Ultraschall: Diagnose in Schallgeschwindigkeit – Medizinische Wunder (6)

Ultraschall Medizinische Wunder

31 Okt Ultraschall: Diagnose in Schallgeschwindigkeit – Medizinische Wunder (6)

Mehr als bloß bewegt ist die Geschichte der Sonografie. Welches Naturprinzip sich die Ultraschallwellen zunutze machen und was die Fledermaus damit zu tun hat, verraten wir im sechsten Teil unserer Serie.

Die Ultraschalltechnik: Kein anderes bildgebendes Verfahren kommt in der Medizin so oft zum Einsatz wie die Frequenzanalyse. Was die wenigsten jedoch wissen, ist, dass der Auftrieb der Diagnostik ausgerechnet mit dem Niedergang einer Legende einhergeht – dem Untergang der Titanic. Als das zu seiner Zeit größte Passagierschiff der Welt im Jahr 1912 in den Tiefen des Nordatlantiks versank, gab dies den Denkanstoß für eine neue Blickrichtung in der Wissenschaft.

Eine Momentaufnahme: Die Geschichte der Sonografie

Es war Alexander Behm, der durch seine Arbeiten im Bereich der Akustik den Grundstein für die Geschichte der Sonografie, auch bekannt unter dem Namen Ultraschalltechnik, legte. Der deutsche Physiker entwickelte seine Idee eines Schallstärkenmessers, dem sogenannten Sonometer, zu einem Echolot und damit dem ersten Bildgebungsverfahren der Seefahrt weiter. Mittels akustischer Signale, die vom Schiffsboden ausgesandt, vom Meeresboden reflektiert und in Zeit gemessen werden, konnten maritime Hindernisse, Tiefe und Umgebung abgetastet werden. Erstmals war es den Schiffen auf See möglich, sich auch submarin zu orientieren. Möglichen Gefahrenquellen konnten mithilfe der Technik wenig später auch die Marineeinsatzkräfte des Ersten Weltkriegs rechtzeitig ausweichen. Und nach dem Ingenieurswesen, wo man mithilfe der Ultraschallwellen Materialschäden in Werkstoffen nachspürte, lernte man sie schließlich auch in der Medizin einzusetzen, um die Gesundheit aus möglichen Gefahrensituationen zu manövrieren. Hier gilt der Neurologe Karl Dussik als Pionier der Geschichte der Sonografie, der 1942 erstmals das menschliche Gehirn mit der Schallenergie erforschte.

Heute bekommen wir dank Ultraschall Bilder des menschlichen Organismus praktisch in Serienaufnahme. Dank der Innovationen auch im Bereich der Digitalisierung sowie moderner Rechensysteme sehen wir heute selbst unsere Babys im Makroformat, noch bevor sich ihre eigenen Augen voll entwickelt haben. Doch wie funktioniert die anatomische Momentaufnahme eigentlich und welche Technik steckt hinter der Geschichte der Sonografie?

Ultraschall Funktionsprinzip

Ultraschall: Medizinisches Naturmimikry?

Die Sonografie macht sich ein komplexes Prinzip der Natur zunutze, das lange vor uns schon die Fledermaus für sich entdeckt hat. Ultraschallwellen sind Schallwellen auf einer Frequenz zwischen 1 und 40 MHz und liegen damit über der menschlichen Hörgrenze. Fledermäuse erzeugen Töne in diesem Frequenzbereich, senden sie aus, empfangen das reflektierte Echo und orientieren sich so auch in völliger Dunkelheit problemlos.

Fledermaus Frequenz

Bei bildgebenden Verfahren der Differentialdiagnostik kommen die Wellen ebenfalls zum Einsatz. Im Gegensatz zur Stimmkraft der Natur machen sich Mediziner aber elektrische Signale zunutze, die mittels Ultraschallgerät an gezielter Stelle ausgesandt und als Echo des menschlichen Gewebes wieder empfangen werden. Aus Stärke des Echos, Abstand der Zeit und Veränderung der Schallfrequenz werden Bildpunkte errechnet. Das akustische Ergebnis wird in Form von Bildpunkten, die sich in Summe zu einer Bildzeile zusammenschließen, ausgespielt. Mehrere Bildzeilen nebeneinander ergeben ein Bild, fertig ist das Ultraschallfoto.

Weil die Ultraschalltechnik auf einem Naturphänomen basiert, birgt sie keinerlei Gefahren oder Nebenwirkungen für den menschlichen Organismus und kommt im Gegensatz zu Röntgenstrahlen daher auch bei schwangeren Frauen zum Einsatz. Gerade ihre Unbedenklichkeit ist einer der Gründe, warum die Ultraschalltechnik in den letzten Jahrzehnten einen technischen Quantensprung hingelegt hat. So sind neben der Beobachtung von Bewegungen mittlerweile auch Ultraschallaufnahmen im 3D und 4D Format möglich. Die Integration des Dopplereffekts brachte Vertonung und Farbgebung des Verfahrens mit sich. Und während die Patienten beim überholten „Compound Verfahren“ früher noch in einer mit Wasser gefüllten Tonne sitzen mussten um ein Foto zu erhalten, ist die Bildgebung heute mit nur einer Ultraschallsonde punktgenau möglich.

3 D ultraschall

Krankheitsherde sondieren: Anwendungsgebiete von Ultraschall

Die Ultraschalltechnik eignet sich für Untersuchungen von Organen, die besonders viel Wasser oder Blut enthalten. Beispiele hierfür sind Herz, Leber, Milz, Nieren, Pankreas, Gallenblase, Darm, Harnleiter, Hoden, Pleura, Schilddrüsen, Speicheldrüsen, Lymphknoten, Haut, Zwerchfell sowie Aorta, Arterien und Venen. Gashaltige oder knochige Regionen wie Hirn, Wirbelsäule, Rückenmark, Herzkranzgefäße, Luftröhre, Lunge und das Innenleben von Knochen und Gelenken sind hingegen schwerer abzubilden.

Im medizinischen Alltag greifen Ärzte verschiedenster Fachrichtungen zur Ultraschallsonde. Das klassische Anwendungsgebiet konzentriert sich auf die Voruntersuchungen während der Schwangerschaft. Neben der Pränataldiagnostik erweisen die Ultraschallwellen aber auch bei der Kenntlichmachung von Krebsherde, sowie bei ultraschallgesteuerten Biopsien und Zytologien, wie wir es auch im HANSA Privatklinikum vornehmen, wertvolle Dienste.

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