DE69928231T2

DE69928231T2 - Optisch-akustisch bildgebendes gerät

Info

Publication number: DE69928231T2
Application number: DE69928231T
Authority: DE
Inventors: Gil M. Vardi; Victor Spivak
Original assignee: Individual
Current assignee: Phyzhon Health Inc
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: WO1999058059A9; EP1059878B1; ATE308923T1; CA2348580C; US20150190113A1; US6659957B1; US9532766B2; DE69928231D1; JP4463983B2; JP2002514455A; CA2348580A1; EP1059878A1; US8926519B2; US20080119739A1; EP1059878A4; US7527594B2; US20040082844A1; AU5948499A; WO1999058059A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine omnidirektionale Abbildungsvorrichtung zur Gefäßabbildung oder zur Nicht-Gefäßabbildung, die als ein intravaskulärer Führungsdraht verwendet werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Die intravaskuläre und die Nicht-Gefäßabbildung sind sehr wichtige Techniken, die Informationen wie etwa Informationen über die Zusammensetzung der betreffenden Gefäßwand, über eine Plaqueanalyse und über Erkrankungsprozesse liefern, die durch angiographische Abbildungsverfahren nicht verfügbar sind. Außerdem ist sie sehr wichtig als ein Hilfsmittel für Gefäßeingriffe, insbesondere für die Stententfaltung.
Intravaskuläre Ultraschallvorrichtungen (IVUS-Vorrichtungen) des Standes der Technik werden so beschrieben, daß sie allgemein daran angepaßt sind, über einen Katheter verwendet zu werden, wobei sie vorzugsweise entweder mechanische oder Festkörpervorrichtungen sind. In dem mechanischen IVUS-Katheter wird die Bildabtastung durch eine sich drehende Antriebswelle ausgeführt, die eine mechanische Drehung eines akustischen Miniatursenders veranlaßt. Die Antriebswelle und der größte Teil des Senders befinden sich in dem Körper eines biegsamen Katheters. Die Konstruktion dieser Vorrichtungen erzeugt allgemein Schwierigkeiten bei der Verfolgung mit einem begrenzten Bildbereich, und die Schwingung des Katheters während der Drehung stellt ein Arterienkrampfrisiko für den Patienten dar.
Der Festkörper-IVUS-Katheter besitzt keine sich drehende Antriebswelle, sondern erzeugt eher Bilder durch Abtasten mit elektrischen Impulsen, die aus einer großen Anzahl piezoelektrischer Elemente erzeugt werden, die sich in der IVUS befinden. Jedes piezoelektrische Element wird durch einen Treiber wie etwa durch einen Computer gesteuert. Herkömmliche Festkörper-IVUS-Vorrichtungen besitzen allgemein ein Lumen, das an die Aufnahme eines Führungsdrahts angepaßt ist, und eine Koaxialkabelkonstruktion, die die Führbarkeit und die Schiebbarkeit der Vorrichtung im Vergleich zu dem mechanischen Modell verbessert.
Ein Nachteil in herkömmlichen mechanischen und Festkörper-IVUS-Kathetern ist der Außendurchmesser, allgemein etwa 1,2 mm. Mechanische Beschränkungen an die Bauelementgrößen und Rauscheffekte haben bisher die kommerziell mögliche Herstellung einer Vorrichtung mit kleinerem Durchmesser begrenzt. Außerdem müssen diese beiden Vorrichtungen mit herkömmlichen Intraluminalkatheterisierungsverfahren verwendet werden, d. h. mit dem Katheter, der sich über einem Führungsdraht befindet.
Einige Ultraschallkatheterpatente des Standes der Technik beschreiben dünne Schichten aus einem biegsamen piezoelektrischen Kunststoffmaterial wie etwa gepoltem Polyvinylidenfluorid (PVDF), das in aktiven Gebieten punktpolarisiert werden kann, um als piezoelektrische Wandler zu dienen. In diesen Vorrichtungen wird die PVDF-Schicht sowohl als ein Sender als auch als ein Empfänger verwendet. Allerdings ist es aus mehreren Gründen schwierig, diese Technologie an kleine (Durchmesser kleiner als 1,2 mm) Abbildungskatheter mit mehreren Elementen anzupassen. Ein solcher Grund ist die sehr niedrige elektrische Kapazität jedes der Empfängerelemente mit einem kleinen Flächeninhalt im Vergleich zu der Kapazität der langen Elektrodenleiter (mehr als 1 m lang). Diese Beziehung der Elemente in der Vorrichtung führt allgemein zu einem niedrigen Signal/Rausch-Verhältnis. Obgleich das Signal/Rausch-Verhältnis unter Verwendung von Vorverstärkern in der Nähe der Empfänger erhöht werden kann, ist die physikalische Unterbringung der Vorverstärker in einem Raum mit einem Außendurchmesser von weniger als 1,2 mm sehr schwierig. Ein weiterer Grund ist das starke Signalübersprechen, das wegen der langen, eng gruppierten Leiter in der Vorrichtung erfahren wird.
