Frage 1
Was ist Ultraschall?
Antwort
Als Schall bezeichnet man mechanische Schwingungen in einem elastischen Medium. Ultraschall ist Schall mit Frequenzen oberhalb des Hörfrequenzbereichs des Menschen ab 20 kHz bis 10 GHz. In Gas oder Flüssigkeiten breitet sich Ultraschall überwiegend als Longitudinalwellen aus, in Festkörpern auch als Transversalwellen.
Ultraschallwellen sind mechanische Schwingungen oberhalb des Hörfrequenzbereichs des Menschen und breiten sich überwiegend als Longitudinalwellen aus.
Der Hörbereich, der vom menschlichen Gehör wahrgenommen werden kann, liegt bei einer Frequenz von 16-20 Hz bis 16-20 kHz. Tiefe Frequenzen unter 16 Hz bezeichnet man als Infraschall. Ultraschall kann von manchen Tieren wie Fledermäusen oder Walen wahrgenommen werden.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen hängt von der Dichte und Kompressibilität des untersuchten Gewebes ab. In Luft ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall am niedrigsten (ca. 330 m/s) und in Knochen am höchsten (ca. 3300 m/s).
Ultraschall wird vom Gewebe absorbiert, reflektiert und gestreut. Je tiefer die Ultraschallwelle in das Gewebe eindringt, desto stärker wird diese abgeschwächt.
Ein typischer Ultraschallimpuls besitzt einen positiven und einen negativen Spitzendruck
.
Frage 2
Beschreibe das Funktionsprinzip der Sonographie.
In der Sonographie verwendet man Ultraschallwellen mit Frequenzen zwischen 1 und 40 MHz. Die Ultraschallwellen werden mit Hilfe einer Sonde erzeugt und ausgesendet und vom Gewebe unterschiedlich reflektiert und gestreut (Echogenität). Die reflektierten Echos werden von der Sonde wieder empfangen und ausgewertet.
Aus der Schallgeschwindigkeit vom Sender/Empfänger zum untersuchten Organ wird die Tiefe der Struktur ermittelt. Die Stärke der Reflexion wird vom Ultraschallgerät als Grauwert auf einem Monitor dargestellt (B-Mode). Somit entsteht durch die Abstände und Intensität der Echos ein 2D Live-Bild. Echoreiche Strukturen sind Knochen oder Gase, echofreie Strukturen sind Flüssigkeiten und Blut.
Frage 3
Beschreibe das Prinzip der akustischen Impedanz.
Die akustische Impedanz ist ein Maß für den Widerstand, die der Ausbreitung der Ultraschallwellen entgegensteht. Es ist das Produkt aus der Dichte des Stoffes und der Schallgeschwindigkeit. Je höher der Impedanzunterschied, desto mehr wird die Schallwelle reflektiert.
Der Impedanzunterschied zwischen Luft und Wasser ist stark ausgeprägt, sodass ein wasserhaltiges Gel zwischen Sonde und der Oberfläche des untersuchten Gewebes verwendet werden muss.
Frage 4
Was ist der piezoelektrische Effekt?
Der piezoelektrische Effekt beschreibt das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern durch elastische Verformung/mechanischen Druck.
Frage 5
Wozu wird der piezoelektrische Effekt verwendet?
Erkläre kurz das Funktionsprinzip.
Der piezoelektrische Effekt wird verwendet, um Ultraschallwellen auszusenden und zu empfangen. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an Kristallen (im Schallkopf eingelagert) führt zu einer Gestaltänderung. Bei dieser Gestaltänderung sendet das Kristallelement Ultraschallwellen aus.
Im Umkehrschluss führen die empfangenen Ultraschallwellen zu einer mechanischen Verformung des Kristalls und damit zu einer Veränderung des elektrischen Potenzials, welches als Bild dargestellt werden kann.
Frage 6
Nenne die zwei Formen der Schallabgabe.
Ultraschall kann kontinuierlich oder gepulst abgegeben werden.
Bei der kontinuierlichen Schallabgabe kommt es zu einer höheren Wärmeentwicklung als bei der gepulsten Abgabe. Die Ultraschalltherapie (z.B. Einsatz zur Frakturheilung) macht sich beide Formen zu Nutze, jedoch liegt aktuell keine Evidenz der Wirkung bzw. keine Behandlungsempfehlung vor [Schandelmaier et al. 2017].
Frage 7
Erkläre den Zusammenhang zwischen Schallfrequenz, Eindringtiefe und Auflösung in der Sonographie.
Je höher die Schallfrequenz, desto geringer die Eindringtiefe und desto höher die Auflösung.
Frage 8
Erkläre die Wirkung von Ultraschall-Kontrastmittel.
Wofür wird es verwendet?
