Hintergrund

Die SARS-CoV-2-Pandemie (COVID-19) entwickelt sich unverändert rasch. Insbesondere in den Vereinigten Staaten und Brasilien steigt die Anzahl nachgewiesener Infektionen rasant an [1]. COVID-19-Patienten zeigen in der Mehrzahl der Fälle milde Symptome wie Fieber (80 %), trockenen Husten (56 %), Müdigkeit (22 %) und Muskelschmerzen (7 %) [2]. Schwere Verläufe einer Infektion mit SARS-CoV‑2 gehen mit Pneumonien einher und erfordern häufig eine intensivmedizinische Behandlung [3, 4]. Bei Patienten mit Risikofaktoren wie höheres Alter, Immunsuppression oder kardiovaskulären Komorbiditäten steigt die Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung einer akuten respiratorischen Insuffizienz, vergleichbar mit dem Bild eines akuten Lungenversagens („acute respiratory distress syndrome“, ARDS), sowie weiterer lebensbedrohlicher Komplikationen wie u. a. einem Multiorganversagen [3].

Die thorakale Bildgebung ist für die weitere Versorgung dieser Patienten essenziell [5]. Neben der hochauflösenden Low-dose-Computertomographie des Thorax (HR-CT) als aktueller Goldstandard der nichtkontrastmittelverstärkten thorakalen Bildgebung kommt dem Point-of-care-Ultraschall (POCUS) der Lunge jedoch insbesondere im Notaufnahme- und Intensivsetting zunehmend eine Schlüsselrolle zu [6]. Patienten mit schwerer COVID-19-Infektion zeigen typische computertomographische Veränderungen wie diffuse bilaterale interstitielle Pneumonien mit asymmetrischen, ungleichmäßigen Läsionen, die vor allem in der Peripherie der Lunge auftreten [7,8,9].

Da Lungenveränderungen bei COVID-19 zeitlich bereits vor klinischen Manifestationen und dem PCR(„polymerase chain reaction“)-Nachweis auftreten können, wurde eine frühzeitige Low-dose-CT als sinnvolle Screeningmethode im Verdachtsfall empfohlen [10]. Mit der Durchführung einer CT ergeben sich jedoch Nachteile wie der mit dem Transport beatmeter und kreislaufinstabiler Intensivpatienten verbundene hohe Aufwand mit entsprechender Ressourcenbindung sowie Risiken aufgrund der hohen Ansteckungsgefahr bei COVID-19. Aus diesen Gründen sollte die CT bei Patienten mit Verdacht auf COVID-19 oder bereits gesicherter Infektion restriktiv zum Einsatz kommen [4]. Auch Röntgenaufnahmen der Lunge am Bett werden nach wie vor als Standard für verschiedene Fragestellungen auf Intensivstationen eingesetzt. Nichtsdestotrotz weist diese Modalität methodologische Limitationen auf und zeichnet sich häufig durch eine unzureichende Treffsicherheit aus [11].

Computertomographische Untersuchungen sollten deshalb spezifischen Fragestellungen vorbehalten bleiben, die mittels Sonographie nicht hinreichend beantwortet werden können (z. B. zur Evaluation mediastinaler Pathologien und Bestätigung einer Lungenembolie; [4, 12]). Abgesehen davon führen CT- und Röntgenuntersuchungen zu Strahlenbelastungen des Patienten mit der Folge einer erhöhten Inzidenz strahleninduzierter Krebsleiden [13, 14]. Die sonographische Bildgebung der Lunge ermöglicht Resultate vergleichbar zur CT und ist insbesondere der Thoraxröntgenaufnahme hinsichtlich der Evaluation von Pneumonien und des ARDS überlegen. Die Lungensonographie bietet mit der einfachen Durchführbarkeit, der Wiederholbarkeit, dem Fehlen einer Strahlenbelastung sowie niedrigeren Kosten jedoch zusätzliche Vorteile [10, 15]. Außerdem kann sie der behandelnde Arzt bei entsprechender Expertise bettseitig einsetzen und mit der Klinik des Patienten korrelieren. Durch Verwendung der Lungensonographie kann eine Reduktion der Thoraxröntgen- und CT-Aufnahmen auf Intensivstationen und in Notaufnahmen erzielt werden [6, 16].