Eine weitere relevante Technologie des Standes der Technik, die in einer intravaskulären Vorrichtung Ultraschallwellen mit einer optischen Faser koppelt, enthält einen Sender, der genau auf einer dünnen Platte aus piezoelektrischem Material angeordnet ist. Der Wandler erzeugt Ultraschalloberflächenwellen, die sich auf der Oberfläche oder im Volumen der Platte ausbreiten. Allerdings sind diese Vorrichtungen dadurch begrenzt, daß sie Doppler-Signale und nicht Bilder erzeugen, während ihr Untersuchungsbereich auf das Gebiet unmittelbar vor dem Katheterdurchgang begrenzt ist. Außerdem ist der piezoelektrische Chip nicht klein genug, um in einer Vorrichtung mit einem Querschnittsdurchmesser von weniger als 1 mm und wichtiger von weniger als 0,5 mm verwendet zu werden.
SUROWIEC, J., u. a.: "A novel miniature optical fibre probe for MHz frequency ultrasound", ULTRASONICS SYMPOSIUM, 1996, PROCEEDINGS, 1996 IEEE SAN ANTONIO, TX, USA, 3.-6. NOV. 1966, NEW YORK, NY, USA, IEEE, USA, 3. November 1996 (1996-11-03), S. 1051–1054, XP01217619, ISBN: 0-7803-3615-1, diskutiert Glasfaser-Bragg-Gitter zur Messung von Ultraschallfeldern in medizinischen Anwendungen.
In den meisten kommerziell verfügbaren piezokeramischen und PVDF-IVUS-Vorrichtungen ist ein erhebliches Problem die Schwierigkeit der Konstruktion von Ultraschallabbildungskathetern mit einem Durchmesser von weniger als ca. 1 mm, bei denen außerdem das Signal/Rausch-Verhältnis groß genug ist, damit die Vorrichtung leicht zu verwenden ist. Solche Vorrichtungen sind aus mechanischer Sicht unter Verwendung herkömmlicher Bauelemente schwierig herzustellen.
Dementsprechend wäre es nützlich, eine intravaskuläre Ultraschallabbildungsvorrichtung mit einem Querschnitt mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1 mm und am meisten bevorzugt mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm mit einem Signal/Rausch-Verhältnis, das höher als das durch herkömmliche IVUS-Vorrichtungen wie etwa die oben beschriebenen Erzeugte ist, zu haben. Außerdem wäre es nützlich, eine Abbildungsvorrichtung für Nicht-Gefäßanwendungen zu haben, die einen Vorrichtungsquerschnitt von weniger als 1 mm fordern.
Die Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit Anspruch 1 geschaffen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Führungsdraht-Abbildungsvorrichtung für die Gefäß- oder Nicht-Gefäßabbildung unter Verwendung optoakustischer Verfahren, wobei die Vorrichtung einen Querschnitt mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm und am meisten bevorzugt mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm aufweisen kann. In ihrer bevorzugten Form umfaßt die Abbildungsvorrichtung der Erfindung eine optische Einmodenfaser mit wenigstens einem Bragg-Gitter und einem piezoelektrischen oder piezokeramischen Mantel, wobei die Vorrichtung eine omnidirektionale Abbildung (360°-Abbildung) erreichen kann. Die Vorrichtung kann als der Führungsdraht für Gefäßeingriffe wirken und kann eine Echtzeitabbildung während des Ballonaufblasens und der Stententfaltung ermöglichen und liefert somit klinische Informationen, die nicht verfügbar sind, wenn Abbildungssysteme auf Kathetergrundlage verwendet werden. Die Vorrichtung der Erfindung kann verkürzte Gesamtverfahrenszeiten einschließlich der Röntgen-Durchleuchtungszeit ermöglichen und verringert außerdem die Strahlungsbelastung für den Patienten und für den Operateur.
