Ultraschall

Synonyme im weiteren Sinne

Ultraschalluntersuchung, Sonographie, Sonografie

Definition

Die Sonografie oder Ultraschall - Untersuchung ist die Anwendung von Ultraschallwellen zur Untersuchung von organischem Gewebe in der Medizin. Ein Sonogramm/ Ultraschall ist ein Bild, das mit Hilfe der Sonografie erstellt ist.
Die Untersuchung arbeitet mit nicht hörbaren Schallwellen auf dem Echoprinzip, vergleichbar mit dem Echolot in der Seefahrt.


Grundlagen und Technik

Physikalisch gesehen bezeichnet Ultraschall Schallwellen oberhalb des menschlichen Hörbereiches. Das menschliche Ohr kann Töne bis ca 16 -18.000 Hz wahrnehmen. Zwischen 20.000 Hz - 1000 MHz liegt der Ultraschallbereich. Fledermäuse nutzen Ultraschallwellen zur Orientierung im Dunkeln. Töne noch höherer Frequenz werden als Hyperschall bezeichnet. Unterhalb des für Menschen hörbaren Schalls spricht man von Infraschall.

Ultraschallwellen des Sonographie - Gerätes werden mit so genannten piezoelektrischen Kristallen erzeugt. Piezoelektrische Kristalle schwingen beim Ultraschall unter Anlage einer entsprechenden Wechselspannung und geben damit die Ultraschallwellen ab.

Voraussetzung für die Ultraschalluntersuchung in der Medizin ist Flüssigkeit. Luftgefüllte Hohlräume wie Lunge und Darm können nicht oder nur begrenzt untersucht und beurteilt werden.
In der Ultraschalluntersuchung sendet der Ultraschallkopf, der zeitgleich Sender und Empfänger ist, einen Ultraschallimpuls ins Gewebe. Wird dieser im Gewebe reflektiert, kommt der Impuls zurück und wird vom Empfänger registriert. Über die Zeitdauer von ausgesandtem Impuls und Registrierung über den Empfänger kann über die Laufstrecke die Tiefe des reflektierten Gewebes gemacht werden.

Verfahren

Ultraschall in der Schwangerschaft

Die Einführung der Ultraschalldiagnostik in der Orthopädie geht auf Prof. R. Graf 1978 zurück. Graf begann das kindliche Hüftgelenk zu Schallen, um Hüftdysplasien im Säuglingsalter erkennen zu können, da Röntgenaufnahmen wegen des fehlenden Knochengerüstes keine Informationen liefern. Im weiteren Verlauf wurde die Indikation für den Einsatz der Sonographie in der Orthopädie kontinuierlich größer (siehe Indikationen).
Allgemein wird zur Untersuchung der sogenannte B-Mode verwendet. Dabei wird nicht ein einziger Impuls ausgesandt, sondern über eine Line von mehreren Zentimetern eine “Impulswand” verwendet. Als Resultat rechnet das Sonogerät, ein Schichtbild des durchschallten Gewebes.

In der Orthopädie werden je nach benötigter Eindringtiefe Schallköpfe der Frequenzen zwischen 5 - 10 MHz für ein Ultraschall verwendet.

Ablauf der Untersuchung

Der mit dem Ultraschall zu untersuchende Bereich wird zunächst mit einem Gel bedeckt. Das Gel wird benötigt, da Luft zwischen Gewebe und Schallkopf vermieden werden muss.
Die Untersuchung erfolgt mit leichten Druck auf das Gewebe. Dabei werden die zu untersuchenden Strukturen fächerförmig in verschiedenen Richtungen abgefahren und dabei die Gelenkposition verändert. Abschließend werden die alle Strukturen unter Bewegung von Gelenken beurteilt.

