DE69532850T2 - Ultraschall-wandler mit kleinen abmessungen zur intravaskularen bilderzeugung - Google Patents

Ultraschall-wandler mit kleinen abmessungen zur intravaskularen bilderzeugung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und folglich die Ultraschallwandlerkonstruktion allgemein sowie insbesondere die Konstruktion von Ultraschallwandlern zur Verwendung in Gefäßsonden, um Bilder von stenotischen Gebieten in einem Blutgefäß zu erzeugen.
  • Intravaskuläre bildgebende Katheter, die Ultraschallwandler enthalten, sind wohl bekannt. Bildgebende Katheter, die Echtzeitbilder bis 360° liefern können, besitzen meist einen Ultraschallwandler, der axial angebracht ist, d. h. der so angebracht ist, dass ein Ultraschallimpuls hauptsächlich längs der Katheterachse gesendet wird, wobei sie einen Schallreflektor verwenden, um den Ultraschallimpuls in eine zur Katheterachse senkrechte Richtung zu reflektieren. Alternativ kann ein Seitensichtwandler, d. h. ein Wandler, der so angebracht ist, dass ein Ultraschallimpuls in eine zur Katheterachse senkrechte Richtung gesendet wird, ohne Reflektor verwendet werden. Beispiele für mehrere Wandlerkonfigurationen sind in US 5 000 185 offenbart.
  • Wenn der Ultraschallwandler erregt wird, "klingt" er für einen kurzen Zeitraum mit einer Resonanzfrequenz, bevor das Klingen mechanisch auf eine unbedeutende Größenordnung gedämpft wird. Folglich wird von dem Wandler ein Ultraschallimpuls ausgesendet, der eine in Mikrosekunden definierte charakteristische Dauer und eine in Mikrometern definierte Länge besitzt. Typischerweise enthält ein Wandler ein Wandlerelement, das eine erste und eine zweite Hauptfläche besitzt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei an die zweite Hauptfläche ein Gegenelement geklebt ist. Der überwiegende Teil der von dem Wandlerelement erzeugten Ultraschallenergie wird in Form von Impulsen abgestrahlt, die sich in Richtungen ausbreiten, die senkrecht zu den Hauptflächen sind. Das Gegenelement dämpft Reflexionen eines in das Gegenelement abgestrahlten Ultraschallimpulses, um zu verhindern, dass Mehrfachimpulse in der zu der ersten Hauptfläche senkrechten Richtung ausgesendet werden. Die primären Mechanismen der Dämpfung sind der Ausbreitungsverlust, bei dem der Betrag der Dämpfung von der Strecke abhängig ist, die von dem Impuls durchlaufen wird, und der Reflexionsverlust, bei dem der Betrag der Dämpfung durch die Fehlanpassung der Impedanzen an den Grenzen des Gegenelements bestimmt ist. Dieses Gegenelement beeinflusst außerdem die mechanische Dämpfung des Wandlers und bildet einen Teil der Struktur zur Befestigung des Wandlers an dem Katheter.
  • Um hochwertige intravaskuläre Bilder zu erzeugen, ist es erforderlich, dass nur ein einziger Ultraschallimpuls gesendet wird, wenn das Wandlerelement durch einen elektrischen Impuls erregt wird, und dass ein einziger elektrischer Impuls abgegeben wird, wenn das Wandlerelement durch einen Ultraschallimpuls erregt wird. Um die Erzeugung von Mehrfachimpulsen zu verhindern, ist das Gegenelement folglich aus einem schalldämpfenden Material hergestellt und ausreichend dick, so dass die Echos, die von der Grenzfläche des Gegenelements und eines Hinterfüllmaterials zurückgeworfen werden, durch den Ausbreitungsverlust auf annehmbare Pegel gedämpft werden.
  • Es ist im Allgemeinen wünschenswert, den Durchmesser des Katheters zu minimieren, um seine Einführung in Blutgefäße mit kleinem Durchmesser zu ermöglichen. Die Dicke des Gegenelements ist normalerweise für einen axial angebrachten Wandler nicht kritisch, da die Dicke des Gegenelements den Durchmesser des Katheters nicht beeinflusst. Bei einem Seitensichtwandler ist jedoch der Minimaldurchmesser des Katheters häufig durch die Dicke des Wandlers und des Gegenelements bestimmt.
  • Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, einen Seitensichtwandler zu verwenden, weil die Reflektorstrebe in dem axialen System Bildfehler verursachen kann, und damit sich die Schallkoppelung zwischen der Spülflüssigkeit in dem Katheter und dem Wandler verbessert. Jedoch setzt die Verwendung eines Seitensichtwandlers mit einem Gegenelement, das dick genug ist, um Echos zu dämpfen, um die Erzeugung von Mehrfachimpulsen zu verhindern, eine untere Grenze für den Durchmesser des Katheters, was seinen Nutzen einschränken kann.
  • Aus GB 1 249 628 ist bekannt, das Klingen dadurch zu verringern, dass das Gegenelement in der Weise gestaltet wird, dass sich reflektierte Impulse mit Klangwellen in dem Wandler destruktiv überlagern. Aus US 4 297 607 ist bekannt, beim Anpassen der verschiedenen Komponenten des Wandlers die Impedanzen zu berücksichtigen. Ein System zum Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen und ebenso zum Einstellen der akustischen Impedanzen des Gegenelements und des Wandlers ist auch aus dem Artikel von F. S. Foster und J. W. Hunt mit dem Titel "The design and characterization of short pulse ultrasound transducers", Ultrasonics, Mai 1978, S. 116–122 bekannt. Aus WO 92/16 147 ist bekannt, ein Gegenelement ausreichender Dicke für eine gute Dämpfung bereitzustellen und einen vollen Einzelzyklusimpuls zu verwenden.
  • Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert und betrifft ein verbessertes Ultraschallwandlersystem mit einem dünnen Profil, das verhindert, dass Echos in dem Gegenelement Mehrfachimpulse erzeugen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung erzeugt ein Wandler einen elektrischen Impuls, der eine Zeitdauer von t Mikrosekunden besitzt, wenn er durch einen empfangenen Ultraschallimpuls erregt wird, und sendet einen Ultraschallimpuls, der eine Zeitdauer von t Mikrosekunden und eine räumliche Länge von L Mikrometern besitzt, wenn das Wandlerelement durch einen elektrischen Impuls erregt wird. Die Länge L ist auch gleich einer Anzahl NW von Wellenlängen bei einer Mittenfrequenz des abgeleiteten Ultraschallimpulses. Ein Gegenelement ist an ein Wandlerelement geklebt und besitzt eine Dicke von kleiner als oder gleich etwa NW/2 Wellenlängen bei der Mittenfrequenz.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Wandler in einem Gehäuse angebracht, das ein aus einem Füllmaterial hergestelltes Bett verwendet.
  • Der Wandler kann durch Bilden eines spitzen Haufens aus Füllmaterial, der den Wandler so positioniert, dass sich der Punkt der Spitze ungefähr in der Mitte einer Hauptfläche des Wandlers befindet, und kontinuierliches Absenken des Wandlers, um den spitzen Haufen gegen die Hauptfläche des Wandlers niederzudrücken, um eine Klebverbindung zu bilden, die im Wesentlichen frei von Luftblasen ist, an dem Bett angebracht werden.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in Anbetracht der folgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung offensichtlich.
  • 1A und 1B sind Prinzipdarstellungen eines Wandlers;
  • 2 ist eine Prinzipdarstellung eines in einem Gehäuse angebrachten Wandlers;
  • 3 ist ein Blockschaltplan eines Steuerungssystems;
  • 4 ist ein Schaubild, das abgeleitete und reflektierte Ultraschallimpulse in einem Gegenelement darstellt;
  • 5 ist eine graphische Darstellung, die primäre und sekundäre elektrische Impulse in einem System zeigt, das ein dickes Gegenelement verwendet;
  • 6 ist eine graphische Darstellung, welche die primären und sekundären elektrischen Impulse bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
  • 7 ist ein Schaubild, das einen spitzen Haufen aus Füllmaterial in der Wanne eines Gehäuses darstellt.
  • 1A und 1B sind Prinzipdarstellungen, die ein Ultraschallwandlersystem zeigen, das Ultraschall-Energieimpulse aussendet und erfasst; 2 ist eine Prinzipdarstellung des in einem distalen Gehäuse eines Katheters angebrachten Wandlers; und 3 ist eine Prinzipdarstellung eines typischen Systems zum Erregen des Wandlers, um einen Ultraschallimpuls auszusenden und um einen empfangenen Ultraschallimpuls zu erfassen.
