Sehr
günstig und als defektes Bastlergerät habe ich diesmal dieses schmucke
Teil erworben. Es handelt sich um einen Esaote Sim7000 Challenge
Ultraschallscanner, der in der Medizintechnik eingesetzt wurde. Das
Gerät stammt aus dem Jahr 1998, hat in etwa die Größe eines alten
PC-Gehäuses mit einer integrierten Tastatur und einen Trackball und wiegt
knappe zehn Kilogramm. Ein eingebauter 10 Zoll Monochrommonitor
ermöglicht das Arbeiten ohne weitere externe Geräte. Mitgeliefert wurde
auch eine, als defekt markierte Ultraschallsonde der Type 5075 AA-C. Also
ran an den "Speck" und sehen, ob man das nicht reparieren kann. Ein
kurzer Funktionstest zeigt, dass die Sonde zwar prinzipiell arbeitet,
aber ein absolut verwischtes Bild produziert. Diejenigen, die das Prinzip
des Filmprojektors noch kennen, können sich das in etwa wie einen Film
vorstellen, der ohne Verschluss an der Projektionslinse vorbeigezogen
wird...
Zum Prinzip der bildgebenden Ultraschallmessung:
(Quelle: Internet und Publikationen aus Fachzeitschriften)
Das
menschliche Ohr kann Töne mit Frequenzen von ca. 20 Hz bis 20 kHz
hören. Schallwellen, die jenseits der Wahrnehmungsfähigkeit des
menschlichen Gehörs liegen und einen Frequenzbereich von 20 kHz bis
mehrere hundert MHz umfassen, bezeichnet man als Ultraschall).
Die
Intensität von Schallwellen wird in Watt pro cm² gemessen und ist ein
Maß für den Energieinhalt der Wellen. Bei der Absorption im Gewebe
werden Schallwellen in Wärme umgewandelt und können dementsprechend eine
Temperaturerhöhung bewirken. In enger Beziehung zur Energie der
Ultraschallwellen steht der Schalldruck. Die Schallwelle erzeugt
periodisch einen Unterdruck und einen Überdruck. Sehr hoher Unterdruck
kann im Gewebe Gasblasen erzeugen (Kavitation) und nachfolgend zu
Gewebeschäden führen. Daher gibt es Grenzwerte für den Schalldruck, der
in der Einheit Pa (Pascal) gemessen wird. Die Schalldrücke im Gewebe bei
diagnostischen Verfahren liegen üblicherweise unter 0,5 MPa.
