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Was ist ein Schallkopf?

Ein Schallkopf (auch Ultraschallkopf, Ultraschallsonde oder Transducer genannt), ist ein zentrales Bauteil eines medizinischen Ultraschallsystems. Er wandelt elektrische Energie in hochfrequente Schallwellen um, die in das Körpergewebe eindringen. Diese Schallwellen werden dann von den Gewebestrukturen unterschiedlich reflektiert und vom Schallkopf als Echo wieder empfangen. Diese Echosignale werden in elektrische Signale umgewandelt, die das Ultraschallgerät in Echtzeit in visuelle Bilder umsetzt. 

Schallkopf (Linearsonde)
So sieht ein Schallkopf (Linearsonde) aus.

Wie ist ein Ultraschallkopf aufgebaut?

  1. Piezoelektrische Kristalle
    1. Funktion: Die piezoelektrischen Kristalle sind das Herzstück der Ultraschallsonde und fungieren als Ultraschallwandler. Sie wandeln elektrische Signale in mechanische Schwingungen (Schallwellen) um und umgekehrt.
    2. Materialien: Häufig verwendete Materialien sind Bleizirkonat-Titanat (PZT), Quarz oder andere piezoelektrische Keramiken.
    3. Anordnung: Die Piezo-Elemente sind in einem Array angeordnet, das je nach Sonde linear, konvex oder phased-array sein kann.
  2. Akustische Linse
    1. Funktion: Die akustische Linse fokussiert die ausgesendeten Schallwellen auf einen bestimmten Punkt im Gewebe, um eine bessere Bildauflösung und Fokussierung zu gewährleisten.
    2. Materialien: Meistens wird Silikon oder ein anderes weiches Polymer verwendet, das die Schallwellen effektiv lenken kann.
  3. Dämpfungsmaterial
    1. Funktion: Das Dämpfungsmaterial reduziert unerwünschte Schwingungen und Echos innerhalb der Sonde, um die Klarheit und Genauigkeit des erzeugten Bildes zu verbessern.
    2. Materialien: Dämpfungsmaterialien bestehen häufig aus einem Mix von Polymer und mikroskopischen Metallpartikeln oder anderen schalldämpfenden Substanzen.
  4. Schutzhülle
    1. Funktion: Die Schutzhülle schützt die empfindlichen internen Komponenten der Sonde vor physischer Beschädigung und Kontamination.
    2. Materialien: Biokompatible Kunststoffe oder Gummimischungen, die robust und desinfizierbar sind, werden oft verwendet.
  5. Koppelmittel-Schicht (Matching Layer)
    1. Funktion: Diese Schicht befindet sich zwischen den piezoelektrischen Kristallen und der Schutzhülle. Sie reduziert die Impedanzdifferenz zwischen den Kristallen und der Haut, um eine effiziente Schallübertragung zu gewährleisten.
    2. Materialien: Spezielle Kunststoffe oder Keramiken, die akustisch angepasst sind, um den Energieverlust zu minimieren.
  6. Elektronische Schaltung
    1. Funktion: Die elektronische Schaltung steuert die Erzeugung und das Timing der elektrischen Impulse, die die piezoelektrischen Kristalle anregen, und empfängt und verarbeitet die zurückkehrenden Echosignale.
    2. Komponenten: Integrierte Schaltkreise (ICs), Verstärker, Analog-Digital-Wandler und Signalprozessoren sind wesentliche Teile dieser Schaltung.
  7. Kabel und Steckverbindungen
    1. Funktion: Sie verbinden die Ultraschallsonde mit dem Ultraschallgerät und übertragen die elektrischen Signale hin und zurück.
    2. Materialien: Hochwertige, abgeschirmte Kabel, die elektromagnetische Störungen minimieren, werden verwendet.
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Wie funktioniert eine Ultraschallsonde?

