Ultraschall und Sonographie

Ultraschall (Sonographie) erzeugt Echtzeitbilder aus den Echos hochfrequenter Schallwellen, die an Grenzflächen zwischen Geweben unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektiert werden. Ein Schallkopf sendet Impulse aus und empfängt die zurückkehrenden Echos, deren Laufzeit zur Tiefenlokalisation von Reflektoren genutzt wird. Da Ultraschall in Echtzeit erfolgt, portabel ist und keine ionisierende Strahlung verwendet, wird er häufig zur Darstellung von Weichteil-, Gefäß- und fetaler Anatomie eingesetzt.

Definition

Die Sonographie ist eine Echtzeit-Bildgebungstechnik, die Bilder aus den Echos hochfrequenter Schallimpulse konstruiert, die an akustischen Impedanzgrenzen innerhalb des Gewebes reflektiert werden, wobei Reflektoren durch die Zeitverzögerung der zurückkehrenden Echos lokalisiert werden.

Scope

Das Thema umfasst die Erzeugung und Reflexion akustischer Impulse, die Rolle der akustischen Impedanz bei der Erzeugung von Echos, die Bildung von Graustufenbildern (B-Mode), die Nutzung des Dopplereffekts zur Beurteilung des Blutflusses sowie ergänzende Techniken wie kontrastverstärkter Ultraschall und Elastographie. Es handelt sich um eine Referenz zur Darstellung der Anatomie mittels Ultraschall, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie erzeugen akustische Impedanzunterschiede zwischen Geweben die Echos, die ein Bild formen?
• Wie kodiert die Zeitverzögerung der zurückkehrenden Echos die Tiefe?
• Wie ermöglicht der Doppler-Effekt dem Ultraschall die Beurteilung des Blutflusses?
• Was tragen kontrastverstärkter Ultraschall und Elastographie zur Graustufenbildgebung bei?

Key concepts

• Akustische Impedanz und Reflexion
• Puls-Echo-Prinzip
• B-Mode (Graustufen)-Bildgebung
• Doppler-Beurteilung des Flusses
• Mikrobläschen-Kontrastmittel
• Ultraschall-Elastographie
• Nicht-ionisierende Echtzeit-Bildgebung

Mechanisms

Ein Schallkopf wandelt elektrische Impulse in hochfrequenten Schall um, der sich im Gewebe ausbreitet; an jeder Grenze, an der sich die akustische Impedanz ändert, wird ein Teil des Impulses zum Schallkopf zurückreflektiert. Die Zeit, die ein Echo für die Rückkehr benötigt, gibt die Tiefe des Reflektors an, und die Amplitude des Echos bestimmt die Helligkeit des entsprechenden Pixels, wodurch ein Echtzeit-Graustufenbild (B-Mode) entsteht. Die Bewegung von Reflektoren wie roten Blutkörperchen verschiebt die Frequenz des zurückkehrenden Schalls (Doppler-Effekt), was zur Kartierung und Quantifizierung des Flusses genutzt wird. Mikrobläschen-Kontrastmittel verstärken das Echo aus Blutansammlungen (Dietrich et al., 2020), während die Elastographie Gewebedeformationen oder die Ausbreitung von Scherwellen nutzt, um die Steifigkeit abzuschätzen (Ferraioli et al., 2015). Die zugrunde liegende Akustik wird in Standard-Physikreferenzen detailliert beschrieben (Bushberg et al., 2012).

Clinical relevance

Ultraschall ermöglicht eine Echtzeit-Darstellung von Weichteil-, Gefäß-, Abdominal- und geburtshilflicher Anatomie am Krankenbett ohne ionisierende Strahlung, und standardisierte Untersuchungsprotokolle unterstützen eine konsistente anatomische Beurteilung (AIUM, 2018). Dieser Eintrag beschreibt, wie Ultraschall die Anatomie darstellt, und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.

History

Der medizinische Ultraschall entwickelte sich Mitte des 20. Jahrhunderts aus Sonar- und industriellen Fehlererkennungstechniken, wobei er von A-Mode-Aufzeichnungen zu Echtzeit-B-Mode-Bildgebung überging. Die Hinzufügung von Doppler-Methoden ermöglichte eine nicht-invasive Beurteilung des Blutflusses, und spätere Entwicklungen fügten Mikrobläschen-Kontrastmittel (Dietrich et al., 2020) und die elastographische Messung der Gewebesteifigkeit (Ferraioli et al., 2015) hinzu, wodurch seine anatomische und funktionelle Reichweite erweitert wurde.

Seminal works

• ferraioli-2015
• dietrich-2020

Frequently asked questions

Wie erzeugt Ultraschall ein Bild ohne Strahlung?

Er sendet hochfrequente Schallimpulse in den Körper und bildet ein Bild aus den Echos, die an Gewebegrenzen reflektiert werden, wobei die Zeit jedes Echos zur Bestimmung der Tiefe genutzt wird; es ist keine ionisierende Strahlung beteiligt.

Wofür wird Doppler-Ultraschall verwendet?

Der Doppler-Ultraschall erfasst die Frequenzverschiebung des Schalls, der von sich bewegendem Blut reflektiert wird, wodurch das Vorhandensein, die Richtung und die Geschwindigkeit des Flusses in Gefäßen beurteilt werden können.