Sonografie (Ultraschall): bildgebende Verfahren

Ultraschall (Sonographie)

Der Ultraschall oder die Sonographie sind ein bildgebendes Verfahren, das in der Medizin zur Darstellung von subkutanen Körperstrukturen, Blutgefäßen, Gelenken und inneren Organen verwendet wird. Die Technik basiert auf der Verwendung von Ultraschallwellen (2–18 Megahertz), die von verschiedenen Geweben unterschiedlich stark reflektiert werden und dadurch eine bildliche Darstellung ermöglichen. Die wichtigsten Bestandteile des Ultraschallgerätes sind der Wandler, der als Sender und Empfänger von Schallwellen fungiert, und der zentrale Computer, der die elektrischen Signale verarbeitet und das Bild erzeugt. Die Sonographie eignet sich für viele medizinische Indikationen, da sie viele Vorteile wie geringen Kosten, Verfügbarkeit und Sicherheit besitzt. In den verschiedenen Fachgebieten kommt der Ultraschall unterschiedlich stark zum Einsatz. Besonders viel wird er in der Kardiologie, Nephrologie, allgemeine Chirurgie, Gastroenterologie, Notfallmedizin und Geburtshilfe verwendet.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Terminologie und technische Aspekte

Interpretation

Anwendungen des Ultraschalls

Andere bildgebende Verfahren

Quellen

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Terminologie und technische Aspekte

Definitionen

Ultraschall: unhörbare Schallwellen mit einer Frequenz von 2 bis 18 Megahertz (MHz) bei Verwendung für die medizinische Bildgebung
Ultraschallbildgebung: die Verwendung von Ultraschall zur Erzeugung anatomischer Bilder

Kernkomponenten eines Ultraschallgeräts

Wandler (oder Sonde):
- Gerät, das am Körper der Patient*innen platziert wird, um die Zielstrukturen zu visualisieren
- Wirkt als Sender und Empfänger von Schallwellen
- Enthält piezoelektrische Kristalle, die elektrische Signale in Schallwellen umwandeln
- Die reflektierten Schallwellen (Echos) wandern zurück zur Sonde und werden in elektrische Signale umgewandelt.
- Typen:
  - Konvex (verwendet in der fetalen Bildgebung)
  - Mikrokonvex (verwendet in der gynäkologischen Bildgebung)
  - Linear (verwendet in der Gefäßbildgebung)
  - Phased-Array (verwendet in der Thoraxbildgebung)
- Die Frequenz hängt umgekehrt mit der Wellenlänge und der Tiefe der Gewebepenetration zusammen.
- Höhere Frequenzen → Detailbild
Central Processing Unit (CPU): verarbeitet elektrische Signale, um ein Bild zu erzeugen
Konsole:
- Ermöglicht die Veränderung der Bilder vom Schallkopf
- Aktivierung von M-Mode und Doppler

Types of transducers Ultrasound (Sonography) — Arten von Wandlern:
Eine Verringerung der Frequenz erhöht die Tiefe erhöht, in der sich die Ultraschallwelle ausbreitet. Dies geht jedoch auf Kosten der Bildauflösung.
Bild von Lecturio.

Sonography system and Typical transducers (Ultrasound Sonography) — Arten von Wandlern:
Eine Verringerung der Frequenz erhöht die Tiefe erhöht, in der sich die Ultraschallwelle ausbreitet. Dies geht jedoch auf Kosten der Bildauflösung.
Bild von Lecturio.

Bilderzeugung durch den Ultraschall

Das Hauptprinzip der Ultraschallbildgebung ist die Übertragung und Reflexion von Schallwellen durch das Gewebe.

Schallwellen werden vom Wandler ausgesendet.
Schallwellen durchdringen das Gewebe in Form eines Strahls.
Wenn sich der Strahl ausbreitet, wird er von Strukturen im Gewebe (oder Echos) zurück zum Wandler reflektiert, wobei ein Teil der Energie vom Gewebe absorbiert wird.
- Die Amplitude der Echos hängt vom Grad der Energieabsorption des ausgesendeten Strahls ab.
- Die vom Strahl absorbierte Energie wird später als Wärme freigesetzt.
Die Echos kehren zum Wandler zurück.
Die Schallwellen werden in elektrische Signale umgewandelt und dann in der Konsole verstärkt. Abhängig von der Amplitude des Echos, das das Gewebe nach der Wechselwirkung mit den piezoelektrischen Kristallen erzeugt, wird den Signalen ein Grauton zugeordnet.
- Höheren Amplituden werden Schattierungen näher bei Weiß zugewiesen.
- Niedrigeren Amplituden werden Schattierungen näher bei Schwarz zugewiesen.
Die CPU verarbeitet die elektrischen Signale zu Bildern, die auf dem Monitor zu sehen sind.

