Therapeutischer Ultraschall

Jatros

Autor:

Prim. Dr. Roland Celoud

Leiter des Institutes für Physikalische und<br> Rehabilitative Medizin am Landesklinikum Horn

23.02.2017

<p class="article-intro">Die Behandlung mittels Ultraschall ist ein seit vielen Jahren in der Medizin etabliertes therapeutisches Verfahren, welches gerade aus der physikalischen und Rehabilitationsmedizin nicht mehr wegzudenken ist. Die korrekte Anwendung des Ultraschalles führt in vielen Fällen zu hervorragenden Behandlungsergebnissen. Allerdings muss erwähnt werden, dass der Ultraschall bei unsachgemäßer Durchführung in jedem Fall auch Nebenwirkungen bis zur Gewebsschädigung auslösen kann.</p> <hr /> <p class="article-content"><p>Bereits Ende des 19. Jahrhunderts waren mit der Entdeckung des piezoelektrischen Effektes durch die Brüder Jacques und Pierre Curie die Grundlagen für den therapeutischen Ultraschall erforscht worden. 1939 konnte an der Charité Berlin ein Ultraschallgerät erstmals erfolgreich zur Behandlung von Ischialgien, Plexusneuralgien und Arthroseschmerz angewendet werden. Seit den 1950er-Jahren gilt diese Therapieform als fixer Bestandteil in der Behandlung von Schmerzen im Bereich des Bewegungsapparates.</p> <h2>Physikalische Grundlagen</h2> <p>Als Ultraschall werden akustische Wellen oberhalb der menschlichen Wahrnehmungsgrenze, also mit einer Frequenz von mehr als 20.000Hz (= 20kHz), bezeichnet. Schall breitet sich als longitudinale Kompressionswelle in einem Medium aus; in Vakuum ist dies somit nicht möglich. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen hängt von der Dichte des Mediums ab. Von großer Relevanz ist außerdem der Schallwellenwiderstand des Mediums, auch genannt akustische Impedanz.<br /> Durchläuft die Schallwelle nacheinander Medien von unterschiedlicher akustischer Impedanz, so kommt es am Übergang teilweise zu einer Reflexion des Schalles, d.h., je größer der Impedanzunterschied, umso größer die Reflexion. Bei sehr hohen Impedanzsprüngen (z.B. Schallkopf – Luft – Körperoberfläche) kann es sogar zur totalen Schallreflexion kommen. Um dies bei der Ankopplung an den Körper zu vermeiden, muss ein Ankopplungsmedium benutzt werden (meistens Ultraschallgel, gelegentlich Öl oder Wasser etc.). In diesem Zusammenhang kann als etabliertes und weithin bekanntes Verfahren die Phonophorese genannt werden, bei der Medikamente in Gelform direkt zwischen Schallkopf und Körper appliziert und somit mit Schallwirkung in den Körper eingebracht werden.<br /> Die Absorption bezeichnet das gegenteilige Phänomen zur Reflexion: Sie meint die eigentliche Umwandlung der mechanischen Ultraschallwellen in eine andere Energieform, meistens in Wärme. Beim Durchtritt einer Schallwelle durch ein Medium kommt es infolge der stetigen Absorption und Energieumwandlung zur Abschwächung der Schallintensität. Das Maß hierfür ist der Absorptionskoeffizient, welcher unter anderem abhängig von der Dichte des Mediums, aber auch von der Schallfrequenz ist. Je höher dieser Absorptionskoeffizient ist, desto mehr Schall wird im Medium absorbiert und desto höher ist die Erwärmung der jeweiligen Gewebeschicht.