Sequenzierte Array-Wandler: Prinzipien und Anwendungen im Ultraschall

Ein Wandler ist jedes Gerät, das eine Energieform in eine andere umwandelt. Sequenzierte Array-Wandler beziehen sich auf ein Array von Wandlern, die Sequenzen von Schallwellen in helle und dunkle Signale umwandeln, die verwendet werden können, um Bilder aufzubauen. Diese Arrays werden mit Ultraschallgeräten verwendet.

Geschichte

• Die Ultraschalltechnologie gilt als während des Zweiten Weltkriegs entwickelt worden. Dies kann nicht mit Sicherheit bekannt sein, da die Technologie des Zweiten Weltkriegs noch immer geheim eingestuft ist. Ursprünglich ahmmte Sonartechnologie Radartechnologie nach – Aussendung eines einzelnen Signals und Beobachtung dessen, was zurückprallte. Schall unterscheidet sich jedoch von Mikrowellensignalen, und eine einzelne Ausstrahlung funktioniert für Schall nicht gut. Für Sonar (und später Ultraschall) ist es am besten, eine Sequenz fokussierter Signale auszusenden und dann die zurückkehrenden Echos zu verwenden, um ein Bild zu konstruieren. Dies erfordert ein Array von Wandlern, die mit einer Sequenz fokussierter Schallstrahlen arbeiten – ein sequenziertes Array von Wandlern.

Struktur

• Das sequenzierte Array von Wandlern besteht aus etwa 500 Wandlern, die gleichmäßig über eine Fläche von etwa 100 mm verteilt sind. In den meisten Systemen reagieren einige dieser Wandler gleichzeitig, und dann werden einige weitere Wandler ausgewählt. Dies setzt sich fort, bis alle Wandler verwendet werden, um einen Bereich abzutasten. Die Wandler können auf unterschiedliche Tiefen fokussiert werden, indem die Zeitverzögerung variiert wird, bevor ein bestimmter Wandler sein Signal zum Bild beiträgt. Wenn einige Wandler in einer Reihe kurze Verzögerungen am Endwandler und zunehmende längere Verzögerungen bis zum Mittelwandler haben, wirken diese wenigen Wandler wie eine Linse, die auf eine bestimmte Tiefe fokussiert werden kann, indem die Zeitverzögerungen variiert werden. Die Sequenzen werden so schnell wiederholt, dass das Array einen Film produzieren kann – ähnlich wie eine Filmkamera einen Film aus einer Sequenz von Standbildern machen kann.

Anwendungen

• Ultraschall ist jeder Schall außerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs (20 bis 20.000 Hertz). Industrielle Ultraschallgeräte arbeiten normalerweise im Bereich von 50.000 bis 100.000 Hertz, abhängig vom zu untersuchenden Material. Industrieller Ultraschall sucht nach Rissen oder anderen Defekten in Glas, Kunststoff, Beton und Metallen. Biologischer Ultraschall liegt normalerweise bei etwa 1.000.000 Hertz. Medizinischer Ultraschall hat das sequenzierte Array von Wandlern in der Handeinheit, die der Arzt auf den Patienten auflegt. Medizinischer Ultraschall ermöglicht es einem Arzt, Filme des Körpers in ausgewählten Tiefen zu betrachten. Ultraschall ist weniger zerstörerisch als Röntgenstrahlen, sodass das stundenlange Betrachten eines Ultraschallfilms weniger zerstörerisch ist als eine einzelne Röntgenaufnahme. Ultraschall wird verwendet, um den Blutfluss in Venen und Arterien zu betrachten, das Herz zu beobachten und – der häufigste Einsatz von allen – um werdenden Eltern den ersten Blick auf ihr Kind zu ermöglichen.