Unabhängig von dem geschallten Organ / Gewebe läuft eine Ultraschall-Untersuchung immer gleich ab: Je nach zu untersuchender Struktur legt oder setzt sich der Patient auf eine Untersuchungsliege. Beachten muss man hierbei nur, dass der Patient, sollte eine Sonographie des Bauchraums (Abdomensonographie) geplant sein, zu dieser Untersuchung nüchtern erscheint, die Luft, die sich durch eine vorangegangene Nahrungsaufnahme im Magen-Darm-Trakt befinden würde, würde nämlich das aufgenommene Ultraschallbild stören. Zunächst bringt der Arzt auf die Haut, die sich über der zu untersuchenden Struktur befindet, ein Gel auf. Dieses Gel besitzt einen hohen Wasseranteil, wodurch verhindert wird, dass der Schall von Lufteinschlüssen zwischen der Hautoberfläche und der Luft reflektiert wird. Nur so kann ein brauchbares Bild entstehen, weshalb der Untersucher auch immer darauf achten muss, dass sich keine Luft zwischen Gel und Schallkopf befindet. Sobald die Gelschicht zu dünn wird, wird das Bild schlechter, sodass es im Rahmen einer Untersuchung manchmal notwendig ist, mehrfach erneut Gel aufzutragen.
Das entscheidende Gerät der Ultraschalluntersuchung ist der sogenannte Schallkopf, der manchmal auch Sonde genannt wird. Dieser ist über ein Kabel mit dem eigentlichen Ultraschallgerät verbunden, an welchem sich ein Monitor befindet, auf dem das aufgenommene Bild zu sehen ist. Außerdem erfolgt über dieses Gerät die Bedienung mithilfe mehrerer Knöpfe, die es zum Beispiel ermöglichen, die Helligkeit zu verändern, ein Standbild zu erzeugen oder einen Farbdoppler (siehe unten) über das Bild zu legen. Die Sonde ist sowohl dafür verantwortlich, den Ultraschall auszusenden als auch ihn nach erfolgter Reflextion wieder zu empfangen.
Es gibt verschiedene Typen von Sonden. Man unterscheidet Sektor-, Linear- und Konvexsonden, die aufgrund ihrer verschiedenen Eigenschaften in verschiedenen Gebieten Anwendung finden. Die Sektorsonde besitzt nur eine geringe Ankopplungsfläche, was sich als praktisch darstellt, wenn man schwer zugängliche Strukturen wie zum Beispiel das Herz untersuchen möchte. Beim Verwenden von Sektorsonden entsteht das typische fächerförmige Ultraschallbild auf dem Schirm. Ein Nachteil dieser Sonden ist allerdings die schlechte Bildauflösung in der Nähe des Schallkopfes.
Die Linearsonden haben eine große Auflagefläche und eine parallele Schallausbreitung, weshalb das entstehende Bild rechteckig ist. Sie haben dadurch eine gute Auflösung und eignen sich besonders gut dafür, oberflächliche Gewebe wie die Schilddrüse zu untersuchen.
Die Konvexsonde stellt praktisch eine Kombination aus Sektor- und Linearsonde dar. Darüber hinaus gibt es noch einige Spezialsonden, zum Beispiel die TEE-Sonde, die geschluckt wird, die Vaginalsonde, die Rektalsonde und den Intravaskulären Ultraschall (IVUS), bei welchem dünne Sonden unmittelbar in die Gefäße eingeführt werden können. Im Regelfall wird also jedenfalls die Sonde auf das zuvor auf den Körper aufgetragene Gel aufgesetzt. Durch das Hin- und Herbewegen oder das Abwinkeln der Sonde kann dann die gewünschte Struktur angepeilt werden. Der Schallkopf sendet nun kurze, gerichtete Schallwellenimpulse aus. Diese Wellen werden von den aufeinanderfolgenden verschiedenen Gewebeschichten mehr oder weniger stark reflektiert bzw. gestreut. Dieses Phänomen bezeichnet man als Echogenität. Der Schallkopf dient nun aber gleichzeitig nicht nur als Schallsender, sondern auch als –empfänger. Er nimmt also die reflektierten Strahlen wieder auf. Aus der Laufzeit der reflektierten Signale kann dadurch eine Rekonstruktion des reflektierenden Objektes erfolgen. Die reflektierten Schallwellen werden nämlich in elektrische Impulse umgewandelt, anschließend verstärkt und dann auf dem Bildschirm, der sich am Ultraschallgerät befindet, dargestellt.
Eine geringe Echogenität zeigen Flüssigkeiten (zum Beispiel Blut oder Urin), diese werden auf dem Monitor als schwarze Bildpunkte dargestellt. Strukturen mit einer hohen Echogenität werden hingegen als weiße Bildpunkte abgebildet, dazu zählen diejenigen Strukturen, die den Schall in einem hohen Ausmaß reflektieren wie zum Beispiel Knochen oder Gase. Das auf dem Monitor entstehende zweidimensionale Bild guckt sich der Arzt während der Untersuchung an und gibt ihm Aufschluss über Größe, Form und Struktur der betrachteten Organe. Der Arzt kann, falls dies erwünscht ist, entweder das Bild ausdrucken, wodurch ein sogenanntes Sonogramm entsteht (dies wird besonders häufig gemacht, um Schwangeren ein Bild ihres ungeborenen Kindes zu geben), oder eine Videoaufnahme erstellen.