<br /> Je höher die Dichte des Gewebes ist, umso höher ist also der Absorptionskoeffizient: So besitzt Knochen einen etwa 20- mal, Muskulatur einen ca. 2- bis 5-mal so hohen Absorptionskoeffizienten wie Fettgewebe. Je höher die Schallfrequenz, umso höher ist der Absorptionskoeffizient: Dieser ist bei 3MHz 3-mal so hoch wie bei 1MHz. Das bedeutet:</p> <ul> <li>hohe Dichte und hohe Schallfrequenz: geringe Eindringtiefe</li> <li>geringe Dichte und niedrige Schallfrequenz: hohe Eindringtiefe</li> </ul> <p>Der Begriff der Halbwertstiefe bezeichnet jene Eindringtiefe, bei der es zu einer Reduktion der Schallintensität auf 50 % des Ausgangswertes kommt. Bei der Penetrationstiefe wiederum liegt mit ca. 10 % des Ausgangswertes nur noch ein Minimum an Behandlungseffekt vor. Entsprechende dichte- und frequenzabhängige Normwerte können in der Standardliteratur nachgesehen werden (Tab. 1).</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Jatros_Ortho_1701_Weblinks_s64_tab1.jpg" alt="" width="1417" height="1042" /><br /><br /> <strong>Stehende Wellen</strong><br /> In der Praxis einer therapeutischen Anwendung kommt es üblicherweise gleichzeitig zu Reflexion und Absorption von Schallwellen im Gewebe, während permanent neue Schallwellen von der Schallquelle ausgesendet werden. Es treffen also auf bereits reflektierte Schallwellen im Körper neu hinzukommende Schallwellen. Den Effekt dieser miteinander im Gewebe interferierenden Schallwellen nennt man stehende Wellen. Diese führen zu einer deutlichen Erhöhung der Schallintensität im jeweiligen Anwendungsbereich, was wiederum zu sehr hohen Temperaturanstiegen führt, wodurch es zu Gewebsschädigungen infolge von Überhitzung kommen kann. Daher ist es von großer Wichtigkeit, die Entwicklung stehender Wellen unbedingt zu vermeiden. Dies wird in der Regel mittels permanenter Bewegung des Schallkopfes im Therapieareal erzielt.</p> <h2>Wirkung</h2> <p>Die Wirkung des therapeutischen Ultraschalles beruht vor allem auf der Umwandlung des absorbierten Schalles in andere Energieformen, üblicherweise in Wärme. Allerdings wird auch von Effekten durch mechanische Reaktionen (Vibrationswirkung) ausgegangen.<br /> Bisher nachgewiesene Effekte im Gewebe umfassen die Hyperthermie ebenso wie eine Steigerung des Stoffwechsels im Behandlungsareal, aber auch eine verbesserte Dehnbarkeit kollagener Fasern, eine vermehrte Zellaktivität sowie eine verbesserte Wundheilung aufgrund einer Proliferation von Fibroblasten. Außerdem ist – als vermutlich mechanische Nebenwirkung – die Kavitation bekannt: Hier handelt es sich um die Bildung von Gasbläschen im Gewebe mit konsekutiver Zellzerstörung und Hervorrufen von petechialen Blutungen.</p> <h2>Wirksamkeit – &bdquo;evidence-based medicine“</h2> <p>Eine umfangreiche und überdies äußerst hilfreiche Auflistung zahlreicher Studien zum Thema &bdquo;therapeutischer Ultraschall“ inklusive der Anführung von einer sorgfältigen Evaluierung unterzogenen externen Evidenzen ist auf der Webseite &bdquo;Orientierungshilfe physikalische Medizin und allgemeine Rehabilitation“ (www.orientierungshilfe-pmr.at) zu finden, welche als Konsens einer Arbeitsgruppe der Österreichischen Gesellschaft für Physikalische Medizin und Rehabilitation, ÖGPMR, zusammengestellt wurde.<br /> Die interne Evidenz zeigt darüber hinaus gute Therapieergebnisse bei der Kombination von Ultraschallanwendungen mit anderen Behandlungen, vor allem der Elektrotherapie.