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Hochfrequenz-Ultraschall-Bildgebung der Abdominal Aorta
 

Hochfrequenz-Ultraschall-Bildgebung der Abdominal Aorta

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Ultraschall ist eine häufig verwendete nichtinvasive Bildgebungstechnologie in der klinischen Bildgebung und Diagnostik.

Ultraschall emittiert Schallwellen und misst deren Reflexion, um Live-Bilder von anatomischen Strukturen und Organen zu erzeugen. Es hat Vorteile gegenüber anderen bildgebenden Verfahren wie CT-, MRT- und NIRF-Scans, da es relativ kostengünstig, tragbar und vielseitig ist und keine Kontrastmittel erfordert. Es hat jedoch Einschränkungen in der Auflösung und Durchdringungstiefe.

Dieses Video zeigt die wichtigsten Prinzipien der Ultraschalltechnologie, demonstriert den Nutzen eines hochfrequenten Ultraschallsystems für bildgebende Blutgefäße bei Nagetieren und liefert Beispiele für Ultraschall-Bildgebungsanwendungen.

Ultraschallbilder werden erzeugt, indem ein Strahl akustischer Wellen vom Wandler ausgesendet wird und die Echos aufgezeichnet werden, die entstehen, wenn die Wellen an der Grenze zwischen unterschiedlichen Geweben im Körper reflektieren. Die Wellen können auch gebrochen, absorbiert oder sogar von kleineren Objekten wie Blutzellen gestreut werden.

Die Menge der reflektierten Wellen ist proportional zum Unterschied in der akustischen Impedanz zwischen Geweben. Die akustische Impedanz Z hängt von der Gewebedichte und der Geschwindigkeit der Schallwelle ab. Wenn der Unterschied hoch ist, z. B. bei Knochen, dann werden die Schallwellen vollständig reflektiert. Wenn der Unterschied geringer ist, wie bei einer Orgel, dann werden die Schallwellen nur teilweise reflektiert.

Die Intensität der reflektierten Wellen, die am Wandler empfangen werden, zusammen mit dem Abstand vom Wandler zur Gewebegrenze wird verwendet, um ein anatomisches Bild zu erzeugen. Diese Entfernungen werden anhand der durchschnittlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit für den Schall durch Körpergewebe bestimmt, die etwa 1540 Meter pro Sekunde beträgt, und der Zeit, die die Welle benötigt, um sich auf das Gewebe und den Rücken zu ausbreiten.

Ultraschall kann verwendet werden, um verschiedene Arten von Bildern zu sammeln, indem spezielle Modi verwendet werden, die für einzigartige Anwendungen geeignet sind. Der gängigste Modus ist Helligkeit oder B-Modus, der die akustische Impedanz einer zweidimensionalen Gewebescheibe anzeigt. Alternativ bietet die Bewegungs- oder M-Mode-Bildgebung einen Blick auf die schnelle Bewegung im Gewebe wie bei der Herzfunktion. Schließlich wird der Doppler-Modus verwendet, um den Blutfluss zu bewerten.

Nun, da wir die Funktionsweise von Ultraschall besprochen haben, werfen wir einen Blick darauf, wie man Bilder mit den verschiedenen Ultraschall-Bildgebungsmodi mit einem kleinen Tier aufnimmt.

Schalten Sie zunächst das Ultraschallsystem mit dem Schalter auf der Rückseite ein. Schalten Sie dann den Monitor und den Computer über den Schalter auf der linken Seite des Systems ein. Schließen Sie als Nächstes den Messumformer an den dedizierten aktiven Port des Systems an. Führen Sie dann das Geberkabel durch die Kunststoffhalter über der Sondenhalterung.

Beachten Sie die erhöhte Linie auf einer Seite des Messumformers. Verwenden Sie dies als Bezugspunkt, wenn Sie auf das auf dem Monitor angezeigte Bild verweisen. Oberhalb des Graustufenbalkens für das Bild befindet sich ein kleiner Kreis, der das Bildmotiv darstellt, und eine vertikale Linie, die die erhöhte Linie auf dem Wandler darstellt. Zunächst sollte der Messumformer in die Klemme eingesichert und bei 90 Grad an das Tier gelegt werden.

