Small Parts Sonografie auf Radiomegahertz.de
Nach mehreren Blogbeiträgen und Podcast–Folgen über ultraschallgestützte Gefäßzugänge, verlagert sich langsam aber sicher der Schwerpunkt auf andere Themen. Off note: This blog post is also available in English.
Small-Parts Sonografie
Der Begriff „Small-Parts“ Sonografie wird je nach Sonographeur*in und vorhandener Technik unterschiedlich verstanden, eine genaue physikalische Definition gibt es nicht. Ähnlich verhält es sich mit den Adjektiven „hochauflösender“ oder „ultrahochauflösender“ Ultraschall, denn eine bestimmte Frequenz ist dafür nicht definiert.
In der Dermatologie denken Kolleg*innen vermutlich an die Darstellung oberflächer Strukturen von Haut bis Subkutis und verwenden Schallköpfe mit Frequenzen (weit) über 20MHz. In der Urologie könnte die Hoden-Sonografie gemeint sein. In der Inneren Medizin ist am ehesten die Schildrüse mit der Small-Parts Sonografie assoziiert und in der Pädiatrie wird womöglich behauptet, alles sei Small-Parts Sonographie.
Und Radiomegahertz denkt an die Nervensonografie
Radiomegahertz, der Ultraschallsender in der Anästhesie, wird den Begriff Small- Parts Sonographie maßgeblich mit Sonogrammen peripherer Nerven füllen. Eine Ausnahme kennst du aber schon: die A. radialis-Punktion mit einer Hockey-Stick-Sonde und 18MHz.
Neben den Gefäßzugängen werden weitere Schwerpunkte wie die Sonoanatomie und Techniken ultraschallgestützter Nervenblockaden und schmerztherapeutischer Interventionen sein.
Denkst du z. B. an Nerven des Plexus cervicalis, oder die peripheren Nerven des Plexus brachialis und deren terminalen Hautäste, sowie die Nerven des distalen Unterschenkels, wirst du feststellen, dass eine Bildschirmtiefe von 1-2cm meistens ausreichend ist.
Dementsprechend kannst du höhere Frequenzen verwenden: der kürzere Wellenabstand höherer Frequenzen kann mehr Details erkennen lassen (Anm.: Reflektor vorausgesetzt) und der deutliche Energieverlust, der bereits nach einigen Millimetern bei hohen Frequenzen auftritt, kann dafür meist vernachlässig werden.
Gedanken über Technologien für die Darstellung kleiner peripherer Nerven
Die Frequenz ist maßgeblich für die axiale Auflösung entscheidend, aber auch spezielle Darstellungstechnologien können das Sonogramm signifikant verbessern:
- Kanten (Orte mit hohem Impedanzunterschied) können elektronisch geglättet werden.
- Ultraschallwellen können elektronisch zur Seite intermittierend gelenkt werden, wodurch sich z. B. Randschattenartefakte reduzieren.
- Elektronisch wird Rauschen, das z. B. durch unerwünschte Reverberations- Artefakte entsteht, reduziert.
- Ultraschallsysteme können Reflexionen rechnerisch verarbeiten, deren Frequenzen ein Vielfaches der ursprünglichen Sendefrequenz sind.
Merke: Unabhängig von der Vielzahl der unterschiedlicher Darstellungstechnologien nebst ihren Eigennamen der Hersteller, musst du dir im Klaren sein, dass das B-Bild immer eine ultraschallphysikalische Abbildung der Anatomie ist und somit immer einer Interpretation bedarf.
Du denkst, was geht mich das an?
Verstehst du die technische Umsetzung, die zugrundeliegende Physik und die Technologien der Hersteller, wird deine Interpretation der Anatomie und Pathologie besser.
Ergo, beschäftige dich damit.
Für welches Bild entscheidest du dich?
Vergleich die folgende Abbildung. Sie zeigt den N. medianus auf Höhe des distalen Drittels des Unterarmes. In A wurden mehrere Technologien zur Umrechnung in ein B-Bild verwendet, in B sind einige davon ausgeschaltet.
Möchtest du Pathologien der einzelnen Faszikel des Nerven erkennen, oder die Kanüle möglichst exakt an die Grenze des Perineuriums bringen, könnte Version B vorteilhafter gegenüber A sein.
Ist es hingegen dein Ziel, die Nervenposition mit (messer-)scharfen Abgrenzungen der umgebenden Muskelfaszien zu darzustellen, könnte deine Entscheidung auf A anstelle von B fallen.