Grundlagen der Lungensonographie

Die Sonographie des Thorax und der Lunge spielt zunehmend eine wichtige Rolle in der täglichen klinischen Routine, insbesondere in der Form des POCUS [17,18,19,20,21,22,23]. Neben Echokardiographie und Abdomensonographie ist sie auch ein wichtiger Bestandteil der Notfallsonographie und in verschiedenen Protokollen verankert (z. B. dem BLUE-Protokoll; [24]). Die Lungensonographie spielt zunehmend auch in der Abklärung der akuten Dyspnoe als häufiges Leitsymptom in Notaufnahmen und Intensivstationen eine Rolle. Die Bandbreite möglicher Differenzialdiagnosen ist groß, sodass im Anschluss an Anamnese, körperliche Untersuchung und Überprüfung der Vitalparameter ein POCUS durchgeführt werden sollte.

Obwohl bereits Empfehlungen zur elektiven Thoraxsonographie [25,26,27,28] und Notfalllungensonographie [17] existieren, wird der Lungenultraschall im Alltag nach wie vor nur spärlich eingesetzt [29]. Im Vergleich zur klinischen Untersuchung und dem Röntgen des Thorax weist die Lungensonographie eine exzellente diagnostische Genauigkeit in der Detektion von Pleuraergüssen, Konsolidierungen, dem interstitiellen Syndrom sowie in der Erkennung von Pneumothoraces auf [11, 29, 30]. Grundlage der Diagnosestellung von Lungenpathologien sind Ultraschallartefakte, die man sich zunutze macht und die aufgrund der verschiedenen Eigenschaften der Thoraxwand und des Pleuraspalts entstehen. Die zwei wichtigsten Artefaktmuster sind A‑Linien und B‑Linien [31].

A-Linien

A‑Linien sind Reverberationsartefakte. Die Ultraschallwellen werden aufgrund des Impedanzunterschiedes zwischen Gewebe und Luft an der Pleuralinie stark reflektiert [10, 31]. Sie springen quasi zwischen dem Ultraschallkopf und der Lungenoberfläche hin und her. Im normalen Ultraschallbild erscheinen A‑Linien als echoreiche, parallele horizontale, sich wiederholende Linien der Pleura. Da es sich hierbei um einen klassischen Nachhalleffekt handelt, entspricht die Distanz zwischen Hautoberfläche und der Pleura der Distanz zwischen Pleura und der ersten A‑Linie sowie der Distanz zwischen der ersten A‑Linie zur zweiten A‑Linie usw. (Abb. 1 und 5). Das sog. A‑Profil entsteht bei intaktem Lungengewebe und gleichzeitig vorhandenen physiologischen atemsynchronen Bewegungen der Lunge entlang der Thoraxwand (sog. Lungengleiten), es ist der lungensonographische Normalbefund. Fehlt das Lungengleiten, kann dies ein Hinweis auf einen Pneumothorax sein [30].

Abb. 1
figure 1

B‑Bild mit Darstellung von A‑Linien unter Verwendung eines Curved-array-Schallkopfes. Die A‑Linien (gelbe Pfeile) sind die hellen horizontalen Linien die von der Pleura (roter Pfeil) in die Tiefe reichen. Es handelt sich bei den A‑Linien um klassische Reverberationsartefakte

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B-Linien

Kometenschweifartefakte wurden 1982 das erste Mal von Ziskin et al. beschrieben, als diese die Artefakteigenschaften einer intrahepatischen Schrotkugel beschrieben [30, 32]. B‑Linien sind laserartige, echoreiche Artefakte, sie entspringen der Pleuralinie, überlagern die A‑Linien und reichen bis an den unteren Bildrand. Sie sollten nicht mit anderen Kometenschweifartefakten verwechselt werden, die an der Pleura entstehen, jedoch bereits vor Erreichen des Bildschirmrandes verblassen. B‑Linien sind hinweisend auf das Vorliegen einer Flüssigkeitsansammlung im Interstitium („lung rockets“) oder den Alveolen (Milchglas; Abb. 2, 3, 4 und 5).

