Allgemeine Informationen zur Dopplersonographie

Die Dopplersonographie (Dopplerultraschall) und die Duplexsonographie sind zwei sich ergänzende Verfahren in der Ultraschalldiagnostik, die Aufschluss über die Geschwindigkeit des Blutflusses geben und sichere Einblicke in die Funktion der Gefäße ermöglichen, sodass bspw. arterielle Erkrankungen festgestellt, aber auch andere Funktionen, z.B. in der Schwangerschaft, kontrolliert werden können.

D-Mode und B-Mode-Verfahren

Die Dopplersonographie (D-Mode-Verfahren) beurteilt den Blutfluss innerhalb der Gefäße, während bei der Duplexsonographie (B-Mode-Verfahren) der Verlauf der Blutgefäße, das Gefäßkaliber und die Beschaffenheit der Gefäßinnenschichten beurteilt werden.

Die Duplexsonographie kombiniert im Prinzip den klassischen Ultraschall mit der Dopplersonographie zur genaueren Diagnostik von Gefäßerkrankungen. Das besondere an der Dopplersonographie ist die Ausnutzung des Doppler-Effekts, der den Blutfluss und die Fließgeschwindigkeit des Blutes durch Blutgefäße sowohl sichtbar als auch hörbar macht. Ist beispielsweise eine Vene oder ein anderes Gefäß verengt, so ändern sich Fließrichtung und Geschwindigkeit des Blutes. Der Doppler-Effekt geht auf ein physikalisches Prinzip zurück, welches Schallwellen mit veränderter Frequenz bzw. Tonhöhe reflektiert, wenn sie auf einen bewegten Gegenstand treffen.

Funktionsweise der Dopplersonographie

Wie jede andere Ultraschalluntersuchung beruht die Dopplersonographie auf dem Prinzip, dass Ultraschallwellen mit einer Frequenz ins Gewebe ausgesendet werden und sich dort an zirkulierenden roten Blutkörperchen (Erythrozyten) streuen bzw. reflektieren. Diese Streuung ermöglicht, dass die reflektierten Schallwellen vom Schallkopf aufgefangen und im Ultraschall analysiert werden. An ihrer im Vergleich zum ausgesendeten Schall veränderten Frequenz lässt sich die Geschwindigkeit ablesen, mit der sie sich bewegen (Erythrozyten), sowie die Bewegungsrichtung. Das Ultraschallgerät gibt den Frequenzunterschied als Ton wieder und zeigt ihn mit Hilfe einer Farbkodierung auf dem Bildschirm an, wobei die Fließbewegung zum Schallkopf hin meist rot und vom Schallkopf weg blau dargestellt wird.

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Verfahren in der Dopplersonographie

Grundsätzlich lassen sich die zwei medizinischen dopplersonographischen Verfahren in Spektraldoppler-Verfahren und Verfahren zur farbkodierten Flussdarstellung unterteilen.

Spektraldoppler-Verfahren

  • Pulsed-Wave Doppler (PW- Doppler): präzise Geschwindigkeitsmessung und Lokalisierung von Bewegung
  • Continuous Wave Doppler (CW-Doppler): Messung hoher Blutgeschwindigkeit

Farbdoppler-Verfahren

  • Farbdoppler: Unterscheidung zwischen dem arteriellen und dem venösen Blutstrom
  • Amplituden-kodierter Farbdoppler oder Power-Doppler

Der PW-Doppler misst die Dopplersignale in einer definierten Tiefe innerhalb eines Messfensters und zeigt diese in einer Spektralkurve an; eine kurze Abfolge von Ultraschallpulsen wird mit einer definierte Frequenz in einem einzelnen Ultraschallstrahl ausgesendet. Die Schallsonde wechselt ständig zwischen Senden und Empfangen und kann daher den Doppler-Effekt eindeutig einer Tiefe zuordnen. Das Messfenster bestimmt den zu messenden Bereich.

Beim CW-Doppler wird kontinuierlich ein Ultraschallstrahl gesendet und empfangen (unterschiedliche Elemente in der Sonde dienen als Sender bzw. Empfänger). Alle Doppler-Effekte, die in unterschiedlichen Tiefen gemessen sein können, werden gleichzeitig auf einer Skala dargestellt. Der CW-Doppler erlaubt Messungen von hohen Blutgeschwindigkeiten ohne Alias-Effekte, ermöglicht allerdings keine Zuordnung des Signals zu einer definierten Tiefe.