Die Abbildungsvorrichtung kann verwendet werden, um während Gefäßeingriffsverfahren vor der Kathetereinführung und während des gesamten Verfahrens Echtzeitbilder zu erzeugen.
In ihrer bevorzugten Form ist die Vorrichtung zur omnidirektionalen 360°-Abbildung fähig.
In ihrer bevorzugten Form hat die Vorrichtung gegenüber intravaskulären Abbildungsvorrichtungen des Standes der Technik ein verbessertes Signal/Rausch-Verhältnis.
Beschreibung bevorzugter Ausführunsg beispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen optischen Faser;
2 ein schematisches Diagramm einer optischen Faser mit einem PVDF-Mantel;
3 ein schematisches Diagramm eines Sensors auf der Grundlage eines Faser-Bragg-Gitters;
4 eine schematische Darstellung eines Ultraschall-Impulsgeber-Empfängers auf PVDF- und FBG-Grundlage der Erfindung;
5 ein schematisches Diagramm eines Ultraschall-Impulsgeber-Empfängers auf PVDF- und FBG-Grundlage mit mehreren Bragg-Gittern;
6 ein schematisches Diagramm eines Ultraschall-Impulsgeber-Empfängers auf PVDF- und FBG-Grundlage mit mehreren veränderlichen Bragg-Gittern;
7 eine schematische Darstellung der optischen Faser der Erfindung mit einem Festigkeitsbauteil;
8 eine schematische Darstellung eines Ultraschallabbildungskatheters der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung eines Katheters der Erfindung, der mit einem spiralförmigen Festigkeitsbauteil versehen ist;
10 eine schematische Darstellung einer Faser mit einer wulstförmigen Kaschierung;
11 eine schematische Darstellung einer Faser der Erfindung mit Wulstkaschierung und mit einem spiralförmigen Festigkeitsbauteil;
12 eine Vorrichtung der Erfindung mit Wulstkaschierung und mit Rippen; und
13 einen Katheter der Erfindung, der mit Linsenöffnungen ausgestattet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt eine einzelne optische Faser, z. B., aber nicht beschränkt auf, eine Glasfaser, die wenigstens teilweise aus Siliciumdioxid besteht. Die Grundstruktur einer allgemeinen optischen Faser ist in 1 veranschaulicht, wobei die Faser allgemein aus geschichteten Glaszylindern besteht. Es gibt einen zentralen Zylinder, der der Kern 1 genannt wird. Diesen umgibt eine zylindrische Hülle aus Glas, möglicherweise eine Mehrschichthülle, die die Kaschierung 2 genannt wird. Dieser Zylinder ist von einer Form eines Schutzmantels 3, üblicherweise aus Kunststoff (wie etwa Acrylat), umgeben. Für den Schutz vor der Umgebung und für mehr mechanische Festigkeit, als Mäntel allein liefern können, sind die Fasern üblicherweise zu Kabeln integriert. Typische Kabel haben eine Polyethylenumhüllung 4, die die Fasern in einem Festigkeitsbauteil 5 wie etwa Stahl- oder Kevlar-Litzen einschließt.
Optische Fasern können allgemein gemäß ihrem Brechungsindexquerschnitt und ihren Abmessungen klassifiziert werden. Die im Folgenden beschriebene Erfindung verwendet Einmodenfasern.
2 zeigt eine optische Faser, die mit einem piezoelektrischen Mantel beschichtet ist, an dem an Elektroden 32, die sich auf beiden Seiten des Mantels befinden, ein elektrischer Wechselspannungsgenerator 6 angeschlossen ist, wobei der Generator 6 elektrische Impulse an die Elektroden 32 sendet, wobei die Impulse mechanische Schwingungen in dem Mantel 31 verursachen.
In den vergangenen Jahren haben Faser-Bragg-Gitter-Sensoren (FBG-Sensoren) wegen ihrer potentiellen Verwendung in einem weiten Bereich von Anwendungen wie etwa der Telekommunikation großes Interesse erzeugt. FBGs bilden einen integralen Bestandteil einer optischen Faserstruktur und können während der Herstellung oder nach der Herstellung im Kern beschrieben werden.