</p> <h2>Technische Details der Handhabung und Praxis sowie Dosierung</h2> <p><strong>Frequenz</strong> <br />Beim therapeutischen Ultraschall finden heutzutage üblicherweise Frequenzen von 800kHz, 1MHz und 3MHz Verwendung. Aufgrund der Frequenzabhängigkeit der Eindringtiefe (siehe oben) macht es Sinn:</p> <ul> <li>oberflächliche Strukturen (bis ca. 1cm Tiefe) mit 3MHz,</li> <li>tiefere (ab etwa 1cm Tiefe) allerdings mit 800kHz oder 1MHz zu behandeln.</li> </ul> <p><strong>Schallintensität</strong><br /> Diese wird in Watt pro cm<sup>2</sup> gemessen. Übliche Schallintensitäten betragen zwischen 0,05 und 3W/cm<sup>2</sup>, wobei für gewöhnlich 3 Intensitätsbereiche angegeben werden – je nach Literatur allerdings in schwankenden Intensitätsgrenzen. Wenk nennt beispielsweise folgende 3 Bereiche (Wenk: Elektrotherapie. 2. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011. S. 172):</p> <ul> <li>niedrige Dosierung: 0,05–0,3W/cm2 (z.B. für kleine Gelenke – Zehen oder Finger – sowie oberflächliche Strukturen)</li> <li>mittlere Dosierung: 0,4–1,2W/cm2 (z.B. für mittelgroße Gelenke – Hand-, Fuß-, Schultergelenk – sowie Muskulatur)</li> <li>hohe Dosierung: >1,2W/cm2 (z.B. für große Gelenke)</li> </ul> <p>Allerdings werden in der Literatur auch Anwendungen in höheren Intensitätsbereichen genannt. So wird etwa durch Studien gestützt eine Behandlung der Tendinosis calcarea der Rotatorenmanschette der Schulter empfohlen, bei welcher allerdings sehr hohe Intensitäten von 2,5W/cm<sup>2</sup> (bei 0,89MHz und 15min Dauer) angewendet werden (Ebenbichler et al 1999). Andere Autoren publizierten eine effektive Dosis von 1 bis 1,5W/cm<sup>2</sup> (Rahman MH et al 2007).<br /><br /> <strong>Behandlungszeit</strong><br /> In der vielfach angewendeten Praxis beträgt die übliche Behandlungsdauer bei dynamischer Anwendung 5 bis 10 Minuten, wobei die Dauer von 5 Minuten innerhalb der Kollegenschaft gelegentlich zu kontroversen Diskussionen führt und bezüglich Wirksamkeit immer wieder hinterfragt wird. In der Tat sind viele Studienergebnisse mit einer Dauer von 15 Minuten erzielt worden. In der Praxis erweisen sich großflächige Anwendungen daher als wenig effektiv.<br /><br /> <strong>Form der Schallabgabe</strong><br /> Gleichschall oder Dauerschall bedeutet kontinuierliche, also konstante Abgabe der Schallintensität. Die kontinuierliche Form der Schallabgabe ergibt eine ausgeprägte thermische Wirkung, d.h. Wirkung durch Wärme. Impulsschall bedeutet eine gepulste Abgabe der Schallenergie mit Pausen, während denen kein Schall appliziert wird. Je nach Literatur wird dem Impulsschall keine bis nur geringe Wärmewirkung zugeschrieben.<br /><br /> <strong>Häufigkeit</strong><br /> Bei akuten Beschwerden wird eine tägliche Behandlung mit Impulsschall, bei subakuten und chronischen Erkrankungen üblicherweise eine Therapie 2–3 mal pro Woche mit kontinuierlichem Schall empfohlen – als Therapieserie je nach Notwendigkeit insgesamt 5- bis 10- mal.<br /><br /> <strong>Beschallungsverfahren</strong></p> <ul> <li>Dynamische Beschallung: ständige Bewegung des Schallkopfes über dem Behandlungsareal – sinnvoll bei größeren Regionen</li> <li>Semistatische Beschallung: ständige Bewegung des Schallkopfes über einer Behandlungsstelle – sinnvoll bei kleineren, definierten Schmerzregionen, z.B. Triggerpunkten</li> <li>Statische Beschallung: keine Bewegung des Schallkopfes. Aufgrund der Möglichkeit der Entstehung stehender Wellen bis auf wenige Indikationen (mit geringen Schallintensitäten) nicht sinnvoll.