Lesen Sie dazu auch unsere Seite Ultraschall in der Schwangerschaft.

Vorteile

Der Ultraschall ist eines der häufigsten angewandten Verfahren zur Diagnose und Verlaufskontrolle von Erkrankungen in der Medizin. Dies liegt daran, dass die Sonographie im Vergleich zu anderen Methoden eine Vielzahl von Vorteilen besitzt: Sie ist sehr schnell und auch ohne viel Übung gut durchführbar, ein Ultraschallgerät befindet sich in jedem Krankenhaus und auch in fast allen Arztpraxen. Es gibt sogar kleine Ultraschallgeräte, die gut zu transportieren sind, sodass eine Ultraschall-Untersuchung je nach Notwendigkeit sogar direkt am Krankenbett durchgeführt werden kann. Die Untersuchung selbst ist für den Patienten schmerzfrei und ohne jegliches Risiko, im Gegensatz vor allem zu anderen bildgebenden Verfahren (wie Röntgen oder Computertomographie), bei welchen der Körper teilweise einer nicht unerheblichen Strahlenbelastung ausgesetzt wird. Außerdem ist die Sonographie mittlerweile recht kostengünstig.

Risiken

Nach heutigem Kenntnisstand ist die medizinische Sonographie nebenwirkungs- und risikofrei.

Indikationen

Die Sonographie wird in der Orthopädie für folgende Bereiche häufig angewendet:

Beurteilung

Ultraschall

Auch wenn für den Laien, die Deutung von Ultraschallbildern schwierig erscheint, können viele Erkrankungen mittels des Ultraschall nachgewiesen werden. Die Sonographie eignet sich sehr gut zum Nachweis freier Flüssigkeiten (z.B. Bakerzyste), aber auch Gewebestrukturen wie Muskeln und Sehnen können gut beurteilt werden (Rotatorenmanschette, Achillessehne).

Der große Vorteil dieser Untersuchungsmethode die Möglichkeit der dynamischen Untersuchung. Im Gegensatz zu allen anderen bildgebenden Verfahren (Röntgen, MRT, Computertomographie) kann unter Bewegung untersucht werden und Erkrankungen, die nur bewegt auftreten sichtbar gemacht werden.

