Technische Grundlagen

Farbkodierte Dopplerverfahren /
color flow imaging (CFI)

Farb-Doppler /
farbkodierte Dopplersonographie (FKDS) /
color flow mapping (CFM):

Der Farb-Doppler liefert ebenso wie die Spektraldopplerverfahren Informationen zur Blutflussrichtung, indem im Farbfenster Blutströme auf den Schallkopf zu rot und Blutströme vom Schallkopf weg blau dargestellt werden.

BEACHTE:
Diese Farbeinstellung lässt sich auch umkehren.

Des Weiteren wird die mittlere Frequenzverschiebung und damit die mittlere Blutflussgeschwindigkeit über die Helligkeit der Farbtöne kodiert. Dies erfolgt über die Beimischung von Gelbtönen bei schnellen Blutflüssen, sodass diese heller dargestellt werden. Schnelle Blutflüsse auf den Schallkopf zu werden somit orangegelb, und vom Schallkopf weg türkisblau kodiert.

Durch die multiplen Farb-Sample Volumes innerhalb des Farbfensters wird eine Vielzahl von Echosignalen aufgenommen, welche gleichzeitig analysiert werden müssen.
Die gemessenen Frequenzverschiebungen werden auch hier erst mittels IQ-Demodulation herausgefiltert und die Blutflussrichtung bestimmt. Nachdem ein Tiefpassfilter auch alle verbleibenden Frequenzen im MHz-Bereich entfernt hat, wird mittels Autokorrelationsverfahren die mittlere Frequenzverschiebung für die einzelnen Sample Volumes berechnet und entsprechend farblich kodiert.
Optional kann zusätzlich die Varianz und damit die Streuung der Frequenzverschiebungen innerhalb eines Sample Volumes angegeben werden. Eine starke Streuung der Geschwindigkeiten und damit der Frequenzverschiebungen besteht in Bereichen turbulenter Strömungen, z.B. hinter Stenosen. Die Varianz wird meist grün kodiert, um sie von den Farben der Richtungskodierung abzugrenzen, und wird vor allem in der Echokardiographie mit angegeben.

BEACHTE:
Es kann keine exakte Geschwindigkeitsbestimmung mittels Farbdoppler erfolgen, da die ausgegebenen Farben nur die mittlere Blutflussgeschwindigkeit darstellen, weil eine individuelle Winkelkorrektur der einzelnen Farb-Sample Volumes nicht möglich ist. Um trotzdem eine ungefähre Einschätzung der vorherrschenden Geschwindigkeiten zu ermöglichen, geben viele Hersteller eine Einteilung des Farbbalkens in cm/s statt einer KHz-Angabe aus. Diese virtuelle Geschwindigkeitsangabe kann eine exakte Untersuchung der Blutflussgeschwindigkeit mittels PW-Doppler nicht ersetzen.

Die Winkelabhängigkeit des Farbdopplers erschwert die Untersuchung von waagrecht durch das Bild verlaufenden Gefäßen, da ein 90°-Winkel zwischen Schallstrahl und Gefäßachse keine Detektion eines Blutflusses zulässt. Dies betrifft vor allem Untersuchungen mittels Linearschallkopf, bei welchem die Schallstrahlen parallel zueinander verlaufen.
Dem kann durch das Beamsteering entgegengewirkt werden, also einem Kippen des gesamten Farbfensters und somit der Dopplerschallstrahlen, ohne den Verlauf der B-Bild-Schallstrahlen zu beeinflussen. Allerdings führt das Beamsteering auch zu einer Verlängerung der Laufzeit und sollte deshalb mit Bedacht eingesetzt werden.

Bei Untersuchungen mittels Konvexschallkopf kann es durch die Winkelabhängigkeit zu einem Farbumschlag von Rot über Schwarz nach Blau innerhalb des Gefäßes kommen. Dies ist mit den im Fernfeld divergierenden Schallstrahlen zu erklären, welche dadurch unterschiedliche Richtungen aufweisen. Da von jedem Schallstrahl nur Blutflüsse erfasst werden, welche die gleiche Richtung aufweisen, werden in den Randbereichen des Farbfensters unterschiedliche Blutflussrichtungen kodiert. In der Mitte wird dagegen kein Blutfluss kodiert und der Gefäßabschnitt bleibt schwarz, da die Dopplerschallstrahlen hier mit einem 90°-Winkel auf das Gefäß treffen (siehe auch Farbumschlag im Gefäß).

