Sonografie (Ultraschall)

Die Sonografie (oder Ultraschalluntersuchung) ist ein bildgebendes Verfahren der Medizin, das mithilfe von Schallwellen funktioniert. Sie ist eine nicht-invasive Methode zur Untersuchung von Organen, Geweben und Flüssigkeiten im Körper und gehört zu den am häufigsten angewandten diagnostischen Verfahren. Es gibt sowohl diagnostische als auch therapeutische Anwendungen der Sonografie, die in einer Vielzahl von medizinischen Fachgebieten genutzt werden.

Definition

Die Sonografie, auch Ultraschall genannt, ist ein bildgebendes Verfahren, das hochfrequente Schallwellen nutzt, um innere Organe, Gewebe und Flüssigkeiten im Körper sichtbar zu machen. Es wird in vielen medizinischen Bereichen zur Diagnose von Erkrankungen und zur Überwachung von Schwangerschaften eingesetzt. Sonografie ist schmerzfrei, nicht-invasiv und verwendet keine ionisierende Strahlung, wodurch sie besonders sicher ist.

Die Sonografie ist eines der am häufigsten verwendeten bildgebenden Verfahren in der Medizin.

Physikalische Grundlagen

Der Ultraschall verwendet Schallwellen im Frequenzbereich oberhalb der Hörgrenze des menschlichen Ohrs, also oberhalb von etwa 20 kHz. Für die medizinische Sonografie kommen Schallwellen im Bereich von 1 bis 20 MHz zum Einsatz.

Die Sonografie basiert auf dem Prinzip der Reflexion und Streuung von Schallwellen. Ein Schallkopf sendet Ultraschallwellen in den Körper, die an Grenzflächen zwischen verschiedenen Geweben mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften reflektiert werden. Der Schallkopf empfängt die zurückkehrenden Echos, die ein Computer in ein Bild umwandelt. Je nach Dichte und Beschaffenheit des Gewebes entstehen unterschiedlich helle Bereiche im Bild.

Technik der Sonografie

Die Technik der Sonografie umfasst verschiedene Schritte und Geräte, die zusammenarbeiten, um präzise Bilder zu erzeugen. Hier sind die Hauptkomponenten und Schritte der Sonografietechnik aufgelistet:

Schallkopf (Transducer)

Der Schallkopf ist das zentrale Werkzeug in der Sonografie. Er besteht aus piezoelektrischen Kristallen, die elektrische Signale in Schallwellen umwandeln und umgekehrt. Der Schallkopf wird in verschiedenen Formen und Frequenzen hergestellt, abhängig von der spezifischen Untersuchung:

• Linearer Schallkopf
  Verwendet für oberflächliche Strukturen wie Schilddrüse und Blutgefäße.
• Konvexer Schallkopf
  Geeignet für abdominale und gynäkologische Untersuchungen.
• Sektor-Schallkopf
  Verwendet für kardiologische Untersuchungen aufgrund seines kleinen Kontaktbereichs und der breiten Bilddarstellung.

Ultraschallgerät

Das Ultraschallgerät besteht aus mehreren Komponenten, darunter ein Computer zur Bildverarbeitung, ein Monitor zur Bildanzeige und Bedienelemente zur Einstellung der Parameter. Moderne Ultraschallgeräte verfügen über fortschrittliche Funktionen wie:

• Hochfrequenz-Schallwellen
  Ermöglichen eine höhere Auflösung bei oberflächlichen Untersuchungen.
• Niedrigfrequenz-Schallwellen
  Dringen tiefer in den Körper ein und werden für abdominale Untersuchungen verwendet.
• Doppler-Funktion
  Ermöglicht die Darstellung und Messung des Blutflusses.