  • Zunächst zu den 1A und 1B, in denen der Ultraschallwandler 10 ein einzelnes Wandlerelement 12 enthält, das Teil einer Baueinheit ist. Die Funktion des Wandlerelements 12 ist, Ultraschallimpulse in elektrische Impulse und elektrische Impulse in Ultraschallimpulse umzuwandeln, und das Wandlerelement ist aus PZT-Keramikmaterial hergestellt. Das Wandlerelement 12 besitzt eine blockähnliche Konfiguration und weist vordere und hintere gegenüberliegende Flächen 12F und 12B auf, die von metallischen leitenden Filmen 14 und 16 bedeckt sind, die aus einem geeigneten Material wie etwa Chrom oder Gold gebildet sind. Das Material der Filme kann aus einer Folie gebildet sein oder es kann die Form von Filmen haben, die auf die gegenüberliegenden Flächen des Wandlerelements 12 aufgedampft oder aufgestäubt sind. Die Filme 14 und 16 dienen als Elektroden, wobei die vordere Elektrode 14 einen Silberepoxidharzpunkt 18 besitzt, der darauf angeordnet ist, um sie mit einem Draht zu verbinden. Das Wandlerelement 12 kann an der Vorderfläche, die nicht in der Figur gezeigt ist, eine 1/4-Wellen-Impedanzanpassungsschicht haben.
  • Ein Gegenelement 22 eines geeigneten Trägermaterials ist an die Rückfläche des Wandlerelements 12 geklebt, um die von der Rückseite 12B des Wandlerelements 12 ausgesendete Ultraschallenergie abzuschwächen. Das Gegenelement 22 besitzt eine Vorderfläche 22F, die an die Rückfläche 12B des Wandlerelements 12 geklebt ist. Die spezielle Struktur des Gegenelements 22 wird unten beschrieben.
  • 2 veranschaulicht einen Wandler 10, der in einem distalen Gehäuse 24 angebracht ist. Der Wandler 12 ist auf einem Bett 26 aus Füllmaterial wie etwa aus Silberepoxidharz angebracht, und die Rückfläche 22B des Gegenelements 22 ist mit dem Bett 26 in Kontakt. In der bevorzugten Ausführungsform sind das Gegenelement 22 und das Bett 26 aus elektrisch leitenden Materialien hergestellt und dienen als Leiterbahn, die den elektrischen Kontakt zu der hinteren Elektrode 16 herstellt.
  • Anhand von 3 wird nun ein typisches System zum Erregen des Wandlers 10, um Ultraschallimpulse auszusenden und um empfangene Impulse zu erfassen, veranschaulicht. Dieses System ist nicht Teil der Erfindung und wird nur kurz beschrieben. Ein Zeitgebungs- und Steuerungsblock 30 steuert einen Sender 32, um eine Folge von Spannungsimpulsen mit einer vorgegebenen Dauer, die durch vorgegebene Pausen voneinander getrennt sind, auszusenden. Der Schalter 34 koppelt den Sender 32 mit dem Wandler 10, wenn die Impulse erzeugt werden, und koppelt während der Pausen zwischen den Impulsen einen Empfänger 36 mit dem Wandler 10.
  • Die empfangenen Impulse werden von einem Bilderzeugungssystem 38, das nicht Teil der Erfindung ist, verarbeitet. Die wesentliche Information, die verwendet wird, um ein Bild zu erzeugen, ist die Verzögerungszeit zwischen dem Senden eines Ultraschallimpulses und dem Zugang des empfangenen Impulses. Außerdem können auch andere Informationen wie etwa die Amplitude und die Phase des empfangenen Impulses verarbeitet werden.
  • Wie bekannt ist, schwingt das Wandlerelement 12, wenn ein Spannungsimpuls auf die Elektroden 14 und 16 gegeben wird, so dass ein Impuls erzeugt wird, der um eine Resonanzfrequenz, die durch die mechanischen und piezoelektrischen Eigenschaften des Wandlers 10 bestimmt ist, mittig ist. Somit wird eine Folge von Ultraschallimpulsen, die durch die vorgegebenen Pausen getrennt sind, gesendet.