Wenn ein Faser-Bragg-Gitter-Element ("FBG"-Element) 8 mit gleichförmiger Teilung, wie in 3 veranschaulicht ist, mit einem Breitbandlichtlaser 7 beleuchtet wird, reflektiert es eine schmalbandige Komponente mit dem Zentrum um die Bragg-Wellenlänge λ, die durch λ = 2n Λ gegeben ist, wobei n der Index des Kerns der Faser ist und Λ die Gitterperiode repräsentiert, zurück. Unter Verwendung eines abstimmbaren Lasers 7 und verschiedener Gitterperioden (wobei jede Periode etwa 0,5 μm ist), die sich an verschiedenen Positionen an der Faser befinden, ist es möglich, an jeder der Gitterpositionen eine unabhängige Messung vorzunehmen.
Beispiel 1:
In 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsform enthält eine optische Einmodenfaser mit einem Bragg-Gitter 8 und einem piezoelektrischen oder piezokeramischen Mantel 31. Der Mantel kann irgendein geeignetes piezoelektrisches oder piezokeramisches Material sein, wobei ein bevorzugtes Material gepoltes PVDF ist. Es wird betrachtet, daß andere Mantelmaterialien in der Erfindung funktionieren, solange das Material geeignete Biegsamkeits- und piezoelektrische Eigenschaften besitzt.
In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in 4 veranschaulicht ist, sendet ein elektrischer Generator 6 Ultraschallimpulse 10 sowohl an das Bragg-Gitter 8 als auch an das Außenmedium 13, in dem sich die Vorrichtung befindet, z. B. das Blut. Durch das Bragg-Gitter 8 werden primäre und reflektierte Impulse 11 empfangen und durch elektronische Instrumente 9 unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wie etwa durch einen Photodetektor und einen Oszillographen aufgezeichnet. Aus den aufgezeichneten Signalen wird durch herkömmliche Verfahren ein entsprechendes Bild erzeugt. Somit nutzt die Erfindung an jedem der Abbildungsorte ein omnidirektionales Sonar (Impulsgeber-Empfänger). Falls in der optischen Faser Verformungen erscheinen, veranlassen sie eine Modulation des zurück reflektierten Lichts, das durch die elektronischen Instrumente 9 empfangen wird.
Es wird betrachtet, daß sich die Dicke des Mantels sowie der Durchmesser der optischen Faser in den verschiedenen gemäß der Erfindung konstruierten Vorrichtungen erheblich unterscheiden können, wobei die einzige Anforderung ist, daß die gesamte Vorrichtung kleiner als 1 mm und am meisten bevorzugt kleiner als 300 μm ist und daß die durch die Vorrichtung erzeugten Signale geeignet sind, ein Bild zu erzeugen.
Die Ultraschallsendervorrichtung der Erfindung umfaßt eine Einzelfaser, die von einem piezoelektrischen aktiven (gepolten) PVDF-Mantel bedeckt ist, und weist einen Gesamtaußendurchmesser von vorzugsweise weniger als 1 mm und am meisten bevorzugt von weniger als 300 μm auf. Außerdem wird betrachtet, daß Vorrichtungen in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung mit Querschnitten von näherungsweise oder weniger als 200 μm hergestellt werden können. Wie es die Anwendungen vorschreiben, können in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung ebenfalls Vorrichtungen mit Sendern anderer Frequenzen konstruiert werden. Die Vorrichtung der Erfindung enthält irgendeine benötigte Frequenz des Senders.
Beispiel 2
Außerdem kann es möglich sein, das Frequenzband des Signals unter Verwendung einer gedämpften Siliciumdioxidfaser zu erweitern. In dieser Abwandlung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranlaßt die Frequenzbanderweiterung eine Verkürzung des Signals in der Zeit, was die Auflösung des empfangenen Signals verbessert. Zum Beispiel haben die Erfinder unter Verwendung einer gedämpften Faser in einer Vorrichtung der Erfindung maximale Breiten des Frequenzbands des Signals von etwa 110 erhalten, obgleich je nach experimentellen Bedingungen andere Abwandlungen erreicht werden. Falls gedämpfte Fasern genutzt werden, können Sender verwendet werden, die mit weniger als 40 MHz senden.