Bildverarbeitung

Die von den Geweben reflektierten Schallwellen werden vom Schallkopf empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Diese Signale werden durch das Ultraschallgerät verarbeitet und zu einem Bild zusammengesetzt. Wichtige Parameter, die angepasst werden können, sind:

• Gain
  Reguliert die Helligkeit des Bildes.
• Depth
  Stellt die Eindringtiefe der Schallwellen ein.
• Focus
  Optimiert die Schärfe in einem bestimmten Bereich.
• Freeze
  Standbild erstellen (Speicherung eines Wwischenbilds)

Anwendung von Ultraschallgel

Das Ultraschallgel wird auf die Haut des Patienten aufgetragen, um die Übertragung der Schallwellen zu verbessern. Es eliminiert Luftblasen zwischen dem Schallkopf und der Haut, die die Schallwellen reflektieren und die Bildqualität beeinträchtigen könnten.

Durchführung der Untersuchung

Der Untersucher bewegt den Schallkopf über die Haut des Patienten, um verschiedene Ansichten und Winkel zu erhalten. Dies erfordert Geschicklichkeit und Erfahrung, um die besten Bilder zu erzielen. Der Untersucher muss auch die Anatomie und Pathologie verstehen, um die Strukturen korrekt zu interpretieren.

Darstellungsmethoden der Sonografie

Es gibt mehrere Darstellungsmethoden in der Sonografie, jede mit spezifischen Anwendungen und Vorteilen:

B-Mode (Brightness Mode)

Die B-Mode Sonografie, auch als Helligkeitsmodus oder Brightness Mode bekannt, ist die häufigste und grundlegendste Form der Ultraschallbildgebung. Sie erzeugt zweidimensionale Querschnittsbilder von inneren Strukturen, die durch die Amplitude der reflektierten Schallwellen in unterschiedlichen Grautönen dargestellt werden.

• Funktionsprinzip
  • Die B-Mode Sonografie basiert auf dem Prinzip der Ultraschallwellenreflexion. Schallwellen werden von einem Transducer (Schallkopf) ausgesendet und dringen in das Gewebe ein. Unterschiedliche Gewebestrukturen reflektieren diese Wellen unterschiedlich stark zurück zum Transducer. Diese reflektierten Schallwellen werden in elektrische Signale umgewandelt, die ein Computer zu einem Bild verarbeitet und in Graustufen darstellt.
• Darstellung
  • Hyperechoische Strukturen: Reflektieren viel Schall und erscheinen hell auf dem Bild (z.B. Knochen, Gallensteine).
  • Isoechoische Strukturen: Reflektieren Schall in einem ähnlichen Maße wie das umgebende Gewebe und erscheinen grau.
  • Hypoechoische Strukturen: Reflektieren wenig Schall und erscheinen dunkel (z.B. Flüssigkeiten).
• Beispiel
  • Ein häufiges Anwendungsbeispiel der B-Mode Sonografie ist die Untersuchung der Leber zur Diagnose von Lebererkrankungen. Die Echogenität (Helligkeit) des Lebergewebes wird beurteilt. Ein homogenes echogenes Muster deutet auf eine gesunde Leber hin, während erhöhte Echogenität auf eine Fettleber hinweisen kann.

M-Mode (Motion Mode)

Die M-Mode (Motion Mode) Sonografie ist eine spezielle Ultraschalltechnik, die hauptsächlich in der Kardiologie verwendet wird. Sie ermöglicht die Darstellung der Bewegung von Strukturen über die Zeit. Diese Methode ist besonders nützlich zur Analyse der Herzfunktion und zur Beurteilung der Dynamik beweglicher Strukturen wie Herzklappen.

