DE10248741A1

DE10248741A1 - System und Verfahren zur akustischen Abbildung bei zwei Brennweiten mit einer einzelnen Linse

Info

Publication number: DE10248741A1
Application number: DE10248741A
Authority: DE
Inventors: Umit Tarakci; Xufeng Xi
Original assignee: Novasonics Inc
Current assignee: Novasonics Inc
Priority date: 2001-10-20
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2003-05-15
Also published as: JP2003290223A; US20030076599A1; US6618206B2

Abstract

Eine akustische Linse (302) mit zwei oder mehreren Bereichen (304, 306), wobei jeder Bereich einen anderen Schallbrechungsindex aufweist. Die Linse kann eine einfache, nicht-zusammengesetzte Oberfläche aufweisen, in der beide Bereiche verschiedene Abschnitte mit derselben konvexen oder konkaven Kurve mit derselben funktionalen Abhängigkeit bilden. Der Übergang (307) zwischen den zwei Bereichen (304, 306) kann allmählich oder abrupt sein. Die Dämpfung und andere Eigenschaften der Linse (302) können zugeschnitten werden, um Apodisation bereitzustellen und ungewollte Frequenzen auszufiltern.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Abbildungsvorrichtungen und insbesondere auf dem Gebiet von akustischen Linsen zur Ultraschallabbildung.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Ultraschallabbildung ist ein häufig verwendetes Analyseverfahren zum Untersuchen eines breiten Bereichs von Materialien. Ultraschallabbildung ist insbesondere in der Medizin aufgrund ihrer relativ eindringungsfreien Art, ihrer geringen Kosten und ihrer schnellen Ansprechzeiten üblich. Typischerweise wird eine Ultraschallabbildung durch Erzeugen und Leiten von Ultraschallwellen in ein interessierendes Medium unter Verwendung eines Satzes von Ultraschallerzeugungswandlern und dann Beobachten von Reflexionen, die an den Grenzen von unterschiedlichen Materialien erzeugt werden, wie z. B. Geweben innerhalb eines Patienten, wobei auch ein Satz von Ultraschallempfangswandlern verwendet wird, durchgeführt.
Die Empfangs- und Erzeugungswandler können in Matrizes angeordnet sein und sind typischerweise verschiedene Sätze von Wandlern, können sich jedoch nur in der Schaltungsanordnung unterscheiden, mit der sie verbunden sind. Die Reflexionen werden durch die Empfangswandler in elektrische Signale umgewandelt und dann unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren verarbeitet, um die Orte von Echoquellen festzustellen. Die resultierenden Daten werden unter Verwendung einer Anzeigevorrichtung wie z. B. eines Monitors angezeigt.
Typischerweise wird das in das interessierende Medium gesandte Ultraschallsignal durch Anlegen von kontinuierlichen oder gepulsten elektronischen Signalen an einen Ultraschallerzeugungswandler erzeugt. Der gesandte Ultraschall liegt am üblichsten im Bereich von 40 kHz bis 15 MHz. Der Ultraschall pflanzt sich durch das interessierende Medium fort und reflektiert an Grenzflächen wie z. B. Grenzen zwischen benachbarten Gewebeschichten. Streuung des Ultraschallsignals ist die Ablenkung des Ultraschallsignals in willkürliche Richtungen. Dämpfung des Ultraschallsignals ist der Verlust des Ultraschallsignals, während das Signal läuft. Reflexion des Ultraschallsignals ist das Abprallen des Ultraschallsignals von einem Gegenstand und Ändern seiner Laufrichtung. Durchlass des Ultraschallsignals ist der Durchgang des Ultraschallsignals durch ein Medium. Während er läuft, wird die Ultraschallenergie gestreut, gedämpft, reflektiert und/oder durchgelassen. Der Teil der reflektierten Signale, der zu den Wandlern zurückkehrt, wird als Echos erfasst. Die Erfassungswandler wandeln die Echosignale in elektronische Signale um und liefern diese Signale nach Verstärkung und Digitalisierung zu einem Strahlformer. Der Strahlformer berechnet wiederum Orte von Echoquellen und umfasst typischerweise einfache Filter und Signalmittelungseinheiten. Nach der Strahlformung wird die berechnete Positionsinformation verwendet, um zweidimensionale Daten zu erzeugen, die als Bild dargestellt werden können.
Wenn sich ein Ultraschallsignal durch ein interessierendes Medium fortpflanzt, werden zusätzliche Oberfrequenzkomponenten erzeugt. Diese Komponenten werden analysiert und der Visualisierung von Grenzen oder Bildkontrastmitteln zugeordnet, die dazu ausgelegt sind, Ultraschall mit speziellen Oberfrequenzen zurückzustrahlen. Ungewollte Reflexionen innerhalb der Ultraschallvorrichtung können Rauschen und das Erscheinen von Bildfehlern (d. h. Bildfehler sind Bildmerkmale, die sich aus dem Abbildungssystem und nicht aus dem interessierenden Medium ergeben) im Bild verursachen. Bildfehler können das zugrundeliegende Bild des interessierenden Mediums trüben.
Eindimensionale akustische Matrizes weisen eine Tiefenschärfe auf, die gewöhnlich durch ein nicht einstellbares passives akustisches Fokussiermittel festgelegt ist, welches an jedem Wandler befestigt ist. Diese Art Fokussierung benötigt die Verwendung von mehreren Wandlern für verschiedene Anwendungen mit verschiedenen Tiefenschärfen.
