Ultraschall-Echogenität und akustische Impedanz

Der Ultraschall erzeugt Bilder aus Echos: Schallimpulse werden in den Körper gesendet, und das Gerät kartiert, wo und wie stark sie reflektiert werden. Die Stärke dieser Echos – die Echogenität einer Struktur – hängt hauptsächlich von den Unterschieden in der akustischen Impedanz an den Grenzflächen zwischen Geweben ab, sodass Grenzflächen zwischen sehr unterschiedlichen Geweben hell erscheinen, während homogenes Gewebe oder reine Flüssigkeit dunkel ist.

Definition

Echogenität ist die relative Stärke der von einem Gewebe zurückgeworfenen Ultraschallechos; die akustische Impedanz ist das Produkt aus der Dichte eines Gewebes und der Schallgeschwindigkeit darin, und Echos werden an Grenzflächen erzeugt, an denen sich diese Impedanz ändert, wobei größere Unterschiede hellere Reflexionen hervorrufen.

Scope

Dieses Thema erklärt, wie die akustische Impedanz und ihre Unterschiede den Ultraschallkontrast erzeugen: warum Gewebe als hyperechogen, hypoechogen oder anechogen beschrieben werden und wie gasgefüllte Mikrobläschen-Kontrastmittel starke Reflektoren hinzufügen. Es handelt sich um eine Referenzdarstellung der physikalischen Grundlagen des Ultraschallbildes, nicht um eine Anleitung zur Scantechnik oder zur Kontrastmittelgabe.

Core questions

• Welche physikalische Eigenschaft des Gewebes bestimmt, wie hell es im Ultraschall erscheint?
• Warum erzeugen Grenzflächen zwischen verschiedenen Geweben Echos?
• Was bedeuten hyperechogen, hypoechogen und anechogen?
• Warum blockieren Knochen und Luft den Ultraschallstrahl?
• Wie verstärken Mikrobläschen-Kontrastmittel das Echosignal?

Key concepts

• Akustische Impedanz (Dichte mal Schallgeschwindigkeit)
• Impedanzfehlanpassung und Reflexion an Grenzflächen
• Echogenität (hyperechogen, hypoechogen, anechogen)
• Akustische Abschattung und Verstärkung
• Mikrobläschen-Kontrastmittel
• Dämpfung des Ultraschallstrahls

Mechanisms

Ein Ultraschallwandler sendet kurze Impulse aus und lauscht auf zurückkehrende Echos. An jeder Gewebegrenze wird der reflektierte Schallanteil durch die Differenz der akustischen Impedanz zwischen den beiden Geweben bestimmt: kleine Unterschiede (wie innerhalb von Weichgewebe) erzeugen schwache Echos, die Organen ihre charakteristische Textur verleihen, während große Unterschiede (Weichgewebe zu Knochen oder zu Gas) fast den gesamten Schall reflektieren, helle Grenzflächen und eine Beschattung der dahinterliegenden Strukturen erzeugen. Reine Flüssigkeit enthält keine reflektierenden Grenzflächen und erscheint anechogen. Gasgefüllte Mikrobläschen-Kontrastmittel führen zu einer sehr großen Impedanzfehlanpassung im Blut und oszillieren stark im Schallfeld, wodurch das zurückkehrende Signal aus perfundiertem Gewebe erheblich verstärkt wird, wie von Cosgrove zusammengefasst.

Clinical relevance

Echogenitätsmuster ermöglichen es dem Ultraschall, Flüssigkeit, festes Gewebe, Verkalkungen und Gas zu unterscheiden, was die Interpretation der sonographischen Anatomie untermauert. Dieser Eintrag beschreibt den physikalischen Ursprung des Ultraschallbildes und ist keine Grundlage für diagnostische Kriterien oder die Kontrastmittelgabe bei einzelnen Patienten.

Evidence & guidelines

Die Prinzipien von Impedanz, Reflexion und Echogenität sind Standard-Bildgebungsphysik, die in Texten wie Bushberg und Kollegen und Kremkau dargestellt werden. Das Verhalten und die Verwendung von Mikrobläschen-Kontrastmitteln werden in Übersichtsartikeln wie Cosgrove zusammengefasst.

History

Der diagnostische Ultraschall entwickelte sich Mitte des 20. Jahrhunderts aus Puls-Echo-Techniken, wobei die Bildhelligkeit von Anfang an an die Reflexion des Schalls an Impedanzgrenzen gekoppelt war. Gasgefüllte Mikrobläschen-Kontrastmittel, die eine große Impedanzfehlanpassung im Blutkreislauf nutzen, wurden später entwickelt und sind in speziellen Übersichtsartikeln wie Cosgrove (2006) beschrieben.

Seminal works

• cosgrove-2006

Frequently asked questions

Warum erscheint Flüssigkeit im Ultraschall schwarz (anechogen)?

Homogene Flüssigkeit enthält keine inneren Grenzflächen unterschiedlicher akustischer Impedanz, sodass fast kein Schall zurückreflektiert wird und der Bereich wenig oder kein Echo zurückgibt.

Warum kann Ultraschall Knochen oder Gas nicht gut durchdringen?

Die Impedanzfehlanpassung zwischen Weichgewebe und Knochen oder Gas ist so groß, dass fast der gesamte Schall an der Grenzfläche reflektiert wird, wodurch wenig Energie für die Bildgebung von dahinterliegenden Strukturen verbleibt und ein akustischer Schatten entsteht.

Wie machen Mikrobläschen-Kontrastmittel Blut besser sichtbar?

Das Gas in Mikrobläschen hat eine sehr unterschiedliche akustische Impedanz als Blut, und die Bläschen resonieren stark im Ultraschallfeld, sodass sie viel stärkere Echos aus dem Blutkreislauf zurückgeben als Blut allein.