Ultraschalldiagnostik in der Dermatologie

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    21-Jul-2016

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  • JDDG; 2007 5:689708 Eingereicht: 6.3.2007 | Angenommen: 26.4.2007

    DOI: 10.1111/j.1610-0387.2007.06453.x Akademie 689

    The Authors Journal compilation Blackwell Verlag, Berlin JDDG 1610-0379/2007/0508-0689 JDDG | 82007 (Band 5)

    English online version at www.blackwell-synergy.com/loi/ddg

    Ultraschalldiagnostik in der Dermatologie

    Ultrasonography in dermatology

    Dorothee Dill-Mller1, Jan Maschke2

    (1) Klinik fr Dermatologie, Venerologie und Allergologie, Universittsklinikum des Saarlandes, Homburg/Saar(2) Klinik fr Dermatologie, Venerologie und Allergologie, Universittsklinikum Leipzig AR, Leipzig

    ZusammenfassungUltraschalluntersuchungen sind ein wesentlicher Baustein der bildgebendenmedizinischen Diagnostik und wurden zum festen Bestandteil der dermatolo-gischen Facharztausbildung in Deutschland. Ultraschall ist ein vielseitiges,schmerzloses und risikoarmes, mobil einsetzbares und beliebig wiederholba-res, nicht invasives Verfahren, das unmittelbare (real-time) Bildinformationenvon benignen und malignen Erkrankungen der Haut und Prozessen in der Sub-kutis liefert. Die hochfrequente Sonographie mit 20 MHz-Scannern ist etabliertfr die Haut- und Tumordickenmessung und zur Beurteilung von inflammatori-schen Hauterkrankungen. Die mittelfrequente Sonographie mit Sonden von7,515 MHz hat einen festen Stellenwert in der dermatologischen Onkologiegewonnen, speziell beim properativen Staging und in der Nachsorge von Me-lanompatienten. Die Interpretation sonographischer Bildinformationen, wiez.B. lsionale Randstrukturen, Echogenitt, Ultraschallartefakte und Vaskularisa-tion im Farbduplex erfordern eine strukturierte Ausbildung und intensives Trai-ning.Die Vielfalt diagnostischer Informationen bei onkologischen Fragestellungenunterstreicht die Position der Sonographie als essenzieller Funktionsbereich inzertifizierten Hauttumorzentren.

    SummaryUltrasonography is an essential tool for most medical specialties; training in itsuse is required for dermatology residency programs in Germany. Ultrasonogra-phy is a versatile, painless, low-risk, non-invasive procedure which can be doneanywhere and easily repeated; it provides real-time visual information aboutbenign and malignant processes in the skin and subcutis. High-frequency so-nography with 20 MHz scanners is well-established for measuring the thicknessof the skin or its tumors and assessing inflammatory skin disorders. Mid-fre-quency sonography with 7.5-15 MHz sounds is widely used in dermatologic on-cology, both for pre-operative staging and follow-up of melanoma patients.The interpretation of sonographic images such as borders of lesions,echogenicity,artifacts and vascular patterns with duplex color sonography requires structu-red education and intensive training. The wide variety of diagnostic informa-tion provided by sonography underlines its essential position in certified skincancer centers.

    EinleitungSeit der Einfhrung des Ultraschalls in die medizinische Diagnostik vor ca. 50 Jahrenhat sich die Methode zum am hufigsten genutzten bildgebenden Verfahren in der

    Facharztwissen

    RedaktionProf. Dr. Jan C. Simon,

    Leipzig

    Keywords ultrasound lymph node tumor thickness subcutaneous tumor metastasis color Doppler

    Schlsselwrter Ultraschall Lymphknoten Hauttumordicke Subkutaner Tumor Metastase Farbduplex

  • Medizin entwickelt. Entscheidend hierfr waren und sind die Vielseitigkeit, die beliebigeWiederholbarkeit bei hoher diagnostischer Aussagekraft und die Gefahrlosigkeit frden Patienten. In der Dermatologie hat die hochfrequente Sonographie (20 MHz) unddie mittelfrequente Sonographie (7,515 MHz) einen festen Stellenwert in der Diagnos-tik von benignen und malignen Erkrankungen der Haut und Prozessen in der Subkutisgewonnen. Nicht zuletzt aufgrund der aktuellen Empfehlungen fr die Ausbreitungs-diagnostik und die Nachsorge bei malignen Melanomen der Haut in den interdiszi-plinren deutschen Leitlinien gehren theoretische und praktische Ausbildung in derSonographie zum festen Bestandteil der dermatologischen Facharztausbildung. Die Ul-traschalldiagnostik wird ein essenzieller Funktionsbereich von zertifizierten Hauttu-morzentren sein.

