Techniklexikon

Transducer

Medizinische Physik, Medizintechnik, Schallkopf, Vorrichtung in der Sonographie zur Erzeugung und Detektion des Ultraschallsignals. Der Hauptbestandteil des Schallkopfes ist ein Piezoquarz, an den mit Hilfe zweier Elektroden ein hochfrequentes Spannungssignal angelegt wird, das diesen zu mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich (Ultraschall) anregt. Die geometrischen Abmessungen des Kristalls sind dabei so gewählt, dass die mechanische Eigenresonanz des Kristalls mit der anregenden Wechselspannung übereinstimmt. Ein Kunststoffmaterial, dessen akustische Impedanz zwischen der des Senders und der des Gewebes liegt, ist vor dem Transducer angebracht und ermöglicht den verlustfreien Übergang der Schallwellen vom Sender ins Gewebe. Auf der Rückseite des Transducers verhindert eine Dämpfungsschicht die Reflexion der erzeugten Ultraschallwelle innerhalb des Senders und ermöglicht gleichzeitig die Aussendung sehr kurzer Ultraschallpulse. Der Empfang der reflektierten Echos aus dem Körper des Patienten kann bei gepulstem Ultraschall mit dem Sender in dessen »Sendepausen« erfolgen. Die mechanischen Schwingungen des Ultraschallechos werden aus dem Gewebe über die Anpassungsschicht zum Transducer geleitet. Dieser wird wegen der Schwingungen mechanisch verformt und seine Oberfläche elektrisch aufgeladen. Diese periodische Aufladung wird als Wechselspannung von den Elektroden wieder aufgegriffen und als digitales Signal im Computer gespeichert. Die Höhe der detektierten Wechselspannung entspricht der Amplitude des Ultraschallechos. Mit Hilfe akustischer Linsen fokussiert man den Schallstrahl auf eine bestimmte Tiefe und erreicht dadurch dort eine gute räumliche Auflösung. Das Schallfeld fokussierter Schallköpfe kann durch drei Zonen charakterisiert werden: das Nahfeld, den Fokusbereich und das Fernfeld. Die besten Abbildungseigenschaften hat der Schallkopf im Fokusbereich, weil dort das Schallbündel am schmalsten ist. Ein Ultraschallkopf für die zweidimensionale Bild-Diagnostik (B-Bild-Verfahren) ist in der Regel aus vielen kleinen, nebeneinander liegenden Ultraschallkeramiken aufgebaut (Multi-Element-Schallkopf), die je nach Bauart einzeln oder in Gruppen angesteuert werden. Die Schallsonden werden nach der Anordnung der einzelnen piezoelektrischen Elemente (linear, konvex) oder der Form der Schnittbilder (parallel, sektorförmig) und dem Prinzip der Schnittbilderzeugung (elektronisch, manuell) bezeichnet. Als piezoelektrisches Material werden heute Keramiken wie Bariumtitanat oder Bleizirkonat verwendet. Die Herstellung solcher Transducer ist sehr aufwendig und teuer.