Im Gegensatz zur Röntgenstrahlung sind die Ultraschallwellen
keine elektromagnetischen Wellen sondern Materiewellen (d.h. sie benötigen
ein Medium zur Ausbreitung).
Ultraschallwellen breiten sich in Materie (als Longitudinalwellen) mit einer
Geschwindigkeit von 1550 m/sec aus.
Die Sonographie beruht auf der Anwendung von Ultraschallwellen,
hochfrequenten mechanischen Schwingungen mit Frequenzen zwischen 1 und 12 MHz.
Die häufigsten Anwendungen liegen in einem Bereich von 3,5 bis 7,5 MHz.
Die Ultraschallwellen werden in sog. "Schallköpfen"
erzeugt, piezoelektrischen Kristallen, die die vom Generator kommenden elektrischen
Impulse in Schallwellen umwandeln. Diese werden als Impuls ausgesandt. Anschließend
wirkt der Schallkopf als Empfänger: Er nimmt die von der Materie reflektierten
Schallimpulse auf, die wiederum eine elektrische Wechselspannung erzeugen. Diese
wird von der Speichereinheit registriert.
Zur Bilderzeugung werden verschiedene Eigenschaften der Ultraschallwellen bei der Ausbreitung in biologischem Gewebe ausgenutzt:
Zur Gewebetypunterscheidung und Gewebelokalisation dienen Schalleitungszeit
und Schallamplitude:
Schalleitungszeit: Zeit von Aussendung bis Empfang
(gibt aufgrund der annähernd konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit die
Entfernung der reflektierenden Struktur vom Schallkopf wieder)
Schallamplitude: Amplitude des reflektierten Impulses
(gibt die Stärke der Schallreflexion wieder)
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a = Linear Transducer |
| Modernes Ultraschallgerät |
"A-Mode" (Amplitude)
Die eindimensionale Darstellung zeigt die Amplitude auf der y-Achse, die Schallaufzeit
auf der x-Achse. Hohe y-Werte bedeuten also eine starke Schallreflexion, der
X-Achsenwert gibt die Entfernung vom Schallkopf wieder.
"B-Mode" (Brightness)
Die Amplitudenhöhen werden als Punkte proportionaler Helligkeiten dargestellt.
Zudem wird nicht nur ein Echoimpuls registriert, sondern der Schallkopf besteht
aus multiplen Piezokristallen, die alle Echoimpulse aussenden und empfangen.
So können verschiedene Ortspunkte entlang des Schallkopfes unterschieden
werden. Durch die zusätzliche Ortsauflösung längs des Echoimpulses
durch die Schallaufzeit ergibt sich so eine zweidimensionale Ortsauflösung
mit verschiedenen Graustufen (Gray-Scale-Verfahren) entsprechend der Helligkeitsmodulation.
Der B-Mode ist das heute am häufigsten angewandte Verfahren, es verschafft
ein Schnittbild durch den Körper, das durch Kippung und Lageveränderung
des Schallkopfes in seiner Schnittebene frei variiert werden kann. Zusätzlich
können durch schnelle B-Bild-Verfahren Bewegungen der reflektierenden Organe
in "Real time" beobachtet werden.
"M-Mode" (Time - Motion)
Bewegen sich die reflektierenden Grenzflächen, ändert sich ihr Abstand
zum Schallkopf und damit die Schallaufzeit. Wird dieses Maß für die
Entfernung Schallkopf - reflektierende Fläche als Funktion der Zeit registriert,
entstehen Kurven. Die Höhendifferenzen spiegeln den Bewegungsumfang, die
Steigung der Kurven die Bewegungsgeschwindigkeit wieder.