Echografie Techniek

  • Algemeen

  • Techniek
    - Transducers
    - Frequentie
    - Verschillende vlakken
    - Weerkaatsing/afbuiging/absorptie/scatter
    - Color Doppler
    - Duplex Doppler

  • Artefacten

Algemeen

Echografie is een onderzoek dat laagdrempelig ingezet kan worden. Het is namelijk relatief goedkoop en snel. Daarnaast wordt de patiënt niet blootgesteld aan ioniserende straling. 
Figuur 1 toont een overzicht om een idee te geven waar het echo onderzoek allemaal voor ingezet kan worden. De lijst bevat alleen onderzoeken die door de radioloog worden verricht, zo wordt bijvoorbeeld het prenatale echo onderzoeken bij zwangere vrouwen uitgevoerd door gespecialiseerde verloskundigen.

Figuur 1. Globaal overzicht van echo onderzoek indicaties.

Een groot voordeel van de echo is dat het klinisch beeld in sommige gevallen, bijvoorbeeld bij lokale drukpijn of palpabele zwelling, meteen te correleren is met bevindingen op het echobeeld. Bovendien is het een dynamisch onderzoek met bewegende beelden. Dit kan handig zijn om bijvoorbeeld een hernia inguinalis aan te tonen tijdens Valsava of de comprimeerbaarheid van de galblaas of vaten te beoordelen (fig. 2). 

Figuur 2. Hernia inguinalis (verricht tijdens Valsava gevolgd door compressie).

Helaas heeft echo-onderzoek ook enkele beperkingen. Niet alle patiënten zijn even geschikt voor een echo onderzoek. Bij adipeuze patiënten kan het vrij lastig zijn om alles goed in beeld te krijgen (fig. 3). Daarnaast is de kwaliteit van het onderzoek sterk afhankelijk van de ervaring van degene die de echo uitvoert.

Figuur 3. Verschil in beeldkwaliteit bij een adipeuze versus slanke patiënt. 

Voor verdere details over een specifiek echo onderzoek wordt verwezen naar het desbetreffende college, bijv. college Echo abdomen algemeen (= in opbouw).

Techniek

Echografie werkt met geluidsgolven. Deze worden in het lichaam teruggekaatst, afgebogen of geabsorbeerd. De teruggekaatste geluidsgolven produceren het uiteindelijke echobeeld. Hoe meer geluidsgolven gereflecteerd worden hoe echorijker/hyperechogener (=witter) het weefsel afgebeeld wordt. Bij verminderde reflectie zal het beeld echoarmer/hypo-echogener zijn en bij afwezige reflectie anechogeen (=zwart) zijn. 
De geluidsnelheid door het weefsel en de dichtheid van het weefsel beïnvloeden het uiteindelijk verkregen echobeeld. Weefsel met een hoge dichtheid genereerd bijvoorbeeld relatief veel echoreflecties (o.a. bot/kalk) en zal hyperechogeen worden afgebeeld. Vocht reflecteert geen geluidsgolven en is daardoor anechogeen (=zwart). Zacht weefsel (o.a. organen) bevindt zich ergens tussen hyperechogeen en anechogeen. Iso-echogeen is als het weefsel dezelfde echogeniciteit heeft t.o.v. het omliggende weefsel (fig. 4/5).  

Figuur 4. Echogeniciteit met de bijpassende termen.

Figuur 5. Voorbeeld van een echo abdomen onderzoek. Merk de verschillende echogeniciteiten op van de verschillende structuren.

Transducers

Over het algemeen wordt gebruik gemaakt van drie verschillende transducers (fig. 6). Een sector, lineaire en convexe transducer. Bij de sector transducer worden de geluidgolven via een waaierachtige bundel uitgezonden. De kop van de transducer is klein en de bundel is smal nabij de transducer. Naarmate de bundel verder van de transducer af komt, verbreedt deze zich waardoor er meer in beeld gebracht kan worden van de diepere structuren. Deze transducer wordt met name gebruikt bij echo schedel van een neonaat. Hierbij wordt met de kleine transducer kop tussen de nog niet-gefuseerde schedelnaden gekeken naar het hersenparenchym. De lineaire transducer zendt parallelle geluidgolven uit en zorgt voor een goede resolutie van oppervlakkige structuren (o.a. huidlaesies). De convexe transducer zendt parallelle geluidgolven uit vanaf een convex oppervlak. Hierdoor worden de geluidsgolven in een waaierachtige bundel uitgezonden zoals bij de grote convexe transducer, alleen is er meer ruimte tussen de geluidgolven nabij de transducer. Dit is de meest gebruikte transducer bij de echo abdomen.

Figuur 6. De convexe, lineaire en sector transducer met verschillende geluidsbundels. 

In figuur 7 is een voorbeeld te zien van een echo onderzoek van de rechter nier waarbij gebruik gemaakt wordt van een convexe transducer.

