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Ultraschall

Arbeitsgruppe 1.62

Thermoakustischer Sensor

Die Messung der Schallabgabe von medizinischen Ultraschallgeräten ist bedeutsam im Hinblick auf Sicherheitsaspekte und Qualitätssicherung. Räumlich maximale zeitlich gemittelte Schallintensitäten von diagnostischen Ultraschallgeräten, die vom Hersteller entsprechend der internationalen Norm IEC 61157 oder für Zulassungszwecke deklariert werden müssen, werden herkömmlicher Weise aus Hydrophonmessungen abgeleitet. Im Falle moderner Sonographiegeräte mit vielfachen Bildgebungsmodi sind die notwendigen Hydrophonmessungen sehr schwierig, zeitintensiv und teuer. Ein großer Aufwand ist erforderlich, um die Geräteeinstellungen und Betriebszustände mit den höchsten Intensitäten zu ermitteln und die notwendige Synchronisation des Messsystems mit allen am Messort auftretenden Ultraschallimpulsen ist eine technisch anspruchsvolle Aufgabe.

Die in der Arbeitsgruppe entwickelten thermoakustischen Sensoren stellen eine sehr einfache und kostengünstige Alternative für die Bestimmung lokaler zeitlich gemittelter Schallintensitäten dar. Die Einbeziehung aller beitragenden Schallereignisse und die zeitliche Mittelung werden hier inhärent vom Sensor geleistet, wobei eine Synchronisation mit individuellen Impulsen oder Impulsfolgesequenzen nicht mehr notwendig ist. Die Messtechnik basiert auf der Umwandlung der einfallenden Schallenergie in Wärme im Innern eines kleinen zylindrischen Absorbers. Dieser ist teilweise durch ein luftgefülltes Gehäuse thermisch isoliert und nur die Stirnseite befindet sich in Kontakt mit dem umgebenden Wasser, um den Eintritt der Ultraschallwelle zu ermöglichen. Aufgrund dieses Kontaktes ist die Temperatur an der Frontseite identisch mit der des Wassers, während es an der Rückseite zur Aufheizung kommt. Ein Teil der im Absorber produzierten Wärme fließt permanent durch die Stirnfläche ins Wasser. Nach einer gewissen Beschallungsdauer stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der im Absorber erzeugten und der ins Wasser abgegebenen Wärme ein. Aus der mittels eines kleinen Thermofühlers auf der Rückseite des Absorbers gemessenen Temperaturerhöhung im Gleichgewicht kann die über dem Absorberquerschnitt gemittelte Intensität bestimmt werden, wenn der Temperatur-Intensitätsübertragungsfaktor in Abhängigkeit von der Ultraschallfrequenz aus vorangegangenen Kalibriermessungen bekannt ist. Die Anwendung dieser Messtechnik kann den Aufwand für behördliche Prüfungen vermindern und die Ergebnisse und Zuverlässigkeit von Schallausgangsdaten von diagnostischen Ultraschallgeräten verbessern.

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