Die Funktionsweise einer Ultraschallsonde lässt sich in mehrere Schritte unterteilen:

  1. Erzeugung von Schallwellen
    1. Die Ultraschallsonde wird durch das Ultraschallgerät mit elektrischen Impulsen versorgt. Diese Impulse werden an die piezoelektrischen Kristalle in der Sonde geleitet.
    2. Die piezoelektrischen Kristalle wandeln diese elektrischen Impulse in hochfrequente Schallwellen um. Diese Schallwellen liegen typischerweise im Frequenzbereich von 1 bis 18 Megahertz (MHz), je nach Anwendung.
  2. Aussendung der Schallwellen
    1. Die erzeugten Schallwellen werden durch die akustische Linse gebündelt und in das zu untersuchende Gewebe gesendet (Schallausbreitung).
    2. Die Schallwellen breiten sich durch das Gewebe aus und werden an den Grenzflächen zwischen verschiedenen Gewebetypen unterschiedlich reflektiert.
  3. Empfang der Echosignale
    1. Die reflektierten Schallwellen (Echos) werden von den piezoelektrischen Kristallen wieder aufgenommen.
    2. Die Kristalle wandeln die mechanischen Schwingungen der Echos in elektrische Signale um.
  4. Verarbeitung der Echosignale
    1. Die empfangenen elektrischen Signale werden an das Ultraschallgerät zurückgesendet.
    2. Das Ultraschallgerät verarbeitet diese Signale, um sie in Echtzeit in visuelle Bilder umzuwandeln. Dies geschieht durch eine komplexe Signalverarbeitung und Bildrekonstruktion.
  5. Darstellung der Ultraschallbilder
    1. Die erzeugten Bilder werden auf einem Monitor angezeigt, sodass der Arzt die inneren Strukturen des Körpers untersuchen kann.
    2. Je nach Art der Sonde und den verwendeten Frequenzen können unterschiedliche Gewebetiefen und -strukturen dargestellt werden.

Ultraschallgel wird verwendet, um eine optimale Übertragung der Ultraschallwellen vom Schallkopf in den Körper zu gewährleisten. Es beseitigt Luftblasen zwischen der Haut und dem Schallkopf, die sonst die Bildqualität beeinträchtigen würden. Das Gel verbessert somit die Bilddarstellung und ermöglicht eine präzisere Diagnose.

Welche Sondentypen gibt es?

Schallkopf-Typ Merkmale Frequenzbereich Einsatzgebiete
Lineare Schallköpfe
  • Geradlinige Anordnung der Kristalle
  • rechteckige oder trapezförmige Bilder
  • 7 – 18 MHz
  • Oberflächliche Strukturen (Gefäße, Muskeln, Sehnen)
  • Schilddrüse und Brust
  • periphere Nerven
Konvexe (Curved Array) Schallköpfe
  • Gebogene Anordnung der Kristalle
  • fächerförmige Bilder
  • 2 – 7 MHz
  • Abdominale Untersuchungen (Leber, Nieren, Bauchspeicheldrüse)
  • Schwangerschaftsuntersuchungen
  • tiefere Strukturen
Phased-Array Schallköpfe (Sektorschallköpfe)
  • Kleine Oberfläche
  • elektronische Steuerung zur Phasenverschiebung
  • sektorförmige Bilder
  • 1 – 5 MHz
  • Kardiologische Untersuchungen (Echokardiographie)
  • Brust und Abdomen bei kleinen Öffnungen
  • Notfallmedizin
Endokavitäre Schallköpfe
  • Lange, schmale Form für Körperhöhlen
  • 5 – 10 MHz
  • Vaginale Untersuchungen (Gynäkologie, Geburtshilfe)
  • rektale Untersuchungen (Prostata)
Mikrokonvexe Schallköpfe
  • Kleinere, gebogene Anordnung der Kristalle
  • fächerförmige Bilder
  • 5 – 8 MHz
  • Pädiatrische Untersuchungen
  • Neonatologie (Schädeluntersuchungen bei Neugeborenen)
TEE (Transösophageale Echokardiographie) Schallköpfe
  • Schallkopf an flexiblem Endoskop
  • 3 – 7 MHz
  • Detaillierte Untersuchung des Herzens durch die Speiseröhre
  • präzise Beurteilung von Herzklappen und Vorhöfen
3D/4D Schallköpfe
  • Fortgeschrittene Schallköpfe mit Matrix-Arrays
  • dreidimensionale und Echtzeitbilder
  • Variabel
  • Gynäkologie und Geburtshilfe (3D-Bilder des Fötus)
  • Kardiologie (3D-Echokardiographie)
  • allgemeine Bildgebung
Matrix-Schallköpfe
  • Mehrdimensionale Anordnung der Kristalle
  • ermöglicht 3D-Bildgebung
  • Variabel
  • Kardiologie
  • Gynäkologie und Geburtshilfe
  • allgemeine Diagnostik
Stiftsonden
  • Sehr kleine Oberfläche
  • für detailreiche Bilder kleiner Strukturen
  • >15 MHz
  • Dermatologie
  • ophthalmologische Untersuchungen
  • spezielle kleine anatomische Strukturen
Hockey Stick Schallköpfe
  • Kleine, gebogene Form ähnlich einem Hockeyschläger
  • ideal für enge anatomische Bereiche
  • 5-25 MHz
  • Orthopädie
  • muskuloskelettale Untersuchungen
  • Rheumatologie
  • Neurologie
  • perioperative/intraoperative Anwendungen
Intrakardiale Echokardiographie (ICE) Schallköpfe
  • Sehr kleine Schallköpfe in Kathetern
  • 5-10 MHz
  • Intravaskuläre Untersuchungen des Herzens
  • Herzkatheter-Interventionen
Intravaskuläre Ultraschallsonden (IVUS)
  • Miniaturisierte Schallköpfe in Kathetern
  • 20-40 MHz
  • Untersuchung der Gefäßinnenwände
  • Beurteilung von Arteriosklerose und Stentplatzierungen
Verschiedene Sondentypen im Überblick.
Endo-Sonde (Vaginalsonde)
Eine Endo-Sonde (Vaginalsonde).

