Ultraschallgerät Aufbau und Funktion

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Das Ultraschallgerät hat die Funktion der Erzeugung, dem Versand und dem Empfang von Ultraschallwellen. Diese werden über die Ultraschallsonde auf das zu untersuchende Körperteil entsendet, anschließend in unterschiedlicher Stärke von Körperstrukturen (Blut, Knochen usw.) reflektiert und abschließend am Monitor als Ultraschallbild visualisiert. Während die Funktionsweise eines Ultraschallsystems stets dieselbe ist, kann der Aufbau je nach Gerätetyp abweichen, wobei viele Bestandteile in jedem Gerät verbaut werden.

Ultraschallgerät Aufbau und Funktion
Die Ultraschalldiagnostik ist ein bildgebendes Verfahren, welches auch als Sonographie bezeichnet wird.

Was ist Ultraschallbildgebung?

Die Ultraschallbildgebung (Sonographie/Sonografie, Echographie) ist eine medizinische, meist nicht-invasive Patientenuntersuchung mittels Ultraschallgerät. Bestimmte Ultraschalluntersuchungen, wie z. B. rektaler oder vaginaler Ultraschall, sind jedoch invasiv, also in den Körper eindringend. Mit Hilfe der Ultraschall-Bildgebung werden Veränderungen an Geweben und Organen diagnostiziert. Ein großer Vorteil ggü. anderen bildgebenden Verfahren, insbesondere digitales Röntgen, ist das Fehlen von gesundheitsschädlicher ionisierender Strahlung. Aufgrund der einfachen, schnellen, risikofreien und wirtschaftlichen Anwendbarkeit wird Ultraschall in nahezu allen medizinischen Fachbereichen genutzt.

Ultraschallgerät Funktion

Das Ultraschallgerät hat im Rahmen der Ultraschalldiagnostik die Funktion, mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts Ultraschallwellen zu erzeugen und in das betreffende Körperteil zu senden. Die mit dem Gerät verbundene Ultraschallsonde fungiert dabei als Sender und Empfänger der Ultraschallwellen.

Info: Im Durchschnitt kann das menschliche Gehör Frequenzen von 20 - 20.000 Hertz (Hz) wahrnehmen. Ultraschallfrequenzen liegen unhörbar meist in einem Frequenzbereich von 1 - 20 Megahertz (Mhz). Es gilt: Je höher die Frequenz, desto besser die Bildqualität. Je niedriger die Frequenz, desto höher die Scantiefe.

Der Schallkopf wird bei einer extrakorporalen (außerhalb des Körpers) Ultraschalluntersuchung auf dem Hautareal platziert, intrakorporal (innerhalb des Körpers) kann er auch in die Vagina, den Anus oder über die Speiseröhre eingeführt werden. Die ausgesendeten Ultraschallwellen treffen auf Gewebe, Organe, Muskeln, Knochen und Flüssigkeiten und werden wie ein Echo reflektiert und sodann wieder von der Ultraschallsonde empfangen. In Abhängigkeit von der Laufzeit, die das Echo benötigt um zurückgeworfen zu werden, kann vom Ultraschallgerät die Struktur und Form der Organe/Gewebearten berechnet werden. Bspw. reflektieren Flüssigkeiten (Blut, Harn usw.) weniger stark als Knochen. Abschließend werden die einzelnen Bildpunkte am Monitor zu einem Ultraschallbild (Sonogramm) zusammengefügt und visualisiert.

Ultraschallgerät Funktion
Das Ultraschallgerät hat die Funktion Ultraschallwellen zu erzeugen und diese über die Ultraschallsonde u versenden und zu empfangen. Aus dem reflektierten Echo berechnet die CPU das Ultraschallbild.

In Ergänzung zur klassischen Ultraschall-Bildgebung ermöglicht der Doppler-Ultraschall die Detektion von sich bewegenden Strukturen (meistens Blut). 3D- und 4D-Ultraschall erlauben sogar eine zusätzliche dreidimensionalen Betrachtungsebene. Die Strain- oder Scherwellen-Elastographie hingegen kann die Gewebesteifigkeit mess- und sichtbar machen.

Wie ein Ultraschallgerät funktioniert, können Sie zusätzlich dem nachfolgenden Video entnehmen:

Ultraschallgerät Aufbau und Bestandteile

Ultraschallgerät Aufbau
Der Ultraschallgerät Aufbau besteht im Wesentlichen aus der Basiseinheit, dem Ultraschallkopf und der Betrachtungseinheit.

