Ultraschall

Der Doppler-Effekt

Duplex-Sonographie (Farb-Doppler)

 

Unter dem Doppler-Effekt versteht man eine Stauchung bzw.eine Streckung von Wellen,(z.B. Schall- oder Lichtwellen) jeglicher Art, hervorgerufen durch eine Veränderung des Abstandes von Sender und Empfänger.Wie unterscheidet man diese einzelnen Wellenarten?  Schall ist eigentlich eine wellenförmige mechanische Verformung in verschiedenen Materialien, also auch in Luft.Wie schnell Schall sich verbreitet ist abhängig von dem Medium (z.B. Luft, Wasser, Blut) der Temperatur,dem Druck usw. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit nennt man Schallgeschwindigkeit und ist unter bestimmten Bedingungen konstant. In Luft beträgt sie 343 m/sec. (Im Vakuum gibt es keinen Schall!) Daher kann man in etwa berechnen wie weit ein Gewitter entfernt ist: man zählt die Sekunden vom Zeitpunkt des Blitzes bis zum Donner multipliziert die Sekunden mit etwa 350 und erhält die Entfernung zum Gewitter in Metern! Also Schall wird von uns über die Ohren weiter verarbeitet.Dabei hören wir Menschen nur Frequenzen zwischen 16 Hz (tiefer Ton) und 20 kHz (hoher Ton) sehr abhängig vom Alter.Dann gibt es noch den sehr tiefen Infraschall, den Elefanten und Wale nutzen.Die andere Seite des Spektrums nennt man Ultraschall, der von Insekten und Fledermäusen genutzt wird.

 

 Doppler-Effekt:

 

Gehen wir davon aus, dass wir an einer Ampel stehen, der Krankenwagen steht  auch an dieser Ampel ,dann bleibt die Tonhöhe konstant (ebenfalls auch das An- und Abschwellen des Martinshorn)

Kommt allerdings der Krankenwagen auf uns zu und fährt dann an uns vorbei, so verkürzt sich zunächst die Wellenlänge (es erfolgt ja eine Stauchung) und damit wird der Ton für unser Ohr höher. Ist der Krankenwagen an uns vorbeigefahren,so verlängert sich die Wellenlänge (es folgt eine Streckung) und der Ton wird tiefer zu hören sein. Zu dieser Variante gibt es noch eine Dritte,sowohl der Krankenwagen als auch wir bewegen uns. Auch hier kommt es zu einer Verschiebung der Wellenlänge mit unterschiedlichen Tonhöhen.

Ultraschall

 

Der Doppler-Effekt

 

Duplex-Sonographie (Farb-Doppler)

 

Unter dem Doppler-Effekt versteht man eine Stauchung bzw.eine Streckung von Wellen,(z.B. Schall- oder Lichtwellen) jeglicher Art, hervorgerufen durch eine Veränderung des Abstandes von Sender und Empfänger.Wie unterscheidet man diese einzelnen Wellenarten?  Schall ist eigentlich eine wellenförmige mechanische Verformung in verschiedenen Materialien, also auch in Luft.Wie schnell Schall sich verbreitet ist abhängig von dem Medium (z.B. Luft, Wasser, Blut) der Temperatur,dem Druck usw. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit nennt man Schallgeschwindigkeit und ist unter bestimmten Bedingungen konstant. In Luft beträgt sie 343 m/sec. (Im Vakuum gibt es keinen Schall!) Daher kann man in etwa berechnen wie weit ein Gewitter entfernt ist: man zählt die Sekunden vom Zeitpunkt des Blitzes bis zum Donner multipliziert die Sekunden mit etwa 350 und erhält die Entfernung zum Gewitter in Metern! Also Schall wird von uns über die Ohren weiter verarbeitet.Dabei hören wir Menschen nur Frequenzen zwischen 16 Hz (tiefer Ton) und 20 kHz (hoher Ton) sehr abhängig vom Alter.Dann gibt es noch den sehr tiefen Infraschall, den Elefanten und Wale nutzen.Die andere Seite des Spektrums nennt man Ultraschall, der von Insekten und Fledermäusen genutzt wird.

 

 Doppler-Effekt:

 

 

  Gehen wir davon aus, dass wir an einer Ampel stehen, der Krankenwagen steht  auch an dieser Ampel ,dann bleibt die Tonhöhe konstant (ebenfalls auch das An- und Abschwellen des Martinshorn)

Kommt allerdings der Krankenwagen auf uns zu

und fährt dann an uns vorbei, so verkürzt sich zunächst die Wellenlänge (es erfolgt ja eine Stauchung) und damit wird der Ton für unser Ohr höher. Ist der Krankenwagen an uns vorbeigefahren,so verlängert sich die Wellenlänge (es folgt eine Streckung) und der Ton wird tiefer zu hören sein. Zu dieser Variante gibt es noch eine Dritte,sowohl der Krankenwagen als auch wir bewegen uns. Auch hier kommt es zu einer Verschiebung der Wellenlänge mit unterschiedlichen Tonhöhen.