Small Parts | Small Footprint
Die nächste Abbildung auf Höhe der Handgelenksfalte zeigt ein Sonogramm mit 1,5cm Bildschirmtiefe und der höchsten einstellbaren Frequenz (22MHz) einer Hockey-Stick-Sonde mit einer Breite von ca. 25mm. Die Dämpfung nach einem Zentimeter Eindringtiefe ist deutlich zu erkennen.
Das Sonogramm von 25mm wird auf voller Bildschirmbreite dargestellt und somit vergrößert auf dem Monitor dargestellt. Nachteilig kann sein, dass benachbarte Strukturen (links und rechts vom Schallkopf) nicht mehr erfasst werden können: die anatomische Übersicht könnte darunter leiden. Das elektronische Aufspreizen des Bildes (virtuell konvex, trapezoid view) kann einen kleinen Teil davon mit zunehmender Bildtiefe kompensieren.
Merke: Unabhängig von der verwendeten Sonde oder der Darstellungstechnologie, werden gezielte, definierte Sondenmanöver für das Verfolgen und zurIdentifikation der Strukturen eingesetzt.
Sonde mit 25 oder 40mm Footprint?
Schau die folgende Abbildung der V. basilica auf Höhe des mittleren Oberarmes an. Alle relevanten Strukturen sind zu erkennen: die Vene als Punktionsziel und umgebend die Nerven und Gefäße, die während der Kanülierung geschont werden sollen.
Mit einer reguläre Linearsonde, sagen wir 12-14Mhz und 40mm Footprint, wären sicherlich alle genannten Strukturen ebenso zu identifizieren, aber nur mit höheren Frequenzen und weiterer elektronischer Verrechnung erscheinen die Faszikel des N. cutaneus antebrachii medialis und die Tunica Intima der Vene so deutlich.
Erst die Übersicht, dann der Detailausschnitt
Anlotung in der Fossa cubita mit breitem Schallkopf, die Schallwellen erreichen die eingestellte Tiefe von drei Zentimetern ohne die Time Gain Compensation verwenden zu müssen. Der N. radialis ist eindeutig in seiner Position auf Höhe des Ellenbogengelenkes zu erkennen, das distale Humerusende ist vollständig abgebildet.
Eine Übersicht kann dir das Lernen der Sonoanatomie vereinfachen, Leser*innen auf Radiomegahertz die Einordnung einer Detailaufnahme (nächste Abbildung) erleichtern.
Neben verschiedener Darstellungstechniken für das B-Bild, wurde in der folgenden Abbildung auch eine gesonderte Farbdopplertechnologie aktiviert, die bei ungünstigem Dopplerwinkel immer noch einen Blutfluß in kleinen Gefäßen darstellt.
N. radialis im Detail
Wechsele nun auf die Sonde mit höherer Frequenz und kleinerem Footprint und führe zuerst die allgemeinen Bildoptimierungsschnritte durch:
- Gesamtverstärkung,
- laufzeitabhängige Verstärkung,
- Fokuszone(n) und
- Bildschirmtiefe
Aktiviere oder modifiziere dann die unterschiedliche Darstellungstechnologien.
Artefakt bleibt Artefakt
Die dorsale Schallverstärkung, was technisch betrachtet eine geringere axiale Dämpfung der Schallwellen ist, ist in der folgenden Abbildung gut zu erkennen. Tief zur subfaszial liegenden Vene leuchtet der N. cutaneus antebrachii lateralis in 0.7cm Tiefe, obwohl für diesen Bereich die Verstärkung reduziert wurde.
In den vorherigen Abbildungen war der weiße senkrechte Strich neben der Tiefenskala gerade. Er stellt die laufzeitabhängige Verstärkung dar (Time Gain Compensation, TGC).
Die Ausbuchtung nach links zeigt die Reduktion an, der Artefakt der dorsalen Schallverstärkung wurde zugunsten des „schönen“ Bildes und der besseren Nervenfaszikeldarstellung reduziert.
R. palmaris nervus medianus | ein wirklich kleiner Nerv
Ankopplung der Sonde wenige Zentimeter proximal der Handgelenksfalte zum Aufsuchen des R. palmaris N. medianus.
Hier: laden der Standardgeräteeinstellungen Preset „Allgemein/MSK“, einige Darstellungstechnologien sind bereits aktiviert. Softwareseitig ist hier wie bei einigen anderen Geräteherstellern auch, eine weitere Verringerung der Bildschirmtiefe auf weniger als 1.5cm nicht möglich.