Wechselwirkung zwischen Ultraschallwellen und Gewebe (Sonographie) — Ultraschallwellen und das Gewebe:
Das Diagramm zeigt, dass, wenn der Ultraschallwellenstrahl (blauer horizontaler Balken) das Gewebe durchdringt, ein Prozentsatz zum Schallkopf zurück reflektiert wird (linke Pfeile), während ein anderer weiter tiefer in das Gewebe eindringt (rechter Pfeil), wobei etwas Energie an das Parenchym verloren geht.
Bild von Lecturio.

Bilder

Abbildungsebenen:

Sagittal (oder längs): entlang der Längsachse der zu bewertenden Struktur
Quer: senkrecht zur Sagittalebene

Arten von Bildern:

Statische Bilder (Fotos)
Cine-Bilder: aufgenommen während des Echtzeit-Scannens

Bildschärfe:

Ortsauflösung:
- Fähigkeit eines Abbildungssystems, zwei benachbarte Punkte zu unterscheiden und in einem Bild separat darzustellen
- Axiale Auflösung:
  - Zwei in Richtung des ausgesandten Ultraschalls hintereinander liegenden Objekten
  - Unterschiedliche Bildpunkte können nur abgebildet werden, wenn der Schallkopf die zwei reflektierenden Echos getrennt voneinander erkennen kann.
  - Wird mit erhöhter Frequenz besser
- Laterale Auflösung:
  - Abstand zweier nebeneinander gelegenen Objekte, die als zwei Punkte abgebildet werden können
  - Abhängig von der Eindringtiefe
  - Fokussierung des Schallfeldes verbessert die laterale Auflösung

Die Bildschärfe wird auch dadurch bestimmt, wie nah Objekte am Wandler sind; Sonden haben entsprechend ihrer Frequenzen ein Nah- und ein Fernfeld des „Sichtfeldes“:

Nahfeld: der Brennpunkt der Sonde mit der größten lateralen Auflösung
Fernfeld: größere axiale Auflösung auf Kosten der lateralen Auflösung

Far and near fields of a transducer — Nah- und Fernfeld eines Schallkopfes in der Ultraschallbildgebung:
Der Schallkopf hat im Nahfeld eine ausreichende laterale Auflösung und 2 Punkte können unterschieden werden. Andererseits wird im Fernfeld durch eine zunehmende axiale Auflösung (Tiefe) an lateraler Auflösung verloren.
Bild von Lecturio.

Different Planes of Fetal Ultrasound (Sonography) — Nah- und Fernfeld eines Schallkopfes in der Ultraschallbildgebung:
Der Schallkopf hat im Nahfeld eine ausreichende laterale Auflösung und 2 Punkte können unterschieden werden. Andererseits wird im Fernfeld durch eine zunehmende axiale Auflösung (Tiefe) an lateraler Auflösung verloren.
Bild von Lecturio.

Doppler-Ultraschall

Der Doppler-Ultraschall (oder einfach „Doppler“) ist ein weit verbreitetes Ultraschallverfahren, das auf dem Dopplereffekt beruht und das Prinzip der Frequenzverschiebung nutzt. Er wird am häufigsten verwendet, um den Blutfluss zu visualisieren.