Abb. 2
figure 2

Untersuchung der Lunge mittels eines hochfrequenten Linearschallkopfes. Erfassung einzelner B‑Linien (gelbe Pfeile)

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Abb. 3
figure 3

Untersuchung der Lunge mit einem Curved-array-Schallkopf. Darstellung multipler B‑Linien (gelbe Pfeile) als Hinweis auf ein interstitielles Syndrom der Lunge mit unruhiger Pleuralinie

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Abb. 4
figure 4

Untersuchung der Lunge mit einem Linearschallkopf. Im Vergleich zu Abb. 3 Zunahme der B‑Linien (gelbe Pfeile). Die Pleuralinie wirkt teilweise unterbrochen

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Abb. 5
figure 5

Untersuchung der Lunge im Längsschnitt mit einem Linearschallkopf. Zu sehen ist die obere und untere Rippe (Costa). Neben konfluierenden B‑Linien (gelber Pfeil) mit dem sog. „Wasserfall-Zeichen“ zeigt sich ein A‑Profil (roter Pfeil)

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B‑Linien erscheinen, wenn Ultraschallwellen die oberflächlichen Weichgewebe durchlaufen, die Pleura durchbrechen und dabei auf einen Mix aus Luft und Wasser treffen. Als Daumenregel gilt: Das Vorliegen einer oder zweier B‑Linien in einem Interkostalraum ist primär nicht Anlass zur Sorge. Falls diese jedoch zunehmen oder sich weiter in einer Zone ausbreiten sollten, spricht diese für eine Pathologie des Lungeninterstitiums [33, 34]. Das Vorliegen besonders anterior ubiquitärer, bilateraler, multipler (≥3) B‑Linien ist mit verschiedenen Formen des meist kardialen Lungenödems assoziiert. Weitere Ursachen können auch eine Pneumonie, eine Pneumonitis oder eine Lungenfibrose sein.

Schallkopfauswahl und Einstellungen

In der Lungensonographie kommen verschiedene Schallköpfe mit entsprechenden Vorteilen und Limitationen zum Einsatz. Die Auswahl des optimalen Schallkopfes ist abhängig von verschiedensten Faktoren wie der Konstitution des Patienten, der Lokalisation der zu untersuchenden Pathologie und der Fragestellung. Für keinen Schallkopf konnte bisher ein signifikanter Vorteil nachgewiesen werden, die Wahl ist somit der Präferenz des Untersuchers überlassen [35]. Es sollte daran gedacht werden, dass sich Niedrigfrequenzschallköpfe durch eine bessere Gewebegängigkeit bei gleichzeitig etwas niedrigerer Bildqualität auszeichnen. Umgekehrt verhält es sich mit Hochfrequenzschallköpfen, die eine bessere Bildauflösung bei niedrigerer Eindringtiefe aufweisen [35].

Konvexe Ultraschallköpfe

Niedrigfrequenzschallköpfe sind für die Bedside-Lungensonographie am besten geeignet, da diese eine Visualisierung der tiefen posterolateralen Strukturen und so eine Detektion von Konsolidierungen und Pleuraergüssen ermöglichen [27].

Lineare Ultraschallköpfe

Im Gegensatz dazu eignen sich hochauflösende lineare Hochfrequenzschallköpfe mit niedrigerer Eindringtiefe besser zur Darstellung der Pleuralinie und damit z. B. eines Pneumothorax und der Untersuchung oberflächlicher anteriorer Strukturen (z. B. Visualisierung von Lungengleiten) sowie bei Kindern als auch dünnen Patienten.

Sektorschallköpfe und mikrokonvexe Schallköpfe

Sektorschallköpfe und mikrokonvexe Schallköpfe können für verschiedenste Fragestellungen wie Konsolidierungen und Pleuraergüsse eingesetzt werden.