Stellen Sie sicher, dass die physiologische Überwachungseinheit angeschlossen ist, und drücken Sie die Herzfrequenz- und Temperaturtasten, um diese Monitore einzuschalten. Als nächstes schalten Sie den Gelwärmer ein und stellen Sie sicher, dass die Kontrollleuchte eingeschaltet ist.

Bei der Tieranästhesisierung überprüfen Sie zunächst den Isoflurangehalt im Verdampfer und füllen Sie nach, ob der Pegel unterhalb der leeren Linie liegt. Schalten Sie als Nächstes den Sauerstofftank ein und stellen Sie den Luftstrom auf dem Durchflussmesser auf etwa einen Liter pro Minute ein.

Befestigen Sie nun die Tierstufe und schließen Sie das VGA-Kabel an, um EKG- und Atmungssignale zu sammeln. Sichern Sie den tierischen Nasenkegel an Ort und Stelle und überprüfen Sie, ob das schwarze Isofluranrohr und das blaue Abgasrohr ordnungsgemäß mit dem Nasenkegel verbunden sind. Das Tier kann nun beästhetisiert und für die Bildgebung vorbereitet werden. Drehen Sie das Verdampfer-Zifferblatt auf zwei bis drei Prozent, sobald sich das Tier in einer gesicherten Anästhesiekammer befindet.

Sobald das Tier tief anästhetisiert erscheint, bewegen Sie es auf den Nasenkegel auf der Bühne, um sicherzustellen, dass der Fluss von Isofluran zu wechseln. Führen Sie eine Zehenprise durch, um zu bestätigen, dass das Tier nicht sofort aufwacht, und tragen Sie dann eine ophthalmologische Salbe auf die Augen auf. Als nächstes sichern Sie die Pfoten mit Klebstoff an den Bühnenelektroden und entfernen Sie das Bauchhaar mit einer Enthaarungscreme. Schmiermittel auf die Rektalsonde auftragen und für Körpertemperaturmessungen in das Rektum des Tieres einlegen. Der Bauch wird dann mit erwärmtem Ultraschall-Transducing-Gel bedeckt.

Öffnen Sie zunächst die Software und wählen Sie "Neue Studie". Wählen Sie in einer neuen Serie einen Benutzer aus dem Menü aus und benennen Sie Ihre Serie entsprechend. Sobald Ihre Serie erstellt wurde, wählen Sie den B-Modus, der für den Helligkeitsmodus steht, von der Tastatur aus. Alle Bildverarbeitungs-Modalitätstasten befinden sich in der unteren Reihe der schwarzen Tastatur.

Sie sind nun bereit, mit der Bildgebung zu beginnen. Rollen Sie den Messumformer den Bauch des Tieres herunter. Sehen Sie sich den Bildschirm an, um die Atemfrequenz zu überwachen. Ein Rückgang der Rate wird beobachtet, wenn der Messumformer zu viel Druck auf das Tier ausübt. Drehen Sie vorsichtig die X- und Y-Achsenknöpfe auf der Bühne, um die Platzierung des Messumformers anzupassen. Tun Sie dies, bis ein klares Bild der Bauchaorta gefunden wird. Sobald die gewünschten Bilder auf dem Bildschirm, warten Sie, bis der weiße Balken am unteren Rand des Bildes gefüllt, bevor Sie die Bildbeschriftungstaste drücken, um das Bild zu speichern. Die Modalität wird automatisch mit der Bildbeschriftung gespeichert und muss nicht in den gespeicherten Namen aufgenommen werden.

Um M-Modus- oder Bewegungsmodusbilder zu erfassen, wählen Sie den M-Modus mit der Tastatur aus. Passen Sie den SV-Gang so an, dass die gelben Balken eingeengt oder der Cursor erweitert wird, um die Balken über einen Abschnitt der Bauchaorta auszurichten. Sobald Sie richtig platziert sind, drücken Sie den M-Modus erneut. Die Platzierung der Balken kann im M-Modus angepasst werden. Wie im B-Modus warten Sie, bis der weiße Balken am unteren Rand des Bildes gefüllt ist, bevor Sie die Bildbeschriftungstaste drücken.

