DE102006033229A1

DE102006033229A1 - Ultraschallsonde und Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen

Info

Publication number: DE102006033229A1
Application number: DE102006033229A
Authority: DE
Inventors: Uwe Detlef Dr.rer.nat. Zeitner; Sicco Ian M.Sc. Schets; Eliseo Ventura Sobrino
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; eZono AG
Current assignee: Ezono Ag De
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-07-19
Also published as: US20100043561A1; US8240211B2; WO2008009442A2; EP2041534A2; DE102006033229B4; WO2008009442A8; WO2008009442A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur optischen Detektion der an einem Gegenstand oder Körper reflektierten Ultraschallwellen. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen mittels einer Ultraschallsonde, bei dem von einem Ultraschallsignalgeber ausgesandte Ultraschallwellen an einem Gegenstand oder Körper reflektiert oder transmittiert werden und die reflektierten oder transmittierten Ultraschallwellen durch optische Detektionseinheiten registriert werden, indem durch die reflektierten Ultraschallwellen eine in der Ultraschallsonde integrierte und mit dem Körper in Kontakt stehende Membran zu einer Schwingung angeregt wird, was zu einer Änderung der optischen Weglänge eines auf die Membran gerichteten Lichtstrahls führt. Diese Veränderung der optischen Weglänge kann dann interferometrisch bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallsonde zur optischen Detektion der an einem Gegenstand oder Körper reflektierten Ultraschallwellen. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen mittels einer Ultraschallsonde, bei dem von einem Ultraschallsignalgeber ausgesandte Ultraschallwellen an einem Gegenstand oder Körper reflektiert oder transmittiert werden und die reflektierten oder transmittierten Ultraschallwellen durch optische Detektionseinheiten registriert werden, indem durch die reflektierten Ultraschallwellen eine in der Ultraschallsonde integrierte und mit dem Körper in Kontakt stehende Membran zu einer Schwingung angeregt wird, was zu einer Änderung der optischen Weglänge eines auf die Membran gerichteten Lichtstrahls führt. Diese Veränderung der optischen Weglänge kann dann interferometrisch bestimmt werden.
Ultraschallsysteme bestehen üblicherweise aus einem Schallkopf, der die Signale in den Körper sendet und die Echos empfängt, sowie einem System, das die empfangenen Echos zu Bildern verarbeitet. Ein Schallkopf beinhaltet in der Regel eine Matrix von Ultraschallsignalgebern, die Ultraschallenergieimpulse in die zu untersuchende Körperregion sendet und reflektierte Ultraschallenergieimpulse von der zu untersuchenden Region wieder empfängt. Die Signalgeber (vergleichbar mit Mikrophonen) wandeln die empfangenen Ultraschallenergieimpulse in schwache elektrische Signale um, die über ein Kabel in die Verarbeitungseinheit gelangen. Durch das sog. „Beamforming" werden die ankommenden Signale der einzelnen Signalgeber kombiniert. Die Verarbeitungseinheit erzeugt ein Bild der untersuchten Körperregion mittels Signal- und Bildverarbeitungsprozessen. Matrizen werden zur dynamischen Fokussierung für die Bildkonstruktion und zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses verwandt. Letzteres stellt einen sehr wichtigen Faktor im Design des Gesamtsystems dar.
Konventionelle Ultraschallköpfe bestehen aus Matrizen von piezoelektrischen Signalgebern die über qualitativ hochwertige Mikro-Koaxialkabel mit der Verarbeitungseinheit verbunden sind. Für die Bildgewinnung in guter Qualität wird eine Vielzahl von Signalgebern benötigt. Eine höhere Anzahl an Signalgebern heißt aber auch, dass sich die Komplexität des Schallkopfes aus folgenden Gründen dramatisch erhöht:

• Die akustische Impedanz (Wellenwiderstand) der piezoelektrischen Signalgeber muss der des Körpergewebes angepasst werden. Dies geschieht durch die Nutzung von verschiedenen Silikongummischichten, die jeweils ¼ der Wellenlänge dick sind.
• Ausgesandte Signale sind 100dB „lauter" als die empfangenen Signale. Entsprechend sind sehr weite Aussteuerungsbereiche notwendig.