Beispiel 3
Wie in 5 gezeigt ist, umfaßt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung mehrere Bragg-Gitter 81 mit verschiedenen Perioden, wobei jede Periode etwa 0,5 μm ist. Unter Verwendung mehrerer Bragg-Gitter wird eine Menge verteilter Sonare erhalten. Unter Nutzung eines abstimmbaren Lasers 71, wie es zuvor beschrieben wurde, erhalten die Erfinder eine Abtastung über eine omnidirektionale Anordnung. Eine Bragg-Gitter-Länge L_B von mehreren hunderten optischen Wellenlängen ist ausreichend, um einen beträchtlichen Teil des Lichtstrahls zu reflektieren. Die Ultraschallimpulse 141 werden nur durch die Bragg-Giter 81 mit einer Periode von Λ_i, die gleich der Öffnung A_x ist, empfangen.
Beispiel 4
In einer abermals weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung der Erfindung, wie sie in 6 veranschaulicht ist, kann die Vorrichtung anstelle mehrerer Bragg-Gitter ein einzelnes variables Gitter mit einer variablen Periode enthalten. Wenn ein abstimmbarer Laser auf die Wellenlänge λ₁ abgestimmt wird, ist das empfangende Element das Bragg-Gitter.
Wenn die Laserwellenlänge auf andere Wellenlängen λ_2-6... abgestimmt wird, wird die entsprechende Positionierung des Bragg-Gitters entlang der Achse der Faser ebenfalls eingestellt.
Die Erfinder haben bestimmt, daß für eine Vorrichtung mit einem Sender mit einer Frequenz von 40 MHz und einer Öffnung A_x = 151–200 μm der durch die Erfindung erhaltene Empfang eine akzeptable Abbildung liefert.
Beispiel 5
In einer abermals weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, wie sie im 7 veranschaulicht ist, kann optional ein Festigkeitsbauteil hinzugefügt sein. Dieses Festigkeitsbauteil ist sehr dünn, wobei selbst mit dem Festigkeitsbauteil betrachtet wird, daß die Vorrichtung der Erfindung weiter einen Durchmesser von weniger als 1 mm aufweist.
Um die Fähigkeit der omnidirektionalen Abtastung der Erfindung zu erhalten, ist die optische Faser in dem Festigkeitsbauteil 51 angeordnet, das mehrere rechteckige Öffnungen 15 umfaßt. Diese Öffnungen 15 haben eine Längenabmessung 151 entlang der Achse x = A_x und eine Umfangsabmessungslänge 152 = A_ϕ0152. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Öffnungen rechteckig, obgleich andere Formen genutzt werden können. Die Öffnungen 15 können über den gesamten Abbildungsabschnitt der Vorrichtung verteilt sein und können in einem Muster, z. B. in einer Spirale, wie es in 9 veranschaulicht ist, verteilt sein.
Beispiel 6
Beispiel 6, wie es in 8 veranschaulicht ist, ist eine Katheterversion der Vorrichtung der Erfindung, die eine Ultraschallabtastung sowohl entlang der Achse als auch entlang des Umfangs erzeugt. Sie umfaßt eine optische Einmodenfaser 2 mit mehreren Bragg-Gittern 8. Die optische Faser ist mit einem Mantel 3 und mit einem Festigkeitsbauteil 51, das eine Menge Öffnungen 15 aufweist, versehen. Das Festigkeitsbauteil kann aus irgendeinem harten, biegsamen und dauerhaften biokompatiblen Material wie etwa Metall hergestellt sein. Die Öffnungen sind sowohl entlang der Länge als auch entlang des Winkels gleichförmig auf der Oberfläche des Festigkeitsbauteils angeordnet. Der Außendurchmesser dieser Vorrichtung ist kleiner als 1 mm und am meisten bevorzugt kleiner als 0,5 mm. Es wird betrachtet, daß die Vorrichtung ferner einen am meisten bevorzugten Außendurchmesser von weniger als 400 μm haben kann. Die Öffnungen können unter Verwendung herkömmlicher Photochemie technologie konstruiert sein.
