Medizinischer Ultraschall - Medical ultrasound

Medizinischer Ultraschall
Sonograph macht pädiatrische Echokardiographie.JPG
Sonograph macht Echokardiographie bei einem Kind
ICD-10-PCS B?4
ICD-9-CM 88,7
Gittergewebe D014463
OPS-301-Code 3-03...3-05

Medizinischer Ultraschall umfasst diagnostische Bildgebungsverfahren sowie therapeutische Anwendungen von Ultraschall . In der Diagnose wird es verwendet, um ein Bild von inneren Körperstrukturen wie Sehnen , Muskeln , Gelenken, Blutgefäßen und inneren Organen zu erstellen . Ihr Ziel ist es in der Regel, eine Krankheitsquelle zu finden oder eine Pathologie auszuschließen . Die Untersuchung schwangerer Frauen mit Ultraschall wird als geburtshilflicher Ultraschall bezeichnet und war eine frühe Entwicklung der klinischen Ultraschalluntersuchung.

Ultraschall besteht aus Schallwellen mit Frequenzen, die deutlich über dem menschlichen Hörbereich (>20.000 Hz) liegen. Ultraschallbilder, auch als Sonogramme bekannt, werden erstellt, indem mit einer Sonde Ultraschallimpulse in das Gewebe gesendet werden . Die Ultraschallimpulse werden von Geweben mit unterschiedlichen Reflexionseigenschaften reflektiert und an die Sonde zurückgegeben, die sie aufnimmt und als Bild anzeigt.

Es können viele verschiedene Arten von Bildern erzeugt werden. Am gebräuchlichsten ist ein B-Mode-Bild (Helligkeit), das die akustische Impedanz eines zweidimensionalen Gewebequerschnitts anzeigt . Andere Typen zeigen den Blutfluss , die Bewegung des Gewebes im Laufe der Zeit, die Position des Blutes, das Vorhandensein bestimmter Moleküle, die Steifheit des Gewebes oder die Anatomie einer dreidimensionalen Region .

Im Vergleich zu anderen medizinischen Bildgebungsverfahren hat Ultraschall mehrere Vorteile. Es liefert Bilder in Echtzeit, ist portabel und kann somit mit ans Bett genommen werden. Es ist wesentlich kostengünstiger als andere Bildgebungsstrategien und verwendet keine schädliche ionisierende Strahlung . Zu den Nachteilen zählen verschiedene Einschränkungen des Sichtfelds, die Notwendigkeit der Mitarbeit des Patienten, die Abhängigkeit vom Körper des Patienten, Schwierigkeiten bei der Bildgebung von Strukturen, die durch Knochen , Luft oder Gase verdeckt sind , und die Notwendigkeit eines erfahrenen Bedieners, normalerweise mit professioneller Ausbildung.

Ein Ultraschallergebnis der fetalen Biometrie, das auf ein Stück Papier gedruckt ist.

Die Sonographie (Ultrasonographie) ist in der Medizin weit verbreitet . Es ist möglich, sowohl diagnostische als auch therapeutische Verfahren durchzuführen , wobei Ultraschall verwendet wird , um interventionelle Verfahren wie Biopsien zu leiten oder Flüssigkeitsansammlungen abzuleiten, die sowohl diagnostisch als auch therapeutisch sein können. Sonographen sind medizinische Fachkräfte, die Scans durchführen, die traditionell von Radiologen, Ärzten, die auf die Anwendung und Interpretation medizinischer Bildgebungsmodalitäten spezialisiert sind, oder im Fall der Herzsonographie ( Echokardiographie ) von Kardiologen interpretiert werden . Zunehmend verwenden Ärzte und andere medizinische Fachkräfte, die eine direkte Patientenversorgung durchführen, den Ultraschall in der Praxis und in der Krankenhauspraxis ( Point-of-Care-Ultraschall ).

Die Sonographie ist effektiv für die Darstellung von Weichteilen des Körpers. Oberflächliche Strukturen wie Muskeln , Sehnen , Hoden , Brust , Schilddrüse und Nebenschilddrüsen sowie das Gehirn des Neugeborenen werden mit höheren Frequenzen (7–18 MHz) abgebildet , was eine bessere lineare (axiale) und horizontale (laterale) Auflösung bietet . Tiefere Strukturen wie Leber und Niere werden bei niedrigeren Frequenzen (1–6 MHz) mit geringerer axialer und lateraler Auflösung als Preis für eine tiefere Gewebepenetration abgebildet.

Für die meisten Bildgebungszwecke kann ein Allzweck-Ultraschallwandler verwendet werden, aber in einigen Situationen kann die Verwendung eines speziellen Wandlers erforderlich sein. Die meisten Ultraschalluntersuchungen werden mit einem Schallkopf auf der Körperoberfläche durchgeführt, aber eine bessere Visualisierung ist oft möglich, wenn ein Schallkopf im Körper platziert werden kann. Zu diesem Zweck werden üblicherweise spezielle Wandler verwendet, einschließlich endovaginaler, endorektaler und transösophagealer Wandler. Im Extremfall können sehr kleine Wandler an Kathetern mit kleinem Durchmesser angebracht und in Blutgefäßen platziert werden, um die Wände und Erkrankungen dieser Gefäße abzubilden.

Anästhesiologie

In der Anästhesiologie wird Ultraschall häufig verwendet, um die Platzierung von Nadeln beim Injizieren von Lokalanästhesielösungen in die Nähe von im Ultraschallbild identifizierten Nerven (Nervenblockade) zu steuern. Es wird auch für Gefäßzugänge wie die Kanülierung großer Zentralvenen und für schwierige arterielle Kanülierungen verwendet . Der transkranielle Doppler wird häufig von Neuroanästhesisten verwendet, um Informationen über die Flussgeschwindigkeit in den basalen Hirngefäßen zu erhalten .

Angiologie (vaskulär)

Intravaskuläres Ultraschallbild einer Koronararterie (links), rechts mit Farbcodierung, die das Lumen (gelb), die äußere elastische Membran (blau) und die atherosklerotische Plaquebelastung (grün) abgrenzt

In der Angiologie oder Gefäßmedizin wird Duplex-Ultraschall (B-Mode-Bildgebung kombiniert mit Doppler-Flow-Messung) zur Diagnose von arteriellen und venösen Erkrankungen eingesetzt. Dies ist besonders wichtig bei potenziellen neurologischen Problemen , bei denen Karotis-Ultraschall üblicherweise zur Beurteilung des Blutflusses und potenzieller oder vermuteter Stenosen in den Karotisarterien verwendet wird , während transkranielle Doppler zur Bildgebung des Flusses in den intrazerebralen Arterien verwendet werden.

Intravaskulärer Ultraschall ( IVUS ) verwendet einen speziell entwickelten Katheter mit einer miniaturisierten Ultraschallsonde an seinem distalen Ende, die dann in ein Blutgefäß eingefädelt wird. Das proximale Ende des Katheters ist an einer computergestützten Ultraschallausrüstung befestigt und ermöglicht die Anwendung von Ultraschalltechnologie , wie beispielsweise eines piezoelektrischen Wandlers oder eines kapazitiven mikrobearbeiteten Ultraschallwandlers , um das Endothel von Blutgefäßen in lebenden Personen zu visualisieren .

Bei der häufigen und potenziell schwerwiegenden Problematik der Blutgerinnsel in den tiefen Beinvenen spielt der Ultraschall eine zentrale diagnostische Rolle, während die Sonographie der chronischen venösen Insuffizienz der Beine sich auf die oberflächlicheren Venen konzentriert , um bei der Planung geeigneter Eingriffe zu helfen zur Linderung von Symptomen oder zur Verbesserung der Kosmetik.

Kardiologie (Herz)

Ultraschall des menschlichen Herzens , der die vier Kammern und Mitral- und Trikuspidalklappen zeigt .

Die Echokardiographie ist ein wesentliches Instrument in der Kardiologie und hilft bei der Beurteilung der Herzklappenfunktion wie Stenose oder Insuffizienz , Stärke der Herzmuskelkontraktion und Hypertrophie oder Erweiterung der Hauptkammern. ( Ventrikel und Vorhof )

Notfallmedizin

Point-of-Care- Ultraschall hat viele Anwendungen in der Notfallmedizin . Dazu gehören die Unterscheidung von kardialen und pulmonalen Ursachen akuter Atemnot und die Focused Assessment with Sonography for Trauma (FAST)-Untersuchung , die um die Bewertung eines signifikanten Hämoperitoneums oder einer Perikardtamponade nach einem Trauma ( EFAST ) erweitert wird. Andere Anwendungen umfassen die Unterstützung bei der Unterscheidung von Ursachen von Bauchschmerzen wie Gallensteinen und Nierensteinen . Notfallmedizin-Aufenthaltsprogramme haben eine beträchtliche Geschichte in der Förderung des Einsatzes von Ultraschall am Krankenbett während der Arztausbildung.

