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Inhaltsverzeichnis
Was ist ein Sektorschallkopf?
Ein Sektorschallkopf (Phased-Array-Transducer) ist ein Ultraschallkopf, der durch elektronische Phasensteuerung piezoelektrischer Elemente fächerförmige Bilder generiert. Aufgrund seiner minimalen Ankopplungsfläche und niedrigen Frequenzen (1–4 MHz) ermöglicht er hohe Eindringtiefen durch schmale Zugangswege wie Interkostalräume. Er dient als diagnostischer Goldstandard in der Kardiologie für präzise Herzuntersuchungen und Echokardiografien.
Bildgeometrie und zeitliche Auflösung
Phased-Array-Systeme nutzen eine spezielle Bildgeometrie. Diese ist nötig, um Hindernisse wie Rippen oder die Schläfe sicher zu durchschallen. Moderne High-End-Sonden im Jahr 2026 besitzen eine sehr kleine Kontaktfläche (Footprint) von unter 1,5 bis 2 cm². Dadurch vermeiden sie fast alle Schatten, die durch Rippenkanten entstehen könnten.
Die fächerförmige Geometrie lässt sich über die „Sector Width“ flexibel einstellen. Das ist wichtig für die zeitliche Auflösung: Ein schmalerer Sektor benötigt weniger Scanlinien pro Bild. So steigt die Bildrate auf über 90 Hz. Das ist die Voraussetzung für eine präzise Speckle-Tracking-Analyse.
Im Fernfeld weiten sich die Schallstrahlen physikalisch bedingt aus (Divergenz). Adaptive Algorithmen wie das „Dynamic Receive Focusing“ gleichen diesen Effekt heute aus. Sie passen die Verzögerung der Echos beim Empfang laufend an. So bleibt die seitliche Auflösung auch in Tiefen von mehr als 15 cm scharf und stabil.
Die physikalische Funktionsweise: Wie entsteht das Bild beim Phased-Array-Verfahren?
Die Bildentstehung nutzt die Gesetze der Wellenoptik, vor allem das Huygens-Prinzip. Die Strahlsteuerung (Beamforming) erfolgt dabei rein elektronisch. Hierfür erhalten die piezoelektrischen Elemente gezielte Zeitverzögerungen (Delay Patterns).
Die Formel lautet: Δt = (d · sin θ) / c
Dabei ist d der Abstand der Elemente und c die Schallgeschwindigkeit im Gewebe (ca. 1540 m/s).
Moderne Verfahren: TFM und FMC
Moderne Verfahren wie die „Total Focusing Method“ (TFM) erweitern dieses Prinzip. Dabei werden Signale jedes Elements einzeln erfasst. Ein Hochleistungsrechner setzt diese Daten erst danach zu einem Bild zusammen.
Das Ergebnis ist an jedem Punkt des Sichtfeldes scharf fokussiert. FPGA-Prozessoren bewältigen diesen Rechenaufwand heute in Echtzeit. Für Sie als Diagnostiker erhöht dies die Sicherheit, etwa wenn Sie Klappenvegetationen bei einer Endokarditis beurteilen.
Technische Optimierung
Ein kritischer Punkt bleibt das elektrische Übersprechen (Crosstalk) zwischen den Elementen. Um dies zu verhindern, werden feine Isolationsgräben (Isolation Trenches) in das Material geätzt. Dies geschieht präzise mittels DRIE-Verfahren (Deep Reactive-Ion Etching).
So sinkt das Übersprechen auf unter −50 dB. Das verbessert den Bildkontrast und die Dynamik entscheidend.
Frequenzspektren und Eindringtiefe: Warum ist die Sonde für tiefe Strukturen optimiert?
Die Wahl der Ultraschallfrequenz richtet sich nach dem Patienten. Bei Erwachsenen nutzt die Echokardiografie meist 1,5 bis 4,5 MHz. Für Kinder sind jedoch höhere Frequenzen bis zu 12 MHz nötig. Nur so lassen sich Details bei einem dünnen Brustkorb scharf darstellen.
Physikalisch besteht ein Zielkonflikt: Höhere Frequenzen bieten eine bessere Auflösung, dringen aber weniger tief in das Gewebe ein. Die Intensität sinkt dabei nach dem Absorptionsgesetz. Der Koeffizient alpha steigt mit der Frequenz an.
