DE19709241A1 - Abtastungsultraschallsonde mit lokal getriebener Wobbelultraschallquelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Innenhohlraum­ ultraschallsonden und insbesondere auf Innenhohlraumultra­ schallsonden, die Gewebe abtasten, die die Ultraschallsonde umgeben, und zwar durch mechanisches Bewegen eines Wandlers in der Ultraschallsonde.

Für viele Krankheiten kann eine genauere Diagnose durchge­ führt werden, wenn eine Abbildung des Körpergewebes, das durch die Krankheit beeinträchtigt ist, beobachtet werden kann. Viele Körpergewebe sind jedoch nicht ohne weiteres beobachtbar. In jüngster Zeit wurde die Ultraschallabbildung sehr stark für das Diagnostizieren von Krankheiten in einem Körperhohlraum, wie z. B. in dem Gefäßsystem, in dem gastro­ intestinalen Trakt und dergleichen, verwendet. Dies betrifft das Einführen einer Ultraschallsonde in den Zielkörperbe­ reich mit einem Katheter. Die Ultraschallsonde sendet einen Schallimpuls in den Körper und erfaßt die Reflexionen des Pulses an Gewebegrenzen aufgrund von Differenzen der Schall­ impedanz. Die sich unterscheidenden Zeitpunkte, die der Wandler benötigt, um den reflektierten Puls zu empfangen, entsprechen Variationen des Abstands der Gewebegrenzen von der Ultraschallsonde. Durch stufenweises Bewegen oder durch Wobbeln der Ultraschallsonde über einen ausgewählten Winkel kann eine zweidimensionale Ultraschallabbildung, die einer Karte der Schallimpedanzgrenzen entspricht, erhalten werden. Die Intensität und Position der Reflexionen von diesen Gren­ zen werden Informationen bezüglich des Zustands des abgebil­ deten Körpergewebes liefern.

Im allgemeinen existieren zwei Typen von Ultraschallsonden zur diagnostischen Ultraschallabbildung. Der erste verwendet eine Technik der synthetischen Apertur. Das US Patent Nr. 4,917,097 (Proudian u. a.) und das US Patent Nr. 5,186,177 (O′Donnell u. a.) lehren beispielsweise, wie ein Ultraschallstrahl elektronisch von einem Wandler unter Ver­ wendung des Verfahrens der synthetischen Apertur gelenkt wird. Im allgemeinen betrifft dies die sequentielle Erregung ausgewählter Elemente in einem Array von Wandlerelementen. Die Vorrichtung im zweiten Patent tastet durch mechanische Drehung einer Einrichtung, um akustische Pulse zu lenken, ab. Der mechanisch gedrehte Typ umfaßt ein paar Unterklas­ sen. In der ersten Unterklasse wird entweder der distale (von dem Betreiber entfernte) Wandler oder ein Spiegel von dem proximalen Ende des Katheters durch eine erweiterte Antriebswelle mit einem proximalen Motor gedreht (US Patent Nr. 4,794,931 (Yock) und US Patent Nr. 5,000,185 (Yock)). In der zweiten Unterklasse ist die Drehung auf das distale Ende begrenzt, wobei entweder ein Miniaturmotor (US Patent Nr. 5,240,003 (Lancee u. a.) und US Patent Nr. 5,176,141 (Bom u. a.)) oder eine Fluid-getriebene Turbine verwendet wird, um den Wandler oder den Spiegel zu drehen (US Patent Nr. 5,271,402 (Yeung und Dias)). In einer dritten Unterklasse wird ein stationärer proximaler Wandler akustisch mit einem sich drehenden akustischen Wellenleiter gekoppelt, der den Schall zu dem distalen Ende leitet (z. B. US Patent Nr. 5,284,148 (Dias und Melton). In einer wei­ teren Unterklasse, wie z. B. in dem US Patent Nr. 5,509,418 (Lum u. a.), wird eine Turbine durch ein Schall­ signal gedreht, das außerhalb des Gefäßes erzeugt wird, um ein anderes Ultraschallsignal auf eine sich drehende Art und Weise zu lenken. In einer weiteren Unterklasse, z. B. US Patent Nr. 5,507,294 (Lum u. a.), dreht ein externes An­ triebsbauglied eine Röhre, um ein reflektierendes Element an der Spitze der Röhre zu drehen, um einen Ultraschall zu re­ flektieren.

Gegenwärtig ist der am weitesten verbreitete Typ einer In­ nenhohlraumultraschallsonde das mechanisch gedrehte System mit einem Wandler mit einem einzigen planaren Element, das an dem distalen Ende des Katheters plaziert ist. Ein Grund für diesen Vorzug ist die überlegene Bildqualität im Ver­ gleich zu gegenwärtigen Systemen mit synthetischer Apertur. Die mechanisch gedrehten Ultraschallsonden weisen jedoch be­ stimmte Nachteile auf. Bei einer Ultraschallsonde mit einem Antriebsmotor proximal zum Betreiber, d. h. von dem Wandler entfernt, wird im allgemeinen ein Antriebskabel, das von einer Hülle umgeben ist, benötigt, um eine mechanische Energie zu der Spitze des Katheters, die den Wandler ent­ hält, zu übertragen. Ein langes Kabel kann die Energie nicht gleichmäßig zu der Katheterspitze übertragen, um den Wand­ ler oder den Reflektor gleichmäßig zu drehen. Ferner ist die Sonde für ein Versagen nach einer bestimmten Zeit anfällig, und zwar aufgrund der schnellen und wiederholten Drehung des Kabels innerhalb der Hülle. Andererseits muß der Motor, wenn ein solcher neben der Spitze des Katheters positioniert ist, klein sein. Solche zerbrechliche Motoren sind elektrisch und mechanisch komplex, was sie sehr teuer macht. Zusammen mit mechanischen Teilen, z. B. Kugellagern usw., die einer strengen Bewegung unterworfen sind, ist der Motor für ein Versagen anfällig. Es wird eine Ultraschallsonde mit einer strukturell einfachen Betätigungsvorrichtung an der Spitze des Katheters zum Bewegen eines Wandlers benötigt, um Gewebe abzutasten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine robuste Ultraschallsonde zum Abbilden von Gewebe von einem Hohlraum innerhalb des Körpers eines Patienten aus zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ultraschallsonde gemäß An­ spruch 1 und durch ein Verfahren zum Verwenden einer Ultra­ schallsonde gemäß Anspruch 10 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Ultraschallsonde zum Abbilden von Geweben von dem Inneren eines Körperhohlraums eines Patienten aus. Die Ultraschallsonde ist länglich und weist ein distales Ende auf, das zum Einführen in den Kör­ perhohlraum geeignet ist. Das proximale Ende der Ultra­ schallsonde bleibt außerhalb des Körpers.

Die Ultraschallsonde umfaßt ein Gehäuse in der Nähe des di­ stalen Endes der Ultraschallsonde, eine Ultraschallstrahl­ emittierungsanordnung mit einem drehbaren Teil und mit einem Treiber zum Erzeugen einer Drehbewegung an dem drehbaren Teil. Das Gehäuse weist einen Abschnitt auf, der akustisch transparent ist. Der drehbare Teil ist bewegbar und wirksam mit dem Gehäuse verbunden, d. h. der drehbare Teil kann in­ direkt mit dem Gehäuse beispielsweise über einen Elektroma­ gneten verbunden sein. Der drehbare Teil kann entweder auf sich befestigt einen Wandler zum Emittieren von Ultraschall oder einen Reflektor zum Reflektieren von Ultraschall von einer Ultraschallquelle aufweisen. In jedem Fall wobbelt der drehbare Teil Ultraschallenergie in einem ausgewählten Win­ kel, wenn sich derselbe dreht. Der Treiber ist in der Nähe des Wandlers positioniert, derart, daß alle Antriebsbewe­ gungen zum Treiben der Drehbewegung in der Nähe des distalen Endes der Ultraschallsonde auftreten.

Bei der Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung wird nicht länger ein Kabel zum Übertragen von Drehenergie von dem proximalen Ende zu dem distalen Ende der Ultraschallson­ de benötigt, wie es dagegen bei Geräten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. In der Tat muß keine Energie mecha­ nisch von dem proximalen Ende zu der Spitze der Ultraschall­ sonde übertragen werden. Die Ultraschallsonde der vorliegen­ den Erfindung kann auf vorteilhafte Weise zum Abbilden von Geweben in einem Körperhohlraum, z. B. in einem Blutgefäß, verwendet werden. Das Abbilden kann durch Abtasten eines Schallstrahls aus Ultrasschallpulsen über die Gewebe durch eine Drehbewegung einer Plattform, auf der ein Wandler befestigt ist, durchgeführt werden. Sobald sich die Platt­ form dreht, wobbelt der Wandler, der auf der Plattform be­ festigt ist, hin und her, wodurch der Schallstrahl in einem ausgewählten Winkel gewobbelt wird. Vorzugsweise dreht sich die Plattform um eine Drehlinie bei etwa der Mitte der Plattform auf eine schaukelnde (oder wippende) Art und Wei­ se. Bei der bevorzugten Vorrichtung ist die Drehlinie ein Torsionsarm, der verdrehbar ist, um eine Drehung der Platt­ form zu ermöglichen. Daher existiert kein mechanisches Glei­ ten, Rollen oder eine Reibungsbewegung. Dies reduziert das Risiko des Versagens der Ultraschallsonde.