Ultraschall-Kontrastmittel sind gasgefüllte Mikrobläschen (1-10 μm), die intravenös verabreicht werden. Die echoreichen Mikrobläschen sind in der Lage, das Echosignal aufgrund des hohen Impedanzunterschiedes zwischen den Grenzflächen Blut und Gas um ein Vielfaches zu verstärken.
Ultraschall-Kontrastmittel werden typischerweise zur Detektion und Charakterisierung von Leber- oder Pankreasläsionen angewandt. Darüber können sie für Perfusionsdarstellungen (z.B. in Niere oder Herz) oder Gefäßdarstellungen (z.B. nach endovaskulärer Aortenreparatur) verwendet werden.
Frage 9
Welche verschiedenen Ultraschallsonden kennst Du?
Man unterscheidet:
- Sektorschallkopf
- Linearschallkopf
- Konvexschallkopf
Beim Sektorschallkopf sind die Kristalle ringförmig angeordnet und erzeugen dadurch ein dreieckiges Bild.
Beim Linearschallkopf sind die Kristalle linear bzw. parallel angeordnet und erzeugen dadurch ein rechteckiges Bild.
Der Konvexschallkopf ist eine Kombination aus Linear- und Sektorschallkopf und besitzt eine konvexe Ankopplungsfläche mit vermehrter Übersicht gegenüber dem Linearschallkopf.
Daneben gibt es noch weitere Spezialsonden wie Vaginalsonde, Rektalsonde, transösophageale, intravaskuläre oder intrakardiale Sonden.
Frage 10
Nenne die Anwendungsgebiete der verschiedenen Schallköpfe.
Der Linearschallkopf besitzt eine Eindringtiefe von ca. 1-5 cm (ca. 5-20 MHz) und wird typischerweise zur Darstellung von oberflächlichen Strukturen (z.B. Haut, Nerven, Muskeln) und Blutgefäßen verwendet.
Der Sektor- und Konvexschallkopf besitzen eine Eindringtiefe von ca. 10-20 cm (ca. 1-10 MHz). Der Sektorschallkopf wird zur Darstellung von kardialen Strukturen eingesetzt. Der Konvexschallkopf wird typischerweise zur Darstellung des Abdomens verwendet.
Frage 11
Nenne die technischen Möglichkeiten zur Optimierung der Bildqualität in der Sonographie.
Es gibt folgende Möglichkeiten zur Optimierung der Bildqualität in der Sonographie:
1. Verwendung der am besten geeignetsten Ultraschallsonde für die entsprechende Fragestellung (hohe Frequenz für geringe Eindringtiefe und umgekehrt)
2. Optimierung der Fokuszone
3. Erhöhung der Ausgangs- bzw. Sendeleistung („Power“)
4. Erhöhung der Gesamtverstärkung („Gain“)
5. Variation der tiefenabhängigen Verstärkung
Zu 2:
Das Schallfeld breitet sich unterhalb des Schallkopfs nicht gleichförmig aus. Es werden drei Bereiche unterschieden (Nahfeld, Fokuspunkt und Fernfeld), von denen der Fokuspunkt die höchste Auflösung besitzt.
Zu 5:
Die Verstärkung lässt sich mit Hilfe von Reglern variieren. Es lässt sich eine konstante Verstärkung erreichen, bei der das Bild in der Tiefe gedämpft ist. Bei der selektiven Anpassung können bestimmte Bereiche hervorgehoben werden und bei der optimalen Einstellung wird eine homogene Verstärkung bis in die Tiefe erreicht.
Frage 12
Nenne die Vorteile der Sonographie.
Die Sonographie ist eine nichtinvasive Methode zur Schnittbilddiagnostik, welche schnell durchführbar ist und ohne Strahlenexposition auskommt. Das Schnittbild wird in Echtzeit dargestellt und Flüssigkeitsströme können dynamisch ausgewertet werden.
Frage 13
Nenne die Nachteile der Sonographie.
Je tiefer das untersuchte Gewebe lokalisiert ist, desto schlechter wird die Raumauflösung und Weichteilkontrastauflösung. Gas und Knochen verhindern die Ausbreitung der Ultraschallwellen, da diese stark reflektiert werden. Somit ist die Untersuchung in gasgefüllten Organen (Lunge, Darm) und unterhalb des Knochens (Schädel, Rückenmark) erschwert. Darüber hinaus ist die Sonographie kein valides Verfahren, da es stark von Untersucher*innen abhängig ist.
Frage 14
Welches Nebenwirkungsprofil besitzt die Sonographie?
Wie wirken sich die Ultraschallwellen biologisch auf den Körper aus?
Man unterscheidet thermische und mechanische Wirkungen (inklusive Kavitation) von Ultraschallwellen.
Die vom Gewebe absorbierte Energie wird zum Teil in Wärme abgegeben. Die erzeugte Wärmeintensität ist am niedrigsten im B-Modus und am höchsten im gepulsten Dopplermodus.