Gastroenterologie/Kolorektale Chirurgie

Sowohl abdominale als auch endoanale Ultraschalluntersuchungen werden häufig in der Gastroenterologie und Kolorektalchirurgie eingesetzt . Bei der abdominalen Sonographie können die wichtigsten Organe des Abdomens wie Pankreas , Aorta , Vena cava inferior , Leber , Gallenblase , Gallengänge , Nieren und Milz abgebildet werden. Schallwellen können jedoch durch Gas im Darm blockiert und durch Fett unterschiedlich stark abgeschwächt werden, was manchmal die diagnostischen Möglichkeiten einschränkt. Der Blinddarm kann manchmal bei einer Entzündung (zB: Blinddarmentzündung ) gesehen werden, und Ultraschall ist die erste Wahl der Bildgebung, wobei eine Bestrahlung nach Möglichkeit vermieden wird, obwohl häufig andere bildgebende Verfahren wie z. B. CT gefolgt werden müssen . Endoanaler Ultraschall wird insbesondere bei der Untersuchung anorektaler Symptome wie Stuhlinkontinenz oder Stuhlentleerungsstörungen eingesetzt . Es bildet die unmittelbare perianale Anatomie ab und ist in der Lage, okkulte Defekte wie das Einreißen des Analsphinkters zu erkennen . Die Ultraschalluntersuchung von Lebertumoren ermöglicht sowohl den Nachweis als auch die Charakterisierung.

Gynäkologie und Geburtshilfe

Orthogonale Ebenen eines dreidimensionalen sonographischen Volumens mit transversalen und koronalen Messungen zur Schätzung des fetalen Schädelvolumens.

Die gynäkologische Ultraschalluntersuchung untersucht weibliche Beckenorgane (insbesondere die Gebärmutter , die Eierstöcke und die Eileiter ) sowie die Blase , die Adnexe und den Douglas- Raum . Es verwendet Schallköpfe, die für Zugänge durch die untere Bauchdecke, krummlinige und sektorale Zugänge entwickelt wurden , sowie spezielle Schallköpfe wie endovaginale .

Die geburtshilfliche Sonographie wurde ursprünglich in den späten 1950er und 1960er Jahren von Sir Ian Donald entwickelt und wird häufig während der Schwangerschaft verwendet , um die Entwicklung und Präsentation des Fötus zu überprüfen . Es kann verwendet werden, um viele Erkrankungen zu identifizieren, die potenziell schädlich für die Mutter und/oder das Baby sein könnten, die möglicherweise nicht diagnostiziert werden oder die Diagnose ohne Sonographie verzögert wird. Es wird derzeit angenommen, dass das Risiko einer verzögerten Diagnose größer ist als das geringe Risiko, wenn überhaupt, das mit einer Ultraschalluntersuchung verbunden ist. Von der Verwendung für nicht-medizinische Zwecke wie z. B. fötale „Andenken“-Videos und -Fotos wird jedoch abgeraten.

Der geburtshilfliche Ultraschall wird hauptsächlich verwendet, um:

  • Datum der Schwangerschaft ( Gestationsalter )
  • Bestätigen Sie die Lebensfähigkeit des Fötus
  • Bestimmen Sie die Lage des Fötus , intrauterin vs. ektopisch
  • Überprüfen Sie die Lage der Plazenta in Bezug auf den Gebärmutterhals
  • Überprüfen Sie die Anzahl der Föten ( Mehrlingsschwangerschaft )
  • Suchen Sie nach größeren körperlichen Anomalien.
  • Beurteilung des fetalen Wachstums (zum Nachweis einer intrauterinen Wachstumsrestriktion ( IUGR ))
  • Überprüfen Sie die Bewegung des Fötus und den Herzschlag.
  • Bestimmen Sie das Geschlecht des Babys

Laut Europäischem Komitee für medizinische Ultraschallsicherheit (ECMUS)

Ultraschalluntersuchungen sollten nur von kompetentem Personal durchgeführt werden, das in Sicherheitsfragen geschult und auf dem neuesten Stand ist. Ultraschall erzeugt Erwärmung, Druckänderungen und mechanische Störungen im Gewebe. Diagnostische Ultraschallpegel können zu Temperaturerhöhungen führen, die für empfindliche Organe und den Embryo/Fötus gefährlich sind. Biologische Wirkungen nicht-thermischen Ursprungs wurden bei Tieren berichtet, aber bisher wurden keine solchen Wirkungen beim Menschen nachgewiesen, außer wenn ein Mikroblasen- Kontrastmittel vorhanden ist.

Nichtsdestotrotz sollte darauf geachtet werden, niedrige Leistungseinstellungen zu verwenden und Pulswellen-Scans des fetalen Gehirns zu vermeiden, es sei denn, dies ist bei Risikoschwangerschaften ausdrücklich angezeigt.

Von der britischen Regierung (Gesundheitsministerium) für den Zeitraum 2005-2006 veröffentlichte Zahlen zeigen, dass mehr als 65 % der Gesamtzahl der durchgeführten Ultraschalluntersuchungen nicht geburtshilfliche Ultraschalluntersuchungen ausmachten.

Hämodynamik (Blutkreislauf)

Die Blutgeschwindigkeit kann in verschiedenen Blutgefäßen, wie z. B. der mittleren Hirnarterie oder der absteigenden Aorta , durch relativ kostengünstige und risikoarme Ultraschall-Dopplersonden, die an tragbaren Monitoren angebracht sind, gemessen werden . Diese ermöglichen eine nicht-invasive oder transkutane (nicht stechende) minimal-invasive Blutflussmessung. Gängige Beispiele sind der transkranielle Doppler , der esophogeale Doppler und der suprasternale Doppler .

Hals-Nasen-Ohrenheilkunde (Kopf und Hals)

Hals ultraschall.

Die meisten Strukturen des Halses, einschließlich der Schilddrüse und Nebenschilddrüsen , Lymphknoten und Speicheldrüsen , werden durch Hochfrequenz-Ultraschall mit außergewöhnlichen anatomischen Details gut visualisiert. Ultraschall ist das bevorzugte bildgebende Verfahren bei Schilddrüsentumoren und -läsionen und sein Einsatz ist wichtig bei der Beurteilung, präoperativen Planung und postoperativen Überwachung von Patienten mit Schilddrüsenkrebs . Viele andere gut- und bösartige Erkrankungen im Kopf-Hals-Bereich können mit Hilfe der Ultraschalldiagnostik und ultraschallgeführten Verfahren differenziert, beurteilt und behandelt werden.

Neonatologie

In der Neonatologie kann der transkranielle Doppler zur grundlegenden Beurteilung von intrazerebralen strukturellen Anomalien, Verdacht auf Blutung, Ventrikulomegalie oder Hydrozephalus und anoxischen Insulten ( Periventrikuläre Leukomalazie ) verwendet werden. Sie kann durch die weichen Stellen im Schädel eines Neugeborenen ( Fontanelle ) durchgeführt werden, bis sich diese im Alter von etwa 1 Jahr vollständig schließen und dann eine praktisch undurchdringliche Schallbarriere für Ultraschall gebildet haben. Die häufigste Stelle für kranialen Ultraschall ist die vordere Fontanelle. Je kleiner die Fontanelle, desto stärker wird das Bild beeinträchtigt.

Augenheilkunde ( Augen )

In der Augenheilkunde und Optometrie gibt es zwei Hauptformen der Augenuntersuchung mit Ultraschall:

  • A-Scan-Ultraschallbiometrie wird allgemein als A-Scan ( Amplituden-Scan ) bezeichnet. Der A-Modus liefert Daten über die Länge des Auges , die eine wichtige Determinante bei häufigen Sehstörungen ist , insbesondere zur Bestimmung der Stärke einer Intraokularlinse nach Kataraktextraktion.
  • B-Scan-Ultraschall oder B-Scan ist ein B-Modus- Scan, der eine Querschnittsansicht des Auges und der Augenhöhle erzeugt . Sein Einsatz in der Notaufnahme zur rechtzeitigen Diagnose von Erkrankungen wie Netzhaut- oder Glaskörperablösung, Netzhaut- und Glaskörperblutungen und intraokularen Fremdkörpern ist weit verbreitet und wichtig.

Pneumologie (Lunge)

Ultraschall wird zur Beurteilung der Lunge in einer Vielzahl von Umgebungen verwendet, einschließlich der Intensivmedizin, der Notfallmedizin, der Unfallchirurgie sowie der Allgemeinmedizin. Diese Bildgebungsmodalität wird am Krankenbett oder am Untersuchungstisch verwendet, um eine Reihe verschiedener Lungenanomalien zu bewerten sowie Verfahren wie Thorakozentese (Drainage von Pleuraflüssigkeit (Erguss)), Nadelaspirationsbiopsie und Katheterplatzierung zu leiten . Obwohl die in der Lunge vorhandene Luft keine gute Durchdringung der Ultraschallwellen ermöglicht, kann die Interpretation spezifischer Artefakte auf der Lungenoberfläche verwendet werden, um Anomalien zu erkennen.