Dopplereffekt:
- Bei der Schallreflexion an bewegten Objekten (z. B. Blutbestandteile) entsteht eine Frequenzverschiebung (man kennt dieses Phänomen vom Vorbeifahren eines Sirene)
- Je höher die Geschwindkeit der bewegten Objekte, desto höher die Frequenzverschiebung
- In der Diagnostik: feststehender Schallkopf ermöglicht die Bestimmung der Richtung und Geschwindigkeit der sich bewegenden Objekte
- Bei Bewegung der Reflektoren auf den Schallkopf zu wird die Frequenz höher und andersherum
Es gibt verschiedene Doppler-Methoden:
- Spektraler Doppler: zeigt die Richtung und Wellenform des Flusses
- Power-Doppler: Allen Flussbereichen wird eine einzige Farbe zugewiesen, die eine erhöhte Empfindlichkeit hat, um langsamen/niedrigen Fluss zu erkennen
- Continuous-Wave-Doppler: zur Messung von Hochgeschwindigkeitsströmungen
- Pulswellen-Doppler: führt Messungen an einem kleinen Segment des Ultraschallstrahls durch

Interpretation

Die Interpretation der Ultraschallbilder erfolgt in Echtzeit, während die Untersuchung durchgeführt wird.

Ultraschallauswertung

Der/die durchführende Untersucher*in muss mit der Darstellung der Anatomie im jeweiligen Ultraschallverfahren vertraut sein.
Die Reihenfolge der Auswertung hängt auch von ihrem Zweck ab, zum Beispiel:
- FAST folgt im Notfall sehr schnell einer bestimmten Abfolge anatomischer Orientierungspunkte im Abdomen und Thorax.
- Bei Föten mit Verdacht auf Wachstumseinschränkung wird ein biophysikalisches Profil erstellt, indem ihre biometrischen Parameter gemessen und überprüft werden, wo sie in den Wachstumskurven liegen.

Terminologie

Hyperechogen, echoreich (z. B. Knochenoberfläche, Nephrolithiasis Nephrolithiasis Nephrolithiasis, fetthaltige Läsionen): eine Struktur, die ein Echo mit hoher Amplitude erzeugt (hellere Grautöne und Weiß)
Hypoechogen, echoarm (z. B. Abszesse ohne Gas, solide Tumoren ohne Verkalkungen oder Fett): eine Struktur, die ein Echo mit geringer Amplitude erzeugt (dunklere Grautöne)
Anechogen, echofrei (z. B. einfache Zysten): eine Struktur, die überhaupt kein Echo erzeugt (sieht komplett schwarz aus)
Isoechogen: eine Struktur, die ein Echo mit einer sehr ähnlichen Amplitude wie ihre Umgebung erzeugt und sehr schwer zu unterscheiden ist

Transvaginal ultrasound showing a polycystic ovary — Transvaginaler Ultraschall mit polyzystischem Ovar:
Zuerkennen sind multiple Zysten an der Peripherie des Eierstocks (weißer Pfeil)
Bild: „Transvaginal ultrasound scan of polycystic ovary” von Schomynv. License: CC0 1.0

A: Ultraschall der Niere mit rechtsseitiger Hydronephrose und dem unregelmäßigen oberen Abschnitt des rechten Harnleiters
B: Gynäkologischer Ultraschall mit einer zystischen Raumforderung (8,8 x 7,5 x 8,6 cm) im rechten hinteren Abschnitt des Uterus.
Beide Befunde sind aufgrund ihres Flüssigkeitsgehalts echoarm bis echofrei
Bild: „Urinary and Gynecological Ultrasound (Sonography)“ von Ting Yan et al. Lizenz: CC BY 4.0

nonspecific hypoechoic structure on ultrasound of the right breast — A: Ultraschall der Niere mit rechtsseitiger Hydronephrose und dem unregelmäßigen oberen Abschnitt des rechten Harnleiters
B: Gynäkologischer Ultraschall mit einer zystischen Raumforderung (8,8 x 7,5 x 8,6 cm) im rechten hinteren Abschnitt des Uterus.
Beide Befunde sind aufgrund ihres Flüssigkeitsgehalts echoarm bis echofrei
Bild: „Urinary and Gynecological Ultrasound (Sonography)“ von Ting Yan et al. Lizenz: CC BY 4.0

Doppler-Ultraschall

Konventionell im Farbdoppler:

Der auf die Sonde zulaufende Blutfluss ist rot dargestellt.
Der von der Sonde weglaufende Blutfluss ist blau dargestellt.