Die periodische Über- und Unterdruckphase der Ultraschallwellen verursacht eine mechanische Schwingung des Gewebes. Bei hohen Sendeleistungen und Frequenzen kann es zu ausgeprägten mechanischen Kräften kommen, die man sich z.B. in der extrakorporalen Stoßwellen-Lithotripsie zu Nutze macht.
Während der Unterdruckphasen der Ultraschallwellen können in Flüssigkeiten kurzlebige, kleine Dampf- oder Glasbläschen auftreten (Kavitation).
Ultraschallwellen haben thermische und mechanische Wirkungen (inklusive Kavitation)!
Indizes zur Risikoabschätzung ist der thermische Index (TI) und mechanische Index (MI). Diese basieren auf Modellrechnungen und experimentellen Untersuchungen. Gesundheitsrelevante Wirkungen treten erst bei Überschreiten charakteristischer Größen auf.
Die thermische Wirkung macht man sich beispielsweise bei der (meist in Studien eingesetzten) lokalen Therapie in der Onkologie mit hochintensivem fokussiertem Ultraschall (HIFU) zu Nutze.
Durch die Kavitation können Zellen und Gewebestrukturen zerstört werden mit besonderer Gefährdung von gashaltigem Gewebe wie z.B. Lunge, Magen-Darm-Trakt und Kapillaren. Ultraschall-Kontrastmittel in Form von abgekapselten Mikro-Glasbläschen begünstigen das Auftreten der Kavitation. Bereits im diagnostisch verwendeten Frequenzbereich können Ultraschallgeräte (z.B. Farbdoppler-Geräte) so hohe Schalldrücke verursachen, dass transiente Kavitation nicht mehr auszuschließen ist. Das gilt umso mehr für therapeutische Ultraschallgeräte, die mit höheren Intensitäten betrieben werden.
Frage 15
Was sind Artefakte?
Artefakte sind Bildsignale, die kein oder kein adäquates Korrelat im Gewebe aufweisen.
Als Untersucher muss man zur Vermeidung von Fehldiagnosen Artefakte in der Sonographie erkennen und von tatsächlich vorhandenen Strukturen unterscheiden. Aus einigen der Bildartefakte können zusätzliche Erkenntnisse über das Untersuchungsgebiet gewonnen werden.
Frage 16
Welche typischen Artefakte in der sonographischen Bildgebung kennst Du?
Typische Artefakte sind:
- distale Schallauslöschung hinter stark reflektierenden Objekten (z.B. hinter Knochen, Luft, Konkrementen)
- distale Schallverstärkung hinter wenig dämpfendem Gewebe (z.B. hinter Zysten oder Gallenblase), bei denen das Gewebe hinter der Struktur echoreicher dargestellt wird als das umliegende Gewebe
- Mehrfachreflexionen bei stark reflektierenden Grenzflächen (z.B. hinter Darmschlingen)
- Speckle-Rauschen bedingt durch die Interferenz der Schallwellen ist die Ursache der markanten sich abwechselnden echoreichen/echoarmen Flecken in den Ultraschallbildern
Es lassen sich vier Gruppen von Artefakten in der Sonographie unterscheiden:
Änderung der Schallausbreitung (z.B. Mehrfachreflexionen, Spiegelechos)
Inhomogene Schallschwächung (z.B. Schallauslöschung, Schallverstärkung, Randschatten)
Schallfeldcharakteristik (z.B. Nebenkeulen, scheinbare Sedimentation)
Strukturartefakte (z.B. Speckle)
Die orthograde Schallausrichtung führt zum optimalen Bild. Im Gegensatz zur MRT- oder CT-Diagnostik stellt die Sonographie keine anatomische, sondern physikalische Phänomene dar. Das erzeugte Schnittbild hängt von der verwendeten Sendeleistung ab.
Frage 17
Welche Darstellungsmethoden in der Sonographie kennst Du?
- A-Mode (Amplitude)
- B-Mode (Brightness)
- M- oder TM-Mode (Time Motion)
Frage 18
Erkläre diese kurz. Was sind die Unterschiede der Darstellungsmethoden?
Der A-Mode ist ein eindimensionales Verfahren, bei dem der Ultraschallimpuls nur entlang einer Achse eingestrahlt wird und die Reflexionen gemessen werden. Somit erhält man ein Diagramm mit der Echostärke (y-Achse) und Tiefenlokalisation (x-Achse). Heutzutage wird der A-Mode kaum noch angewandt.
Beim B-Mode wird die Information aus dem A-Mode, die Echointensität als zweidimensionale Schnittbilder in Graustufen sichtbar gemacht. Das Bild wird durch die periodische Bewegung des Schallkopfes gewonnen.
Mit dem M-Mode lassen sich Bewegungsabläufe (z.B. Herzklappenrhythmus) von sich bewegenden Geweben abbilden. Hauptanwendungsgebiet ist die Echokardiografie. Der M-Mode ist häufig mit dem B-Mode gekoppelt.