Die Breite des Strahls legt die kleinste Strukturgröße oder Distanz zwischen beobachtbaren Merkmalen, die beobachtet werden können, fest. Das Abbildungssystem legt die Position durch Behandeln des Strahls, also ob er im Wesentlichen eine Punktbreite aufweisen würde, fest. Folglich wurden Anstrengungen unternommen, um einen schmalen fokussierten Strahl zu erzielen, da, wenn der Strahl breit ist, Merkmale, die geringfügig von dem interessierenden Punkt verschoben sind, auch als an diesem interessierenden Punkt liegend erscheinen. Je länger der Bereich mit einem schmalen fokussierten Strahl ist, desto größer ist der Bereich der Tiefe in das interessierende Medium, der abgebildet werden kann.
Die Strahlintensität als Funktion der Position kann vielmehr schwingen als monoton als Funktion des Abstandes von der Mitte des Strahls abfallen. Diese Schwingungen in der Strahlintensität werden häufig als "Nebenkeulen" bezeichnet. Im Stand der Technik bezieht sich der Begriff "Apodisation" auf den Prozess des Beeinflussens der Verteilung der Strahlintensität, um die Nebenkeulen zu verringern. Im Rest dieser Beschreibung wird jedoch der Begriff "Apodisation" verwendet, um sich auf das Zuschneiden der Verteilung der Strahlintensität für eine gewünschte Strahleigenschaft zu beziehen, wie z. B. mit einer Gauß- oder Si-Funktion- (ohne die Nebenkeulen) Verteilung der Strahlintensität.
Lenken bezieht sich auf die Änderung der Richtung eines Strahls. Blende bezieht sich auf die Größe des Wandlers oder der Gruppe von Wandlern, die verwendet werden, um einen Schallstrahl zu senden oder zu empfangen.
Der Prozess des Standes der Technik zum Erzeugen, Empfangen und Analysieren eines Ultraschallstrahls wird Strahlformung genannt. Die Erzeugung von Ultraschallstrahlen umfasst wahlweise Apodisation, Lenkung, Fokussierung und Blendensteuerung. Unter Verwendung eines Datenanalyseverfahrens des Standes der Technik wird jeder Ultraschallstrahl verwendet, um einen eindimensionalen Satz von Echoortsdaten zu erzeugen. In einer typischen Implementierung werden eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen verwendet, um ein mehrdimensionales Volumen abzutasten.
Fig. 1A zeigt ein akustisches Fokussierungssystem 100A des Standes der Technik mit einer Linse 102A mit einer einfachen (d. h. nicht-zusammengesetzten) Oberfläche, die einen Strahl 104A in einen fokussierten Bereich 106 mit einer Tiefenschärfe 108 fokussiert. Fig. 1 A ist eine zweidimensionale Darstellung des Fokussierungssystems 100A des akustischen Fachgebiets. Die dritte Dimension wird nicht in Verbindung mit Fig. 1A erörtert, sondern wird in Verbindung mit Fig. 1B und 1C erörtert. Im Gegensatz zur Verwendung der Begriffe "einfach" und "zusammengesetzt" in der Optik werden im Zusammenhang mit dieser Beschreibung einfach und zusammengesetzt verwendet, um die Komplexität der Krümmung der Linsenoberfläche zu beschreiben. Ebenso kann in dieser Beschreibung eine Linse mit einer zusammengesetzten Oberflächenkrümmung als mit einer zusammengesetzten Oberfläche bezeichnet werden. Wenn für jede Seite der Linse die Krümmung als eine mathematisch glatte und kontinuierliche Kurve mit derselben Konkavität oder Konvexität beschrieben werden kann, ist die Linse einfach, selbst wenn jede Seite der Linse durch eine andere Kurve gekennzeichnet ist. Ansonsten sind die Linse und ihre zugehörige Krümmung komplex oder zusammengesetzt.
Die Linse 102A ist eine akustische Linse und der Strahl 104A ist ein Ultraschallstrahl. Der Abstand von der Linse 102A zur Mitte des fokussierten Bereichs 106 ist die Tiefenschärfe 108. Der fokussierte Bereich 106 stellt einen Tiefenschärfenbereich dar, in dem der Strahl fokussiert ist. Solange die Geschwindigkeit im Medium, das die Linse 102A umgibt, größer ist als in der Linse 102A, fokussiert eine konvexe Krümmung gewöhnlich den Strahl 104A auf einen Punkt. Wenn die Geschwindigkeit im Medium, das die Linse 102A umgibt, geringer ist als in der Linse 102A, fokussiert eine konkave Krümmung den Strahl 104A auf einen Punkt oder eine Linie.
Die Tiefenschärfe 108 in der Ultraschallabbildung kann ein signifikanter Parameter beim Erhalten einer hohen Auflösung sein. Die Richtung der Tiefenschärfe wird normalerweise als senkrecht zu der Richtung, entlang der phasenabgeglichene Elemente ausgerichtet sind (in der Stromabwärtsrichtung), aufgefasst.
Der Stand der Technik verwendet eine akustische Linse wie z. B. die Linse 102A mit einem festen Brennpunkt und beruht auf einer typischen Tiefenschärfe des Schallstrahls, wie z. B. des Strahls 104A, während der Eindringung des Signals in ein interessierendes Medium. Der Bereich des Brennpunkts oder die Länge des fokussierten Bereichs 106 ist häufig zum Abbilden von vielen der verschiedenen Organe oder Bereiche des menschlichen Körpers, die beispielsweise das interessierende Medium bilden können, unangemessen. Ein Grund dafür, dass der Brennweitenbereich unangemessen sein kann, liegt daran, dass die Größe des interessierenden Mediums wie z. B. eines Organs größer sein kann als der fokussierte Bereich. Folglich kann es für einige interessierende Medien erforderlich sein, Linsen und/oder Wandlerlinsen zu schalten, um das gesamte interessierende Medium abzubilden, wenn eine Linse wie z. B. die Linse 102A verwendet wird. Anstrengungen wurden unternommen, um die Länge des fokussierten Bereichs 106 unter Verwendung von Linsen mit zusammengesetzten Oberflächen zu erweitern.