Figuur 7. Echo onderzoek van de rechter nier (convexe transducer). Merk de verplaatsing van de nier op tijdens een rustige ademhaling. De zwarte (hypoechogene) verticale strepen die voorbij komen zijn de ribben.  

Frequentie

Naast de vorm van de transducer is ook de gebruikte frequentie belangrijk voor de beeldkwaliteit. Frequenties tussen de 2.5 en 7.5 MHz worden gebruikt voor diagnostische echografie. Een hoge frequentie zorgt voor een hogere beeldresolutie, maar daarbij kan minder diep gekeken worden (= lagere penetratiediepte). Met een lage frequentie wordt de resolutie lager, maar de penetratiediepte hoger. 

Verschillende vlakken

Met een transducer wordt transversaal en sagittaal beoordeeld. Door de transducer te verschuiven over de huid, wordt er een serie echobeelden verkregen die parallel aan elkaar gerangschikt zijn. Elk gedeelte van het lichaam kan op die manier systematisch bekeken worden. Een andere techniek is het kantelen van de transducer. Hierbij wordt de transducer op dezelfde plaats gehouden, alleen een kwartslag geroteerd en wordt alleen de geluidsbundel van richting veranderd. Op deze manier is het mogelijk om structuren in twee richtingen te beoordelen.
Op deze manier kan in craniocaudale richting (= transversale vlak) en in de links-rechts richting (=sagittale vlak) gescand worden.
Belangrijk: de locatie en richting  van de transducer op de huid van de patiënt bepaalt uiteindelijk wat voor/achter en links/rechts is op het verkregen beeldmateriaal. 

Over het algemeen geldt in het transversale vlak (fig. 8): 

  • de bovenkant van het echobeeld is de anterieure zijde en de onderkant is de posterieure zijde. 
  • links op het echobeeld is in werkelijkheid  rechts en visa versa.  Je kijkt als het ware onderaf tegen het lichaam aan (net zoals bij een transversale coupe van een CT scan.

Figuur 8. De linker nier in het transversale vlak.

Over het algemeen geldt in het sagittale vlak (fig. 9): 

  • de bovenkant van het echobeeld is de anterieure zijde en de onderkant is de posterieure zijde. 
  • de rechterkant op het echobeeld is het voeteinde (=caudaal) en de linkerkant is het hoofdeinde (=craniaal)

De beelden kunnen tijdens het onderzoek direct afgelezen worden op het beeldscherm.
Oriëntatie tip bij het live bijwonen van een onderzoek: de bovenkant van het beeld is de plek waar de geluidsgolven als eerste binnenkomen in de patiënt. De bovenkant is dus altijd, ongeacht van de positie en draaiing, de huidzijde.

Figuur 9. De linker nier in het sagittale vlak.

Weerkaatsing/afbuiging/absorptie/scatter

Wanneer geluidsgolven zich verplaatsen op het grensvlak tussen twee media met verschillende dichtheid, wordt een deel van de bundel teruggekaatst richting de transducer. Dit fenomeen wordt weerkaatsing genoemd. De rest van de bundel verplaatst zich verder in het weefsel, maar onder een andere hoek. Dit wordt afbuiging genoemd. Tijdens het doordringen van de geluidsgolven door weefsel wordt een deel van de energie omgezet in warmte. Dit verlies aan energie wordt absorptie genoemd. Tot slot gaat een deel van de geluidsgolven verloren aan scatter. Dit gebeurt bij het verplaatsen van geluidsgolven door imhomogeen weefsel of bij een ‘hard’ grensvlak (= groot verschil in densiteit tussen de twee media). Daarbij wordt een deel van de geluidsgolven in een willekeurige richting teruggekaatst, waarvan een klein deel ook richting de transducer. Zie voor het overzicht figuur 10.

Figuur 10. Transmissie, reflectie, afbuiging, absorptie en scattering van de geluidsgolven bij een overgang van twee media.

Color Doppler

De bloedstroompatronen kunnen bekeken worden m.b.v. de echo Doppler. Een van de toepassingen van de echo Doppler is de color Doppler. Hiermee kan de aanwezigheid van flow en de flowrichting van een bloedvat beoordeeld worden. 
Geluidsreflecties van een bewegend object ondergaan veranderingen in frequentie. Tijdens het onderzoek wordt het verschil tussen de verzonden frequentie en de ontvangen frequentie bepaald; de frequentie shift/Doppler shift (fig. 11).

Figuur 11. Doppler shift; verschil tussen verzonden frequentie en ontvangen frequentie.

De Doppler shift en de Doppler hoek (fig. 12) worden vervolgens in een berekening verwerkt, waarna bloedstroompatronen bepaald kunnen worden. NB de specifieke Doppler berekening zal niet verder toegelicht worden in dit college.

Figuur 12. De Doppler geluidsgolf maakt een hoek met het stromende bloed in het bloedvat; de Doppler hoek.

