Amplitude

Maximalwert einer zeitlich und/oder räumlich veränderlichen Größe.

Analog

Alle physikalischen Meßgrößen sind zunächst analoger Natur, d.h., sie ändern sich stetig und bruchlos. Die analoge Elektronik kann zu jeder Signalhöhe (hier der Lautstärke der Echoamplituden) stufenlos einen genau proportionalen Meßwert ermitteln, bzw. auf einem Sichtgerät eine exakt proportionale Darstellungshöhe oder Helligkeit (Grauwert) anzeigen. Die Meßgröße steuert in der analogen Elektronik stetig (bildlich könnten Sie sagen "bruchlos") die Anzeige der Meßwerte. Außerdem hat sie bezüglich der Meßwertanzeigen nahezu keine Verzögerungen (das ist ein großer Vorzug analoger Elektronik). Die analoge Elektronik wird auch bei Ultraschallgeräten zunehmend durch digitale Technik abgelöst.

Anregung, elektrische:

Zur elektrischen Anregung werden negative unipolare, kurze Pulse mit Amplituden von 50V-1KV verwendet. Die Anstiegszeiten liegen in einem Bereich von 5-100ns.Ein typischer Anregungsimpuls ist in der Abb. unten dargestellt.

In der oberen Kurve erkennt man die Rückwirkung des Schallkopfs auf das Signal. In der unteren Kurve wurde das Anregungssignal ohne Schallkopf über einen 50-Ohm-Widerstand gemessen.

Arbeitsfrequenz

Mittenfrequenz

Ausgangsintensität des Schallbündels

aus der Gesamtleistung P_ges im Schallfeld durch Bezug auf die Ausgangsfläche des Schallbündels an der Schallgeberoberfläche definierte Intensität I_ob. Die Ermittlung der Ausgangsfläche wird durch die IEC-Normen geregelt.

Averaging

Mittelung über eine bestimmte Anzahl von Kurvenverläufen, nicht zu verwechseln mit dem Durchschnittswert

Bandbreite

Ähnlich wie bei HiFi-Geräten ist auch bei Ultraschallgeräten die B a n d b r e i t e ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Die Bandbreite wird durch die unteren und oberen Grenzfrequenzen festgelegt, die vom Gerät verarbeitet werden können. Eine große Bandbreite bei kleinen Signalen ist allgemein teuer. Daher gibt es 2 "natürliche" Tendenzen in der Gerätetechnik: a) die Beschneidung der Bandbreite, besonders bei digitalen Geräten. b) die Erhöhung der Ausgangsintensitäten (IEC1157, Ultraschallvereinbarung der KV) der Schallköpfe. Folgen der Bandbreitenbeschneidung sind - Informationsreduktion durch Verkleinerung des Spektrums, Tiefpaßwirkung, falls die hohen Frequenzanteile und -Hochpaßwirkung, falls die tiefen Frequenzanteile des eingeschallten Spektrums weggeschitten werden.

Bioeffekte

Sammelbegriff für mögliche biologische Effekte des Ultraschalls. Lit.: [WFU 91] Proc. WFUMB Symposium on safety and standardisation in medical ultrasound. Issues and recommendations regarding thermal mechanisms for biological effects of ultrasound. Ed.: Barnett,S.B.; Kossof, G. (1991) Hornbaek, Denmark.

cw-Doppler

Continuous-wave Doppler, Dopplersignalgewinnung durch Dauerschalleinwirkung. Hierbei kann die Tiefe der beschallten, signalgebenden Struktur nicht festgestellt werden.

Dämpfung

Die Dämpfung bestimmt die Dauer des ausgesandten Schallwellenzuges und damit auch über das axiale Auflösungsvermögen. Stärkere Dämpfung eines Schwingers verbessert das Auflösungsvermögen. Schallkopfaufbau, Schwächung

Dezibel

Logarithmischer Verhältniswert zweier Größen. Das Dezibel-Maß hat daher keine Dimension. Für nichtquadratische Größen wie z.B. die Schalldruckamplitude gilt: 20 x log A₁ / A₂ = Dezibel.

Dynamische Fokussierung

im Gegensatz zur mechanischen Fokussierung ein elektronisches Fokussierungsverfahren unter phasenversetzter Anregung, anwendbar bei Multielementwandler und Ring-Array.