Fig. 1B zeigt ein akustisches Fokussierungssystem 100B des Standes der Technik mit einer sphärischen Linse 102B und einen Strahl 104B. Der Strahl 104B wird zu einer Linie, wenn er zu seinem Brennpunkt gelangt, und weist folglich senkrecht zu seiner Fortpflanzungsrichtung einen Querschnitt auf, der ein Kreis oder idealerweise ein Punkt ist.
Fig. 1C zeigt ein akustisches Fokussiersystem 100C des Standes der Technik mit einer zylindrischen Linse 102C und einen Strahl 104C. Der Strahl 104C wird zu einer Fläche, wenn er zu seinem Brennpunkt gelangt, und weist folglich senkrecht zu seiner Fortpflanzungsrichtung einen Querschnitt auf, der ein Rechteck oder idealerweise eine Linie ist.
Die akustischen Fokussierungssysteme 100B und 100C sind Beispiele des akustischen Fokussierungssystems 100A.
Fig. 1D-F zeigen Ultraschallwandlermatrizes und helfen beim Verstehen der auf dem Ultraschallfachgebiet verwendeten Terminologie. Fig. 1D-F weisen Wandlermatrizes 118D-F, Wandlerelemente 120D-F und ein Koordinatensystem 122 auf. Das Koordinatensystem 122D legt die Höhenrichtung entlang seiner vertikalen Achse und die Azimuthrichtung entlang seiner horizontalen Achse fest. Auf dem Ultraschallfachgebiet bezieht sich der Begriff eindimensionale oder 1D-Matrix (z. B. Wandlermatrix 118D) auf eine Matrix von Wandlern (z. B. Wandlerelemente 120D), die aus einer einzelnen Reihe von Wandlern 120D besteht. Häufig weist jeder Wandler in der Reihe eine Länge in der Höhenrichtung auf, die signifikant länger ist als seine Breite in der Azimuthrichtung. Die 1D-Matrix ermöglicht das Lenken in nur der Azimuthrichtung. Der Begriff zweidimensionale oder 2D-Matrix (z. B. Wandlermatrix 118F) bezieht sich auf eine im Wesentlichen quadratische Matrix von Wandlern mit fast derselben Anzahl von Reihen wie Spalten, in denen die einzelnen Wandlerelemente beispielsweise quadratisch oder rechteckig sein können. Im Gegensatz zur 1D-Matrix ermöglicht die 2D-Matrix eine Strahllenkung in einer beliebigen Richtung, die bei einer 3-D-Abbildung nützlich ist. Ebenso bezieht sich der Begriff 1,5D (z. B. Wandlermatrix 118E) auf eine Matrix von Wandlern, die mehr als eine Reihe von Wandlern (z. B. Wandlerelemente 120E) in der Azimuthrichtung enthält. Die 1,5D-Matrix kann einen Phasenabgleich beispielsweise in der Höhenrichtung verwenden, um verbesserte Strahleigenschaften zu erzeugen. Die Begriffe 1,75D und 1,8D und ähnliche Begriffe größer als 1,5D werden verwendet, um sich auf Matrizes zu beziehen, die eine Anzahl von Reihen in der Azimuthrichtung aufweisen, die zwischen jener der 1,5D- und der 2D-Matrix liegt.
Fig. 2 zeigt ein Fokussierungssystem 200 des Standes der Technik mit einer Linse 202 mit einer zusammengesetzten Oberfläche. Diese Linse 202 umfasst einen inneren Linsenbereich 204 und einen äußeren Linsenbereich 206, die an einem Ring, der einen Wendepunkt 207 bildet, zusammengefügt sind. Der Strahl 208 weist einen inneren Strahlbereich 210 und einen äußeren Strahlbereich 212 auf, die vorwiegend durch den inneren Linsenbereich 204 bzw. den äußeren Linsenbereich 206 laufen. Fig. 2 umfasst auch einen nahen fokussierten Bereich 214, einen fernen fokussierten Bereich 216 und ein Koordinatensystem 218.