Einstellung

Ultraschallgeräte sollten standardmäßig mit einem Pulsed Doppler, Color Doppler sowie einem M‑Mode ausgestattet sein, um Gefäße und Vaskularisierung pathologischer Strukturen zu evaluieren [36]. Zusätzlich zum B‑Bild kann die Verwendung des dynamischen M‑Modes zur Optimierung der diagnostischen Wertigkeit der Sonographie beitragen. Im M‑Mode wird eine einzelne, vertikale Linie des Sonographiebildes ausgewählt. Die Ultraschallsignale dieser Linie werden mittels eines separaten Diagramms im Zeitverlauf aufgezeichnet, sodass Bewegungen im Gewebe als Kurven dargestellt werden. Immobile Strukturen imponieren als horizontale Linien. Analog dazu kann der M‑Mode auch im Lungenultraschall eingesetzt werden und entspricht somit der Bewegung des Lungenparenchyms im Zeitverlauf [31].

Die meisten Hersteller im Ultraschallbereich verwenden zusätzliche technische Prozesse wie Compound Imaging oder Harmonic Imaging zur Verstärkung des Bildsignals. Zwar resultiert daraus eine bessere Bildqualität, die hilfreich für die Durchführung einer konventionellen Sonographie ist. Andererseits führt ein Abschalten dieser Modi zu einer klareren Darstellung der Kometenschweifartefakte bzw. B‑Linien [31]. Adjustierungen des Fokus, der Bildtiefe und des Gesamtgains sollten zur besseren Darstellung der Pleura durchgeführt werden [37].

Hygiene

Neben der persönlichen Schutzausrüstung gelten die Hygieneleitlinien des Robert-Koch-Instituts (RKI) und der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM). Ein Schallkopfüberzug ist sinnvoll, außerdem muss das Ultraschallgerät nach jeder Untersuchung desinfiziert werden [4]. Hand-held-Ultraschallgeräte bieten sich an [38].

Untersuchungsprozedur und Pathologien

Die Durchführung der Lungensonographie erfolgt in der Notaufnahme und auf Intensivstation am liegenden Patienten (von ventral) sowie abhängig von der Klinik des Patienten auch in sitzender Position (von dorsal). Die Untersuchung sollte einer Systematik folgen, die die gesamten anterolateralen und posterioren Lungenabschnitte erfasst. In bestimmten Fällen kann auch eine kürzere, auf eine spezifische Pathologie fokussierte Untersuchung erfolgen.

Jeder Hemithorax sollte in sechs Regionen untergliedert werden [39]. Dabei dienen die vordere und hintere Axillarlinie als Referenzpunkte, um den jeweiligen Hemithorax in eine vordere, laterale und posteriore Region einzuteilen. Zur Einteilung einer superioren und inferioren Region sollte eine axiale Linie verwendet werden [39]. Schließlich sollten die sechs Regionen des jeweiligen Hemithorax (anterior superior, anterior inferior, lateral superior, lateral inferior, posterior superior, posterior inferior) als R1–R6 für den rechten und als L1–L6 für den linken Hemithorax benannt werden.

Die Interkostalräume dienen als Schallfenster. Der Konvexschallkopf sollte im 90°-Winkel zu den Rippen aufgesetzt werden, sodass zwei nebeneinanderliegende Rippen mitabgebildet werden. Somit kann der Interkostalraum mit der Pleuralinie sicher erkannt und zuverlässig vom Vorliegen eines anterioren Rippenartefakts unterschieden werden. Mittels dieser Technik können alle Interkostalräume und somit alle sechs Regionen des jeweiligen Hemithorax sicher untersucht werden [18].

Beim Verdacht auf das Vorliegen kleiner subpleuraler Läsionen kann fokussiert ein linearer Schallkopf zum Einsatz kommen.

Lungensonographische Befunde bei COVID-19

COVID-19 betrifft im Vergleich zu anderen Pneumonien häufiger die peripheren Lungenabschnitte, d. h. die Läsionen sind entsprechend pleuranah lokalisiert und fallen somit in den Bereich, der sich mittels Sonographie gut darstellen lässt [43]. Die Lungensonographie ist je nach Vortestwahrscheinlichkeit sowohl zur Erhöhung der diagnostischen Sicherheit bei COVID-19 als auch zum Follow-up der Patienten geeignet [10]. Jedoch sind die sonographischen Zeichen der COVID-19-Pneumonie unspezifisch und können beispielsweise auch bei anderen viralen Pneumonien auftreten. Somit sind sie in Zusammenschau mit der Klinik des Patienten und der Prävalenz von SARS-CoV‑2 zu werten [40]. Ob eine sonographische Diagnosestellung möglich ist, wird in Studien zu untersuchen sein. Unumstritten lassen sich jedoch Differenzialdiagnosen wie beispielsweise ein Pneumothorax sonographisch abklären. Außerdem kann der POCUS zur Evaluierung der kardialen Funktion und zur Volumensteuerung dienen [41].

