Physik des Ultraschalls
Wellenlänge, Frequenz, Auflösung — was die Bildqualität bestimmt.
6 Min. Lesezeit
Lernziele
- Sie kennen die Grundgrößen einer Schallwelle (Frequenz, Wellenlänge, Amplitude).
- Sie verstehen den Zielkonflikt zwischen Eindringtiefe und Auflösung.
- Sie können typische Schallkopf-Frequenzen für TTE benennen.
Die Physik des Ultraschalls ist das Fundament jeder echokardiographischen Untersuchung: Wer Bildqualität bewusst optimieren möchte, muss die Beziehungen zwischen Frequenz, Wellenlänge und Eindringtiefe verstehen.
Schallwelle — die Grundgrößen
Eine Schallwelle ist eine periodische Druckschwankung, beschrieben durch:
- Frequenz f — Anzahl Schwingungen pro Sekunde, in Hz.
- Wellenlänge λ — Abstand zwischen zwei Maxima, in mm.
- Amplitude A — maximale Druckauslenkung; bestimmt die Schallintensität.
- Schallgeschwindigkeit c — im Weichgewebe konstant ≈ 1540 m/s.
Es gilt c = f · λ, also λ = c / f.
Frequenz vs. Eindringtiefe
| Frequenz | Eindringtiefe | Axiale Auflösung |
|---|---|---|
| 2 MHz | ~ 30 cm | grob |
| 3,5 MHz | ~ 20 cm | mittel |
| 5 MHz | ~ 12 cm | gut |
| 7,5 MHz | ~ 6 cm | hoch |
Trade-off: höhere Frequenz heißt bessere Auflösung, aber stärkere Dämpfung. Für TTE Erwachsener wählt man üblicherweise 2–3,5 MHz, für TEE 5–7 MHz, für pädiatrische Schallköpfe 5–8 MHz.
Auflösung
- Axiale Auflösung ≈ ½ Pulslänge → mit höherer Frequenz besser.
- Laterale Auflösung hängt von Strahlbreite ab → fokusabhängig.
- Zeitliche Auflösung (Frame-Rate) wird mit Sektorgröße und Linienzahl abgewogen.
Mini-Quiz
1 / 2Wie hängen Frequenz und Wellenlänge im Weichgewebe zusammen?
Take-aways
- Höhere Frequenzen → bessere axiale Auflösung, aber geringere Eindringtiefe.
- Schallgeschwindigkeit im Weichgewebe: c ≈ 1540 m/s.
- TTE-Schallköpfe arbeiten typischerweise bei 2–5 MHz, kindliche/TEE-Sonden höher.