Darüber hinaus ist im Gegensatz zu motorisierten Ultra­ schallsonden das elektromechanische System, das verwendet wird, um die Drehbewegung anzutreiben, bei der vorliegenden Erfindung relativ einfach. Keine komplizierte Stator- und Rotor-Vorrichtung wird an dem distalen Ende der Ultraschall­ sonde benötigt, an dem der Wandler positioniert ist. Daher kann ein kleiner Treiber, der zum Betätigen der Drehbewegung benötigt wird, mit gesteigerter Zuverlässigkeit für die Ul­ traschallsonde hergestellt werden. Dies wird die Herstellung einer Ultraschallsonde ermöglichen, die sogar in kleinen Blutgefäßen oder Körperhohlräumen verwendbar ist. Sowohl nach vorne ausgerichtete als auch seitlich ausgerichtete Wandler können in der gleichen Ultraschallsonde implemen­ tiert sein. Dies macht den Bedarf nach mehreren Instrument­ wechselvorgängen überflüssig, wenn sowohl nach vorne ausge­ richtete als auch seitlich ausgerichtete Fähigkeiten erfor­ derlich sind, wodurch die Zeit reduziert wird, die für das Abbildungsverfahren benötigt wird, und wodurch das Trauma reduziert wird, das aus dem Manövrieren des Katheters inner­ halb des Körpers resultiert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Aus Klarheitsgründen sind die Zeichnungen nicht immer maßstabsgetreu wiedergegegeben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ultraschall­ sonde gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Abbildungs­ führungsdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Führungsdraht gezeigt ist, wie er in ei­ nem Blutgefäß angeordnet ist;

Fig. 3A eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels eines Abbildungsführungsdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3B eine schematische Darstellung einer axialen Ansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3A, wobei die Drehrichtung dargestellt ist;

Fig. 3C eine schematische axiale Darstellung in Axialan­ sicht des weiteren Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3A, wobei die Drehrichtung dargestellt ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus­ führungsbeispiels einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels noch einer weiteren Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine isometrische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegen­ den Erfindung, wobei der Wandler in einer platten­ förmigen Stufe gezeigt ist;

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang einer Linie 7-7 von Fig. 6;

Fig. 8 eine Teilexplosionsansicht der Mikrobetätigungsvor­ richtung einer Ultraschallsonde gemäß der vorlie­ genden Erfindung, die einen Elektromagneten zeigt;

Fig. 9A eine Teilexplosionsansicht der Mikrobetätigungsvor­ richtung einer weiteren Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Elektromagneten zeigt;

Fig. 9B eine Teilexplosionsansicht der Mikrobetätigungs­ vorrichtung einer weiteren Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung, die einen Elektroma­ gneten mit einem Kern mit einem Finger zeigt;

Fig. 10 eine Schnittansicht von Materialschichten während des Bildens eines Ausführungsbeispiels einer Stufe bei der Herstellung der Mikrobetätigungsvorrichtung einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 11 eine Schnittansicht von Materialschichten während der Bildung eines Ausführungsbeispiels einer Stufe bei der Herstellung der Mikrobetätigungsvorrichtung einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Er­ findung, wobei die Herstellung einer Strukturierung einer Schicht aus magnetischem Material gezeigt wird;

Fig. 12 eine Schnittansicht von Materialschichten während der Bildung eines Ausführungsbeispiels einer Stufe bei der Herstellung der Mikrobetätigungsvorrichtung einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Er­ findung, wobei eine gebildete Schicht aus magneti­ schem Material gezeigt ist;

Fig. 13 eine Schnittansicht von Materialschichten während des Bildens eines Ausführungsbeispiels einer Her­ stellungsstufe der Mikrobetätigungsvorrichtung ei­ ner Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfin­ dung, wobei die Bildung eines Hohlraums gezeigt ist, in dem die Wandleranordnung gedreht werden kann;

Fig. 14 eine Schnittansicht von Materialschichten während des Bildens eines Ausführungsbeispiels einer Stufe bei der Herstellung der Mikrobetätigungsvorrichtung einer Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Er­ findung, wobei ein auf der Platte angeordneter Wandler gezeigt ist;

Fig. 15 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels ei­ ner Stufe in der Ultraschallsonde gemäß der vorlie­ genden Erfindung, wobei die Platte gedreht gezeigt ist, um in einer ersten Richtung ausgerichtet zu sein;

Fig. 16 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels ei­ ner Stufe bei der Ultraschallsonde gemäß der vor­ liegenden Erfindung, wobei die Platte gedreht ge­ zeigt ist, um in einer zweiten Richtung ausgerich­ tet zu sein;

Fig. 17 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbei­ spiels einer Stufe bei der Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Platte ge­ zeigt ist, die an dem Ende der Platte getragen ist;

Fig. 18 eine schematische Darstellung einer Draufsicht ei­ ner Stufe gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine kardanische Wandleranordnung gezeigt ist; und

Fig. 19 eine schematische Darstellung einer Stufe und eines elektrostatischen Betätigungssystems gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Ultraschallsonde, die eine Betätigungsvorrichtung in der Nähe der Sondenspitze aufweist, wobei dieselbe in den Körper eines Patienten ein­ führbar ist. Da die Betätigungsvorrichtung an der Spitze ist, wird ein langes System zum Übertragen von mechanischer Energie zum Übertragen von Energie von einem Motor oder ei­ ner ähnlichen mechanischen Betätigungsvorrichtung außerhalb des Körpers überflüssig. Somit besteht kein Bedarf nach schwierigen Merkmalen, wie z. B. Kabeln, zum mechanischen Drehen des Wandlers in Zyklen von 360° in einer Schutzab­ deckung oder Hülle.

Eine beispielhafte Ultraschallsonde der vorliegenden Erfin­ dung ist in Fig. 1 schematisch gezeigt. Die Sonde 100 weist einen distalen Endabschnitt 102 zum Einfügen in den Kör­ perhohlraum eines Patienten, z. B. in eine Arterie, und ein proximales Ende 103 für den Mediziner auf, um den Betrieb der Sonde zu steuern. Zwischen dem distalen Endabschnitt 102 und dem proximalen Ende 103 befindet sich ein länglicher Hauptkörper 104. Der längliche Körper 104 ist mit einem "Abbildungskopf" 106 an dem distalen Ende 108 der Ultra­ schallsonde verbunden. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck "distales" Ende der Ultraschallsonde auf das Ende, das in den Körperhohlraum eines Patienten eingeführt werden kann, z. B. in das Lumen eines Blutgefäßes. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck "Körperhohlraum" auf einen hohlen Bereich, der im allgemeinen von Wänden umgeben ist, obwohl der hohle Bereich nicht notwendigerweise voll­ ständig umschlossen sein muß. Ferner ist ein Körperhohlraum nicht auf ohne weiteres zugreifbare Hohlräume, wie z. B. den oralen Hohlraum, das Rektum und dergleichen, begrenzt. In der folgenden Beschreibung wird ein Blutgefäß als Beispiel für den Körperhohlraum verwendet, in dem die Ultraschallson­ de verwendet werden kann. Es ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung zur Verwendung in einer Vielzahl von Körperhohlräumen, wie z. B. in einer Herzkammer, in der Speiseröhre, in dem Bauch, in dem Darm, in dem Bauchhohl­ raum, in der Blase, in dem Uterus oder dergleichen, angepaßt werden kann.

Fig. 2 zeigt, wie die Ultraschallsonde 100 in einem Blut­ gefäß 112 angeordnet ist. Der Abbildungskopf 106 enthält eine Ultraschallemittierungsanordnung, welche einen Wandler und die Betätigungsvorrichtung zum Bewegen des Wandlers auf­ weist, um einen Ultraschallstrahl in dem Blutgefäß 112 abta­ sten zu lassen. Der Ultraschallstrahl besteht aus Pulsen. Das proximale Ende 103, welches von dem distalen Ende 108 entfernt ist, ist elektrisch mit einer Ultraschallsteuerung 114 (siehe Fig. 1) verbunden, die die Emission und den Emp­ fang von Ultraschall sowie das Lenken der Ultraschallemit­ tierungsanordnung steuern. Diese Steuerung 114 kann ferner die Fähigkeit besitzen, die elektronischen Signale zu analy­ sieren, die von der Ultraschallsonde als Ergebnis von Ul­ traschallsignalen, die von dem Abbildungskopf 106 empfangen wurden, übertragen werden. Vorzugsweise kann die Steuerung 114 ferner Daten speichern und anzeigen. In diesem Fall kön­ nen Computer, CRT-Monitore (CRT = Cathode Ray Tube = Katho­ denstrahlröhre) und dergleichen in der Steuerung 114 vorhan­ den sein.

Es wird bevorzugt, daß das proximale Ende 103 von der Steue­ rung entfernbar ist, um ein Einführen der Sonde zu einer ge­ wünschten Position in dem Körperhohlraum zu erleichtern. Ei­ ne längliche Hülle 116 ist derart gezeigt, daß sie einen we­ sentlichen Abschnitt des länglichen Körpers 104 der Ultra­ schallsonde 100 umgibt. Eine solche Hülle kann beispielswei­ se in den Körperhohlraum eingeführt werden, nachdem die Ul­ traschallsonde, z. B. in dem Fall, in dem die Ultraschall­ sonde ein Führungsdraht (oder "guide wire"= Leitsonde) ist, an der erwünschten Position plaziert worden ist. Eine solche Hülle kann zum Einführen verschiedener Objekte, z. B. eines angiographischen Katheters , von Schrittmacherkathetern, von Schneidewerkzeugen für die Atherektomie, usw., in den Kör­ perhohlraum verwendet werden. Statt einer Hülle kann die Struktur 116 ebenfalls beispielsweise der Katheter selbst sein. Es sei ins Auge gefaßt, daß eine abbildende Ultra­ schallsonde, die kein Führungsdraht ist, basierend auf der vorliegenden Offenbarung durch einen Fachmann hergestellt werden kann. Eine solche Nicht-Führungsdraht-Ultraschall­ sonde kann mittels einer Hülle oder eines Führungsdrahtes in den Körperhohlraum eingeführt werden.