  • Umgekehrt wird, wenn ein Ultraschallimpuls von dem Wandler 10 empfangen wird, an den Elektroden 14 und 16 ein Spannungsimpuls erzeugt, der durch den Empfänger 36 verstärkt und an das Bilderzeugungssystem 38 übertragen wird.
  • Die 4 und 5 stellen das Antwortverhalten des Wandlers 10 dar, wenn ein reflektierter Ultraschallimpuls empfangen wird, um einen elektrischen Impuls zu erzeugen, und wenn ein elektrischer Impuls empfangen wird, um einen Ultraschallimpuls zu senden. 4 ist ein vereinfachtes Schaubild des Wandlerelements 12, des Gegenelements 22 und des Betts 26, und 5 ist eine graphische Darstellung des Spannungsverhaltens des Wandlerelements 12, wenn ein Ultraschallimpuls empfangen wird.
  • Nun wird der Betrieb des Wandlers 10, um einen empfangenen Ultraschallimpuls zu erfassen, beschrieben. Wenn ein Ultraschallimpuls auf dem Wandler 10 auftrifft, erzeugt das Wandlerelement 12 über den Elektroden 14 und 16 einen primären Spannungsimpuls 40. Wenn derselbe Wandler zum Senden und zum Empfangen verwendet wird, ist die Bandbreite des von dem Wandler 10 empfangenen Ultraschallimpulses um eine Mittenfrequenz fr zentriert, die in etwa der Resonanzfrequenz des Wandlerelements 12 gleich ist, und führt zu einem abgeleiteten Ultraschallimpuls 42, der sich durch das Gegenelement 22 ausbreitet. Der abgeleitete Ultraschallimpuls 42 wird an der Grenzfläche der Rückfläche 22B des Gegenelements 22 und des Füllmaterials 26 reflektiert und bildet einen ersten reflektierten Ultraschallimpuls 44, der nach einer Zeit, die durch die Dicke des Gegenelements und durch die Schallgeschwindigkeit des Impulses in dem Trägermaterial bestimmt ist, auf das Wandlerelement 12 auftrifft.
  • Mathematisch gilt, wenn "c" die Schallgeschwindigkeit des Impulses in dem Gegenelement ist, "LB" die Dicke des Gegenelements ist und "t" die Laufzeit ist: t = 2LB/c Gleichung (1).
  • Wie in 5 dargestellt ist, wird ein sekundärer elektrischer Impuls 46 erzeugt, wenn der erste reflektierte Ultraschallimpuls 44 auf das Wandlerelement 12 auftrifft. Der primäre elektrische Impuls 40, der erzeugt wird, wenn der von den Blutgefäßwänden reflektierte Ultraschallimpuls auf das Wandlerelement 12 auftrifft, liefert Informationen, die benötigt werden, um ein Bild von einem Blutgefäß zu erzeugen. Andererseits ist der sekundäre elektrische Impuls 46 durch ein Echo von dem Gegenelement 22 verursacht und übermittelt keine Informationen. Jedoch könnte dieser sekundäre elektrische Impuls 46 durch das Bilderzeugungssystem 38 verarbeitet werden und einen "Bildfehler" in dem Bild erzeugen, falsche Informationen übermitteln oder wahre Informationen maskieren.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Wandlers 10, um einen Ultraschallimpuls zu senden, wenn er durch einen von dem Sender 32 gelieferten elektrischen Impuls erregt wird, beschrieben. Wie wiederum in 4 gezeigt ist, schwingt, wenn den Elektroden 14 und 16 ein Spannungsimpuls zugeführt wird, das Wandlerelement 12, um einen primären Ultraschallimpuls 50, der sich von der Vorderfläche 12F aus nach außen in das vaskuläre Medium ausbreitet, und einen abgeleiteten Ultraschallimpuls 42, der sich von der Rückseite 12B aus nach außen in das Gegenelement 22 ausbreitet, zu erzeugen. Ein Teil des abgeleiteten Ultraschallimpulses 42 wird von der Grenzfläche zwischen dem Gegenelement 22 und dem Hinterfüllmaterial 26 reflektiert und bildet einen reflektierten Impuls, der sich durch das Wandlerelement 12 in das vaskuläre Medium ausbreitet, so dass ein sekundärer Ultraschallimpuls 51 gebildet wird. Folglich werden Mehrfach-Ultraschallimpulse erzeugt, wenn die reflektierten Impulse nicht gedämpft werden. Falls Mehrfach-Ultraschallimpulse gesendet werden, dann werden die primären und die sekundären Ultraschallimpulse 50 und 51 von den Blutgefäßwänden reflektiert und von dem Wandler 12 erfasst. Der erfasste sekundäre Ultraschallimpuls 51 verursacht einen Bildfehler in dem Bild.