Die Verwendung von verschiedenen Bereichen der Linse 202 mit verschiedenen Krümmungsradien oder verschiedenen Graden an Konkavität oder Konvexität führt zu verschiedenen Brennpunkten. Nach dem Anregen der Linse 202 wird der innere Strahlbereich 210 in den nahen fokussierten Bereich 214 fokussiert, wohingegen der äußere Strahlbereich 212 in den fernen fokussierten Bereich 216 fokussiert wird. Der nahe fokussierte Bereich 214 und der ferne fokussierte Bereich 216 bilden kombiniert einen Brennweitenbereich, der größer sein kann als es für die Linse 102A möglich ist, und größer ist als entweder der nahe fokussierte Bereich 214 oder der ferne fokussierte Bereich 216 allein. In einem Ausführungsbeispiel sind der innere Strahlbereich 210 und der äußere Strahlbereich 212 separate Strahlen, die zu verschiedenen Zeiten angelegt werden. Wenn der nahe fokussierte Bereich 214 verwendet wird, wird gesagt, dass das Fokussierungssystem 200 in der nahen Eindringung arbeitet. Wenn der ferne fokussierte Bereich 216 verwendet wird, wird gesagt, dass das Fokussierungssystem 200 in der fernen Eindringung arbeitet. Alternativ können der innere Strahlbereich 210 und der äußere Strahlbereich 212 der gleiche Strahl sein oder während überlappenden Zeitdauern laufen. Das Koordinatensystem 218 wird verwendet, um die Form der Linse 202 als Kurve z zu charakterisieren, welche eine Funktion einer radialen Richtung r und einer Winkelrichtung θ oder z(r, θ) ist, die die Form der Stromabwärtsseite der Linse 202 beschreibt. Eine kreisförmige konvexe oder konkave Linse wie z. B. die Linse 102A ist um die z-Achse symmetrisch und daher ist z(r, θ) vom Winkel θ unabhängig und kann folglich als z(r) geschrieben werden. Die Linse kann kreisförmig oder zylindrisch sein und verschiedene Bereiche mit unterschiedlicher Krümmung aufweisen. Am Wendepunkt 207 ist die Kurve z(r) mathematisch kontinuierlich. Am Wendepunkt 207 sind jedoch die erste und die zweite Ableitung der Kurve, z'(r) und z"(r), nicht kontinuierlich und sind im Wesentlichen undefiniert.
Obwohl es möglicherweise im Stand der Technik nicht erkannt wurde, führen verschiedene Krümmungen auf der Linsenoberfläche der Linse 202 zu Schwierigkeiten des akustischen Kontakts mit einem interessierenden Medium wie z. B. einem menschlichen Körper. Diese Schwierigkeiten werden hervorgehoben, wenn infolge von verschiedenen Krümmungen einiges des Kopplungsgels und/oder Luftblasen in verschiedenen Segmenten der Wandleroberfläche oder zwischen dem interessierenden Medium und der zusammengesetzten Oberfläche der Linse eingefangen werden. Das Kopplungsgel verzerrt gewöhnlich die Form der zusammengesetzten Linsen wie z. B. der Linse 202, wodurch ihre Fokussierungseigenschaften verzerrt werden. Ein anderes Problem, das von den vorliegenden Erfindern erkannt wurde, ist, dass die erhöhte Dicke des inneren Linsenbereichs 204 eine erhöhte Dämpfung des Signals aufweist, die eine schlechte Signalrückkehr verursacht. Diese Problem wird verschlimmert, da der innere Linsenbereich 204 normalerweise für höhere Frequenzen verwendet wird, die besonders empfindlich sind gegen eine Dämpfung durch dickere Linsen. Die Dämpfungseigenschaften der Linsen 102A und 202 führen zu einer Winkelverteilung der Strahlintensität, die in der Mitte niedrig ist und an den Kanten hoch ist und dadurch fast das Inverse einer Gaußverteilung ist. Es ist jedoch erwünscht, dass eine Gaußverteilung der Strahlintensität vorhanden ist, um einen scharfen Brennpunkt aufrechtzuerhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine akustische Linse mit einer nicht-zusammengesetzten oder einfachen Krümmung wird bereitgestellt, wobei verschiedene Segmente oder Bereiche der Linse verschiedene Schallbrechungsindizes aufweisen. In vielen Materialien ergeben größere Ausmaße an Erhitzung, Härtung oder Bestrahlung mit verschiedenen Arten von Teilchen oder Strahlung größere Ausmaße an Materialvernetzung, die das Material härter macht. Im Allgemeinen ändern jedoch größere Ausmaße an Erhitzung, Härtung oder Bestrahlung das Material in einer Vielzahl von Weisen wie z. B. durch Erhöhen oder Senken des Ausmaßes an Vernetzung, der Dichte und/oder Härte. Jeder Bereich kann verschiedene Materialien oder dasselbe Material unterschiedlich behandelt (z. B. gehärtet, bestrahlt oder erhitzt) enthalten. Diese Veränderungen der Materialien können verwendet werden, um verschiedene Kompressibilitäten und/oder verschiedene Dichten verschiedenen Linsenbereichen zuzuordnen, wodurch beispielsweise verschiedene Brechungsindizes für diese Bereiche festgelegt werden.
Die Bereiche der akustischen Linse mit unterschiedlicher Brennweite können mit verschiedenen Bereichen einer Wandleroberfläche übereinstimmen. Die verschiedenen Bereiche der Wandleroberfläche können verschiedene Sende- und Empfangsfrequenzkennlinien aufweisen. Ein Frequenzbereich kann als Wandlerfrequenzdomäne bezeichnet werden. Somit können die verschiedenen Bereiche der Wandleroberfläche verschiedenen Wandlerfrequenzdomänen zugeordnet werden. Das Koppeln der verschiedenen Wandlerfrequenzdomänen mit Bereichen mit unterschiedlicher Brennweite hilft, den fokussierten Bereich der Linse so zu erweitern, dass sie einen scharfen Brennpunkt jenseits dessen aufweist, was mit dem Stand der Technik durchführbar ist.