    Historische EntwicklungSonographische Untersuchungen zur Hautdickenmessung wurden bereits 1979 vonAlexander und Miller mit A-Mode-Gerten durchgefhrt. Grundlegende Arbeitenzur B-Bild-Sonographie der Haut mit 20-Megahertz (MHz)-Prototypen folgten inder nchsten Dekade in Europa und Japan. Zwei 20-MHz-Gerte konnten sich imklinischen Einsatz etablieren: Dermascan C und DUB 20. Die Gerte verfgen berA-, B- und C-Scan, optional 3D-Rekonstruktion und weitere Sonden mit 30 MHzund 50 MHz. Nachfolgend wurden Transducer mit Schallfrequenzen von 100 MHz und 150 MHzentwickelt, die den feinstrukturellen Aufbau der Epidermis darstellen konnten undderen klinischer Nutzen derzeit evaluiert wird [1].Fr die B-Bild-Sonographie der Subkutis und der subkutanen Lymphknoten imEchtzeitverfahren wurden zunchst elektronisch fokussierbare Schallkpfe mit Fre-quenzen von 57,5 MHz eingesetzt. Mit der Entwicklung hher auflsender Sondenund Multifrequenz-Transducer kommen jetzt zunehmend Sonden bis 15 MHz zumEinsatz [1, 2].Diese Ultraschall-Applikationen im B-Mode wurden schlielich 1993 gemeinsam alsAnwendungsbereich Sonographie der Haut, Subcutis inclusive subkutaner Lymphknotenin die Ultraschall-Vereinbarung der Kassenrztlichen Bundesvereinigung (aktuelleFassung von 2003 unter www.kbv.de) und in die Weiterbildungsordnung der Bundes-rztekammer fr die Dermatologie aufgenommen.In den letzten zehn Jahren wurde die Sonographie als sehr sensitives diagnostischesVerfahren in der Dermato-Onkologie etabliert [16]. Weitere Einsatzgebiete sind dieAndrologie, sthetische Dermatologie, dermatologische Angiologie und Phlebologie,die jedoch nicht Gegenstand dieses Beitrages sind [1, 2, 5, 7].

    Physikalische Grundlagen und UltraschallphnomeneUltraschall ist Schall mit Frequenzen ab 20 Kilohertz bis zu 1 Gigahertz. In der Der-matologie werden Frequenzen zwischen 5 und 20 MHz zur klinischen Routinedia-gnostik verwendet.

    Erzeugung und Ausbreitung von UltraschallwellenDie Erzeugung von Ultraschallwellen basiert auf dem piezoelektrischen Effekt. DieAusbreitung dieser Longitudinalwellen in einem Medium wie Luft, Wasser, Weich-teil- oder Knochengewebe ist abhngig von dessen Dichte und Elastizitt (akustischeImpedanz). Fr die Schnittbilddiagnostik wird das Echo-Impuls-Verfahren einge-setzt. Die Schallwellen werden whrend ihrer Ausbreitung im Medium an Grenz-flchen von Geweben mit unterschiedlichem akustischen Schwingungsverhalten, soz. B. an der Dermis, innerhalb der Subcutis, an den Muskelfaszien oder am Knochen,reflektiert. Die rckgestrahlten Schallsignale werden detektiert und im A-Mode (Am-plituden-Mode) als lineare Kurve entsprechend der Intensitt des reflektierten Signalsdargestellt [5]. Moderne Ultraschallsysteme arbeiten mit Sonden, in denen 64, 128oder 256 Piezoelemente angeordnet sind, die elektronisch angesteuert phasenversetztSchallimpulse aussenden und die reflektierten Signale empfangen. Dabei werden dieAmplituden der Signale jeder einzelnen Schalllinie in Helligkeits- bzw. Grauwerte ko-diert und zum B-Bild komponiert (Brightness-Mode). Diese Technologie ermglichteine zweidimensionale Real-Time-Darstellung des untersuchten Gewebes (Abbil-dung 1).

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    Die Ultraschall-Applikationen im B-Mode wurden als Anwendungsbe-reich Sonographie der Haut, Subcutisinclusive subkutaner Lymphknoten indie Ultraschall-Vereinbarung derKBV und in die Weiterbildungsord-nung der BK aufgenommen.