Fokus

der Bereich der Ultraschallstrahlungscharakteristik eines Wandlers mit dem geringsten Durchmesser und dem größten lateralen Auflösungsvermögen. Die Fokuszone liegt als "natürliche Strahltaille im Übergang zwischen dem inhomogenen Nahfeld und dem divergenten Fernfeld mit seinen homogen, ebenen Schallwellenfronten.

Fokussierung

mechanische und elektroakustische Maßnahmen zur Einengung der Strahlungscharakteristik - Verbesserung des Auflösungsvermögens, F. kann im Sende- und Empfangsbetrieb erfolgen.

Fokussierung/ROI

Sie können nur dann angepaßt an die wechselnden Untersuchungstiefen und Gewebesituationen arbeiten, wenn das Gerät die Wahlmöglichkeit der Empfängerverstärkung über den Dämpfungsregler bietet. Weiter gilt (mindestens für ophthalmologische, KV-gerechte Geräte): der Dämpfungsregler muß [dB] kalibriert sein. Die aktuelle Einstellung muß laufend in [dB] angezeigt werden oder am dB-Regler ablesbar sein.

Hochpaßwirkung:

Folge zu geringer Signalverarbeitungs Bandbreiten bei Ultraschalldiagnostikgeräten. Die H. tritt bei einer zu hohen unteren Grenzfrequenz des Empfängerteils auf. Diese ist sichtbar durch Überschwingen der Signalamplituden Die Strecken werden u.U. systematisch zu kurz gemessen. Durch Überlagerung mit nachfolgenden Echos sinkt das Auslösungsvermögen.

IEC -TC 87

Technisches Komitee 87 der IEC, das die Performance-Eigenschaften von Ultraschalldiagnotikgeräten festlegt. Von diesem Gremium in der Norm IEC 1157 festgelegte Anforderungen an Ultraschalldiagnostikgeräte sind wiederum in die KV-Richtlinien eingeflossen.

IEC-Norm 601

Die IEC regelt unter Integration der Ergebnisse aus dem IEC-TC87 die Sicherheitsanforderungen ("Safety").

Impedanz

frequenzabhängiger Wellenwiderstand eines Materials. Für Schall ergibt sie sich als Produkt aus Schallgeschwindigkeit und Dichte des Gewebes. Wichtige Kenngröße zweier aneinandergrenzender Materialien, aus denen sich der für die medizinische Diagnostik wichtige, echogebende Reflektionsfaktor ergibt. Je höher der Impedanzsprung an einer Grenzfläche, um so lauter ist das Schallecho von dort.

Intensität

Die physikalische Definition der Intensität entpricht unserer natürlichen Anschauung: Intensität ist die je Zeiteinheit auf eine bestimmte Fläche einwirkende Energie. Als Gleichung: Intensität = Energie pro Zeit / Fläche [W/cm²]. Die Intensität kann z.B. auf die Fläche des Schallwandlers selbst, seine Schallaustrittsfläche, bezogen werden - das ist dann die Ausgangsintensität I_ob des Schallkopfes nach der Norm IEC1157.

Sie kann aber auch auf den Ort maximalen Schalldrucks im Schallfeld vor dem Schwinger (Spatial Peak, Kürzel SP) bezogen werden, der normalerweise im Bereich des Fokus liegen wird. Um v e r g l e i c h b a r e Angaben bei den verschiedenen Geräten zu errreichen, wurden im Rahmen der internationalen Normungen im Jahr 1992 in dem IEC Standard 1157-Norm die Intensitätsparameter verbindlich vereinbart und die Grenzwerte für die Deklarationspflicht festgelegt.

Negativer Druck

in der technischen und Normenliteratur gebräuchlicher Fachterminus für den umgangssprachlichen "Unterdruck". Im Hinblick auf die Bioffekte des Ultraschalls ist der "negative Spitzendruck", bezeichnet mit "p_", und dessen Geschwindigkeit seiner Entstehung von Bedeutung. Speziell die mit der Schallwelle durch das Gewebe laufenden Unterdruckphasen können zu Zerreißungen feiner Strukturen führen, wenn sie nur stark und p l ö t z l i c h genug sind.

Deshalb ist in der Norm IEC1157 noch die Deklarationpflicht des negativen Spitzendruckwertes hinzugetreten. Der Wert des maximalen negativen Spitzendrucks, des Unterdrucks (p_) dient zur Abschätzung des "Kavitationspotentials", ist neben der Gewebserhitzung der entscheidende biologische Schädigungsparameter, ist deklarationpflichtig und er ist schallkopfabhängig. Daher kann es zutreffen, daß dieser Wert bei Anschluß eines neuen Schallkopfes an ein Gerät neu bestimmt werden muß.