Wie in 8 veranschaulicht ist, ist die Vorrichtung mit einer Anordnung von Öffnungen A_x = A_ϕ0 = 200 μm, Periode L_S = 1000 μm, gezeigt. Durch Anlegen elektrischer Impulse an die Elektroden des PVDF-Mantels 3 vom elektrischen Generator 6 erzeugen die Erfinder in allen Öffnungen gleichzeitig Schallimpulse. Die Ultraschallimpulse dehnen sich in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der optischen Faser aus und werden von dem inhomogenen Medium (Gewebe) zurückreflektiert. Durch Abstimmen des Lasers 71 ist es möglich, eine Abtastung der empfangenen Ultraschallsignale zu realisieren. Die elektronischen Elemente 9 empfangen und verarbeiten die resultierenden Bilder und zeigen sie an. Die Abtastperiode L_S der Abtastung kann als 0,5 bis 1,0 mm in Längsrichtung und die Anzahl der Richtungen um die Faser als 5 bis 10 geschätzt werden.
Beispiel 7
Außerdem kann die Konstruktion der Erfindung mehr als eine optische Faser enthalten. Falls es in dem Festigkeitsbauteil mehrere Fasern gibt, ist es möglich, die Periode zu verringern und die Anzahl der Richtungen der Abtastung zu erhöhen.
Beispiel 8
9 zeigt eine Abwandlung des Festigkeitsbauteils 52, die ein spiralförmiges Festigkeitsbauteil umfaßt. Es wird angenommen, daß die Verwendung dieses Elements eine glattere Abtastung und eine einfachere Herstellung als ein Festigkeitsbauteil mit Öffnungen erzeugt.
Beispiel 9
Wie in 10 veranschaulicht ist, ist eine weitere Abwandlung der Vorrichtung der Erfindung eins Kaschierung, vorzugsweise aus Siliciumdioxid, mit veränderlichem Durchmesser mit einer Periode L entlang der Faser. Diese Abwandlung wird unter Verwendung von Wülsten 21 erreicht, was eine erhöhte Empfindlichkeit für Schallwellen verursacht. Die maximale Effizienz wird erreicht, wenn die Periode L_c gleich einer der folgenden Resonanzlängen ist: Sie ist etwa gleich der Schallwellenlänge in Wasser L_c1 Å (1500/40·10⁶) = 37,5·10^–6 m (für 40 MHz); oder sie ist gleich der Quasi-Lamb-Wellenlänge in der Siliciumdioxidfaser L_c2.
In dieser Ausführungsform tritt das Bragg-Gitter in Wechselwirkung mit den Lichtwellen und mit dem durch die Wülste gebildeten Schallgitter.
Beispiel 10
Wie in 10 veranschaulicht ist, kann eine zusätzliche Zunahme der Empfindlichkeit f der Vorrichtung optional erhalten werden, falls ein Füllstoff 16 zum Füllen der Zwischenräume zwischen den Wülsten verwendet wird. Dieser Füllstoff ist aus einem Material mit verhältnismäßig niedriger Schallimpedanz wie etwa aus einem festen Polymer, einem Gel, einem Fluid oder einem anderen geeigneten Material hergestellt. Für eine nochmalige zusätzliche Erhöhung der Empfindlichkeit wird der Füllstoff, der die Zwischenräume füllt, aus den Materialien ausgewählt, deren Schallgeschwindigkeit c_f kleiner als die Schallgeschwindigkeit in Wasser (Blut) ist, d. h. c_f < 1500 m/s. Ein Beispiel solcher Materialien ist Silikongummi mit einer Schallgeschwindigkeit c_f= 1000 m/s. Infolge der Schallgeschwindigkeitsdifferenz wird die Energiefokussierung erreicht. Somit wirkt das Füllmaterial als eine Signalsammellinse.
Beispiel 11
Eine nochmals weitere Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält einen spiralförmigen Mantel 22, wie er in 11 gezeigt ist.
Beispiel 12
Eine weitere (in 12 veranschaulichte) Ausführungsform enthält die Zugabe von Rippen 23 zu dem Mantel. In einem Beispiel einer Vorrichtung mit Rippen sollten die Siliciumdioxidrippen zum Erreichen einer 40-MHz-Resonanz etwa die folgenden Abmessungen haben: Höhe H_r = 10 μm und Dicke T_r = 4,5 μm. Die Schwingungen der Rippen 23 erzeugen die zusätzlichen Verformungen auf der Faserachse und veranlassen somit die Erhöhung der Empfindlichkeit. Es ist möglich, die Rippen durch herkömmlich bekannte Mikrobearbeitungstechnologie herzustellen.