Fig. 3A zeigt weitere Details eines Abschnitts eines Ausfüh­ rungsbeispiels einer Ultraschallsonde in der Form eines Ab­ bildungsführungsdrahts (als 100A in Fig. 3A bezeichnet) an dem distalen Ende 108. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der längliche Körper 104 des Abbildungsführungsdrahts 100A eine röhrenförmige Wand 121 auf, die mit dem Abbildungskopf 106 verbunden ist. Der Abbildungskopf 106 weist ein Gehäuse 122 zum Umgeben und Schützen einer Mikrobetätigungsvorrich­ tung 120A mit einer drehbaren Wandleranordnung 124A zum Emittieren und Empfangen von Ultraschallsignalen auf. Das Gehäuse 122 ist für Ultraschall, der von der Wandleranord­ nung 124A emittiert wird, akustisch im wesentlichen transpa­ rent (oder sonolucent). Alternativ kann abhängig von der Anwendung das Gehäuse 122 ein Fenster zum Emittieren und Empfangen von Ultraschall aufweisen. Ein Träger 126 ist in der Nähe der Mikrobetätigungsvorrichtung 120A positioniert und trägt dieselbe in starrer Beziehung zu dem Gehäuse 122 und zu der Wand 121 bis auf das flexible Wesen der Wand.

Der Abbildungsführungsdraht (d. h. die Ultraschallsonde) weist eine imaginäre Mittellinie auf, die sich longitudinal entlang des länglichen Körpers 104 erstreckt. Die Mittel­ linie des Abbildungsführungsdrahts neben dem Abbildungskopf 106 ist im wesentlichen eine gerade Linie und fällt mit der longitudinalen Achse 123 des distalen Abschnitts des Abbil­ dungsführungsdrahts 100A zusammen. Der Wandler 144 (siehe Fig. 6) ist seitlich von der Mikrobetätigungseinrichtung 120A positioniert. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Beschreibung verweist der Ausdruck "seitlich" auf eine Po­ sitionsbeziehung in einer Richtung radial zu der Achse 123 des Abbildungsführungsdrahts. Eine Flüssigkeit 127 ist in dem Gehäuse 122 enthalten. Die Flüssigkeit 127 paßt die Ul­ traschallimpedanz des Gehäuses 122 an, um Rückschwingungen zu reduzieren, die die Drehwirkung der Mikrobetätigungsvor­ richtung 120A dämpfen. Der Träger 126 kann ebenfalls eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit dem Gehäuse 122 bilden, um die Flüssigkeit zu enthalten, obwohl derselbe ebenfalls nicht-flüssigkeitsdicht sein kann, um eine Infusion von Fluid von dem proximalen Ende zu der Kammer zu erlauben, die durch das Gehäuse 122 definiert ist. Die Wandleranordnung 124A ist im allgemeinen planar und ihre Normalpunkte sind im allgemeinen senkrecht zu der Achse 123 des Abbildungsfüh­ rungsdrahts 100A. Sobald die Wandleranordnung 124A einen Ul­ traschallstrahl emittiert, schaukelt die Mikrobetätigungs­ vorrichtung 120A die Wandleranordnung 124A, um den Ultra­ schallstrahl in einer Ebene senkrecht zu der Achse 123 zu wobbeln, wie es in Fig. 3B gezeigt ist. Die Wobbelbewegung des Ultraschallstrahls ist durch den zweiköpfigen Pfeil E gezeigt.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind der Wandler und die Mikrobetätigungsvorrichtung derart angeordnet, daß der Ultraschallstrahl aus einer Ebene parallel zu der Achse 123 wobbelt. Der Wobbelweg des Ultraschallstrahls ist durch das Symbol ⚫, durch F markiert, gezeigt, das bezüglich Fig. 3C in die Seite hinein verläuft. Die Drähte zum Erregen des Wandlers auf der Wandleranordnung 124A und der Mikrobetäti­ gungsvorrichtung können entlang eines Kabels 129 innerhalb der röhrenförmigen Wandler 121 positioniert sein (siehe Fig. 3A). Ein relativ steifer, jedoch flexibler Drahtkern 128 be­ rührt den Träger 126 zum Einführen und Drängen des Führungs­ drahts in den Körperhohlraum. Vorzugsweise ist der Drahtkern 128 an dem Träger 126 angebracht, um das Einfügen zu er­ leichtern. Alternativ können der Kern 128 und das Kabel kom­ biniert sein, z. B. der Kern 128 kann der Kern eines Ko­ axialkabels sein, während der Außenleiter des Koaxialkabels mit Masse verbunden ist. Die Führungsdrähte der vorliegenden Erfindung besitzen die üblichen Strukturen, die es erlauben, daß ein Führungsdraht korrekt funktioniert. Die röhrenför­ mige Wand 121 des Führungsdrahts umfaßt beispielsweise Spu­ len, um es zu ermöglichen, daß der Führungsdraht flexibel ist. Beispielhafte Verfahren zum Herstellen, beispielhafte Verfahren zum Verwenden und beispielhafte Strukturen von Führungsdrähten sind beispielsweise in dem US Patent Nr. 5,517,989 (Frisbie u. a.), in dem US Patent Nr. 5,497,782 (Fugoso), in dem US Patent Nr. 5,520,189 (Malinowski u. a.) und in dem US Patent Nr. 5,548,948 (Hamm u. a.) be­ schrieben.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung ist der distale Abschnitt der Ul­ traschallsonde in Fig. 4 gezeigt, wobei der Wandler in der Wandleranordnung 124B distal bezüglich der Mikrobetätigungs­ vorrichtung 120B befestigt ist, wodurch eine Art und Weise geschaffen ist, um axial abzutasten, d. h. der Abtastwinkel kann einen Zentralwert allgemein entlang der Achse 123 der Ultraschallsonde aufweisen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Ultraschallson­ de, die in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine Wandleranordnung 124C in der Nähe des distalen Endes 108 der Ultraschallsonde 100C entlang der Sondenachse 123 getragen. Ein Wandler 124C emittiert einen Ultraschallstrahl axial zu dem proximalen Ende hin. Die Mikrobetätigungsvorrichtung 120 und ein dreh­ barer Reflektor 130 sind in einem schiefen Winkel zu der Achse 123 der Ultraschallsonde befestigt, derart, daß der Reflektor den axial gerichteten Ultraschallstrahl in einer radialen Richtung reflektiert. Sobald sich der Reflektor 130 dreht, wobbelt derselbe den Ultraschallstrahl zu Positionen seitlich bezüglich der Ultraschallsonde 100C, wodurch die Wand des Blutgefäßes 112 seitlich bezüglich der Ultraschall­ sonde abgetastet wird.

Fig. 6 zeigt eine Stufe 132 der Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter. Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht der Stufe 132 entlang der Linie 7-7 in Fig. 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Stufe 132 im all­ gemeinen plattenförmig. Bezüglich seiner Verwendung in die­ ser Anmeldung verweist der Auszug "Stufe" auf die Struktur, die das Substrat, die Platte, Torsionsarme, Magnetmaterial und den Wandler enthält, welche nachfolgend beschrieben werden. Ein Hohlraum 133 in der Stufe 132 ist von Wänden 134A, 134B, 134C, 134D umgeben, auf denen die Leisten 136A, 136B, 136C, 136D sind. Eine im allgemeinen rechteckige Plat­ te 138 wird auf zwei gegenüberliegenden Leisten 136A, 136C durch zwei Torsionsarme 140A, 140C getragen, wobei einer ungefähr um die Mitte jeder gegenüberliegenden Kante der Stufe 132 positioniert ist. Eine Platte 138, deren Dicke viel kleiner als ihre zwei anderen Abmessungen ist, wird auf den Torsionsarmen 140A, 140C balancemäßig gehalten, wobei der Schwerpunkt der Platte auf einer imaginären Linie ist, die die Torsionsarme verbindet. Die Torsionsarme 140A, 140C sind im allgemeinen senkrecht zu der Dickenabmessung. Auf diese Art und Weise wird eine minimale Anstrengung benötigt, um die Platte um die Torsionsarme zu drehen oder zu wenden. Wenn es erwünscht ist, kann der Schwerpunkt der Platte etwas außerhalb der Torsionsarme 140A, 140C sein, ohne das Verhal­ ten der Ultraschallsonde wesentlich zu beeinträchtigen. Be­ züglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung verweist der Ausdruck "Wandleranordnung" auf die Struktur, die die Plat­ te, den Wandler und das Magnetmaterial umfaßt, wenn es vor­ handen ist. Der Ausdruck "drehen" und "drehbar", wenn er sich auf das Bewegen der Platte oder der Wandleranordnung bezieht, beschreibt die Drehbewegung um die Trägerarme, die sich drehen oder wenden, als ob ein Drehgelenk vorhanden wäre. Daher wird die Verdrehbewegung an den Torsionsarmen, solange eine Drehung der Platte oder der Wandleranordnung oder eine Schwingung derselben beobachtet werden, als ob dieselbe auf einen Scharnier oder einem Drehgelenk ist, als "drehend" bezeichnet. Da die Torsionsarme 140A, 140C an den Wänden der Stufe 132 befestigt sind, bewegt sich die Platte 138 drehend auf eine schwankende Hin- und Her-Weise, wodurch eine Wobbelabtastung von dem Wandler, der an der Platte be­ festigt wird, ermöglicht wird.

Ein ferromagnetisches Material 142, z. B. ein Nickelferrit-("NiFe"-) Material, ist auf einer Oberfläche der Platte 138 schichtmäßig aufgebracht und bedeckt im allgemeinen diese Oberfläche. Auf diese Art und Weise wird sich die Platte an den Torsionsarmen drehen, statt daß sie versucht, sich als Ganzes nach oben und unten zu bewegen, wenn ein variierendes Magnetfeld an die Platte angelegt wird. Aufgrund der Ein­ fachheit der Herstellung ist das magnetische Material 142 vorzugsweise an der oberen Oberfläche der Platte 138 ge­ schichtet. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung verweist der Ausdruck "obere" Oberfläche auf die Oberfläche, die von dem Hohlraum 133 weggerichtet ist. Wenn es bevorzugt ist, kann das Magnetmaterial an der oberen Oberfläche der Platte 138 auf einer Seite der Dreharme 140A, 140C geschich­ tet sein, wobei es dann nur die Hälfte der Oberfläche be­ deckt.