In der modernen Praxis gleicht das „Harmonic Imaging“ diesen Effekt aus. Die Sektorsonde sendet eine niedrige Grundfrequenz aus (z. B. 1,8 MHz). Das Gewebe erzeugt bei der Schallausbreitung von selbst die doppelte Frequenz (2. Harmonische, 3,6 MHz). Die Sonde empfängt nur dieses Signal. Das Ergebnis: Störende Artefakte im Nahfeld verschwinden. Besonders bei adipösen Patienten lässt sich der Herzinnenrand (Endokard) so deutlich besser erkennen, ohne an Eindringtiefe zu verlieren.
| Frequenzbereich | Wellenlänge λ (ca.) | Eindringtiefe | Primäre Anwendung |
| 2 MHz | 0,77 mm | bis 25 cm | Adipöse Patienten, tiefe Doppler-Messungen |
| 4 MHz | 0,38 mm | bis 12 cm | Standard TTE, Klappenmorphologie |
| 7 MHz | 0,22 mm | bis 6 cm | Pädiatrie, kleine Haustiere, transkraniell |
Klinische Hauptanwendungsgebiete für Ärzte und Studierende
Die klinische Anwendung des Sektorschallkopfs ist streng durch die AWMF S2k-Leitlinie „Transthorakale Echokardiographie“ reglementiert, welche die Grundlage für die Qualitätssicherung und Standardisierung im deutschsprachigen Raum bildet. Um diese Anforderungen in der Praxis umzusetzen, ist die Wahl der passenden Hardware entscheidend, wobei sich je nach klinischem Schwerpunkt unterschiedliche Ultraschallgeräte für die Kardiologie eignen. Diese Leitlinie definiert einen obligatorischen Datensatz, der für eine vollständige Untersuchung erforderlich ist.
Standardisierte Protokolle nach AWMF-Leitlinie
Die Untersuchung sollte bevorzugt in Linksseitenlage und unter obligatorischem 3-Kanal-EKG-Monitoring durchgeführt werden.
- Parasternale lange Achse (PLSAX): Fokus auf die Quantifizierung des LVOT-Durchmessers (mittsystolisch, inner-edge-to-inner-edge) und die Beurteilung der Aortenklappen-Anatomie.
- Parasternale kurze Achse (PSAX): Darstellung auf Ebene der Aortenklappe, der Mitralklappe und der Papillarmuskeln zur Beurteilung regionaler Wandbewegungsstörungen (RWBS).
- Apikales Fenster: Die Akquisition des 4-Kammer-Blicks (A4C) bildet die Basis für die biplane Simpson-Methode zur Bestimmung der Ejektionsfraktion (EF). Neu im Jahr 2026 ist die Empfehlung zur routinemäßigen Erfassung des globalen longitudinalen Strains (GLS) mittels Speckle-Tracking, sofern die Bildqualität in >2 Segmenten ausreichend ist.
- Subkostales Fenster: Unverzichtbar für die Beurteilung des Perikards und der Vena cava inferior (VCI). Ein VCI-Durchmesser von > 2 cm gilt als erster Trigger für das venöse Kongestions-Scoring (VExUS).
Ein wesentlicher Fortschritt im notfallmedizinischen Ultraschall ist das RUSH-Protokoll (Rapid Ultrasound for Shock and Hypotension), das durch das HI-MAP-Schema (Heart, IVC, Morrison, Aorta, Pulmonary) eine strukturierte Schockdifferenzierung mittels Sektorsonde erlaubt. Hierbei ermöglicht die Sektorsonde durch ihren kleinen Footprint den schnellen Wechsel zwischen subxyphoidalen, interkostalen und suprasternalen Schallfenstern.
Point Of Care Ultraschall
Im Bereich des Point-of-Care-Ultraschalls (POCUS) hat der Sektorschallkopf eine neue Rolle als „Hämodynamik-Monitor“ übernommen. Die bloße Detektion von Flüssigkeit (eFAST) wird durch eine quantitative Beurteilung der Organperfusion und des venösen Rückstaus ergänzt.
Der VExUS-Score (Venous Excess Ultrasound)
Der VExUS-Score (Venous Excess Ultrasound) dient zur Messung der venösen Stauung. Er hilft dabei, das Risiko für ein akutes Nierenversagen (AKI) nach Herz-OPs frühzeitig zu erkennen. Die Untersuchung mit der Sektorsonde erfolgt in vier Schritten:
- Vena cava inferior (VCI): Zuerst wird der maximale Durchmesser gemessen. Ein Wert unter 2 cm schließt eine schwere Stauung fast aus (VExUS Grad 0).
- Vena hepatica (Lebervene): Im Doppler-Ultraschall überwiegt normalerweise die S-Welle. Bei steigendem Druck flacht diese ab (Blunting) oder kehrt sich sogar um (Reversal).
- Vena portae (Pfortader): Hier wird die Pulsatilität berechnet. Ein Index von über 50 % zeigt eine schwere Stauung an.
- Vena renalis (Nierenvene): Der Übergang von einem stetigen zu einem zweiphasigen Fluss (biphasisch) deutet auf ein Ödem in der Niere hin.
