Prinsipper for bildeoptimalisering i ekkokardiografi
For å oppnå diagnostiske ultralydbilder av høy kvalitet er det tvingende nødvendig å beherske og justere flere parametere kontinuerlig gjennom undersøkelsen. Optimalisering handler om å balansere fysikalske begrensninger for å oppnå best mulig spatial (romlig) og temporal (tidsmessig) oppløsning. Vanligvis initialiseres undersøkelsene i hver ekkokardiografiske visning (også kalt vindu) ved å identifisere et standard oversiktsbilde. Fra og med oversiktsbildet optimaliseres sektoren ved å redusere dybden så mye som mulig uten å miste relevant anatomi.
Reduksjon av dybden (depth) gir økt bildefrekvens og dermed bedre temporal oppløsning. Hvis det er mulig, bør også sektorbredden reduseres (smalere sektor), noe som ytterligere øker bildefrekvensen da maskinen trenger færre scan-linjer for å generere ett bilde. Det er også mulig å zoome inn på spesifikke strukturer, f.eks. aortaklaffen eller mitralklaffen, for å studere morfologi og kalsifisering. Ved å zoome inn forbedres den spatiale oppløsningen i det valgte området.
Alternativt kan man justere fokuspunktet til nivået for interesseområdet. Forskjellen er vesentlig: Zooming (spesielt «write zoom») øker linjetettheten i et avgrenset område, mens flytting av fokus justerer hvor ultralydstrålen er smalest for optimal lateral oppløsning. Justering av gain (forsterkning) er avgjørende for lysstyrke; dette forsterker de reflekterte signalene. Overdreven gain introduserer støy («noise») og reduserer kontrastoppløsningen, noe som gjør vevsgrenser (f.eks. endokardgrensen) vanskeligere å definere nøyaktig. Dette er de fundamentale justeringene sonograføren må beherske.
Justering av bildedybde og zoom
Undersøkelser i hver ekkokardiografiske visning bør starte med et oversiktsbilde for orientering. Deretter optimaliseres bildet ved å redusere dybden slik at interesseområdet fyller skjermen maksimalt (rundt 2/3 av skjermbildet). Unødvendig stor dybde reduserer pulsrepetisjonsfrekvensen (PRF) og dermed bildefrekvensen, noe som er uheldig ved vurdering av raske bevegelser.
Read vs. Write Zoom: Det er viktig å skille mellom to typer zoom-funksjoner. Read zoom er en post-prosesseringsfunksjon som kun forstørrer pikslene i det eksisterende bildet (digital forstørrelse), noe som gir et kornete bilde uten bedret oppløsning. Write zoom (ofte kalt HD-zoom) er derimot en pre-prosesseringsfunksjon. Når denne aktiveres, allokerer maskinen alle tilgjengelige scan-linjer kun til det valgte utsnittet. Dette gir dramatisk bedre spatial oppløsning og bør alltid benyttes ved detaljstudier av klaffer eller ved mistanke om vegetasjoner/tromber.
Gain: signalforsterkning
Ultralydapparatet mottar reflekterte lydbølger med varierende amplitude. Gain-funksjonen forsterker disse signalene elektronisk før de presenteres på skjermen. Dette gjøres ved hjelp av global forsterkningskontroll (2D Gain) eller selektivt via tidsforsterkningskompensasjon (TGC). Korrekt gain-innstilling er en balansegang: For lite gain gir tap av informasjon (drop-out), mens for mye gain gir «blooming»-artefakter hvor strukturer fremstår tykkere enn de er, og hulrom fylles med støy.
Gain-kontroll: generell forsterkning
Gain-kontroll regulerer den globale (samlede) forsterkningen av bildet. Hvis du øker den samlede forsterkningen, øker lysstyrken likt for hele bildet, uavhengig av dypde. Dette gjør alle objekter hvitere. Klinisk er målet å justere gain slik at blodfylte kaviteter (ventrikler og atrier) fremstår tilnærmet sorte (anekkoiske), mens vevsstrukturer vises i gråtoner. Overdreven bruk av gain fører til dårligere bildekvalitet ved at støynivået øker (redusert signal-til-støy-ratio).
Tidsforsterkningskompensasjon/-kontroll (TGC)
Tidsforsterkningskontroll/-kompensasjon (TGC), også kalt DGC (Depth Gain Compensation), justerer forsterkningen på bestemte dybdenivåer. Ettersom ultralydbølger beveger seg gjennom vev, taper de energi grunnet absorpsjon, refleksjon og spredning (dempning). Signaler fra dype strukturer vil derfor returnere til proben med mye lavere amplitude enn signaler fra overfladiske strukturer.