Piezoelektrischer Effekt:

Bei einigen Materialien führt eine Dehnung bzw. Verzerrung zu einer elektrischen Polarisation (Verschiebung von Ladungen). Dieser Effekt wird als direkter piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Er äußert sich durch das Auftreten von gebundenen elektrischen Ladungen an der Oberfläche des verzerrten Materials. Dieser Effekt ist linear, und die Polarisation ändert ihr Vorzeichen, wenn die Verzerrung umgekehrt wird. Durch eine Verschiebung der Ladungsträger im Material wird ein elektrisches Dipolmoment erzeugt.

Der piezoelektrische Effekt ist umkehrbar, das heißt durch Anlegen eines elektrischen Feldes verzerrt sich das Material. Damit koppelt das elektromagnetische Feld an das akustische Feld. Das Hookesche Gesetz muß daher verallgemeinert werden, indem ein Verzerrungsterm dazu addiert wird, der proportional zum elektrischen Feld E ist.

Neben dem piezoelektrischen Effekt gibt es noch andere Effekte, die eine Kopplung zwischen elektromagnetischem und akustischem Feld bewirken (sie spielen in der medizinischen Diagnostik nur eine untergeordnete Rolle). Dies sind teilweise Effekte zweiter Ordnung, wie der elektrostriktive und der magnetostriktive Effekt. Der piezomagnetische Effekt wird u.a. auch im KHz-Bereich für therapeutische Anwendungen eingesetzt.

Rauschen

statistisch bedingte Schwingungserscheinungen, durch hohe Verstärkung im Schnittbild als Informationsloser "Grieß" sichtbar. Diagnostisch ist es sehr wichtig, tatsächliche diffuse, leise Echos z.B. in einer Zyste vom "Gries" des Rauschen unterscheiden zu können. Technische Vorrausetzung dafür ist eine ausreichende max. Gesamtemfindlichkeit und Dynamik des Ultraschallsystems.

Resonanzfrequenz

Die Frequenz, mit der ein Schallwandler aufgrund seines Eigenschwingunsspektrums angeregt wird (Dopplerdiagnostik) oder bei gepulster Anregung ausschwingt (Schnittbilddiagnostik). Nennfrequenz, Mittenfrequenz.

Richtcharakteristik

anderer Ausdruck für Schallfeldcharakteristik oder Schallfeldform. Die Schallfeldform/Richtcharakteristik kann in einem Hydrophon-Schallfeldmessplatz ausgemessen werden. Eine orientierende Analyse und Prüfung z.B. auf störende Nebenkeulen ist mit einfachen Prüfmitteln der Qualitätssicherung möglich.

Schallbündelung Fokussierung

Schallkopfaufbau

Der prinzipielle Aufbau eines Schallkopfes wird in der Abb. gezeigt.

Das Piezoelement hat eine Dicke von nur einigen zehntel Millimetern, um Resonanzfrequenzen im MHz-Bereich zu erreichen. Es werden in der Regel piezoelektrische Keramiken wie Bleizirkonattitanat (PZT) oder Lithiumniobat verwendet. Der dahinter liegende Dämpfungskörper muß in seiner akustischen Impedanz an das Piezoelement angepaßt werden, da in den diagnostischen Pulsechoverfahren für die Ortsauflösung kurze Schallpulse benötigt werden. Durch den geringen Reflexionskoeffizienten an der Grenzfläche zwischen dem Piezoelement und Dämpfungskörper werden Mehrfachreflexionen im Piezoelement vermindert. Der Dämpfungskörper besteht aus einem Material mit hoher Dämpfung (Schallabsorption), um rückwärtige Schallabgaben und Schallreflexionen an der Gehäusewand zu vermeiden.

Streuung

Reflexion an kleinen Strukturen, ohne ausgeprägte Vorzugsrichtung, stark frequenzabhängig

Tiefpaßwirkung

Folge zu geringer Signalverarbeitungs Bandbreiten bei Ultraschalldiagnostikgeräten bei zu niedriger oberer Grenzfrequenz. Sie wird durch langsames Ansteigen der Signalamplitude sichtbar. Dadurch werden Strecken systematisch zu lang gemessen. Durch Überlagerung mit nachfolgenden Echos sinkt das Auflösungsvermögen.

Unterdruck Negativer Druck

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