• Funktionsprinzip
  • Die M-Mode Sonografie basiert auf der Verwendung von kontinuierlichen Ultraschallimpulsen, die entlang einer einzelnen Linie ausgesendet und reflektiert werden. Im Gegensatz zum B-Mode, der zweidimensionale Querschnittsbilder erzeugt, konzentriert sich die M-Mode auf die zeitliche Darstellung von Bewegungen entlang dieser Linie.
• Hauptkomponenten
  • Schallkopf (Transducer): Ein geeigneter Schallkopf wird auf die Haut über der zu untersuchenden Struktur aufgesetzt. Bei der Echokardiographie wird oft ein Phased-Array-Schallkopf verwendet, der kleine Öffnungen und breite Abstrahlwinkel bietet.
  • Einstellung des M-Mode: Der Schallkopf wird so positioniert, dass die interessierende Struktur im Bild ist. Im B-Mode-Bild wird eine Linie (Cursor) durch die zu untersuchende Struktur gezogen, die die Position des M-Mode-Strahls anzeigt.
  • Erfassung der Daten: Der Schallkopf sendet kontinuierlich Schallwellen entlang dieser Linie und empfängt die reflektierten Echos. Diese Echos werden über die Zeit aufgezeichnet, um Bewegungen zu erfassen.
• Darstellung
  • Zeit-Achse: Die horizontale Achse im M-Mode-Bild repräsentiert die Zeit.
  • Tiefen-Achse: Die vertikale Achse stellt die Tiefe des untersuchten Gewebes oder der Struktur dar.
  • Helligkeit: Die Helligkeit der Punkte im Bild entspricht der Intensität der reflektierten Ultraschallwellen, ähnlich wie im B-Mode.
• Beispiel
  • In der Echokardiographie wird der M-Mode häufig verwendet, um die Bewegungen der Mitralklappen, der Aortenklappen und der Herzwände zu beurteilen. Das resultierende M-Mode-Bild zeigt die zyklischen Bewegungen dieser Strukturen, was eine genaue Messung und Analyse ihrer Funktion ermöglicht.

Doppler-Sonografie

Die Doppler-Sonografie ist eine spezielle Form der Ultraschalluntersuchung, die den Doppler-Effekt nutzt, um den Blutfluss in Gefäßen zu visualisieren und zu messen. Sie ist besonders nützlich zur Diagnose von Gefäßerkrankungen, wie Thrombosen, Stenosen und anderen Durchblutungsstörungen.

• Funktionsprinzip
  • Wenn eine Schallwelle auf ein bewegtes Objekt, wie rote Blutkörperchen, trifft, wird die Frequenz der reflektierten Welle verändert.
  • Bewegt sich das Objekt auf die Schallquelle zu, erhöht sich die Frequenz der reflektierten Welle (positiver Doppler-Verschiebung).
  • Bewegt sich das Objekt von der Schallquelle weg, verringert sich die Frequenz der reflektierten Welle (negativer Doppler-Verschiebung).
• Hauptkomponenten
  • Schallkopf (Transducer): Sendet und empfängt Schallwellen. Spezielle Doppler-Schallköpfe sind so konstruiert, dass sie sowohl kontinuierliche als auch gepulste Schallwellen aussenden können.
  • Signalprozessor: Analysiert die reflektierten Schallwellen und berechnet die Doppler-Verschiebung, um die Geschwindigkeit des Blutflusses zu bestimmen.
• Monitor
  • Zeigt die Ergebnisse in verschiedenen Darstellungsformen an, wie Spektraldoppler, Farb-Doppler oder Power-Doppler.
• Arten der Doppler-Sonografie
  • Kontinuierliche Wellen-Doppler (Continuous Wave Doppler): Sendet und empfängt Schallwellen kontinuierlich.
  • Gepulste Wellen-Doppler (Pulsed Wave Doppler): Sendet Schallwellen in Pulsen und empfängt die reflektierten Wellen zwischen den Pulsen.
  • Farb-Doppler (Color Doppler): Überlagert den Doppler-Shift auf das B-Mode-Bild und zeigt die Richtung und Geschwindigkeit des Blutflusses farbcodiert an.
  • Power-Doppler: Misst die Amplitude der reflektierten Schallwellen, nicht die Frequenzverschiebung.

3D-Sonografie

Die 3D-Sonografie erstellt dreidimensionale Bilder, indem sie mehrere zweidimensionale Bilder aufnimmt und sie zu einem Volumenbild zusammensetzt. Diese Technik bietet detaillierte Ansichten von Organen und Strukturen, die mit herkömmlichen 2D-Sonografien schwer darzustellen sind. Sie wird häufig in der pränatalen Diagnostik verwendet, um detaillierte Bilder des Fötus zu erzeugen, und kann auch in der Untersuchung von Tumoren und anderen komplexen Strukturen nützlich sein.