Frage 19
Was beschreibt die räumliche Auflösung von Ultraschallbildern?
Die räumliche Auflösung beschreibt den kleinstmöglichen Abstand zweier Objekte, die als separate Punkte voneinander unterschieden werden können. Man unterscheidet die axiale Auflösung (in Richtung der Schallausbreitung) und die laterale Auflösung (quer zur Ausbreitungsrichtung) voneinander.
Das axiale Auflösungsvermögen wird durch die Frequenz und Pulslänge bestimmt.
Das laterale Auflösungsvermögen wird durch die Frequenz und das Schallfeld (Form des Schallfelds; laterale Fokussierung) bestimmt.
Die Auflösung (axial und lateral) in der Sonographie wird mit ca. 0.2-0.8 mm angegeben und ist damit gleichwertig zur MRT und CT.
Frage 20
Was ist der Doppler Effekt?
Der Doppler Effekt beschreibt ein Phänomen bei der Ausbreitung von Ultraschallwellen bei bewegten Objekten. Ändert sich der Abstand von Schallsender und Reflektor, so ändert sich die Frequenz der empfangenen Schallwellen. Diese Frequenzverschiebung kann man sich in der Sonographie zu Nutze machen.
Der Doppler Effekt ist das Prinzip, welches Fledermäuse beim Flug zur Orientierung nutzen. Im Alltag lässt sich der Doppler Effekt beispielsweise bei einem vorbeifahrenden Krankenwagen mit laufender Sirene beobachten. Durch die Bewegung des Krankenwagens werden die Schallwellen vor dem Auto gestaucht und hinter dem Auto gedehnt. Während der Krankenwagen sich auf den Beobachter zubewegt, nimmt er den Sirenenton höher (höhere Frequenz) wahr, als dieser tatsächlich ist. Bewegt sich der Krankenwagen von dem Beobachter weg, ist die Frequenz der ausgesendeten Schallwellen niedriger als die tatsächliche Frequenz und der Ton der Sirene erscheint tiefer.
Frage 21
Wie macht man sich den Doppler Effekt in der Sonographie zu Nutze?
Doppler-Verfahren werden zur Bestimmung von Flussrichtungen und -geschwindigkeiten in Blutgefäßen oder im Herz verwendet. Dabei können z.B. Gefäßstenosen oder Shunts quantifiziert werden.
Frage 22
Welche Doppler-Verfahren kennst Du?
Man unterscheidet unter anderem folgende Doppler-Verfahren:
- Continuous Wave Doppler (CW-Doppler)
- Pulsed Wave Doppler (PW-Doppler)
- Farbkodierte Doppler-Sonographie
Frage 23
Erkläre die Doppler-Verfahren kurz.
Wozu werden diese angewandt?
Beim CW-Doppler-Verfahren werden die Ultraschallwellen kontinuierlich ausgestrahlt. Es dient zur Messung der Blutstromgeschwindigkeit und -richtung in Blutgefäßen. Hierbei können hohe Geschwindigkeiten wie bei Shunts oder Stenosen registriert werden. Bei dem Verfahren wird kein Bild erzeugt, sondern ein akustisches Signal.
Beim PW-Doppler-Verfahren werden die Ultraschallwellen gepulst ausgestrahlt. Durch die gepulste Informationsübermittlung ist eine räumliche Zuordnung der Messung möglich - im Gegensatz zum CW-Doppler-Verfahren.
Es dient somit zur exakten Lokalisation und Geschwindigkeitsmessung von Blut und wird zur Funktionsbeurteilung des Herzens (Herzklappen, Vorhöfe, Herzkammern) angewandt. Weiteres Anwendungsgebiet ist die muskuloskelettale Bildgebung, da die Mikrozirkulation (und damit z.B. durch Entzündung erweiterte Gefäße und Gefäßneubildungen) dargestellt werden kann.
Mit Hilfe des Farbdopplers wird die Richtung des Blutflusses in Bezug auf den Schallkopf farblich in rot oder blau dargestellt. Somit kann der Blutfluss in Arterien von jenem in den Venen unterschieden werden.
Frage 24
Wie verändert sich das Doppler-Bild durch eine Veränderung des Winkels zwischen Schallkopf und Strömungsrichtung/Gefäßverlauf?
Idealerweise beträgt der Winkel zwischen Schallkopf und Gefäßverlauf 0°, welcher jedoch bei parallel zur Haut verlaufenden Gefäßen technisch nicht erreicht werden kann. Für eine suffiziente Auswertung sollte ein möglichst flacher Beschallungswinkel (unter 60°) gewählt werden. Stumpfe Winkel bis 90° führen zu erheblichen Messfehlern der Strömungsgeschwindigkeiten.
Frage 25
Was bezeichnet man als Duplex?