Wie teuer ist eine Ultraschallsonde?

Die meisten Ultraschall-Sonden bewegen sich in einer Preisspanne von circa 1.000 bis 30.000 Euro netto. Diese hohe Differenz kommt vor allem durch die Unterschiede der verbauten Technologie zustande. Vor allem 4D-Schallköpfe und Sonden für Spezialanwendungen erzielen typischerweise höhere Preise.

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Welche Möglichkeiten gibt es für die Reparatur von Ultraschallsonden?

Ultraschallköpfe sind empfindliche Komponenten, die schnell kaputt gehen können. Im Falle eines Defekts können Sie hier Ihre Ultraschallsonde reparieren lassen.

Ob es sich um eine Sonde von GE Healthcare, Siemens Healthineers oder einem anderen Hersteller handelt ist unerheblich, denn die Reparatur erfolgt herstellerunabhängig.

Wie reinigt und desinfiziert man Ultraschallsonden und -köpfe richtig?

Die Aufbereitung von Ultraschallsonden ist ein komplexer Prozess, der strengen hygienischen Anforderungen unterliegt. Die DGSV hat hierzu eine Empfehlung veröffentlicht, die verschiedene Schritte umfassen:

  1. Vorbereitung: Zunächst müssen die Ultraschallsonden von groben Verunreinigungen befreit werden. Dies erfolgt durch Abwischen mit einem geeigneten Desinfektionsmittel.
  2. Reinigung: Anschließend erfolgt eine gründliche Reinigung, entweder manuell oder maschinell. Hierbei werden spezielle Reinigungsmittel verwendet, die auf die Materialien der Ultraschallsonden abgestimmt sind, um Beschädigungen zu vermeiden.
  3. Desinfektion: Nach der Reinigung müssen die Sonden desinfiziert werden. Dies kann durch thermische oder chemische Verfahren geschehen. Bei thermischer Desinfektion wird die Sonde auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, während bei chemischer Desinfektion spezielle Desinfektionslösungen zum Einsatz kommen.
  4. Sterilisation (falls erforderlich): In bestimmten Anwendungsbereichen, wie etwa bei invasiven Eingriffen, ist eine Sterilisation notwendig. Hierfür können Methoden wie die Dampfsterilisation verwendet werden. Die Wahl des Sterilisationsverfahrens hängt von der Empfindlichkeit der Ultraschallsonde ab.
  5. Trocknung und Kontrolle: Nach der Desinfektion oder Sterilisation müssen die Sonden gründlich getrocknet werden, um die Bildung von Keimen zu verhindern. Zudem erfolgt eine abschließende Kontrolle auf Sauberkeit und Unversehrtheit.
  6. Dokumentation: Jeder Schritt der Aufbereitung muss dokumentiert werden, um die Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung der hygienischen Standards sicherzustellen.