Unter Verwendung eines Hochfrequenzschallkopfes (z. B. L12-3) können die Morphologie und die Veränderungen kleinerer subpleuraler Läsionen dargestellt werden (Abb. 6). Mittels Niedrigfrequenzschallköpfen (z. B. C5-1) lassen sich Veränderungen der Bestandteile von Luft und Wasser in Bereichen von Konsolidierungen sowie ein positives Aerobronchogramm in der Lungenperipherie nachweisen (Abb. 7). Die sonographische Beurteilung der Lunge ist grundsätzlich eingeschränkt bei der Beurteilung zentraler Lungenbereiche, da es zu einer Abschwächung der Schallwellen durch das normale Lungen- und Knochengewebe kommt. Deshalb stützt sich die sonographische Diagnosestellung auf die Interpretation der Artefakte pleuraler und an die Pleura reichender Läsionen [17]. Diese Artefakte entstehen durch ein abnormales Verhältnis zwischen Luft- und Wasserbestandteilen in Alveolen und im interstitiellen Gewebe.

Abb. 6
figure 6

Untersuchung der Lunge mittels eines hochfrequenten Linearschallkopfes. Fragmentierte Pleura (gelbe Pfeile) mit einzelnen Konsolidierungen

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Abb. 7
figure 7

Untersuchung der Lunge mittels eines Curved-array-Schallkopfes. Erfassung von Konsolidierungen mit positivem Aerobronchogramm (gelbe Pfeile)

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Typische sonographische Veränderungen bei COVID-19-Pneumonie sind:

  • Pleura: Die Pleuralinie stellt sich unruhig, unscharf und teilweise unterbrochen dar. Es zeigen sich pleurale Verdickungen und Irregularitäten, sie erscheint „fragmentiert“ ([38]; Abb. 3, 4 und 5).

  • B‑Linien: Es zeigen sich einzelne, mehrere oder konfluierende B‑Linien bis hin zur sonographisch „weißen“ Lunge (Abb. 2, 3 und 4). Diese können von einer glatten, aber auch von einer unruhigen Pleuralinie oder von kleinen Konsolidierungen ausgehen. Daneben bestehen aber auch „ausgesparte“ Areale mit lungensonographischem Normalbefund (A-Linien mit Lungengleiten, das sog. A‑Profil), oft im selben Interkostalraum. Dieses Phänomen kann atemabhängig auftreten und wird „light beam“ oder auch „Wasserfall-Zeichen“ genannt ([38, 42]; Abb. 5). Im Gegensatz zum Lungenödem treten bei COVID-19 die B‑Linien fokal auf und nicht ubiquitär bilateral, beim Lungenödem gibt es typischerweise keine „ausgesparten“ Areale.

  • Konsolidierungen: Diese lassen sich ebenfalls in ihrer unterschiedlichsten Ausprägung nachweisen, bspw. als multifokale kleine subpleurale Konsolidierungen bis zu nichttranslobären und translobären Konsolidierungen mit vereinzelter Darstellung von Aerobronchogrammen, wie sie beispielsweise typisch für eine bakterielle Pneumonie sind (Abb. 6). Größere Konsolidierungen mit Aerobronchogrammen können ein Hinweis auf eine bakterielle Superinfektion sein ([38, 42]; Abb. 7).

  • Pleuraergüsse gelten als ungewöhnlich bei COVID-19. Laut unserer Einschätzung ist der Nachweis von Pleuraergüssen jedoch mit einem schlechteren klinischen Zustand assoziiert. Außerdem sollten die Komorbiditäten des Patienten beachtet werden, so schließen bei einem Patienten mit dekompensierter Herzinsuffizienz kardial bedingte Pleuraergüsse eine COVID-19-Pneumonie nicht aus (Abb. 8).

