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Software entzerrt Ultraschallsignale

Eine kostenlos verfügbare, interaktive Software aus der PTB korrigiert Ultraschallsignale und ermittelt gleichzeitig Messunsicherheiten

PTBnews 1.2022
17.01.2022
Besonders interessant für

Hersteller von Ultraschallgeräten und Ultraschallmesstechnik

Prüflaboratorien

Mit einer interaktiven, kostenfrei erhältlichen Software, die zur Korrektur gemessener Ultraschallsignale genutzt werden kann, will die PTB das Verfahren der Signalentfaltung einem breiteren Anwenderkreis zugänglich machen und so einen Beitrag zur Qualitätssicherung in der Ultraschall-Messtechnik leisten. Die Open-Source-Software kann für individuelle Anforderungen verändert werden.

Vor der Markteinführung eines medizinischen Ultraschallgerätes müssen die von ihm abgegebenen Ultraschallsignale charakterisiert werden. Ideal wäre es, wenn die zur Messung verwendeten Hydrophone eine hohe Bandbreite mit einer möglichst frequenzunabhängigen Empfindlichkeit besitzen, damit die Signale verzerrungsfrei registriert werden können. Reale Hydrophone aber weisen in der Regel einen deutlichen Frequenzgang auf, der zu einer ungleichmäßigen Bewertung der gemessenen spektralen Anteile führt, d. h. der gleiche Schalldruck führt bei unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Signalamplituden. Der Frequenzgang des Hydrophons wird durch individuelle Kalibrierung bestimmt und liegt dem Anwender als Datensatz vor.

Mit der Methode der Signalentfaltung lassen sich aus solchen Daten die bei der Messung entstandenen Verzerrungen kompensieren und auf diese Weise das ursprüngliche Ultraschalldrucksignal rekonstruieren, und zwar in einem Frequenzbereich bis zu 100 MHz. Ausgangspunkt sind die gemessene Übertragungsfunktion des Hydrophons (in Form von Kalibrierdaten) sowie das mit dem Hydrophon gemessene Ultraschallsignal (als Spannungssignal). Das Ergebnis der Rekonstruktion kann mit beigeordneter Unsicherheit angegeben werden.

Die dafür entwickelte Software kann nach dem Download zur Auswertung eigener Messungen genutzt und auch individuell verändert werden. Online bietet sie zudem ein interaktives Tutorial, das die Nutzung der Methode der Signalentfaltung anhand exemplarischer Messdaten erläutert. Der Fokus liegt auf Fragestellungen der Ultraschallmesstechnik, etwa mit exemplarischen Kalibrierdaten verschiedener Hydrophone und realen Messdaten typischer Schallabgabemessungen mit diesen Hydrophonen. Ein Transfer auf Signalentfaltungsfragestellungen außerhalb der Ultraschallexposimetrie ist aber ebenfalls möglich.

Die Software bildet zudem eine Grundlage für die Standardisierung und wird in einer überarbeiteten Norm referenziert werden (IEC 62127–1 Ed. 2).

 

Ansprechpartner

Volker Wilkens
Fachbereich 1.6 Schall
Telefon: (0531) 592-1423
Opens local program for sending emailvolker.wilkens(at)ptb.de

 

Die Software

Opens external link in new windowhttps://github.com/Ma-Weber/Tutorial-Deconvolution