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Mehrere Autoren haben schon die Intra- und Interobserver-Variabilität bei der Bestimmung des Schilddrüsenvolumens und knotiger Herdbefunde mit Hilfe des zweidimensionalen (2D) Ultraschalls evaluiert. Darüber hinaus wurde über Interobserver-Korrelationen für Schilddrüsenvolumenmessungen berichtet. Es gibt jedoch keine prospektive verblindete Studie, die die Intra- bzw. Interobserver-Variabilität bei der Volumenbestimmung der gesamten Schilddrüse an gesunden Probanden bzw. einzelner Knoten unterschiedlicher Echogenität an einem Phantom untersucht hat. Die Ergebnisse der Einzelstudien sollen hier vorgestellt und – soweit möglich – miteinander verglichen werden. Im Rahmen einer quantitativen Studie mit dem hier präsentierten Schilddrüsenphantom soll die Intra- und Interobserver-Variabilität bei der 2D-Ultraschallvolumetrie einzelner Knoten unterschiedlicher Größe und Echogenität und der Schilddrüsenlappen evaluiert werden. Da Schilddrüsenknoten wegen des geringeren Volumens und ihrer oft unscharfen Randkontur schwieriger zu entdecken und auszumessen sind als die Gesamtschilddrüse, soll untersucht werden, welche Größenordnungen des Messfehlers auftreten und in welcher Relation sie zueinander stehen. Außerdem soll der methodenimmanente Fehler quantifiziert und detektierbare Volumenänderungen erfassbar gemacht werden. Bisher war in der Schilddrüsensonographie kein geeignetes Phantom verfügbar, das kommerziell erhältlich ist und mit dem qualitativ unterschiedliche intrathyreoidale Herdbefunde untersucht werden können. Die vorliegende Studie an gesunden Probanden hatte das primäre Ziel, die Frage nach der Quantifizierbarkeit von Unsicherheitsfaktoren in der Schilddrüsenvolumetrie durch den konventionellen 2D-Ultraschall im Vergleich zu 3D-Referenzvolumina bei gesunden Erwachsenen möglichst exakt zu beantworten und die Untersucherabhängigkeit der Methode zu demonstrieren. Damit soll die Genauigkeit (Richtigkeit und Präzision) der sonographischen Schilddrüsendiagnostik mathematisch erfasst und eine bessere Bewertungsgrundlage für die Frage nach der Reproduzierbarkeit von Ultraschall-Volumenbestimmungen der Schilddrüse und ihrer pathologischen Veränderungen geschaffen werden. Hierfür wurden möglichst aussagekräftige statistische Parameter wie die Intra- und Interobserver-Variabilität, der systematische und zufällige Fehler, der reine Fehler der Messmethode, minimale, sicher detektierbare Volumenänderungen und im Rahmen einer multivariaten Reliabilitätsanalyse die Reliabilitätskoeffizienten untersucht. Ein weiteres Ziel dieser Studie bestand darin, die Reliabilität der in der klinischen Routine benutzten Ellipsoidformel zur Berechnung des Schilddrüsenvolumens zu überprüfen.
In the first part of his work, the causes for the sudden degradation of useable capacity of lithium-ion cells have been studied by means of complementary methods such as computed tomography, Post-Mortem studies and electrochemical analyses. The results obtained point unanimously to heterogeneous aging as a key-factor for the sudden degradation of cell capacity, which in turn is triggered by differences in local compression.
At high states of health, the capacity fade rate is moderate but some areas of the graphite electrode degrade faster than others. Still, the localized changes are hardly noticeable on cell level due to averaging effects. Lithium plating occurs first in unevenly compressed areas, creating patterns visible to the human eye. As lithium plating leads to rapid consumption of active lithium, a sudden drop in capacity is observed on cell level. Lithium plating appears to spread out from the initial areas over the whole graphite electrode, quickly consuming the remaining useful lithium and active graphite. It can be hypothesized that a self-amplifying circle of reciprocal acceleration of local lithium loss and material loss causes rapid local degradation.
