Siemens X300 EV9-4 Echo-Ultraschallscanner-Sonden-Endokavitätswandler

Aufbau des Wandlers

Die Parameter der Wandlerleistung, die die Qualität von Ultraschallbildern beeinflussen, sind die axiale und laterale Auflösung und Empfindlichkeit. Die axiale Auflösung wird hauptsächlich durch die Frequenz der Ultraschallwelle bestimmt. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Wellenlänge ab, was den Vorteil hat, dass ein Ziel besser von anderen Objekten unterschieden werden kann. Die laterale Auflösung entlang der Richtung orthogonal zur axialen Richtung wird durch das Strahlprofil des Wandlers bestimmt. Ein schmalerer Strahl führt zu einer besseren Auflösung entlang der lateralen Richtung. Die Empfindlichkeit des Wandlers bestimmt das Kontrastverhältnis der Ultraschallbilder. Ein Wandler mit höherer Empfindlichkeit kann ein helleres Bild des Ziels erzeugen. Der Schallkopf ist darauf ausgelegt, durch die Verbesserung dieser Leistungsparameter qualitativ hochwertige Bilder zu erfassen.

Ein typischer 1D-Array-Wandler besteht aus einer aktiven Schicht, akustischen Anpassungsschichten, einem Trägerblock, einer akustischen Linse, Schnittfugen, einer Bodenplatte (GRS) und einer flexiblen Signalleiterplatte (FPCB). Die aktive Schicht besteht üblicherweise aus einem piezoelektrischen Material – meist Piezokeramik. Die aktive Schicht erzeugt als Reaktion auf ein elektrisches Antriebssignal eine Ultraschallwelle, empfängt die an der Grenze eines Organs reflektierte Welle und wandelt die empfangene Ultraschallwelle mithilfe des piezoelektrischen Effekts in ein elektrisches Signal um. Der große Unterschied in der akustischen Impedanz zwischen piezokeramischen Elementen und einem menschlichen Körper verhindert jedoch die effiziente Übertragung von Ultraschallenergie zwischen den beiden Medien. Die akustischen Anpassungsschichten werden verwendet, um die Übertragung von Ultraschallenergie zu erleichtern. Jede Anpassungsschicht hat bei der Mittenfrequenz des Wandlers eine Dicke von einer Viertelwellenlänge. Der Trägerblock wird verwendet, um die Ultraschallwelle zu absorbieren, die sich vom piezoelektrischen Element nach hinten ausbreitet. Wenn die Rückwärtswelle an der Unterseite des Trägerblocks reflektiert und zum piezoelektrischen Element zurückgeführt wird, kann es zu Rauschen im Ultraschallbild kommen. Daher sollte der Trägerblock eine hohe Dämpfung aufweisen. Zusätzlich zu dieser Materialdämpfung wurden mehrere konstruktive Varianten umgesetzt, um die Streuwirkung im Inneren des Trägerblocks zu erhöhen, z. B. das Einbringen von Rillen oder Stäben im Block. Der Trägerblock hat üblicherweise eine akustische Impedanz zwischen 3 und 5 Mrayl. Wenn der Trägerblock eine zu hohe akustische Impedanz aufweist, wird die vom piezoelektrischen Element erzeugte akustische Energie vom Trägerblock verschwendet und es werden nur wenige Ultraschallwellen an den menschlichen Körper übertragen. Die akustische Linse schützt den Ultraschallwandler vor äußerer Beschädigung und fokussiert den Ultraschallstrahl auf der Grundlage des Snelliusschen Gesetzes auf einen bestimmten Punkt. Materialien mit niedrigen Dämpfungskonstanten werden bevorzugt, um den Verlust von Ultraschallenergie innerhalb der Linse zu reduzieren. Typische akustische Linsen bestehen aus Gummimaterialien für einen angenehmen Kontakt zwischen Schallkopf und Patienten. Die Schnittfuge ist eine Lücke zwischen angeordneten piezoelektrischen Elementen, die jedes Element von seinen benachbarten Elementen isoliert, um das Übersprechen zwischen ihnen zu reduzieren. Durch das Übersprechen wird die Leistung des Wandlers erheblich beeinträchtigt. Daher wurden verschiedene Formen und Materialien der Schnittfuge entwickelt, um das Übersprechen zu verringern.