  • Die Schallgeschwindigkeit (c) ergibt sich aus dem Produkt von Wellenlnge () undFrequenz (f ): c = x f (Weg-Zeit-Gesetz). Die mittlere Schallausbreitungsgeschwin-digkeit betrgt im Weichteilgewebe des Menschen 1.540 m/s.

    Schallfeld und AuflsungsvermgenNach dem Huygensschen Prinzip breiten sich die Schallwellen keulenfrmig im Ge-webe aus: konvergierend im Nahfeld, maximal gebndelt in der Fokuszone und di-vergierend im Fernfeld (Abbildung 2). Entscheidend fr die Qualitt des Ultraschall-bildes ist das Auflsungsvermgen, d. h. die kleinstmgliche Differenzierung vonbenachbarten Gewebestrukturen. Man unterscheidet das axiale (in Richtung derSchallausbreitung) und das laterale (senkrecht zur Schallausbreitung) Auflsungsver-mgen. Die Auflsung wird in axialer Richtung durch die Lnge des Schallimpulsesund die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen, in lateraler Richtung durch dieschallkopfabhngige Geometrie des Schallfeldes und die Mittenfrequenz der Sondebestimmt. Das theoretisch kleinstmglich darstellbare Objekt muss grer als die halbeWellenlnge der verwendeten Schallfrequenz sein. In der Focusebene ist die Auflsung amhchsten. Deshalb ist die kontinuierliche Anpassung der Focusebene whrend einer Un-tersuchung essenziell fr eine przise Darstellung interessanter Strukturen im Gewebe [5].

    Schallverhalten an GrenzflchenDie initial gerichtet ausgesendeten Schallimpulse werden an den Grenzflchen imGewebe gem wellenoptischen Gesetzmigkeiten abgelenkt, weitergeleitet, in an-dere Energieformen transformiert oder zum Schallkopf zurckgesendet. Hierbei istder Widerstand (Impedanz) des Gewebes wichtig. Bei groem Impedanzunterschiedwird der grte Teil der Schallenergie an den Grenzflchen im Gewebe winkelabhn-

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    Abbildung 1: Schema des Echo-Impuls-Verfahrens. Die Ultraschallimpulse werden vom Schallkopfausgesendet, nach Reflexion im Gewebe wieder empfangen und entsprechend der Laufzeit und Strkeder Signale im Brightness-Mode (B-Mode) auf einem Monitor abgebildet.

    Abbildung 2: Schallausbreitung und Auflsung: das Schallfeld besteht aus einem gebndelten Nah-feld und einem keulenfrmigen Fernfeld. Im Fokus ist die laterale Auflsung optimal. Darstellung ei-nes kreisfrmigen Objekts in Abhngigkeit von der Lage im Strahlenfeld.

    Man unterscheidet das axiale und daslaterale Auflsungsvermgen.

    Die mittlere Schallausbreitungsge-schwindigkeit betrgt im Weichteil-gewebe des Menschen 1.540 m/s.

    Die Ausbreitung des Ultraschalls imGewebe unterliegt den Gesetzen deroptischen Physik.

    Impedanz

  • gig abgelenkt (Ablenkung zur Sonde zurck = Reflexion; ungerichtete Ablenkung =Streuung). Bei geringem Impedanzunterschied werden die Schallwellen mehrheitlichtiefer in das Gewebe weitergeleitet (Transmission). Fr die Reflexion unter senkrech-tem Schalleinfall an glatten Flchen gilt: je grer der Impedanzunterschied, destogrer die Reflexion. Um die Reflexion an der Hautoberflche zu minimieren wirdein wssriges Gel als Ankopplungsmedium verwendet. An rauen Grenzflchen wer-den die Schallwellen nicht mehr gerichtet, sondern ungerichtet reflektiert. Es kommtzur diffusen Streuung. Aus dem Weg-Zeit-Gesetz ergibt sich, dass die Laufzeit der empfangenen Signale derEntfernung der reflektierenden Struktur proportional ist und somit eine Distanzmes-sung im Real-time-Bild erfolgen kann.