Battery cell designers can improve cycle life by homogeneous pressure distribution in the cell and using negative active materials that are resilient to elevated discharge potentials such as improved carbons or lithium titanate. Also, a sufficiently oversized negative electrode and suitable electrolyte additives can help to avoid lithium plating. When packs are designed, care must be taken not to exert local pressure on parts of cells and to avoid both very high and low states of charge.
In the second part of this dissertation the resilience of cylindrical and pouchbag cells to shocks and different vibrations was investigated. Stresses inflicted by vibration and shock tests according to the widely recognized UN38.3 transport test were compared to a long-time test that exposed cells to a 186 days long ordeal of sine sweep vibrations with a profile based on real-world applications. All cells passed visual and electric inspection performed by TU München after the vibration tests. Only cylindrical cells subjected to long-term vibrations in axial direction showed an increase in impedance and a loss of capacity that could be recuperated in part.
The detailed analyses presented in this thesis gave more details on the damages inflicted by vibrations and shocks and revealed drastic damages in some cases. In cylindrical cells, only movement in axial direction caused damage. Long term vibrations were found to be especially detrimental.
No damage whatsoever could be detected for pouch cells, regardless of the test protocol and the direction of movement. The extreme resilience of pouchbag cells shows that the electrode stack of lithium-ion cells is resistant to vibrations, and that damages are caused by design imperfections that can be improved at low cost.
The findings of this work, and the general state of research show that it is most crucial to control the lithiation and thus potential of the graphite electrode.
In the last part of this work, a new, direct method for charge estimation based on changing transmission is presented. A correlation between transmission of short ultrasonic pulses and state of charge is found. This new technology allows direct measurement of the state of charge. The method is demonstrated for batteries with different positive active materials, showing its versatility. As the observed changes can be traced to the lithiation of graphite, it can be determined without a reference electrode. Already at this early stage of development, the found correlations allow estimation of state of charge. The present hysteresis in the signal height of the slow wave, which is unneglectable especially during discharging at higher currents, will be subject to further investigation.
The observed effects can be explained by effects on different length scales. Biot’s theory explains the second wave’s slowness based on the active material particles size in the range of 0.01 mm and electrolyte-filled pores. Lithiation of graphite changes the porosity of the electrode and thereby the velocity and wavelength of the impulse. When the wavelength approaches the length scale of the layers, 0.1 mm, scattering effects dampen the transmitted signal. Finally, the wavelength of the pulse should be shorter than the transducers diameter to obtain a homogeneous wave front.
To conclude, the new method allows the control of each individual cell in a pack independent from the electrical connections of the cells.
As the method shows great promise, further studies regarding factors such as long-term behavior, temperature and current rates should be conducted. In this thesis hysteresis was observed and a deeper understanding of the reasons behind it may allow further improvements of measurement precision.
Der adoptive Transfer myelinspezifischer, enzephalithogener T-Lymphozyten führt bei Lewis-Ratten zu einer monophasisch verlaufenden Enzephalomyelitis (AT-EAE). Das Tiermodell AT-EAE ist gut geeignet, um die Transmigration von Lymphozyten über die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ins Hirngewebe zu untersuchen. Der Einwanderung aktivierter Lymphozyten in das ZNS-Parenchym geht eine komplexe Kaskade von Zell-Zell-Interaktionen zwischen Lymphozyten und Endothel der BHS voraus. Die endothelialen Adhäsionsmoleküle Intercellular Adhesion Molecule 1 (ICAM-1) und Vascular Adhesion Molecule 1 (VCAM-1) sind entscheidend an diesem Prozess beteiligt. Mit einer kürzlich entwickelten, ultraschallbasierte molekularen Bildgebung und Quantifizierung ist die sequentielle Messung der Moleküle ICAM-1 und VCAM-1 im Verlauf der AT-EAE am lebenden Tier möglich. Schon vor dem Einsetzen der ersten klinischen Symptomatik zeigte sich bei den Versuchstieren ein Anstieg der Expression