Ultraschall-Schutzhüllen

Schutzhüllen dienen dazu, Ultraschallsonden und -köpfe vor Kontamination und Beschädigung zu schützen. Sie bieten eine physische Barriere gegen Flüssigkeiten, Blut, Gewebe und andere potenziell infektiöse Materialien, wodurch das Risiko von Kreuzkontaminationen zwischen Patienten minimiert wird. Schutzhüllen sind besonders wichtig bei invasiven Untersuchungen oder wenn ein steriles Umfeld erforderlich ist.

Schutzhüllen bestehen häufig aus Latex, wobei diese aber für Anwender und Patienten mit Latexallergien ungeeignet sind. Stattdessen können Hüllen aus anderen Materialien wie Polyethylen oder Polyurethan verwendet werden.

Die Hüllen sind in sterilen und nicht sterilen Varianten erhältlich und sind in verschiedenen Durchmessern und Packungsgrößen erhältlich.

Desinfektionstücher sind für Ultraschallsonden

Desinfektionstücher spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Hygiene und Sicherheit von Ultraschallsonden. Nach jedem Gebrauch müssen die Sonden gründlich gereinigt und desinfiziert werden, um die Übertragung von Krankheitserregern zu verhindern und Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Desinfektionstücher bieten eine praktische und effektive Lösung für die schnelle und effiziente Desinfektion.

Moderne Desinfektionstücher sind oft breitbandwirksam und bekämpfen ein breites Spektrum von Mikroorganismen, einschließlich Bakterien, Viren und Pilzen. Dies gewährleistet, dass die Ultraschallsonde nach jeder Anwendung hygienisch einwandfrei ist. Es gibt sowohl alkoholbasierte Desinfektionstücher, die schnell trocknen und eine hohe Desinfektionskraft haben, als auch alkoholfreie Varianten, die schonender zu den Materialien der Sonde sind und sich für die häufige Anwendung eignen.

Bei der Auswahl von Desinfektionstüchern ist es wichtig, auf die Empfehlungen des Ultraschallsondenherstellers zu achten, um sicherzustellen, dass die Tücher die Materialien der Sonde nicht beschädigen. Fusselfreie Tücher sind besonders vorteilhaft, da sie keine Rückstände hinterlassen und eine gründliche Reinigung ermöglichen.

Desinfektionstücher werden in praktischen Spenderboxen oder wiederverschließbaren Verpackungen angeboten, was ihre Handhabung erleichtert und die Gefahr einer Kontamination der unbenutzten Tücher minimiert. Durch ihre einfache Anwendung und hohe Wirksamkeit tragen Desinfektionstücher wesentlich zur Sicherheit und Langlebigkeit von Ultraschallsonden bei und sind daher ein unverzichtbarer Bestandteil der hygienischen Praxis in der medizinischen Bildgebung.

FAQ – Häufig gestellte Fragen

Was sind die Besonderheiten von Wireless- und USB-Ultraschallsonden?

Wireless- und USB-Ultraschallsonden bieten besondere Vorteile in der medizinischen Bildgebung. Wireless-Sonden (bzw. Handheld-Ultraschallgeräte) ermöglichen kabellose Übertragungen von Ultraschallbildern zu mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets, was die Flexibilität und Mobilität in klinischen und Notfallsituationen verbessert. 

USB-Ultraschallsonden hingegen können direkt an Computer oder mobile Geräte angeschlossen werden, bieten eine einfache Handhabung und sind oft kostengünstiger. Beide Typen fördern die Point-of-Care-Diagnostik, ermöglichen schnelle Bildübertragungen und verbessern die Benutzerfreundlichkeit durch moderne Technologieintegration.

Wie beeinflusst die Frequenz die Eindringtiefe?

Die Frequenz in Megahertz (MHz) beeinflusst die Eindringtiefe von Ultraschallwellen im Gewebe. Niedrigere Frequenzen (1-5 MHz) dringen tiefer in das Gewebe ein und eignen sich für die Untersuchung tiefer liegender Strukturen wie Bauchorgane. Höhere Frequenzen (7-18 MHz) bieten eine höhere Bildauflösung, dringen aber weniger tief ein und sind ideal für oberflächliche Untersuchungen wie Gefäße und Muskeln. Die Wahl der Frequenz hängt daher vom gewünschten Untersuchungsbereich und der erforderlichen Bildtiefe ab.

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