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Bereits im Jahr 1886 stellte der deutsche Physiker Heinrich Hertz beim Experimentieren mit elektromagnetischen Wellen fest, dass manche von ihnen an metallischen Gegenständen reflektiert werden. Jene mit bestimmten Frequenzen taten dies mal mehr und mal weniger. Mit diesem Wissen konnte man im Jahr 1904 ein Gerät bauen, mit dem sich ein Schiff orten ließ. Es wurde pantentiert, doch anschließend geriet die Technik in Vergessenheit. Mit dem zweien Weltkrieg jedoch, wuchs das Interesse stark daran solche Möglichkeiten zu nutzen. U-Boote, Schiffe und Flugzeuge ausfindig zu machen konnte über den Ausgang des Krieges entscheiden. Daher investierte man auf allen Kontinenten in die Entwicklung von Radarsystemen. Dieses Verfahren legte über Umwege den Grundstein für das, was wir heute als Ultraschall kennen.. In der Medizin eine wichtige Methode, um Krankheiten zu erkennen.

Wellen – die unsichtbare Macht

In der Physik gibt unterschiedliche Arten von Wellen. Sehr häufig handelt es sich um elektromagnetische Wellen, mechanische Schwingungen, Lichtwellen oder Schallwellen. Jede von ihnen hat bestimmte Eigenschaften, die man nutzbar machen kann.

Ein wichtiges Prinzip von Wellen ist es, dass man sie gezielt senden kann. Und man kann sie auch gezielt empfangen. Dabei lässt sich unterscheiden, ob es sich um Strahlung aus der ursprünglichen Quelle handelt. Das wären dann die Primärwellen. Oder ob es sich um reflektierte Wellen handelt. Das sind sogenannte Sekundärwellen. Technisch wird diese Unterscheidung möglich, weil sich zum Beispiel der Frequenzbereich ändert oder andere Eigenschaften beeinflusst werden. Mit solchen kleinen Tricks lassen sich verschiedene Aspekte feststellen:

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  • In welchem Winkel ein Objekt die Strahlung reflektiert
  • Wie weit ein Objekt entfernt ist
  • Wie die Außenstruktur aussieht
  • Ob sich das Objekt bewegt / Wie schnell es sich bewegt

Senden und Empfangen ist also das Geheimnis. Es geht danach darum aus diesen Informationen die richtigen Daten zu gewinnen.

Das ist aber noch nicht alles. Wie bereits erwähnt gibt es unterschiedliche Arte von Wellen. Jede davon hat bestimmte Eigenschaften, die es zum jeweiligen Zweck zu nutzen gilt. Bei den elektromagnetischen Wellen zum Beispiel stellte man fest, dass sie Metall erkennen können. Doch dieses Verfahren bietet im Bereich der Medizin keinen großen nutzen. Allerdings hat man bei Schallwellen sehr günstige Charakteristika gefunden. Aus ihnen entwickelte sich der Ultraschall.

Wie funktioniert Ultraschall?

Der Name sagt es schon: Ultraschall. Es geht hierbei also um Schallwellen. Tatsächlich hat man festgestellt, dass Schallwellen mit höheren Frequenzen Gewebe durchdringen können. Je nach dem, wie dicht dieses ist, wird ein gewisser Anteil davon reflektiert. Je dichter das Material, umso weniger kommt durch. Dieses Prinzip machte man sich zunutze.

Man entwickelte eine Technologie für die Bildgebung mit Hilfe von Schallwellen. Diese wurde so umgesetzt, dass ein Schallkopf gebaut wurde. Er sendet Wellen und empfängt zugleich deren Reflexionen. Hierfür wird er direkt an den Körper gelegt. Die Frequenzen vom Schallkopf sind so hoch, das sie für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Anhand der zurückgeworfenen Wellen kann der Sensor folgende Dinge erkennen:

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  • Umrisse von Organen und Gewebe
  • Ihre Entfernungen voneinander

Es musste lediglich noch eine Methode entwickelt werden, welche diese Art der Signale in Bilder umsetzt. Wie eine Art Übersetzer. So werden aus akustischen Signalen Bilder erzeugt. Fertig war der Ultraschall. Es entstand eine komplett neue Art der Diagnostik. Heute gibt es sie in den unterschiedlichsten Ausführungen. Es gibt Duplexsonographie, 3D Ultraschall und noch vieles mehr. Zudem gibt es auch eine industrielle Anwendung. Aber das ist ein anderes Kapitel.

