Sonografie - Wikipedia

Sonografie ist die Anwendung von Ultraschall als bildgebendes Verfahren zur Untersuchung von organischem Gewebe in der Medizin und Veterinärmedizin, sowie von technischen Strukturen. Ein Sonogramm ist ein Bild, das mit Hilfe der Sonografie erstellt ist.

Die Sonografie ist das am häufigsten angewendete bildgebende Verfahren in der Medizin überhaupt. Neben der Kardiotokografie ist es ein Standardverfahren bei Schwangerschaften. Ein wesentlicher Vorteil der Sonographie gegenüber dem in der Medizin gleichfalls häufig verwendeten Röntgen liegt in der Unschädlichkeit der zum Einsatz kommenden Schallwellen. Auch sensible Gewebe wie bei Ungeborenen werden nicht beschädigt.

Die Ultraschallwellen werden mit in den Ultraschallsonden in Reihen angeordneten Kristallen durch den piezoelektrischen Effekt erzeugt. Zur Erzeugung eines Bildes ist die Schallausbreitung an flüssigkeitshaltiges Gewebe gebunden. Um den Impedanzunterschied zwischen Schallkopf und Gewebeoberfläche zu minimieren, wird die Ultraschallsonde mittels eines stark wasserhaltigen Gels angekoppelt.

Gerichtete Ultraschallstrahlimpulse werden ausgesendet und von den aufeinanderfolgenden Schichten des beschallten Objektes mehr oder weniger stark reflektiert (Echogenität). Aus der Laufzeit der reflektierten Signale kann die Tiefe der reflektierenden Struktur rekonstruiert werden. Die Intensität der Reflexion wird vom Ultraschallgerät als Grauwert auf einem Monitor dargestellt. Somit stellen sich Strukturen geringer Echogenität als schwarze, Strukturen starker Echogenität als weiße Bildpunkte dar. Gering echogen sind vor allem Flüssigkeiten wie Harnblaseninhalt und Blut. Eine hohe Echogenität besitzen Knochen, Gase und sonstige stark Schall reflektierende Materialien.

Die optische Kohärenztomografie (OCT) arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip, wobei hier Licht statt Schall verwendet wird.

Inhaltsverzeichnis

1 Physikalische Grundlagen

2 Auflösungsvermögen

3 Erzeugung von Ultraschall

3.1 Das Schallfeld eines kreisförmigen Ultraschallwandlers

4 Bildgebungsverfahren

4.1 Echo-Impuls-Verfahren
4.2 Moden
4.3 Doppler-Verfahren

5 Bildfehler

6 Sicherheitsaspekte

7 Vor- und Nachteile

7.1 Vorteile
7.2 Nachteile

8 Literatur

9 Weblinks

Physikalische Grundlagen

Sonografie als bildgebendes Verfahren in der medizinischen Diagnostik beruht auf den physikalischen Grundlagen der Ausbreitung von Schallwellen in einem Medium. Vereinfachend kann die Untersuchung beispielsweise eines Menschen mit der einer Flüssigkeit beschrieben werden, da wichtige materialabhängige Größen in menschlichen Geweben und Wasser annähernd übereinstimmen (s. Tabelle 1). In beiden können sich aufgrund der geringen Scherviskosität nur unpolarisierbare longitudinale Wellen ausbreiten.

Tabelle 1: Materialgrößen

Medium	Schallgeschwindigkeit c [m/s]	Schallimpedanz Z [g/cm²s]	Dichte ρ [g/cm³]
Luft	343	43	0,01
Fett/Wasser/Hirn/Muskeln	$\approx$ 1500	$\approx 1,5 \cdot 10^5$	$\approx 1$
Knochen (kompakt)	3600	$6\cdot 10^5$	1,7

Bei einer diagnostischen sonografischen Untersuchung sind folgende Werte für Schallparameter üblich:
Ultraschallfrequenz: $f=1\ldots40 \,\mathrm{Mhz}$
mittlere Intensität: $J=100 \,\mathrm{mW/cm^2}$
mittlere Druckänderung (ggü. Normaldruck): $\Delta p<0,6\cdot 10^5 \,\mathrm{Pa}$ .

Mit der Schallausbreitung gehen wie in der Wellenoptik die Phänome Reflexion, Brechung, Beugung, Streuung und Absorption einher. Reflektierte und gestreute Schallwellen werden als Echos von der Ultraschallsonde registriert, und durch die Auswertung derer Intensitäten und Laufzeiten ist eine Abbildung des durchstrahlten Objektes möglich.

