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So lässt sich der Entwicklungsaufwand senken

Technologieplattform Ultraschall: Modular aufgebaute Geräte passen sich den Anwendungen an
So lässt sich der Entwicklungsaufwand senken

Bei der modularen Ultraschallplattform lassen sich der Frequenzbereich und die Software unter anderem an medizinische Anwendungen anpassen Bild: Fraunhofer IBMT
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Mit einem neuen modularen Ultraschall-System decken Forscher eine große Anwendungsbandbreite ab: Vom Sonar-system über medizinische Ultraschallverfahren bis hin zum Hochfrequenzbereich, etwa für die Werkstoffprüfung.

Ultraschall-Verfahren machen sichtbar, was dem bloßen Auge verborgen bleibt: in der Medizin, in der Werkstoffprüfung oder auch als Sonar im U-Boot. Dafür werden jeweils verschiedene Verfahren eingesetzt und entsprechend 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 haben daher eine mehrkanalige Ultraschallplattform mit modularem Aufbau entwickelt, die sich an unterschiedliche Anwendungen anpassen lässt. „Damit können wir auf Anfragen für verschiedenste Anwendungen nicht nur schnell reagieren, sondern auch kostensenkende 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 der Forscher.
Um ein System an eine Anwendung anzupassen, ist der Frequenzbereich der Ultra- schallwellen eine zentrale Stellschraube. Sonarsysteme bewegen sich typischerweise im niederfrequenten Bereich. Damit erhält man zwar keine hohe Ortsauflösung der Bilder, kann jedoch bis zu mehrere hundert Meter weit „sehen“. Ein Arzt hingegen braucht möglichst hoch aufgelöste Aufnahmen, die Schallwellen müssen jedoch 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 und werden für die Werkstoffprüfung eingesetzt. Für alle drei Anwendungsbeispiele haben die Forscher Front-End Boards entwickelt.
Um das System feinzujustieren, muss lediglich die Software entsprechend konfiguriert werden. „Wir haben sehr schnelle Schnittstellen zum PC realisiert“, sagt Tretbar. Damit ließen sich die Systeme in Echtzeit steuern, und eine sehr rasche Signalverarbeitung mit Wiederholraten im kHz-Bereich werde erreicht. „Und wir können einfach neue, für unterschiedliche Applikationen angepasste Softwarealgorithmen implementieren.“
Die Module sind einsatzreif, und vor allem Unternehmen aus dem medizinischen Bereich haben bereits Interesse an den Entwicklungen signalisiert. Um die Technologie in Produkte zu implementieren, bieten die Experten vom IBMT zwei Vorgehensweisen an: Entweder stellen sie zu den Ultraschallsystemen Software-Schnittstellen zur Verfügung, die in das System des Kunden integriert werden. Die zweite Möglichkeit ist, die Anwendung des Kunden in die Software des Ultraschallsystems einzubinden und dann eine Software für die Gesamtapplikation zu realisieren.
Im Rahmen der Forschungsplattform deckt die Entwicklungskompetenz des IBMT alle Technologiekomponenten ab – vom Ultraschallwandler über neue Ultraschallverfahren bis hin zu Komplettsystemen und deren Zertifizierung beziehungsweise Zulassung als Medizinprodukt. op
Weitere Informationen Über das IBMT in St. Ingbert: www.ibmt.fraunhofer.de/
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