Ferner kann der Wandler oder die Wandlermatrix so geformt werden, dass verschiedene Frequenzen verschiedene Bereiche des Wandlers oder der Wandlermatrix anregen. Die gewählte Betriebsfrequenz kann für eine flache Eindringung in ein interessierendes Medium wie z. B. einen menschlichen Körper beispielsweise höher sein. Der Bereich des Wandlers mit hoher Frequenz kann auf den Linsenbereich mit dem flacheren Brennpunkt oder der kürzeren Brennweite ausgerichtet werden, und der Bereich des Wandlers mit niedriger Frequenz kann auf den Bereich der Linse mit dem tieferen Brennpunkt oder der längeren Brennweite ausgerichtet werden. In dieser Weise sind der Bereich des Wandlers und der Linse, die der längeren Brennweite zugeordnet sind, inaktiv. Ein inaktiver Bereich stört die Fokussierungsqualität der Linse nicht, wenn der Bereich des Wandlers und der Linse, die der kürzeren Brennweite zugeordnet sind, aktiviert werden, und umgekehrt. Zusätzlich zur Geschwindigkeit oder Kompressibilität und der Dichte des Linsenmediums oder -materials kann auch die Schalldämpfung zugeschnitten werden, um die Strahleigenschaften zu optimieren. Die Abschnitte der Linse, die akustische Energie mit niedriger Frequenz fokussieren sollen, können beispielsweise einen höheren Dämpfungsfaktor aufweisen als die Abschnitte, die bei höheren Frequenzen funktionieren sollen. Da die Dämpfung bei höheren Frequenzen zunimmt, filtern die Abschnitte der Linse, die bei niedrigen Frequenzen funktionieren, gewöhnlich höhere Frequenzen aus. Dieses Merkmal ermöglicht die Konstruktion von Vorrichtungen, die sich der Leistung von 1,5D-, 1,75D- oder 1,8D-Wandlern mit einfacheren elektronischen Schaltern annähern, und können zum Formen der Intensitätsverteilung des Strahls oder zur Apodisation verwendet werden. Das Ausdehnen des Brennpunkts beinhaltet nur das Abtrennen der mittleren Reihe oder Reihen der Matrix, wenn bei niedriger Frequenz im fernen Eindringungsmodus gearbeitet wird. Das Verbinden und Abtrennen der mittleren Reihe oder Reihen, während die äußeren Reihen verbunden bleiben, ist leichter als das Verbinden und Abtrennen sowohl der inneren als auch der äußeren Reihen, so dass die inneren und äußeren Reihen nicht gleichzeitig funktionieren.
Breitstrahltechnologien beziehen sich auf Systeme und Verfahren, die Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall und Analysieren von erfassten Echos umfassen oder ausnutzen, Breitstrahltechnologien verwenden eine mehrdimensionale räumliche Information, die aus einem einzelnen Ultraschallimpuls erhältlich ist.
Flächenformung ist der Prozess des Erzeugens, Empfangens und Analysierens eines Ultraschallstrahls, der wahlweise eine Apodisation, Lenkung, Fokussierung und Blendensteuerung umfasst, wobei ein zweidimensionaler Satz von Echoortsdaten unter Verwendung von nur einem Ultraschallstrahl erzeugt werden kann. Trotzdem kann dennoch mehr als ein Ultraschallstrahl bei der Flächenformung verwendet werden, selbst wenn nur einer erforderlich ist. Die Flächenformung ist ein Prozess, der von der Strahlformung separat und verschieden ist. Die Flächenformung kann eine Fläche von Information pro Sende- und/oder Empfangszyklus im Gegensatz zur Strahlformung, die typischerweise nur eine Zeile von Information pro Sende- und/oder Empfangszyklus verarbeitet, ergeben. Alternativ kann die Strahlformungs- anstelle der Flächenformungselektronik in dieser gesamten Anmeldung verwendet werden.
Die Volumenformung ist der Prozess des Erzeugens, Empfangens und Analysierens eines Ultraschallstrahls, der wahlweise Apodisation, Lenkung, Fokussierung und Blendensteuerung umfasst, wobei ein dreidimensionaler Satz von Echoortsdaten unter Verwendung von nur einem Ultraschallstrahl erzeugt werden kann. Trotzdem können mehrere Ultraschallstrahlen verwendet werden, obwohl es nicht erforderlich ist. Die Volumenformung ist der Flächenformung übergeordnet.
Die mehrdimensionale Formung ist der Prozess des Erzeugens, Empfangens und Analysierens eines Ultraschallstrahls, der wahlweise Apodisation, Lenkung, Fokussierung und Blendensteuerung umfasst. Unter Verwendung der mehrdimensionalen Formung kann ein zwei- oder mehrdimensionaler Satz von räumlichen Echoortsdaten mit nur einem Ultraschallstrahl erzeugt werden. Trotzdem können mehrere Ultraschallstrahlen verwendet werden, obwohl dies nicht erforderlich ist. Die mehrdimensionale Formung umfasst wahlweise nicht-räumliche Dimensionen wie z. B. Zeit und Geschwindigkeit.