  • Wie aus 4 hervorgeht, wird die Amplitude des reflektierten Ultraschallimpulses 44, während er sich durch das Gegenelement ausbreitet, herkömmlich durch den Ausbreitungsverlust gedämpft. Jedoch ist bei einem Seitensichtwandler die Dicke bei dem Trägermaterial beschränkt, und eine annehmbare Dämpfung auf Grund des Ausbreitungsverlusts ist nicht möglich, was zur Erzeugung von Mehrfachimpulsen führt.
  • In 5 ist das Wandlerelement 12 in der Weise konstruiert, dass es bei einer Mittenfrequenz von 30 MHz in Resonanz tritt und einen Impuls erzeugt, der eine Länge von etwa 4,5 Wellenlängen NW besitzt. Zwischen der räumlichen Länge L und der Zeitdauer dt besteht die folgende mathematische Beziehung: dt = L/c Gleichung (2)und zwischen der Wellenlänge "w" und der Frequenz "f' besteht die folgende Beziehung: w = c/f Gleichung (3).
  • Wie wohl bekannt ist, hängt die Geschwindigkeit des Ultraschallimpulses in einem Medium von der Dichte und von den elastischen Eigenschaften des Mediums ab. Die Werte für die Geschwindigkeit und die Dichte sind für verschiedene Materialien in der wissenschaftlichen Literatur, beispielsweise in der Abhandlung mit dem Titel "Approximate Material Properties in Isotropic Materials" von Alan R. Selfridge, veröffentlicht in IEEE Transactions On Sonics and Ultrasonics, Bd. SU-32, Nr. 3, Mai 1985, verfügbar.
  • Unter Verwendung der Gleichung 3 beträgt die Wellenlänge bei einer Resonanzfrequenz von 30 MHz etwa 63 Mikrometer, wobei die Zeitdauer des Primärimpulses etwa 150 Nanosekunden beträgt.
  • Das Prinzip der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung ist in den 4 bis 6 gezeigt. Die Dicke des Gegenelements 22 ist so gewählt, dass der erste reflektierte Ultraschallimpuls 44 während der Abklingphase des Wandlers 10 an dem Wandlerelement 12 ankommt und reflektierte Ultraschallimpulse höherer Ordnung durch den Ausbreitungsverlust und den Reflexionsverlust auf Grund von Mehrfachreflexionen von der Vorderfläche 22F und der Rückfläche 22B des Gegenelements 22 gedämpft werden.
  • Wie in 6 dargestellt ist, überlagert der sekundäre elektrische Impuls 46, der sich aus dem ersten reflektierten Ultraschallimpuls ergibt, der auf den Wandler 10 auftrifft, das Abklingen des primären elektrischen Impulses 40. Da die Zeit des Empfangs des primären elektrischen Impulses 40 die wichtigste übermittelte Information ist, verschlechtert das Hinzufügen des sekundären elektrischen Impulses 46 zu dem Impulsschwanz des primären elektrischen Impulses 40 diese Information nicht und verursacht keine Bildfehler.
  • Folglich muss beim Erfassen eines empfangenen Ultraschallimpulses die vereinte Laufzeit des abgeleiteten Ultraschallimpulses 42 und des reflektierten Ultraschallimpulses 44 durch das Gegenelement kürzer als die Zeitdauer, beispielsweise 150 Nanosekunden, des primären elektrischen Impulses 40 sein. Wenn LB die Dicke des Gegenelements 22 ist, dann durchläuft der abgeleitete Ultraschallimpuls 42 eine Strecke von LB, und der erste reflektierte Ultraschallimpuls 44 durchläuft eine Strecke von LB, so dass die vereinte von dem Ultraschallimpuls durchlaufene Gesamtstrecke in dem Gegenelement der zweifachen Dicke des Gegenelements 22, d. h. 2LB, entspricht, bevor der reflektierte Ultraschallimpuls 44 auf das Wandlerelement 12 auftrifft. Mit der Gleichung (2), die die Entfernung und die Zeit in Beziehung setzt, muss die Dicke des Gegenelements 22 gleich oder kleiner sein als: LB = (dt × c)/2 Gleichung (4).