Hensikten med TGC er å kompensere for denne dempningen ved å gradvis øke forsterkningen for signaler som kommer fra dypet, slik at vev med samme ekkogenisitet fremstår like lyst uavhengig av avstand fra proben. TGC justeres via skyvebrytere som korresponderer med ulike dybder (figur 1). En korrekt innstilt TGC gir et bilde med jevn lysstyrke fra topp til bunn.
Dynamisk omfang (Kompresjon)
En ofte oversett, men viktig parameter for bildeoptimalisering, er dynamisk omfang (Dynamic Range) eller kompresjon. Dette styrer antall gråtoner som vises i bildet. Et høyt dynamisk omfang gir et bilde med mange gråtoner og «mykere» overganger, noe som er nyttig for å se vevstekstur. Et lavt dynamisk omfang gir et bilde med høyere kontrast (mer svart/hvitt), noe som kan være fordelaktig for å tydeliggjøre endokardgrenser, men det kan også skjule subtile patologier som ferske tromber.
Frekvensen på ultralydbølgene og harmonisk avbildning
Valg av frekvens er alltid et kompromiss mellom oppløsning og penetrasjon. Lav ultralydbølgefrekvens (f.eks. 1.5 – 2.5 MHz) gir høy vevspenetrasjon, noe som er nødvendig for pasienter med høy BMI eller emfysem, men gir lavere aksial oppløsning. Høyfrekvente bølger (f.eks. 5.0 – 7.0 MHz) gir svært god bildeoppløsning, men signalet dempes raskt og penetrerer dårligere. For standard transtorakal ekkokardiografi hos voksne benyttes ofte en probe som kan variere frekvensbåndet.
Harmonisk avbildning (Harmonic Imaging)
I moderne kardiologi benyttes nesten utelukkende andreharmonisk avbildning (Second Harmonic Imaging). I stedet for å lytte til samme frekvens som sendes ut (fundamentalfrekvensen), lytter maskinen til signaler med dobbel frekvens som genereres når lydbølgene interagerer med vevet (ikke-lineær propagering). Fordelene med harmonisk avbildning er betydelige:
- Redusert støy («clutter») i nærfeltet, spesielt hos pasienter med vanskelige innsynsforhold (f.eks. lungevev mellom probe og hjerte).
- Bedre lateral oppløsning på grunn av smalere stråleprofil.
- Forbedret kontrast mellom myokard og blod.
Anbefales: Ultralydfysikk og instrumentering
Bildefokus
Fokuset markerer dybden der ultralydstrålen er smalest, noe som gir best lateral oppløsning. Fokuset bør plasseres på nivå med, eller like nedenfor, den anatomiske strukturen man undersøker (f.eks. på nivå med mitralklaffen i apikalt 4-kammerbilde). Man kan velge å bruke flere fokuspunkter (multifokus), men dette reduserer bildefrekvensen dramatisk fordi maskinen må sende ut flere pulser per scan-linje.
Ultralydbølgenes retning og fokus justeres elektronisk ved å variere tidsforsinkelsen i aktiveringen av de piezoelektriske krystallene i en prosess kalt «phasing» (figur 2). Hvis aktiveringen starter ved de laterale krystallene og fortsetter inn mot midten med mikrosekunders forsinkelse, vil bølgefronten krummes og ultralydstrålen bli fokusert (figur 2C).
Bildefrekvens (Frame Rate)
Temporal oppløsning er systemets evne til å presist gjengi objekter i bevegelse over tid. Ekkokardiografi av hjertet krever høy temporal oppløsning for å fange opp raske hendelser som klaffebevegelser og isovolumetrisk relaksasjon/kontraksjon. Dette måles i bildefrekvens (Frame Rate, FPS – frames per second).
For standard 2D-ekko bør bildefrekvensen ligge over 40-50 FPS, og gjerne høyere ved stress-ekko eller ved vurdering av dyssynkroni. Ved bruk av farge-Doppler faller bildefrekvensen betydelig fordi maskinen må prosessere flere pulser per linje for å beregne hastighet.
Det er en fysisk begrensning knyttet til lydens hastighet i vev (ca. 1540 m/s). For å øke bildefrekvensen manuelt, må man redusere tiden det tar å lage ett bilde. Dette gjøres mest effektivt ved å:
- Redusere dybden: Kortere vei for lyden å reise tur-retur.
- Smalne sektoren: Færre scan-linjer per bilde gir raskere oppdatering.
- Zoom: «Write zoom» reduserer både dybde og bredde, og gir optimal bildefrekvens.