• Technik
  • Volumenerfassung: Mehrere 2D-Bilder werden in schneller Abfolge aufgenommen, während der Schallkopf über den Untersuchungsbereich bewegt wird.
  • Bildverarbeitung: Die aufgenommenen Bilder werden von einem Computer zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt.
  • Darstellung: Das 3D-Bild kann aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet und analysiert werden.
• Beispiel
  • Eine schwangere Frau in der 20. Schwangerschaftswoche unterzieht sich einer 3D-Sonografie. Der Arzt erhält ein detailliertes

4D-Sonografie

Die 4D-Sonografie erweitert die 3D-Sonografie, indem sie die dreidimensionalen Bilder in Echtzeit anzeigt. Dies bedeutet, dass die Bewegungen der untersuchten Strukturen live beobachtet werden können. Diese Technik wird besonders in der pränatalen Diagnostik geschätzt, da sie es ermöglicht, die Bewegungen und Gesichtsausdrücke des Fötus zu sehen.

• Technik
  • Echtzeiterfassung: Kontinuierliche Aufnahme von 3D-Bildern in schneller Abfolge.
  • Live-Darstellung: Die Bilder werden in Echtzeit auf dem Monitor angezeigt, wodurch Bewegungen und Veränderungen sofort beobachtet werden können.
  • Anwendungen: Häufig in der pränatalen Diagnostik verwendet, um die Entwicklung des Fötus zu überwachen und potenzielle Anomalien zu erkennen.
• Beispiel
  • Eine schwangere Frau wird mit einer 4D-Sonografie untersucht. Der Arzt kann die Bewegungen des Fötus in Echtzeit sehen, einschließlich des Schluckens, Gähnens und der Bewegungen der Gliedmaß

Sonografieformen nach Organen und Zugangswegen

Sonografien werden häufig nach dem untersuchten Organ oder dem Zugangsweg des Schallkopfes benannt. Diese Klassifikationen helfen dabei, die Spezialisierung und den Fokus der Untersuchung zu verdeutlichen. Hier sind einige der gängigsten Sonografieformen, geordnet nach dem untersuchten Organ oder dem Zugangsweg.

Nach untersuchten Organen

• Abdominalsonografie
  Untersuchung der Bauchorgane wie Leber, Gallenblase, Bauchspeicheldrüse, Milz, Nieren und große Blutgefäße.
• Kardiovaskuläre Sonografie (Echokardiographie)
  Untersuchung des Herzens und der großen Gefäße, um Herzfunktion, Klappenanomalien und Herzerkrankungen zu beurteilen.
• Urogenitale Sonografie
  Untersuchung der Nieren, Harnblase, Prostata (bei Männern) und anderer Teile des Urogenitalsystems.
• Gynäkologische Sonografie
  Untersuchung der weiblichen Geschlechtsorgane, einschließlich Uterus, Eierstöcke und Eileiter.
• Obstetrische Sonografie
  Überwachung der Schwangerschaft und der fetalen Entwicklung.
• Muskuloskelettale Sonografie
  Untersuchung der Muskeln, Sehnen, Bänder, Gelenke und Weichteile.
• Schilddrüsensonografie
  Untersuchung der Schilddrüse zur Beurteilung von Knoten, Zysten und Tumoren.
• Neurosonografie
  Untersuchung des Gehirns, insbesondere bei Neugeborenen, durch die offene Fontanelle.
• Augensonografie
  Untersuchung des Auges und der umliegenden Strukturen, häufig zur Beurteilung von Verletzungen oder Erkrankungen.