Der Farbdoppler ist ein PW-Doppler aus mehreren Ultraschallstrahlen nebeneinander. Die Doppler-Shift-Signale werden farblich kodiert nach Geschwindigkeit und Richtung dargestellt. Rot bedeutet Fluss zum Schallkopf hin, blau von ihm weg. Interferenzen werden als gelb oder grün dargestellt. Der Farbdoppler weist Alias-Effekte auf.

Der Power-Doppler misst Intensitäten (Amplituden) auf der Grundlage des Doppler-Effekts. Es wird der Energiegehalt des Signals dargestellt, Geschwindigkeiten können mit dem PD nicht gemessen werden. Der Energiegehalt errechnet sich aus dem Quadrat der Amplitude des gemessen Doppler-Effekts aller Flüsse zum und vom Schallkopf weg. Die Richtungsinformationen des Dopplersignals werden nicht ausgewertet. Darum unterliegt der PD keinem Alias-Effekt. Das widerum ermöglicht, sehr niedrige Pulsrepetitionsfrequenzen verwenden zu können, die die Darstellung sehr langsamer Flüsse möglich machen.

Alle Verfahren beruhen auf der Tatsache, dass sich das Echo von einem bewegten Reflektor um eine charakteristische Frequenz ändert, je nachdem, wie schnell sich der Reflektor von der Schallquelle und zugleich vom Schallempfänger weg- bzw. auf ihn zubewegt.

Anwendungsbereiche der Dopplersonographie in der Medizin

Die Dopplersonographie wird zur Gefäßuntersuchung angewendet. Sie wird oft eingesetzt zur Diagnose oder Kontrollen bei:

  • Veränderungen der Gefäßwände durch z.B. Ablagerungen (Arteriosklerose)
  • Arterielle Verschlusskrankheiten
  • Verengungen der Arterien
  • Aussackungen in Blutgefäßen
  • Herzuntersuchungen (Echographie)
  • Schwangerschaft

Dopplersonographie in der Schwangerschaft

Die Dopplersonographie bzw. der Doppler-Ultraschall wird in jedem Fall während der Schwangerschaft, meist zwischen der 19. und 21. SSW, eingesetzt. Diese Untersuchung ermöglicht eine deutliche Klärung der fetalen Versorgung, indem die Geschwindigkeit und die Richtung des fließenden Blutes in Arterien und Venen gemessen wird. Vor diesem Hintergrund wird die Entwicklung und Blutversorgung bestimmter Organe und Gewebe kontrolliert. Der Blutfluss zwischen Gebärmutter und Plazenta sowie zwischen Fetus und Plazenta kann somit eingeschätzt bzw. beurteilt werden.

Das erste Versorgungsgebiet sind Blutgefäße, die den Uterus (Gebärmutter) und die Plazenta (Mutterkuchen) versorgen. Das zweite Versorgungsgebiet betrifft das Kind und den kindlichen Teil der Plazenta. Das wichtigste Gefäß ist die Nabelschnurarterie, die indirekt zeigt, wie das Kind über die Plazenta versorgt wird.

Diese Untersuchungen erweisen sich als wichtig, damit frühzeitig Anzeichen einer kindlichen Störung ausgeschlossen werden können. Mit der Farbdopplersonographie können dabei auch Gefäße zusätzlich farblich dargestellt werden, was für die Herzdiagnostik wichtig ist. Auch wird der Zustand weiterer kindlicher Gefäßgebiete, wie z.B. Hirndurchblutung, eingeschätzt.

Zusammenfassung: Doppler- und Duplexsonographie

Mittels der Kombination aus zwei Verfahren kann sowohl die Struktur von z.B. Gefäßen als auch die Strömungsrichtung - und geschwindigkeit von bewegten Strukturen, wie Blut, wiedergegeben werden. Die Duplexsonographie stellt die Kombination aus PW-Doppler und B-Bild dar. Bei der farbkodierten Duplexsonographie erfolgt zudem eine Kodierung der Strömungsrichtung (rot: zum Schallkopf hin, blau: vom Schallkopf weg) und Geschwindigkeit (je heller der Farbton, desto schneller der Fluss). Unbewegte Strukturen werden in Grauwerten abgebildet.


Vorteile Nachteile
  • Unschädlichkeit für den Organismus
  • Einsatz unschädlicher Ultraschallwellen
  • nicht-invasiv
  • strukturelle und funktionelle Diagnostik möglich
  • bei Schwangerschaft einsetzbar
  • Schallschatten
  • werden Ultraschallwellen an der Grenzfläche stark resorbiert, 
    dringen keine Wellen in die Tiefe 
  • Strukturabgrenzung nicht möglich (relevant bei Darstellung
    von Strukturen, die hinter Knochen liegen oder von Luft überlagert werden
  • Schallverstärkung
  • Reverberation
 

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