Dennoch kannst du mit der Zoom–Funktion den Nerven noch genauer darstellen. Sofern deine Ultraschallmaschine es ermöglicht, passe den Zoom-Ausschnitt an. In diesem Fall: 1cm Tiefe (oberer Rand ist 0cm) und etwas weniger Breite (siehe nächste Abbildung).
Nochmals R. palmaris n. medianus
Gleiche Hockey-Stick Sonde, leicht geänderte Höhe am Unterarm und Deaktivierung diverser Darstellungstechnologien.
Sollten dir auf deinem System einige Features nicht zur Verfügung stehen, kannst du dennoch kleinste Nerven erkennen. Einen Schallkopf mit kleinem Footprint und hoher Frequenz wirst du aber benötigen, um ein Bild wie das folgende generieren zu können.
To Zoom or not to Zoom (small parts)
Ist selbst die kleine Hockey-Stick-Sonde breiter als das Untersuchungsareal, z. B. der Finger eines Menschen, würden Ankopplungsartefakte entstehen.
Zwar könnte man die Nn. digitorium palmares proprii detektieren, aber es wäre kein Bild zum Vorzeigen oder angeben. Die Nerven würden ausserdem kleiner erscheinen, was neben „schön“ der eindeutig wichtigere Faktor ist.
Auch hier kann die Zoom-Funktion helfen, den vollen Platz des zur Verfügung stehenden Bildschirms optimal auszufüllen.
Merke: Die axiale Auflösung, welche durch die Frequenz bestimmt wird, ändert sich dabei nicht.
Mehr über die Darstellungstechnologien?
Klasse, das du bis zum Schluß gelesen hast. Du scheinst Interesse zu haben.
In weiteren Beiträgen und im Newsletter werden die verschiedenen Darstellungstechnologien weiter beleuchtet werden.
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English version of this blogpost
Small-Parts Sonography on Radiomegahertz.de
After several blog posts and podcast episodes on ultrasound-guided vascular access, the focus is gradually shifting to new topics.
Small-Parts Sonography
The term „Small-Parts“ sonography is understood differently depending on the sonographer and the available technology; there is no precise physical definition. The same applies to the adjectives „high-resolution“ or „ultra-high-resolution“ ultrasound, as no specific frequency is defined for these terms.
In dermatology, colleagues likely think of imaging superficial structures of the skin and the subcutis and use probes with frequencies over 20MHz. In urology, testicular sonography might be referred to. In internal medicine, the thyroid iscommonly associated with small-parts sonography, and in pediatrics, it might be claimed that everything is small-parts sonography.
And Radiomegahertz thinks of nerve sonography
Radiomegahertz, the ultrasound channel in anesthesiology, will primarily associate the term small-parts sonography with sonograms of peripheral nerves. However, you already know one exception: access to the radial artery using a hockey-stick probe and high frequencies such as18MHz.
Besides vascular access, further focuses will emphasize sonoanatomy and techniques for ultrasound-guided nerve blocks and interventions in pain therapy.
For example, if you think of small nerves of the cervical plexus, or peripheral nerves of the brachial plexus and their terminal skin branches, as well as smallnerves of the distal lower leg, you will find that a screen depth of 1-2 cm is usually appropriate.
Accordingly, you can use higher frequencies: the shorter wavelength of higher frequencies can reveal more details (note: assuming a good reflector), and the significant energy loss (attenuation) that occurs after just a few millimeters at high frequencies can usually be neglected.
Thoughts on Technologies for Imaging Small Peripheral Nerves
The frequency is crucial for axial resolution, but specific imaging technologies can also significantly enhance the sonogram:
- Edges (areas with high impedance differences) can be electronically smoothed.
- Ultrasound waves can be intermittently steered sideways electronically, reducing, for example, edge shadow artifacts.
- Noise, such as that caused by unwanted reverberation artifacts, is electronically reduced.
- Ultrasound systems can computationally process reflections whose frequencies are multiples of the original transmission frequency.
Note: Regardless of the variety of different imaging technologies and their proprietary names from manufacturers, you must be aware that the B-image is always an ultrasound-based representation of anatomy and therefore always requires interpretation.
You might be thinking, „What does that have to do with me?“ If you understand the technical implementation, the underlying physics, and the manufacturers‘ technologies, your interpretation of anatomy and pathology will improve. Therefore, engage with it.