Um EKV- oder EKG-Gated-Kilohertz-Visualisierungs-Bildgebung durchzuführen, wählen Sie zuerst den B-Modus auf der Tastatur, positionieren Sie den Messumformer über einen Abschnitt der Bauchaorta und stellen Sie sicher, dass es ein sauberes EKG-Signal gibt. Drücken Sie dann EKV, wählen Sie den gewünschten Erfassungstyp, die Liniendichte und die Bildrate aus und starten Sie den Scan. Nach der Erfassung werden die Bilddaten angezeigt.

Um Die Farbe Doppler zu verwenden, wählen Sie zuerst den B-Modus aus, überprüfen Sie, ob sich der Messumformer über der Bauchaorta befindet, und wählen Sie Farbe aus. Drücken Sie Aktualisieren, verschieben Sie den Trackball, um die Boxgröße an den zu scannenden Bereich anzupassen, und drücken Sie erneut Aktualisieren, um die Größe zu sperren. Verwenden Sie als Nächstes den Cursor, um das Feld zu verschieben. Drehen Sie den Geschwindigkeitsknopf nach oben, um die Geschwindigkeitsschwelle zu erhöhen und das Hintergrundsignal zu verringern.

Zur Quantifizierung der Durchblutungsgeschwindigkeit wird der gepulste Wave-Doppler-Modus verwendet. Starten Sie im Farb-Doppler-Modus, und drücken Sie dann PW. Zwei gelbe winkelte Linien werden auf dem Bildschirm angezeigt. Passen Sie den Abstrahlwinkel an und drehen Sie den PW-Winkelknopf, um die kürzere gepunktete Linie parallel zur vorderen und hinteren Gefäßwand zu bringen. Die gepunktete gelbe Linie wird blau, wenn der Winkel zu weit gedreht wird. Sobald die Ausrichtung erfolgt ist, drücken Sie PW und passen Sie dann die Grundlinie, Geschwindigkeit und Doppler-Spielsteuerung an, um die Wellenformen zu zentrieren und aufzuhellen. Sie können die zuvor aufgenommenen Bilder jederzeit während der Bildgebung anzeigen, indem Sie das Studienmanagement drücken und die gewünschten Bilder auswählen.

Nachdem Sie alle für eine Serie benötigten Bilder erhalten haben, wählen Sie "Serie schließen" auf dem Bildschirm für die Studienverwaltung aus. Um Daten für die weitere Analyse auf einem anderen Computer zu übertragen, gehen Sie zum Studienmanagement-Bildschirm und klicken Sie auf die Kontrollkästchen für die Studien oder einzelnen Reihen. Klicken Sie auf Kopieren nach, und wählen Sie den gewünschten Dateispeicherort aus, und drücken Sie OK. Drehen Sie schließlich das Vaporizer-Zifferblatt auf Null, entfernen Sie das Tier von der Bühne und lassen Sie es sich von der Anästhesie erholen.

Reinigen Sie nach jedem Eingriff den Ultraschallaufbau und wischen Sie die Tierstufe und die Rektalsonde ab. Sprühen Sie das Desinfektionsmittel niemals direkt auf die Bühne. Der Messumformer sollte mit 70% Ethanol auf einem Papiertuch abgewischt werden, bevor er wieder in den Halter gelegt wird. Denken Sie daran, den Sauerstofftank auszuschalten und den Luftstrom auf null auf dem Durchflussmesser reduzieren zu lassen.

Sobald alle Bildgebung und der Export abgeschlossen ist, clicok die Power-Taste auf dem Studienverwaltungsbildschirm und warten, bis der Monitor und Computer heruntergefahren. Nachdem der Monitor vollständig ausgeschaltet ist, schalten Sie die Ein-Aus-Taste auf der Rückseite des Systems auf "Aus". Sie sollten hören, dass die Lüfter anhalten, sobald sie ordnungsgemäß heruntergefahren wurden.

