Ultraschall verstehen: Wie Schall medizinische Bilder erzeugt

Ultraschalltechnologie rettet Leben, doch für die meisten von uns bleibt die Funktionsweise ein Rätsel. Der Prozess muss etwas mit Schallwellen zu tun haben (er wird schließlich Ultraschall genannt), aber für diejenigen unter Ihnen, die Physik abgebrochen haben, bevor der Lehrer zu Newtons drittem Gesetz kam, könnte der Rest unerklärt besser erscheinen. Sie werden feststellen, dass die Magie der Sonographie eigentlich viel unkomplizierter ist, als Sie vielleicht erwarten.

Signal Generation (Signalgenerierung)

Dank eines wenig geschätzten kleinen Effekts namens Piezoelektrizität werden einige Kristalle elektrisch geladen, wenn sie unter Druck gesetzt werden. Beispiele für solche Kristalle sind Quarz und Bariumtitanat. Im Fall der medizinischen Sonographie ist der unter Druck stehende piezoelektrische Kristall typischerweise Bleizirkonat-Titanat – verwendet in dem Gerät, das am Schaft befestigt ist, der während einer Ultraschalluntersuchung über den Körper gleitet. Aufgrund all des Drucks, dem das Blei ausgesetzt ist, reagiert es mit einer mechanischen Vibration. Dies ist das erste Signal, das im Sonographie-Prozess erzeugt wird.

Transduction (Umwandlung)

Diese mechanische Vibration muss in eine Sprache übersetzt werden, die durch den Körper kommuniziert werden kann, und diese Sprache ist die Sprache des Schalls. Der Schaft, der über den Körper gleitet, dient als Übersetzer oder Wandler, und seine Aufgabe besteht darin, die Vibrationen in extrem hochfrequente Schallwellen im Bereich von 1 bis 20 MHz umzuwandeln. Diese Schallwellen bewegen sich dann durch den Körper und erzeugen Echos, wenn sie auf feste Strukturen wie Föten oder Gallensteine treffen.

Reception (Empfang)

Dasselbe Gerät, das das ursprüngliche elektrische Signal in Ultraschallwellen umwandelt, ist zufällig auch das Gerät, das in der Lage ist, dieses Signal zu empfangen, wenn es zurückprallt. Die Schallwellen, die durch den Körper gereist sind und zurückreflektiert wurden, sind nun bereit, vom Wandler interpretiert und zurück in elektrische Signale übersetzt zu werden.

Imaging (Bildgebung)

Diese elektrischen Signale werden dann an einen Computer gesendet, der darauf ausgelegt ist, sie in auf dem Bildschirm anzuzeigende Bilder für den Ultraschalltechniker zu übersetzen. Diese Bilder bieten eine visuelle Darstellung des inneren Körpers basierend darauf, wie stark und wie laut die zurückkehrenden Schallsignale waren, sowie wie schnell die Signale vom Körper des Patienten zum Wandler zurückkehrten.

Usage (Verwendung)

Die Sonographie wird aufgrund ihrer nicht-invasiven Natur häufig zu diagnostischen Zwecken eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen diagnostischen Werkzeugen wie Röntgen oder CT-Scannern setzt Ultraschall den Körper keiner gefährlichen Strahlung aus, was es zu einer viel sichereren Alternative macht, wenn andere diagnostische Tests nicht erforderlich sind. Laut dem U.S. Department of Health and Human Services wird es routinemäßig für die Fötusbildgebung sowie für die Diagnose von Osteoporose, Echokardiographie, Durchblutungsbildgebung und sogar für Ultraschall-gestützte Biopsien verwendet.