der Zelladhäsionsmoleküle ICAM-1- und VCAM-1.Diese Expression persistierte unerwartet über das Maximum der klinischen Symptomatik hinaus und bis in die Phasen der frühen Remission. Immunhistochemische Färbungen von Gehirn und Rückenmark bestätigten diese Expressionskinetik in situ. Darüber hinaus konnte histologisch und durchflusszytometrisch eine Persistenz CD4-positiver Lymphozyten in der frühen Remissionphase nachgewiesen werden. Hier war vor allem ein Anstieg der CD4- und FoxP3- positiven regulatorischen T-Zellen in der CD4 Subpopulation festzustellen. Diesen Zellen wird eine wichtige regulatorische Bedeutung für die Beendigung von Entzündungsreaktionen zugeschrieben. Ein experimentellen Beleg dafür, dass regulatorische Zellen in den Phasen der Remission die selben Migrationswege wie proinflammatorische Zellen nutzen, ergab sich durch die Blockade von ICAM-1 mit hohen Dosen eines monoklonalen Antikörpers. Wurde dieser AK in der Progressionsphase der Erkrankung gegeben, resultierte dies in einer signifikanten Reduktion der klinischen Symptomatik. Im Gegensatz dazu führte die spätere Gabe des Antikörpers in der frühen Remission zu einer signifikanten Verschlechterung des Krankheitverlaufes. In Zusammenschau legen diese Ergebnisse die Hypothese nahe, dass Adhäsionsmoleküle wie ICAM-1 nicht nur an der Einwanderung pathogener proinflammatorischer Zellen entscheidend beteiligt sind, sondern dass sie auch die Einwanderung antiinflammorischer und regulatorischer Zellen in das ZNS ermöglichen, die für eine Abschwächung der Gewebsentzündung und Zerstörung wichtig sind. Therapeutische Intervention an der BHS sind auf dem Boden dieser Erkenntnisse wahrscheinlich stadienabhängig wirksam und könnten bei falschem Einsatz mehr schaden als nutzen. Molekulare Bildgebungstechniken, wie hier paradigmatisch für die. ultraschallbasierten SPAQ-Technologie gezeigt, werden deshalb in Zukunft für die Bestimmung der geeigneten Phase einer entzündlichen ZNS Erkrankung und damit den geeigneten Zeitpunkt für eine therapeutische Intervention großes Potential erlangen.
Die Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI) ist eine etablierte Prozedur zur Therapie der Aortenklappenstenose. Bei der transfemoralen TAVI sind Gefäßkomplikationen am Punktionsort weiterhin ein Problem und verantwortlich für einen Hauptteil der Komplikationen. Um eine sichere Punktion in einem nicht-kalzifizierten Gefäßabschnitt sicherzustellen, wurde eine neue Navigationstechnik mit Ultraschallunterstützung verwendet. Wir verglichen 67 konsekutive TAVI-Patienten mit Navigations- und Ultraschall-gestützter Punktion der Leistenarterie mit 67 konsekutiven Patienten mit Fluoroskopischer Punktion.
Depressive disorders represent one of the main sources for the loss of healthy years of life. One of the reasons for this circumstance is the recurrent course of these disorders, which can be interrupted by current therapeutic approaches, especially in the shortterm, but seem to be maintained at least in part in the long-term. Subsequently, on one hand, this thesis deals with methodological measurement issues in the longitudinal prediction of depressive courses. On the other hand, it addresses two currently discussed neuroscience-based treatment approaches, which are investigated experimentally in a basic-psychological manner and reviewed in the light of their potential to translate results to the application in patient care. These two approaches each address potential mechanisms that may negatively impact long-term disease trajectories: First, stable endophenotypes for vulnerability factors that could regain control over the organism and reactivate maladaptive experiences, or behaviors with increasing temporal distance from therapeutic methods are focused on. In the studies presented, these were influenced by a recently rediscovered method of neuromodulation (transcranial low-intensity focused ultrasound) which is discussed in light of its unique capability to address even deepest, subcortical regions at a high spatial resolution. Lastly, as a second approach, an experimental design for the use of reconsolidation interference is presented, which could provide a first insight into the applicability of corresponding protocols in the field of depressive disorders and thus contribute to the modification, instead of inhibition, of already mentioned endophenotypes. In sum, methodological considerations for monitoring and predicting long-term courses of depression are deducted before two approaches are discussed that could potentially exert positive influences on the recurrent nature of depressive symptoms on their own, in combination with each other, or as augmentation for existing therapeutic procedures.