Zoals eerder gezegd ondergaan bewegend objecten een verandering in frequentie. De frequentieveranderingen worden bij color Doppler op het scherm in de kleur weergegeven. Bij blauw stroomt het bloed van de transducer vandaan en bij rood stroomt het bloed richting de transducer (NB blauw en rood is niet per se gelijk aan resp. zuurstofarm bloed en zuurstofrijk bloed). Toelichting: als bloed richting de transducer beweegt dan zal de golflengte van de geluidsgolf korter worden en de geluidsfrequentie toenemen (positieve doppler shift). Het tegenovergestelde zal plaatsvinden bij bloed dat van de transducer vandaan beweegt (= negatieve doppler shift). Zie ook figuur 13.

Figuur 13. Verschillende frequenties en golflengtes bij stromend bloed. 

Duplex Doppler

Het flowsignaal van een bloedvat kan ook weergegeven worden in een spectrum. 
De Doppler shift wordt op de verticale lijn weergeven en de tijd op de horizontale lijn (fig. 14/15). Bloed dat richting de transducer stroomt heeft een positieve Doppler shift en wordt boven de lijn weergegeven.  De flow onder de lijn heeft een negatieve Doppler shift (= flow van de transducer vandaan).

Figuur 14. Opname zonder en met color Doppler flow van de aorta (sagittale richting).

Figuur 15. Duplex Doppler van de aorta (sagittale richting) 

Artefacten

Het echo onderzoek kent een hele lijst van echo artefacten die men tegen kan komen tijdens het onderzoek. Helaas kunnen deze artefacten niet allemaal besproken worden in dit college.
Twee belangrijke artefacten worden hier toegelicht; slagschaduw en posterieure geluidstransmissie. Ondanks dat het gaat om artefacten zijn deze twee juist goed bruikbaar in de praktijk. 

Slagschaduw

Slagschaduw wordt veroorzaakt door twee verschillende fenomenen, namelijk totale weerkaatsing of absorptie. Totale weerkaatsing treedt op bij het grensvlak van gas/weefsel door het grote verschil in dichtheid tussen gas en weefsel. Totale absorptie treedt op wanneer geluidgolven worden geabsorbeerd door kalkhoudende structuren (= o.a. stenen, bot). De geluidgolven worden (vrijwel) volledig teruggekaatst/geabsorbeerd, waardoor er geen geluidsgolven in het gebied achter deze structuren meer over zijn. Dit zorgt ervoor dat dit deel op het echobeeld volledig echoloos (= zwart) wordt afgebeeld en wordt slagschaduw genoemd. (fig. 16).

Figuur  16. Slagschaduw t.g.v. darmgas als gevolg van weerkaatsing.

Slagschaduw is belangrijk bij de detectie van o.a. peescalcificaties, stenen of vrij lucht. Het artefact wordt ook gebruikt voor het onderscheid tussen solide en verkalkte massa’s, bijvoorbeeld galblaaspoliep (fig. 17) vs. galsteen.

Figuur 17. Slagschaduw t.g.v.  een galsteen als gevolg van absorptie van geluidgolven door de kalkhoudende steen.

Posterieure geluidstransmissie

Om een cyste te onderscheiden van een solide laesie worden twee artefacten gebruikt, namelijk de achterwandversterking en de verhoogde geluidstransmissie. Deze fenomenen treden op als geluidgolven zich verplaatsen door een echoloze structuur, meestal een cyste. De geluidsbundel verliest weinig energie tijdens het passeren van het vocht in de cyste. Daarom is er in de achterwand en achter deze structuur meer energie over in de geluidbundel, dan op hetzelfde niveau in het omgevende gebied (NB het omliggende weefsel is meer solide). Er zal dus meer energie over zijn om te reflecteren naar de transducer. Dit zorgt voor een echorijke achterwand en echorijk gebied achter de cyste (fig. 18).

Figuur 18. Niercyste met achterwandversterking en verhoogde geluidstransmissie

De posterieure geluidstransmissie is een goed hulpmiddel om een cyste te onderscheiden van een solide laesie (fig. 19).

Figuur 19. Een levercyste met achterwandversterking en verhoogde geluidstransmissie vs. een solide leverlaesie. Merk op de cyste echoloos is, in tegenstelling tot de echorijke solide leverlaesie (de solide laesie bleek uiteindelijk op een CT onderzoek een hemangioom te zijn).

Bronnen

  • B. Block. Abdominal Ultrasound: Step by Step (2004).
  • W.D. Middleton et al. The Requisites – Ultrasound (2004).
  • J. Bates. Abdominal Ultrasound: How, why and when (2011).

Auteurs

Tekst & casuïstiek:

drs. F.Y. Jiang (AIOS radiologie LUMC),
dr. R. van den Boom (abdomen radioloog & onderwijscoördinator LUMC)

Bewerking illustraties: 

drs. A. van der Plas (AIOS radiologie LUMC)

20 februari 2016.