Die Wandleranordnung 124 umfaßt das Magnetmaterial 142 und einen Wandler 144, der auf der oberen Oberfläche der Platte 138 befestigt ist. Elektrische Drähte 146A, 146C erstrecken sich von den Wandlerelektroden (in den Figuren nicht ge­ zeigt) zu Verbindungsanschlußflächen 148A, 148C. Die Ver­ bindungsanschlußflächen 148A, 148C können wiederum mit elek­ trischen Drähten 150A, 150C verbunden sein, um elektrische Energie zu dem Wandler 144 zu liefern. Alternativ kann einer oder mehrere der Drähte 146A, 146C, 150A, 150C durch geeig­ net dotierte Kanäle in den Torsionsarmen und in dem Rahmen der Stufe, d. h. der Stufe 132, ersetzt werden. Die Elektro­ den sind mit den Oberflächen des Wandlers 144 verbunden, um durch den piezoelektrischen Effekt Ultraschall elektrisch zu erzeugen und zu empfangen. Sobald der Wandler 144 erregt wird, und sobald die Platte 138 durch ein Variieren des Magnetfeld gedreht wird, strahlt der Wandler einen Ultra­ schallstrahl ab, um Gewebe in dem Blutgefäß normal bezüglich der planaren Oberfläche des Wandlers abzutasten.

Fig. 8 ist eine Explosionsansicht, die zeigt, wie die Mikro­ betätigungsvorrichtung bezüglich des Wandlers positioniert ist. Die Mikrobetätigungsvorrichtung 120E kann derart be­ trachtet werden, daß sie die Stufe 132 mit der Platte 138 (siehe Fig. 7) und den Torsionsarmen 140A, 140C sowie das Magnetmaterial 142, das auf der Platte geschichtet ist, auf­ weist. Die Wandleranordnung 124 wird durch die Drehbewegung der Platte 138 und die Torsionsarme 140A, 140C bewegt, die durch Variationen eines Magnetfeldes bewirkt wird, in dem das Magnetmaterial positioniert ist. Ein Elektromagnet 154 ist in der Nähe der Stufe 132, um das variierende Magnetfeld zu liefern. Der Elektromagnet 154 enthält eine Spule 156, die um einen Magnetkern 152 gewickelt ist. Ein elektrischer Strom kann durch die Spule 156 geleitet werden, um ein Variieren des Magnetfelds zu liefern. Der Magnetkern 152 des Elektromagnets 154 erstreckt sich parallel zu und vorzugs­ weise entlang der Achse 123 der Ultraschallsonde. Dies bedeutet, daß ein langer Magnetkern verwendet werden kann, um die Anzahl der Windungen der Spule zu erhöhen, da sich die Länge des Elektromagnets entlang der Achse 123 ausdehnen kann und bei diesem Ausführungsbeispiel nicht durch den Durchmesser der Ultraschallsonde begrenzt ist. Eine solche Betätigungsvorrichtung ist zur Verwendung in einer Ultra­ schallsonde, die der in Fig. 4 gezeigten ähnlich ist, geeignet. Die Spule 156 ist derart gewickelt, daß die Achse der Spule senkrecht zu der Ebene der Stufe 132 ist, wobei die Platte 138 im allgemeinen bei etwa der Achse der Spule positioniert ist, welche parallel zu der Achse 123 der Ultraschallsonde ist. Auf diese Art und Weise laufen die Magnetfeldlinien durch die Platte 138 in einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu der Ebene der Stufe 132. Die Stufe 132 kann an dem Elektromagneten 154 durch allgemeine Befe­ stigungseinrichtungen, wie z. B. durch einen Klebstoff, durch Halter, durch Klemmen und dergleichen, befestigt sein. Optional kann eine Röhre 160 mit einer Endplatte 162 verwen­ det werden, um die Stufe 132 und den Elektromagneten 154 zu halten und zu schützen. Es ist bekannt, daß, wenn ein kurzer Magnetkern verwendet wird, derart, daß der Elektromagnet und die Stufe 132 transversal in den Abbildungskopf 106 passen können, diese Anordnung der Platte 138 mit dem Elektromagnet 154 ebenfalls für eine Ultraschallsonde von Fig. 3A verwend­ bar ist.

Fig. 9A zeigt eine Explosionsansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels einer Wandleranordnung und einer Mikrobetä­ tigungsvorrichtung, welche speziell zur Verwendung bei einer Ultraschallsonde von Fig. 3A geeignet sind. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel ist die Stufe 132 im allgemeinen zu der Stufe 132 von Fig. 8 ähnlich. Der Elektromagnet 154Y weist einen U-förmigen Magnetkern 152Y auf. Der Magnetkern 152Y weist einen länglichen Magnetkernkörper 155A mit einem er­ sten Bein 155B und mit einem zweiten Bein 155C auf, die sich etwa senkrecht von seinen Enden erstrecken. Das erste Bein 155B ist distaler als das zweite Bein 155C in der Ultra­ schallsonde. Eine Spule 156Y ist um den Magnetkern 158Y gewickelt. Die Achse der Spule ist im allgemeinen parallel zu der Achse 123 der Ultraschallsonde, derart, daß ein langer Elektromagnet verwendet werden kann. Die Stufe 132 ist in der Nähe von und liegt vorzugsweise auf dem ersten Bein 155B an dem distalen Ende der Ultraschallsonde. Auf diese Art und Weise werden die Magnetfeldlinien in dem Elektromagneten 154Y von dem länglichen Magnetkernkörper 155A kanalisiert und laufen aus dem ersten Bein 155B durch die Stufe 132 aus. Sobald somit der Strom, der durch die Spule 156Y läuft, variiert, variiert das Magnetfeld des Elektromagneten und dreht die Platte an den Torsionsarmen 140AY und 140CY. Wieder in Fig. 8 kann der Elektromagnet 154Y in der Nähe der Stufe 132 positioniert sein, oder an derselben befestigt sein. Alternativ zu einem U-förmigen Magnetkern kann ein L-förmiger Magnetkern verwendet werden, welcher es immer noch ermöglicht, daß die Stufe 132 auf dem Arm an dem distalen Ende des Magnetkerns plaziert werden kann. Der Elektromagnet mit einem U-förmigen Magnetkern oder mit einem L-förmigen Magnetkern kann ebenfalls in einer Ul­ traschallsonde von Fig. 5 verwendet werden.

Die Stärke des Elektromagneten kann erhöht werden, indem die Anzahl von Windungen in der Spule erhöht wird, indem die Querschnittsfläche des Magnetkerns (und daher die Größe der Schleifen) erhöht wird, und indem der Strom in der Spule er­ höht wird. Da die Platte 138 (siehe Fig. 7 und Fig. 14) klein ist, und da nur Magnetfeldlinien, die durch das Magnetmaterial an der Platte laufen, durch die Drehbewegung beeinträchtigt werden, wie es in Fig. 9B teilweise gezeigt ist, kann der Elektromagnet 154Z einen Magnetkern 152Z ha­ ben, um die effektive Magnetfeldstärke zu erhöhen, der einen Finger 158A aufweist, der sich von einem größeren Körper 158B erstreckt. Der größere Körper 158B des Magnetkerns er­ laubt es, daß die Spule 156 größere Schleifen hat. An dem Finger 158A sind die Magnetfeldlinien konzentriert, um durch das Magnetmaterial an der Platte 138 zu laufen. Vorzugsweise kann ein Abstandshalter 159 mit einem Leerraum 159A zum Aufnehmen des Fingers 158A zwischen dem größeren Körper 158B des Magnetkerns und der Stufe 132 angeordnet werden, um dabei zu helfen, die Stufe an dem Elektromagneten 154C zu befestigen. Der Abstandhalter 159 kann planare Dimensionen aufweisen, die im allgemeinen zu denen der Stufe 132 ähnlich sind.

Bei den oben beschriebenen Anordnungen können die Stufe 132 und der Elektromagnet in dem Abbildungskopf 106 ohne Ver­ größern der radialen Abmessung des Abbildungskopfes ent­ halten sein. Verfahren zum Herstellen von Spulen und Elek­ tromagneten für Mikrobetätigungsvorrichtungen sind in der Technik bekannt. Bestimmte Verfahren umfassen das Verwenden einer Metallspule, z. B. durch Aufbringung, und bestimmte umfassen das Dotieren eines Siliziummaterials, um die leit­ fähige Spule für den Elektromagneten zu bilden. Siehe bei­ spielsweise in Wagner u. a. "Microactuators with Moving Magnets for Linear, Torsional or Multiaxial Motion", Sensors and Actuators, A. 32, 1992, Seiten 598-603; Kamins u. a., "Diffusion of Impurities in Polysilicon", J. Appl. Phys., 43 (1), Jan. 1972, Seiten 83-91; Mandurah u. a., "A Model for Conduction in Polycrystalline Silicon, Part 1: Theory", IEEE Trans. of Electron. Devices, Band ED-28, Nr. 10, Okt. 1981, Seiten 1163-1170.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können mehr als ein Wandler in dem Abbildungskopf 106 vorhanden sein. In der Tat kann mehr als eine Stufe vorhanden sein, wobei jede derart positioniert ist, daß der Wandler auf derselben einen Ultra­ schallstrahl in einer unterschiedlichen Richtung richtet. Dies kann beispielsweise durch Kombinieren der Wandleran­ ordnungen der Fig. 3A und 4 erreicht werden.

Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung

Die Mikrobetätigungsvorrichtung und die Wandleranordnung können durch Anpassen von Mikrobearbeitungsverfahren für Halbleiter, welche in der Technik bekannt sind, hergestellt werden, z. B. Judy und Müller, "Magnetic Microactuation of Torsional Polysilicon structures", Dig. Int. Conf. Solid- State Sensors and Actuators, Stockholm, Schweden, Juni 25-29, 1995, Seiten 332-339; Ahn und Allen, "A Fully Integrated Micromagnetic Actuator with a Multilevel Meander Magnetic Core", Tech. Dig. IEEE Solid-State-Sensor and Actuator Workshop, (Hilton Head ′92), Hilton Head Island, SC, Juni 22-25, 1992, Seiten 14-18; Liu u. a., "Out-of-Plane Permalloy Magnetic Actuators for Delta-Wing Control", Proc. IEEE Micro Electro Mechanical Systems (MEMS ′95), Amsterdam, Niederlande, Jan. 29 - Feb. 2, 1995, Seiten 7-12; Judy und Muller "Magnetic Microactuation of Polysilicon Flexure Structures", J. Microelectromechanical Systems, 4 (4), Dez. 1995, Seiten 162-169; und Pister u. a. "Microfabricated Hinges", Sensors and Actuators, A. 33, 1992, Seiten 249-256.

Die Fig. 10-14 zeigen, wie eine solche Mikrobearbeitung unter Verwendung eines Siliziumsubstrats, einer Opfer­ schicht, die aus beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂) oder Glas hergestellt ist, einer Platte und Torsionsarmen, die beispielsweise aus Polysilizium oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) bestehen, und auf der Platte einer Schicht aus Magnetma­ terial, z. B. Nickel-Ferrit- (hierin als NiFe bezeichnet) Permalloy, das aus 80% Nickel und 20% Eisen besteht, durchgeführt werden kann. In der Wissenschaftsliteratur wird dieses Material mit 80% Nickel und 20% Eisen manchmal als Ni₈₀Fe₂₀ dargestellt. Es sei angemerkt, daß andere Magnet­ materialien ebenfalls verwendet werden, solange sie durch den Elektromagneten angezogen werden können und die Platte zu drehen. Kurz gesagt wird ein Substrat mit einer Dicke um etwa die erwünschte Dicke einer Stufe 132 herum bereitge­ stellt. Eine Schicht 170 aus Opfermaterial, z. B. Silizium­ dioxid, wird auf dem Substrat 166 aufgebracht, gefolgt von einem Aufwachsfilm 172 aus entweder Polysilizium oder Sili­ ziumnitrid. Die Schicht aus Magnetmaterial, z. B. NiFe, wird auf der Polysilizium- oder der Siliziumnitridschicht aufge­ bracht. Dann werden durch geeignete Maskierungs- und Ätz­ techniken ausgewählte Abschnitte des Magnetmaterials (z. B. NiFe 178), der Impfschicht 174, des Plattenmaterial und der Opferschicht 170 entfernt, um die Platte 138 und die Tor­ sionsarme 140A, 140C zu bilden. Verfahren zum Bilden solcher geeigneter Schichten des Substrats 168, des Opfermaterials 170, des Plattenmaterials 172 und des Magnetmaterials (z. B. NiFe 178) sind in der Technik bekannt. Ein weiteres selek­ tives Ätzen des Siliziumsubstrats 168 wird das Bilden eines Hohlraums 133 erlauben.

Eine Alternative zu Polysilizium oder Siliziumnitrid ist Polyimid, z. B. PI-2611 von der DuPont Company (Wilmington, DE). Eine Polyimidschicht wird typischerweise durch Auf­ schleudern gebildet. Eine solche Schicht kann durch Trocken­ plasmaätzen geätzt werden. Polyimidmaterialien, die für sol­ che Anwendungen geeignet sind, sind kommerziell von chemi­ schen Zulieferern, wie z. B. der DuPont Company und der Ciba Geigy Corp. (Greensboro, NC) erhältlich. Verfahren zum Auf­ schleudern und Ätzen einer Polyimidschicht sind in der Tech­ nik bekannt. Siehe beispielsweise bei Ahn u. a., "A Planar Variable Reluctance Magnetic Micromotor with Fully Inte­ grated Stator And Wrapped Coils", Proc. IEEE Electro Mechanical Systems (MEMS ′93), Fort Lauderdale, FI, Febr. 7-10, 1993. Eine Schicht solcher Materialien, z. B. Sili­ ziumnitrid, Polysilizium, Polyimid, die verwendet werden können, um die Trägerarme zu bilden, wird hierin als eine "Wandler-Trägerschicht" bezeichnet, da die Trägerschicht und die Bodenschicht der Wandleranordnung an solchen Schichten gebildet sind.

Um das Verfahren zum Bilden der Stufe 132 der vorliegenden Erfindung darzustellen, wird nachfolgend ein Ausführungsbei­ spiel beschrieben, das eine Siliziumsubstratschicht, eine SiO₂-Opferschicht, eine Siliziumnitridplatte mit Torsionsar­ men und eine Magnetmaterialschicht aus NiFe aufweist. Es ist im allgemeinen bekannt, daß Glas und SiO₂ mit geeigneten Chemikalien, z. B. gepufferten hydrofluorischen Säuremi­ schungen (HF-Mischungen) geätzt werden können. Silizium kann mit Kaliumhydroxid (KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) geätzt werden. Glas, SiO₂, Polysilizium und Silizium­ nitrid können durch eine Plasmachemie trockengeätzt werden, wie es in der Technik bekannt ist. Siliziumnitrid kann ebenfalls mit Phosphorsäure (H₃PO₄) naßgeätzt werden. Es ist ebenfalls bekannt, daß diese Ätzverfahren jedes Material (z. B. Silizium, Siliziumnitrid, Polysilizium, SiO₂, NiFe) unterschiedlich beeinflussen. Dieser Unterschied ist auf­ grund von Material-inhärenten physischen und chemischen Eigenschaften vorhanden. Die unterschiedlichen Ätzraten für solche Materialien unter Verwendung einer breiten Vielzahl von Ätzmitteln wird die Fähigkeit ermöglichen, ein Material schnell und unterschiedlich dazu ein anderes sehr langsam zu ätzen.

Als Beispiel können Schichten aus Materialien, die in Fig. 10 gezeigt sind und Siliziumnitrid 172, SiO₂ 170 und Sili­ zium 168 jedoch nicht der leitfähige Impffilm 174 umfassen, betrachtet werden. Die Siliziumnitridschicht 172 kann litho­ graphisch maskiert und mit heißer H₃PO₄ bei etwa 50°C struk­ turiert werden. Die Säure wird vollständig durch die frei­ liegenden Siliziumnitridbereiche relativ schnell ätzen, wo­ bei sich die Ätzrate jedoch auf der freigelegten SiO₂- Schicht 170 beträchtlich verlangsamt, d. h. um Größenord­ nungen. Das lithographische Maskierungsmaterial oben auf der Siliziumnitridschicht kann durch ein Sauerstoffplasma mit einer minimalen Auswirkung auf die freiliegende SiO₂-Schicht 170 entfernt werden. Genauso wird das Sauerstoffplasma nicht die freigelegte Siliziumnitridschicht beeinträchtigen. In dieser Prozeßstufe wurde das lithographische Maskierungs­ material auf dem Siliziumnitrid entfernt, und die Öffnung in der Siliziumnitridschicht legt eine dünne Schicht aus SiO₂ frei. Ein kurzes zeitlich festgelegtes Eintauchen, z. B. von etwa 10 Sekunden, in einer 10 : 1-Hydrofluorsäure wird die freigelegte SiO₂-Schicht 170 entfernen. Das Siliziumsubstrat 168 ist nun freigelegt. Eine abschließende Ätzung mit KOH oder TMAH kann verwendet werden, um das Siliziumsubstrat 168 zu ätzen. Die korrekten Lösungen bei der korrekten Tempera­ tur werden die SiO₂-Schicht 170 und die Siliziumnitrid­ schicht 172 minimal beeinträchtigen. Eine korrekt zeitlich festgelegte Aussetzung der Materialien gegenüber TMAH oder heißer KOH wird in einem Silizium-geätzten Hohlraum resul­ tieren, der etwa durch die Öffnung im Siliziumnitrid 172 und im SiO₂ 170 definiert ist. Diese allgemeine Prozeßmethodolo­ gie wird verwendet, um die interessierende Struktur herzu­ stellen.

Ätzverfahren für verschiedene Materialien, die bei der Fest­ körperhalbleitertechnologie verwendet werden, sind in der Technik bekannt. Verfahren zum Ätzen von Siliziumdioxid sind beispielsweise in Steinbruchel u. a., "Mechanismen of dry etching of silicon dioxide - A case of study of direct reactive ion etching", J. Electrochem. Soc. Solid-state and Technology, 132 (1), Seiten 180-186, Jan. 1985; und Tenney u. a., "Etch Rates of Doped Oxide in Solutions of Buffered HF", J. Electrochem. Soc. Solid State and Technology, 120 (8), Seiten 1091-1095, Aug. 1973 beschrieben. Das Ätzen von Polysilizium ist von Bergeron u. a., "Controlled Anisotropic Etching of Polysilicon", Solid State Technologies, August 1982, Seiten 98-103; und B.L. Sopori, "A New Defect Etch for Polycrystalline Silicon", J. Electrochem. Soc. Solid State and Technology, 131 (3), Seiten 667-672, März 1984, be­ schrieben. Das Ätzen von Siliziumnitrid ist von van Gelder u. a., "The etching of Silicon Nitride in Phosphoric Acid with Silicon Dioxide as a mask", J. Electrochem. Soc. Solid State and Technology, 114 (8), Aug. 1967, Seiten 869-872, beschrieben. Das Ätzen von Silizium ist von M.J. Declercq, "A New CMOS Technology Using Anisotropic Etching of Silicon", IEEE J. of Solid State Circuits, Band SC-10, Nr. 4, Aug. 1975, Seiten 191-196, K.E. Bean, "Anisotropic Etching of Silicon", IEEE Trans. Electron. Devices, Band ED-25, Nr. 10, Okt. 1978, Seiten 1185-1193, Osamu Tabata, "pH-controlled TMAH etchants for silicon micromachining", Sensors and Actuators, A 53, 1996, Seiten 335-339, und Robbins u. a., "Chemical Etching of Silicon II. The System of HF, HNO₃, H₂O, und HC₂H₃OO₂", J. Of The Electrochemical Society,107 (2), Febr. 1960, Seiten 108-111 beschrieben. Der Wandler kann ebenfalls vor dem Ätzen des Siliziumsubstrats 168 auf der Magnetmaterialschicht aufgebracht werden.