  • Alternativ kann LB in Wellenlängen für die Ultraschallemission in dem Gegenelement bei der Mittenfrequenz ausgedrückt werden. Wenn NW die Länge des Primärimpulses in Wellenlängen bei der Mittenfrequenz fr ist, dann muss die Breite des Gegenelements gleich oder kleiner sein als: LB (in Wellenlängen) = NW/2 Gleichung (5).
  • Die Formulierung der Gleichung (5) erlaubt eine Berechnung der Dicke des Gegenelements für eine ausgewählte Resonanzfrequenz, wenn der Wert von c für das Gegenelementmaterial bekannt ist.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist die Dämpfung durch den Reflexionsverlust erheblich, da das Gegenelement 22 sehr dünn ist. Während der Ultraschallimpuls zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Gegenelements 22 zurück- und weiterreflektiert wird, wird wegen der mangelnden Schallimpedanzanpassung an den Flächen nur ein Teil des Ultraschallimpulses von der Grenzfläche zurückreflektiert. Der Reflexionskoeffizient für den senkrechten Einfall, RB, an der Rückseite des Gegenelements wird mathematisch ausgedrückt als: RB = (ZF – ZB)/(ZF + ZB) Gleichung (6),wobei ZB die akustische Impedanz des Trägermaterials ist und ZF die akustische Impedanz des Füllmaterials an der Rückseite des Gegenelements ist. Wenn ZB beispielsweise 3 ist und ZF 1,5*106 kg/m2s (MRayl) ist, dann ist RB –0,3333, d. h., etwa 33% der Ultraschallwelle wird mit umgekehrter Phase reflektiert, wie durch das Minuszeichen des Reflexionskoeffizienten angegeben ist. Auf eine ähnliche Weise wird der Reflexionskoeffizient RF an der Vorderfläche des Gegenelements mathematisch ausgedrückt als: RF = (ZT – ZB)/(ZT + ZB) Gleichung (7),wobei ZT die akustische Impedanz des Wandlerelements 12 ist. ZT ist typischerweise etwa 33 und, wenn ZB 3*106 kg/m2s (MRayl) ist, dann ist RF etwa 0,8333, d. h., etwa 83% des reflektierten sekundären Impulses werden wieder in das Gegenelement reflektiert.
  • Wie in 4 dargestellt ist, wird die Amplitude der zweiten Reflexion 64 auf Grund zweier zusätzlicher Reflexionen, nachdem der Ultraschall viermal die Dicke LB des Gegenelements, d. h. 4LB verglichen mit einer Einzelreflexion nach dem Ausbreiten durch ein Gegenelement der Dicke 2LB, jedoch mit derselben Ausbreitungslänge 4LB, durchlaufen hat, stark gedämpft. Mathematisch wird die Amplitudenabschwächung auf Grund zweier zusätzlicher Reflexionen durch das Produkt der Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt: RB × RF = (ZF – ZB)/(ZF + ZB) × (ZT – ZB)/(ZT + ZB) Gleichung (8),d. h., wenn ZB = 3, ZF = 1,5 und ZT = 33*106 kg/m2s (MRayl) ist, wird die Amplitude der zweiten Reflexion 64 auf nur 28% der Amplitude eines Ausbreitungsweges mit einer einzigen Reflexion, jedoch bei einer gleichen Strecke, verringert.
  • Folglich führt die gewählte Dicke des Gegenelements 22 dazu, dass die erste Reflexion in den Primärimpuls absorbiert wird und dass die zweite Reflexion durch den Reflexionsverlust, der durch zusätzliche Reflexionen an den Grenzflächen des Gegenelements verursacht wird, stark gedämpft wird.