In einigen Punkten konnte diese Arbeit die Ergebnisse früherer Studien bestätigen.
Einstellungs- und Nadelmodi (wenn auch mit unterschiedlicher Ausprägung)
haben einen Einfluss auf die verbesserte Sichtbarkeit der Regionalanästhesienadeln
im Ultraschall. Damit diese sonographisch besser erkannt werden, sollten sie
in einem flacheren Winkel (30-45°) eingestochen werden. Größere Nadellumina
haben einen Vorteil in der Sichtbarkeit im Ultraschall. Auch konnte gezeigt werden,
dass der Nadelschliff einen Einfluss darauf hat, wie gut die Anästhesiekanülenspitze
sonographisch gesehen wird. Allein die (in der Arbeit untersuchten) Nadelbeschichtungs-
Arten brachten keinen wesentlichen Effekt für die verbesserte
Erkennbarkeit.
Es war jedoch auffallend, dass die subjektiven und objektiven Resultate in einem
relativ hohen Maße nicht übereinstimmten. Gründe dafür sehe ich v.a. im gewählten
Verfahren der objektiven Untersuchung (mit der Bildbearbeitungssoftware
muss die region of interest zielgenauer erfasst werden, um störende Umgebungseinflüsse
auszuschließen).
Echogene Nadeloberflächen (auch wenn diese nicht Gegenstand der vorliegenden
Untersuchung waren), weisen eine verbesserte Ultraschall-Reflexion auf. Sie
werden dazu beitragen, dass die sichere Anwendung der USRA weiter zunimmt.
Verbesserte Sonographiegeräte, zusätzliche Hilfsmittel (GPS-Unterstützung) und
neueste Nadelentwicklungen versprechen einen wichtigen Fortschritt auf dem
Gebiet der ultraschallunterstützten Regionalanästhesie (USRA). Diese Weiterentwicklungen
werden der USRA den Stellenwert als Gold-Standard in der
Regionalanästhesie sichern.
This work introduced the reader to all relevant fields to tap into an ultrasound-based state of charge estimation and provides a blueprint for the procedure to achieve and test the fundamentals of such an approach. It spanned from an in-depth electrochemical characterization of the studied battery cells over establishing the measurement technique, digital processing of ultrasonic transmission signals, and characterization of the SoC dependent property changes of those signals to a proof of concept of an ultrasound-based state of charge estimation.
The State of the art & theoretical background chapter focused on the battery section on the mechanical property changes of lithium-ion batteries during operation. The components and the processes involved to manufacture a battery cell were described to establish the fundamentals for later interrogation. A comprehensive summary of methods for state estimation was given and an emphasis was laid on mechanical methods, including a critical review of the most recent research on ultrasound-based state estimation. Afterward, the fundamentals of ultrasonic non-destructive evaluation were introduced, starting with the sound propagation modes in isotropic boundary-free media, followed by the introduction of boundaries and non-isotropic structure to finally approach the class of fluid-saturated porous media, which batteries can be counted to. As the processing of the ultrasonic signals transmitted through lithium-ion battery cells with the aim of feature extraction was one of the main goals of this work, the fundamentals of digital signal processing and methods for the time of flight estimation were reviewed and compared in a separate section.
All available information on the interrogated battery cell and the instrumentation was collected in the Experimental methods & instrumentation chapter, including a detailed step-by-step manual of the process developed in this work to create and attach a sensor stack for ultrasonic interrogation based on low-cost off-the-shelf piezo elements.
The Results & discussion chapter opened with an in-depth electrochemical and post-mortem interrogation to reverse engineer the battery cell design and its internal structure. The combination of inductively coupled plasma-optical emission spectrometry and incremental capacity analysis applied to three-electrode lab cells, constructed from the studied battery cell’s materials, allowed to identify the SoC ranges in which phase transitions and staging occur and thereby directly links changes in the ultrasonic signal properties with the state of the active materials, which makes this work stand out among other studies on ultrasound-based state estimation. Additional dilatometer experiments were able to prove that the measured effect in ultrasonic time of flight cannot originate from the thickness increase of the battery cells alone, as this thickness increase is smaller and in opposite direction to the change in time of flight. Therefore, changes in elastic modulus and density have to be responsible for the observed effect.