In einer Abwandlung der Rippenausführungsform können die Rippen veränderliche Dicken haben, wobei angenommen wird, daß dies zur akustischen Dämpfung und somit zu einer Zunahme der Bandbreite und Auflösung führt. Falls jede der Rippen 23 eine andere Höhe H_r und Breite T_r aufweist, haben sie eine Resonanz bei verschiedenen Frequenzen.
Beispiel 13
Zur abermals zusätzlichen Erhöhung der Empfindlichkeit können die Öffnungen des Festigkeitsbauteils mit einem Material mit einer Geschwindigkeit c_L > 1500 m/s gefüllt sein, während eine äußere Oberflächenkrümmung, wie in 13 veranschaulicht ist, eine fokussierte Linse bildet.
Somit ist aus der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zu sehen, daß die Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Abwandlungen dieser Ausführungsform sind für den Fachmann auf dem Gebiet sichtbar, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Alle in der Beschreibung und in der Zeichnung enthaltenen Gegenstände sollen die Erfindung veranschaulichen, den Umfang der Erfindung aber nicht beschränken.

Claims

Vorrichtung zum Abbilden eines Objektes, vorzugsweise zur Gefäßabbildung, mit: – einer optischen Faser (8) mit einem Kern (1), welcher ein Bragg-Gitter aufweist, wobei die Faser ausgebildet ist, nach einer Beleuchtung mittels eines Laserstrahls Licht zu reflektieren, und wobei das reflektierte Licht durch eine Wellenlänge mit einer Periode bestimmt ist, die der des Bragg-Gitters entspricht; – einem die optische Faser wenigstens teilweise umgebenden Mantel (3), welcher einen piezoelektrischen Wandler zum Abgeben von Ultraschallwellen als Reaktion auf eine angelegte Spannung, wobei die Ultraschallwellen, nachdem sie vom Objekt reflektiert wurden, in der Lage sind, Verformungen im Kern zu induzieren, die mit einer Modulation des reflektierten Lichts verbunden ist, die erfaßt und zum Erzeugen einer Abbildung verwendet werden kann; und – einem rohrförmigen Verstärkungsbauteil, welches mit mindestens einer Öffnung versehen ist, die in Bezug auf das Bragg-Gitter so angeordnet ist, daß vom Objekt reflektierte Ultraschallwellen hindurch gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bragg-Gitter (8) fortlaufend entlang des Kerns geschrieben ist und daß sich die Periode des Bragg-Gitters fortlaufend ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bragg-Gitter (8) an diskreten, getrennten Orten des Kerns geschrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode des Bragg-Gitters (8) entlang des gleichen diskreten Ortes konstant gehalten wird und sich von einem diskreten Ort zu einem anderen diskreten Ort ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (15) als ein mittels einer longitudinalen Abmessung A und einer Umfangsabmessung definiertes Quadrat ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsbauteil (15) mit mehreren Öffnungen versehen ist, welche gegenüber den diskreten Orten des Kerns so liegen, daß sie sich mit diesen überlappen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (15) entlang des Verstärkungsbauteils so verteilt sind, daß sie auf wenigstens einer zylindrischen Spirale liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vorrichtung einen Durchmesser von weniger als 1 mm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser mit mehreren im Umfang der Faser gebildeten ringförmigen Ausnehmungen versehen ist, die durch einen konstanten Abstand L getrennt und mit einem Polymer-Material gefüllt sind, in welchem sich Schall mit einer Geschwindigkeit C < 1500 m/s ausbreitet. 10 Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer-Material Silikongummi ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit Rippen mit einer Höhe H und einer Dicke T versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen mittels eines Materials gestopft sind, in welchem die Geschwindigkeit der Schallausbreitung C > 1500 m/s beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichtete Oberfläche des Materials ausgebildet ist, um eine fokussierende Linse zu imitieren.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichtete Oberfläche konkav ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung als ein spiralförmiges Fenster konfiguriert ist, welches sich fortlaufend entlang des Verstärkungsbauteils erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bragg-Gitter (8) ein im Kern beschriebenes Bragg-Gitter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl ein abstimmbarer Laserstrahl ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler für ein omnidirektionales Abstrahlen von Ultraschallwellen konfiguriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsbauteil den Mantel umgibt.