  • Wie wiederum aus 2 hervorgeht, sollte die Klebverbindung zwischen der Rückfläche des Gegenelements 22 des Wandlers 10 und dem Bett 26 frei von Luftblasen sein, um eine gute Schallkopplung sicherzustellen. Ein Verfahren zum Bilden einer solchen Klebverbindung, das als solches keinen Teil der Erfindung bildet, wird jetzt anhand der 2 und 7 beschrieben.
  • In 7 ist ein spitzer Haufen 70 aus leitendem Füllmaterial wie etwa Silberepoxidharz in einer Wanne 72 des Gehäuses 24 ausgebildet. Der Wandler 10 wird dann in der Weise positioniert, dass das spitze obere Ende des spitzen Haufens die Rückfläche des Wandlers 10 nahe der Mitte der Rückfläche berührt. Der Wandler 10 wird dann kontinuierlich abgesenkt, um das spitze obere Ende des spitzen Haufens gegen die Rückfläche des Wandlers 10 niederzudrücken. Es ist festgestellt worden, dass durch das Verwenden eines spitzen Haufens und das kontinuierliche Absenken des Wandlers 10, ohne die Bewegung umzukehren, im Wesentlichen keine Luft zwischen der Rückseite des Wandlers 10 und dem Bett 26 eingeschlossen wird.
  • Die Erfindung ist jetzt anhand der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Alternativen und Ersetzungen sind nun Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich. Obwohl beispielsweise das in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Wandlerelement 12 ein PZT-Keramikelement ist, können andere Wandlerelemente wie beispielsweise piezoelektrische Polymere wie PVDF oder piezoelektrische Verbundwerkstoffe verwendet werden. Außerdem kann das Prinzip der Erfindung auf eine Wandleranordnung angewendet werden, die aus mehreren Wandlerelementen zusammengesetzt ist. Ferner können die Prinzipien der Erfindung auf Wandlerelemente wie etwa fokussierte oder kegelförmige Wandlerelemente mit nicht ebenen Hauptflächen angewendet werden.

Claims (2)

  1. System zum Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen, das umfasst: ein Ultraschallwandlerelement (12), das eine erste und eine zweite Wandlerelement-Hauptfläche (12F, 12B) und Abmessungen besitzt, die so gewählt sind, dass das Wandlerelement (12) mit einer ausgewählten Resonanzmittenfrequenz fr oszilliert; Mittel, die mit dem Wandlerelement (12) mechanisch gekoppelt sind, um einen elektrischen Impuls (40) zu erzeugen, wenn das Wandlerelement (12) durch einen empfangenen Ultraschallimpuls erregt wird, und um einen elektrischen Erregungsimpuls bereitzustellen, der das Wandlerelement (12) dazu veranlasst, einen primären Ultraschallimpuls (50) zu senden, der eine räumliche Länge besitzt, die angenähert gleich einem vorgegebenen Vielfachen der Wellenlänge bei der Resonanzmittenfrequenz fr der den primären Ultraschallimpuls (50) bildenden Ultraschallwellen ist; und ein Gegenelement (22), das eine erste und eine zweite Gegenelement-Hauptfläche (22F, 22B) besitzt, wobei die erste Gegenelement-Hauptfläche (22F) an die zweite Wandlerelement-Hauptfläche (12B) des Wandlerelements (12) geklebt ist, so dass die von den zweiten Gegenelement-Hauptflächen (22B) mehrmals reflektierten Ultraschallimpulse (64) auf Grund eines Ausbreitungs- und Reflexionsverlusts gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Hauptfläche (22F, 22B) des Gegenelements (22) gleich der halben räumlichen Länge des primären Ultraschallimpulses (50) ist.
  2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (24) und ein Bett (26) aus Füllmaterial, an das die zweite Gegenelement-Fläche (22) geklebt ist und das das zweite Gegenelement mit dem Gehäuse (24) mechanisch koppelt.
DE69532850T 1994-03-08 1995-02-28 Ultraschall-wandler mit kleinen abmessungen zur intravaskularen bilderzeugung Expired - Fee Related DE69532850T2 (de)

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US08/207,866 US5474074A (en) 1994-03-08 1994-03-08 Low profile transducer for intravascular ultrasound imaging and method for mounting
US207866 1994-03-08
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DE69532850D1 DE69532850D1 (de) 2004-05-13
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