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  • Vitali Thiessen
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  • 08.01.2015

Ultraschall - Die wichtigsten Grundlagen

Die Betrachtung der inneren Organe mittels Ultraschall ist anspruchsvoll und fordert vom Untersucher keineswegs nur Schwarz-Weiß-Denken. Hier erhältst du eine Einführung in die Funktionsweise des Ultraschall-Geräts und dessen Anwendung am Patienten.

 

Beim Ultraschall handelt es sich um Schallwellen oberhalb des für den Menschen hörbaren Bereichs (16KHz – 1GHz). Diese Schallwellen breiten sich in mechanischer Form, also von Teilchen zu Teilchen, aus. Der Schallkopf eines Ultraschallgeräts sendet dabei Wellen in den Körper aus, die an unterschiedlichen Strukturen gestreut, gebrochen und reflektiert werden.

 

Die Reflexionen werden dann erneut vom Schallkopf erfasst und verrechnet, sodass man aus den Informationen Schnittbilder der Anatomie erzeugen oder aus den Dopplerdaten Flußprofile des Bluts erstellen kann. In der Diagnostik wird ein viel kleinerer Bereich des Ultraschallspektrums genutzt, der zwischen 0,5 bis 20MHz liegt.

 

Wichtig für die Erzeugung von Schallwellen ist der piezoelektrische Effekt: das Anlegen einer elektrischen Spannung an bestimmte Materialien führt zu einer Gestaltänderung. Bei dieser Konformationsänderung sendet das betreffende Element Ultraschallwellen aus. Umgekehrt heißt es auch, dass dieses Element durch Ultraschallwellen defomiert werden kann und somit Spannung erzeugt. Diese Spannung wird dann vom Rechner in eine Helligkeitsstufe umgewandelt und auf dem Monitor dargestellt.

 

Der Ultraschallkopf mit seinen piezoelektrischen Elementen dient also als Sender und Detektor. Das Ultraschall wird als sogenanntes Impulsverfahren bezeichnet. Ein Ultraschallimpuls wird ausgesendet, dem je nach Abbildungstiefe eine Ruhepause folgt, in der auf das Echo gewartet wird. Erst danach wird der nächste Impuls ausgesendet.

 

Schallköpfe 

Die unterschiedlichen Schallköpfe variieren nicht nur in ihrer Form, sondern auch im vorgegebenen Hertzbereich. Die Besonderheit liegt darin, dass tiefe Schallfrequenzen tiefer ins Gewebe eindringen können, jedoch eine schlechtere Auflösung haben als hochfrequente Schallköpfe, die nur eine geringe Eindringtiefe ermöglichen. So benutzt man für das Abdomen tiefeindringende Frequenzen im 2 – 6 MHz Bereich und in der Dermatologie hochauflösende im Bereich von 15 bis 20 MHz.

 

 

Linearschallkopf: Eindringtiefe 1-5cm

Sektorschallkopf: Eindringtiefe 10-20cm

Konvexschallkopf: Eindringtiefe 10-20cm

Quelle: Thieme Verlag

 

Bildentstehung

Eine wesentliche Eigenschaft von Wellen ist ihre Reflexion an Grenzflächen. Mit Hilfe der Geschwindigkeit und der Zeit einer Welle lässt sich somit die Tiefe der Grenzfläche bestimmen, welche der doppelten Laufstrecke (hin und zurück) entspricht. Zu dieser Rechnung wird die mittlere Laufgeschwindigkeit von 1540 m/s verwendet, welche der mittleren Geschwindigkeit der Ausbreitung im Weichteilgewebe oder Wasser entspricht.

 

Die Laufgeschwindigkeit unterscheidet sich jedoch von der Kompressibilität (Betrag, um den ein Medium bei einem vorgegebenen Druck komprimiert werden kann) des Gewebes. Je dichter ein Medium ist, desto schneller ist die Ausbreitung.

Die Echogenität, also die Stärke der Reflexion, wird visuell durch unterschiedliche Weiß-Grau-Töne auf dem Monitor dargestellt. Wenn also an einer starken Grenzfläche viel reflektiert wird, erscheint diese Struktur weiß. Man spricht von einer echoreichen Struktur. Strukturen, die der Ultraschall ohne Reflexionen durchdringt, erzeugen keine Helligkeitsänderung auf dem Bildschirm. Dies ist bei Flüssigkeiten wie Blut, Lymphe oderAszites der Fall. Sie erscheinen auf dem Monitor echofrei.

 

Beurteilung der Echostruktur der Leber durch Vergleich mit dem Referenzorgan Niere 

 

a) Das normale Leberparenchym ist nur wenig echodichter (heller) als das Nierenparenchym. b) Bei einer Fettleber ist das Parenchym wesentlich echodichter als das Nierenparenchym. Fotos: Thieme Verlag

 

Alle anderen Gewebe befinden sich von der Echogenität her dazwischen und werden als echoarm bezeichnet. Sie erscheinen in unterschiedlichen Abstufungen der Farbe grau.

 


Bildorientierung

Die Schallwellen werden aus dem Schallkopf ausgesendet, woraufhin der Rechner ein Schnittbild erzeugt. Somit erfolgt die Orientierung immer entsprechend der Wellenausrichtung

 

 

transversale Ausrichtung des Schallkopfs, Foto: Thieme Verlag

Bei der transversalen Anlotung des Schallkopfs (die Markierung des Schallkopfs wird auf die rechte Seite des Patienten ausgerichtet) werden die Schallwellen transversal ausgesendet, sodass der Rechner einen Querschnitt durch den Körper erstellt. Man schaut dabei definitionsgemäß von unten auf den Patienten. Die rechte Seite des Patienten wird dabei auf dem Bildschirm links und die linke Seite rechts im Bild erscheint Die Ausrichtung der Markierung auf die rechte Seite des Patienten dient der Standardisierung und Dokumentation der Untersuchung.

 

 

sagittale Ausrichtung des Schallkopfs, Foto: Thieme Verlag

 

Bei der sagittalen Ausrichtung des Schallkopfs (die Markierung des Schallkopfs wird nach kranial ausgerichtet) durchdringen die Ultraschallwellen den Körper längs, sodass auf dem Bildschirm eine Längsansicht erscheint. Kranial befindet sich dabei links, kaudal rechts im Bild. Ventral und dorsal sind abhängig von der Auflage des Schallkopfs. Die im Bild oben dargestellten Bereiche liegen schallkopfnah, unten im Bild angezeigte Strukturen befinden sich schallkopffern.

 

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