Color and Spectral Doppler examination Ultrasound (Sonography) — Farbdoppler- und Spektraldoppler-Untersuchung der linken A. carotis interna bei einer Stenosen von ca. 70 %
Bild: „*Color Doppler and spectral Doppler examination of the left ICA*“ von Christian Arning et al. Lizenz: CC BY 2.0

Doppler ultrasound of the carotid arteries (Sonography) — Farbdoppler- und Spektraldoppler-Untersuchung der linken A. carotis interna bei einer Stenosen von ca. 70 %
Bild: „*Color Doppler and spectral Doppler examination of the left ICA*“ von Christian Arning et al. Lizenz: CC BY 2.0

Artefakte

Artefakte sind künstliche Objekte, die durch die Fehlinterpretation von Schallwellendaten, die von den Geweben zurückkommen, durch das Gerät erzeugt werden, die keine tatsächlichen Strukturen darstellen.

Einige Beispiele für Artefakte sind:

Schallverstärkung: Echos von Strukturen hinter echoarmen/schalltoten Objekten erscheinen heller.
Schallauslöschung: Echos von Strukturen hinter dichteren Objekten erscheinen dunkler oder werden überhaupt nicht visualisiert.
Spiegelbildbildung: tritt an schräg verlaufenden, stark reflektierenden Oberflächen auf (z. B. am Zwerchfell Zwerchfell Zwerchfell (Diaphragma))
Mehrfachreflexion (Reverberationen): Impuls wird mehrfach hin und her geworfen (z. B. zwischen Haut Haut Haut: Aufbau und Funktion und Schallkopf)

Ultraschall (Sonographie) der akuten Cholezystitis — Ultraschall von einer Person mit akuter Cholezystitis:
Mehrere Gallensteine werden im Gallenblasenlumen mit einer Wandverdickung der Gallenblase und pericholezystischer Flüssigkeit sichtbar gemacht. Durch die Gallensteine entsteht eine dorsale Schallauslöschung.
Bild: „*Ultrasound of a patient with acute cholecystitis*“ von Spangler R et al. Lizenz: CC BY 4.0

Anwendungen des Ultraschalls

Vor- und Nachteile der Ultraschallbildgebung

**Tabelle: Vor- und Nachteile der Ultraschallbildgebung**
Vorteile	Nachteile
Keine Strahlung (sicherste bildgebende Methode) Portabilität Kann in mehreren Einstellungen verwendet werden Relativ niedrige Kosten Visualisierung von Weichteilen Kann zystische von soliden Läsionen unterscheiden Kann sich bewegende Strukturen beurteilen (z. B. Herz) Patientenkomfort während der Untersuchung	Abhängig von der durchführenden Person (starke Qualitätsunterschiede) Schwierigkeiten bei der Beurteilung tiefer Gewebe (z. B. retroperitoneale Gefäße) Gasansammlungen (z. B. im Darm) stören die Visualisierung. Schallwellen können Knochen Knochen Aufbau der Knochen und Metall nicht durchdringen.

Indikationen und Kontraindikationen

Indikationen (eine Auswahl ist dargestellt):

Traumapatient*innen:
- FAST
- Point-of-Care-Ultraschall (POCUS)
- Rapid Ultrasound in Shock ( RUSH RUSH ACES und RUSH: Reanimations-Ultraschallprotokolle)
Gallenblase Gallenblase Gallenblase und Gallenwege und Gallensystem:
- Akute Cholezystitis Cholezystitis Cholezystitis
- Cholelithiasis Cholelithiasis Cholelithiasis
GI-Trakt:
- Appendizitis Appendizitis Appendizitis
- Divertikulitis Divertikulitis Divertikulose, Divertikelkrankheit und Divertikulitis
Niere: Hydronephrose Hydronephrose Hydronephrose
Hodensack Hodensack Hoden:
- Hodentorsion Hodentorsion Hodentorsion
- Hodentumoren
Gynäkologische Bildgebung:
- Eileiterschwangerschaft
- Polyzystisches Ovarialsyndrom
Schwangerschaftsbeurteilung:
- Diagnose
- Überwachung des fetalen Wachstums
- Plazenta Plazenta Plazenta, Nabelschnur und Amnionhöhle previa
Herz- und Lungenfunktion:
- Kongestive Herzinsuffizienz
- Pleuraerguss Pleuraerguss Pleuraerguss
Blutgefäße:
- Karotisstenose Karotisstenose Transitorische ischämische Attacke (TIA)
- Tiefe Venenthrombose Tiefe Venenthrombose Tiefe Venenthrombose (TVT)

Es gibt keine Kontraindikationen für die Ultraschallbildgebung.