• Da der Zeitabstand zwischen den ausgesandten und reflektierten Signalen nur wenige Mikrosekunden beträgt, wird zum Erreichen einer hohen axialen Auflösung eine komplexe Dämpfung notwendig, um Geräusche nach dem Senden zu vermeiden und den Puls zu verkürzen.
• Die einzelnen Signalgeber in der Matrix müssen voneinander isoliert sein, um sowohl akustische als auch elektrische Interferenzen zu vermeiden. Dies stellt einen gigantischen Aufwand im Design und der Produktion nicht nur der Signalgebermatrix sondern auch im Kabel und in der Schnittstelle zur Verarbeitungseinheit dar. Entsprechend kann nur eine begrenzte Zahl von Signalgebern eingesetzt werden, was die Bildqualität auf einem niedrigen Niveau hält.
• Die von den piezoelektrischen Signalgebern erzeugten elektronischen Signale sind in der Größenordnung von wenigen Mikrovolt. Deshalb können nur extrem hochwertige Mikro-Koaxialkabel verwandt werden, um ein Übersprechen zwischen den Kanälen zu vermeiden. Durch die schnelle Verminderung der Signalstärke können die Kabel auch nicht sehr lang sein, was die Nutzbarkeit im klinischen Alltag einschränkt.

Während für die Bildqualität gilt, dass mehr Signalgeber vorteilhaft sind, ist dies, wie oben beschrieben, für die Kosten des Systems und den Nutzerkomfort nicht der Fall.
Die Elektronik eines konventionellen Ultraschallsystems ist äußerst komplex. Die Systeme müssen den hohen Anforderungen hinsichtlich weiter Aussteuerungsbereiche, hochfrequenter analoger Signale, die digitalisiert werden müssen, und der Datenverarbeitung von ein paar Dutzend Gigabit pro Sekunde genügen.
Alle konventionellen Systeme haben ein analoges Modul, das verschiedene Kanäle für die Übertragung und den Empfang der Signale besitzt. Jeder Kanal fängt ein analoges Signal ein, bereitet es auf und wandelt es in ein digitales Signal um. Im Fall der Übertragung erfolgt diese Signalaufbereitung in umgekehrter Reihenfolge. Je mehr Kanäle ein System besitzt, desto besser ist die Auflösung, das Signal-Rausch-Verhältnis und der Aussteuerungsbereich. Im Empfangsmodus ist die Rauschunterdrückung sehr wichtig, da die kleinsten Signale nur einige Nanovolt stark sind, was dem Niveau des Rauschens entspricht. Selbst mit sehr teuren, hochqualitativen Komponenten und neuesten Platinendesigns vermindert sich der Aussteuerungsbereich eines Systems wegen des Rauschens um die Größenordnung von 20dB. Dies ist eine sehr kritische Größenordnung, die für tiefe B-Modusbilder und Doppler-Strömungsmessungen sehr wichtig ist.
Heutige high-end-Systeme nutzen bis zu 256 Kanäle, um genau dieses Problem zu lösen. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist eine Explosion der Systemkosten, Stromverbrauch und Größe. Jeder Kanal erhöht die Materialkosten, vergrößert die Platinen und benötigt zusätzliche Leistung. Ferner erhöhen mehr Kanäle die Komplexität der gesamten Elektronik, was die Entwicklungskosten drastisch anhebt. Es gibt potentielle Verbesserungen durch analoge ASICs (Application Specific Integrated Circuits – applikationsspezifische integrierte Schaltkreise). Durch die geringe Zahl der verkauften Systeme – rund 30.000 bis 40.000 Ultraschallgeräte werden pro Jahr weltweit abgesetzt – ist dieser Ansatz sehr ineffizient.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Messung von Ultraschallwellen und eine entsprechende Ultraschallsonde bereitzustellen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile, die zuvor beschrieben wurden, beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch die Ultraschallsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird eine Ultraschallsonde zur optischen Detektion der an einem Gegenstand oder Körper reflektierten Ultraschallwellen bereitgestellt, der mindestens eine gegenüber Ultraschallwellen mechanisch sensitive Membran enthält, die bei einem auf die Membran gerichteten Lichtstrahl durch Schwingung der Membran eine Veränderung der optischen Weglänge herbeiführt. Weiterhin besitzt die Ultraschallsonde mit mindestens einem Ultraschallsignalgeber und mehreren Kanälen mit jeweils einer interferometrischen Detektionseinheit zur Bestimmung der Veränderung der optischen Weglänge.
