Ultraschall­kamera

HINTERGRUND

Ultraschall hat sich als vielseitige Technologie etabliert, die in verschiedenen Bereichen Anwendung findet. Insbesondere in der medizinischen Bildgebung wird Ultraschall zur Diagnostik eingesetzt, um innere Organe und Gewebe darzustellen, was eine schmerzfreie und nicht-invasive Methode zur Überwachung von Patienten ermöglicht. In der Industrie kommt Ultraschall zur Materialprüfung und zur Oberflächeninspektion zum Einsatz, um Fehler und Defekte zu erkennen, insbesondere bei Materialien, die optisch schwierig zu scannen sind. Die hierfür eingesetzten Ultraschallsysteme zur Bildgebung erfordern einen Kontakt zu dem zu untersuchenden Körper. Dieser Betriebsmodus schränkt die Flexibilität in der Anwendung ein und kann empfindliche Oberflächen beschädigen. Luftgekoppelte Messsysteme kommen bereits für die Abstands- und Durchflussmessung zum Einsatz, sind jedoch in ihrer Bauform und Portabilität limitiert.

TECHNOLOGIE

Eine kontaktfreie Ultraschallkamera nutzt hochfrequente Schallwellen, um Bilder von Personen, Objekten oder Strukturen zu erzeugen. Das Konzept basiert auf der Reflexion dieser Schallwellen, die von einem Sender ausgesendet und von Objekten zurückgeworfen werden.

Ein Array aus MEMS-Ultraschallsender erzeugt Schallwellen, die durch das gasförmige Medium (z. B. Luft) gesendet werden. Wenn die Schallwellen auf ein Objekt treffen, werden sie reflektiert. Ein Array aus Empfänger erfasst die zurückkehrenden Schallwellen. Die Zeit, die die Schallwellen benötigen, um zum Empfängerarray zurückzukehren, und die empfangene Signalamplitude dieser reflektierten Schallwellen die wird gemessen. Diese Informationen werden mittels Bildrekonstruktionsalgorithmen lokal in ein dreidimensionales Bild umgewandelt. Durch eine Abfolge von Schallwellen können dynamische Prozesse dargestellt werden. Methoden des Maschinellen Lernen unterstützen bei der Identifikation von Objekten und Bewegungsformen.

Am Ende des Projekt steht ein Demonstrationssystem einer MEMS-Ultraschallkamera, deren Einsatz in einem klinischem Kontext validiert wurde.