Die Eindringtiefe von Ultraschallwellen in das Gewebe ist bei niedrigen
Frequenzen höher und nimmt mit höheren Frequenzen ab. Bei
therapeutischen Anwendungen, bei denen es vor allem auf die thermische
und mechanische Wirkung ankommt, werden Frequenzen zwischen 20 KHz und
800 KHz bevorzugt, in der Diagnostik zwischen 1 und 40 MHz.
Die
bildgebende Ultraschalldiagnostik nutzt die Eigenschaft der
Schallreflexion. Diese variiert in Intensität und Phase in Abhängigkeit
der Dichte der Medien. Laufzeit, Amplitude und Phase der reflektierten
Welle zur ausgesendeten Welle bilden die Grundlage zur elektronischen
Erfassung und Darstellung des Schallbildes. Um das Schallbild auch
zweidimensional darstellen zu können, muß die Schallwelle in einer Ebene
zusätzlich noch mit ausreichender Geschwindigkeit gelenkt werden. Dies
geschieht bei einem mechanischen Schallkopf mit Hilfe eines elektrischen
Antriebes. Modernere Schallköpfe haben eine Reihe an Schallgebern
nebeneinander angeordnet (Array) die je nach Anzahl eine entsprechend
hohe Zeilenauflösung darstellen können. Die Eindringtiefe der
Schallwellen ist, wie oben erwähnt, von der Frequenz der Welle
abhängig. Grundsätzlich gilt je höher die Frequenz, desto weniger tief
dringt die Welle ins Gewebe ein. Oder anders ausgerückt: je länger die
Welle (Wellenlänge) desto tiefer. (bekanntlich gilt ja:
λ = c/f wobei c die Schallausbreitungsgeschwindigkeit des Mediums ist. Als Vergleich: c(Luft)=343m/s und c(Wasser)=1484m/s)
Ultraschallmedien
(Quelle: Fachzeitschriften)
Um
stärkere Schallreflexionen an der Grenzfläche zwischen Schallkopf und
Haut - bedingt durch dazwischen eingelagerte Luft - zu vermeiden, werden
Ultraschallmedien verwendet. Sie stellen den optimalen Kontakt zwischen
Schallkopf und Haut her. Ultraschallmedien dürfen ebenfalls keine
Luftbläschen enthalten, um den möglichst lückenlosen Schallübergang zu
gewährleisten. Flüssigkeiten wie Wasser und Alkohole wären prinzipiell
zwar geeignet; aufgrund ihrer Flüchtigkeit und niedrigen Viskosität sind
sie aber sehr unpraktisch. Daher wurden spezielle Gele entwickelt.
Gele sind nichts anders als Flüssigkeiten, die mittels eines
Verdickungsmittels bequem auf der Haut verteilbar sind. Man
unterscheidet zwischen Hydrogelen und Lipogelen (Oleogele). Lipogele
bestehen aus Ölen pflanzlicher, synthetischer oder mineralischer (Erdöl)
Herkunft. Sie sind weniger geeignet, da sie fetten und nach der
Behandlung nur mühsam zu entfernen sind. Hauptkomponente der Hydrogele
ist - wie der Name schon andeutet - Wasser. Daher kann man Hydrogele
nach Gebrauch praktisch ohne Rückstand einfach abwischen.
Von dem theoretischen Exkurs nun zur technischen Beschaffenheit und der Fehlersuche:
Zuerst
habe ich mich ein wenig über die Ultraschallsonde schlau gemacht.
Hierbei handelt es sich um eine mechanische Sektorsonde, die bei 3.5 und
5.0MHz arbeitet. Der Kristall ist hier auf einem, in einer Achse
beweglichen Kopf (man kann sich eine Wippe vorstellen) montiert, die
über einen kleinen Aktuator mittels Bowdenzug angetrieben wird. Die
folgenden Bilder zeigen die Ultraschallsonde in den unterschiedlichen
Demontagezuständen.
Die hintere Verschlusskappe ist mit zwei Schrauben befestigt. Diese sind
hinter der Silikonvergußmasse versteckt. Entfernt man die Schrauben,
so ist die Kabelzugentlastung auch gelöst und man kann die
Steckverbindung abziehen.
Jetzt kann man vier kleine Madenschrauben lösen, die das Abschrauben des
Deckels ermöglichen. Um zu den Madenschrauben zu gelangen, muss die
Silikonummantelung der Sonde nach vorne abgerollt werden.
Ist das Kabel abgezogen, so kommt darunter eine Platine zum Vorschein.
Diese ist wiederum mit zwei Schrauben befestigt. Löst man die Schrauben,
so kann auch die Platine abgezogen werden.
Die Anschlussleitung sollte auf Beschädigungen bzw. Verunreinigungen geprüft und gereinigt werden.
Hier ist eine klebrige Masse (ich vermute das Öl bzw. Gel aus dem Inneren
des Sondenkopfes) anhaftend. Diese Verunreinigung lässt sich nach
Abstecken des Kabels dann einfach mit Alkohol oder Platinenreiniger
entfernen und reinigen.
Ist die Platine nun abgezogen, so kommen dahinter die Anschlußstifte zum
Vorschein. In der Mitte befindet sich ein Gummipfropfen der den
"Öl?"gefüllten Bereich der Sonde freilegt. Ein Spannring am Gehäuserrand hält
die Antriebseinheit in Position. Darunter befindet sich ein Dichtring
sowie ein O-Ring.