</li> </ul> <p><strong>Direkte vs. indirekte Beschallung</strong><br /> Üblicherweise wird der Schallkopf direkt über dem Behandlungsareal appliziert. Als indirekte Beschallung wird gelegentlich eine Behandlung im zugehörigen Segment bezeichnet. Andere Autoren bezeichnen die Behandlung im Wasserbad als indirekt, wobei in diesem Fall durch eine subaquale Therapie vor allem bei kleinen Gelenken ein sehr guter Ankoppelungseffekt erzielt werden kann.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Jatros_Ortho_1701_Weblinks_s64_abb1.jpg" alt="" width="687" height="697" /></p> <h2>Indikationen</h2> <ul> <li>Arthrosen</li> <li>vertebragene Syndrome bei degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen, Myalgien</li> <li>Tendinosen – z.B. Epicondylopathia humeri radialis et ulnaris, Achillodynie, Rotatorenmanschettenläsionen</li> <li>Morbus Bechterew</li> <li>Sklerodermie</li> <li>Weichteilrheumatismus</li> <li>Neuralgien und Nervenkompressionssyndrome – z.B. Karpaltunnelsyndrom</li> <li>verzögerte Kallusbildung nach Fraktur</li> <li>Narben</li> <li>Dupuytren’sche Kontraktur</li> <li>Ganglion</li> <li>Wundheilung, z.B. von Ulcera cruris</li> <li>Resorption von Hämatomen</li> </ul> <h2>Spezielle Verfahren</h2> <p>Das sogenannte Simultanverfahren wird nach Kenntnis des Autors – zu Unrecht – eher selten angewendet. Diese Behandlungsform bezeichnet eine Kombination aus einer (meist) nieder- oder (seltener) mittelfrequenten Elektrotherapieform. Der Schallkopf findet hierbei meistens als differente Elektrode Anwendung (und wird häufig als Kathode gepolt).<br /> Außerdem sollte nach Meinung des Autors unbedingt ein in der Literatur zu findendes (Rubin C et al 2001) und gelegentlich auch angewendetes Prozedere zur Behandlung von Pseudoarthrosen Erwähnung finden, welches oftmals auch als &bdquo;Kallus-Schema“ bezeichnet wird. Diese Vorgehensweise empfiehlt die Anwendung eines statischen gepulsten Ultraschalles direkt über der Pseudoarthrose ab dem 7. Tag posttraumatisch mit 0,3W/cm2 bei 1,5MHz über jeweils 20 Minuten, wobei die Behandlung täglich (allenfalls über ein Gipsfenster) über 20 Wochen durchgeführt werden sollte.</p> <h2>Kontraindikationen – lokale Anwendungsverbote</h2> <p>Da es sich bei der Behandlung mit Ultraschall um eine lokale Therapie handelt, ist es wenig sinnvoll, von Kontraindikationen statt vielmehr von lokalen Anwendungsverboten zu sprechen.</p> <ul> <li>Augen</li> <li>Uterus bei Schwangeren</li> <li>Herzschrittmacher & Defibrillator – Abstand von 20–30cm einhalten!</li> <li>anästhetische Areale</li> <li>Areale mit vaskulärer Insuffizienz</li> <li>Rückenmark bei Z.n. Laminektomie</li> <li>Gelenksersatz aus Methylmethacrylat oder Polyethylen – nicht jedoch Metall!</li> <li>Herz</li> <li>Gehirn</li> <li>maligner Tumor</li> <li>Blutungsneigung</li> <li>Epiphysenfugen bei Kindern</li> <li>allgemeine Kontraindikationen gegen Wärmetherapie (z.B. Fieber, Thrombosen etc.)