Ultraschall ist eine mechanische Welle. Ein Schallkopf enthält ein Kristall- oder Keramikelement, das sich unter Wechselspannung millionenfach pro Sekunde ausdehnt und zusammenzieht. Diese Schwingung überträgt sich auf das Gewebe, wenn zwischen Schallkopf und Haut keine Luft ist. Deshalb wird fast immer ein Kontaktgel verwendet: Luft würde den Schall nahezu vollständig zurückwerfen.
Frequenz bestimmt die Tiefe
Je höher die Frequenz, desto stärker wird der Schall in den oberen Gewebeschichten aufgenommen und desto geringer ist seine Eindringtiefe. In der Physiotherapie sind 1 Megahertz für tiefer liegende Strukturen wie Muskeln und Gelenkkapseln und 3 Megahertz für oberflächennahe Strukturen üblich. Kosmetische Geräte arbeiten zum Teil mit deutlich höheren Frequenzen, etwa 10 Megahertz oder mehr. Ihre Energie wird dann überwiegend in der Haut selbst aufgenommen.
Fachleute beschreiben die Tiefenwirkung oft mit der sogenannten Halbwertstiefe. Das ist die Tiefe, in der noch die Hälfte der eingebrachten Intensität ankommt. Sie sinkt mit steigender Frequenz und hängt zudem vom Gewebe ab.
Thermische Effekte
Wenn Gewebe Schallenergie aufnimmt, entsteht Wärme. Bei kontinuierlichem Betrieb und ausreichender Intensität kann sich das Gewebe um einige Grad erwärmen. Erwärmung kann die Durchblutung steigern und Bindegewebe dehnbarer machen. Diese Effekte sind der Hintergrund für den Einsatz in der Physiotherapie.
Beim fokussierten Ultraschall wird die Energie dagegen auf einen kleinen Brennpunkt gebündelt. Dort steigt die Temperatur so stark, dass Eiweiße gerinnen. Dieses Prinzip nutzen Ästhetik und Medizin, etwa zur Hautstraffung oder in spezialisierten Kliniken bei bestimmten neurologischen Erkrankungen.
Mechanische Effekte
Neben der Wärme wirkt Ultraschall mechanisch. Fachleute nennen vor allem zwei Phänomene. Bei der akustischen Strömung bewegen sich Flüssigkeiten im Gewebe in Richtung des Schalls. Bei der Kavitation bilden sich winzige Gasbläschen, die schwingen oder zerfallen. Kavitation tritt vor allem bei niedrigen Frequenzen und hohen Intensitäten auf. Im gepulsten Betrieb mit kurzen Schallphasen bleibt die Erwärmung gering, die mechanischen Effekte sollen dann im Vordergrund stehen.
Eine Übersichtsarbeit aus der Physiotherapie hält allerdings fest, dass viele dieser Effekte zwar im Labor gut belegt sind, ihre Bedeutung bei den üblichen therapeutischen Intensitäten im menschlichen Körper aber nicht immer klar ist.
Intensität und Sicherheit
Die Intensität wird in Watt pro Quadratzentimeter angegeben. Therapeutische Anwendungen liegen typischerweise in einem Bereich von wenigen Zehntel bis wenigen Watt pro Quadratzentimeter. Internationale Fachgremien wie die ICNIRP und die amerikanische Fachgesellschaft AIUM beschreiben, unter welchen Bedingungen Ultraschall unerwünschte biologische Wirkungen haben kann. Wichtig ist, den Schallkopf in Bewegung zu halten, damit sich keine Wärme an einer Stelle staut, und die Vorgaben des jeweiligen Geräts einzuhalten.