The construction of the sensor stack from off-the-shelf piezo elements, its electromagnetic shielding, and attachment to both sides of the battery cells was treated in a subsequent section. Experiments verified the necessity of shielding and its negligible influence on the ultrasonic signals. A hypothesis describing the metal layer in the pouch foil to be the transport medium of an electrical coupling/distortion between sending and receiving sensor was formulated and tested. Impedance spectroscopy was shown to be a useful tool to characterize the resonant behavior of piezo elements and ensure the mechanical coupling of such to the surface of the battery cells. The excitation of the piezo elements by a raised cosine (RCn) waveform with varied center frequency in the range of 50 kHz to 250 kHz was studied in the frequency domain and the influence of the resonant behavior, as identified prior by impedance spectroscopy, on waveform and frequency content was evaluated to be uncritical. Therefore, the forced oscillation produced by this excitation was assumed to be mechanically coupled as ultrasonic waves into the battery cells.
The ultrasonic waves transmitted through the battery cell were recorded by piezo elements on the opposing side. A first inspection of the raw, unprocessed signals identified the transmission of two main wave packages and allowed the identification of two major trends: the time of flight of ultrasonic wave packages decreases with the center frequency of the RCn waveform, and with state of charge. These trends were to be assessed further in the subsequent sections. Therefore, methods for the extraction of features (properties) from the ultrasonic signals were established, compared, and tested in a dedicated section. Several simple and advanced thresholding methods were compared with envelope-based and cross-correlation methods to estimate the time of flight (ToF). It was demonstrated that the envelope-based method yields the most robust estimate for the first and second wave package. This finding is in accordance with the literature stating that an envelope-based method is best suited for dispersive, absorptive media [204], to which lithium-ion batteries are counted. Respective trends were already suggested by the heatmap plots of the raw signals vs. RCn frequency and SoC. To enable such a robust estimate, an FIR filter had to be designed to preprocess the transmitted signals and thereby attenuate frequency components that verifiably lead to a distorted shape of the envelope.
With a robust ToF estimation method selected, the characterization of the signal properties ToF and transmitted energy content (EC) was performed in-depth. A study of cycle-to-cycle variations unveiled that the signal properties are affected by a long rest period and the associated relaxation of the multi-particle system “battery cell” to equilibrium. In detail, during cycling, the signal properties don’t reach the same value at a given SoC in two subsequent cycles if the first of the two cycles follows a long rest period. In accordance with the literature, a break-in period, making up for more than ten cycles post-formation, was observed. During this break-in period, the mechanical properties of the system are said to change until a steady state is reached [25]. Experiments at different C-rate showed that ultrasonic signal properties can sense the non-equilibrium state of a battery cell, characterized by an increasing area between charge and discharge curve of the respective signal property vs. SoC plot. This non-equilibrium state relaxes in the rest period following the discharge after the cut-off voltage is reached. The relaxation in the rest period following the charge is much smaller and shows little C-rate dependency as the state is prepared by constant voltage charging at the end of charge voltage. For a purely statistical SoC estimation approach, as employed in this work, where only instantaneous measurements are taken into account and the historic course of the measurement is not utilized as a source of information, the presence of hysteresis and relaxation leads to a reduced estimation accuracy. Future research should address this issue or even utilize the relaxation to improve the estimation accuracy, by incorporating historic information, e.g., by using the derivative of a signal property as an additional feature. The signal properties were then tested for their correlation with SoC as a function of RCn frequency. This allowed identifying trends in the behavior of the signal properties as a function of RCn frequency and C-rate in a condensed fashion and thereby enabled to predict the frequency range, about 50 kHz to 125 kHz, in which the course of the signal properties is best suited for SoC estimation.