Nun kann das Öl? (falls jemand weiss, welches Material das wirklich ist -
ich würde mich freuen, es zu erfahren) - entfernt werden. Ich habe es
vorsichtig mit 2ml Spritzen herausgezogen um es aufzuheben und wieder
einfüllen zu können.
Das Zeug ist extrem klebrig und zähflüssig. Ich vermute, dass das auch
das eigentliche Problem ist. Die Viskosiät der Flüssigkeit. Die ist
wahrscheinlich aufgrund des Alters zähflüssig geworden und der
Schwingkopf kann sich nicht mehr mit seiner Sollgeschwindigkeit bewegen.
Jetzt kann begonnen werden, die Membrane zu lösen. Eigentlich ist die
Membrane mit einer, mit Innengewinde versehenen Aluminiumhülse
angeschraubt und sollte sich lösen lassen. (Im Bild ist die Membrane das
graue Kunststoffhütchen und die Aluminiumhülse im Bereich des
Daumens zu sehen.) Leider ist es mir nicht gelungen, diese Verschraubung
zu lösen. So musste ich die Membrane quasi aus dem Gewinde
heraushebeln. Das wiederum ist mir ganz gut gelungen. Zumindest ist die
Membrane nicht gerissen und hat ihre Dichtheit bewahrt.
Das Innenleben kommt zum Vorschein. In der Spitze der Membrane ist
deutlich ein verdickter Klumpen von dem zähflüssigen Medium zu erkennen.
Hier ist der Kristall montiert auf seiner Wippe zu sehen, ebenso der
Bowdenzugantrieb und in der ganz rechten Bildhälfte noch das Gehäuse des
Aktuators. Diese komplette Einheit lässt sich übrigens auch wieder mit
zwei Miniaturmadenschrauben lösen.
Das ist das gesamte Innenleben des Schallkopfes. Jetzt können alle
Leitungen überprüft werden, ob hier irgendwelche mechanischen
Beschädigungen vorliegen.
In diesem Fall war keinerlei Beschädigung zu erkennen. Alle
Coaxialleitungen zum Kristall sind in Ordnung. Alle Anschlusspins sind
ebenso ok. Der Aktuator funktioniert. Der Bowdenzug ist ebenso ok. Also
kann es nur mehr das "Öl?" sein. Also habe ich die Einheit wieder
zusammengebaut.
Nach dem Zusammenbau habe ich auch wieder das alte Öl eingefüllt. Das
erweist sich als recht mühsam, zumal es lange dauert, die Luftblasen
los zu werden. Es geht jedoch wesentlich schneller, wenn man dieses Öl
erwärmt (ich habe das mit einem Fön bewerkstelligt). Und genau das hat
mich auf eine Idee gebracht, den Schallkopf nach dem Zusammenbau zu
erwärmen und das Verhalten nochmals zu testen. Wenn das Öl wirklich
merklich dünnflüssiger wird, dann sollte auch die Beweglichkeit der
Wippe leichter werden. Gesagt, getan. Zuerst wollte ich jedoch testen, ob der Schallkopf meine
Zerlegeprozedur generell überlebt hat. Und ja - er hat. Das Schallbild
sieht jetzt schon um einiges besser aus als zuvor. Also habe ich den
Versuch mit dem Heißluftfön gestartet. Vorsichtshalber habe ich die
obere Temperaturgrenze auf 45° C eingestellt. Und siehe da, das
Schallbild wird zunehmend besser. Es ist jetzt ein deutliches Bild zu
erkennen. Es wackelt und zittert nur noch ein wenig in der x-Achse - die
Ursache ist also doch das Öl. Wenn hier jemand Erfahrung damit hat,
oder eine Quelle, wo man die passenden Öle und auch Ersatzteile bekommen
kann - ich bin für jede Information dankbar :)