Darstellung

Es gibt verschiedene Darstellungsmethoden für die Messergebnisse einer Ultraschall-Untersuchung. Sie werden als Mode bezeichnet, was aus dem englischen Wort für Methode oder Verfahren herrührt. Die erste Anwendungsform war der sogenannte A-Mode, der mittlerweile allerdings fast obsolet ist und nur noch in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde für bestimmte Fragestellungen (zum Beispiel ob sich Sekret in den Nasennebenhöhlen befindet) verwendet wird. Das „A“ bei der A-Mode steht hier für Amplitudenmodulation. Das reflektierte Echo wird hierbei von der Sonde empfangen und in einem Diagramm aufgetragen, in welchem die X-Achse die Eindringtiefe und die Y-Achse die Echostärke repräsentiert. Dies bedeutet, dass das Gewebe in der angegebenen Tiefe umso echogener ist, je weiter die Messkurve nach oben ausschlägt.
Am häufigsten wird heutzutage die B-Mode (das „B“ steht für Brightness (übersetzt Helligkeit) Modulation) eingesetzt. Bei dieser Darstellungsmethode wird die Intensität des Echos anhand von verschiedenen Helligkeitsstufen dargestellt. Der individuelle Grauwert eines Bildpunktes gibt also die Amplitude des Echos an dieser bestimmten Stelle wieder. Man unterscheidet in der B-Mode noch einmal zwischen M-Mode und 2D-Echtzeitmodus. Im 2D-Echtzeitmodus entsteht ein zweidimensionales Bild auf dem Ultraschall-Monitor, welches sich aus einzelnen Linien zusammensetzt (jede Linie entsteht durch einen ausgesandten und wieder empfangenen Strahl). Alles, was auf diesem Bild schwarz erscheint, ist (mehr oder weniger) flüssig, weiß dargestellt werden Luft, Knochen und Kalk.

Damit manche Gewebe besser beurteilt werden können, ist es in einigen Fällen sinnvoll, spezielle Kontrastmittel zu verwenden (diese Methode wird vor allem beim Ultraschall im Bereich des Bauches eingesetzt).
Um das Sonogramm zu beschreiben, verwendet man bestimmte Begriffe:

  • Anechogen heißt echofrei
  • hypoechogen bedeutet echoarm,
  • isoechogen bedeutet echogleich und
  • hyperechogen heißt echoreich.

Welche Form das auf dem Bildschirm sichtbare Bild nun hat, hängt von der verwendeten Sonde ab. Je nach dem welche Sonde man verwendet und wie hoch die Eindringtiefe ist, kann man mithilfe dieses Verfahrens bis zu mehr als hundert zweidimensionale Bilder pro Sekunde erstellen. Der M-Mode (manchmal auch TM Mode genannt: (time) motion) verwendet eine hohe Impulswiederholungsfrequenz (zwischen 1000 und 5000 Hz). Die X-Achse ist bei dieser Darstellungsform eine Zeitachse, auf der Y-Achse wird die Amplitude der empfangenen Signale dargestellt. So lassen sich Bewegungsabläufe von Organen eindimensional darstellen. Um eine noch aussagekräftigere Information zu erhalten, wird dieses Verfahren häufig mit dem 2D-Echtzeitmodus gekoppelt. Besonders häufig wird der M-Mode im Rahmen einer Echokardiographie eingesetzt, da man so einzelne Herzklappen und bestimmte Bereiche der Herzmuskulatur gesondert untersuchen kann. Auch Herzrhythmusstörungen von Feten können mithilfe dieser Methode bereits detektiert werden.
Seit dem Anfang des 21. Jahrhunderts gibt es außerdem noch die mehrdimensionalen Echographien: Beim 3D-Ultraschall entsteht ein räumliches Standbild. Die aufgenommenen Daten werden von einem Rechner in eine 3D-Matrix eingetragen und erstellen ein Bild, welches sich der Untersucher dann aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten kann. Beim 4D-Ultraschall (auch Live-3D-Ultraschall genannt) handelt es sich um eine dreidimensionale Darstellung in Echtzeit, was bedeutet, dass zu den drei räumlichen Dimensionen noch die zeitliche hinzukommt. Mithilfe dieser Methode ist es dem Arzt also möglich, Bewegungen (zum Beispiel eines ungeborenen Kindes oder vom Herzen) praktisch in Form eines Videos sichtbar zu machen.