Jedenfalls ist das der Grund, warum die Geräte in der Arztpraxis immer einen ähnlichen Aufbau besitzen. Es gibt den Sensor, mit dem die Mediziner:innen den Körper abtasten. Er sendet die Informationen in einen Computer. Dort wird mittels Software die Umwandlung der Signale vollzogen. Anschließend sieht man das Ergebnis auf einen Bildschirm.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Technik dahinter stark verbessert. Alle Komponenten wurden immer leistungsfähiger. Bessere Bildschirme bieten eine deutlich höhere Auflösung. Schnellere Chips und Prozessoren zeigen genauere Aufnahmen in zunehmend höherer Qualität. Gleichzeitig sanken die Preise für diese Bauteile beträchtlich. Das macht den Einsatz in nahezu jeder kleinen Praxis möglich.

Welche Vorteile bietet Ultraschall?

Ultraschall ist seit den 1980-er Jahren umfassend im Einsatz. Die Entwicklungen in den darauffolgenden Jahren haben die Ultraschallgeräte stark verbessert. Und das ist gut für uns alle. Vorteil einer Untersuchung mit Ultraschalltechnik ist es, dass sie keinerlei Schmerzen verursacht. Niemand muss also Angst haben, dass beim Arzt ein Ultraschall gemacht wird. Auf diesem Wege ist es dem medizinischen Personal möglich sofort einen Blick ins Innere des Körpers zu werfen. Ganz ohne Schneiden, ganz ohne Blut. Einfach mal nachsehen, wie es den Organen geht. Vorher stets undenkbar. Doch mit der Anwendung von Ultraschalltechnik heute täglich Brot.

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Für viele Fachärzte sind diese Geräte heute so eine Art Basis für ihre Arbeit. Ohne sie würde fast nichts in ihrer Praxis funktionieren:

Kardiologen zum Beispiel können damit einen Blick aufs Herz werfen. Sie erkennen damit, wie gut die Durchblutung funktioniert. Zudem lässt sich prüfen, ob die Herzklappen richtig schließen.

Gynäkologen brauchen es, um die Gesundheit eines ungeborenen Kindes mitzuverfolgen. Zahlreiche, wichtige Tests lassen sich am Bildschirm direkt durchführen. Darunter die Nackenfaltenuntersuchung, mit der sich Behinderungen frühzeitig erkennen lassen.

Bei Verdacht auf Schlaganfall wird Ultraschalltechnik eingesetzt, um die korrekte Durchblutung von Blutgefäßen zu prüfen. In der Stroke Abteilung ein unerlässlicher Schnelltest.

In der Onkologie lassen sich erste Anzeichen für Krebserkrankungen mit Hilfe dieser Untersuchung ausfindig machen. Ohne diese Option würde man zahlreiche Tumoren vielleicht viel zu spät entdecken.

Grenzen der Ultraschall-Untersuchung

Trotz aller Vorzüge sollte man nicht vergessen, dass die Anwendung der Sonographie häufig nur ein erster Schritt ist. Man kann so einiges sehen auf dem Bildschirm. Es sind aber vor allem Konturen und Formen. Nicht immer lassen sich Rückschlüsse auf das Gewebe ziehen. Um Krebs zu erkennen ist die Methode zu ungenau, so lange die Tumoren klein und unauffällig sind. Ebenso kann man damit zum Beispiel nicht sicher sagen, ob ein Außenband gerissen ist, oder nur gezerrt usw. Es fehlen zahlreiche Details. Aus akustischen Signalen lässt sich eben nicht alles abbilden. Voreilige Diagnosen sollte man mit ihnen nicht treffen.

In der Praxis nutzt man den Schall vor allem dafür, um eine erste Ahnung zu bekommen, was im Körper los sein könnte. Einiges lässt sich sehen und einiges nicht. Was genau machbar ist, das lernen die Nutzer:innen in speziellen Schulungen in ihrer medizinischen Ausbildung. Und die hat es in sich. Für viele Laien sind die Aufnahmen nämlich nichts als helle oder dunkle Felder. Das heißt, man muss gründlich lernen, welche Muster was zu bedeuten haben. Jahrelange Erfahrung ist notwendig, um richtige Urteile zu fällen.

Bei Auffälligkeiten werden die Patienten meist vor allem in die nächste Stufe geschickt. Zur Entnahme von Gewebeproben, um damit weitere Labortests durchzuführen. Oder zum Beispiel zum CT bzw. MRT. Mit ihrer Hilfe lässt sich ein deutlich genaueres Bild erzeugen, welches wesentlich mehr Details liefern wird.