrischen Kristalle eingestellt werden (Abbildung 2). Wenn die Aktivierung an den Seitenkristallen beginnt und in Richtung Zentrum verläuft, wird der Ultraschallstrahl fokussiert (Abbildung 2C). Der Fokus kann überall entlang des Ultraschallfeldes platziert werden.
Bildrate
Die zeitliche Bildauflösung ist die Fähigkeit, Bewegungen von Objekten im Zeitverlauf zu beschreiben. Die Echokardiographie erfordert eine hohe zeitliche Auflösung, um genaue Bewegungen relativ kleiner Objekte zu untersuchen. Um Aufnahmen mit hoher zeitlicher Auflösung zu erzeugen, ist es wichtig, Bilder schnell zu produzieren. Je mehr Bilder pro Zeiteinheit produziert und präsentiert werden können (d.h. je höher die Bildrate), desto höher ist die zeitliche Auflösung.
Es ist möglich, die Bildrate eines Ultraschallbildes manuell zu erhöhen. Die Bildrate wird immer erhöht, wenn die Breite und Tiefe des Ultraschallbildes reduziert werden.