Doppler-Sonografie

Wenn man noch mehr Informationen (zum Beispiel über Strömungsgeschwindigkeiten, -richtungen oder –stärken) erhalten möchte, so gibt es noch besondere Verfahren, die auf dem Dopplereffekt beruhen: Die Doppler- und die Farbdoppler-Sonographie. Der Dopplereffekt entsteht durch die Tatsache, dass der Sender und der Empfänger einer bestimmten Welle sich relativ zueinander bewegen. Wenn man nun also das Echo aufnimmt, welches von einem roten Blutkörperchen reflektiert wird, so kann man mithilfe einer bestimmten Formel ausrechnen, wie schnell sich dieses Teilchen im Gegensatz zu dem ruhenden Schallkopf, der das Signal ausgesendet hat, bewegt. Noch aussagekräftiger ist die farbkodierte Doppler-Sonographie, bei welcher normalerweise die Farbe Rot für eine Bewegung auf den Schallkopf zu, die Farbe Blau für eine Bewegung vom Schallkopf weg und die Farbe Grün für Turbulenzen steht.

Verschiedene Organe

Abhängig von ihrer Beschaffenheit gibt es einige Gewebe, die sich mithilfe des Ultraschalls besonders gut, andere, die sich hingegen fast gar nicht darstellen lassen. Prinzipiell schlecht darzustellen sind solche Gewebe, die entweder Luft enthalten (wie zum Beispiel Lunge, Luftröhre oder der Magen-Darm-Trakt) oder von hartem Gewebe verdeckt werden (zum Beispiel Knochen oder das Gehirn).
Gute Ergebnisse liefert der Ultraschall hingegen bei weichen oder flüssigen Strukturen wie Herz, Leber und Gallenblase, Nieren, Milz, Harnblase, Hoden, Schilddrüse und Gebärmutter (gegebenenfalls samt sich dort befindendem Ungeborenen). Besonders häufig nutzt man den Ultraschall am Herzen (Herzultraschall, Echokardiographie), um Gefäße auf eventuell vorhandene Verengungen oder Verschlüsse zu untersuchen, zur Überwachung einer Schwangerschaft, zur Untersuchung der weiblichen Brust (als Ergänzung zum Tasten und zur Mammographie), um Tumore, Zysten oder Organvergrößerungen bzw. –verkleinerungen der Schilddrüse festzustellen oder um Organe, Gefäße und Lymphknoten des Abdomens darstellen zu können und dort eventuell vorhandene Tumoren, Steine (zum Beispiel Gallensteine) oder Zysten zu erkennen.

Lesen Sie dazu auch unsere Seiten Ultraschall der Brust und Ultraschall des Hodens.

Andere Einsatzgebiete

Ultraschall wird jedoch nicht nur in der Medizin eingesetzt, sondern findet auch in vielen weiteren Bereichen des alltäglichen Lebens Anwendung: So wurde Ultraschall zum Beispiel noch vor nicht allzu langer Zeit zur Informationsübertragung unter anderem bei Fernbedienungen benutzt. Außerdem kann man mithilfe von Ultraschall bestimmte Materialien praktisch „abtasten“, was man sich zum Beispiel mit dem Sonar zur Abtastung des Meeresbodens oder bei Ultraschallprüfgeräten zunutze macht, die Risse oder Einschlüsse in manchen Werkstoffen aufdecken können.

Weiterführende Informationen

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter:

Folgende Themen könnten weiterhin von Interesse für Sie sein:

Eine Liste aller Untersuchungsmethoden, die wir bereits veröffentlicht haben finden Sie unter: Untersuchungsmethoden.

Qualitätssicherung durch: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 25.01.2017
Für Sie passende Themen
Ihre Meinung ist uns wichtig

Dr-Gumpert.de ist ein Projekt, das mit viel Engagement vom Dr-Gumpert.de Team betrieben wird. Im Vergleich zu anderen Seiten ist vielleicht nicht alles so perfekt, aber wir gehen persönlich auf alle Kritikpunkte ein und versuchen die Seite stets zu verbessern.
An dieser Stelle bedanken wie uns bei allen Unterstützern unserer Arbeit.
Wenn Ihnen diese Seite gefallen hat, unterstützen auch Sie uns und drücken Sie: