Ultraschall (Sonographie)

Die Sonographie (Synonyme: Ultraschall, Echographie) ist ein diagnostisches Bildgebungsverfahren (Untersuchungsmethode zur Darstellung innerer Strukturen) zur Darstellung innerer Strukturen mittels hochfrequenter Schallwellen (Schwingungen oberhalb der menschlichen Hörschwelle). Im Gegensatz zu anderen Verfahren der Radiologie arbeitet die Sonographie strahlungsfrei und kann beliebige Schnittebenen in Echtzeit darstellen.

Obwohl die Methode radiologisch klassifiziert wird, erfolgt die überwiegende Anzahl der Untersuchungen durch Fachärzte anderer Disziplinen – insbesondere in der Inneren Medizin, Gynäkologie, Urologie, Pädiatrie und Notfallmedizin.

Physikalische Grundlagen

Die Bildentstehung erfolgt durch den piezoelektrischen Effekt (Stromerzeugung durch Kristallverformung):
Kristalle im Schallkopf (Ultraschallsonde) wandeln elektrische Impulse in mechanische Schwingungen um, die im Gewebe reflektiert und zurückgesendet werden.

• Frequenzbereich: 1-20 MHz
• Auflösung vs. Eindringtiefe:
  • Hohe Frequenz → hohe Auflösung (Bildschärfe), geringe Eindringtiefe
  • Niedrige Frequenz → tiefes Eindringen, geringere Auflösung

Die reflektierten Signale werden digitalisiert, verarbeitet und als Bild am Monitor sichtbar gemacht. Die Signalqualität hängt wesentlich von der Impedanzdifferenz (Unterschied im Schallwellenwiderstand) zwischen den Geweben ab – weshalb ein Kontaktgel (Ultraschallgel) aufgetragen wird, um Luftschichten zu vermeiden.

Technische Entwicklungen

Moderne Sonographiesysteme nutzen hochauflösende Transducer (Schallköpfe) mit digitaler Signalverarbeitung:

• Beamformer (elektronische Richtungsverarbeitung) ermöglichen die räumliche Lokalisierung der reflektierten Signale
• Speckle-Reduktion verbessert die Bildschärfe durch algorithmische Glättung
• Harmonic Imaging (harmonische Bildgebung) und Compound Imaging (Mehrwinkelbildgebung) steigern Kontrast und Detailerkennung

Verfahren der Sonographie

A-Mode (Amplitudenmodulation)

• Einfache Tiefendarstellung der Echoreflexionen entlang einer Linie
• Heute nur noch in Spezialanwendungen (z. B. Augenheilkunde)

B-Mode (Brightness Mode)

• Erzeugung von zweidimensionalen Graustufenbildern
• Grundlage fast aller sonographischer Untersuchungen

M-Mode (Motion Mode)

• Zeitorientierte Aufzeichnung entlang einer Scanlinie
• Besonders geeignet für Bewegungsanalysen (z. B. Herzklappen)

Dopplerverfahren

• Darstellung von Blutflussgeschwindigkeit und -richtung
• Farbdoppler, Pulsed-Wave- und Continuous-Wave-Doppler
• Einsatz u. a. bei Gefäßstenosen (Verengung von Gefäßen), Herzklappenfehlern, venösen Thrombosen (Blutgerinnsel in Venen)

Mehrdimensionale Verfahren

• 3D-Sonographie: räumliche Darstellung von Organen oder Feten (ungeborene Kinder)
• 4D-Sonographie: Echtzeit-Volumenbilder, v. a. in der Pränataldiagnostik (vorgeburtliche Diagnostik)

Kontrastmittelsonographie (CEUS)

CEUS (Kontrastmittelverstärkter Ultraschall) verwendet gasgefüllte Mikrobläschen, die intravenös appliziert werden und eine verstärkte Reflexion erzeugen. Das Verfahren erlaubt eine präzise Perfusionsanalyse (Durchblutungsbeurteilung) in Echtzeit.

Indikationen

• Leberläsionen (z. B. Fokal noduläre Hyperplasie, HCC – Leberzellkrebs) 
• Nierenrundherde bei eingeschränkter Nierenfunktion 
• Pankreastumoren, zystische Veränderungen (Bauchspeicheldrüsenveränderungen) 
• Therapiekontrolle bei onkologischen Patienten (z. B. Antiangiogenese-Therapie) 

Vorteile

• Strahlenfrei und nicht nephrotoxisch (nierenbelastend)
• Echtzeitdarstellung der Mikrozirkulation (feinste Gefäßdurchblutung)
• Alternative bei Kontraindikationen für MRT oder Computertomographie (Schichtbildverfahren mit Magnetfeldern bzw. Röntgenstrahlung)

Stärken und Limitationen der Sonographie

Vorteile

• Keine Strahlenbelastung
• Echtzeitdiagnostik mit hoher Verfügbarkeit
• Kosteneffizient und mobil
• Breites Anwendungsspektrum

Nachteile

• Starke Abhängigkeit vom Untersucher
• Eingeschränkte Bildqualität bei Adipositas (starkem Übergewicht) oder Darmgasüberlagerung
• Limitierte Tiefendarstellung bei hochfrequenter Sonde

Beispiele etablierter Ultraschallverfahren

• Sonographie – Übersicht der diagnostischen Ultraschalluntersuchungen nach Organsystemen

Qualitätssicherung

Die Qualität der sonographischen Diagnostik hängt maßgeblich von der Ausbildung des Untersuchers ab. In Deutschland erfolgt die strukturierte Qualifikation über die DEGUM-Level (I–III) (Zertifizierungsstufen der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin).

• DEGUM-Zertifizierung ist ein Gütesiegel für fundierte Ausbildung
• Schulungen erfolgen organspezifisch (z. B. Abdomen, Gynäkologie, Gefäße)

Literatur

1. Piscaglia F et al. EFSUMB Guidelines on the Non-Hepatic Clinical Applications of CEUS. Ultraschall in Med. 2012;33(1):33–59. doi: 10.1055/s-0031-1281676
2. Dietrich CF et al.: How to perform Contrast-Enhanced Ultrasound (CEUS) CC BY-NC-ND 4.0  Ultrasound Int Open 2018; 04(01): E2-E15 doi: 10.1055/s-0043-123931