Ultraschallfeld

Das Ultraschallfeld bezeichnet den Raum, in dem Ultraschallwellen, erzeugt durch eine Schallsonde oder einen anderen Ultraschallkopf, propagieren. Ultraschall umfasst akustische Frequenzen über ca. 20 kHz und wird in Medizin und Technik vielfältig genutzt. Das Ultraschallfeld beschreibt die Verteilung von Druck (p), Teilchengeschwindigkeit (v) und Intensität (I) entlang der Ausbreitungsrichtung und kann in Geweben, Wasser oder anderen Medien auftreten. Die Feldcharakteristik hängt von Geometrie des Schallkopfs, Frequenz, Kopplungsmedium und Grenzbedingungen ab.

Physikalisch folgt das Ultraschallfeld der Wellengleichung. Wichtige Größen sind Wellenlänge λ = c/f (mit c der Schallgeschwindigkeit im Medium), Frequenz f und Absorption. Ein Schallkopf erzeugt typischerweise ein Bündel; durch Krümmung oder Phasensteuerung entsteht ein Fokus. In der Fresnelzone (Nahefeld) und der Fraunhoferzone (Fernfeld) unterscheiden sich Energieverteilung, Breite des Fokus und Abhängigkeit von Abstand. Höhere Frequenzen liefern höhere Auflösung, weisen aber stärkere Dämpfung auf.

Anwendungen: In der medizinischen Diagnostik wird das Feld genutzt, um Gewebe abzubilden (B-Modus) oder Fließgeschwindigkeit zu messen (Doppler). Therapeutisch kommt das fokussierte Ultraschallfeld in der HIFU-Behandlung oder in der Spreng- bzw. Zertrümmerung von Kalkablagerungen zum Einsatz. Außerhalb der Medizin dient es auch der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen.

Messung und Sicherheit: Ultraschallfelder werden mit Hydrophones oder Tomographie gemessen und modelliert. Sicherheitskennwerte wie der mechanische Index (MI) und der thermische Index (TI) helfen, Gewebeschäden zu vermeiden. Internationale Richtlinien legen zulässige Spannungen und Temperaturen fest.

Das Ultraschallfeld ist damit die räumliche Verteilung der Ultraschallenergie, die sich aus Quelle, Medium und Geometrie ergibt und je nach Anwendungsgebiet unterschiedlich charakterisiert und genutzt wird.