1 Einleitung

1.1 Physikalische Grundlagen/Technik

1.1.1 Bildentstehung

Sonografische Bilder entstehen durch Schallwellen - also nicht durch (Röntgen-)"Strahlen", die von einem Schallkopf in den menschlichen Körper ausgesandt und dort reflektiert werden. In der Abdomensonografie werden i.d.R. Frequenzen von 2,5 bis 5,0 Megahertz (MHz) verwendet (vgl. S. 11). Die Hauptvoraussetzung für Reflexionen sind sogenannte "Impedanzsprünge": Diese Sprünge treten dort auf, wo zwei Gewebsschichten aneinandergrenzen, die den Schall unterschiedlich schnell fortleiten (Grenzflächen in ? Abb. 1.1). Interessant sind die nur geringgradigen Unterschiede zwischen den Gewebearten in Bezug auf ihre Schallleitungsfähigkeit ( ? Tab. 1.1 ). Nur Luft und Knochen unterscheiden sich massiv von menschlichen Geweben in Bezug auf die Geschwindigkeit, mit der sie Schallwellen fortleiten. Deshalb kann das Ultraschallgerät mit einem gespeicherten Mittelwert von ca. 1540 m/s arbeiten, ohne dass es zu größeren Verfälschungen der berechneten Herkunft ("Tiefe") des Echos kommt: Der Rechner ermittelt die Tiefe, aus der das Echo stammt, aus der zeitlichen Latenz zwischen dem Aussenden des Schallimpulses bis zum Eintreffen des Echos. Echos aus schallkopfnahen Schichten (A) treffen früher ein (tA) als Echos aus tieferen Schichten (tB, tC in ? Abb. 1.1). Der verwendete Mittelwert ist nur theoretisch, da der Rechner des Gerätes ja nicht "wissen" kann, welche Gewebeart gerade von den Schallwellen penetriert wurde.

Tab. 1.1 

Schallausbreitung in menschlichen Geweben

Luft

331 m/s

Leberparenchym

1549 m/s

Milzparenchym

1566 m/s m = 1540 m/s

Muskeln

1568 m/s

Knochen

3360 m/s

Abb. 1.1 

1.1.2 Welcher Anteil der Schallwellen wird reflektiert?

In ? Abb. 1.1 unterscheiden sich die drei linken Gewebsblöcke, die von den Schallwellen durchdrungen werden, kaum in ihrer Schallausbreitungsgeschwindigkeit (angedeutet durch ähnliche Graustufen). An jeder Grenzfläche wird daher nur ein geringer Teil der ursprünglichen Schallwellen (?) als Echo (?) reflektiert. Auf der rechten Seite liegt dagegen ein größerer Impedanzsprung zwischen den Gewebearten an Grenzfläche A vor ( ? Abb. 1.1): Der Anteil der reflektierten Schallwellen (?) ist hier daher größer als auf der linken Seite. Was passiert jedoch, wenn die Schallwellen z.B. im Magen auf verschluckte Luft oder auf eine Rippe des Patienten treffen? Dann resultiert eine sogenannte "Total reflexion" wie an der Grenzfläche B in Abb. 8.2b: Vom Schallkopf aus gesehen bleibt dahinter kein Restschall mehr übrig, um ein Bild zu generieren - ein Schallschatten (45) hinter dieser Totalreflexion ist die Folge.

Fazit: Durch (enterale oder pulmonale) Luft und durch Knochen kann mithilfe des Ultraschalls nicht hindurchgesehen werden! Es wird also später das Ziel sein, enterale Luft oder Rippen durch die Handhabung des Schallkopfes zu umgehen. Dafür spielt der Anpressdruck des Schallkopfes an die Bauchwand (vgl. S. 21), aber auch das Gel, mit dem störende Luft zwischen der Schallkopfoberfläche und der Haut des Patienten verdrängt werden soll (vgl. S. 22), eine entscheidende Rolle.

1.1.3 Aus "Schneegestöber" wird ein Bild .

Lassen Sie sich am Anfang nicht entmutigen, wenn Sie zunächst glauben, Sie könnten auf Sonografiebildern nur rätsel haftes "Schneegestöber" erkennen. Sie werden überrascht sein, wie schnell Sie lernen werden, sich die "Sonomorphologie" (= Erscheinungsform) der einzelnen Organe und Gefäße anzueignen: In der ? Abb. 1.2 sieht man in der schwarz dargestellten Gallenblase (14) zwei rundliche Polypen (65). Das graue "Schneegestöber" drumherum entspricht dem Leberparenchym (9), das von Lebergefäßen (10, 11) durchzogen wird. Wie können Sie sich schnell erarbeiten, welche Strukturen im Bild hell und welche dunkel erscheinen? Der Schlüssel dazu ist der Begriff "Echogenität" (s. S. 9).