Nachdem die Imaging-Sitzung abgeschlossen und das System heruntergefahren wurde, können die Ergebnisse analysiert werden.

Mit diesem Verfahren wurde anatomische und funktionelle Bildgebung der Bauchaorta durchgeführt. Einige Daten wie Scans im B-Modus werden während oder unmittelbar nach der Datenerfassung leicht analysiert, während Scans in anderen Modi am besten analysiert werden, nachdem die Daten zur Analyse mit der Software kopiert wurden.

Die zweidimensionalen B-Modus-Scans können Aortendurchmesser- oder Querschnittsflächenmessungen liefern. Der Durchmesser kann mit dem Werkzeug Länge über Die distanz und der Fläche mit dem Flächenmesswerkzeug gemessen werden. M-Modus kann verwendet werden, um die umlaufende zyklische Belastung des Gefäßes zu bestimmen. Wenn man sich einen M-Modus-Scan der Aorta anschaut, kann ein Benutzer sehen, wo die hellen Linien der vorderen und hinteren Gefäßwand entsprechen. Die vordere Wand weist mehr Bewegung auf als die hintere Wand.

Die circumferentiale zyklische Dehnung wird aus den werten inneren Aortendurchmessern während der Spitzensystole, DS und Enddiastole, DD, bestimmt. Peak systole tritt auf, wenn die Aorta auf ihre größte Größe erweitert wird, und Enddiastole, wenn sie auf ihrer kleinsten Größe ist. Die circumferentiale zyklische Dehnung wird daher mit dieser Formel berechnet.

Farbdoppler kann verwendet werden, um die Durchblutungsrichtung und Geschwindigkeit zu bestimmen. Farb-Doppler-Bilder bieten dem Benutzer eine qualitative Einschätzung der Blutdynamik. Die rote und blaue Farbskala gibt die Richtung und Größe der Geschwindigkeit des erfassten Blutflusses an. Rot zeigt den Fluss zum Messumformer an und der blaue Fluss weg. Die dunklere Farbe stellt einen niedrigen Geschwindigkeitsfluss und die hellere Farbe einen höheren Geschwindigkeitsfluss dar.

Nachdem nun die allgemeinen Prinzipien und Verfahren für die Ultraschall-Bildgebung überprüft wurden, werfen wir einen Blick auf einige Anwendungen, bei denen diese bildgebende Modalität verwendet wird.

Die menschliche Plazenta ist für die Forschung noch in utero sehr unzugänglich. Hochfrequenz-Ultraschall kann verwendet werden, um die Nabelvene und DieGebärmutterarterie zu visualisieren. Dies wird durchgeführt, um den Gefäßdurchmesser und die maximale Geschwindigkeit des Blutflusses auf beiden Seiten der Plazenta zu messen. Dies wird mit Daten aus Blutproben kombiniert, die von den mütterlichen und fetalen Seiten der Plazenta gesammelt wurden, um die arterienförmigen Konzentrationen von Nährstoffen und Substanzen zu berechnen, die in den Verkehr gebracht werden. Diese Studie gibt Einblicke in die Funktion der menschlichen Plazenta.

Cranial Ultraschall ist ein zuverlässiges Werkzeug für Neonate mit angeborenen Anomalien oder Hirnläsionen. Die Methode ist nicht invasiv und kann am Krankenbett in den Neugeborenen-Intensivstationen durchgeführt werden. Ultraschallbilder werden sowohl in der koronalen als auch in der sagittalen Ebene gesammelt, um die Visualisierung des neonatalen Gehirns zu unterstützen. Diese Bilder können helfen, alle Läsionen im Gehirn zu visualisieren. Der Farbdoppler-Modus wird in der Regel zur Visualisierung der intracerebralen Gefäße verwendet. Die Quernebenhöhlen werden abgebildet und alle Gerinnsel können erkannt werden.

Sie haben gerade JoVeEs Einführung in die Ultraschall-Bildgebung gesehen. Sie sollten nun die Prinzipien der Ultraschall-Bildgebung, die allgemeinen Methoden für die Bildsammlung und -analyse und verschiedene Anwendungen verstehen. Danke fürs Zuschauen!

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