Ultraschall (Sonographie) – Anwendungsgebiete und Methoden

Als Ultraschall werden elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz über 16-20 kHz bezeichnet, die für das menschliche Ohr nicht mehr wahrnehmbar sind. Die erste medizinsche Anwendung des  Ultraschalls datiert auf das Jahr 1942. Heute findet Ultraschall in der Medizin als bildgebendes diagnostisches Verfahren (  Sonographie ) sowie als nichtinvasives Behandlungsverfahren breiteste Anwendung in allen medizinischen Fachdisziplinen.

Lesen sie auf dieser Seite zu Ultraschall:

  1. Diagnostische Anwendungen
  2. Therapeutische Anwendungen
  3. Technische Methoden und Gerätetypen
  4. Wichtige Hersteller für Ultraschallgeräte

Diagnostische Anwendungen

Ultraschall – Baby in 26 Schwangerschaftswoche
Ultraschall – Baby in 26 Schwangerschaftswoche

Im Gegensatz zur Röntgen-Diagnostik, die mit ionisierender Strahlung durchgeführt wird, sind Untersuchungen und Therapien mit Ultraschall körperlich unbedenklich. Verwendung finden dabei  Frequenzen zwischen 1 und 40 MHz mittlerer Intensität. Es kommen keine zusätzlichen Medikamente und in den meisten Fällen auch keine Kontrastmittel zum Einsatz.
Die diagnostischen Anwendungen des Ultraschalls beruhen auf der parallelen Aussendung und dem Rückempfang von Schallwellen, die an den Grenzbereichen unterschiedlicher Gewebe eine Streuung oder Reflexion durch Impedanzänderung erfahren. Mit einer Messung der Zeitspanne zwischen Aussenden und Empfang kann die Gewebetiefe bestimmt und bildgebende Grauwerte erzeugt werden. Durch Ausnutzung des Doppler-Effektes, benannt nach einem Physiker des 19. Jahrhunderts, können außerdem die Geschwindigkeiten strömender Körperflüssigkeiten in Gefäßen bestimmt und damit Erkentnisse über krankhafte Gefäßveränderungen gewonnen werden.

Damit die Schallwellen von der Kopfsonde störungsfrei in den Körper gelangen können, ist grundsätzlich die Anwendung von Sonographiegel als Koppelmedium notwendig.  Ein großer Vorteil gegenüber anderen radiologischen Verfahren ist die hohe Bildwiederholungsfrequenz und damit eine quasi Echtzeit-Bildgebung. Dadurch werden schnelle Perspektivwechsel und das Nachvollziehen von Bewegungsvorgängen im Körper ermöglicht. Durch eine Kombination unterschiedlicher Wirkungsprinzipen und -techniken können hoch spezialisierte komplexe Untersuchungen durchgeführt werden. Ultraschallgeräte sind mobil konstruiert und dadurch sehr flexibel einsetzbar.

Wichtige diagnostische Anwendungsbereiche sind z.B. Gynäkologie und klinische Geburtshilfe bzw. -vorbereitung, frühkindliche Untersuchungen wie z.B.

  • Hüftdysplasie,
  • die Diagnose von Gallensteinen oder
  • Abdomen,
  • Mammografie-Screening, 
  • Untersuchungen von Muskel- und Gefäßerkrankungen sowie von
  • Verletzungen an Bändern oder Knorpelgelenken.

Die Gewinnung zufriedenstellender Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind bei Ultraschalluntersuchungen in besonderem Maße vom Untersucher und den zur Verfügung stehenden klinischen  Angaben sowie einer dezidierten Fragestellung abhängig.

Therapeutische Anwendungen

Bei den therapeutischen Anwendungen des Ultraschalls wird der biophysikalische Grundmechanismus der Wechselwirkung der eingesetzten Strahlung mit dem lebenden Organismus ausgenutzt. Mittels Ultraschalltherapie lassen sich beispielsweise

  • innere Organe,
  • die Augen,
  • Gelenkentzündungen oder
  • Durchblutungsstörungen

erfolgreich behandeln. Im Bereich der Chirurgie wird mittels hochintensiver fokussierter Ultraschalleinwirkung eine themophysikalische Reaktion erzielt, die zum Schneiden von Gewebe, z.B. bei der Behandlung von Geschwüren oder Tumoren Verwendung findet.

Auch in der Zahnmedizin findet Ultraschall eine breite Anwendung, so etwa bei der Dentalhygiene, zur Parodontoseprophylaxe oder in der konservierenden Stomatologie beim Einsetzen von Inlays. Dazu wird die direkte mechanische Wechselwirkung einer hochfrequent schingenden Arbeitsspitze mit der bearbeitenden Oberfläche genutzt.  Eine weiterer Anwendungsbereich ist die Schönheitsmedizin, die mittels Ultraschall Fettpartien im Körper verflüssigt bzw. auflöst.

Technische Methoden und Gerätetypen

Für die technische Anwendung des Ultraschalls werden verschiedene Parameter der Schallwellen je nach Methode verwendet und ausgewertet. Im Schallkopf der Sonde befinden sich Kristalle, die mittels des piezoelektrischen Effektes gerichtete Schallimpulse aussenden und die empfangenen akustischen Echos in elektrische Impulse wandeln.  

Bei der in der HNO-Diagnostik gebräuchlichen A - Methode ( "amplitude modulation" ) werden in einem zweidimensionalen Verfahren die Eindringtiefe und die Stärke des empfangenen Echos abgebildet. Dabei verstärkt die Elektronik die empfangene Signalamplitude um bis zu 120 dB.  

Bei der weit verbreiteten B - Methode ( "brightness mode" ) wird die Amplitude des empfangenen Echos in den Grauwert eines Bildpunktes umgewandelt und damit in eine eine bildgebende Helligkeit umgesetzt. Mittels automatischem Schwenk und anschließender Synchronisierung kann mit der B – Methode eine 2D-Echtzeitbildgebung mit hoher Bildwiederholfrequenz erfolgen.

Für die M – Methode ("motion mode")  wird ein Meßstrahl mit einer hohen Impulswiederholungsfrequenz von 1000 Hz bis 5000 Hz verwendet. Die empfangenen Amplitudenstärken werden zeitabhängig dargestellt. Das Verfahren eignet sich für Untersuchung von Bewegungsabläufen und findet in der Echokardiografie Anwendung.

Doppler-Geräte ( „D-mode“ bzw. „F-Mode“ für Farbdoppler ) basieren technisch auf dem gleichnamigen Effekt und werten die Frequenzverschiebung aus, die auftritt, wenn Schallwellen auf bewegte Objekte oder Teilchen treffen. Das Doppler-Verfahren gilt als einzige etablierte Methode zur dynamischen Darstellung von flüssigen Medien wie Blut oder Lymphe.
Grundsätzlich unterscheidet man PW-Doppler ( Pulsed Wave Doppler) und CW-Doppler ( Continuous Wave Doppler ). Duplex-Geräte kombinieren das CW-Doppler-Verfahren mit dem B-Verfahren. Farb-Doppler überlagern das mit dem B-Verfahren erzeugte Ultraschallbild mit festgelegten codierten Falschfarben, die bestimmte zusätzliche Parameter darstellen.
Seit der Jahrtausendwende erobern mehrdimensionale Darstellungsverfahren in der Sonografie immer größere Marktanteile.  3D-Ultraschallgeräte erzeugen dreidimensionale Standbilder, während 4D-Geräte die räumlichen Darstellungen in Echtzeit verfügbar machen.

Für die technische Ausrüstung unterscheidet man je nach diagnostischer Anwendung und medizinischer Indikation verschiedene Sondentypen wie z.B.

  • Linearsonden,
  • Breitbandsonden,
  • Endovaginalsonden
  • Convexsonden oder
  • Stiftsonden.

Wichtige Hersteller für Ultraschallgeräte

Wichtige Hersteller für Ultraschallgeräte sind Philips, GE, Siemens, Sonosite und Toshiba. Weitere Hersteller wie Hitachi oder HP haben geringere Marktanteile.

Die internationale Sicherheitsnorm für Ultraschallgeräte ist unter der Nummer IEC 60601-2-37 zertifiziert. Die Qualitätssicherung in der Ultraschalldiagnostik ist in Deutschland in der sogenannten Ultraschall-Vereinbarung nach § 135 Abs. 2 SGB V geregelt.