Ultraschallpulse

Ein Ultraschallpulse ist ein kurzer Burst aus Ultraschallwellen mit Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs, der durch einen Transducer erzeugt wird. Die ausgesendeten Wellen breiten sich im Medium aus und treffen auf Grenzflächen, an denen sie reflektiert werden. Nach dem Senden folgt eine Empfangsphase, in der die Echo-Signale von den Gegebenheiten im Gewebe oder Material aufgefangen und analysiert werden.

Die Erzeugung erfolgt typischerweise durch einen piezoelektrischen Transducer, dem eine kurze elektrische Impulsfolge gegeben wird. Dieser Impuls bewirkt eine mechanische Schwingung des Elements, die das Ultraschallfeld ausstrahlt. Die zeitliche Verzögerung zwischen Emission und Empfang der Echos liefert Informationen über die Entfernung zu Grenzflächen. Puls-echo-Messungen nutzen oft kurze Impulse und rekonstruieren daraus Bilder oder Messgrößen.

Zentrale Parameter eines Ultraschallpulses sind Frequenz, Bandbreite, Pulsdauer, räumliche Pulslänge, Energie und Duty Cycle. Höhere Frequenzen bieten eine bessere Auflösung, weisen jedoch eine stärkere Dämpfung auf und erreichen weniger tiefe Gewebeschichten. Die Eindringtiefe hängt von Medium, Temperatur und Andockung ab.

Anwendungen umfassen die medizinische Bildgebung (B-Modus, Doppler, Elastographie) sowie die zerstörungsfreie Prüfung in Industrie und Materialwissenschaften (Flaw-Detektion, Dickenmessung). Thermische und mechanische Effekte können therapeutisch genutzt werden, etwa bei fokussiertem Ultraschall (HIFU).

Sicherheit und Qualitätssicherung richten sich nach Grenzwerten für Gewebebelastung. Indizes wie TI (thermal) und MI (mechanical) kennzeichnen potenzielle Risiken. Ultraschall kann Gewebe erhitzen oder Kavitation verursachen; daher gelten Dämpfung, Kopplung und angemessene Exposition. Fortschritte umfassen kodiertes Anregen, Harmonische Bildgebung, 3D/4D-Ultraschall und Kontrastmittel.