</li> </ul> <h2>Neuere Entwicklungen</h2> <p>Hier ist unter anderem eine Neuerung der letzten Jahre zu nennen: Als statischer Ultraschall sind derzeit einige Entwicklungen am Markt, welche die Applikation des Schallkopfes direkt über dem Behandlungsareal erlauben, ohne dass dieser dynamisch darüberbewegt werden muss. Erzielt wird dies in einem Fall mit einem Schallkopf, welcher sich wie eine Vakuumeinheit am Behandlungsgebiet ansaugt (siehe Abb. 2a, b) – die Schallintensität wird in diesem Fall permanent moduliert, um Schäden durch Hyperthermie zu vermeiden. Zur Ankoppelung dient zum Schutze der Vakuumeinheit ein Gelkissen, welches als Alternative zum Ultraschallgel verwendet werden muss, um die Vakuumeinheit nicht zu beschädigen. Ein anderes Produkt kann ebenfalls statisch aufgebracht werden; in diesem Fall wird eine Gewebsschädigung durch abwechselnde Aktivierung und Deaktivierung von nebeneinanderliegenden Ultraschallfeldern im Bereich des Schallkopfes verhindert (&bdquo;Drehfeldtechnologie“, Abb. 3a und b). Diese Neuentwicklungen bedeuten vor allem eine ressourcenschonende (da personalextensive) Anwendung dieser ansonsten bereits seit vielen Jahrzehnten etablierten Behandlungsform, da die übliche 1-zu-1-Betreuung (d.h. ständig ist ein Therapeut beim Patienten anwesend) während der Therapie nicht notwendig ist.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Jatros_Ortho_1701_Weblinks_s64_abb2.jpg" alt="" width="685" height="1633" /></p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Jatros_Ortho_1701_Weblinks_s64_abb3.jpg" alt="" width="1416" height="682" /></p> <h2>Stoßwellentherapie</h2> <p>Um ein weiteres akustisches Phänomen handelt es sich bei der extrakorporalen Stoßwellentherapie (ESWT). Hier wird ebenfalls Energie in Form von Schallwellen in den Körper eingebracht, wobei es sich allerdings um extrem kurze Stöße in sehr hoher Intensität handelt (Abb. 4). Dabei kommt es zu keiner nennenswerten Wärme- oder Vibrationsentwicklung. Die biologischen Effekte sind seit einigen Jahren Gegenstand intensiver Forschung: Vermutlich werden diese weniger durch direkte mechanische Energieübertragung als vielmehr durch eine Umwandlung von mechanischer Energie in eine chemische, biochemische oder molekulare Energieform hervorgerufen. Der Begriff der Mechanotransduktion ist in diesem Zusammenhang der derzeit am häufigsten diskutierte.</p> <p><img src="/custom/img/files/files_datafiles_data_Zeitungen_2017_Jatros_Ortho_1701_Weblinks_s64_abb4.jpg" alt="" width="1417" height="673" /></p> <h2>Zusammenfassung</h2> <p>Bei der therapeutischen Anwendung des Ultraschalles in der Medizin handelt es sich um ein seit vielen Jahrzehnten etabliertes, gut untersuchtes und durch externe wie interne Evidenzen hervorragend belegtes Behandlungsverfahren für viele Indikationen. Trotzdem wird diese Therapiemöglichkeit in vielen Fällen immer noch nicht konsequent ausreichend genützt.<br /> In der Praxis sollten unter anderem</p> <ul> <li>die notwendige Eindringtiefe für die Wahl der Frequenz und der Intensität,</li> <li>die Größe des Behandlungsareales für die Wahl der Behandlungsdauer,</li> <li>die Differenzierung in akut vs. chronisch für die Wahl der Schallabgabeform (gepulst vs. kontinuierlich), der Intensität sowie der Häufigkeit,</li> <li>der Wunsch nach zusätzlichem Einbringen eines Medikamentes (Phonophorese)</li> </ul> <p>Berücksichtigung finden.</p></p>

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