Die vorliegende akustische Linse kann bei Breitstrahltechnologien, Flächenformung, Volumenformung oder mehrdimensionaler Formung verwendet werden. Alternativ kann die vorliegende akustische Linse auch bei Strahlformung verwendet werden. Wenn sie bei Flächenformung verwendet wird, ist die akustische Linse typischerweise zylindrisch, um die Verwendung eines breiten Strahls zu ermöglichen, der einen Querschnitt aufweist, der vielmehr wie eine Linie als ein Punkt geformt ist und entlang seiner Höhe, aber nicht entlang seiner Breite fokussiert ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A zeigt ein akustisches Fokussierungssystem des Standes der Technik mit einer Linse mit einer einfachen Oberfläche;
Fig. 1B zeigt ein akustisches Fokussierungssystem des Standes der Technik;
Fig. 1C zeigt ein akustisches Fokussierungssystem des Standes der Technik;
Fig. 1D-F sind Ultraschallwandlermatrizes;
Fig. 2 zeigt ein Fokussierungssystem des Standes der Technik mit einer Linse mit einer zusammengesetzten Oberfläche;
Fig. 3 zeigt ein System mit einer Linse mit einer zusammengesetzten Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4A zeigt ein Fokussierungssystem mit einer Linse mit einer einfachen Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4B und 4C zeigen Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Linse von Fig. 4A;
Fig. 4D und 4E zeigen Draufsichten auf zwei Ausführungsbeispiele des Wandlers von Fig. 4A;
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Wandlers, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 4A und 4D verwendet werden kann;
Fig. 6A zeigt einen Querschnitt eines weiteren Wandlers, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 4A verwendet werden kann;
Fig. 6B zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Wandlers von Fig. 6A;
Fig. 6C zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Wandlers von Fig. 6A;
Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Verwendung der Linse von Fig. 4A;
Fig. 8 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Linse von Fig. 4A;
Fig. 9 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Linse von Fig. 4A; und
Fig. 10 zeigt ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Linse von Fig. 4A.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Fig. 3 zeigt ein System 300 mit einer Linse 302 mit einer zusammengesetzten Oberfläche, die einen inneren Linsenbereich 304 und einen äußeren Linsenbereich 306 umfasst, die an einer Linie zusammengefügt sind, die einen Übergangsbereich 307 bildet. Das System 300 umfasst auch ein Koordinatensystem 318.
Die Linse 302 des Systems 300 unterscheidet sich von der Linse 202 des Fokussierungssystems 200 hauptsächlich insofern, als der Wendepunkt 207 gegen den Übergangsbereich 307 ausgetauscht ist. Die Unterschiede zwischen den Linsen 202 und 302 werden nachstehend weiter erörtert. Die Linse 302 kann im Wesentlichen genauso wie die Linse 202 funktionieren und kann gegen diese ausgetauscht werden. Das Koordinatensystem 318 wird ähnlich dem Koordinatensystem 218 verwendet, um die Form der Linse 302 als Funktion z(r) zu charakterisieren. Der innere Linsenbereich 304 ist so zugeschnitten, dass er akustische Eigenschaften aufweist, die sich für höhere Frequenzen eignen, wie z. B. niedrigere Schalldämpfung, während der äußere Linsenbereich 306 für niedrigere Frequenzen zugeschnitten sein kann. Die Schalldämpfung innerhalb irgendeines gegebenen Mediums wird durch die Dichte und Größe von Teilchen beeinflusst, wie z. B. Blasen, Mikrokugeln, Graphit und/oder Wolfram, die in das die Linse bildende Medium oder Material eingebettet sind und einen anderen Schallbrechungsindex aufweisen als der Rest von diesem. Folglich kann die Dämpfung eines Bereichs der Linse 302 durch Hinzufügen von mehr Teilchen und/oder Erhöhen der Teilchengröße erhöht werden.
Im Gegensatz zur Linse 202 (Fig. 2) sind in der Linse 302 (Fig. 3) am Übergangsbereich 307 die Kurve z(r) und ihre erste und zweite Ableitung z'(r) und z"(r) mathematisch kontinuierlich, da die Kurve z(r) am Übergangsbereich 307 glatt ist. Am Übergangsbereich 307 ändert die zweite Ableitung z"(r) auch das Vorzeichen. Der Wendepunkt 207 weist eine scharfe Ecke mit einer plötzlichen Änderung zwischen den Linsenbereichen 204 und 206 auf, wohingegen der Übergangsbereich 307 eine abgerundete Ecke mit einem allmählichen Übergang zwischen den Linsenbereichen 304 und 306 aufweist. Durch den Übergangsbereich 307 (Fig. 3) verursachte Bildfehler können weniger deutlich sein als jene, die durch den Wendepunkt 207 (Fig. 2) verursacht werden, da die Glattheit des Übergangsbereichs 307 gewöhnlich Bildfehler erzeugt, die schlechter definiert sind. Die Linse 302 kann kreisförmig, elliptisch, zylindrisch sein oder eine beliebige andere Form aufweisen. Der Übergangsbereich 307 bildet einen Ring, wenn die Linse 302 kreisförmig ist, und stellt zwei parallele Linien dar, wenn die Linse 302 zylindrisch ist.
Alternativ könnte eine Linse aus einem Material hergestellt werden, das mechanisch verformt werden kann oder dessen Schallbrechungsindex anderweitig durch Anlegen eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes geändert wird, um die Brennweite der Linse zu ändern, geändert wird. Die Linse könnte beispielsweise aus einem piezoelektrischen Material oder einem mikroelektromechanischen (MEM) Element bestehen. Ein oder mehrere piezoelektrische Elemente und/oder ein oder mehrere MEMs können beispielsweise auch verwendet werden, um eine Linse zu verformen, die aus einem elastischen Material besteht, um ihre Brennweite zu verändern.
Fig. 4A zeigt ein Fokussierungssystem 400 mit einer Linse 402 mit einer einfachen Oberfläche gemäß der Erfindung. Fig. 4A zeigt auch einen inneren Linsenbereich 404, einen äußeren Linsenbereich 406, einen Verbindungsbereich 407, einen Wandler 408, einen Strahl 409, einen inneren Strahlbereich 410, einen äußeren Strahlbereich 412, einen nahen fokussierten Bereich 414, einen fernen fokussierten Bereich 416 und ein Koordinatensystem 418.