Which Image Will You Choose?
Compare the following image. It shows the median nerve at the distal third of the forearm. In A, several technologies were used for conversion into a B-image, while in B, some of them are turned off.
If you want to identify pathologies of individual nerve fascicles or to position the needle as precisely as possible at the boundary of the perineurium, version B might be more advantageous than A.
On the other hand, if your goal is to display the nerve position with (razor-)sharp boundaries of the surrounding muscle fascias, you might prefer A over B.
Small Parts | Small Footprint
The next image at the level of the wrist crease shows a sonogram with a screen depth of 1.5 cm and the highest adjustable frequency (22MHz) of a hockey-stick probe with a width of about 25mm. The attenuation after one centimeter of penetration depth is clearly visible.
The 25mm sonogram is displayed in full screen width and thus enlarged on the monitor. A disadvantage might be that adjacent structures (to the left and right of the probe) can no longer be captured: anatomical overview might suffer as a result. This can be partially compensated with increasing image depth by electronic spreading of the image (virtually convex, trapezoid view).
Note: Regardless of the used probe or the imaging technology, defined probe maneuvers are applied for tracking and accurately identifying small targets.
Probe with 25 or 40mm Footprint?
Look at the following image of the basilic vein at mid-upper arm level. All relevant structures are visible: the vein as the puncture target and the surrounding nerves and vessels that should be spared during cannulation.
With a regular linear probe, let’s say 12-14MHz and a 40mm footprint, all the mentioned structures could also be identified, but only with higher frequencies and further electronic processing the fascicles of the medial cutaneous antebrachial nerve and the tunica intima of the vein appear so distinctly.
First the Overview, Then the Details
Imaging of the cubital fossa with a wide probe (50mm), the sound waves reach the set depth of three centimeters without needing to use time gain compensation. The radial nerve is clearly identified in its position at the level of the elbow joint, and the distal humerus is fully imaged.
An overview can simplify learning sonoanatomy for you, and for readers on Radiomegahertz, make it easier to classify a detailed image (next figure).
Besides various imaging techniques for the B-image, a special color Doppler technology was also activated in the following image, which still shows blood flow in small vessels even at an inappropriate Doppler angle.
Radial Nerve in Detail
Now switch to the probe with a higher frequency and smaller footprint and first perform the general image optimization steps:
- Overall gain,
- Time gain compensation,
- Focus zone(s), and
- Screen depth.
Then activate or modify the different imaging technologies.
Artifact Remains Artifact
The posterior acoustic enhancement, which in fact is technically a lower axial attenuation of the sound waves, is well visible in the following image. Deep to the subfascial vein, the lateral antebrachial cutaneous nerve glows at 0.7 cm depth, even though the gain was reduced for this area.
In the previous images, the white vertical line next to the depth scale was straight. It represents the time gain compensation (TGC).
The bulge to the left indicates the reduction, the artifact of the posterior acoustic enhancement was reduced for the benefit of a „beautiful“ image and better nerve fascicle delineation.
Palmar Branch of the Median Nerve | A Truly Small Nerve
Attach the probe a few centimeters proximal to the wrist crease to locate the palmar branch of the median nerve.
Here: load the standard device settings preset „General/MSK“, some imaging technologies are already activated. As is the case with some devices of other manufacturers, further reduction of screen depth to less than 1.5 cm is here not possible.
Anyhow, you can display the nerve even more precisely using the zoom function. If your ultrasound machine allows it, adjust the zoom section. In this case: 1cm depth (upper edge is 0cm) and slightly less width (see next image).
Palmar Branch of the Median Nerve Again
Same hockey-stick probe, slightly different height on the forearm, and deactivation of various imaging technologies.
If some features are not available on your system, you can still detect the smallest nerves. However, you will need a probe with a small footprint and high frequency to generate an image like the following.
To Zoom or Not to Zoom (Small Parts)
If even the small hockey-stick probe is sometimes wider than the examination area, e.g., a person’s finger, thus, coupling artifacts could occur.
While you might detect the digital proper palmar nerves, it wouldn’t be an image worth to demonstrate. The nerves would also appear smaller, which, besides being “beautiful,” is the clearly more important factor.
Here, too, the zoom function can help optimally fill the entire available screen.
Note: The axial resolution, which is determined by the frequency, does not change.
Want to Learn More About Imaging Technologies?
Great that you read all the way to the end. You seem to be interested.
In further posts and newsletters, the various imaging technologies will be explored in more detail.
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