Nach Zugangswegen des Schallkopfes

• Transabdominelle Sonografie
  Untersuchung über die Bauchdecke, häufig verwendet für abdominale und gynäkologische Untersuchungen.
• Transvaginale Sonografie
  Untersuchung durch die Vagina, bietet detailliertere Bilder der weiblichen Geschlechtsorgane, insbesondere des Uterus und der Eierstöcke.
• Transrektale Sonografie
  Untersuchung durch das Rektum, häufig verwendet für die Beurteilung der Prostata bei Männern.
• Transösophageale Echokardiographie (TEE)
  Untersuchung des Herzens durch die Speiseröhre, ermöglicht detaillierte Bilder des Herzens und der angrenzenden Strukturen.
• Intravaskuläre Sonografie (IVUS)
  Untersuchung der inneren Wände von Blutgefäßen durch Einführen eines kleinen Schallkopfes in die Gefäße, häufig in der Kardiologie verwendet.
• Endobronchiale Sonografie (EBUS)
  Untersuchung der Lungen und der umgebenden Strukturen durch die Bronchien, oft in Verbindung mit Bronchoskopie.
• Transkranielle Doppler-Sonografie
  Untersuchung der Blutgefäße im Gehirn durch die Schädelknochen, häufig zur Beurteilung von zerebraler Durchblutung und Schlaganfallrisiko.
• Intrakavitäre Sonografie
  Untersuchung von Hohlräumen im Körper, wie zum Beispiel der Gebärmutter oder der Blase, durch Einführen des Schallkopfes in den Hohlraum.

Darstellbare Strukturen in der Sonografie

Die Sonografie kann eine Vielzahl von Strukturen und Organen im Körper darstellen. Hier sind einige der wichtigsten darstellbaren Strukturen:

Abdominale Organe

• Leber
  Untersuchung der Leber auf Leberläsionen, Zirrhose, und portaler Hypertensionen.
• Gallenblase
  Untersuchung der Gallenblase auf Gallensteinen und Cholezystitis.
• Pankreas
  Untersuchung des Pankreas auf Pankreatitis und Pankreastumore.
• Nieren
  Untersuchung der Nieren auf Nierensteinen, Zysten und Tumore.
• Milz
  Untersuchung der Milz auf Splenomegalie und Traumata.
• Bauchgefäße
  Darstellung der Bauchaorta und ihrer Abzweigungen zur Erkennung von Aneurysmen und Stenosen.

Kardiovaskuläres System

• Herz
  Echokardiographie des Herzens zur Beurteilung der Herzfunktion, Klappenanomalien und Herzinsuffizienz.
• Blutgefäße
  Untersuchung von Arterien und Venen auf Thrombosen, Stenosen und Aneurysmen.

Reproduktive Organe

• Uterus und Eierstöcke
  Diagnose von Myomen, Zysten und anderen gynäkologischen Erkrankungen.
• Fötus
  Pränatale Ultraschalluntersuchungen zur Überwachung der fetalen Entwicklung und zur Diagnose von Anomalien.

Muskuloskelettales System

• Muskeln und Sehnen
  Erkennung von Rissen, Entzündungen und degenerativen Veränderungen.
• Gelenke
  Beurteilung von Gelenkergüssen, Arthritis und Meniskusschäden.

Hals und Weichteile

• Schilddrüse
  Identifizierung von Knoten, Zysten und Karzinomen.
• Lymphknoten
  Untersuchung auf Vergrößerungen und pathologische Veränderungen.

Physikalische Einschränkungen

Die Wirksamkeit der Sonografie wird durch die physikalischen Eigenschaften der Schallwellen beeinflusst. Schallwellen werden unterschiedlich von verschiedenen Geweben reflektiert, absorbiert oder gestreut. Einige der physikalischen Einschränkungen umfassen:

• Eindringtiefe
  Hochfrequente Schallwellen bieten eine höhere Auflösung, dringen jedoch weniger tief in den Körper ein. Tiefere Strukturen sind daher schwerer darstellbar.
• Schallleitfähigkeit
  Strukturen mit hoher Dichte oder hohem Wassergehalt reflektieren Schallwellen besser. Knochen und Luft hingegen reflektieren oder absorbieren Schallwellen stark, was die Bildqualität beeinträchtigen kann.