Grundlagen des Lungenultraschalls

  • Die normale Lungenoberfläche : Die Lungenoberfläche besteht aus viszeraler und parietaler Pleura . Diese beiden Oberflächen werden typischerweise zusammengeschoben und bilden die Pleuralinie, die die Grundlage des Lungen- (oder Pleura-) Ultraschalls ist. Diese Linie ist bei den meisten Erwachsenen weniger als einen Zentimeter unter der Rippenlinie sichtbar. Im Ultraschall wird es als echoreiche ( hellweiße ) horizontale Linie dargestellt, wenn die Ultraschallsonde senkrecht auf die Haut aufgebracht wird.
  • Artefakte: Lungenultraschall beruht auf Artefakten, die ansonsten als Hindernis bei der Bildgebung angesehen würden. Luft blockiert den Ultraschallstrahl und somit ist die Visualisierung von gesundem Lungengewebe selbst mit diesem Bildgebungsmodus nicht praktikabel. Folglich haben Ärzte und Sonographen gelernt, Muster zu erkennen, die Ultraschallstrahlen erzeugen, wenn gesundes gegenüber erkranktem Lungengewebe abgebildet wird. Drei häufig auftretende und verwendete Artefakte beim Lungenultraschall sind Lungengleiten, A-Linien und B-Linien.
    • §  Lungengleiten: Das Vorhandensein von Lungengleiten, das auf das Schimmern der Pleuralinie hindeutet, das bei der Bewegung der viszeralen und parietalen Pleura bei der Atmung gegeneinander auftritt (manchmal als "Ameisenmarsch" bezeichnet), ist der wichtigste Befund bei normalem belüftete Lunge. Lungengleiten zeigt an, dass die Lunge an der Brustwand vorhanden ist und dass die Lunge funktioniert.
    • §  A-Linien: Wenn der Ultraschallstrahl die Pleuralinie berührt , wird er zurück reflektiert, wodurch eine helle weiße horizontale Linie entsteht. Die nachfolgenden Nachhallartefakte, die als gleichmäßig beabstandete horizontale Linien tief in der Pleura erscheinen, sind A-Linien. Letztendlich sind A-Linien eine Reflexion des Ultraschallstrahls von der Pleura, wobei der Abstand zwischen den A-Linien dem Abstand zwischen der parietalen Pleura und der Hautoberfläche entspricht. A-Linien zeigen das Vorhandensein von Luft an, was bedeutet, dass diese Artefakte in einer normalen gesunden Lunge (und auch bei Patienten mit Pneumothorax) vorhanden sein können.
    • §  B-Linien: B-Linien sind auch Nachhallartefakte. Sie werden als echoreiche vertikale Linien dargestellt, die sich von der Pleura bis zum Rand des Ultraschallschirms erstrecken. Diese Linien sind scharf definiert und laserähnlich und verblassen normalerweise nicht, wenn sie den Bildschirm entlang laufen. In der normalen Lunge sind aufgrund der akustischen Impedanzunterschiede zwischen Wasser und Luft einige B-Linien zu sehen, die sich mit der gleitenden Pleura bewegen. Übermäßige B-Linien (drei oder mehr) sind jedoch abnormal und weisen typischerweise auf eine zugrunde liegende Lungenpathologie hin.

Lungenpathologie mit Ultraschall beurteilt

  • Lungenödem : Lungenultraschall hat sich als sehr empfindlich für die Erkennung von Lungenödemen erwiesen. Es ermöglicht eine Verbesserung der Diagnose und des Managements von kritisch kranken Patienten, insbesondere in Kombination mit der Echokardiographie. Das sonographische Merkmal, das beim Lungenödem vorhanden ist, sind mehrere B-Linien. B-Linien können in einer gesunden Lunge auftreten; jedoch ist das Vorhandensein von 3 oder mehr im vorderen oder seitlichen Lungenbereich immer abnormal. Bei Lungenödemen zeigen B-Linien eine Zunahme der in der Lunge enthaltenen Wassermenge außerhalb des Lungengefäßsystems an. B-Linien können auch bei einer Reihe anderer Zustände vorhanden sein, einschließlich Lungenentzündung, Lungenkontusion und Lungeninfarkt. Darüber hinaus ist es wichtig zu beachten, dass es mehrere Arten von Wechselwirkungen zwischen der Pleuraoberfläche und der Ultraschallwelle gibt, die Artefakte mit einer gewissen Ähnlichkeit mit B-Linien erzeugen können, die jedoch keine pathologische Bedeutung haben.
  • Pneumothorax : In klinischen Situationen kann bei Verdacht auf Pneumothorax ein Lungenultraschall bei der Diagnose helfen. Beim Pneumothorax ist Luft zwischen den beiden Schichten der Pleura vorhanden, und das Lungengleiten im Ultraschall ist daher nicht vorhanden. Der negative prädiktive Wert für das Lungengleiten im Ultraschall wird mit 99,2–100% angegeben – kurzzeitig ist bei vorhandenem Lungengleiten ein Pneumothorax effektiv ausgeschlossen. Das Fehlen eines Lungengleitens ist jedoch nicht unbedingt spezifisch für einen Pneumothorax, da es auch andere Erkrankungen gibt, die diesen Befund verursachen, darunter akutes Atemnotsyndrom , Lungenkonsolidierungen , Pleuraadhäsionen und Lungenfibrose .
  • Pleuraerguss : Lungenultraschall ist eine kostengünstige, sichere und nicht-invasive Bildgebungsmethode, die bei der sofortigen Visualisierung und Diagnose von Pleuraergüssen helfen kann. Ergüsse können durch eine Kombination aus körperlicher Untersuchung, Perkussion und Auskultation des Brustkorbsdiagnostiziert werden. Diese Untersuchungstechniken können jedoch durch eine Vielzahl von Faktoren erschwert werden, einschließlich mechanischer Beatmung , Fettleibigkeit oder Patientenlagerung, die alle die Empfindlichkeit der körperlichen Untersuchung verringern. Folglich kann Lungenultraschall ein zusätzliches Instrument zur Ergänzung einer einfachen Thoraxröntgenaufnahme und einer Thorax-CT sein . Pleuraergüsse erscheinen im Ultraschall eher als strukturelle Bilder innerhalb des Thorax als als Artefakt. Sie haben typischerweise vier verschiedene Grenzen, einschließlich der Pleuralinie, zwei Rippenschatten und einer tiefen Grenze. Bei kritisch kranken Patienten mit Pleuraerguss, kann Ultraschall führen Verfahreneinschließlich Nadelung, Thorakozentese und Brust-Rohreinführungs .
  • Lungenkrebs- Staging: In der Pneumologie werden endobronchiale Ultraschallsonden (EBUS) auf flexible endoskopische Standardsonden angewendet und von Pneumologen verwendet, um eine direkte Visualisierung von endobronchialen Läsionen und Lymphknoten vor der transbronchialen Nadelaspiration zu ermöglichen. Unter seinen vielen Anwendungen hilft EBUS beim Lungenkrebs-Staging, indem es die Entnahme von Lymphknoten ohne größere Operation ermöglicht.
  • COVID-19 : Lungenultraschall hat sich bei der Diagnose von COVID-19 als nützlich erwiesen, insbesondere in Fällen, in denen andere Untersuchungen nicht verfügbar sind.

Harntrakt

Harnblase (schwarze schmetterlingsähnliche Form) und hyperplastische Prostata ( BPH ) visualisiert durch medizinische Sonographie

Ultraschall wird in der Urologie routinemäßig verwendet , um die in der Blase eines Patienten zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge zu bestimmen. In einem Beckensonogramm umfassen die Bilder die Gebärmutter und die Eierstöcke oder die Harnblase bei Frauen. Bei Männern gibt ein Sonogramm Aufschluss über Blase, Prostata oder Hoden (z. B. um Epididymitis dringend von Hodentorsion zu unterscheiden ). Bei jungen Männern wird es verwendet, um gutartige Hodentumore ( Varikozele oder Hydrozele ) von Hodenkrebs zu unterscheiden , der heilbar ist, aber behandelt werden muss, um Gesundheit und Fruchtbarkeit zu erhalten. Es gibt zwei Methoden zur Durchführung der Beckensonographie – extern oder intern. Die Sonographie des inneren Beckens wird entweder transvaginal (bei einer Frau) oder transrektal (bei einem Mann) durchgeführt. Die sonografische Bildgebung des Beckenbodens kann wichtige diagnostische Informationen über die genaue Beziehung von abnormen Strukturen zu anderen Beckenorganen liefern und stellt einen nützlichen Hinweis zur Behandlung von Patienten mit Symptomen im Zusammenhang mit Beckenvorfall, Doppelinkontinenz und Stuhlgangsobstruktion dar. Es wird auch verwendet, um Nierensteine ​​oder Nierenkristalle ( Nephrolithiasis ) zu diagnostizieren und in höheren Häufigkeiten zu behandeln (aufbrechen ).

Penis und Hodensack

Die Skrotalsonographie wird bei der Beurteilung von Hodenschmerzen verwendet und kann helfen, feste Raumforderungen zu identifizieren.

Ultraschall ist eine hervorragende Methode zur Untersuchung des Penis , wie sie bei Traumata, Priapismus, erektiler Dysfunktion oder Verdacht auf Peyronie-Krankheit angezeigt wird .

Bewegungsapparat

Muskel-Skelett- Ultraschall wird verwendet, um Sehnen, Muskeln, Nerven, Bänder, Weichteilmassen und Knochenoberflächen zu untersuchen. Es ist hilfreich bei der Diagnose von Bänderverstauchungen, Muskelzerrungen und Gelenkpathologien. Es ist eine Alternative oder Ergänzung zur Röntgenbildgebung in Frakturen des Handgelenks, Ellenbogen- und Schulter für Patienten bis zu 12 Jahren (Nachweis Fracture Sonographie ).

