Grundlagen des Ultraschalls

Univ. Doz. Dr. Georg ZettinigSchilddrüsenpraxis Josefstadt, 1080 Wien

Ultraschall

• Longitudinale Schallwellen > 20 kHz, die das durchschallte Medium komprimieren und expandieren

• An Grenzflächen von Medien ganze oder teilweise Reflexion der Schallwellen

Piezoelektrischer Effekt

• Bestimmte Kristalle und Keramiken erzeugen beim Anlegen einer Wechselspannung durch Verformung (Zusammenziehen/Dehnen) Schallwellen

• Entstandene Ultraschallwelle pflanzt sich im angekoppelten Medium (Patient) wellenförmig fort

Impuls-Echo-Verfahren

• Aussendung einer kurzen Serie von Ultraschallwellen

• Dauer bis zum Eintreffen des an der Grenze reflektierten Gewebes wird gemessen

• Auflösungsvermögen steigt mit kurzwelligem Schall

• Eindringtiefe sinkt

Doppler-Effekt

• Bewegen sich Schallsender und Reflektor aufeinander zu, so ändert sich die Frequenz der empfangenen Schallwellen

• Farbdoppler

Ultraschall Grundlagen

• Sender: Elektrische-mechanische Wellen • Empfänger: Mechanische-elektrische

Wellen

Reflexion• Ultraschall wird an Grenzflächen reflektiert• Teilweise Reflexion, teilweise Transmission• Impedanzunterschiede an Grenzflächen führen zu

einer Summe rückläufiger Echosignale• Daraus sonographischer Bildaufbau entsprechend

der Anatomie• Bei zunehmendem Schallwiderstand höherer

Reflexionsgrad bis zur totalen Reflexion bei grossen Dichteunterschieden (Knochen, Kalk, Luft)

Signaldarstellung

• A-Mode: Simpelste Form

• B-Mode: Zweidimensionales Schnittbild, Zeilenförmig in Graustufen

• M-Mode: Orts-Zeit Diagramm einer Zeile aus dem B-Mode (Time-Motion Verfahren)

Schallkopf - 1

• Gleichzeitig Sender und Empfänger• Linearer Schallkopf

– Geometriegetreue Abbildung

– Große Auflagefläche

Schallkopf - 2

• Konvexer Schallkopf– Größerflächige

Bilddarstellung im Tiefenbereich

• Sektor Schallkopf– Mechanisch: Drehung in untersch. Positionen– Elektronisch: Phasenverschobene Ansteuerung

(Phased Array)

Signalbeeinflussung - 1

• Eindringtiefe und Auflösung – Frequenzabhängig; – Für Schilddrüse min. 7.5 MHz

• Axiale Auflösung– Impuls kann max. 2-3 Wellenlängen in

axiale Richtung ausgesandt werden

Signalbeeinflussung - 2

• Laterale Auflösung– Schallkeule– Taillenförmig

konvergierende Fokuszone• Fokussierung

– Verschiebung der Fokuszone in beliebige Tiefen durch elektronische Phasenverschiebung mehrerer Schallquellen

Signalverarbeitung - 1

• Pre-Processing– Verbesserung der Signalqualität/Fokussierung

beim Empfang des Echos

• Post-Processing– Bearbeitung durch Änderung der

Graustufenskala – Kontrastverstärkung zwischen Weichteilen und

Kalk/Knochen

Signalverarbeitung - 2

• Tiefenausgleich - TGC (Time-Gain-Compression)– Echosignale aus grosser Tiefe sind schwächer

als die früher eintreffenden– TGC verstärkt später eintreffende Signale aus

tieferen Schichten– Schilddrüse kriegt über ganze Abbildungstiefe

ein gleichmäßig helles Bild

Signalverarbeitung - 3

• Gesamtverstärkung (Gain)– Veränderung über den gesamten Tiefenbereich– Wie Lautsprecherknopf am Radio– Zu hoher Gain "überstrahltes Bild"

Was will ich denn eigentlich sehen?