Beispiele für schlecht darstellbare Strukturen

• Lungen und Luftgefüllte Organe
  Luft ist ein schlechter Schallleiter und reflektiert Schallwellen fast vollständig, was die Darstellung von lufthaltigen Organen wie den Lungen schwierig macht. Daher wird die Sonografie in der Regel nicht zur direkten Untersuchung der Lungen verwendet. Stattdessen werden andere bildgebende Verfahren wie Röntgen oder CT bevorzugt.
• Knochen
  Knochen reflektieren Schallwellen vollständig und lassen keine Schallwellen durch, wodurch die darunterliegenden Strukturen nicht darstellbar sind. Die Sonografie kann jedoch verwendet werden, um Weichteile um die Knochen herum zu untersuchen, wie z.B. Sehnen oder Muskeln.
• Dickes subkutanes Fettgewebe
  Bei adipösen Patienten kann dickes subkutanes Fettgewebe die Eindringtiefe der Schallwellen stark reduzieren, was die Darstellung tieferer Strukturen erschwert. Dies kann die Bildqualität und die diagnostische Genauigkeit beeinträchtigen.
• Darm mit Gasansammlung
  Gas im Darm verursacht erhebliche Artefakte und blockiert die Schallwellen, wodurch die darunterliegenden Strukturen nicht sichtbar sind. Dies kann die Untersuchung der abdominalen Organe wie der Bauchspeicheldrüse oder der Aorta erschweren.
• Kleine und tiefliegende Strukturen
  Sehr kleine oder tief im Körper liegende Strukturen können schwer darstellbar sein, insbesondere wenn sie von dichten Geweben oder Knochen umgeben sind. Beispielsweise können kleine Nebenschilddrüsenadenome oder tief gelegene Beckenlymphknoten schwierig zu identifizieren sein.

Vorteile und Nachteile der Sonografie

Vorteile

• Nicht-invasiv und schmerzfrei
  Es sind keine Schnitte oder Nadeln nötig, und die Untersuchung verursacht keine Schmerzen.
• Sicher und strahlenfrei
  Im Gegensatz zu Röntgen– oder CT-Untersuchungen wird keine ionisierende Strahlung verwendet, weshalb sie insbesondere in der Schwangerschaft eine bevorzugte Wahl ist.
• Echtzeitdarstellung: Bewegungen und Funktionsabläufe, wie der Herzschlag oder der Blutfluss, können in Echtzeit beobachtet werden.
• Mobilität und Flexibilität: Ultraschallgeräte sind in der Regel mobil und ermöglichen Untersuchungen direkt am Patientenbett.

Nachteile

• Abhängigkeit vom Untersucher
  Die Qualität der Ergebnisse hängt stark von der Erfahrung des Untersuchers ab, da die Interpretation der Bilder komplex ist.
• Begrenzte Eindringtiefe
  Ultraschallwellen können tiefer gelegene Strukturen nur begrenzt darstellen, besonders bei adipösen Patienten.
• Schlechte Darstellung von Knochen und Luft
  Knochen und luftgefüllte Strukturen, wie der Darm, reflektieren Ultraschallwellen stark und erschweren dadurch die Darstellung der dahinter liegenden Gewebe.

Zusammenfassung

Die Sonografie (Ultraschall) ist ein bildgebendes, strahlenfreies Verfahren zur Untersuchung von Organen und Geweben mittels Schallwellen. Sie wird in vielen medizinischen Fachbereichen eingesetzt, u.a. in der Gynäkologie, Kardiologie, Urologie und Gefäßmedizin. Mithilfe eines Schallkopfs werden Schallwellen in den Körper gesendet und reflektierte Echos erzeugen ein Bild. Vorteile sind die Echtzeitdarstellung, Sicherheit und Schmerzfreiheit. Nachteile sind begrenzte Eindringtiefe und Abhängigkeit von der Erfahrung des Untersuchers. Neue Techniken wie Elastografie und Fusion Imaging erweitern die Möglichkeiten.