Durch das gepulste Dopplerprinzip unterliegt auch der Farbdoppler dem Alias-Phänomen, welches sich ebenfalls durch einen Farbumschlag innerhalb des Gefäßes äußert und zwar in den hellsten Farbton der Gegenrichtung.

Das Aliasing tritt auf, wenn die Nyquist-Grenze überschritten wird, weshalb auch hier auf eine korrekte Einstellung der Pulsrepititionsfrequenz zu achten ist. Bei korrekt eingestelltem Geschwindigkeitsbereich und Auftreten eines solchen Farbumschlags, spricht dies für turbulente Strömungen, wie beispielsweise hinter einer Stenose.
Diese Phänomene sind gut zu unterscheiden von physiologisch vorkommenden Rückflüssen, zum Beispiel bei triphasischen Flussprofilen mit frühdiastolischem Rückfluss und an Gefäßaufzweigungen. Das liegt daran, dass sich die Rückflussphänomene in der Regel in den langsamen Geschwindigkeitsbereichen abspielen und somit mit dunkleren Farben dargestellt werden.

Durch den empfindlichen Farbdoppler werden zudem auch sehr kleine Gefäße einfacher darstellbar als im reinen B-Bild, wodurch er sich zur Untersuchung von Geweben auf Perfusion eignet. Durch die Darstellung von Blutflussrichtung und Verlauf kann er zudem als Orientierungshilfe für den Einsatz des PW-Dopplers dienen. Mit der oben beschriebenen Darstellung von Turbulenzen, kann der Farbdoppler zusätzliche Informationen liefern und ist ein wichtiges Diagnostikum bei der Untersuchung abdominaler Organe und Gefäße, sowie ihrer Erkrankungen.

• Vorteil: einfache Methode zur Ermittlung der Blutflussrichtung und mittleren Blutflussgeschwindigkeit; farbliche Darstellung von Turbulenzen
• Nachteil: Winkelabhängigkeit; Farbalias-Phänomen
• Fazit: vielseitige Einsatzmöglichkeit zur Untersuchung von abdominalen Organen und Gefäßen; keine genaue Ermittlung der Blutflussgeschwindigkeit möglich

Power-Doppler /
Amplitudenkodierte Dopplersonographie (AKDS) /
Intensitäts-Doppler-Verfahren:

Der Power-Doppler, auch Angio-Mode genannt, ist ein amplitudenkodiertes Verfahren zur Flussdarstellung.
Die Farbkodierung erfolgt nur mit einer einzigen Farbe, üblicherweise in orange-rot und basiert nicht auf der Frequenzverschiebung. Das bedeutet, dass weder die Strömungsrichtung, noch die Geschwindigkeit des Blutstroms farblich wiedergegeben wird. Dadurch unterliegt der Power-Doppler auch nicht dem Alias-Phänomen und ist weitgehend winkelunabhängig.
Stattdessen ist die Farbkodierung leistungsabhängig und somit beeinflusst der Energiegehalt und damit die Intensität des Dopplersignals die farbliche Darstellung. Hohe Doppler-Signalintensitäten werden mit hellen und geringe Signalintensitäten mit dunklen Farbtönen dargestellt.
Durch diese zusätzliche Einflussgröße der Intensität, kann beim Power-Doppler besser zwischen von Gewebe und Erythrozyten reflektierten Echos unterschieden werden, da diese sich im Energiegehalt deutlich unterscheiden. Das macht das Verfahren besonders geeignet zur Untersuchung von langsamen Blutflüssen und kleinen Gefäßen mit verhältnismäßig wenigen Reflektoren (Erythrozyten).

• Vorteil: weniger winkelabhängig; kein Alias-Phänomen
• Nachteil: keine Aussage über die Strömungsrichtung & Blutflussgeschwindigkeit möglich; anfälliger für (Organ-)Bewegungsartefakte
• Fazit: empfindliches Verfahren besonders geeignet zur Darstellung langsamer Butflüsse und kleiner Gefäße;