Erfindungsgemäß wird somit ein neuer Ansatz zur Messung von Ultraschallechos zur Bildgewinnung mittels einer mikroskopischen Schaltmatrix von Interferometern ermöglicht. Dies impliziert eine komplett neue Technologie auf der Empfangsseite der reflektierten Echos von Ultraschallsystemen.
Mit der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde sind folgende wesentlichen Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik verbunden:

1) Die von dem optischen Detektor ausgegebene Spannungshöhe des Signals beträgt einige Millivolt und nicht Mikrovolt, wie im Fall herkömmlicher piezoelektrischer Systeme. Dies führt zu einem signifikant besseren Signal-Rausch-Verhältnis im analogen Modul der Verarbeitungseinheit. Der Verlust von 20dB im Fall der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme wird durch die optische Methode drastisch reduziert. Es wird erwartet, dass ein optisches System im Vergleich zum konventionellen Aufbau weniger Kanäle für die gleiche Bildqualität benötigt. Die höhere Spannung des Signals erfordert weniger und deutlich billigere analoge Komponenten pro Kanal. Dies alles führt zu einer dramatischen Reduktion der Kosten und verbessert das Preis-Leistungsverhältnis.
2) Eine piezobasierende Sendematrix wird auch bei der erfindungsgemäßen Sonde benötigt. Die Komplexität und Kosten der Matrix sind jedoch aus folgenden Gründen im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen deutlich geringer: a) Die zu übertragende Spannungsstärke ist hoch, wodurch keine hochqualitativen Koaxialkabel mehr benötigt werden. b) Die für den Sendemodus benötigte Elektronik ändert sich nicht, da der elektronische Schalt kreis für das Senden von der Empfangsseite getrennt ist.
3) Die optischen Schaltmatrizen sind einfacher, robuster und billiger herstellbar als piezoelektrische Matrizen. Im Falle der Piezomatrizen bewegen sich die Kosten der Matrix nicht linear mit der Anzahl der Elemente mit, sondern steigen überproportional an. Für die optischen Schaltmatrizen bewegen sich die Material- und Herstellungskosten in der gleichen Größenordnung wie für piezoelektrische Low-End-Matrizen und sind daher deutlich geringer als für High-End-Matrizen.
4) Da potentiell Millivolt-Signale bei den optischen Matrizen erzeugt werden, sind die Anforderungen an die Kabel für den optischen Empfang der Echos deutlich niedriger als im Fall der piezoelektrischen Matrizen. Damit können die Kabel auch deutlich länger werden, was den Nutzungskomfort erheblich verbessert.
5) Optische Schaltmatrizen erzeugen weniger Hitze als piezoelektrische Matrizen.
6) Im Gegensatz zum piezoelektrischen Verfahren benötigt das optische Verfahren nicht so viele Silikonschichten, um den akustischen Wellenwiderstand des Schallkopfes an den des Körpers anzunähern. Entsprechend verringert sich der Signalverlust.
7) Die optische Schaltmatrix kann mit jeder Ultraschallfrequenz arbeiten, was für piezoelektrische Matrizen nicht der Fall ist, da diese eine zentrale Resonanzfrequenz besitzen. Die Membran könnte sehr gut auf eine bestimmte Frequenz ausgerichtet werden, aber dieser Fakt ergibt trotzdem das Potential für erhebliche Kosteneinsparungen in der Produktion der optischen Schaltmatrix.

Hinsichtlich der Lichtquellen existieren verschiedene Varianten, diese in die Sonde zu integrieren oder eine externe Lichtquelle zu verwenden. Eine erste bevorzugte Variante sieht vor, dass die Sonde Lichtleitfasern und/oder Strahlteiler sowie eine Lichtquelle aufweist, um das von der Lichtquelle stammende Licht in mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen und diese in die einzelnen Kanäle einzukoppeln. Eine zweite bevorzugte Variante sieht vor, dass in jeden Kanal jeweils eine Lichtquelle integriert wird bzw. jedem Kanal eine Lichtquelle zugeordnet wird. Eine dritte Variante sieht vor, dass die Sonde Lichtleitfasern und/oder Strahlteiler aufweist, wobei eine externe Lichtquelle eingesetzt wird und das Licht dieser externen Lichtquelle in mehrere Lichtstrahlen aufgeteilt und in die einzelnen Kanäle geleitet wird.