Als darstellendes Beispiel, um eine Platte mit einem Wandler zu bilden, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, wird eine SiO₂-Opferschicht 170 mit erwünschter Form, Größe, Dicke und Struktur auf einem Siliziumsubstrat 168 gebildet. Die Opfer­ schicht 170 ist mit einer Wandlerträger- (Si₃N₄-) Schicht 172 bedeckt. Diese Si₃N₄-Schicht 172 wird dann mit einem Photolack bedeckt, maskiert und geätzt, um die erwünschte Größe, Gestalt und Struktur zu bilden, welche geeignet sind, um das Magnetmaterial und den Wandler zu tragen, und um die Strenge einer wiederholten Torsionsdrehung der Torsionsarme während des Betriebs auszuhalten. Ein leitfähiger Impffilm 174, der beispielsweise einen Chromfilm und einen Opferfilm enthält, wird dann auf der ausgewählten Oberfläche der Si₃N₄-Schicht 172 dampfabgeschieden, um das Aufbringen des Magnetmaterials zu erleichtern.

In Fig. 11 wird eine Schicht aus Photolack 176 verwendet, um Bereiche der Si₃N₄-Schicht 172 zu bedecken, auf denen das Aufbringen von Magnetmaterial nicht erwünscht ist. Eine NiFe-Schicht 178 der erwünschten Dicke wird dann auf dem Abschnitt der Si₃N₄-Schicht 172, d. h. auf der leitfähigen Impfschicht 174, die nicht von dem Photolack 176 bedeckt ist, elektroplattiert. In Fig. 12 bleibt nach-dem Entfernen des Photolacks und des leitfähigen Impffilms 174 in ausge­ wählten Bereichen eine NiFe-Schicht der erwünschten Größe, Dicke und Gestalt auf der Si₃N₄-Schicht 172 zurück.

Um das Substrat 168, das den Hohlraum 133 (siehe auch Fig. 6 und Fig. 14) definiert, zu formen, wird in Fig. 13 die Opferschicht 170 unter dem Abschnitt der Si₃N₄-Schicht 172, welcher dafür gedacht ist, die Platte 138 und die Torsions­ arme zu sein, durch HF geätzt. Nach dem Wegätzen des ausge­ wählten Materials der Opferschicht 170 ist der erwünschte Siliziumsubstratbereich freigelegt. Dieser freigelegte Si­ liziumsubstratbereich in dem Siliziumsubstrat 168 kann mit einer KOH-Ätzlösung oder mit einer TMAH-Lösung geätzt wer­ den, um die Tiefe des Hohlraums 133A zu vergrößern. Nach der Vollendung dieses Ätzens ist der Hohlraum 133, wie er in Fig. 14 gezeigt ist, gebildet. Ein Wandler 144 kann dann an der Platte 138 befestigt werden. Die Verbindungsanschlußflä­ chen 148A, 148C und die Drähte 146A, 146C können verwendet werden, um den Wandler über eine Kabelanordnung 150A, 150C mit der Steuerung 114 schnittstellenmäßig zu verbinden. Diese Schritte können mit allgemein bekannten Verfahren durchgeführt werden.

Abhängig von der Anwendung der Ultraschallsonde können die Größe, die Gestalt, die Dicke und andere Abmessungscharak­ teristika der Mikrobetätigungsvorrichtung und des Wandlers variieren, um an die Anwendung angepaßt zu sein. Eine intra­ vaskulare Ultraschallsonde kann beispielsweise Abmessungen haben, die viel kleiner sind, als die einer Endoskopieultra­ schallsonde. Für intravaskulare Ultraschallsonden kann das Substrat 168 im allgemeinen eine Dicke von etwa 100 bis 700 µm und vorzugsweise etwa 400 bis 500 µm haben. Die Platte 138 ist vorzugsweise rechteckig und weist eine Dicke von etwa 2000 bis 10 000 Å und vorzugsweise etwa 4000 bis 9000 Å auf. Die Platte 138 kann eine Breite von etwa 0,2 bis 0,7 mm und vorzugsweise etwa 0,3 bis 0,4 mm und eine Länge von etwa 0,2 bis 2 mm und vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 mm haben, um eine adäquate Oberfläche zu bilden, um den Wandler zu tragen. Die Torsionsarme 140A, 140C sind vorzugsweise relativ kurz im Vergleich zu der Breite der Platte, um in einer geringeren Belastung aufgrund des Gewichts der Platte zu resultieren. Die Torsionsarme 140A, 140C sollten jedoch ausreichend lang sein, um die Drehbewegung der Platte 138, um in einem erwünschten Winkel zu wobbeln, zu erlauben, welcher dem Winkel entspricht, der von der Normalen der Platte abgetastet wird. Dieser Winkel ist kleiner als 1800 und typischerweise etwa 10 bis 90°. Derselbe beträgt vorzugsweise ± 45° bezüglich der Normalen der Platte.

Typischerweise wird es bevorzugt, daß die Breite der Platte 138 nicht übermäßig ist, derart, daß die Platte nicht die Basis des Hohlraums 133 trifft. Eine breitere Platte würde ebenfalls eine größere Kraft erfordern, um die Platte 138 an den Torsionsarmen 140A, 140C zu drehen, und dieselbe würde in einem langsameren Wobbelzyklus resultieren. Im allge­ meinen kann die Platte 138 von einer Quadratform zu einer Rechteckform mit einem Verhältnis von Breite (d. h. der Seite senkrecht zu den Torsionsarmen) zur Länge von etwa 1 : 3 zu 1 : 1 und vorzugsweise etwa 1 : 2 variieren. Vorzugsweise ist die Länge parallel zu den Torsionsarmen 140A, 140C, um die Kraft zu verringern, die benötigt wird, um die Platte zu drehen.

Wie es vorher bemerkt wurde, wird das Magnetmaterial vorzugsweise auf der oberen Oberfläche der Platte 138 auf beiden Seiten der Torsionsarme 140A, 140C aufgebracht. Wenn die Schicht aus Magnetmaterial, z. B. NiFe-Schicht 178, derart gebildet ist, daß der Nordpol auf einer Seite und der Südpol auf der anderen Seite der Torsionsarme 140A, 140C auf der Oberfläche der Platte 138 ist, wobei ein Pol des Elek­ tromagneten (siehe beispielsweise Fig. 8, Elektromagnet 154)) unter der Platte ist, wenn ein Magnetfeld von dem Elektromagneten an die Platte 138 angelegt wird, wird das­ selbe eine Anziehungskraft auf das Magnetmaterial auf einer Hälfte der Platte und eine Abstoßungskraft auf das Magnetma­ terial auf der anderen Hälfte ausüben. Auf diese Art und Weise wird die Platte 138 um die Torsionsarme gedreht. Wenn der Elektromagnet die Polarität umkehrt, dreht derselbe die Platte 138 auf die entgegengesetzte Art und Weise.

Um den Oberflächenbereich der Platte effizient zu nützen, besetzt das Magnetmaterial vorzugsweise im wesentlichen die gesamte obere Oberfläche der Platte. Seine Dicke beträgt vorzugsweise weniger als 25% der Dicke der Platte, d. h. der Si₃N₄-Schicht. Verschiedene Modifikationen der obigen elektromagnetischen Betätigung können betrachtet werden. Der Pol des Elektromagneten kann beispielsweise unter einer Seite der Platte 138 plaziert sein. Eine andere Art und Weise zur Betätigung besteht darin, das Magnetmaterial auf der Platte 138 derart zu bilden, daß der eine Pol (z. B. der Nordpol) oben ist, während der entgegengesetzte Pol unten ist, und daß zwei Pole eines Elektromagneten derart positio­ niert werden, daß jeder unter einer anderen Hälfte der Plat­ te ist.

Vorzugsweise bedeckt der Wandler 144 im wesentlichen die gesamte obere Oberfläche des Magnetmaterials 178 und die der Platte 138 (die nicht durch das Magnetmaterial bedeckt ist), um die Oberfläche der Platte effizient zu verwenden. Der Wandler 144 weist die üblichen Elektroden, Drähte und ein Wandlerelement auf, wie es in der Technik für Wandler in Ultraschallsonden bekannt ist. Verfahren zum Herstellen von kleinen Wandlern für In-Körperhohlraum-Anwendungen, wie z. B. intravaskulare Anwendungen, sind in der Technik bekannt. Als Beispiel kann eine intravaskulare Ultraschallsonde eine Siliziumsubstratschicht mit einer Dicke von etwa 500 µm haben. Die Si₃N₄-Platte kann etwa 9000 Å dick, 400 µm breit und etwa 1000 µm lang sein. Die NiFe-Schicht 178 kann etwa 10 µm dick sein und bedeckt im wesentlichen die gesamte obere Oberfläche der Platte. Der Wandler kann aus einer Schicht aus piezoelektrischem Material (z. B. PZT Blei-Zir­ konium-Titanat) mit einer Dicke von etwa 80 µm hergestellt sein, und derselbe kann eine Viertelwellenlängenanpassungs­ schicht aus Graphit mit einer Dicke von etwa 40 µm und ein dickes Trägermaterial aus Epoxidharz und Wolfram mit einer Dicke von etwa 300 µm haben. Dieselbe kann im wesentlichen die gesamte obere Oberfläche der Platte bedecken, weshalb sie somit auch das NiFe bedeckt. Der Wandler kann ebenfalls aus einem Viertelwellenlängenmaterial mit einem geeigneten Anpassungsschichtmaterial, wie z. B. Graphit, sein. Sowohl akustische Anpassungs- als auch Träger-Techniken zum Her­ stellen von Wandlern sowie die verwendbaren Materialien sind in der Technik bekannt.