Für die Reflexion unter senkrechtem Einfall des Schalls an glatten Grenzflächen zwischen Gebieten mit unterschiedlicher Impedanz berechnet sich der Reflexionskoeffizient (also das Verhältnis von reflektierter zur einfallenden Intensität) gemäß: $R=\left( \frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}\right)^2$ .
Je größer der Impedanzunterschied, desto größer die Reflexion. Im Vergleich zur Optik verhält sich hier die Impedanz analog zum Brechungsindex. Um beim Übergang von schallerzeugender Sonde zum Untersuchungsobjekt möglichst wenig Intensität durch Reflexion zu verlieren, soll R klein und damit die Impedanzen von Sonde und Körper angepaßt sein. Luft führt zu einer schlechten Einkopplung von Schallintensität, man verwendet daher ein auf Wasser basierendes Gel als Übergangsmedium. Aus demselben Grund sind auch luftgefüllte Organe wie Lunge und Magen-Darm-Trakt oder von Knochen umschlossene Gebiete schlecht bzw. nicht für US-untersuchungen zugänglich:Von außen in den Körper gebrachte Schallwellen werden an den Grenzflächen dieser Organe reflektiert.

Bei rauhen und nicht senkrecht zum Ultraschallstrahl angeordneten Grenzflächen kann trotzdem ein Echo registriert werden, da ein diffuser Strahlungskegel zurückgestreuut wird. Die Streuung an Inhomogenitäten erzeugt für eine Gewebestruktur charakteristische Signale aus Gebieten zwischen Grenzflächen, wodurch Gewebetypen unterscheidbar sind. Je nach Durchmesser a des Streuzentrums ändert sich die Stärke der Streuung. Im „geometrischen“ Bereich (für a > > λ, mit λ:Schallwellenlänge) ist die Streuung stark, z.B. in Gefäßen. Sie sind in B-Mode-Bildern heller. Im „stochastischen“ Bereich ( $a\approx \lambda$ ) wie in der Leber ist die Streuung mittelstark und macht hier etwa 20 % der Gesamtabsorption aus. Im „Rayleighbereich“ (a < < λ) ist die Streuung schwach, beispielsweise im Blut.

Eine Absorption von Schallfeldern erfolgt aufgrund Streuung, innerer Reibung, isentroper Kompression sowie Anregung innerer Freiheitsgrade (Molekülrotation, -schwingung) des schalltragenden Mediums. Die Energie wird dabei in Wärme umgesetzt. Die Schwächung erfolgt exponentiell mit zunehmender Entfernung x vom Schallkopf: J(x) = J(0)e ^{- μx}. Der Absorptionskoeffizient μ ist Gewebe- und stark Frequenzabhängig. Bei 1MHz liegt er bei 1 dB/cm. Absorption führt zu einer begrenzten Reichweite der Schallwellen, weshalb eine der Eindringtiefe (s. Tabelle 2) angepaßte Frequenz gewählt werden muß, um ein bestimmtes Objekt zu untersuchen. Mit zunehmender Schallfrequenz nimmt also die Reichweite ab. Da jedoch die Auflösung bei höheren Frequenzen besser ist, wird immer die größtmögliche Frequenz gewählt; Signale aus größerer Tiefe müssen in der Auswerteelektronik mehr verstärkt werden.

Tabelle 2: Frequenzabhängigkeit der Schallreichweite

 Frequenz f [Mhz] | Eindringtiefe x [cm] | Untersuchungsgebiet
 1                  50
 2–3,5              25–15                  Fetus, Leber, Herz
 3,5                15                     Niere
 5                  10                     Gehirn
 7,5                 7
 8–9                 6                     Prostata (endo)
 10                  5
 11–12               4–3                   Pankreas (intraoperativ)
 20                  1,2
 21–24               1,1–0,9               Auge, Haut
 40                  0,6                   Haut, Gefäße

[bearbeiten]

Auflösungsvermögen

lateral:

Die sogenannte Punktbildfunktion bestimmt man, indem ein punktförmiges Objekt innerhalb des Fokalbereichs vor dem Schallkopf senkrecht zur Ausbreitungsrichtung vorbeigeschoben und die Echointensität als Funktion des Ortes (also des Abstandes von der Strahlachse) aufgetragen wird. Die Breite d, bei der die Intensität im Vergleich zum Maximum um 6ὕdB gesunken ist, beidseitig vom Maximum, nimmt man als ein Maß für das laterale Ortsauflösungsvermögen. Näherungsweise gilt $d=D\cdot \frac{1}{3}$ ) (D: Durchmesser eines kreisförmigen Schallkopfes) im Fokalbereich. Außerhalb des Fokalbereichs nimmt die laterale Auflösung mit der Entfernung zum Wandler ab.

axial:

Zwei axial hintereinanderliegende Ebenen können gerade noch getrennt wahrgenommen werden, wenn von den Grenzflächen zwei unterscheidbare Echos empfangen werden. Man sagt, zwei gleichstarke Signalimpulse sind unterscheidbar, wenn sie mindestens um ihre Halbwertsbreite getrennt sind. Dies ist gerade dann der Fall, wenn der Grenzflächenabstand mindestens $z>\frac{\lambda}{2}$ beträgt, also größer als die halbe Wellenlänge eines Wellenzuges ist. Mit größerer Frequenz verbessert sich die axiale Auflösung, durch Dispersion im Medium verschlechtert sie sich. So erwartet man in Wasser bei einer Frequenz von 5 MHz ein axiales Auflösungsvermögen von 0,15 mm, praktisch ist es etwa um den Faktor 2 oder mehr schlechter.

Typisch erreichbare Ortsauflösungen je nach Sendefrequenz sind:

 Frequenz:                 2–15 MHz
 Wellenlänge (in Muskeln): 0,78–0,1 mm
 Eindringtiefe (einfach):  12–1,6 cm
 Ortsauflösung:  lateral:  3,0–0,4 mm
                   axial:  0,8–0,15 mm

[bearbeiten]

Erzeugung von Ultraschall

Die Erzeugung von Ultraschall und auch der Nachweis zurückkommender Echos finden zumeist elektromechanisch in einem sogenannten Wandler statt, der Teil der Sonde ist, und basiert auf dem piezoelektrischen Effekt: In einem piezoelektrischen Material wird durch mechanische Spannung eine elektrische Polarisation, eine Aufladung der Oberfläche und damit eine elektrische Spannung erzeugt (Nachweis). Umgekehrt deformieren sich diese Kristalle mechanisch, wenn man eine elektrische Spannung anlegt (Erzeugung). Verwendung finden vor allem Keramiken wie Bariumtitanat, Bleititanat/-zirkonat/-metaniobat. Diese werden polarisierbar gemacht durch starke Erhitzung und anschließende Abkühlung unter Anlegen einer elektrischen Spannung.

[bearbeiten]

Das Schallfeld eines kreisförmigen Ultraschallwandlers

Die Ausbreitung und Intensitätsverteilung der abgestrahlten, durch Begrenzung gebeugten Schallwellen läßt sich aus der Annahme des [[Huygensches Prinzip|Huygenschem Prinzip herleiten, daß jeder Punkt der Wandleroberfläche eine Kugelwelle aussendet. Das Ergebnis kann man abhängig von der Entfernung x zum Wandler in Bereiche einteilen: Der Nahbereich ist geprägt durch starke Interferenzen, die eine sehr inhomogene Intensitätsverteilung zufolge haben. Im Fernbereich erhält bildet sich eine kontinuierlich aufweitende Strahlkeule. Im Fokalbereich (zwischen Nah- und Fernbereich)ist die Intensität gebündelt und nimmt senkrecht zur Strahlache ab. Er liegt zwischen $x=\left( 1 \ldots 2 \right) \cdot \frac{D^2}{4 \lambda}$ , mit D: Wandlerdurchmesser, λ: Schallwellenlänge.

[bearbeiten]

Bildgebungsverfahren

[bearbeiten]

Echo-Impuls-Verfahren

Die Bildgebung mit einem Ultraschallgerät erfolgt nach dem sogenannten Echo-Impuls-Verfahren. Ein elektrischer Impuls eines Hochfrequenzgenerators wird im Schallkopf durch den piezoelektrischen Effekt in einen Schallimpuls, einem kurzen Wellenzug, umgesetzt und ausgesendet. Die Schallwelle wird evt. gestreut und reflektiert, je nach Gewebe aber nicht vollständig, so daß eine Welle schwächerer Intensität weiterläuft, solange, bis durch Absorptionseffekte die Schallenergie vollständig in Wärme umgesetzt ist. Ein zurücklaufendes Echo wird im Schallkopf in ein elektrisches Signal gewandelt. Anschließend verstärkt eine Elektronik das Signal, wertet es aus und kann es auf verschiedene Weise an den Anwender ausgeben, beispielsweise auf einem Monitor (siehe Moden). Der nächste Impuls kann erst ausgesendet werden, wenn alle Echos des einen ausgesandten Ultraschallimpuls abgeklungen sind. Somit ist die Wiederholrate abhängig von Eindringtiefe bzw. Frequenz. Beispielsweise liegt das Herz etwa 15 cm tief. Aus Tabelle 2 ergibt sich eine zu verwendende Frequenz von 3,5 Mhz. Die Laufzeit beträgt dann $t=s/c=\frac{0{,}15\mathrm{m}}{1500\mathrm{ms^-1}}=100\mathrm{\mu s}$ .Bis das Echo ankommt, vergeht die doppelte Zeit. Die Wiederholrate ist also f = (2t) ^- 1 = 5kHz.

