Modulare Ultraschallplattform
Fraunhofer IBMT
Vom Sonarsystem über medizinische Ultraschallverfahren bis hin zum Hochfrequenzbereich, etwa für die Werkstoffprüfung: Mit einem neuen modularen System kann nun eine große Bandbreite über verschiedene Anwendungen hinweg abgedeckt werden.
Das Einsatzspektrum von Ultraschall ist riesig: „Im über dem Hörbereich liegenden Ultraschall reichen die Anwendungen von der akustischen Modelltechnik bis hin zur medizinischen Diagnosetechnik
und zerstörungsfreien Materialprüfung“, umreißt Springer-Autor Michael Möser in „Technische Akustik“ (Seite 1). Allerdings kommen je nach Anwendung unterschiedliche Technologien zum Einsatz. „Meist werden anhand der Kundenanforderungen komplette Spezialsysteme entwickelt. Vor dem Hintergrund, dass sich diese nur für einen sehr eingeschränkten Bereich nutzen lassen, ist der Entwicklungsaufwand jedoch recht hoch“, erklärt Steffen Tretbar vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert.
Tretbar und sein Team gehen deshalb einen neuen Weg: Die Wissenschaftler haben eine mehrkanalige Ultraschallplattform mit modularem Aufbau entwickelt, die sich an ganz unterschiedliche Anwendungen wie etwa die Echtzeit-Therapiekontrolle anpassen lässt. „Damit können wir auf Kundenanfragen für verschiedenste Anwendungen nicht nur schnell reagieren, sondern auch kostensparende Lösungen anbieten“, sagt Tretbar. Das System nutzt Basiskomponenten wie Main Board, Spannungsversorgung sowie Steuerungssoftware, die immer gleich bleiben. „Die anwendungsspezifischen Komponenten, die Front-End Boards, setzen wir dann in dieses Main Board ein – wie bei einem Baukastensystem“, erläutert Tretbar.
Stellschraube: Frequenzbereich der Ultraschallwellen
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Um ein System an eine Anwendung anzupassen, ist der Frequenzbereich der Ultraschallwellen eine zentrale Stellschraube: Sonarsysteme bewegen sich typischerweise im niederfrequenten Bereich (vom Kilohertz-Bereich bis etwa 2 MHz). Damit erhält man zwar keine hohe Ortsauflösung der Bilder, kann jedoch bis zu mehrere hundert Meter weit „sehen“. Anders in der Medizintechnik: Hier benötigt der Arzt möglichst hochaufgelöste Aufnahmen. Die Schallwellen müssen dazu jedoch keine weiten Strecken zurücklegen, sondern nur ein paar Zentimeter in den Körper eindringen. Daher bewegt sich medizinischer Ultraschall meist in einem Frequenzbereich zwischen 2 bis 20 MHz. Sehr hohe Frequenzen bis in den 100-MHz-Bereich ermöglichen Auflösungen im µm-Bereich, zum Beispiel für die Werkstoffprüfung oder die Bildgebung von Kleintieren, die bei der Entwicklung von neuen Verfahren erforderlich ist. Für alle drei Bereiche haben die Forscher entsprechende Front-End Boards entwickelt.