Als Duplex wird die Kombination des Doppler-Verfahrens mit dem B-Mode verstanden. Wird das Ultraschallbild farbcodiert, spricht man vom Farbduplex.
Frage 26
Was ist ein Krankenhausinformationssystem (KIS)?
Das Krankenhausinformationssystem (KIS) beschreibt die Gesamtheit der Informationstechnik zur Erfassung, Bearbeitung und Weitergabe von medizinischen und administrativen Daten im Krankenhaus. Über das KIS erfolgt die Planung und Steuerung von medizinischen Leistungen sowie die Erstellung der Kostenträgerrechnung.
Der Schwerpunkt des KIS liegt im administrativen Bereich, u.a. in der Erhebung der Fall- und Krankheitsdaten, Dokumentation und Planung ärztlichen und pflegerischen Handelns (Pflegedokumentation, Arztbriefe) oder der Dokumentation und Verwaltung von Untersuchungsergebnissen.
Für die Abrechnung gegenüber Krankenkassen, Krankenversicherungen und Selbstzahlern werden die Falldaten nach ICD-Schlüssel und Prozeduren nach OPS-Schlüssel bzw. DRG-Fallpauschalen klassifiziert. Zusätzlich erfolgt eine Dokumentation von Material und Arbeitszeit.
Das KIS ist ein hochkomplexes System und umfasst unterschiedliche Subsysteme wie das Radiologie Informationssystem (RIS), Laborinformationssystem (LIS), Materialwirtschaft, OP-Planung oder Medikation. Das KIS wird zudem dauerhaft weiterentwickelt, bedingt durch kontinuierliche Änderungen der gesetzlichen Abrechnungsregeln und Qualitätssicherungsmaßnahmen. Damit ist das KIS auch ein wichtiger Kostenfaktor sowohl in der Anschaffung als auch im Unterhalt.
Frage 27
Welche Funktionen bietet das Radiologie Informationssystem (RIS)?
Das Radiologie Informationssystem (RIS) umfasst im Wesentlichen folgende Funktionen:
- Terminplanung für radiologische Untersuchungen
- Erstellung von radiologischen Befunden (mit digitaler Signatur)
- Bereitstellung einer DICOM-Schnittstelle zu den bildgebenden digitalen Untersuchungsgeräten (Worklist)
- Steuerung des Bildaufrufs im PACS
- Dokumentation der Materialwirtschaft und Strahlendosis
- Dokumentation von abrechnungsrelevanten Leistungen (GOÄ, EBM, DRG)
Über das RIS erfolgt die untersuchungsspezifische Leistungserfassung (z.B. OPS-Code „Computertomographie des Schädels mit Kontrastmittel“).
Über das KIS wird von der primär behandelnden Klinik ein Fall angelegt mit entsprechendem ICD-Code. Über das RIS wird dann die Leistung mit dem entsprechenden OPS-Code hinzugefügt. Das Fallkonstrukt ergibt dann eine DRG im KIS, über welche die Abrechnung erfolgt.
Über das KIS und RIS sind somit erlös- und kostenrelevante Analysen (Untersuchungsart, Abrechnungsart, Leistungsverrechnung für die Radiologie, Materialwirtschaft oder Personalkosten) möglich.
Über das RIS können zusätzlich prozessrelevante Analysen wie offene Befunde, Befundanzahl pro Woche, Modalitätenauslastung oder Berechnung der Wartezeit durchgeführt werden und der gesamte Prozess optimiert werden.
Ein RIS ist letztlich nicht zwingend notwendig, wenn die Abläufe und Aufgaben bereits im KIS integriert sind.
Frage 28
Was ist die Funktion eines Digitalen Bilcharchivierungssystems (PACS)? Woraus besteht es?
Das Digitale Bildarchivierungssystem (Picture Archiving and Communication System, PACS) dient zur Bildkommunikation und Bildarchivierung. Es erfasst somit digitale Bilddaten aller Modalitäten in der Radiologie und ist an ein Radiologie Informationssystem (RIS) angebunden.
Das PACS besteht aus einem Server, an den ein Kurzzeit- und ein Langzeitarchiv angeschlossen sind.
Es gibt gesetzlich geregelte Aufbewahrungsfristen (nach §127 Strahlenschutzverordnung) für Röntgenbilder und Befundunterlagen:
10 Jahre für Erwachsene
Bei Personen, die das 18. Lebensjahr noch nicht vollendet haben, sind Röntgenbilder und Aufzeichnungen bis zur Vollendung des 28. Lebensjahres aufzubewahren.
Das Kurzzeitarchiv ist lokal verfügbar, sodass die Daten und Bilder direkt für Radiolog*innen abrufbar sind. Im Langzeitspeicher sind Bilder zu finden, die älter als die vom Administrator des Systems festgelegte Zeit (typischerweise ein halbes bis zwei Jahre) sind.
Zukünftige Archivierungsmodelle stellen Cloud-basierte oder Web-basierte Archivierungen dar. Beim Cloud-basierten PACS gibt es einen Cloud-basierten Server von einem externen Anbieter, auf dem die Daten gespeichert werden und über eine Internetverbindung verfügbar sind. Das System bietet einen erweiterbaren Speicherplatz und ist weniger anfällig für Hardewareschäden als das lokale PACS.
Frage 29
Welche Schnittstellenstandards für den Datenaustausch im Gesundheitswesen kennst Du?
Die meistverwendeten Schnittstellenstandards sind DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) und HL7 (Health Level 7).
DICOM ist der meistverwendete Schnittstellenstandard im Gesundheitswesen!
Standardisierte Schnittstellen bieten den Vorteil, dass sie zueinander kompatibel sind, und untereinander standardisiert Daten austauschen können. Die Entwicklung der Schnittstellenstandards wurde initiiert, um die Einbettung von PACS in RIS oder KIS zu ermöglichen. Die Organisation IHE (Integrating the Healthcare Enterprise) fasst die verschiedenen Standards als Anwendungsprofile zusammen, so dass diese für ein PACS verwendet werden können.
Frage 30
Welche Informationen werden im DICOM Standard gespeichert?
Im DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) Standard werden digitale Bilder (digitales Röntgen, MRT, CT oder Sonographie) und Zusatzinformationen (u.a. Befunde, Patientendaten, Studien, Serien) gespeichert.
DICOM ist ein Kommunikationsprotokoll und das Format, in das alle Dateien im PACS konvertiert werden.
Eine Auswahl an Daten, die im DICOM Header erfasst werden:
Beschreibung Daten
Specific Character Set ISO_IR 100
Study Date 20210101
Protocol Name CCT_nativ
Study Description Head’CCT_nativ (Adult)
Requesting Physician NC
Patient ID 007007007
Patient’s Name Mustermann^Max
Patient’s Birth Date 19620314
Patient’s Age 059Y
Slice Thickness 5
KVP 100
Frage 31
Was ist ein Dosismanagementsystem?
Ein Dosismanagementsystem ist eine Software, die dazu dient, den Strahlenschutzverantwortlichen und Strahlenschutzbeauftragten in seinen Aufgaben zu unterstützen und den Strahlenschutz rechtskonform abzubilden.
Dazu gehört:
- das Einhalten von diagnostischen Referenzwerten,
- das Erkennen, Verhindern und Melden von unbeabsichtigten oder überhöhten Patientenexpositionen und
- das Melden von bedeutsamen Vorkommnissen an die zuständige Behörde (nach Strahlenschutzverordnung).
Durch ein Dosismanagementsystem kann der Strahlenschutz insbesondere in der Computertomographie und der interventionellen Radiologie optimiert werden. Aktuell ist ein solches System gesetzlich nicht vorgeschrieben, wird aber in größeren Röntgeneinrichtungen empfohlen und liegt meist in der Hand von Medizinphysik-Expert*innen.
Frage 32
Welche Komponenten gehören zu einer PACS-Befundworkstation?
Eine PACS-Befundworkstation beinhaltet eine Hardware mit einem leistungsstarken PC (leistungsstarker Arbeitsspeicher und Grafikkarte) und einen Befundmonitor sowie verschiedene Software (KIS, RIS, PACS, Spezialauswertungen, teleradiologische Verbindungen).
Frage 33
Was ist ein Thin-Client?
Ein Thin-Client besteht in der Regel aus einem Standard-PC mit einem vorinstallierten Browser, über denen die Applikationen verwendet werden können. Die Software ist auf einem Server installiert, über welche die Bilder aufgerufen werden können. Der Thin-Client ist im Vergleich zum Vollclient (PACS-Befundworkstation) deutlich leistungsärmer, benötigt weniger Arbeitsspeicher und ist somit für Kliniker gedacht, die radiologische Bilder betrachten können.
Frage 34
Wie wird die Qualität der Befundmonitore gesichert?
Wie häufig sind die Konstanzprüfungen?
In der DIN 6868-157 wird die Abnahme und Konstanzprüfung an medizinischen Bildwiedergabesystemen geregelt. Dazu gehören arbeitstägliche, monatliche und jährliche Konstanzprüfungen.
Die DIN 6868-157 „Sicherung der Bildqualität in röntgendiagnostischen Betrieben – Teil 157: Abnahme und Konstanzprüfung nach RöV an Bildwiedergabesystem in ihrer Umgebung“ gibt es seit Mai 2015. Aktuell wird diese überarbeitet, da die Röntgenverordnung nicht mehr existiert.