Hinsichtlich des Typs von Lichtquelle bestehen grundsätzlich keine Beschränkungen. So können punktförmige Lichtquellen, insbesondere Laser, ebenso eingesetzt werden wie inkohärente Lichtquellen. Im Falle von inkohärenten Lichtquellen wird dann zusätzlich mindestens eine Linse zur Fokussierung des inkohärenten Lichts auf die Membran eingesetzt. Dies kann auch im Falle von Laserlichtquellen vorteilhaft sein.
Jedem optischen Kanal der erfindungsgemäßen Ultraschallsonde ist bevorzugt mindestens ein Photodetektor zugeordnet oder ein solcher Detektor wird in die jeweiligen optischen Kanäle direkt integriert. Besonders bevorzugt ist der Photodetektor hierbei eine Photodiode.
Bei der Wahl der Membran ist es bevorzugt, ein Material zu verwenden, das im Vergleich zum zu untersuchenden Gegenstand oder Körper eine vergleichbare Impedanz für die Ultraschallwelle aufweist. Als bevorzugte Materialien sind hier z.B. Polymere wie PVDF oder Silikone zu nennen. Die Membran weist dabei vorzugsweise den einzelnen Kanälen zugewiesene Bereiche auf, die ein Übersprechen auf die anderen Kanäle im wesentlichen verhindert.
Vorzugsweise schließt sich an die Membran auf der zur Lichtquelle gewandten Seite eine transparente Platte an. Die Dicke d der transparenten Platte stellt dabei die optische Weglänge des Lichtstrahls bis zur Membran dar. Eine bevorzugte Ausführungsform der Ultraschallsonde sieht vor, dass die transparente Platte bei der Dicke d/2 eine semitransparente Schicht aufweist, an der ein Teil des einfallenden Lichts reflektiert wird, während der andere Teil des einfallenden Lichts zur Membran passieren kann. Der reflektierte Teil des Lichts dient dabei als Referenzstrahl, während der passierende Teil des Lichts den Messstrahl darstellt. Die Position der semitransparenten Schicht kann bei Verwendung von Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes auch bei einer von d/2 abweichende Dicke liegen. Entscheidend ist, dass Mess- und Referenzstrahl näherungsweise gleiche optische Weglängen durchlaufen. Die transparente Platte weist an der der Membran abgewandten Oberfläche vorzugsweise eine bereichsweise Verspiegelung zur Reflektion des Referenzstrahls auf. Dabei besteht die transparente Platte vorzugsweise aus Glas, Kristall und/oder einem transparenten Polymermaterial.
Die Anordnung der einzelnen optischen Kanäle in der Ultraschallsonde ist beliebig, allerdings sind zeilenförmige bzw. arrayartige Anordnungen bevorzugt.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Ultraschallsonde mit einer Auswerteeinheit und/oder Bildverarbeitungseinheit koppelbar.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen mittels einer Ultraschallsonde bereitgestellt, bei dem von einem Ultraschallsignalgeber ausgesandte Ultraschallwellen an einem Gegenstand oder Körper reflektiert werden und die reflektierten Ultraschallwellen durch mehrere optische Detektionseinheiten registriert werden, indem durch die reflektierten Ultraschallwellen eine in der Ultraschallsonde integrierte und mit dem Gegenstand oder Körper in Kontakt stehende Membran zu einer Schwingung angeregt wird. Durch diese Schwingung wird mindestens ein auf die Membran fokussierter Lichtstrahl in seiner optischen Weglänge verändert, wobei die Veränderung der optischen Weglänge interferometrisch bestimmt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass jedes Interferometer, das dem einzelnen Kanal der Ultraschallsonde zugeordnet ist, die Empfangsfunktion des aus dem Stand der Technik bekannten piezoelektrischen Elements der Matrix des Schallkopfes ersetzt. Licht wird auf eine Membran fokussiert, die auf der Position des Interferometers auf der Haut aufliegt. Die durch Amplitude des Ultraschallechos verursachte Vibration der Membran an dieser Position wird in eine Variation der Lichtstärke mittels des Interferenz prinzips umgewandelt. Die Variation der Lichtstärke wird in ein elektronisches Signal mittels eines Photodetektors umgewandelt. Ein neues, stark vereinfachtes Datenerfassungssystem wandelt die analogen Signale in digitale um. Dieser Prozess wird für jedes einzelne Element der optischen Schaltmatrix parallel durchgeführt. Das digitale Signal wird dann in herkömmlicher Weise in der Verarbeitungseinheit in ein Bild umgewandelt.