[bearbeiten]

Moden

Das Echo-Impuls-Verfahren kann je nach Anforderung mit verschiedenen Ultraschallsonden und unterschiedlicher Auswertung und Darstellung der Meßergebnisse durchgeführt werden, was man als Mode bezeichnet.

B-Mode-Sonogramm eines Fötus von neun Wochen.

Die erste angewandte Darstellungsform war der A-Mode (von Amplitudenmodulation). Das von der Sonde empfangene Echo wird in einem Diagramm dargestellt, wobei die Abszisse die Eindringtiefe und die Ordinate die Echointensität darstellt. Je höher der Ausschlag der Meßkurve, desto echogener ist das Gewebe in der angegebenen Tiefe. Der Name der Mode beruht auf der zeitabhängigen Verstärkung (bis zu 120 dB) der Signalamplitude durch die Auswerteelektronik im Ultraschallgerät (time gain compensation), weil eine größere Laufzeit der Wellen aus tieferen Schichten zu sehr geringen Signalintensitäten wegen Absorption führt. Der A-Mode hat heute nahezu keine Bedeutung mehr.

Im B-Mode (von engl. brightness modulation), der häufigsten Anwendung des Ultraschalls, wird ein zweidimensionales Schnittbild des untersuchten Gewebes entlang der Schallausbreitung in Echtzeit erzeugt (siehe Abbildung). Die Form des erzeugten Bildes hängt dabei vom eingesetzten Sondentyp ab. Die Sonde überstreicht eine Fläche durch (mechanisches oder elektronisches)Bewegen des Strahles in einer Ebene senkrecht zur Körperoberfläche. Die Amplitude eines Echos moduliert den Grauwert oder die Helligkeit eines Bildpunktes auf dem Bildschirm. Der B-Mode kann mit anderen Verfahren wie der M-Mode oder dem Dopplerverfahren gekoppelt werden.

Eine weitere häufig eingesetzte Darstellungsform ist der (T)M-Mode (von engl. (time) motion). Bei dieser Methode wird die auf einem Ultraschallstrahl detektierte Bewegung auf einer Zeitachse kontinuierlich abgetragen, und es lassen sich Bewegungsabläufe von Organen eindimensional darstellen. Die (T)M-Mode-Darstellung ist häufig mit dem B-Mode gekoppelt. Ihre Hauptanwendung findet diese Untersuchungsmethode in der Kardiologie, um Bewegungen einzelner Herzmuskelbereiche genauer untersuchen zu können. Die zeitliche Auflösung dieser Mode ist bestimmt durch die maximale Wiederholrate der Schallimpulse und beträgt schon bei 20 cm Tiefe über 3 kHz.

Hundeherz, B/M-Mode. Die Bewegung des Herzmuskels wird entlang der senkrechten Linie im (oberen) B-Bild im unteren M-Bereich abgetragen.

Als weitere Applikation wurde in den letzten Jahren die dreidimensionale Echographie entwickelt. Die so genannte 3D-Darstellung produziert räumliche Standbilder, die 4D-Technik läßt dreidimensionale Darstellung in Echtzeit zu. Für ein dreidimensionales Bild wird zusätzlich zum Scan in einer Ebene ein Schwenk der Ebene vollzogen. Der Flächenscanwinkel wird gleichzeitig mit dem zweidimensionalem Bild abgespeichert. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer zweidimensionalen Anordnung von Ultraschallwandlern in einem Phased Array, bei der nicht mechanisch, sondern elektronisch ein Schwenk des Strahles durchgeführt wird. Die Daten werden für die Bildverarbeitung und Visualisierung von einem Rechner in eine 3D-Matrix eingetragen. So können dann Darstellungen von Schnittebenen aus beliebigen Blickwinkeln auf das Objekt erzeugt oder virtuelle Reisen durch den Körper gestaltet werden. Das Herz wird hierbei EKG-getriggert aufgenommen.

Doppler-Verfahren

Die Aussagekraft der Sonografie kann erheblich durch die Anwendung des Dopplereffekts erhöht werden. Man unterscheidet eindimensionale Verfahren (pulsed-wave doppler, continuous-wave doppler) von zweidimensionalen, farbkodierden Anwendungen (Farbdoppler). Der Dopplereffekt tritt immer dann auf, wenn Sender und Empfänger einer Welle sich relativ zueinander bewegen. Zur Bestimmung der Blutflußgeschwindigkeit in den Blutgefäßen oder im Herzen detektiert man das von den Blutkörperchen (Erythrozyten) gestreute Echo. Das Signal ist um eine bestimmte Frequenz verschoben: die Dopplerfrequenz. Von dem „ruhenden“ Sender, dem Schallkopf, geht eine Welle der Frequenz f aus; ein sich bewegendes Teilchen mit der Flußgeschwindigkeit v nimmt eine Frequenzverschiebung Δf₁ wahr. Das Teilchen streut den Schall und sendet eine Welle aus, die der Schallkopf als Empfänger ebenfalls verschoben wahrnimmt, da sich das Teilchen bewegt. Der Dopplereffekt tritt also zweimal auf; die gesamte Frequenzverschiebung beträgt $\Delta f = 2 \cdot \frac{f}{c} \cdot v \cdot \cos \theta$ , mit θ: Winkel zwischen Teilchenbahn und Schallstrahl.

Aus ihrem Vorzeichen läßt sich die Flußrichtung rekonstruieren. Bei gegebener Geschwindigkeit ist die Frequenzverschiebung umso größer, je größer die Sendefrequenz f ist. Im Bereich von 2 bis 8 MHz und Flußgeschwindigkeiten von einigen mm/s bis zu 2 m/s ist Δf etwa 50 Hz bis 15 kHz, liegt also im hörbaren Bereich, womit man werdende Eltern glücklich machen kann, weil sie den Herzschlag ihres Kindes ab der zwölften Schwangerschaftswoche hören können. Zur Geschwindigkeitsbestimmung ist auch eine Winkelmessung notwendig. Wie groß der Fehler in der Geschwindigkeit ist, hängt von dem Einstrahlwinkel ab.Die Abhängigkeit vom Winkel läßt sich aber eliminieren, beispielsweise durch Verwendung von Stereomeßköpfen.

Beim Continous Wave Doppler-Verfahren arbeiten ein Sender und ein Empfänger im Schallkopf gleichzeitig und kontinuierlich. Durch Mischen mit geeigneten Hochfrequenzsignalen und mit Filtern läßt sich aus der zurückkommenden Welle in der Auswerteelektronik das Spektrum der Dopplerfrequenzen/Geschwindigkeiten und auch die Richtung bestimmen. Nachteil bei diesem Verfahren ist, das die Tiefe des Dopplerechos nicht bestimmbar ist, jedoch können auch relativ hohe Geschwindigkeiten registriert werden.
Dagegen ist beim Pulsed Wave Doppler der Tiefenbereich für eine ortsselektive Geschwindigkeitsmessung im konventionellen Sonogramm festlegbar. Es werden von einem sowohl als Sender als auch als Empfänger fungierenden Wandler kurze Ultraschall-Pulse ausgeschickt. Je besser die axiale Ortsauflösung sein soll, desto kürzer muß der Puls sein. Je kürzer der Puls, desto unbestimmter ist seine Frequenz: kleine Dopplerfrequenzverschiebungen sind an einem einzigen Wellenpaket nicht mehr sichtbar. Durch eine geschickt konstruierte Verarbeitungselektronik läßt sich dieses Problem lösen, mit dem Makel von Aliasingartefakten beim Überschreiten einer bestimmten Grenzgeschwindigkeit.
Bei der Farbdoppler-Sonographie wird für einen großen Bereich eines konventionellen Ultraschallbildes die mittlere Dopplerfrequenz (=mittlere Flußgeschwindigkeit) und die Schwankungsbreite (=Turbulenz) bestimmt. Das Ergebnis wird in Falschfarben (Farbtönen von rot und blau) dem B-Bild überlagert. Bereiche der Geschwindigkeit 0 werden durch die Elektronik (Wandfilter im Quadraturphasendetektor) unterdrückt.

Anwendung findet das Dopplerverfahren zur Bestimmung von Blutfluß-Geschwindigkeiten, zur Entdeckung und Beurteilung von Herz(klappen)fehlern, Stenosen, Verengungen oder Verschlüssen (Shunts). Die Kombination B-Bild mit Doppler-Bild nennt man auch Duplex-Bild.

Bildfehler

Bei der Bilderzeugung mittels Ultraschall kann es zu Bildfehlern/Artefakten kommen, die nicht durchweg als störend gelten, sondern auch, bei vorliegender Erfahrung des Anwenders, zusätzliche Gewebe- bzw. Materialinformationen liefern können.

Ein häufiges Artefakt ist die Abschattung hinter stark reflektierenden Objekten mit einer vom übrigen Gewebe stark abweichenden Impedanz wie Knochen, Luft oder Steine. Bei nahezu senkrechtem Schalleinfall gibt es ein starkes Echo, bei schrägem Einfall nicht.
Eine „Schallverstärkung“ kommt zustande, indem hinter Gewebe, dessen Dämpfung im Vergleich zur Umgebung schwächer ist, aufgrund der tiefenabhängigen Verstärkung diese dann übermäßig hoch ist. Die Time Gain Compensation verstärkt das hinter dem schwächer dämpfenden Gebiet liegende Gewebe, da dieses ja eine größere Dämpfung hat und das Echosignal wird dann im Vergleich zum nebenliegenden normal schwächendem Gewebe heller dargestellt.
Bei kreisförmig geschnittenen Objekten können die Randstrahlen weggespiegelt werden; dem Bild fehlen dann die Randstrukturen und es kommt zu Abschattungen.
Bei stark reflektierenden Grenzflächen kann es zu Mehrfachreflexionen oder auch zu Spiegelartefakten in Form von virtuellen Bildern von vor der Grenzfläche befindlichen Objekten kommen.
Objekte können hinter Gebieten mit abweichender Schallgeschwindigkeit verschoben erscheinen.

Sicherheitsaspekte

Die Verwendung von Ultraschall ist eine sehr sichere Methode für die Bildgebung. Als mögliche Schadensquellen für den Menschen kommen die Wärmeerzeugung und Kavitation in Betracht.

Kavitation bezeichnet den Effekt, daß in der Unterdruckphase einer Schallwelle im Gewebe Hohlräume bzw. Gasbläschen entstehen, die in der Druckphase kollabieren und eine Gewebsschädigung verursachen. Je höher die Ultraschallfrequenz ist, desto höhere Spitzendrücke werden vom Gewebe (bzw. von Flüssigkeiten) toleriert. Verwendet man die diagnostisch interessanten Frequenzen zwischen 2 bis 20 MHz, muß für die Erzeugung von Kavitation in reinem entgastem Wasser der negative Schalldruck mindestens 15 MPa betragen. Jedoch sind mit üblichen Schallköpfen Schalldrücke über -0,5 MPa im (absorbierenden) Gewebe äußerst unwahrscheinlich, so daß eine Gewebsschädigung durch Kavitation praktisch ausgeschlossen ist.

Das Maß an erzeugter Wärme ist abhängig von der absorbierten Schallintensität und der Frequenz; die Wärmeabfuhr geschieht durch Blutströmung und Wärmeleitung. Für gesundes Gewebe ist eine auch längerfristige Temperaturerhöhung von 1,5 °C unbedenklich. Darüber hinaus sollte die Einwirkzeit begrenzt werden. Die einzelnen Verfahren im Detail:

Im B-Mode ist die eingestrahlte Leistung 1 bis 10 mW und verteilt sich auf ein relativ großes Volumen innerhalb einer Einstrahlzeit von unter 1 µs und einer Pulswiederholfrequenz deutlich unter 5 kHz.
Im (T)M-Mode wird statt eines Volumens eine Linie des Gewebes durchstrahlt, allerdings mit einer geringeren Pulswiederholrate (etwa 1 kHz).
Das Puls-Dopplerverfahren erfolgt auch statisch, allerdings ist die Impulsfolgefrequenz mit bis zu 30 kHz viel höher und eine Überwärmung nicht mehr auszuschliessen. Daher muß hierbei Impulsfolge und Sendeintensität in angemessenem Verhältnis gewählt werden und das Personal entsprechend geschult sein.
Beim Continous Wave Dopplerverfahren wird ständig eine Leistung von etwa 10 bis 100 mW in einem kleinen Volumen appliziert, dennoch ist die Gefahr einer lokalen Hyperthermie gering, da der Fokussierungsgrad niedrig ist. Wie beim PW-Doppler sollte die Sendeenergie an die Meßtiefe angepaßt werden, um die Sicherheit zu erhöhen.

Durch die in der Klinik verwendeten Intensitäten bzw. durch sorgfältige Anpassung und Optimierung der Parameter (Sendeleistung, Impulsfolge, Applikationsdauer) ist eine Gesundheitsgefährdung praktisch auszuschließen. Eine Untersuchung der Food and Drug Administration der USA ergab den folgenden Sicherheitsbereich: Eine Schädigung ist auszuschließen, solange applizierte Intensität mal Einwirkungsdauer unter 50 Ws/cm² bleibt: J·t≤50 Ws/cm², wobei dies nicht als scharfe Grenze aufgefasst werden sollte. International gibt es eine Sicherheitsnorm für Ultraschallgeräte, die allerdings keine Grenzwerte nennt und lediglich die Offenlegung der Schallparameter eines Gerätes fordert, sofern Schalldrücke unter -1 MPa und Intensitäten über 100 mW/cm2 erreicht werden können.

Vor- und Nachteile

Vorteile

risikoarme, nichtinvasive, schmerzlose und strahlenexpositionsfreie Anwendung
hohe Verfügbarkeit, schnelle Untersuchungsdurchführung
Anschaffungs- und Betriebskosten im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren (CT, MRT) relativ gering
keine aufwendigen Strahlenschutzmaßnahmen und -belehrungen nötig
freie Schnittführung erlaubt Kontrolle über das gewünschte Schnittbild in Echtzeit
geeignet zur Erstbeurteilung und für Verlaufskontrollen, insbes. bei medikamentösen oder strahlentherapeutischen Behandlungen
Tumorerkennung und Bösartigkeitsbeurteilung möglich

Nachteile

schwierige Interpretation und Dokumentation der diagnostischen Untersuchungsergebnisse (während der Untersuchung werden meist mehrere Bilder ausgedruckt, die der Dokumentation dienen sollen)
Durchführung und die gefundenen Ergebnisse vom Untersucher abhängig; die Bilder sind teilweise nur mit viel Erfahrung richtig zu interpretieren
schlechtere Kontrastauflösung im Vergleich zur MRT

Literatur

Olaf Dösse: Bildgebende Verfahren in der Medizin, Springer
Heinz Morneburg (Hsg.): Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik, Publicis MCD Verlag

Weblinks

http://www.degum.de – Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin
http://www.madeasy.de/4/sonolink.htm – Sonolinkseite

Orginaltexte :

Ultraschall . in der Medizin: schonend, strahlenfrei, kostengünstig

weitere Presseinfos unter anderem zu

- Ultraschall bei Magen-Darmerkrankungen

- Kontrastmittel in der Sonographie: Sanfte Alternative zu Röntgenverfahren

Im Text hier: Übersicht von Prof. M. J. Gebel, Hannover, Präsident des Kongresses Ultraschall 2004 in Hannover

Es gibt nahezu kein Fach in der Medizin, das ohne Ultraschall (Sonographie) auskommt. Die Methode ist frei von Röntgenstrahlen und Nebenwirkungen sowie kostengünstig. Sie bedarf keines großen Aufwands und liefert im Gegensatz zu anderen Techniken bewegte Bilder in Echtzeit. Selbstverständlich ist auch die Sonographie kein "Allheilmittel". Aber sie ist weit mehr als eine "Ergänzung" zu Röntgenuntersuchungen, Computer- oder Kerrnspintomographie. Es gibt Gebiete, bei denen die Sonographie die einzige bildgebende Methode überhaupt ist, oder wo sie schnellere, preiswertere und vor allem bessere Ergebnisse liefert. Zudem ist Ultraschall nicht nur für die Diagnostik geeignet, sondern auch für die Therapie. Bestimmte Eingriffe etwa sind nur unter ständiger Ultraschall-Kontrolle möglich.

Wie funktioniert Ultraschall?

Die Sonographie ist ein Verfahren zur bildlichen Darstellung verschiedener Körperregionen mit Hilfe von Schallwellen. Bei der Ultraschalluntersuchung werden Schallwellen jenseits des für den Menschen hörbaren Bereichs eingesetzt. Ultraschall besitzt, wie alle Schallwellen, die Eigenschaft zurück zu kommen, wenn er auf etwas trifft - der Schall wird reflektiert. Der Kopf des Ultraschallgeräts wirkt hier gleichzeitig als Schallsender und als Schallempfänger. Das bei der Untersuchung verwendete, nebenwirkungsfreie Gel leitet die Schallwellen von der Haut in den Schallkopf. Die von Organen oder Geweben reflektierten Wellen werden in elektrische Impulse verwandelt, aus denen mit computergesteuerten Verfahren ein Bild auf einem Monitor erzeugt wird. Diese Bilder vermitteln dem Arzt eine räumliche Vorstellung von Größe, Form und Struktur des untersuchten Bereichs. Mit der besonderen Farb-Duplex-Sonographie lassen sich zudem Blutfluss, Flussrichtung und -geschwindigkeit sowie die Beschaffenheit der Gefäßwände sichtbar machen.

Vielfach einsetzbar ...

Kürzlich hat das Bundesamt für Strahlenschutz vor einer zu hohen Strahlenbelastung durch medizinische Geräte gewarnt. In keinem europäischen Land sei die Strahlenbelastung auf Grund der vermehrten Anwendung der Computertomographie (CT) so hoch wie in Deutschland. Darum fordern die Strahlenschützer Patienten auf, bei ihren Ärzten nach strahlenarmen beziehungsweise -freien Untersuchungsmethoden wie dem Ultraschall zu fragen.