The final section provided a proof of concept of the ultrasound-based SoC estimation, by applying a support vector regression (SVR) to before thoroughly studied ultrasonic signal properties, as well as current and battery cell voltage. The included case study was split into different parts that assessed the ability of an SVR to estimate the SoC in a variety of scenarios. Seven battery cells, prepared with sensor stacks attached to both faces, were used to generate 14 datasets. First, a comparison of self-tests, where a portion of a dataset is used for training and another for testing, and cross-tests, which use the dataset of one cell for training and the dataset of another for testing, was performed. A root mean square error (RMSE) of 3.9% to 4.8% SoC and 3.6% to 10.0% SoC was achieved, respectively. In general, it was observed that the SVR is prone to overestimation at low SoCs and underestimation at high SoCs, which was attributed to the pronounced hysteresis and relaxation of the ultrasonic signal properties in this SoC ranges. The fact that higher accuracy is achieved, if the exact cell is known to the model, indicates that a variation between cells exists. This variation between cells can originate from differences in mechanical properties as a result of production variations or from differences in manual sensor placement, mechanical coupling, or resonant behavior of the ultrasonic sensors. To mitigate the effect of the cell-to-cell variations, a test was performed, where the datasets of six out of the seven cells were combined as training data, and the dataset of the seventh cell was used for testing. This reduced the spread of the RMSE from (3.6 - 10.0)% SoC to (5.9 – 8.5)% SoC, respectively, once again stating that a databased approach for state estimation becomes more reliable with a large data basis. Utilizing self-tests on seven datasets, the effect of additional features on the state estimation result was tested. The involvement of an additional feature did not necessarily improve the estimation accuracy, but it was shown that a combination of ultrasonic and electrical features is superior to the training with these features alone. To test the ability of the model to estimate the SoC in unknown cycling conditions, a test was performed where the C-rate of the test dataset was not included in the training data. The result suggests that for practical applications it might be sufficient to perform training with the boundary of the use cases in a controlled laboratory environment to handle the estimation in a broad spectrum of use cases.
In comparison with literature, this study stands out by utilizing and modifying off-the-shelf piezo elements to equip state-of-the-art lithium-ion battery cells with ultrasonic sensors, employing a range of center frequencies for the waveform, transmitted through the battery cell, instead of a fixed frequency and by allowing the SVR to choose the frequency that yields the best result. The characterization of the ultrasonic signal properties as a function of RCn frequency and SoC and the assignment of characteristic changes in the signal properties to electrochemical processes, such as phase transitions and staging, makes this work unique. By studying a range of use cases, it was demonstrated that an improved SoC estimation accuracy can be achieved with the aid of ultrasonic measurements – thanks to the correlation of the mechanical properties of the battery cells with the SoC.
Einleitung: Harmonic Imaging ist eine neue Ultraschallmodalität mit hoher Orts- und Kontrastauflösung. Mehrere Vergleichsstudien bei Erwachsenen haben gezeigt, dass Harmonic Imaging der konventionellen (=fundamentalen) Ultraschallbildgebung bei verschiedenen Fragestellungen überlegen ist. Ziel dieser Studie war der Bildqualitätsvergleich von fundamentaler Technik und Harmonic Imaging bei Kindern und Jugendlichen mit histologisch gesicherter Appendizitis. Patienten und Methodik: Bei 50 Kindern (m:w=25:25, Altersdurchschnitt: 9,9 Jahre), die unter dem klinischen Verdacht auf Appendizitis operiert wurden, führten wir präoperativ eine Sonographie in fundamentaler und Harmonic Imaging (Tissue Harmonic Imaging-THI- Sonoline Elegra®, Siemens) Technik durch. Es wurde ein 7,5-MHz-Linear-Schallkopf verwendet, welcher in beiden Modalitäten zu bedienen war. Eine detaillierte und vergleichbare Darstellung des Unterbauchs, insbesondere der Appendixregion, wurde mit beiden Techniken durchgeführt. Die mittels eines standardisierten Auswertungsbogens gewonnenen Daten wurden miteinander verglichen, mit den histologischen Befunden korreliert und statistisch ausgewertet. Zusätzlich wurde die Bildqualität im Rahmen einer Paarauswertung (geblindete Bildpaare: THI-fundamental) anhand einer 10-stufigen Rating-Skala (1=sehr schlecht bis 10=hervorragend) beurteilt. Ergebnisse: Bei 43/50 (86%) Patienten lag histologisch eine Appendizitis vor. Die sonographisch gestellte Verdachtsdiagnose besaß eine Sensitivität von 98% und eine Spezifität von 94%. Bei 37/43 Patienten konnte die Appendix mittels fundamentaler Technik, bei 40/43 Patienten mittels THI direkt dargestellt werden. THI erwies sich als signifikant überlegen bei der Darstellung der Außenkontur, der Wandschichtung, des Schleimhautechos und des Lumeninhaltes (p<0,0001). Auch bei der Beurteilung der Umgebungsechogenität, von freier Flüssigkeit, sowie mesenterialer Lymphknoten bot das THI Verfahren eine überlegene Darstellbarkeit. Bei der Paarauswertung ergab sich für THI ein mittlerer Rang von 8,1 und für die fundamentale Bildgebung ein Rang von 6,3. Schlussfolgerung: Bei der sonographischen Diagnostik der Appendizitis zeigt die Technik des THI eine der fundamentalen signifikant überlegene Bildqualität. Wenn beide Methoden vorhanden sind, sollte bei der Frage nach einer Appendizitis die Harmonic Imaging Technik bevorzugt eingesetzt werden.