• Anatomie• Histologie

Embryologie

• Aus dem Entoderm der Schlundtasche• In der 7. SSW Wanderung nach kaudal• Anfangs mit Ductus thyreoglossus mit

Zungengrund verbunden• Im gesamten Verlauf dystopes

Schilddrüsengewebe möglich• Lobus pyramidalis: Kaudaler Rest• Nebenschilddrüsen aus 3. und 4. Schlundtasche

Apparative Voraussetzungen

• B- Mode Ultraschallgerät• Linearschallkopf 6 cm bzw.

Sektorschallkopf• Schallfrequenz 7.5 - 12 MHz• 3,5 MHz Sektorschallkopf nur in

Einzelfällen für sehr grosse Strumenerforderlich

Qualitätssicherung

• EU- Richtlinie 93/42 EWG (1993)• Medizinproduktegesetz• Wiederkehrende sicherheitstechnische

Untersuchung („Elektrobefund“)• Periodische Wartung• Testmethoden und Geräteliste: www.oegum.at

Einstellungen - Monitor

• Randstrukturen und Grundhelligkeit müssen am Monitor differenziert werden können

• Kontrast: Sämtliche Grautöne müssen an der Grautonskala gut erkennbar sein

Geräte-Einstellungen• Fokus in den Bereich der Schilddrüse• Tiefe so dass gesamte Ausdehnung der

Schilddrüse erfasst wird• Gesamtverstärkung (Gain) so, dass

Überstrahlung vermieden wird• Erst dann Tiefenausgleich (TGC):

Homogene Echodichte im gesamten Schilddrüsenparenchym

• Konstante Geräteeinstelungen für Verlaufskontrollen erforderlich

Untersuchungsablauf

• Rückenlage• Leicht überstreckter Hals

Querschnitt

• Aufsetzen des Schallkopfes in der mittleren Halsregion zur ersten Orientierung

• Optimierung der Geräte-Einstellung• Untersuchung beider Schilddrüsenlappen

von kranial nach kaudal• Beurteilung des Isthmus

Längsschnitt

• Leicht schräg: kraniolateral-mediocaudal• Durch langsames Kippen des Schallkopfes

wird der gesamte Lappen untersucht• Immer systematisch:

Zuerst rechter, dann linker Lappen

Volumetrie

• Berechnung des Volumens jedes einzelnen Lappens

Volumen

• Berechnung für jeden Lappen: • Länge x Breite x Tiefe x 0.5

• Frauen: 4 - 18 ml• Männer: 5 - 25 ml

Echogenität

• Referenzregion Halsmuskulatur• Vergleich mit Echostruktur der Schilddrüse• Halsmuskulatur ist echoarm• Normales Schilddrüsenparenchym im

Vergleich dazu echoreicher

• Homogenität: homogen bzw. inhomogen

Echonormal

• Regelrechte Follikel• Homogenes Muster; deutlich echoreicher

als Halsmuskulatur

Echoarm

• Vermehrte Streuung durch mikrofolikuläreStrukturen

• Lymphoyten, Entzündungszellen

Echoleer - Zyste

Echoleer

Dorsale Schallverstärkung

Echoreich

• Vermehrte Reflexion an makrofollikulärenStrukturen

• Grobe, starke, dicht gelagerte Echos

Echokomplex

• Inhomogen, gleichzeitig oft echoarm und echoreich

• Oft schlecht abgrenzbar

Echodicht

• Kalkspange: Echodicht; dorsale Schallauslöschung

Herdbefunde

• Solid / Zystisch• Größe (3 Ebenen!)• Lage• Echogenität

• Randbegrenzung• Halo• Kalk• Durchblutung

Beurteilung der benachbarten Strukturen

• Lymphknoten• Nebenschilddrüsen• Trachea• Ösophagus

Befund

• Schilddrüse normal groß / vergrößert / atroph• Volumen rechts, Volumen links• Lage und Formbesonderheiten• Echostruktur• Beschreibung von Lokalisation, Größe,

Echogenität und Begrenzung von Herdbefunden• Beurteilung benachbarter Strukturen

Normalbefund

• Schilddrüse normal groß• Volumen rechts 5 ml, Volumen links 4 ml• Regelrechte Echostruktur• Kein Hinweis für Knoten• Kein Hinweis für vergrösserte

Nebenschilddrüsen• Halslymphknoten unauffällig