 

 

 

 

 

Nun gibt es ja nicht nur Wellen, die wir hören, sondern auch sichtbare Wellen (Licht) und unsichtbare Wellen (Ultraschall, Radar)Bei den sichtbaren Wellen kommt es zu einer Verschiebung der Frequenz ,was zu einer Farbänderung des Lichtes führt. Für uns erscheinen Sterne am Himmel im Allgemeinen mit einem gelblichen Farbton. Nähern sich nun Himmelsobjekte der Erde so zeigen diese ein grünlich,bläuliche Verfärbung, entfernen sie sich so liegt die Farbveränderung im rötlichen Bereich.Daher benutzen Astronomen den Dopplereffekt zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung, da diese Wellenart auch im luftleeren Raum genutzt werden kann.

Zu den unsichtbaren Wellen gehören u.a. Radiowellen, Radar mit ihren ungeliebten Radarfallen und Ultraschall

Ultraschall ist in der Medizin, egal ob Tier-oder Humanmedizin, nicht mehr wegzudenken, man nennt dies Sonographie.  Wir haben oben erfahren, dass sich die Fortpflanzung von Ultraschall in verschiedenen Medien ändert, an Grenzschichten unterschiedlich reflektiert wird.So erhält man dann auch unterschiedliche Informationen über das vorliegende Gewebe. Organe wie Lunge, Magen  und Darm, da luftgefüllt, sind schlecht  zu durchschallen, ebenso verhindern knöcherne Strukturen eine Beurteilung dahinterliegender Gewebe.

Wie erfolgt nun die Messung?

Jeder von uns kennt die Ultraschallköpfe beim Arzt, je nach Gebrauch haben diese unterschiedliche Formen. Von diesen Schallköpfen wird über ein Kontaktgel der Ultraschall in den Körper übertragen und je nach Reflexionsverhalten bzw Zeitspanne zwischen dem Senden und Empfangen des Ultraschallimpulses erstellt ein Rechner, unter Verwendung weiterer Parameter, das dazu gehörige Bild.Wichtig hierbei ist auch die nötige Auflösung, was zu einer Wellenlänge kleiner als 1 mm führt

Welche Methoden gibt es?

Der A-Scan (Linearscanner):

Der Ultraschallimpuls geht nur eindimensional in das Gewebe und kommt auf dem gleichen Weg zurück. Um mehr Informationen zu bekommen ,muß der Ultraschallkopf hin- und her bewegt werden.Daher benutzt man diese Untersuchungsart meist nur zur Lokalisation (z.B. der Tiefe),wie auch bei schnellen Bewegungen, z.B. der Herzklappen

Der B-Scan (Sektorscanner)

Hierbei bewegt sich der Schallkopf periodisch hin und her und erfasst somit ein zweidimensionales Schnittbild.Man muß sich das so vorstellen, als wäre der Ultraschallimpuls der Pendel einer Uhr, zusätzlich ist es aber noch möglich diese Uhr um sich selbst zu drehen. Die wichtigsten Informationen dieser Methode betrifft die Herzstrukturen, z.B. Herzkammermuskeln

Die Doppler-Sonographie:

Mit dieser Sonographieart kann man Erkenntnisse über die Durchblutung von Körperorgane und deren Gewebe gewinnen, sie dient zur Untersuchung des Herz und Gefäßsystems.Durch die Feststellung der Blutgeschwindigkeiten sind Aussagen über Gefäßverengungen,Klappenfehler, Herzmuskelleistungen möglich. Die ausgesendeten Ultraschallwellen treffen auf die Blutkörperchen im Blut, da sich diese stetig in Bewegung befinden, treffen die reflektierten Schallwellen mit veränderter Frequenz wieder im Schallkopf ein. Nun kommt der Doppler-Effekt zum Zuge und es werden je nach Richtung und Geschwindigkeit unterschiedliche Töne erzeugt.

Duplex-Sonographie (Farb-Doppler)

Hier handelt es sich um eine Kombination aus B-Scan, Dopplersonographie und Farbcodierung, Die Ultraschallimpulse treffen wie bei der Dopplersonographie auf die Blutkörperchen, nur werden jetzt Farbcodierungen benutzt um die Fließgeschwindigkeit und – richtung anzuzeigen. Bewegen sich die Blutkörperchen zum Schallkopf hin,so erscheint das Gefäß in roter Farbe, blaue Farbe findet man dann wenn sich das Blut vom Schallkopf entfernt.

Durch diese vielfältigen Informationen kann man jede Menge Rückschlüsse ziehen auf die

 

            Herzwand und -klappenstrukturen sowie deren Bewegungen und Muskelstärken

            Herzgröße  und deren Leistungsfähigkeit.

 

Herzklappenfehler, Blutgerinnsel, Fehlbildungen oder auch Flüssigkeitsansammlungen lassen sich so genauer diagnostizieren..

 

Dadurch, dass durch variable Frequenzen, es zu unterschiedlichen Auflösungen und unterschiedliche Eindringtiefen kommt,müssen solche Untersuchungen standartisiert werden.Denn hier findet keine statische Untersuchung wie bei einer Röntgenaufnahme statt.Um hier  das Ergebnis zu beurteilen, muß  eine Videofolge vorliegen, denn schon kleinste Verschiebungen oder Drehungen können das Ergebnis verfälschen und zu Fehlinterpretationen führen.

 

14.12.2013 

Wolfgang Kirst