Abb. 8
figure 8

Untersuchung der Lunge mittels eines Curved-array-Schallkopfes. Im kostophrenischen Winkel rechtsseitig (Region R6) zeigt sich ein kleiner Randwinkelerguss (roter Pfeil) und 2 B‑Linien (gelbe Pfeile) bei unruhiger Pleuralinie

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Diese genannten lungensonographischen Befunde können sich im Krankheitsverlauf und in Abhängigkeit von der Krankheitsschwere verändern. Ein indirektes Zeichen einer klinischen Verbesserung des Patienten ist das Erscheinen von A‑Linien im Rahmen der Genesungsphase des Patienten [10].

Unserer Einschätzung zufolge kommt der Lungensonographie beim Management von COVID-19-Patienten in der Notaufnahme bzw. der Triage und auf der Intensivstation aufgrund der Sicherheit der Untersuchung, der einfachen Wiederholbarkeit und der vergleichsweise niedrigeren Kosten eine Schlüsselrolle zu [38]. Low-dose-CT-Untersuchungen sollten im Rahmen des Follow-ups Situationen vorbehalten bleiben, in denen die sonographische Bildgebung der Lunge die klinische Fragestellung nicht sicher beantworten kann und eine therapeutische Konsequenz zu erwarten ist. Laut unserer Erfahrung kann die Lungensonographie effektiv zur zeitnahen Einschätzung des Schweregrads einer COVID-19-Pneumonie, zur Verlaufsbeurteilung der Erkrankung sowie auch für Rekrutierungsmanöver kollabierter Lungenareale auf Intensivstation eingesetzt werden. Zusätzlich können eine Verlaufsbeurteilung bei Patienten in Bauchlage erfolgen und der POCUS beim Therapiemanagement der extrakorporalen Membranoxygenierung hilfreich sein [10]. Durch den Einsatz der bettseitigen Sonographie auf Intensivstationen und in Notaufnahmen können Patienten vor unnötiger Strahlenexposition geschützt und Therapieverzögerungen vermieden werden. Zusätzlich kann der Transport von Hochrisikopatienten zu CT-Untersuchungen minimiert werden. Der Einsatz der Bildfusion ermöglicht es in „real time“ simultan CT- und Sonographiedaten zu fusionieren, um einen möglichen Progress der Erkrankung im Vergleich zum Aufnahme-CT frühzeitig zu erfassen (Abb. 9).

Abb. 9
figure 9

Bildfusionsuntersuchung der Lunge mit simultaner Erfassung der a computertomographischen (CT-) und b Ultraschalldaten in „real time“. In beiden Modalitäten stellen sich ausgeprägte Konsolidierungen im CT (gelber Pfeil) und Ultraschallbild (roter Pfeil) dar

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Fazit für die Praxis

  • COVID-19-Patienten zeigen typische sonographische Veränderungen mit betont peripherer Lungenbeteiligung. In den Händen eines erfahrenen Untersuchers kann die sonographische Bildgebung der Lunge die peripheren pneumonischen Veränderungen, vergleichbar zur CT, erfassen. Die Sonographie ist hinsichtlich der Evaluation von Pneumonien und des ARDS der konventionellen Röntgen-Thorax-Aufnahme auf der Intensivstation überlegen.

  • Die lungensonographischen Befunde bei COVID-19 sind jedoch unspezifisch und können auch beispielsweise bei anderen viralen Pneumonien erhoben werden. Eine Validierung steht noch aus. Somit sind sie im klinischen Kontext zu werten.

  • Der Lungensonographie kommt beim Management von COVID-19-Patienten in der Notaufnahme und auf Intensivstation aufgrund der Sicherheit, Wiederholbarkeit und niedrigen Kosten eine Schlüsselrolle zu.

  • Die Durchführung einer Point-of-care-Sonographie (POCUS) auf Intensivstationen und in Notaufnahmen schützt Patienten vor unnötiger Strahlenexposition und vermeidet Therapieverzögerungen.

  • Die Lungensonographie kann den Transport von Hochrisikopatienten zu CT-Untersuchungen minimieren und somit einen Beitrag zum Infektionsschutz und damit zur Mitarbeiter- und Patientensicherheit leisten.