Die vorliegende sonographische Studie zur Anatomie und Punktion der großen Blutgefäße am Hals befasste sich vor allem mit folgenden Fragestellungen: Wie tief etwa liegt die VJI unter der Hautoberfläche? Ist die Gefäßgröße abhängig von Alter, Geschlecht, BMI, Blutdruck, positiv endexspiratorischem Beatmungsdruck (PEEP), Halsumfang oder dem zentralvenösen Druck (ZVD)? Wie und in welchem Ausmaß verändern sich die Durchmesser der Vena jugularis interna (VJI) und der Arteria carotis communis (ACC) unter einem Lagewechsel von der 0°-Position in die sitzende Position? Wie hoch ist die Inzidenz von Thromben in der VJI? Insgesamt wurden 101 kritisch kranke und beatmete Patienten der operativen Fachgebiete in die Untersuchung aufgenommen. Die sonographische Untersuchung erfolgte nach folgendem Protokoll: Zuerst wurden die Durchmesser der VJI und der ACC in 0°-Rückenlage auf der rechten sowie linken Seite in Inspiration, Exspiration, auf Ringknorpelhöhe und drei Zentimeter oberhalb davon gemessen. Daraufhin wurden die Messungen in sitzender Position (45°) wiederholt. Die Punktionsstelle des ZVK und das Vorhandensein von Thromben oder Plaques wurden registriert. Die Querschnittsfläche der VJI sowohl in Horizontallage als auch in (halb)sitzender Position des Patienten war in Inspiration signifikant größer als am Ende der Exspiration, rechts größer als links, und auf Ringknorpelhöhe größer als drei Zentimeter oberhalb des Ringknorpels. Bei Lagewechsel in die sitzende Position zeigte sich zwar eine mittlere Reduktion der Querschnittsfläche der VJI um 25%, die VJI war aber dennoch gut sonographisch darstellbar und nicht kollabiert. Ein signifikanter Unterschied der Gefäßgröße lag einzig zwischen den Geschlechtern vor. Bei Männern war beidseits die VJI signifikant größer als bei Frauen. Die anderen untersuchten Faktoren hatten keinen statistisch signifikanten Einfluss auf die Querschnittsfläche der Venen. Der Gefäßmittelpunkt der VJI lag im Durchschnitt auf der rechten Seite 2,1 ± 0,4 cm und links 1,9 ± 0,4 cm unter der Hautoberfläche. Die Punktionsstelle der VJI in der Tiefe des Gewebes liegt durchschnittlich auf Höhe des Ringknorpels. Es fand sich eine unerwartet hohe Thromboserate mit Lumeneinengungen der VJI von ca. 30%, die in der Mehrzahl der Fälle katheterassoziiert war. Wir schließen aus diesen Ergebnissen, dass beatmete männliche wie weibliche Patienten zum Legen eines zentralvenösen Katheters für die Punktion der VJI nicht in Kopftieflage verbracht werden müssen, wenn die Kannülierung unter bildgebender Ultraschallkontrolle erfolgt. Die Punktionskannüle sollte etwa 2 cm oberhalb des Ringknorpels im 45°-Winkel durch die Haut geführt werden. In der Regel sollte die Kanüle dann nach ca. 2,5 cm die Gefäßwand erreichen und sich bei maximal scharfem Schliff in das Gefäß einführen lassen. Die hohe Inzidenz von katheterassoziierten Thromben in der VJI weist auf das Risiko kleinerer rezidivierender Lungenembolien und thrombenassoziierter Katheterinfektionen hin, selbst wenn es sich um heparinisierte Intensivpatienten handelt. Möglicherweise ist die regelmäßige sonographische Kontrolle der am Hals eingeführten zentralen Venenkatheter ein probates Mittel, um dieses Risiko durch Früherkennung zu vermindern.