Aktuelle Erkenntnisse zeigen: VExUS misst nicht nur das Volumen. Der Score beschreibt vielmehr das Zusammenspiel zwischen dem venösen Rückfluss und der Funktion des rechten Herzens. Für Kinder wurde zudem das P-VExUS-Modell validiert. Dieses Punktesystem (0 bis 7 Punkte) erlaubt eine präzise Schätzung des zentralen Venendrucks (ZVD) bei kleinen Patienten.
Praktische Tipps zur Bildoptimierung und Handhabung
Die Arbeit mit dem Sektorschallkopf verlangt eine präzise Abstimmung von Ergonomie, Patientenführung und Geräteeinstellung. Zwar verkürzen KI-Systeme (AI Assist) die Lernphase, doch die manuelle Optimierung bleibt für exzellente Bilder entscheidend.
- Synchronisation der Atmung: Der Standard bleibt die Messung bei forcierter Ausatmung (Exspiration). Dies minimiert störende Lungenartefakte (A-Linien). Bei beatmeten Patienten sollte die Messung am Ende der Ausatmung (End-Expiratorisches PEEP-Niveau) erfolgen. So erhalten Sie stabile Werte für die VCI.
- Sektor-Management: Bei hohen Herzfrequenzen (Tachykardie) sollten Sie den Sektorwinkel eng auf die Zielstruktur (z. B. Mitralklappe) begrenzen. Dies steigert die Bildrate (Frame Rate). Nur so lassen sich schnelle Bewegungen, wie feine Klappenvegetationen, sicher erkennen.
- KI-gestützte Aufnahme: Moderne Systeme wie das ACUSON Origin setzen Doppler-Gates automatisch. Dennoch müssen Sie den Anlotwinkel manuell prüfen. Doppler-Fehler bei Winkeln von über 20° verfälschen die Berechnung von Druckgradienten (z. B. bei Aortenstenose) mathematisch massiv.
- Gewebe-Doppler (TDI): Zur Messung der diastolischen Funktion platzieren Sie das „Sample Volume“ exakt am septalen und lateralen Mitralanulus. Liegt das Messfenster zu tief, wird die Entspannungsgeschwindigkeit unterschätzt. Dies führt zu einer Fehldiagnose der diastolischen Herzschwäche.
FAQ: Häufige Fragen zur Linearsonde
Kann ich mit einem Sektorschallkopf auch eine Abdomensonografie durchführen, wenn keine Konvexsonde verfügbar ist?
Die Verwendung eines Sektorschallkopfs (Phased-Array) bei der Abdomensonographie dient klinisch als Zweitoption bei fehlender Konvexsonde oder schwierigen anatomischen Verhältnissen. Dank niedriger Frequenzen (1–5 MHz) erzielt die Sonde eine hohe Eindringtiefe zur Darstellung von Aorta, Nieren und Harnblase. Der entscheidende Vorteil liegt im Interkostalschnitt, wo die punktförmige Auflagefläche Rippenschatten minimiert.
Limitierend wirken jedoch die physikalisch bedingte Nahfeldunschärfe und die erschwerte anatomische Orientierung durch den spitzen Einstrahlwinkel. Während freie Flüssigkeit oder grobe Organpathologien sicher detektierbar sind, bleibt die detaillierte Beurteilung von Leberparenchym, Darmwand oder kleinen Läsionen dem Konvexschallkopf als Goldstandard vorbehalten. Bei Nutzung einer Sektorsonde ist ein Wechsel auf das Abdomen-Preset zwingend erforderlich.
Warum ist die Bildqualität im Vergleich zum Linearschallkopf bei oberflächlichen Strukturen so viel schlechter?
Der Sektorschallkopf weist bei oberflächlichen Strukturen eine geringere Bildqualität auf, da seine Bauweise auf Eindringtiefe statt auf Nahfeldauflösung optimiert ist. Entscheidend sind die niedrigen Betriebsfrequenzen (2–5 MHz) und die divergierende Strahlgeometrie (Phased Array). Dies führt im Nahbereich (1–3 cm) zu einer reduzierten lateralen Auflösung, Bildverzerrungen und verstärkten Anisotropie-Effekten im Vergleich zum hochfrequenten Linearschallkopf.
Wie erkenne ich Artefakte, die spezifisch durch die Divergenz des Sektorstrahls entstehen?
Artefakte der Sektorstrahldivergenz sind geometrisch bedingte Bildfehler bei Sektorschallköpfen, die durch das fächerförmige Auseinanderlaufen der Schallwellen entstehen. Charakteristisch sind die abnehmende laterale Auflösung in der Tiefe (Divergenz-Unschärfe), winkelabhängige Anisotropie an Gewebsrändern, Schichtdicken-Artefakte in echofreien Hohlräumen sowie Grating-Lobe-Geisterbilder durch unerwünschte Nebenkeulen abseits der Hauptachse.