Neue Ultraschallwandler für medizinische Bildgebung und Materialprüfungen
Herkömmlicherweise basieren (vor allem medizinische) Ultraschallgeräte auf dem piezoelektrischen Prinzip (Auftreten einer Spannung bei Verformung von Festkörpern). Dabei erzeugen Wandler Ultraschallwellen, messen Veränderungen der Schallwellen in Abhängigkeit von den spezifischen Materialeigenschaften und wandeln den Druck in Spannung um. Die neue Generation von mikrohergestellten Ultraschallwandlern wird im MEMS-Verfahren (MEMS: mikroelektromechanische Systeme) hergestellt. Dünne Membranen oder Filme werden dabei entweder piezoelektrisch oder kapazitiv (pMUTs bzw. cMUTs) aktuiert. cMUTs sind für die Herstellung großer Arrays geeignet, im Gegensatz zu pMUTs erhöhen sie die Bandbreite (Frequenzbereich, in dem Schallwellen wahrgenommen werden). Eine größere Bandbreite erhöht normalerweise die Auflösung, während kleinere Bandbreiten ein tieferes Eindringen ermöglichen. Europäische Forscher des Projekts MUSTWIN entwickelten fünf Demonstratoren mit zwei Arten von pMUTs und zwei Arten von cMUTs, erstere für NDT und letztere für kostengünstige akustische und höherfrequente Sonden zur medizindiagnostische Anwendungen. TM pMUT (thickness-mode pMUT) wurde als innovatives Gerät für hochfrequente medizinische Bildgebungsverfahren identifiziert, wie sie beispielsweise bei intravaskulärem Ultraschall in der angioplastischen Chirurgie eingesetzt werden. Dabei wird ein Katheter mit einem miniaturisierten Ultraschallkopf über eine größere Vene durch die Leiste hinauf in das zu untersuchende Koronargefäß geführt. Das SiN-cMUT (SiN: Siliziumnitrid) ist das technisch modernste aller fünf Geräte, es erhöht die Bandbreite und reduziert den Zeitaufwand für die Antwort auf veränderte Schallwellen. Mustwin-Geräte sind preisgünstig und erhöhen die Zuverlässigkeit der Ultraschalltechnologie, was für Hersteller von Ultraschallgeräten, NDT und medizinische Diagnostik von größtem Interesse sein dürfte.