Dabei ist Ultraschall nicht einfach nur eine "Alternative" zur Computer- oder Kernspintomographie. Ein Ultraschallbild enthält in aller Regel viel mehr Informationen. Mit Ultraschall lassen sich in sehr kurzer Zeit mehr und qualitativ hochwertigere Bilder als mit der CT gewinnen. ( Diese Aussage ist in ihrer Allgemeinheit falsch , rho ) Außerdem kann der Arzt durch Bewegung des Gerätekopfes die gewünschten Organe und Gewebe aus unterschiedlichen Winkeln und Blickrichtungen einsehen. So hat Ultraschall in den vergangenen Jahren vor allem in Gynäkologie und Geburtshilfe an Bedeutung gewonnen. Im ersten Drittel der Schwangerschaft können zuverlässig und frühzeitig Kindesmissbildungen aufgedeckt werden; auch im weiteren Verlauf ist Ultraschall die etablierteste Untersuchungsmethode. In der Brustkrebsdiagnostik können Frauen mit Beschwerden genauer und sicherer als mit anderen Verfahren untersucht werden. ( Diese Aussage ist in ihrer Allgemeinheit falsch , rho ) Weitere wichtige Anwendungsgebiete: die Sonographie des Bauchraums und die Untersuchung des Herzens (Echokardiographie). Auch die Sonographie der Schilddrüse und der Beingefäße ("Krampfadern") sowie gynäkologische Untersuchungen außerhalb der Geburtsvorbereitung haben längst große Bedeutung erlangt. Augenärzte, HNO-Ärzte, Urologen oder Orthopäden nutzen ebenfalls die Vorzüge der Methode. Insgesamt hat sich Ultraschall als das schonendste, beste und kostengünstigste bildgebende Verfahren erwiesen.

... auf nahezu jedem Gebiet

Ultraschall wird weiter an Bedeutung zunehmen. Die Sonographie ist das einzige Verfahren, mit dem sehr schnell in den meisten Bereichen der Medizin eine Diagnose gestellt werden kann. ( Diese Aussage ist in ihrer Allgemeinheit falsch , rho ) Voraussetzung hierfür ist, dass die Ärzte entsprechend ausgebildet sind. Dafür macht sich die Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM) seit Jahren mit eigenen Qualifizierungsprogrammen stark.

In der DEGUM sind die größten Interessensgebiete in der Sonographie durch eigene Sektionen oder interdisziplinäre fachübergreifende Arbeitskreise vertreten wie Allgemeinmedizin, Anästhesiologie, Augenheilkunde, Brustsonographie, Chirurgie, Kardiologie, Kinderheilkunde, Lungenheilkunde, Orthopädie, Geburtshilfe und Gynäkologie, Innere Medizin, HNO, Nervenheilkunde und Neurochirurgie, Radiologie, Urologie und vieles mehr. Sogar in der Zahnmedizin und bei Tierärzten wird Ultraschall vielfältig eingesetzt.

Zusammenfassend einige Beispiele:

* Hier zum Beispiel ist Ultraschall die einzige verfügbare bildgebende Methode:

Geburtshilfe, Behandlung am Ungeborenen im Mutterleib, in den meisten Fällen der Kinderheilkunde

* Hier zum Beispiel ist Ultraschall die preiswerteste und schnellste Methode:

Gallensteine, Harnstau der Nieren, Lebertumoren und Zysten, Wasser im Bauch , gefährliche Ausweitung der Schlagadern, Organvergrößerungen; bei besonderer Qualifikation und speziellen Geräten zudem: Erkrankungen im Bauchraum und im Magen-Darm Trakt (siehe PD Gebel "Magen-Darm-Krankheiten")

* Ersatzweiser Einsatz (statt aufwendiger und strahlenintensiver Verfahren), wenn die entsprechende Qualifikation des Untersuchers und entsprechende Ultraschallgeräte vorhanden sind:

Erkrankungen der Bauchspeicheldrüse, Operationvorbereitung, Charakterisierung von Lebertumoren und Entdeckung kleiner Tochtergeschwülste, Tumorstadieneinteilung an Speiseröhre, Magen, Enddarm etc.

* Ultraschall als eleganteste Methode:

Anlage von Drainagen, Behandlung von Lebertumoren, Überwachung von Gefäßpunktionen.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. med. Michael J. Gebel

Kongresspräsident Ultraschall 2004

Medizinische Hochschule Hannover

Abt. Gastroenterologie

Carl-Neuberg-Straße 1, 30625 Hannover

Tel.: (+49) 0511/532-3415, Fax:-4896 E-Mail: Michael.J.Gebel@t-online.de