Ziel: Versuch der Definition von Lebertumoren mit quantitativem dynamischem kontrast-verstärktem Ultraschall anhand der Beurteilung der Vaskularisation, wash-in, wash-out über einen definierten Zeitraum. Korrelation mit histologischen Befunden. Patienten und Methode: 42 Leberläsionen in 39 Patienten wurden mittels „Contrast Harmonic Imaging“ (CHI) über einen Zeitraum von 2 min nach einer Bolusinjektion von 10 ml Levovist® (300mg/ml, Schering AG, Berlin) untersucht. Die Untersuchungen wurden an einem Sonoline Elegra® (Siemens AG, Erlangen) mit einem frequenzvariablen 3,5 MHz Schallkopf durchgeführt. Das Kontrastmittelverhalten der Leberläsionen wurde durch eine speziell für Ultraschallkontrastmittel entwickelte Software (Axius™ ACQ (Siemens, Issaquah, WA)) quantifiziert. Repräsentative ROI wurden in das Zentrum der Läsion, über die gesamte Läsion, in normales Leberparenchym, sowie in repräsentative Lebergefäße (Leberarterie, Lebervene, Portalvene) gelegt. Die Kontrastmittelaufnahme der Leberläsionen wurde unterteilt in arteriell, portal-venös oder venös. Des Weiteren erfolgte eine Unterteilung in hypovaskular, isovaskular und hypervaskular im Vergleich zum normalen Leberparenchym. Zusätzlich wurde das Kontrastmittelverhalten innerhalb der Läsion beurteilt und unterteilt in zentrifugal, zentripetal, peripher und komplett. Alle Leberläsionen wurden vor und nach Kontrastmittelgabe von vier im Ultraschall, CT und MRT erfahrenen Radiologen ausgewertet ohne Kenntnis der Patientendaten oder des histologischen Ergebnis. Das Diagnosekriterium maligne wurde mittels einer ROC-Analyse ausgewertet. Zusätzlich wurden die durchschnittliche Sensitivität, Spezifität, sowie der positive und negative Vorhersagewert berechnet. Ergebnisse: Von 36 Raumforderungen lagen histologische Befunde vor. Histologisch ergaben sich 29 maligne Läsionen (HCC, n=11; CCC n=1; Lymphom, n=1, Metastasen, n=16) und 7 benigne Läsionen (Hämangiom, n=1; FNH, n=4, Adenom n=2). 4 FNH´s und 1 Hämangiom waren durch NUK, MRT und durch Langzeitkontrollen bestätigt. Die Auswertung der ROC-Analyse in Bezug auf das Kriterium maligne schwankte vor Kontrastmittelgabe zwischen 0,43 und 0,62 (Durchschnitt 0,57) und nach Kontrastmittelgabe zwischen 0,7 und 0,8 (Durchschnitt 0,75). Die durchschnittlichen Werte für die Sensitivität, Spezifität, negativer und positiver Vorhersagewert betrugen vor Kontrastmittelgabe 66%, 26%, 45% und 73% nach Kontrastmittelgabe 83%, 49%, 65% und 82%. Diskussion: Die Quantifizierung der verstärkten Gefäßdarstellung in Lebertumoren nach Bolus-Applikation eines Ultraschallkontrastmittels verbessert die Zuordnung zu einem malignen Prozess im Vergleich zum nativen Ultraschall. Um zuverlässigere Diagnosen stellen zu können ist eine Verbesserung der Auswertesoftware sowie die Berücksichtigung der neuen Generation von Ultraschallkontrastmitteln notwendig.