Quantitativer Ultraschall ist ein zusätzlicher muskuloskelettaler Test für myopathische Erkrankungen bei Kindern; Schätzungen der fettfreien Körpermasse bei Erwachsenen; Proxy-Maßnahmen für die Muskelqualität (dh die Gewebezusammensetzung) bei älteren Erwachsenen mit Sarkopenie

Ultraschall kann auch zur Nadelführung bei Muskel- oder Gelenkinjektionen verwendet werden , wie bei der ultraschallgeführten Hüftgelenksinjektion .

Nieren

In der Nephrologie ist die Sonographie der Nieren für die Diagnose und Behandlung nierenbedingter Erkrankungen unerlässlich. Die Nieren sind leicht zu untersuchen und die meisten pathologischen Veränderungen sind mit Ultraschall unterscheidbar. Es ist eine zugängliche, vielseitige, relativ kostengünstige und schnelle Entscheidungshilfe bei Patienten mit Nierensymptomen und zur Anleitung bei Niereninterventionen. Mit der B- Bild -Bildgebung ist die Beurteilung der Nierenanatomie einfach durchzuführen, und der US wird oft als Bildführung für Niereneingriffe verwendet. Darüber hinaus wurden mit kontrastverstärktem Ultraschall (CEUS), Elastographie und Fusionsbildgebung neue Anwendungen im renalen US eingeführt. Der renale US hat jedoch bestimmte Einschränkungen, und andere Modalitäten wie CT (CECT) und MRT sollten für die ergänzende Bildgebung bei der Beurteilung einer Nierenerkrankung in Betracht gezogen werden.

Venöser Zugang

Der intravenöse Zugang zur Entnahme von Blutproben zur Unterstützung bei der Diagnose oder Laboruntersuchung einschließlich Blutkultur oder zur Verabreichung von intravenösen Flüssigkeiten zur Flüssigkeitserhaltung als Ersatz oder Bluttransfusion bei kränkeren Patienten ist ein übliches medizinisches Verfahren. Die Notwendigkeit eines intravenösen Zugangs besteht im ambulanten Labor, in den stationären Krankenhauseinheiten und am kritischsten in der Notaufnahme und der Intensivstation. In vielen Situationen kann ein intravenöser Zugang wiederholt oder über einen beträchtlichen Zeitraum erforderlich sein. Unter diesen letzteren Umständen wird eine Nadel mit einem darüberliegenden Katheter in die Vene eingeführt und der Katheter wird dann sicher in die Vene eingeführt, während die Nadel zurückgezogen wird. Die gewählten Venen werden am häufigsten aus dem Arm ausgewählt, aber in schwierigen Situationen kann es erforderlich sein , eine tiefere Vene aus dem Hals ( V. jugularis externa ) oder Oberarm ( V. subclavia ) zu verwenden. Die Auswahl einer geeigneten Vene kann aus vielen Gründen problematisch sein. Dazu gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Fettleibigkeit, frühere Venenverletzungen aufgrund einer entzündlichen Reaktion auf frühere „Blutentnahmen“, frühere Venenverletzungen durch Freizeitdrogenkonsum.

In diesen schwierigen Situationen wurde das Einführen eines Katheters in eine Vene durch den Einsatz von Ultraschall stark unterstützt. Die Ultraschalleinheit kann "karrenbasiert" oder "handgehalten" sein, wobei ein linearer Wandler mit einer Frequenz von 10 bis 15 Megahertz verwendet wird . In den meisten Fällen wird die Wahl der Vene durch die Anforderung eingeschränkt, dass die Vene innerhalb von 1,5 cm liegt. von der Hautoberfläche. Der Schallkopf kann längs oder quer über der gewählten Vene platziert werden. Ultraschalltraining für die intravenöse Kanülierung wird in den meisten Ultraschalltrainingsprogrammen angeboten.

Vom Ton zum Bild

Die Erstellung eines Bildes aus Ton besteht aus drei Schritten – Senden einer Schallwelle , Empfangen von Echos und Interpretieren dieser Echos.

Eine Schallwelle erzeugen

Medizinischer Ultraschallscanner

Eine Schallwelle wird typischerweise von einem piezoelektrischen Wandler erzeugt , der in einem Kunststoffgehäuse eingeschlossen ist. Starke, kurze elektrische Impulse vom Ultraschallgerät treiben den Schallkopf mit der gewünschten Frequenz an. Die Frequenzen können zwischen 1 und 18 MHz variieren , obwohl Frequenzen bis zu 50–100 Megahertz experimentell in einer als Biomikroskopie bekannten Technik in speziellen Regionen wie der vorderen Augenkammer verwendet wurden.

Wandler älterer Technologie fokussierten ihren Strahl mit physikalischen Linsen. Transducer moderner Technologie verwenden digitale Antennenarray- Techniken (piezoelektrische Elemente im Transducer erzeugen zu unterschiedlichen Zeiten Echos), damit das Ultraschallgerät die Richtung und die Tiefenschärfe ändern kann. Wie bereits erwähnt, wird der Schall entweder durch die Form des Wandlers, eine Linse vor dem Wandler oder einen komplexen Satz von Steuerimpulsen vom Ultraschallscanner in der Beamforming- oder räumlichen Filtertechnik fokussiert. Diese Fokussierung erzeugt eine bogenförmige Schallwelle von der Vorderseite des Wandlers. Die Welle dringt in den Körper ein und wird in einer gewünschten Tiefe fokussiert.

Materialien auf der Vorderseite des Wandlers ermöglichen eine effiziente Übertragung des Schalls in den Körper (oft eine gummiartige Beschichtung, eine Form der Impedanzanpassung ). Zusätzlich wird ein Gel auf Wasserbasis zwischen der Haut des Patienten und der Sonde platziert, um die Ultraschallübertragung in den Körper zu erleichtern. Dies liegt daran, dass Luft eine Totalreflexion des Ultraschalls verursacht; die Übertragung von Ultraschall in den Körper behindert.

Die Schallwelle wird teilweise von den Schichten zwischen verschiedenen Geweben reflektiert oder von kleineren Strukturen gestreut. Schall wird nämlich überall dort reflektiert, wo sich im Körper akustische Impedanzänderungen ergeben: zB Blutkörperchen im Blutplasma , kleine Strukturen in Organen usw. Ein Teil der Reflexionen kehrt zum Schallkopf zurück.

Empfangen der Echos

Die Rückkehr der Schallwelle zum Wandler führt zu dem gleichen Vorgang wie das Senden der Schallwelle, umgekehrt. Die zurückgesendete Schallwelle vibriert den Wandler und der Wandler wandelt die Schwingungen in elektrische Impulse um, die zum Ultraschallscanner wandern, wo sie verarbeitet und in ein digitales Bild umgewandelt werden.

Das Bild formen

Um ein Bild zu erstellen, muss der Ultraschallscanner von jedem empfangenen Echo zwei Eigenschaften bestimmen:

  1. Wie lange dauerte es, bis das Echo empfangen wurde, nachdem der Ton gesendet wurde. (Zeit und Entfernung sind äquivalent.)
  2. Wie stark das Echo war.

Sobald der Ultraschallscanner diese beiden ermittelt hat, kann er feststellen, welches Pixel im Bild mit welcher Intensität beleuchtet werden soll.

Das Umwandeln des empfangenen Signals in ein digitales Bild kann anhand einer leeren Tabelle als Analogie erklärt werden. Stellen Sie sich zuerst einen langen, flachen Wandler oben auf dem Blatt vor. Senden Sie Impulse durch die "Spalten" der Tabelle (A, B, C usw.). Hören Sie in jeder Spalte auf Rückechos. Wenn ein Echo zu hören ist, notieren Sie, wie lange es dauerte, bis das Echo zurückkehrte. Je länger die Wartezeit, desto tiefer die Reihe (1,2,3 usw.). Die Stärke des Echos bestimmt die Helligkeitseinstellung für diese Zelle (weiß für ein starkes Echo, schwarz für ein schwaches Echo und verschiedene Grauschattierungen für alles dazwischen.) Wenn alle Echos auf dem Blatt aufgezeichnet sind, hat ein Graustufenbild vollbracht worden.

Anzeige des Bildes

Bilder vom Ultraschallgerät werden nach dem DICOM- Standard übertragen und angezeigt . Normalerweise wird nur sehr wenig Nachbearbeitung angewendet.

Klang im Körper

Linear-Array-Schallkopf

Ultraschall ( Sonographie ) verwendet eine Sonde, die mehrere akustische Wandler enthält , um Schallimpulse in ein Material zu senden. Wenn eine Schallwelle auf ein Material mit einer anderen Dichte (akustische Impedanz) trifft, wird ein Teil der Schallwelle gestreut, aber ein Teil wird zurück zur Sonde reflektiert und als Echo erkannt. Die Zeit, die das Echo benötigt , um zurück zur Sonde zu gelangen, wird gemessen und verwendet, um die Tiefe der Gewebegrenzfläche zu berechnen, die das Echo verursacht. Je größer der Unterschied zwischen den akustischen Impedanzen ist, desto größer ist das Echo. Trifft der Puls auf Gase oder Feststoffe, ist der Dichteunterschied so groß, dass der größte Teil der akustischen Energie reflektiert wird und ein Weiterkommen unmöglich wird.