Andere bildgebende Verfahren

Vergleich mit anderen bildgebenden Verfahren

**Tabelle: Vergleich bildgebender Verfahren**
	Röntgen Röntgen Röntgen	CT	Ultraschall	MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT)
Technik	Ionisierende Strahlung	Ionisierende Strahlung	Schallenergie	Ferromagnetische Impulse
Relative Kosten	Preiswert	Teuer	Preiswert	Sehr teuer
Tragbar	Ja	Nein	Ja	Nein
Dauer der Untersuchung	Sekunden	<1 Minute	Sekunden	Ungefähr 1 Stunde
Kontrast	Nein	Kann gebraucht werden	Kann gebraucht werden	Kann gebraucht werden

Optionen der Bildgebungsmethoden nach Systemen

Bildgebung des ZNS (Gehirn, Rückenmark Rückenmark Rückenmark und Wirbelsäule Wirbelsäule Wirbelsäule):
- Die Röntgenuntersuchung wird oft verwendet, um Frakturen der Wirbelsäule Wirbelsäule Wirbelsäule zu beurteilen.
- Die CT ist eine gute Wahl bei Kopftraumata und zum Ausschluss einer intrakraniellen Blutung.
- Die MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) liefert detailliertere Bilder des Gehirns und des Rückenmarks und ermöglicht die Identifizierung von Infarkten, Tumoren, Bandscheibenvorfällen und demyelinisierenden Erkrankungen.
Lungenradiologie Lungenradiologie Lungenradiologie und Bildgebung des Mediastinums:
- Das Röntgen Röntgen Röntgen ist die bevorzugte initiale bildgebende Untersuchung zur Untersuchung der Lungenpathologie.
- Die CT bietet detailliertere Ansichten des Lungenparenchyms, der mediastinalen Strukturen und des Gefäßsystems.
- Die MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) wird nicht oft verwendet, kann aber zur Beurteilung von Malignomen und Herzerkrankungen eingesetzt werden.
- Die Ultraschalluntersuchung kann zur schnellen Beurteilung von Traumata am Krankenbett und zur Führung von Verfahren wie der Thorakozentese Thorakozentese Invasive Verfahren am Thorax verwendet werden.
Bildgebung der Mamma:
- Die Mammografie ist oft die erste Wahl für die Brustkrebsvorsorge (Mammografie-Sceening zwischen 50 und 69).
- Die MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) kann zur genaueren Diagnostik eingesetzt werden.
- Die Ultraschalluntersuchung ist hilfreich bei der Beurteilung von Lymphknoten Lymphknoten Lymphsystem und bei der Biopsie (unter beste Methode zur Diagnostik bei Frauen < 40 Jahren).
Bildgebung des Abdomens und der Nieren Nieren Niere:
- Das Röntgen Röntgen Röntgen wird häufig verwendet, um Nierensteine, Darmverschluss und Pneumoperitoneum zu untersuchen. Darüber hinaus kann Barium zur Beurteilung der Schluck- und Darmfunktion verwendet werden.
- CT und MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen detailliertere Beurteilungen der Bauchorgane und des Gefäßsystems.
- Nuklearmedizin kann zur Beurteilung der Gallenblasenfunktion und Magenentleerung sowie bei gastrointestinalen Blutungen eingesetzt werden.
- Die Ultraschalluntersuchung kann zur orientierenden Beurteilung der Bauchorgane eingesetzt werden.
Bildgebung des Uterus und der Ovarien Ovarien Ovarien:
- Die Ultraschalluntersuchung ist die am häufigsten verwendete Methode zur Beurteilung der Ovarien Ovarien Ovarien und des Uterus, einschließlich der Beurteilung von Schwangerschaften und der Ursachen von abnormalen Uterusblutungen.
- CT und MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) bieten detailliertere Ansichten und sind oft nützlich bei der Beurteilung von Zysten, Malignomen und gutartigen Raumforderungen.
Bildgebung des Bewegungsapparates:
- Das Röntgen Röntgen Röntgen wird häufig zum Ausschluss von Frakturen verwendet.
- Die CT ist anfälliger für Knochenpathologien, einschließlich Osteomyelitis Osteomyelitis Osteomyelitis.
- Die MRT MRT Magnetresonanztomographie (MRT) wird für eine Weichteiluntersuchung bevorzugt, z. B. zur Beurteilung von Malignomen und Myositis.