Vorzugsweise wird die Veränderung der Lichtstärke mit einem Photodetektor in ein elektronisches Signal umgewandelt. Dieses analoge Signal kann dann vorzugsweise mit Hilfe eines AD-Wandlers in digitale Signale übersetzt werden. Dieser Prozess erfolgt vorzugsweise für jeden einzelnen Kanal der Ultraschallsonde in paralleler Weise. Das digitale Signal wird dann in herkömmlicher Weise mit einer Bildverarbeitungseinheit in ein Bild umgewandelt.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin bevorzugt, die optische Schaltmatrix in eine einzige feste Glasplatte zu integrieren. Hierdurch wird das System sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Ultraschallsonde näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
1 zeigt eine Frontalansicht des optischen Pfades einer erfindungsgemäßen Ultraschallsonde.
2 zeigt eine Seitenansicht des optischen Pfades einer erfindungsgemäßen Ultraschallsonde.
Das von der Lichtquelle kommende, kollimierte Licht fällt auf einen ersten Strahlteiler 1, den es zunächst passiert. Mit den Linsen 2 des Arrays, die sich auf der Vorderseite einer Glasplatte befinden, wird das Licht auf die Rückseite fokussiert. Dort befindet sich die ultraschallsensitive Membran 5 mit einer Verspiegelung 6 auf der Außenseite. Ein Teil des Lichts wird an einer teilreflektierenden Schicht 4 umgelenkt und auf die Referenzfläche 3 fokussiert, die sich in der gezeigten Anordnung zwischen Linse und Glasplatte befindet. Die Referenzfläche 3 ist reflektierend und kann zur Realisierung unterschiedlicher Phasenverschiebungen im Referenzstrahl lateral strukturiert sein. Das an der Membran 6 und der Referenzfläche 3 reflektierte Licht wird an der Strahlteilerschicht 4 wieder überlagert und durchläuft in umgekehrter Richtung zur Beleuchtung die Linsen 2 des Arrays, wodurch es wieder kollimiert wird. Anschließend tritt dieses Licht in den Strahlteiler 1 ein, wird von diesem vom Beleuchtungsstrahl getrennt und von der Linse 8 auf den Detektor 9 fokussiert. Die Linse 8 und der Detektor 9 sind ebenfalls in einem Array angeordnet, wobei jedem Detektionskanal (jeder Linse 2) jeweils eine Linse 8 und ein Detektor 9 zugeordnet sind.
Linse 2, teilreflektierende Schicht 4, Membran 5, Verspiegelung 6 und Referenzfläche 3 sind vorzugsweise als ein kompaktes Bauteil mit der Glasplatte verbunden, die gleichzeitig als Träger fungiert. Dadurch entfällt aufwändiges Justieren und die Dejustage infolge von Umwelteinflüssen kann minimiert werden. Zur Einsparung der zweimaligen Aufspaltung des Lichts im Strahlteiler 1 und an der Schicht 4 kann die Linse 2, die Membran 5 mit Verspiegelung 6 und die Referenzfläche 3 auch auf den Seitenflächen des Strahlteilers 1 angebracht werden. Dadurch kann die Strahlteilung an Schicht 4 entfallen und die Lichtausbeute steigt.