Die für die medizinische Bildgebung verwendeten Frequenzen liegen im Allgemeinen im Bereich von 1 bis 18 MHz. Höhere Frequenzen haben eine entsprechend kleinere Wellenlänge und können verwendet werden, um detailliertere Sonogramme zu erstellen. Bei höheren Frequenzen wird jedoch die Dämpfung der Schallwelle erhöht, sodass das Eindringen in tieferes Gewebe eine niedrigere Frequenz (3–5 MHz) erfordert.

Es ist schwierig, mit der Sonographie tief in den Körper einzudringen. Ein Teil der akustischen Energie geht jedes Mal verloren, wenn ein Echo gebildet wird, aber der größte Teil davon (ungefähr ) geht durch akustische Absorption verloren. (Siehe Akustische Dämpfung für weitere Details zur Modellierung von akustischer Dämpfung und Absorption.)

Die Schallgeschwindigkeit variiert beim Durchlaufen verschiedener Materialien und hängt von der akustischen Impedanz des Materials ab. Das sonographische Instrument geht jedoch von einer konstanten Schallgeschwindigkeit von 1540 m/s aus. Ein Effekt dieser Annahme besteht darin, dass in einem realen Körper mit ungleichmäßigem Gewebe der Strahl etwas defokussiert und die Bildauflösung verringert wird.

Um ein 2D- Bild zu erzeugen , wird der Ultraschallstrahl gesweept. Ein Wandler kann mechanisch durch Drehen oder Schwingen geschwenkt werden, oder es kann ein 1-D- Phased-Array- Wandler verwendet werden, um den Strahl elektronisch zu schwenken. Die empfangenen Daten werden verarbeitet und verwendet, um das Bild zu erstellen. Das Bild ist dann eine 2D-Darstellung des Schnitts in den Körper.

3-D- Bilder können durch Erfassen einer Reihe benachbarter 2-D-Bilder erzeugt werden. Üblicherweise wird eine spezielle Sonde verwendet, die einen herkömmlichen 2D-Bildwandler mechanisch abtastet. Da jedoch die mechanische Abtastung langsam ist, ist es schwierig, 3D-Bilder von sich bewegendem Gewebe zu erstellen. Vor kurzem wurden 2-D-Phased-Array-Wandler entwickelt, die den Strahl in 3-D ablenken können. Diese können schneller abbilden und können sogar verwendet werden, um 3D-Live-Bilder eines schlagenden Herzens zu erstellen.

Die Doppler- Ultraschalluntersuchung wird verwendet, um den Blutfluss und die Muskelbewegung zu untersuchen. Die verschiedenen erkannten Geschwindigkeiten werden zur leichteren Interpretation farblich dargestellt, zum Beispiel undichte Herzklappen: Das Leck zeigt sich als einzigartiger Farbblitz. Farben können alternativ verwendet werden, um die Amplituden der empfangenen Echos darzustellen.

Modi

In der medizinischen Bildgebung werden verschiedene Ultraschallmodi verwendet. Diese sind:

  • A-Modus : Der A-Modus (Amplitudenmodus) ist der einfachste. Ein einzelner Schallkopf tastet eine Linie durch den Körper ab, wobei die Echos auf dem Bildschirm als Funktion der Tiefe aufgetragen werden. Therapeutischer Ultraschall , der auf einen bestimmten Tumor oder Konkrement gerichtet ist, ist im A-Modus, um eine punktgenaue Fokussierung der destruktiven Wellenenergie zu ermöglichen.
  • B-Modus oder 2D-Modus : Im B-Modus (Helligkeitsmodus) tastet eine lineare Anordnung von Schallköpfen gleichzeitig eine Ebene durch den Körper ab, die als zweidimensionales Bild auf dem Bildschirm angezeigt werden kann. Heute besser bekannt als 2D-Modus.
  • B-Flow ist ein Modus, der sich bewegende Reflektoren (hauptsächlich rote Blutkörperchen ) digital hervorhebt und gleichzeitig die Signale des umgebenden stationären Gewebes unterdrückt. Es kann fließendes Blut und umgebendes stationäres Gewebe gleichzeitig visualisieren. Sie ist somit eine Alternative oder Ergänzung zur Doppler-Ultraschalluntersuchung bei der Visualisierung des Blutflusses.
  • C-Modus : Ein C-Modus-Bild wird in einer Ebene senkrecht zu einem B-Modus-Bild erzeugt. Es wird ein Gate verwendet, das Daten aus einer bestimmten Tiefe aus einer A-Mode-Leitung auswählt; dann wird der Wandler in der 2D-Ebene bewegt, um den gesamten Bereich in dieser festen Tiefe abzutasten. Wenn der Schallkopf den Bereich spiralförmig durchquert, kann ein Bereich von 100 cm 2 in etwa 10 Sekunden abgetastet werden.
  • M-Modus : Im M-Modus (Motion-Modus) werden Impulse in schneller Folge ausgegeben – jedes Mal, wenn entweder ein A-Modus- oder B-Modus-Bild aufgenommen wird. Im Laufe der Zeit ist dies analog zur Aufnahme eines Videos im Ultraschall. Da sich die reflexionserzeugenden Organgrenzen relativ zur Sonde bewegen, kann die Geschwindigkeit bestimmter Organstrukturen bestimmt werden.
  • Doppler-Modus : Dieser Modus nutzt den Doppler-Effekt beim Messen und Visualisieren des Blutflusses
    • Farbdoppler : Geschwindigkeitsinformationen werden als farbcodierte Überlagerung über einem B-Modus-Bild angezeigt
    • Kontinuierliche Welle (CW) Doppler : Doppler-Informationen werden entlang einer Linie durch den Körper abgetastet und alle zu jedem Zeitpunkt erfassten Geschwindigkeiten werden (auf einer Zeitlinie) dargestellt.
    • Pulsed Wave (PW) Doppler : Doppler-Informationen werden nur aus einem kleinen Probenvolumen (definiert im 2D-Bild) abgetastet und auf einer Zeitachse dargestellt
    • Duplex : ein gebräuchlicher Name für die gleichzeitige Darstellung von 2D- und (normalerweise) PW-Doppler-Informationen. (Bei modernen Ultraschallgeräten wird fast immer auch Farbdoppler verwendet; daher die alternative Bezeichnung Triplex .)
  • Pulsumkehrmodus : Zwei aufeinanderfolgende Pulse mit entgegengesetztem Vorzeichen werden ausgegeben und dann voneinander subtrahiert. Dies impliziert, dass alle linear reagierenden Bestandteile verschwinden, während Gase mit nichtlinearer Kompressibilität hervorstechen. Die Pulsinversion kann auch auf ähnliche Weise wie im Harmonic-Modus verwendet werden ; siehe unten:
  • Harmonischer Modus : Eine tief durchdringende Grundfrequenz wird in den Körper emittiert und ein harmonischer Oberton wird erkannt. Rauschen und Artefakte aufgrund von Nachhall und Aberration werden stark reduziert. Einige glauben auch, dass die Eindringtiefe mit einer verbesserten lateralen Auflösung erreicht werden kann; dies ist jedoch nicht gut dokumentiert.

Erweiterungen

Eine weitere Erweiterung des Ultraschalls ist der biplanare Ultraschall , bei dem die Sonde zwei senkrecht zueinander stehende 2D-Ebenen aufweist, was eine effizientere Lokalisierung und Detektion ermöglicht. Darüber hinaus kann eine Omniplane- Sonde um 180° gedreht werden, um mehrere Bilder zu erhalten. Beim 3D-Ultraschall werden viele 2D-Ebenen digital zusammengefügt, um ein dreidimensionales Bild des Objekts zu erstellen.

Doppler-Ultraschall

Duplex-Scan der A. carotis communis

Die Doppler-Ultraschalluntersuchung verwendet den Doppler-Effekt , um zu beurteilen, ob sich Strukturen (normalerweise Blut) auf die Sonde zu oder von ihr weg bewegen, und ihre relative Geschwindigkeit. Durch die Berechnung der Frequenzverschiebung eines bestimmten Probenvolumens, des Flusses in einer Arterie oder eines Blutstroms über eine Herzklappe kann beispielsweise dessen Geschwindigkeit und Richtung bestimmt und visualisiert werden. Farbdoppler ist die Messung der Geschwindigkeit nach Farbskala. Farbdopplerbilder werden im Allgemeinen mit Graustufenbildern ( B-Modus ) kombiniert , um Duplex-Ultraschallbilder anzuzeigen . Verwendungen umfassen:

Kontrastsonographie (Ultraschall-Kontrastbildgebung)

Ein Kontrastmittel für die medizinische Ultraschalluntersuchung ist eine Formulierung aus eingekapselten gasförmigen Mikrobläschen zur Erhöhung der Echogenität des Blutes, die 1968 von Dr. Raymond Gramiak entdeckt und als kontrastverstärkter Ultraschall bezeichnet wurde . Dieser Kontrast der medizinischen Bildgebung Modalität ist in der ganzen Welt, für verwendet Echokardiographie insbesondere in den Vereinigten Staaten und für Ultraschall Radiologie in Europa und Asien .

