Ultraschall in der Urologie

Ultraschall ist eine der zugänglichsten Diagnosemethoden in der Medizin. In der Urologie wird Ultraschall eingesetzt, um strukturelle und funktionelle Veränderungen der Urogenitalorgane zu erkennen. Mittels des Doppler-Effekts – der Echodopplerographie – werden hämodynamische Veränderungen in Organen und Geweben beurteilt. Minimalinvasive chirurgische Eingriffe werden unter Ultraschallkontrolle durchgeführt. Darüber hinaus wird die Methode auch bei offenen Eingriffen eingesetzt, um die Grenzen des pathologischen Fokus zu bestimmen und zu dokumentieren (intraoperative Echographie). Die entwickelten Ultraschallsensoren mit spezieller Form ermöglichen die Einführung durch natürliche Körperöffnungen, entlang spezieller Instrumente bei der Laparo-, Nephro- und Zystoskopie in die Bauchhöhle und entlang der Harnwege (invasive oder interventionelle Ultraschallverfahren).

Zu den Vorteilen des Ultraschalls zählen seine Verfügbarkeit, sein hoher Informationsgehalt bei den meisten urologischen Erkrankungen (auch bei dringenden Fällen) und seine Unbedenklichkeit für Patienten und medizinisches Personal. In dieser Hinsicht gilt Ultraschall als Screening-Methode, als Ausgangspunkt im Algorithmus der diagnostischen Suche zur instrumentellen Untersuchung von Patienten.

Den Ärzten stehen Ultraschallgeräte (Scanner) mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften zur Verfügung, die in der Lage sind, zwei- und dreidimensionale Bilder innerer Organe in Echtzeit zu reproduzieren.

Die meisten modernen Ultraschalldiagnostikgeräte arbeiten mit Frequenzen von 2,5–15 MHz (je nach Sensortyp). Ultraschallsensoren sind linear und konvex geformt und werden für transkutane, transvaginale und transrektale Untersuchungen eingesetzt. Für interventionelle Ultraschallverfahren werden üblicherweise radiale Scanning-Transducer verwendet. Diese Sensoren haben die Form eines Zylinders mit unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Länge. Sie werden in starre und flexible Sensoren unterteilt und dienen zum Einführen in Organe oder Körperhöhlen sowohl unabhängig als auch mit speziellen Instrumenten (endoluminaler, transurethraler, intrarenaler Ultraschall).

Je höher die Frequenz des für die diagnostische Untersuchung verwendeten Ultraschalls ist, desto höher ist die Auflösung und desto geringer ist die Durchdringungsfähigkeit. Daher empfiehlt es sich, zur Untersuchung tiefer liegender Organe Sensoren mit einer Frequenz von 2,0–5,0 MHz und zur Untersuchung oberflächlicher Schichten und oberflächlicher Organe Sensoren mit einer Frequenz von 7,0 MHz und mehr zu verwenden.

Bei der Ultraschalluntersuchung weisen Körpergewebe auf Graustufenechogrammen unterschiedliche Echodichten (Echogenität) auf. Gewebe mit hoher Schalldichte (hyperechoisch) erscheinen auf dem Bildschirm heller. Die dichtesten Gewebe – Steine – werden als klar umrissene Strukturen visualisiert, hinter denen sich ein Schallschatten abzeichnet. Seine Entstehung ist auf die vollständige Reflexion der Ultraschallwellen an der Steinoberfläche zurückzuführen. Gewebe mit geringer Schalldichte (hypoechoisch) erscheinen auf dem Bildschirm dunkler, und Flüssigkeitsformationen sind möglichst dunkel – echonegativ (echofrei). Es ist bekannt, dass Schallenergie nahezu verlustfrei in ein flüssiges Medium eindringt und beim Durchgang verstärkt wird. So weist die dem Sensor näher gelegene Wand einer Flüssigkeitsformation eine geringere Echogenität auf, während die distale Wand (relativ zum Sensor) eine erhöhte Schalldichte aufweist. Gewebe außerhalb der Flüssigkeitsformation zeichnen sich durch eine erhöhte Schalldichte aus. Diese Eigenschaft wird als Effekt der Schallverstärkung bezeichnet und gilt als differenzialdiagnostisches Merkmal zur Erkennung von Flüssigkeitsstrukturen. Ärzte verfügen über Ultraschallgeräte, die mit Geräten ausgestattet sind, die die Gewebedichte in Abhängigkeit vom Schallwiderstand messen können (Ultraschalldensitometrie).

Die Visualisierung von Gefäßen und die Beurteilung von Blutflussparametern erfolgen mittels Ultraschall-Dopplerographie (USDG). Die Methode basiert auf einem physikalischen Phänomen, das 1842 vom österreichischen Wissenschaftler I. Doppler entdeckt und nach ihm benannt wurde. Der Doppler-Effekt beruht darauf, dass sich die Frequenz eines Ultraschallsignals, wenn es von einem bewegten Objekt reflektiert wird, proportional zur Geschwindigkeit seiner Bewegung entlang der Signalausbreitungsachse ändert. Bewegt sich ein Objekt auf den Sensor zu, der Ultraschallimpulse erzeugt, erhöht sich die Frequenz des reflektierten Signals. Wird das Signal umgekehrt von einem bewegten Objekt reflektiert, verringert sie sich. Trifft also ein Ultraschallstrahl auf ein bewegtes Objekt, unterscheiden sich die reflektierten Signale in ihrer Frequenzzusammensetzung von den vom Sensor erzeugten Schwingungen. Aus dem Frequenzunterschied zwischen den reflektierten und den transmittierten Signalen lässt sich die Bewegungsgeschwindigkeit des untersuchten Objekts parallel zum Ultraschallstrahl bestimmen. Das Bild der Gefäße wird als Farbspektrum überlagert.

Heutzutage wird in der Praxis häufig der dreidimensionale Ultraschall eingesetzt, der es ermöglicht, ein dreidimensionales Bild des untersuchten Organs, seiner Gefäße und anderer Strukturen zu erhalten, was natürlich die diagnostischen Möglichkeiten der Ultraschalluntersuchung erhöht.

Dreidimensionaler Ultraschall hat eine neue diagnostische Methode der Ultraschalltomographie, auch Mehrschichtbildgebung genannt, hervorgebracht. Die Methode basiert auf der Erfassung volumetrischer Informationen aus dreidimensionalem Ultraschall und deren anschließender Zerlegung in Schichten mit vorgegebener Schrittweite in drei Ebenen: axial, sagittal und koronar. Die Software bearbeitet die Informationen nach und präsentiert Bilder in Graustufen mit einer Qualität, die mit der der Magnetresonanztomographie (MRT) vergleichbar ist. Der Hauptunterschied zwischen Ultraschalltomographie und Computertomographie liegt im Fehlen von Röntgenstrahlen und der absoluten Sicherheit der Untersuchung, die insbesondere bei Schwangeren von Bedeutung ist.