Fig. 4A zeigt einen Querschnitt der Linse 402 und ist eine akustische Linse mit einer einfachen Oberfläche. Der innere Linsenbereich 404 und der äußere Linsenbereich 406 weisen verschiedene Brechungsindizes auf und sind im Verbindungsbereich 407 zusammengefügt. Der Verbindungsbereich 407 hat einen anderen Namen als der Übergangsbereich 307, um zu kennzeichnen, dass der Verbindungsbereich 407 irgendeine Art von Änderung in den Materialparametern von einem glatten allmählichen Übergang zu einer plötzlichen abrupten Änderung zwischen den Linsenbereichen 404 und 406 sein kann. Im Gegensatz dazu ist der Übergangsbereich 307 (Fig. 3) immer ein glatter Übergang zwischen dem Linsenbereich 304 und 306. Die Linse 402 kann eine Schallimpedanz aufweisen, die dem interessierenden Medium entspricht, wie z. B. dem menschlichen Körper, um eine Reflexion an der Oberfläche zu minimieren. Der Wandler 408 ist ein Schallwandler, der einen Ultraschallstrahl erzeugt. Der Strahl 409 ist ein Ultraschallstrahl, der durch den Wandler 408 erzeugt wird.
Hinsichtlich der Linse 402 kann die Geschwindigkeit von Schall in einem Material durch Ändern entweder seiner Dichte oder seiner Kompressibilität beeinflusst werden. Materialien mit hoher Kompressibilität wie z. B. Silikone weisen gewöhnlich eine niedrige Geschwindigkeit auf und Materialien mit niedriger Kompressibilität weisen eine hohe Geschwindigkeit auf, unter der Annahme, dass die Dichten gleich sind. Die Geschwindigkeit in der Höhenrichtung (Geschwindigkeit in der z-Richtung) kann auch durch Behandeln der Linse mit verschiedenen Mitteln zur Härtung, Bestrahlung oder Erhitzung gesteuert werden, wodurch die Vernetzung im Material verändert wird und dadurch seine Härte beeinflusst wird. Größere Teilchen wie z. B. Blasen, Graphit, Wolfram und/oder Mikrokugeln weisen eine höhere Dämpfung auf, da sie mehr Streuung verursachen. Alternativ verursachen höhere Dichten von Teilchen wie z. B. Graphit, Wolfram, Blasen und/oder Mikrokugeln auch ein höheres Ausmaß an Streuung und folglich eine höhere Dämpfung. Verschiedene Materialien weisen verschiedene Ausmaße an Dämpfung auf. Folglich kann die Dämpfung unter Verwendung von verschiedenen Materialien für den inneren Linsenbereich 410 und den äußeren Linsenbereich 412 gesteuert werden. Außerdem kann die Dämpfung durch die Verwendung von sowohl verschiedenen Materialien als auch verschiedenen Mengen an Teilchen in beiden Linsenbereichen gesteuert werden. Somit können die Dichte und die Geschwindigkeit von Schall, die innerhalb des Materials zugeordnet werden, durch Ändern des Ausmaßes an Vernetzung und der Dichte und/oder Größe der zugegebenen Teilchen gesteuert werden. Daher können der Schallbrechungsindex und die Schallimpedanz, die die Dichte mal die Geschwindigkeit ist, auch gesteuert werden. Die Schallimpedanz kann in Situationen, in denen es erwünscht ist, Grenzflächenreflexionen zu minimieren, konstant gehalten werden. Die Dämpfungs- und Geschwindigkeitseigenschaften der Linse 402 können gesteuert werden, um eine gewünschte Apodisation wie z. B. eine Gauß- oder nebenkeulenlose Si-Funktions-Verteilung in der Strahlintensität an der Oberfläche der Linse zu erzielen.
Ultraschallstrahlen mit hoher Frequenz können zur Abbildung von nahen Bereichen innerhalb eines interessierenden Mediums verwendet werden, während Ultraschallstrahlen mit niedriger Frequenz für die Abbildung von fernen Bereichen reserviert sein können. Ultraschallstrahlen mit hoher Frequenz werden gewöhnlich mit einer zu hohen Dämpfungsrate gedämpft, um zur Abbildung weit in ein interessierendes Medium verwendet zu werden. Die Schallimpedanzen der Linsen 402 und 302 können so festgelegt werden, dass sie nahe jener des interessierenden Mediums wie z. B. eines menschlichen Körpers liegen, um den Signalverlust aufgrund des Impedanzfehlabgleichs an der Oberfläche des interessierenden Mediums zu minimieren.
Die Linse 402 unterscheidet sich von den Linsen 202 (Fig. 2) und 302 (Fig. 3) hauptsächlich insofern, als der innere Linsenbereich 404 und der äußere Linsenbereich 406 vielmehr verschiedene Schallbrechungsindizes als verschiedene Krümmungen oder verschiedene Grade an Konkavität oder Konvexität aufweisen. Im Fokussierungssystem 400 weist der Strahl 409 einen inneren Strahlbereich 410 und einen äußeren Strahlbereich 412 auf, die vorwiegend durch den inneren Linsenbereich 404 bzw. den äußeren Linsenbereich 406 laufen. Der innere Strahlbereich 410 und der äußere Strahlbereich 412 können separate Strahlen sein, die zu verschiedenen Zeiten erzeugt werden. Der innere Strahlbereich 410 wird in den nahen fokussierten Bereich 414 fokussiert, wohingegen der äußere Strahlbereich 412 in den fernen fokussierten Bereich 416 fokussiert wird. Obwohl der nahe fokussierte Bereich 414 und der ferne fokussierte Bereich 416 als mit einem Spalt zwischen ihnen dargestellt sind, kann der Spalt beseitigt werden. Der nahe fokussierte Bereich 414 und der ferne fokussierte Bereich 416 können auch benachbart sein oder überlappen. In dieser Anmeldung wurden der nahe fokussierte Bereich 414 und der ferne fokussierte Bereich 416 demgemäß benannt, welcher Bereich der Linse 402 verwendet wird. Der Ort des nahen fokussierten Bereichs 414 und des fernen fokussierten Bereichs 416 ist in Abhängigkeit von der gewählten Frequenz zum Senden durch den inneren Linsenbereich 404 bzw. den äußeren Linsenbereich 406 unterschiedlich. Ähnlich der Linse 202 und 302 erzeugen durch Einstellen der Eigenschaften der Linse 402 (z. B. der Brennweite und des Schallbrechungsindex) der nahe fokussierte Bereich 414 und der ferne fokussierte Bereich 416 kombiniert einen Brennweitenbereich, der größer ist als entweder der nahe fokussierte Bereich 414 oder der ferne fokussierte Bereich 416 allein. Das Koordinatensystem 418 wird ähnlich den Koordinatensystemen 218 und 318 verwendet, um die Form der Linse 402 als Funktion z(r) zu charakterisieren.