Die kombinierte Dicke des Wandlers, des Magnetmaterials, der Opferschicht und der Platte ist im Vergleich zur Länge und Breite derselben dünn. Somit ist die kombinierte Struktur im allgemeinen plattenförmig. Die Torsionsarme 140A, 140C können jeweils eine Länge von etwa 5 bis 20 µm aufweisen. Das Substrat 168 kann eine Dicke von etwa 400 bis 500 µm haben. Dies wird einen Hohlraum 133 mit einer Tiefe von etwa 300 bis 400 µm aufnehmen. Die Opferschicht 170 ist sehr dünn, im allgemeinen etwa 150 bis 500 Å. Daher hat die Stufe 132 etwa die gleiche Dicke wie das Substrat 168.

Wie es vorher angemerkt wurde, sind die Betätigungsvorrich­ tung und die Stufe 132 mit der Wandleranordnung in dem Ge­ häuse 122 positioniert, welches für Ultraschall im wesent­ lichen transparent ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise auf­ gebaut, um mechanisch robust zu sein, und dasselbe weist eine korrekte Dicke auf, um einer Manipulation beim Ein­ führungsverfahren zu widerstehen. Die Sonden der vorliegen­ den Erfindung besitzen die üblichen Strukturen, die eine korrekte Funktion typischer Sonden erlauben, z. B. einen Führungsdraht, einen Kern, um das Drängen des Führungsdrahts in den Hohlraum zu erleichtern, eine Niedrigreibungsoberflä­ che auf dem Hauptkörper, die dafür geeignet ist, daß eine Umhüllung gleitet und zu einer erwünschten Position geführt wird, und dergleichen. Übliche bekannte Techniken können zum Herstellen solcher Strukturen verwendet werden.

Betrieb der Ultraschallsonde

Eine Ultraschallsonde der vorliegenden Erfindung kann in einen ausgewählten Körperhohlraum mit in der Technik be­ kannten Standardverfahren eingeführt werden. Wenn eine Ultraschallsonde von Fig. 6 oder von Fig. 14 in Betrieb ist, steuert die Steuerung 114 (siehe Fig. 1) den Stromfluß in der Spule in dem Elektromagneten. Dies bewirkt, daß der Elektromagnet (in Fig. 6 oder Fig. 14 nicht gezeigt) sein Magnetfeld variiert, um die Magnetmaterialschicht 178, die ferromagnetisch ist, anzuziehen oder abzustoßen. Fig. 15 ist eine Schnittansicht der Stufe 132 mit einer Ausrichtung senkrecht zu der von Fig. 14, wobei die Platte 138 derart gedreht gezeigt ist, daß die Ebene der Platte einen Winkel mit der Ebene der Stufe bildet. Diese Position kann bei­ spielsweise durch Leiten eines elektrischen Stroms durch die Spule des Elektromagneten erreicht werden, um den Elektro­ magneten zu erregen, wodurch eine Hälfte abgestoßen wird, während die andere Hälfte der Magnetmaterialschicht 178 an­ gezogen wird. Wenn das Wandlerelement, z. B. das piezo­ elektrische Element, in dem Wandler 144 elektrisch erregt wird, werden Ultraschallpulse normal zu der Ebene des Wandlers, d. h. im allgemeinen normal zu der Ebene der Platte 138, gesendet. Wie es in Fig. 16 gezeigt ist, werden, wenn ein elektrischer Strom durch die Spule des Elektro­ magneten in der entgegengesetzten Richtung geleitet wird, die jeweiligen Hälften der Magnetmaterialschicht von dem Elektromagneten angezogen und abgestoßen, um die Platte 138 zu einem anderen Winkel bezüglich der Ebene der Stufe 132 zu bringen. Während sich die Platte 138 dreht, schwankt die Wandleranordnung 124 an den Torsionsarmen, derart, daß die Enden der Wandleranordnung hin- und herschwingen. Durch wiederholte zyklische Betätigung der Drehbewegung der Platte 138 wird die Wandleranordnung 124 über einen Winkelbereich gewobbelt, um Gewebe abzutasten, die die Ultraschallsonde umgeben.

Eine Art und Weise, um die Platte 138 vorzuspannen, derart, daß die Wandleranordnung 124 an einer erwünschten Position sein kann, wenn kein Strom durch die Spule des Elektromag­ neten läuft, besteht darin, einen Permanentmagneten (nicht in den Figuren gezeigt) beispielsweise in der Nähe der Magnetmaterialschicht 178 aufzunehmen. Die Größe und Stärke des Permanentmagneten ist derart ausgewählt, daß das kon­ stante magnetische Feld des Permanentmagneten eine durch­ gehende Kraft ausübt, um die Platte 138 zu einer erwünschten Position vorzuspannen. Um einen großen Bereich abzutasten, kann die Ultraschallsonde periodisch bewegt werden, um den Abbildungskopf (als 106 in Fig. 1 bezeichnet) zu unter­ schiedlichen Positionen oder Ausrichtungen zu bewegen. Dies kann beispielsweise durch Vorschieben oder Zurückziehen des Abbildungskopfs entlang der longitudinalen Achse der Sonde und durch Drehen der Ultraschallsonde um die longitudinale Achse erreicht werden.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Ultraschallsonde gemäß der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 17 gezeigt ist, umfaßt eine Platte 138Z, die an einem Ende mit einem Trägerarm (mit Trägerarmen) 140Z getragen und mit einer Wand 134Z verbunden ist, die einen Hohlraum 133Z umgibt. Diese Platte 138Z funktioniert ähnlich zu der Platte 138 von Fig. 16 und trägt eine Magnetmaterialschicht 178Z und einen Wandler 144Z. Ein solches Gerät kann beispielsweise mit dem Verfahren, das in Liu, u. a. (1995) siehe oben, oder mit dem Verfahren, das von Judy und Muller (1995), siehe oben, zum Herstellen von Mikrobetätigungsvorrichtungen mit Trägerbal­ ken oder Auslegern beschrieben ist, hergestellt werden. Wieder kann ein Permanentmagnet verwendet werden, um die Wandleranordnung in eine erwünschte Position vorzuspannen, wenn der Elektromagnet nicht betätigt wird.

Ein Wandler, z. B. der Wandler 144, kann verwendet werden, um Ultraschallsignale sowohl zu senden als auch zu empfan­ gen. Wie es vorher erwähnt wurde, wird die Steuerung 114 verwendet, um die Emission von Ultraschallsignalen zu steu­ ern und empfangene Ultraschallsignale zu analysieren. Sy­ steme zum Steuern, zur Emission, zum Empfang und zur Analyse von Ultraschallsignalen sind in der Technik bekannt.

Fig. 18 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Stufe 132 eine kardanische Wandleranordnung 124D aufweist, bei der die erste Platte 138D und eine zweite Platte 138E jeweils 90° zueinander gedreht werden. Die Platte 138D schwankt auf Torsionsarmen 140D und 140D′, wodurch bewirkt wird, daß die Wandleranordnung 124D als Ganzes schwankt. In der Mitte der Wandleranordnung 124D dreht sich eine Wandler­ unteranordnung 124E, welche die zweite Platte 138E aufweist, um Torsionsarme 140E, 140E′. Die Wandlerunteranordnung 124E weist ferner einen Wandler 144 auf, der die obere Oberfläche derselben bedeckt. Die Torsionsarme 140D, 140D′ sind mitein­ ander ausgerichtet, sie sind jedoch senkrecht zu den Tor­ sionsarmen 140E, 140E′, welche miteinander ausgerichtet sind. Bei der Wandlerunteranordnung 124E kann eine Schicht 142E aus Magnetmaterial auf der zweiten Platte 138E aufge­ bracht werden, und zwar mit einem unterschiedlichen Pol auf jeder Seite der Torsionsarme 140E, 140E′. Auf ähnliche Weise kann bei der Wandleranordnung 124D eine Schicht aus Magnet­ material 142D auf der ersten Platte 138D außerhalb der Wand­ lerunteranordnung 124E aufgebracht werden. Durch Anlegen von Magnetfeldern an die Wandleranordnung 124D und an die Wand­ lerunteranordnung 124E getrennt mittels von Elektromagneten kann der Wandler gedreht werden, und zwar, um um die Tor­ sionsarme 140D, 140D′ und um die Torsionsarme 140E, 140E′ zu schwanken.

Eine Art und Weise, um Magnetfelder getrennt anzulegen, besteht darin, einen Elektromagneten zu verwenden, der zwei konzentrische Spulen aufweist, derart, daß die innere Spule das Magnetfeld für die Wandlerunteranordnung 124E steuert, während die äußere Spule das Magnetfeld für die Wandleran­ ordnung 124D steuert, während das Magnetfeld über der Wand­ lerunteranordnung teilweise oder ganz aufgehoben werden. Somit kann eine Ultraschallsonde hergestellt werden, derart, daß sie dreidimensional abtasten, d. h. abbilden, kann, ohne daß ihr Kopf 106 (siehe Fig. 1 und 2) bewegt wird. Es sei jedoch ins Auge gefaßt, daß, wenn ein größerer Bereich in dem Körperhohlraum abgebildet werden soll, die Ultraschall­ sonde zu unterschiedlichen Positionen in dem Körperhohlraum bewegt werden kann.