Claims

Ultraschallsonde zur optischen Detektion der an einem Gegenstand oder Körper reflektierten Ultraschallwellen enthaltend mindestens eine gegenüber Ultraschallwellen mechanisch sensitive Membran, die bei einem auf die Membran gerichteten Lichtstrahl durch Schwingung der Membran eine Veränderung der optischen Weglänge herbeiführt sowie mindestens einem Ultraschallsignalgeber und mehreren Kanälen mit jeweils einer interferometrischen Detektionseinheit zur Bestimmung der Veränderung der optischen Weglänge.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde Lichtleitfasern und/oder Strahlteiler sowie eine Lichtquelle aufweist, um das von der Lichtquelle stammende Licht in mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen und diese in die Kanäle zu leiten.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Kanal eine Lichtquelle integriert oder diesem zugeordnet ist.
Ultraschallsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde Lichtleitfasern und/oder Strahlteiler aufweist, um Licht einer externen Lichtquelle in mehrere Lichtstrahlen aufzuteilen und diese in die Kanäle zu leiten.
Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine punktförmige Lichtquelle, insbesondere ein Laser ist.
Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine inkohärente Lichtquelle ist, wobei die Sonde zusätzlich mindestens eine Linse zur Fokussierung des inkohärenten Lichts auf die Membran aufweist.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Kanal mindestens ein Photodetektor integriert oder diesem zugeordnet ist.
Ultraschallsonde nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor eine Photodiode ist.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus einem Material besteht, dass ein im Vergleich zum Material des Gegenstands oder Körpers vergleich bares Elastizitätsmodul aufweist.
Ultraschallsonde nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus einem Polymermaterial, z.B. PVDF, oder einem Silikon besteht.
Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran den einzelnen Kanälen zugewiesene Bereiche aufweist, die ein Übersprechen auf die anderen Kanäle im wesentlichen verhindern.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Membran eine transparente Platte anschließt, deren Dicke d die optische Weglänge des Lichtstrahls bis zur Membran bestimmt.
Ultraschallsonde nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Platte mittig bei der Dicke d/2 eine semitransparente Schicht aufweist, an der ein Teil des einfallenden Lichts (Referenzstrahl) reflektiert wird, während der andere Teil des einfallenden Lichts (Messstrahl) zur Membran passieren kann.
Ultraschallsonde nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Platte an der der Membran abgewandten Oberfläche bereichsweise eine Verspiegelung zur Reflexion des Referenzstrahls aufweist.
Ultraschallsonde nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Platte aus Glas, Kristall und/oder einem Polymermaterial besteht.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle zeilenförmig angeordnet sind.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle arrayartig angeordnet sind.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer Auswerteeinheit koppelbar ist.
Ultraschallsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde mit einer Bildverarbeitungseinheit koppelbar ist.
Verfahren zur optischen Detektion von Ultraschallwellen mittels einer Ultraschallsonde, bei dem von einem Ultraschallsignalgeber ausgesandte Ultraschallwellen an einem Gegenstand oder Körper reflektiert werden und die reflektierten Ultraschallwellen durch mehrere optische Detektionseinheiten registriert werden, indem durch die reflektierten Ultraschallwellen eine in der Ultraschallsonde integrierte und mit dem Gegenstand oder Körper in Kontakt stehende Membran zu einer Schwingung angeregt wird, wodurch mindestens ein auf die Membran punktförmig gerichteter Lichtstrahl in seiner optischen Weglänge verändert wird und diese Veränderung der optischen Weglänge interferometrisch bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht aus mindestens einer punktförmigen Lichtquelle, insbesondere einem Laser, stammt.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht mittels Linsen auf die Membran fokussiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Lichtstärke mit einem Photodetektor in ein analoges Signal umgewandelt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwandlung der analogen Signale in digitale Signale mittels AD- Wandler erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des einfallenden Lichtstrahls (Messstrahl) mit einem nicht auf die Membran gerichteten Lichtstrahl (Referenzstrahl) verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke des einfallenden Lichtstrahls (Messstrahl) mit zwei oder mehr nicht auf die Membran gerichteten Lichtstrahlen (Referenzstrahlen) verglichen wird, wobei die Phasen der Referenzstrahlen um etwa 90° oder andere Winkel verschoben sind, indem sich die optische Weglänge der Referenzstrahlen um etwa λ/4 oder andere Längen unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die interferometrische Bestimmung nach dem Mirau-Verfahren erfolgt.