Kontrastmittel auf Mikrobläschenbasis werden während der Ultraschalluntersuchung intravenös in den Blutkreislauf des Patienten verabreicht . Aufgrund ihrer Größe bleiben die Mikrobläschen in Blutgefäßen eingeschlossen, ohne in die interstitielle Flüssigkeit zu gelangen . Ein Ultraschall - Kontrastmittel ist daher rein intravaskuläre, es ein ideales Mittel zur Bild Herstellung Organ Mikrovaskularisation für diagnostische Zwecke. Eine typische klinische Anwendung der Kontrastsonographie ist der Nachweis eines hypervaskulären metastatischen Tumors , der eine schnellere Kontrastaufnahme (Kinetik der Mikrobläschenkonzentration im Blutkreislauf) zeigt als gesundes biologisches Gewebe, das den Tumor umgibt. Andere klinische Anwendungen Kontrast exist verwenden, wie in der Echokardiographie Abgrenzung zu verbessern linken Ventrikels für Kontraktilität der Visualisierung Herzmuskel nach einem Herzinfarkt . Schließlich gibt es Anwendungen in der quantitativen Perfusion (relative Messung des Blutflusses ), um ein frühes Ansprechen des Patienten auf eine medikamentöse Behandlung mit Krebs zu erkennen (Methodik und klinische Studie von Dr. Nathalie Lassau im Jahr 2011), um die besten onkologischen Therapieoptionen zu bestimmen.

Parametrische Bildgebung von Gefäßsignaturen (Diagramm)

In der onkologischen Praxis der medizinischen Kontrastsonographie, verwendet Kliniker parametrische Bildgebungs vaskulärer Signaturen " , erfunden von Dr. Nicolas Rognin 2010. Diese Methode als konzipiert Krebs stützte Diagnosewerkzeug, Charakterisierung eines verdächtigen Erleichtern Tumor ( malignes gegen gutartigen ) in einem Organe . Diese Methode basiert auf medizinischer Computerwissenschaft zur Analyse einer zeitlichen Abfolge von Ultraschallkontrastbildern, einem digitalen Video, das während der Patientenuntersuchung in Echtzeit aufgezeichnet wird. Auf jedes Pixel des Tumors werden zwei aufeinanderfolgende Signalverarbeitungsschritte angewendet :

  1. Berechnung einer Gefäßsignatur (Kontrastaufnahmeunterschied zu gesundem, den Tumor umgebendem Gewebe);
  2. automatische Klassifikation der Gefäßsignatur in einen eindeutigen Parameter , der in einer der folgenden vier Farben kodiert ist :
    • grün für kontinuierliche Hyper-Anreicherung (Kontrastaufnahme höher als im gesunden Gewebe),
    • blau für kontinuierliche Hypo-Anreicherung (Kontrastaufnahme geringer als im gesunden Gewebe),
    • rot für schnelles Hyper-Enhancement (Kontrastaufnahme vor gesunder Gewebeaufnahme) oder
    • gelb für schnelles Hypo-Enhancement (Kontrastaufnahme nach gesundem Gewebe).

Sobald die Signalverarbeitung in jedem Pixel abgeschlossen ist, wird eine räumliche Farbkarte des Parameters auf einem Computermonitor angezeigt , die alle vaskulären Informationen des Tumors in einem einzigen Bild zusammenfasst, das als parametrisches Bild bezeichnet wird (siehe letzte Abbildung des Presseartikels als klinische Beispiele). Dieses parametrische Bild wird von Klinikern anhand der vorherrschenden Einfärbung des Tumors interpretiert: Rot weist auf einen Malignitätsverdacht (Krebsrisiko), Grün oder Gelb – eine hohe Wahrscheinlichkeit der Gutartigkeit hin . Im ersten Fall (Verdacht auf bösartigen Tumor ) verordnet der Kliniker typischerweise eine Biopsie zur Bestätigung der Diagnose oder eine CT- Untersuchung als Zweitmeinung. Im zweiten Fall (quasisicher benigner Tumor ) ist nur eine Nachsorge mit einer Kontrastsonographie einige Monate später erforderlich. Die wichtigsten klinischen Vorteile bestehen darin, eine systemische Biopsie (mit den inhärenten Risiken invasiver Verfahren) von gutartigen Tumoren oder eine CT- Untersuchung zu vermeiden , die den Patienten Röntgenstrahlen aussetzt. Die Methode der parametrischen Bildgebung vaskulärer Signaturen erwies sich beim Menschen als wirksam zur Charakterisierung von Tumoren in der Leber. Im Rahmen der Krebsvorsorge könnte diese Methode möglicherweise auf andere Organe wie Brust oder Prostata angewendet werden .

Molekularer Ultraschall (molekulare Ultraschallbildgebung)

Die gegenwärtige Zukunft der Kontrastmittelsonographie liegt in der molekularen Bildgebung mit möglichen klinischen Anwendungen, die beim Krebs-Screening erwartet werden , um bösartige Tumore im frühesten Stadium ihres Auftretens zu erkennen. Molekularer Ultraschall (oder molekulare Ultraschallbildgebung) verwendet gezielte Mikrobläschen, die ursprünglich 1997 von Dr. Alexander Klibanov entwickelt wurden; solche gezielten Mikrobläschen binden oder haften spezifisch an tumorale Mikrogefäße, indem sie auf die biomolekulare Krebsexpression (Überexpression bestimmter Biomoleküle, die während der Neoangiogenese oder Entzündung in malignen Tumoren auftritt) abzielen . Infolgedessen sammeln sich die gezielten Mikrobläschen wenige Minuten nach ihrer Injektion in den Blutkreislauf im bösartigen Tumor an; erleichtert seine Lokalisierung in einem einzigartigen Ultraschallkontrastbild. Im Jahr 2013 wurde die allererste explorative klinische Studie am Menschen für Prostatakrebs von Dr. Hessel Wijkstra in Amsterdam in den Niederlanden abgeschlossen.

Bei der molekularen Ultraschalluntersuchung wird die Technik der akustischen Strahlungskraft (auch für Scherwellen- Elastographie verwendet ) angewendet, um die gezielten Mikrobläschen buchstäblich in Richtung der Mikrogefäßwand zu drücken; erstmals von Dr. Paul Dayton im Jahr 1999 nachgewiesen. Dies ermöglicht eine Maximierung der Bindung an den malignen Tumor; die gezielten Mikrobläschen stehen in direkterem Kontakt mit kanzerösen Biomolekülen, die an der inneren Oberfläche von tumoralen Mikrogefäßen exprimiert werden. Im Stadium der wissenschaftlichen präklinischen Forschung wurde die Technik der akustischen Strahlungskraft als Prototyp in klinische Ultraschallsysteme implementiert und in vivo in 2D- und 3D-Bildgebungsmodi validiert .

Elastographie (Ultraschall-Elastizitätsbildgebung)

Ultraschall wird auch für die Elastographie verwendet, eine relativ neue Bildgebungsmodalität, die die elastischen Eigenschaften von Weichgewebe abbildet. Diese Modalität ist in den letzten zwei Jahrzehnten entstanden. Die Elastographie ist in der medizinischen Diagnose nützlich, da sie gesundes von ungesundem Gewebe für bestimmte Organe/Wachstum unterscheiden kann. Krebsgeschwüre sind zum Beispiel oft härter als das umgebende Gewebe, und erkrankte Lebern sind steifer als gesunde.

Es gibt viele Ultraschall-Elastographie-Verfahren.

Interventionelle Ultraschalluntersuchung

Die interventionelle Ultraschalluntersuchung umfasst Biopsie , Entleerung von Flüssigkeiten, intrauterine Bluttransfusion ( hämolytische Erkrankung des Neugeborenen ).

  • Schilddrüsenzysten : Hochfrequenz-Schilddrüsen- Ultraschall (HFUS) kann verwendet werden, um verschiedene Drüsenerkrankungen zu behandeln. Die wiederkehrende Schilddrüsenzyste, die in der Vergangenheit normalerweise mit einer Operation behandelt wurde, kann durch ein neues Verfahren namens perkutane Ethanolinjektion oder PEI effektiv behandelt werden. Bei der ultraschallgesteuerten Platzierung einer 25-Gauge-Nadel innerhalb der Zyste und nach der Evakuierung der Zystenflüssigkeit werden etwa 50% des Zystenvolumens unter strenger Sicht des Operateurs der Nadelspitze zurück in die Kavität injiziert. Das Verfahren ist zu 80% erfolgreich bei der Reduzierung der Zyste auf eine winzige Größe.
  • Metastasierte Halslymphknoten bei Schilddrüsenkrebs: HFUS kann auch zur Behandlung von metastasierten Halslymphknoten bei Schilddrüsenkrebs eingesetzt werden, die bei Patienten auftreten, die eine Operation entweder ablehnen oder nicht mehr in Frage kommen. Kleine Mengen Ethanol werden unter ultraschallgesteuerter Nadelplatzierung injiziert. Vor der Injektion wird eine Power-Doppler-Blutflussuntersuchung durchgeführt. Der Blutfluss kann zerstört und der Knoten inaktiviert werden. Power-Doppler-visualisierter Blutfluss kann beseitigt werden, und es kann zu einem Abfall des Krebsblutmarkertests, Thyreoglobulin , TG kommen, wenn der Knoten nicht mehr funktionsfähig ist. Eine weitere interventionelle Verwendung für HFUS besteht darin, einen Krebsknoten vor der Operation zu markieren, um das Auffinden des Knotenclusters bei der Operation zu erleichtern. Eine winzige Menge Methylenfarbstoff wird unter vorsichtiger ultraschallgesteuerter Platzierung der Nadel an der Vorderseite, jedoch nicht im Knoten, injiziert. Die Farbe wird dem Schilddrüsenchirurgen beim Öffnen des Halses sichtbar. Ein ähnliches Lokalisierungsverfahren mit Methylenblau kann durchgeführt werden, um Nebenschilddrüsenadenome zu lokalisieren.

