Volumenflussbestimmung durch kontinuierliche Intensitätsmessung der Rückstreuechos in einem Flussphantom

Abstract

Zielsetzung: In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Ansatz zur Volumenflussbestimmung überprüft, der auf der Auswertung der Intensitäten der Reflektoren des fließenden Blutes beruht. Material und Methoden: Im Phantomversuch wurde der Intensitätsverlauf von im B-Flow und im nicht- kontrastverstärkten TAD-Modus dargestellten pulsatilen Flüssen in einer Time Intensity Curve (TIC) analysiert. Unter Annahme eines parabolischen Flussprofils konnte die TIC anhand zweier dopplersonographisch bestimmter Geschwindigkeitseckpunkte in eine Zeit-Geschwindigkeits-Kurve umgerechnet und unter Einbeziehung des Gefäßquerschnitts aus diesen Informationen der Volumenfluss berechnet werden. Zum Einsatz kamen die UHDC-Flusspumpe (Shelly Medical Imaging, Ontario, Canada) mit Blutersatzflüssigkeit und ein selbstgefertigtes Phantom. Untersucht wurde ein arterielles Niedrigwiderstandsflussprofil bei steigenden Flussvolumina, variierendem Acoustic Output (AO) und Puls-Repetitions-Intervall (PRI). Mit dem Ultraschallgerät Logiq 7 (GE) und den Schallköpfen 7L und M12L wurden die Bildsequenzen aufgezeichnet, die Zahlenwerte digital abgespeichert und im Anschluss nachbearbeitet. Exemplarisch erfolgte zusätzlich die Untersuchung von vier Probanden. Ergebnisse: Sowohl der B-Flow als auch der TAD-Modus als intensitätsdarstellende Verfahren eignen sich zur Volumenflussbestimmung auf die dargestellte Weise. Aufgrund mathematischer Überlegungen sollten ausschließlich in linearen Acoustic Units gespeicherte Intensitäten ausgewertet werden. Da die Berechnung basierend auf der mittleren Geschwindigkeit in der Gefäßmitte erfolgt, diese jedoch bei Annahme eines parabolischen Geschwindigkeitsprofils die mittlere Geschwindigkeit bezogen auf den gesamten Gefäßquerschnitt unterschätzt, erklärt sich auch eine Unterschätzung des tatsächlichen Volumenflusses durch die heranziehbaren Ergebnisse. Ein von der Größe des Volumenflusses abhängiger zunehmender Fehler kann durch Wahl eines hohen PRI im B-Flow reduziert werden. Der AO hingegen sollte nach subjektiven Gesichtspunkten entsprechend einer guten Gefäßfüllung gewählt werden und hat keinen Einfluss auf die Güte der Ergebnisse. Schlussfolgerung: Im beschriebenen Phantomversuch wurde gezeigt, dass eine nicht-invasive Volumenflussbestimmung in Gefäßen anhand der sonographischen Analyse von Intensitäten bei Kenntnis zweier Geschwindigkeitseckpunkte durchführbar ist, wobei die Flussanalyse im rechten Winkel im gesamten Gefäßquerschnitt erfolgt. Im untersuchten Geschwindigkeiten- bzw. Volumenflussbereich wurden unter Berücksichtigung eines systematischen Fehlers, der auf der Annahme eines parabolischen Geschwindigkeitsprofils beruht, gut reproduzierbare Ergebnisse erzielt. Erste Untersuchungen an menschlichen Probanden weisen auf eine Anwendbarkeit der Methode an menschlichen Gefäßen hin.

Purpose: The aim of this study was to quantify volume flow by analysing backscatter-intensities of the reflectors of flowing blood. Materials and methods: Using a flow phantom, the change of intensity within the lumen of the vessel under pulsatile flow conditions was registered in B-Flow and TAD-Mode and analysed with a time-intensity-curve (TIC). A parabolic flow profile was assumed. Having determined two velocity points by Doppler-Ultrasound, the TIC was transferred into a time-velocity-curve. Knowing the area of the examined vessel, the volume flow was calculated. The UHDC-Flow-Pump (Shelly Medical Imaging, Ontario, Canada) was used to pump a blood mimicking fluid through a self-built phantom, imitating an arterial flow profile with low resistance. The volume flow was as well altered as the Acoustic Output (AO) and the Pulse- Repetition-Interval (PRI). Flow was registered by the ultrasound machine Logiq 7 (GE) (7L and M12L transducer). The digitally stored information was afterwards used for calculation. In addition, four patients were examined. Results: Both B-Flow and TAD-Mode are suitable for quantification of volume flow by analyzing flow intensity. For mathematical reasons, only the intensities stored in linear Acoustic Units should be evaluated. For calculation, the mean velocity in the center of the examined vessel was used, which rather underestimates the true velocity in the whole vessel area. This is a possible explanation for the slight underestimation of the true volume flow. An increasing error depending on the size of the volume flow may be reduced by increasing the PRI. The AO does not influence the quality of the results and should be individually chosen in order to receive a good visual intensity filling of the vessel lumen. Conclusion: In this flow-phantom-study a new method for ultrasound volume flow quantification by analyzing intensities of the reflectors of flowing blood could be introduced. The flow information itself is received from the rectangular vessel area, the further calculation is dependent on two velocity points determined by Doppler- measurement. Despite of a systematic error, which results from the assumption of a parabolic flow profile within the vessel, well reproducible results are received. First exams on patients point out that the method can also be applied to the human vascular system.