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Ultraschallwelle: Definition und medizinische Anwendung

Eine Ultraschallwelle ist eine mechanische Schallwelle mit einer Frequenz oberhalb des menschlichen Hoerbereichs (ab 20.000 Hz). In der Medizin werden Ultraschallwellen zur bildgebenden Diagnostik und Therapie eingesetzt.

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Wissenswertes über "Ultraschallwelle"

Eine Ultraschallwelle ist eine mechanische Schallwelle mit einer Frequenz oberhalb des menschlichen Hoerbereichs (ab 20.000 Hz). In der Medizin werden Ultraschallwellen zur bildgebenden Diagnostik und Therapie eingesetzt.

Was ist eine Ultraschallwelle?

Eine Ultraschallwelle ist eine mechanische Schwingung, die sich als Druckwelle durch ein Medium ausbreitet und eine Frequenz von mehr als 20.000 Hertz (Hz) besitzt. Damit liegt sie oberhalb des menschlichen Hoerbereichs, der typischerweise zwischen 20 Hz und 20.000 Hz liegt. In der Medizin werden haeufig Frequenzen zwischen 1 und 40 Megahertz (MHz) eingesetzt. Ultraschallwellen sind longitudinale Wellen, das heisst, die Teilchen des Mediums schwingen in der gleichen Richtung, in der sich die Welle fortbewegt.

Physikalische Grundlagen

Ultraschallwellen entstehen durch schnelle mechanische Schwingungen, zum Beispiel durch den piezoelektrischen Effekt. Dabei wandeln spezielle Kristalle (Piezokristalle) elektrische Signale in mechanische Schwingungen um und umgekehrt. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Ultraschallwellen sind:

Frequenz: Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, gemessen in Hertz (Hz) oder Megahertz (MHz).
Wellenlaenge: Je hoeher die Frequenz, desto kuerzer die Wellenlaenge und desto besser die raeumliche Aufloesung.
Schallgeschwindigkeit: Haengt vom Medium ab; in menschlichem Weichgewebe betraegt sie ca. 1.540 m/s.
Reflexion und Brechung: An Grenzflaechen zwischen Geweben unterschiedlicher Dichte werden Ultraschallwellen reflektiert oder gebrochen, was die Grundlage der Bildgebung bildet.
Daempfung: Die Intensitaet der Welle nimmt mit zunehmender Eindringtiefe ab.

Anwendung in der Medizin

Diagnostischer Ultraschall (Sonografie)

Der bekannteste medizinische Einsatz von Ultraschallwellen ist die Sonografie (Ultraschalluntersuchung). Das Geraet sendet Ultraschallwellen in den Koerper aus. An Grenzflaechen zwischen verschiedenen Geweben werden diese Wellen reflektiert (Echo). Der Schallkopf empfaengt die Echos, und ein Computer berechnet daraus ein Bild. Typische Anwendungsgebiete umfassen:

Untersuchung von Bauchorganen (Leber, Niere, Gallenblase, Milz)
Herzdiagnostik (Echokardiografie)
Schwangerschaftsvorsorge und Untersuchung des Ungeborenen
Beurteilung von Blutgefaessen (Dopplersonografie)
Untersuchung von Muskeln, Sehnen und Gelenken
Schilddruese und Lymphknoten

Therapeutischer Ultraschall

Ultraschallwellen werden auch therapeutisch genutzt. Hohe Intensitaeten erzeugen Waerme im Gewebe und koennen zur Behandlung von Muskel- und Sehnenbeschwerden eingesetzt werden. Ein spezielles Verfahren ist der fokussierte Ultraschall (HIFU, High Intensity Focused Ultrasound), bei dem Ultraschallwellen gezielt auf Tumorgewebe gerichtet werden, um es zu zerstoeren.

Lithotripsie

Bei der extrakorporalen Stosswellenlithotripsie (ESWL) werden hochenergetische Ultraschallwellen eingesetzt, um Nieren- oder Gallensteine ohne Operation zu zertrummern.

Sicherheit und Risiken

Diagnostischer Ultraschall gilt bei sachgemaessem Einsatz als sehr sicher. Es werden keine ionisierenden Strahlen verwendet, weshalb die Methode auch in der Schwangerschaft und bei Kindern eingesetzt werden kann. Bei sehr hohen Intensitaeten koennen Ultraschallwellen jedoch Gewebewaerme und Kavitation (Bildung und Kollaps von Gasblaeschen) verursachen, weshalb therapeutische Anwendungen sorgfaeltig dosiert werden muessen.

Quellen

Kremkau, F. W. - Diagnostic Ultrasound: Principles and Instruments. Elsevier Health Sciences, 9. Auflage, 2015.
World Health Organization (WHO) - Diagnostic imaging: Manual of diagnostic ultrasound, Volume 1 und 2. WHO Press, Genf, 2011.
Claudon, M. et al. - Guidelines and Good Clinical Practice Recommendations for Contrast Enhanced Ultrasound (CEUS) in the Liver. Ultraschall in der Medizin, 2013.

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