    Wirkung des Ultraschalls im GewebeDie wellenfrmige Schallausbreitung kann dazu fhren, dass sich mehrere Schallwel-len mit gleicher oder entgegen gesetzter Phase (Kompressions- und Dekompressions-phase) berlagern und so verstrken oder abschwchen. Beide Phnomene heien In-terferenz, ihre rumliche Verteilung ist das Interferenzmuster. Die Absorption vonSchallwellen im Gewebe erfolgt aufgrund von Streuung, innerer Reibung, Kompres-sion sowie Moleklanregung. Die Schallenergie wird dabei in Wrme umgeformt.Die Absorption fhrt zu einer frequenzabhngigen begrenzten Reichweite der Schall-wellen. Die Schwchung steigt exponenziell mit dem Abstand vom Transducer. Si-gnale aus grerer Tiefe mit lngerer (Rck-)Laufzeit werden deshalb elektronisch ver-strkt (Time-Gain-Kompensation), um gleichmig intensive Signale zu erhalten.Die im Ultraschallwandler erzeugten wellenfrmigen Drucknderungen bedingen,dass in der Unterdruckphase einer Schallwelle im Gewebe Hohlrume bzw. Gasbls-chen entstehen (Kavitation), die in der Druckphase kollabieren und eine Gewebe-schdigung verursachen knnten. Weil jedoch bei den diagnostisch verwendeten Fre-quenzen (B-Bild-Sonographie) die Schalldrucke sehr klein sind, ist eineGewebeschdigung durch Kavitation praktisch auszuschlieen. Die Menge der durchUltraschall im Gewebe erzeugten Wrme ist abhngig von der absorbierten Schallin-tensitt und der Impulsfrequenz (Energieerhaltungssatz).

    UltraschallartefakteBei der Bilderzeugung mittels Ultraschall kann es zu Bildfehlern (Artefakten) kom-men. Die aufgezeichneten Signale entsprechen keiner anatomischen Struktur, werdenjedoch durch reale Strukturen hervorgerufen und knnen deshalb hufig wichtige In-formationen ber Gewebestrukturen vermitteln. Ein hufiges Artefakt ist die dorsale Schallauslschung (Schallschatten) hinter starkreflektierenden Objekten oder Strukturen mit einer groen Impedanz. Oberflchlichan der Haut sind dies typischerweise Hyperkeratosen und Krusten. Im Gewebe kn-nen dies kalkhaltige Strukturen (z. B. Gefplaques, Calcinosis cutis, Gallensteine)oder Luft- bzw. Gaseinschlsse (z. B. bei Gasbrand) sein. Dagegen kann es hinter ho-mogen aufgebauten Strukturen wie z. B. Zysten oder Metastasen, in denen die Schall-wellen weniger stark gedmpft werden als im umliegenden heterogenen Gewebe, zuintensiveren Echosignalen, zur relativen dorsalen Schallverstrkung, kommen (Abbil-dung 3). Am Rand einer Zyste entstehen Interferenzen, es kommt zu Streuung undBrechung der Wellen und konsekutiv zu einem Energieverlust und der Darstellungeines Zystenrandschattens (Abbildung 3). Bei kreisfrmigen Objekten knnen dieRandstrahlen auch weggespiegelt werden (Abtropfphnomen, lateral shadowing).Wiederholungsechos (Reverberationen) treten auf, wenn hintereinander mehrereGrenzflchen mit einem hohen Impedanzsprung liegen [5].

    DarstellungsverfahrenDie unterschiedliche Auswertung und Darstellung der erzeugten und wieder detek-tierten Messergebnisse der reflektierten Schallwellen nennt man Mode.

    A-ModeA steht fr Amplitudenmodulation, das von der Sonde empfangene Echosignal einerUltraschalllinie wird in einem Diagramm dargestellt. Der A-Mode hat heute fastkeine Bedeutung mehr als alleiniges Verfahren.

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    Bildartefakte dienen der Interpreta-tion von Gewebestrukturen.dorsale Schallauslschung

    dorsale Schallverstrkung

    Zystenrandschatten

    Wiederholungsechos

    Amplitudenmodulation

    ReflexionStreuungTransmission

    InterferenzAbsorptionAbsorption

    Kavitation

    Wrme

    Die Absorption fhrt zu einer fre-quenzabhngigen begrenzten Reich-weite der Schallwellen.

  • B-ModeB steht fr Brightness- oder Helligkeits-Mode, die Echointensitt wird in Grauwer-ten angegeben. Schwache Signale von Strukturen geringer Echogenitt werden dun-kel, Signale von Strukturen hoher Echogenitt hell dargestellt.

    Doppler-VerfahrenDer Doppler-Effekt tritt auf, wenn sich Sender und Empfnger einer Welle relativ zu-einander bewegen. Das Signal ist hierbei um eine bestimmte Frequenz verschoben(Dopplerfrequenz). Der ruhende Schallkopf sendet mit einer Frequenz f . Der sichmit der Flussgeschwindigkeit v bewegende Erythrozyt streut den Schall und reflek-tiert die...