Kompressions-Ultraschall

Kompressions-Ultraschall ist, wenn die Sonde gegen die Haut gedrückt wird. Dies kann die Zielstruktur näher an die Sonde bringen, wodurch ihre räumliche Auflösung erhöht wird. Der Vergleich der Form der Zielstruktur vor und nach der Kompression kann bei der Diagnose hilfreich sein.

Es wird bei der Ultraschalluntersuchung der tiefen Venenthrombose verwendet , wobei das Fehlen der Venenkompressibilität ein starker Indikator für eine Thrombose ist. Die Kompressionssonographie hat sowohl eine hohe Sensitivität als auch eine Spezifität zur Erkennung einer proximalen tiefen Venenthrombose bei symptomatischen Patienten. Die Ergebnisse sind nicht zuverlässig, wenn der Patient asymptomatisch ist, beispielsweise bei postoperativen orthopädischen Hochrisikopatienten.

Panorama-Ultraschall

Panoramasonographie einer proximalen Bizepssehnenruptur . Das obere Bild zeigt die kontralaterale normale Seite und das untere Bild zeigt einen zurückgezogenen Muskel mit einem Hämatom , das den proximalen Raum ausfüllt.

Panorama-Sonografie ist das digitale Stitching mehrerer Ultraschallbilder in einen breiteren ein. Es kann eine ganze Anomalie anzeigen und ihre Beziehung zu nahegelegenen Strukturen auf einem einzigen Bild zeigen.

Attribute

Wie bei allen bildgebenden Verfahren hat die Sonographie positive und negative Eigenschaften.

Stärken

  • Muskel- , Weichteil- und Knochenoberflächen werden sehr gut abgebildet, einschließlich der Abgrenzung der Grenzflächen zwischen festen und flüssigkeitsgefüllten Räumen.
  • "Live"-Bilder können dynamisch ausgewählt werden, was eine Diagnose und Dokumentation oft schnell ermöglicht. Live-Bilder ermöglichen auch ultraschallgesteuerte Biopsien oder Injektionen, die bei anderen Bildgebungsmodalitäten umständlich sein können.
  • Organstruktur kann nachgewiesen werden.
  • Bei bestimmungsgemäßer Anwendung sind keine langfristigen Nebenwirkungen bekannt und die Beschwerden sind minimal.
  • Fähigkeit, lokale Variationen der mechanischen Eigenschaften von Weichgewebe abzubilden.
  • Die Ausstattung ist weit verbreitet und vergleichsweise flexibel.
  • Es stehen kleine, leicht zu transportierende Scanner zur Verfügung, die Untersuchungen am Krankenbett ermöglichen.
  • Schallköpfe sind im Vergleich zu anderen Untersuchungsmethoden wie der Computer-Röntgentomographie , DEXA oder der Magnetresonanztomographie relativ preiswert geworden .
  • Die räumliche Auflösung ist bei Hochfrequenz-Ultraschallwandlern besser als bei den meisten anderen Bildgebungsmodalitäten.
  • Die Verwendung einer Ultraschall-Forschungsschnittstelle kann ein relativ kostengünstiges Echtzeit- und flexibles Verfahren zum Erfassen von Daten bieten, die für spezielle Forschungszwecke der Gewebecharakterisierung und Entwicklung neuer Bildverarbeitungstechniken erforderlich sind.

Schwächen

Doppelter Aortenartefakt in der Sonographie aufgrund unterschiedlicher Schallwellengeschwindigkeiten in Muskel und Fett.
  • Sonographische Geräte haben Schwierigkeiten, in den Knochen einzudringen . So ist beispielsweise die Sonographie des erwachsenen Gehirns derzeit sehr eingeschränkt.
  • Die Sonographie funktioniert aufgrund der extremen Unterschiede in der akustischen Impedanz sehr schlecht, wenn sich zwischen dem Schallkopf und dem interessierenden Organ Gas befindet . Beispielsweise erschwert ein darüberliegendes Gas im Magen-Darm-Trakt die Ultraschalluntersuchung der Bauchspeicheldrüse . Die Lungenbildgebung kann jedoch bei der Abgrenzung von Pleuraergüssen, der Erkennung von Herzinsuffizienz und Lungenentzündung nützlich sein .
  • Auch in Abwesenheit von Knochen oder Luft kann die Eindringtiefe des Ultraschalls in Abhängigkeit von der Bildgebungsfrequenz begrenzt sein. Infolgedessen kann es insbesondere bei adipösen Patienten zu Schwierigkeiten bei der Darstellung von Strukturen tief im Körper kommen.
  • Bildqualität und Diagnosegenauigkeit sind bei adipösen Patienten eingeschränkt und darüber liegendes Unterhautfettgewebe dämpft den Schallstrahl. Ein Wandler mit niedrigerer Frequenz ist erforderlich, mit folglich geringerer Auflösung.
  • Die Methode ist bedienerabhängig. Um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten und genaue Diagnosen zu stellen, sind Geschick und Erfahrung erforderlich.
  • Es gibt kein Scout-Bild wie bei CT und MRT. Sobald ein Bild aufgenommen wurde, gibt es keine genaue Möglichkeit zu sagen, welcher Teil des Körpers abgebildet wurde.
  • 80% der Sonographen leiden aufgrund schlechter ergonomischer Positionen an Repetitive Strain Injuries (RSI) oder sogenannten Work-Related Musculoskeletal Disorders (WMSD).

Risiken und Nebenwirkungen

Die Ultraschalluntersuchung gilt im Allgemeinen als sichere Bildgebung, wobei die Weltgesundheitsorganisationen Folgendes angeben:

"Diagnostischer Ultraschall ist als sicheres, effektives und hochflexibles Bildgebungsverfahren anerkannt, das klinisch relevante Informationen über die meisten Körperteile schnell und kostengünstig liefern kann."

Diagnostische Ultraschalluntersuchungen des Fötus gelten während der Schwangerschaft im Allgemeinen als sicher. Dieses diagnostische Verfahren sollte jedoch nur bei gültiger medizinischer Indikation durchgeführt werden und es sollte die niedrigstmögliche Ultraschall-Expositionseinstellung verwendet werden, um die notwendigen diagnostischen Informationen nach dem "So niedrig wie vernünftigerweise durchführbar"- oder ALARP- Prinzip zu erhalten.

Obwohl es keine Beweise dafür gibt, dass Ultraschall für den Fötus schädlich sein könnte, raten die medizinischen Behörden in der Regel dringend davon ab, Ultraschallgeräte zu bewerben, zu verkaufen oder zu leasen, um „fötale Andenken-Videos“ zu erstellen.

Studien zur Sicherheit von Ultraschall

  • Eine im Jahr 2000 veröffentlichte Metaanalyse mehrerer Ultraschallstudien ergab keine statistisch signifikanten schädlichen Wirkungen durch die Sonographie. Es wurde festgestellt, dass es an Daten zu substanziellen Langzeitergebnissen wie der Entwicklung des Nervensystems mangelt.
  • Eine 2006 veröffentlichte Studie der Yale School of Medicine fand einen kleinen, aber signifikanten Zusammenhang zwischen längerer und häufiger Anwendung von Ultraschall und abnormaler neuronaler Migration bei Mäusen.
  • Eine 2001 in Schweden durchgeführte Studie hat gezeigt, dass subtile Auswirkungen neurologischer Schäden im Zusammenhang mit Ultraschall mit einer erhöhten Inzidenz von Linkshändigkeit bei Jungen (ein Marker für nicht erblich bedingte Gehirnprobleme) und Sprachverzögerungen zusammenhängen.
    • Die obigen Befunde wurden jedoch in einer Folgestudie nicht bestätigt.
    • Eine spätere Studie, die an einer größeren Stichprobe von 8865 Kindern durchgeführt wurde, hat jedoch einen statistisch signifikanten, wenn auch schwachen Zusammenhang zwischen Ultraschallexposition und Nicht-Rechtshändern im späteren Leben festgestellt.

Verordnung

Diagnostische und therapeutische Ultraschallgeräte werden in den USA von der Food and Drug Administration und weltweit von anderen nationalen Aufsichtsbehörden reguliert. Die FDA begrenzt die akustische Ausgabe anhand mehrerer Metriken; im Allgemeinen akzeptieren andere Behörden die von der FDA festgelegten Richtlinien.