Abb. 1.2  Gallenblase mit Polypen

1.1.4 Was bedeutet der Begriff "Echogenität"?

Gewebe oder Organe, die viele Impedanzsprünge aufweisen, erzeugen viele Echos, erscheinen im Bild demnach "echo reich" = hell. Organe mit wenig Impedanzsprüngen erscheinen dagegen "echoarm" = dunkel. Homogene Flüssigkeiten (Blut, Harn, Galle, Liquor, Perikard- oder Pleuraerguss, Aszites, Zystensekret) ohne Impedanzsprünge erscheinen also "echofrei" = schwarz. Die Anzahl an Impedanzsprüngen hängt dabei keineswegs von der physikalischen Dichte (= Masse/Volumen ) ab: Das Beispiel einer Fettleber mag dies am besten verdeutlichen: Das Parenchym einer Fettleber (9) erscheint in der Nativ-CT ( ? Abb. 1.3) dunkler (also weniger dicht) als die Lebergefäße bzw. eine normale Leber ( ? Abb. 1.3).

Dies liegt an der geringeren Dichte des Fettes im Vergleich zum normalen Lebergewebe. In der Sonografie resultieren durch die Fetteinlagerung jedoch mehr Impedanzsprünge ( ? Abb. 1.3) als in normalem Lebergewebe ( ? Abb. 1.3). Eine Fettleber sieht im Ultraschall also echoreicher (heller) aus, obwohl sie eine deutlich geringere physikalische Dichte aufweist.

Abb. 1.3 Abb. 9.1 a CT: Fettleber

b CT: normale Leber

c Sono: Fettleber

d Sono: normale Leber

Bitte verwenden Sie folgende Begriffe:

echofrei (= schwarz) erscheinen:

echoreich (= hell)

Blut, Harn, Galle, Liquor,

echoarm (= dunkel)

Perikard- oder Pleuraerguß,

echofrei (= schwarz)

Aszites, Zysten

Ein häufiges Missverständis: Was zeigen also schallende Ärzte, die von einer "Leberverdichtung" sprechen? Entweder er/sie drückt sich missverständlich aus oder er/sie hat eventuell noch nicht das Prinzip der Sonografie und ihren Unterschied zu Röntgenverfahren verstanden: Es werden nicht die physikalischen Gewebsdichten wie in Röntgen- oder CT-Bildern in ein Bild umgewandelt, sondern Schallleitungs-Differenzen (Impedanzsprünge), die dichteunabhängig sind.

1.1.5 Erzeugung und Frequenzbereiche der Schallwellen

Schallwellen entstehen durch den umgekehrt "piezoelektrischen Effekt": Kristalle werden durch Schalldruckwellen eines Echos verformt und geben dadurch einen elektrischen Impuls ab. Beim Senden funktioniert es umgekehrt. Viele solcher Kristalle sind in einen Schallkopf eingebaut und können je nach Impuls Schallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen abgeben, die in "Megahertz" (= MHz) angegeben werden. Ein "3,75- MHz"-Schallkopf sendet also nicht nur Druckwellen (= Schallwellen) mit der Frequenz von 3,75 MHz aus. Es handelt sich lediglich um die Angabe der mittleren Frequenz (="Centerfrequenz"). In Wirklichkeit sendet ein solcher Schallkopf mit Frequenzen z.B. zwischen 2 und 6 MHz. Sogenannte "Multifrequenz-Schallköpfe" bieten darüber hinaus die Möglichkeit, diese Centerfrequenz und die darumliegende "Bandbreite" der gesendeten Schallfrequenzen zu erhöhen oder herabzusetzen. So kann die Bandbreite bei schlanken Patienten oder Kindern zugunsten höherer Frequenzen verschoben werden (z.B. 4-8 MHz mit einer Centerfrequenz von 6 MHz), um eine bessere Ortsauflösung (= "Resolution") zu erzielen. Dies bewirkt jedoch eine geringere Eindringtiefe des Schalls.

Bei sehr adipösen Patienten ist daher die Verwendung tieferer Frequenzen (z.B. 1-5 MHz mit einer Centerfrequenz von 2,5 MHz) sinnvoll, um die benötigte Eindringtiefe (= "Penetration") zu gewährleisten - aber auf Kosten der Auflösung...