Testobjekte für die Dopplersonographie - welche praktischen Anwendungen haben sie?

Mit der weiten und routinemäßigen Verwendung der Dopplersonographie (Spektral- und Farbdoppler) für diagnostische Zwecke seit den 80er Jahren, stellen sich immer wieder Fragen nach der Genauigkeit und Vergleichbarkeit der mit diesen Geräten gewonnenen hämodynamischen Parameter.

Zur Beantwortung dieser Fragestellungen bietet sich der Einsatz von Testobjekten an, die laminare oder gepulste hämodynamische Eigenschaften und zusätzlich Gewebe und Gefäße simulieren können: Dabei sollten diese Objekte so realitätsnah wie möglich gestaltet sein, d. h. sie sollten geringe und hohe laminare oder gepulste Strömungsgeschwindigkeiten ebenso zu generieren gestatten, wie die Simulation kleinster und/oder großer Gefäße über einen großen Tiefenbereich ermöglichen.

Die heute zur Verfügung stehenden Testobjekte [1] [2] erreichen jedoch bei weitem nicht diese gewünschte Komplexität, sondern simulieren mit beweglichen Teilen (z. B. in Form bewegter Scheiben/Fäden oder mittels vibrierender Dünnschichtsubstrate als Streukörper) oder als akustische „Injektions-” Testobjekte laminare oder pulsatile Blutströmungen. So genannte Testphantome, in denen ein Blutsimulat in einem gewebe-ähnlichen Material gepulst oder ungepulst durch Röhren befördert wird, kommen einem „Körpermodell” schon näher und eröffnen dem Anwender eine größere Palette an quantitativen In-vitro-Messungen verschiedenster hämodynamischer Parameter [3] [4] [5] [6], so dass auch spezielle physiologische oder seltene pathologische Strömungsfälle im Labor mittlerweile nachgestellt und untersucht werden können. Ein schönes Beispiel für ein Testobjekt zur Erzeugung klinischer Strömungsprofile findet sich in diesem Heft.

Damit wird schon ein großes Anwendungsgebiet dieser Objekte deutlich: reproduzierbare quantitative Messungen von Doppler-Parametern wie z. B. die detektierbaren Geschwindigkeitsbereiche und Flussvolumina oder die Signal/Rauschgrenze in der spektralen Dopplerdarstellung. Die Kenntnis des letzteren Parameters z. B. hilft dem Anwender zu entscheiden, ob das Strömungsprofil von hochgradigen Stenosen mit diesem Gerät (aufgrund der zur Verfügung stehenden Gerätesensitivität und spektraler Eindringtiefe) noch optimal detektiert und dargestellt werden kann oder ob wertvolle Informationen fehlen.

Auch im Hinblick auf die zunehmende Intensitätsabgabe moderner Dopplergeräte und einer damit verbundenen potenziellen thermischen Gefährdung für den Patienten erscheint es nur ratsam, dem Anwender den Gebrauch eines Testobjektes zu empfehlen, um ein optimales Gerätehandling und eine adäquate Untersuchungsdauer schon in der Ausbildungs- und Einschulungsphase an Dopplergeräten trainieren zu können, werden viele Daten herangezogen, die auf Messungen (z. B. RI/PI-Indizes) und Berechnungen (z. B. automatische Anzeige der mittleren Flussgeschwindigkeit) dieser Dopplergeräte beruhen. Die Software, die dem zugrunde liegt, ist nicht standardisiert, und so können mitunter Messungen mit verschiedenen Geräten am gleichen Patienten und durch denselben Untersucher zu deutlich anderen Ergebnissen führen. Hier können Testobjekte helfen, diese Diskrepanzen zu dokumentieren und zu quantifizieren, um den Anwender vor Fehleinschätzungen zu bewahren.

Die apparative Qualitätssicherung ist daher ein wichtiges Einsatzgebiet dieser Testobjekte in der Praxis (Dokumentation des Ist- und Langzeit-Zustandes, aber auch vergleichende Aussagen, Kalibrierungen), dem auch durch die internationalen Standardisierungsbemühungen von Testobjekten [6] und Verifizierungsmethoden zahlreicher Fachorganisationen Rechnung getragen wird [7] [8] [9].

Zu weiteren Einsatzmöglichkeiten dieser Objekte zählen quantifizierende Untersuchungen von US-Kontrastmitteln in der klinischen Forschung, vergleichende Fluss-Studien unterschiedlicher Bildmodalitäten, aber auch die Verwendung von Testobjekten zu Demonstrationszwecken von modernen ultraschallbasierten Strömungsdetektionstechniken in der Lehre und Ausbildung. Es bleibt zu wünschen, dass mit neuen „ultraschalltauglichen” Biomaterialien die Spalte, die bislang noch zwischen den In-vitro- und In-vivo-„Modellen” vorhanden ist, durch die Entwicklung eines anthropomorphen Testobjektes geschlossen werden kann.

Literatur

• 1 International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) .Tissue substitutes, phantoms and computational modelling in medical ultrasound ICRU Report 61, Bethesda June 1998, USA. 
• 2 The Institute of Physical Sciences in Medicine (IPSM) .Testing of Doppler Ultrasound Equipment. Report No. 70. York 1994, England. 
• 3 McDicken W N. A versatile test-object for the calibration of ultrasonic Doppler flow instruments.  Ultrasound Med Biol. 1986;  12 245-249
• 4 von Boetticher H, Delebinski R, Risch U, Luska G. A versatile phantom for hemodynamic measurements with ultrasound Doppler equipment.  Ultraschall Med. 1994;  15 264-268
• 5 Russell S V, McHugh D, Moreman B R. A programmable Doppler string test object.  Phys Med Biol. 1993;  38 1623-1630
• 6 International Electrotechnical Commission (IEC) .Ultrasonics - Flow measurement systems - Flow test object. Document IEC 61 685 Ed. I, Geneva 2001. 
• 7 International Electrotechnical Commission (IEC) .Ultrasonics - Continuous-wave Doppler systems - Test procedures. Technical Report IEC 1206, Geneva 1993. 
• 8 International Electrotechnical Commission (IEC) .Ultrasonics - Pulsed Doppler diagnostic systems - Test procedures to determine performance. IEC/TS 61 895, Geneva 1999. 
• 9 American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM) .Performance Criteria and Measurements for Doppler Ultrasound Devices. Technical discussion. Laurel 1993. USA.