Derzeit sind New Mexico , Oregon und North Dakota die einzigen US-Bundesstaaten, die diagnostische medizinische Sonographen regulieren. Zertifizierungsprüfungen für Sonographen werden in den USA von drei Organisationen angeboten: dem American Registry for Diagnostic Medical Sonography , Cardiovascular Credentialing International und dem American Registry of Radiologic Technologists .

Die primär regulierten Metriken sind der Mechanical Index (MI), eine Metrik, die mit dem Bioeffekt der Kavitation verbunden ist, und der Thermal Index (TI), eine Metrik, die mit dem Bioeffekt der Gewebeerwärmung verbunden ist. Die FDA verlangt, dass das Gerät die festgelegten Grenzwerte nicht überschreitet, die einigermaßen konservativ sind, um den diagnostischen Ultraschall als sichere Bildgebungsmodalität zu erhalten. Dies erfordert eine Selbstregulierung des Herstellers in Bezug auf die Maschinenkalibrierung.

In den 1980er Jahren wurden in Indien auf Ultraschall basierende Technologien zur Schwangerschaftsvorsorge und zum Geschlechtsscreening eingeführt. Aus Sorge über den Missbrauch für geschlechtsselektive Abtreibungen verabschiedete die indische Regierung 1994 das Gesetz über pränatale Diagnosetechniken (PNDT) , um die legale und illegale Verwendung von Ultraschallgeräten zu unterscheiden und zu regulieren. Das Gesetz wurde 2004 als Gesetz über vorgeburtliche und pränatale Diagnosetechniken (Regulierung und Prävention von Missbrauch) (PCPNDT) weiter geändert, um pränatales Geschlechtsscreening und geschlechtsselektive Abtreibungen abzuschrecken und zu bestrafen. Derzeit ist es in Indien illegal und strafbar, das Geschlecht eines Fötus mit Hilfe von Ultraschallgeräten zu bestimmen oder offenzulegen.

Geschichte

Nach der Entdeckung der Piezoelektrizität durch den französischen Physiker Pierre Curie im Jahr 1880 konnten Ultraschallwellen gezielt für die Industrie erzeugt werden. 1940 entwickelte der amerikanische Akustikphysiker Floyd Firestone das erste Ultraschall-Echo-Bildgebungsgerät, das Supersonic Reflectoscope, um interne Fehler in Metallgussteilen zu erkennen. 1941 war der österreichische Neurologe Karl Theo Dussik wahrscheinlich in Zusammenarbeit mit seinem Bruder Friedrich, einem Physiker, der erste Mensch, der den menschlichen Körper mit Ultraschall abbildete und die Ventrikel eines menschlichen Gehirns skizzierte. Ultraschallenergie wurde erstmals Ende der 1940er Jahre von Dr. George Ludwig am Naval Medical Research Institute in Bethesda, Maryland , für medizinische Zwecke auf den menschlichen Körper angewendet  . Der in England geborene Physiker John Wild (1914–2009) verwendete bereits 1949 erstmals Ultraschall, um die Dicke des Darmgewebes zu bestimmen; er wurde als "Vater des medizinischen Ultraschalls" bezeichnet. Nachfolgende Fortschritte fanden gleichzeitig in mehreren Ländern statt, aber erst 1961, als die Arbeit von David Robinson und George Kossoff am australischen Gesundheitsministerium zum ersten kommerziell praktikablen Wasserbad-Ultraschallscanner führte. 1963 startete Meyerdirk & Wright die Produktion des ersten kommerziellen Hand-Gelenkarm-B-Mode-Scanners, der Ultraschall allgemein für medizinische Zwecke verfügbar machte.

Frankreich

Léandre Pourcelot, ein Forscher und Lehrer am INSA (Institut National des Sciences Appliquées), Lyon, veröffentlichte 1965 an der Académie des sciences einen Bericht mit dem Titel " Effet Doppler et mesure du débit sanguin " ("Doppler-Effekt und Messung des Blutes". flow"), die Grundlage seines Entwurfs eines Doppler-Durchflussmessers im Jahr 1967.

Schottland

Parallele Entwicklungen in Glasgow , Schottland, durch Professor Ian Donald und Kollegen am Glasgow Royal Maternity Hospital (GRMH) führten zu den ersten diagnostischen Anwendungen der Technik. Donald war ein Geburtshelfer mit einem bekennenden "kindlichen Interesse an elektronischen und anderen Maschinen", der, nachdem er die Frau eines der Direktoren des Unternehmens behandelt hatte, eingeladen wurde, die Forschungsabteilung des Kesselherstellers Babcock & Wilcox bei Renfrew zu besuchen . Er passte ihre industriellen Ultraschallgeräte an, um Experimente an verschiedenen krankhaften anatomischen Präparaten durchzuführen und deren Ultraschalleigenschaften zu beurteilen. Zusammen mit dem Medizinphysiker Tom Brown  [ Wikidata ] . und seinem Geburtshelfer Dr. John MacVicar verfeinerte Donald die Ausrüstung, um die Differenzierung der Pathologie bei lebenden freiwilligen Patienten zu ermöglichen. Diese Ergebnisse wurden in The Lancet am 7. Juni 1958 als "Investigation of Abdominal Masses by Pulsed Ultrasound" veröffentlicht – möglicherweise eine der wichtigsten Veröffentlichungen auf dem Gebiet der diagnostischen medizinischen Bildgebung .

Am GRMH verfeinerten Professor Donald und Dr. James Willocks dann ihre Techniken für geburtshilfliche Anwendungen, einschließlich der fetalen Kopfmessung, um die Größe und das Wachstum des Fötus zu beurteilen. Mit der Eröffnung des neuen Queen Mother's Hospital in Yorkhill im Jahr 1964 wurde es möglich, diese Methoden noch weiter zu verbessern. Dr. Stuart Campbells bahnbrechende Arbeit zur fetalen Kephalometrie führte dazu, dass sie langfristig den Status als definitive Methode zur Untersuchung des fetalen Wachstums erlangte. Da die technische Qualität der Scans weiterentwickelt wurde, war es bald möglich, die Schwangerschaft von Anfang bis Ende zu untersuchen und ihre vielen Komplikationen wie Mehrlingsschwangerschaft, fetale Anomalie und Plazenta praevia zu diagnostizieren . Der diagnostische Ultraschall hat sich inzwischen in praktisch alle anderen Bereiche der Medizin durchgesetzt.

Schweden

Medizinischer Ultraschall wurde 1953 an der Universität Lund von der Kardiologin Inge Edler und dem Sohn von Gustav Ludwig Hertz , Carl Hellmuth Hertz , der damals Doktorand am Institut für Kernphysik der Universität war, eingesetzt .

Edler hatte Hertz gefragt, ob es möglich sei, Radar zu verwenden, um die Leiche zu untersuchen, aber Hertz sagte, dies sei unmöglich. Es sei jedoch möglich, Ultraschall zu verwenden, sagte er. Hertz war mit dem Einsatz von Ultraschallreflektoskopen nach der Erfindung des amerikanischen Akustikphysikers Floyd Firestone für die zerstörungsfreie Materialprüfung vertraut und gemeinsam entwickelten Edler und Hertz die Idee, diese Methodik in der Medizin anzuwenden.

Die erste erfolgreiche Messung der Herzaktivität wurde am 29. Oktober 1953 mit einem von der Schiffsbaufirma Kockums in Malmö ausgeliehenen Gerät durchgeführt . Am 16. Dezember desselben Jahres wurde die Methode zur Erstellung eines Echo-Enzephalogramms (Ultraschallsonde des Gehirns ) angewendet . Edler und Hertz veröffentlichten ihre Ergebnisse 1954.

Vereinigte Staaten

1962, nach etwa zweijähriger Arbeit, entwickelten Joseph Holmes, William Wright und Ralph Meyerdirk den ersten Verbundkontakt-B-Modus-Scanner. Ihre Arbeit wurde vom US Public Health Service und der University of Colorado unterstützt . Wright und Meyerdirk verließen die Universität, um Physionic Engineering Inc. zu gründen, die 1963 den ersten kommerziellen Hand-Gelenkarm-B-Mode-Scanner mit Verbundkontakt auf den Markt brachte. Dies war der Beginn des populärsten Designs in der Geschichte der Ultraschallscanner.

In den späten 1960er Jahren erforschten Dr. Gene Strandness und die Bio-Engineering-Gruppe der University of Washington Doppler-Ultraschall als diagnostisches Werkzeug für Gefäßerkrankungen. Schließlich entwickelten sie Technologien zur Verwendung von Duplex-Bildgebung oder Doppler in Verbindung mit B-Modus-Scannen, um vaskuläre Strukturen in Echtzeit anzuzeigen und gleichzeitig hämodynamische Informationen bereitzustellen.

Die erste Demonstration des Farbdopplers erfolgte durch Geoff Stevenson, der an den frühen Entwicklungen und der medizinischen Anwendung der Doppler-verschobenen Ultraschallenergie beteiligt war.

Hersteller

Die führenden Hersteller von Ultraschallgeräten sind Canon Medical , FUJIFILM SonoSite , GE Healthcare , Hitachi , Philips und Siemens Healthineers . Unternehmen wie Usono entwerfen, entwickeln und verkaufen Zubehör, um den Einsatz von Ultraschall zu erleichtern.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links