Der Ultraschallgerät Aufbau besteht im Wesentlichen aus 3 verschiedenen Bestandteilen:

  • Schallkopf
  • Basiseinheit/Central Processing Unit/CPU: Ultraschallgerät mit AD-Wandler
  • Betrachtungseinheit: Monitor

Der Schallkopf dient dem Senden und Empfangen von Ultraschallwellen, wobei dieser je nach Anwendungsbereich eine bestimmte Bauform hat. Es gibt verschiedene Ultraschallsonden Typen, wie z. B. die Linear-, Konvex- oder Sektor-Sonde. Diese unterscheiden sich in der Bauform der Kristall-Arrays (Größe, Breite, Krümmungsradius).

Die Basiseinheit besteht aus einem Ultraschallgerät und einem AD-Wandler und wird auch als CPU (Central Processing Unit) bezeichnet. Im AD-Wandler (Analog/Digital) liegt die Schnittstelle zwischen dem analog arbeitendem Schallkopf und dem Digitalprozessor. Die Funktion des AD-Wandlers liegt in der Erzeugung aller zur Schallstrahlsteuerung benötigten elektrischen Impulse und Impulsfolgen sowie im Empfang und der Digitalisierung der reflektierten Signale. Die Bildqualität wird maßgeblich durch das Qualitätsniveau des AD-Wandlers bestimmt. Technisch gesehen erfüllt die CPU bzw. das Ultraschallgerät folgende Aufgaben:

  • Scankonvertierung (räumliche Zuordnung der aufgezeichneten Scanlinien)
  • Weiterverarbeitung der digitalisierten Signale mittels Bildverarbeitung
  • Benutzersteuerung
  • Bereitstellung von Mess- und Kalkulationsprogrammen
  • Archivierungsfunktionen
  • Signal-Generierung für Monitor und Schnittstellen

Die Betrachtungseinheit moderner Ultraschallgeräte besteht als einem digitalen Flachbildmonitor. Ebenso digital sind Schnittstellen wie z. B. Datenübertragung, Druckeransteuerung und Archivierungen. Alte Ultraschallgeräte, die noch konventionelle Videosignalen nutzen, sind kaum noch im Einsatz. Auf dem Monitor werden die vom CPU verarbeiteten und interpretierten Daten in Form eines Sonogramms angezeigt, das anschließend vom Arzt befundet wird.

Die Bedienkonsole besteht aus einem Keyboard, Kontrollknöpfen und meist auch einem Trackingball. Diese Bestandteile dienen der Eingabe von Patientendaten (Name, Größe, Gewicht usw.). Des Weiteren können mit Hilfe der übrigen Bedienknöpfe Bildparameter verändert, Presets (vordefinierte Einstellungen) ausgewählt, verschiedene Ultraschall-Bildgebungsarten aktiviert (Doppler-Modus, M-Modus usw.) oder Zoom-Funktionen ausgewählt werden.

Zum Aufbau eines Ultraschallsystems kann noch der Drucker hinzugezogen werden. Dieser fungiert als Alternative zur Befundung am Monitor. Meist sind es werdende Eltern, die sich am meisten über ein ausgedrucktes Ultraschallbild von ihrem Baby freuen.

Ultraschallgeräte Arten

Während die Funktionsweise eines Ultraschallgerätes stets gleich bleibt, kann sich der Geräte-Aufbau jedoch je nach Typ unterscheiden. Neben dem konventionellen Standgerät, existieren noch zwei weitere Ultraschallgeräte Arten.

Für den Point Of Care Ultraschall (POCUS) werden zunehmend mobile Handheld-Ultraschall-Geräte verwendet. Der Aufbau eines Hand-Ultraschallsystems besteht lediglich aus einem 100 - 500 g leichten Handgerät, das entweder kabellos per WiFi/Bluetooth oder per USB-Kabel mit einem Endgerät verbunden ist. Je nach System, kann das Endgerät ein Smartphone/Tablet/Laptop mit Android- oder iOS-Betriebssystem sein.

Ebenso für den mobilen Einsatz konzipiert worden sind tragbare Laptop-Ultraschallgeräte. Markant an deren Aufbau ist der Koffer mit Handgriff.

Ultraschallgeräte Arten
Es gibt 3 verschiedene Ultraschallgeräte Arten: Standgeräte, mobile Handheld-Geräte und tragbare Laptop-Geräte