Abnahmeprüfungen und regelmäßige Konstanzprüfungen sind Pflicht:
Arbeitstäglich: Grauwertwiedergabe
Monatlich: Bildgeometrie, Wiedergabegüte, Farbbezogene Gesichtspunkte
Jährlich: Überprüfung der Leuchtdichte
Die arbeitstägliche und monatliche Prüfung kann eigenständig vom System durchgeführt werden. Die jährliche Konstanzprüfung erfolgt durch die Medizintechnik.
Frage 35
Wie können Befundmonitore klassifiziert werden?
Befundmonitore werden in verschiedene Raumklassen zur Befundung oder zur Betrachtung eingeteilt. Darüber hinaus gibt es verschiedene Anwendungskategorien entsprechend der Untersuchungsmodalität und Körperregion.
Befundmonitore werden in verschiedene Raumklassen eingeteilt. Dazu gehören beispielsweise:
Monitore zur Befundung im Befundungsraum (Beurteilung von bildgebender Diagnostik durch fachkundige Ärzt*innen),
Monitore zur sofortigen Befundung in Untersuchungsräumen (Untersuchungsräume, in denen sofortige therapierelevante Entscheidungen gefällt werden und infolgedessen eine ausreichende Bildqualität notwendig ist),
Monitore zur Betrachtung im Behandlungsraum, in denen der beurteilte Befund nachvollzogen werden kann (z.B. Reposition im OP-Saal).
Darüber hinaus erfolgt eine Unterteilung von Befundmonitoren in verschiedene Anwendungskategorien. Befundmonitore zur Befundung eines Röntgen-Thorax oder einer Mammographie haben deutlich höhere Anforderungen bezüglich Kontrast, Matrix, Leuchtdichte und Größe des Monitors als die Monitore zur Befundung einer Angiographie oder Magen-Darm-Passage.
Frage 36
Erkläre das Prinzip der Teleradiologie.
In der Teleradiologie erfolgen bildgebende Untersuchungen des Menschen mit Röntgenstrahlung unter der Verantwortung einer Ärztin, die die erforderliche Fachkunde im Strahlenschutz besitzt und die sich nicht am Ort der technischen Durchführung befindet. Dabei steht die Teleradiologin über gesicherte elektronische Datenübertragung mit der anfordernden und durchführenden Stelle in Verbindung.
Qualitätssicherung erfolgt nach DIN (6868-157 und 6868-159) zur Prüfung der Befundmonitore und in der Teleradiologie.
Für die Teleradiologie ist eine Genehmigung der zuständigen Behörde erforderlich (wird für 5 Jahre erteilt).
Der Arzt am Ort der technischen Durchführung muss die erforderlichen Kenntnisse im Strahlenschutz besitzen.
Die Teleradiologin muss innerhalb eines für die Notfallversorgung erforderlichen Zeitraums am Untersuchungsort eintreffen können. Eine Erreichbarkeit von bis zu 45 Minuten wird für ausreichend erachtet. In begründeten Fällen kann ein Vertreter mit der erforderlichen Fachkunde im Strahlenschutz für die Notfallversorgung bereitstehen.
Teleradiologische Untersuchungen sind nahezu ausnahmslos computertomographische Untersuchungen.
Frage 37
Wie wird die Qualität in der Teleradiologie gesichert?
Welche Anforderungen kennst Du?
Die Qualitätssicherung in der Teleradiologie erfolgt nach der DIN 6868-159. Diese beinhaltet die Festlegung der Übertragungszeit der digitalen Bilder. Die Übertragung muss vollständig und die Bildqualität ohne Kompression sichergestellt sein. Insgesamt muss die Stabilität des Teleradiologiesystems gesichert sein.
Die Befundmonitore der Teleradiolog*innen unterliegen der Qualitätssicherung analog den Befundmonitoren in Röntgeneinrichtungen nach DIN 6868-157.
Es gibt Richtwerte für typische Bildanzahl bei CT-Untersuchungsregionen mit entsprechenden Vorgaben für die höchste Übertragungszeit. Diese ist bei allen computertomographischen Untersuchungsregionen auf max. 15 Minuten Bildübertragungszeit begrenzt. Der Bilddatenversand in der Teleradiologie erfolgt mittels eines Push-Modells über eine Internetverbindung. Die Daten werden beim Versand bis auf die Festplatte des Empfängers übertragen. Der Empfänger greift bei der Bildbetrachtung oder Befundung auf seinen lokalen Speicher zu.
Frage 38
Was ist DICOM E-Mail?
DICOM E-Mail wird als Protokoll in der Teleradiologie zum Versenden und Empfangen von Bilddaten benutzt. Dabei werden die Bilddaten zunächst auf einen zentralen Server gesendet und gespeichert. Anschließend können die Bilddaten dann von einem anderen Radiolog*innen aufgerufen werden.