Eine alternative Art und Weise, um die Drehbewegung des Wandlers um die Torsionsarme 140D, 140D′ und um die Tor­ sionsarme 140E, 140E′ zu betätigen, besteht darin, unterschiedliche Abschnitte der Platten 138D und 138E elektrostatisch (statt magnetisch) anzuziehen, wobei die in Fig. 19 gezeigte elektrostatische Vorrichtung verwendet wird. Bezüglich seiner Verwendung in dieser Anmeldung bezieht sich der Ausdruck "elektrostatische Kraft" auf eine Anziehungs- oder Abstoßungskraft, die aus dem elektrischen Feld zweier geladener Körper resultiert, die nahe aneinander angeordnet sind, jedoch nicht in Kontakt sind. Dies kann beispielsweise durch Positionieren einer Mesaanordnung unter jeder Hälfte der Platten 138D und 138E und durch Koordi­ nieren des Ladens jeder Mesaanordnung durchgeführt werden, um verschiedene Abschnitte der Platten anzuziehen. Bei die­ sem Ausführungsbeispiel sind der Aufbau des Substrats 68, der Opferschicht 170, der Platte 138 und der Wandleranord­ nung 124 zu dem Aufbau von Fig. 16 ähnlich, mit Ausnahme davon, daß kein Magnetmaterial auf der Platte aufgebracht ist. Eine metallisch leitfähige Mesaanordnung 190A, z. B. mit einer Pd/Ag-Legierung hergestellt, ist an dem Substrat 168 unter der Platte 138 auf einer Seite des Torsionsarms 140 befestigt. Eine zweite metallisch leitfähige Mesaanord­ nung 190B ist auf dem Substrat auf der anderen Seite des Torsionsarms 140 befestigt. Ein elektrostatischer Treiber 192A legt eine elektrostatische Kraft an, die auf die Me­ saanordnung 190A wirkt, um die Platte 138 zu drehen.

Fig. 19 ist nur aus darstellenden Gründen gezeigt. Ein Fach­ mann wird jedoch wissen, daß andere Schaltungsanordnungen aufgebaut werden können, um die Betätigungsfunktion durch­ zuführen. Eine Steuerspannung VC treibt den Transistor 194 mittels eines Steuerpulses. Wenn die Steuerspannung hoch ist, ist der Transistor gesättigt, und der Strom in dem Induktor 196 erreicht einen stabilen Wert, der von der Ver­ sorgungsspannung V+ und dem Widerstand R₁ abhängt. Wenn die Steuerspannung niedrig ist, wird der Transistor 194 aus­ geschaltet, und der Induktor bewirkt, daß Ladung durch die Diode auf die Mesaanordnung 194 übertragen wird. Die Platte 138 und die Mesaanordnung 190A wirken als Platten eines Kondensators und die elektrostatische Kraft zwischen den­ selben bewirkt, daß sie voneinander angezogen werden. Die Platte 138 kehrt in ihre neutrale Position zurück, wenn die Ladung über Leckwege verläuft, woraufhin die zweite Mesa­ anordnung 190B auf der gegenüberliegenden Seite die Platte in der entgegengesetzten Richtung anzieht. Die zweite Mesa­ anordnung 190B wird durch eine Treiberschaltung 192B gesteu­ ert, die zu dem elektrostatischen Treiber 192A ähnlich ist, derart, daß die Treiber koordiniert sind, um ihre entspre­ chenden Hälften der Platte 138 abwechselnd anzuziehen. Somit kann durch Steuern der angelegten Steuerspannung, z. B. VC, die Platte 138 hin- und hergedreht werden. Verfahren zum Mi­ kroherstellen kleiner elektrostatischer Mikrobetätigungsvor­ richtungen sind in der Technik bekannt. Siehe beispielsweise bei Garabedian u. a., "Microfabricated surface plasmon sensing system", Sensors and Actuators, A, 43 (1994), Seiten 202-207 und Richards u. a. "Surface-plasmon excitation using a polarization-preserving optical fiber and an index­ matching fluid opticall cell", Applied optics, 32 (16) (1993), Seiten 2901-2906.

Claims (10)

1. Ultraschallsonde (100) zum Abbilden von Geweben aus dem Inneren eines Patientenkörperhohlraums mit einer Wand, wobei die Ultraschallsonde (100) ein distales Ende (108), das zum Einführen in den Körperhohlraum geeignet ist, und ein proximales Ende gegenüber dem distalen Ende (108) aufweist, mit folgenden Merkmalen:

• (a) einem länglichen Hauptkörperabschnitt (104); und
• (b) einem Endabschnitt (102), der distal mit dem läng­ lichen Hauptkörperabschnitt (104) verbunden ist und folgende Merkmale aufweist:
  • (i) ein Gehäuse (122) mit einem Abschnitt, der im wesentlichen transparent für Ultraschall ist, wobei das Gehäuse (122) in der Nähe des dista­ len Endes (108) der Ultraschallsonde (100) ist;
  • (ii) eine Ultraschallstrahlsendeeinrichtung (z. B. 124A) in dem Gehäuse (122) zum Senden eines Ultraschallstrahls, wobei die Einrichtung einen Wandler (z. B. 144) zum Emittieren des Ultraschallstrahls und ein drehbares Bauglied (138) aufweist, welches den Ultraschallstrahl in eine ausgewählte Richtung richtet, wobei das drehbare Bauglied (138) durch einen oder mehrere Trägerarme (z. B. 140A, 140C) getragen ist, welche in dem Gehäuse wirksam verbunden sind, wobei die Trägerarme (z. B. 140A, 140C) durch Torsion oder Biegung erlauben, daß sich das drehbare Bauglied drehmäßig hin- und her­ bewegt, um den Ultraschallstrahl an der Wand des Körperhohlraums zum Abbilden zu wobbeln; und
  • (iii) einen Treiber (z. B. 120A) in dem Gehäuse (122) zum Treiben der Drehbewegung des dreh­ baren Bauglieds (138), wobei der Treiber in der Nähe des Wandlers (z. B. 144) positioniert ist, derart, daß alle treibenden Bewegungen in der Nähe des distalen Endes (108) der Ultra­ schallsonde (100) auftreten.

2. Ultraschallsonde gemäß Anspruch 1, bei der der längliche Hauptkörperabschnitt (104) eine Oberfläche aufweist, auf der eine Umhüllung (116) glei­ ten kann, um entlang des länglichen Hauptkörperab­ schnitts (104) zu einer erwünschten Position geführt werden zu können.

3. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der das drehbare Bauglied (138) plattenförmig ist und Trägertorsionsarme (140A, 140C) aufweist, welche mit einem festen Träger (z. B. 136A, 136C) verbunden sind, der in dem Gehäuse (122) befestigt ist, wobei die Trä­ gertorsionsarme (140A, 140C) flexibel oder verdrehbar sind, um die Drehbewegung des drehbaren Bauglieds (13) zu erlauben.

4. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das drehbare Bauglied (138) einen Trägerarm (140A, 140C) aufweist, der hauptsächlich aus einem Ma­ terial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polysilizium, Siliziumnitrid und Polyimid besteht.

5. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das drehbare Bauglied (138) einen Reflektor (130) zum Reflektieren des Ultraschallstrahls oder den Wandler (144) zum Emittieren des Ultraschallstrahls auf­ weist, um den Strahl in die ausgewählte Richtung zu richten.

6. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das drehbare Bauglied (138) einen Wandler (144) zum Emittieren des Ultraschallstrahls und zum Richten des Strahls in die ausgewählte Richtung aufweist.

7. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Treiber entweder eine elektrostatische Ein­ richtung (192A, 192B) oder einen Elektromagneten (154) zum Treiben der Drehbewegung aufweist, um den Ultra­ schallstrahl zu wobbeln.

8. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Treiber keine Drehvorrichtung zum Treiben einer Drehbewegung in der Ultraschallstrahlsendeein­ richtung aufweist, und den Ultraschallstrahl in 360°-Zyklen zu wobbeln.

9. Ultraschallsonde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das drehbare Bauglied (138) einen Wandler (144) aufweist und einen Zentralwert hat, derart, daß das drehbare Bauglied sich etwa um den Zentralwert dreht, um einen Ultraschallstrahl zu wobbeln, wobei der Treiber (z. B. 120A) eine Schicht aus Magnetmaterial auf dem drehbaren Bauglied aufweist, derart, daß sich das dreh­ bare Bauglied als Reaktion auf ein variierendes magne­ tisches Feld dreht.

10. Verfahren zum Verwenden einer Ultraschallsonde (100) mit einem plattenförmigen Ultraschallsender (138) auf einem oder mehreren Trägerarmen (z. B. 140A, 140C), wobei der Ultraschallsender (138) einen Wandler (z. B. 144) auf­ weist und in einem Gehäuse (122) an dem Einführungsende (108) der Ultraschallsonde positioniert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• (a) Einführen der Ultraschallsonde (100), die den plat­ tenförmigen Ultraschallsender (138) mit dem Wandler (z. B. 144) aufweist, in einen Körperhohlraum;
• (b) Erzeugen eines Ultraschallstrahls mit dem Wandler (z. B. 144); und
• (c) Bewegen des plattenförmigen Ultraschallsenders (138) um den einen oder die mehreren Trägerarme (z. B. 140A, 140C) durch Biegen oder Torsion drehmäßig hin und her, um den Ultraschallstrahl in dem Körperhohl­ raum schwingend zu wobbeln, um Gewebe abzubilden.