Titelaufnahme

Titel
Generation and detection of quasi diffraction free ultrasonic waves (X-waves) and their application in a scanning acoustic microscope / Klaus Passler
Verfasser/ VerfasserinPassler, Klaus Michael
Begutachter / BegutachterinPaltauf Guenther ; Krenn Joachim
Erschienen2012
Umfang134 Bl. : 2 Zsfassungen ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Diss., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. und in engl. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (GND)Bildgebendes Verfahren / Photoakustischer Effekt / Bildgebendes Verfahren / Photoakustischer Effekt / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-41855 Persistent Identifier (URN)
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Generation and detection of quasi diffraction free ultrasonic waves (X-waves) and their application in a scanning acoustic microscope [4.95 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Entwicklung neuer bildgebender Verfahren für medizinische Anwendungen stellt ein wichtiges Forschungsfeld dar. Ein neuartiges Verfahren stellt die photoakustische Bildgebung dar. In der Photoakustik werden breitbandige Ultraschallwellen durch die Absorption von kurzen Laserpulsen induziert und anschließend detektiert. Durch die Kombination von optischen und akustischen Techniken ist die Erzeugung von Bildern mit hoher Auflösung bei gleichzeitig hohem Kontrast möglich. Im klassischen Ultraschall werden akustische Impedanzunterschiede als Kontrastgeber für die Bildgebung ausgenützt. Beim Puls - Echo Verfahren wird das Echo von fokussierten aber auch unfokussierten schmalbandigen Ultraschallwellen gemessen. Werden Ultraschallwellen mit akustischen Linsen fokussiert, so ist, wie auch in der Optik, die Tiefenschärfe abhängig von der numerischen Apertur limitiert. Das Ziel dieser Arbeit war es ein Raster-Mikroskop zu entwickeln, das die akustische und photoakustische Bildgebung kombiniert. Für die Erzeugung von Ultraschallpulsen für den Puls - Echo Modus wurde ein auf dem photoakustischen Effekt beruhender Schallgeber entwickelt. Dieser ermöglicht die Erzeugung von fokussierten, quasi beugungsfreien, breitbandigen Schallwellen über einen großen Tiefenbereich. Derselbe Laserpuls, der für den Pulse ? Echo Schallgeber genutzt wird, dient auch zur direkten Beleuchtung des zu untersuchenden Objekts für das photoakustische Bild. Zur Detektion der im Puls ? Echo Verfahren zurückgestreuten und bei der Photoakustik direkt im Objekt erzeugten Ultraschallwellen wurden Detektoren mit fokussierenden Eigenschaften entwickelt. Einzelne und in einem Verbund angeordnete ringförmige Sensoren wurden eingesetzt. Mit gezielter Signalverarbeitung wurde die Bildqualität verbessert. Das Mikroskop wurde anhand von verschiedenen Phantomen charakterisiert und getestet. Des Weiteren wurden experimentell bestimmte Ergebnisse mit Simulationen verglichen und analysiert.

Zusammenfassung (Englisch)

Combining existing examination methods and developing new examination methods for medical and clinical applications is an ongoing field of research. Photoacoustic imaging combines the advantages of optical and classical ultrasound imaging. It is based on the photoacoustic effect and yields optical contrast. By absorbing short laser pulses the investigated specimen is locally heated up and expands rapidly, leading to broadband ultrasound waves. Photoacoustic imaging offers images with high contrast and high resolution. Ultrasound microscopy uses classical narrow band, high frequency ultrasound transducers. When focusing ultrasound waves with acoustic lenses the depth of field is limited and depends on the numerical aperture. The goal of this work was to develop a dual mode scanning acoustic and photoacoustic microscope, which offers two imaging modalities within one single scan. The contrast for the acoustic image is based on the acoustic impedance inhomogenities and the contrast of the photoacoustic image is based on the optical absorption. For large depth of field acoustic pulse echo imaging we developed a novel photoacoustic transducer, a so called axicon transducer, enabling acoustic microscopy at high lateral and axial resolution. An axicon transducer generates quasi diffraction free focused ultrasonic pulses (X-waves) with a constant beam width over a range of several centimeters. The laser pulse which is used for generating the focused ultrasonic beam can also be used to illuminate the investigated sample directly to obtain a photoacoustic image. For detection a single ring and an annular piezoelectric array were developed and characterized in simulations and experiments. Signal processing techniques, such as dynamic focusing, band pass filtering or coherence weighting were implemented to improve image quality and to reduce imaging artifacts. Phantom experiments and biological samples were investigated and results were compared to simulations.