Dieses sogenannte Pull Modell unterscheidet sich von dem Push Modell darin, dass der Empfänger sich die Bilddaten aktiv abholt. Der Server ist nicht der PACS-Server, sondern ein dedizierter Server, der sichertechnisch geschützt ist. Diese Server sind Mailserver oder Webserver. Der serverbasierter Pull-Ansatz ist, dass die Daten erst beim expliziten Zugriff des Empfängers während der interaktiven Benutzung (Webserver) oder durch einen regelmäßigen Abholprozess zum Empfänger gesendet werden (Mailserver) [Engelmann et al. 2008]. DICOM E-Mail wird häufig zum Versenden von Bilddaten für eine Zweitmeinung genutzt.
Frage 39
Auf welchem Wege können Bilddaten (für Patient*innen oder Zuweiser*innen) exportiert werden?
Früher wurden die radiologischen Bilder ausgedruckt. Weitere Möglichkeiten sind das Brennen auf CD mittels Brennroboter, über DICOM E-Mail, mit einem QR-Code über Web-Access oder über einen Cloud-Speicher. Über DICOM E-Mail, Web-Access und Cloud-Speicher stehen die Bilddaten in der Regel für mehrere Monate zum Downloaden bereit.
Frage 40
Ist die IT-Sicherheit in Deutschland gesetzlich geregelt?
Ja, seit 2015 ist das IT-Sicherheitsgesetz (Gesetz zur Erhöhung der Sicherheit informationstechnischer Systeme) in Kraft. Krankenhäuser mit kritischer Infrastruktur (mind. 30.000 vorstationäre Fälle pro Jahr) werden verpflichtet, ihre IT nach dem Stand der Technik angemessen abzusichern und diese Sicherheit mindestens alle 2 Jahre überprüfen zu lassen.
Seit 01/2021 gibt es bereits einen Entwurf zu dem IT-Sicherheitsgesetz 2.0. Dieses beinhaltet u.a. eine Erhöhung der Geldbußen, falls die IT-Sicherheitsaspekte nicht eingehalten werden. Darüber hinaus sollen Systeme zur Angriffserkennung eingerichtet und die Befugnisse des IT-Sicherheitsbeauftragen erweitert werden.
Die Aufgaben des IT-Sicherheitsbeauftragten, welcher in einer kritischen Infrastruktur vorgeschrieben ist, sind u.a. die Erstellung und Umsetzung von Richtlinien zur Informationssicherheit, Durchführungen von Schulungen und die Aktualisierung und Prüfungen der IT-Sicherheitskonzepte und Anpassung an neue gesetzliche Regelungen.
Frage 41
Nenne Funktionsweisen von Werkzeugen der Künstlichen Intelligenz, die in der Radiologie zunehmend eingesetzt werden.
Werkzeuge der künstlichen Intelligenz in der Radiologie umfassen unter anderem Maschinelles Lernen und Deep-Learning. Weitere KI-basierte Prozesse sind Clinical Decision Support Systeme und Computer-aided-Detection/Decision Systeme.
Beim Maschinellen Lernen lernt das System anhand von Trainingsdaten und kann anschließend das erlernte Modell auf neue Daten übertragen. Die Algorithmen werden unter anderem zur Detektion von Tumoren (z.B. Detektion und Verlauf von pulmonalen Noduli in der Computertomographie) und Segmentation von diagnoserelevanten Bildmerkmalen verwendet.
Anwendungen von Deep-Learning Algorithmen finden sich beispielsweise in der Computertomographie. Durch iterative Rekonstruktionstechniken der Rohdaten und Deep-Learning Algorithmen kann eine deutliche Dosisreduktion erreicht werden mit rauschärmeren und kontrastreicheren Bildern.
Unter Clinical Decision Support System wird eine Software verstanden, die den Kliniker in der Diagnosefindung, klinischen Maßnahmen und Therapieauswahl unterstützt. In der klinischen Routine werden zunehmend häufig KI-basierte Analysen von CT-Daten bei Schlaganfallpatient*innen eingesetzt. Durch Analyse des Infarktausmaßes im nativen Schädel-CT (ASPECTS bzw. e-ASPECTS) oder Analysen mit Penumbra-Volumenbestimmung in der CT-Perfusion können den Zuweiser*innen und interventionellen Neuroradiolog*innen in der Entscheidung für/gegen eine medikamentöse oder endovaskuläre Therapie bei akutem zerebralem Gefäßverschluss unterstützen.
Computer-aided-Detection/Decision Systeme oder auf deutsch Computerassistierte Detektion sind Systeme, die dabei helfen digitale Bilddaten nach typischen Mustern abzusuchen und auffällige Bereiche (mögliche Erkrankungen) visuell hervorzuheben. Typisches Anwendungsgebiet ist die Tumordiagnostik als unterstützendes System für befundene Radiolog*innen. In der Mammographie beispielsweise werden Mikrokalzifikationen oder Weichteilveränderungen markiert oder es erfolgt eine Quantifizierung des Tumorvolumens und Charakterisierung des Kontrastmittel-Verhaltens des detektierten Tumors.
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