Im Gegensatz zur Linse 202 (Fig. 2) sind in der Linse 402 (Fig. 4A) im Verbindungsbereich 407 die Kurve z(r) und ihre erste und zweite Ableitung z'(r) und z"(r) mathematisch kontinuierlich. In einem Ausführungsbeispiel können die Kurven, die den inneren Linsenbereich 404 und den äußeren Linsenbereich 406 beschreiben, als unterschiedliche Bereiche derselben konvexen Kurve z(r) oder derselben kontinuierlichen Kurve z(r) beschrieben werden, wobei jeder Bereich dieselbe funktionale Abhängigkeit von r aufweist. Im Gegensatz zur Linse 302 (Fig. 3) ändert im Verbindungsbereich 407 (Fig. 4A) die zweite Ableitung z"(r) das Vorzeichen nicht. Im Gegensatz zu den Linsen 202 (Fig. 2) und 302 (Fig. 3) mit einer zusammengesetzten Krümmung ist die Krümmung der Linse 402 insofern einfach, als sie nicht zusammengesetzt ist oder nicht zusammengesetzt ist. Der innere Linsenbereich 404 und der äußere Linsenbereich 406 können beispielsweise denselben Krümmungsradius aufweisen oder können verschiedene Abschnitte derselben Parabel sein.
Fig. 4B und 4C zeigen Draufsichten auf verschiedene Ausführungsbeispiele der Linse 402 von Fig. 4A, die eine Linse 402B und eine Linse 402C sind. Die Linse 402B und die Linse 402C weisen innere Linsenbereiche 404B bzw. 404C und äußere Linsenbereiche 406B bzw. 406C auf. Beide Linsen 4B und 4C sind konvex oder konkav. Die Linse 402B ist jedoch eine sphärische Linse, während die Linse 402C eine zylindrische Linse ist. Die Linse 402C fokussiert den Strahl so, dass er einen linienförmigen Querschnitt aufweist, der bei Breitstrahltechnologien, Flächenformung, Volumenformung oder mehrdimensionaler Formung verwendet werden kann. Der innere Linsenbereich 404B ist kreisförmig und scheibenförmig. Der äußere Linsenbereich 406B ist ringförmig. Die Funktion z(r) für Fig. 4C beschreibt die Krümmung in nur einer Dimension. Obwohl die Linse 402B als kreisförmig dargestellt ist und die Linse 402C als quadratisch dargestellt ist, können beide eine beliebige Form aufweisen. Andere Linsen können anstelle der Linse 402 verwendet werden. Diese Linsen können andere Strukturmerkmale aufweisen, die den entsprechenden inneren Strahlbereich und den äußeren Strahlbereich gewöhnlich voneinander verschieden fokussieren. Eine GRadienten-INdex- (GRIN) Linse mit einem sich allmählich ändernden Gradienten in ihrem Schallbrechungsindex kann beispielsweise anstelle der Linse 402 verwendet werden. Obwohl sie in Fig. 4A als konvex dargestellt, kann die Linse 402 auch plankonvex sein.
Fig. 4D und 4E zeigen Draufsichten auf zwei Ausführungsbeispiele des Wandlers 408 von Fig. 4A, die ein kreisförmiger Wandler 408a und ein rechteckiger Wandler 408b sind, jeder weist nur einen Bereich auf. Der Wandler 408 kann jedoch eine beliebige Form zusätzlich zu kreisförmig und rechteckig aufweisen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Linse eine zusammengesetzte Oberfläche ähnlich der Linse 202 oder 302 auf, unterscheidet sich jedoch von den Linsen 202 und 302 insofern, als der innere Linsenbereich aus einem anderen Material besteht als der äußere Linsenbereich.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Wandlers 508, der anstelle des Wandlers 408 von Fig. 4A, 4D und 4E verwendet werden kann. Der Wandler 508 weist im Wesentlichen dieselbe Draufsicht auf wie der Wandler 408, der in Fig. 4D oder 4E dargestellt ist. Der Wandler 508 ist im mittleren Bereich dünner, so dass er besser geeignet ist, um Ultraschall mit hoher Frequenz anzuregen, der geeignet ist, um durch den inneren Linsenbereich 404 fokussiert zu werden. Der Wandler 508 ist in seinem äußeren Bereich dicker, um Ultraschall mit niedriger Frequenz zu erzeugen, der geeignet ist, um durch den äußeren Linsenbereich 406 fokussiert zu werden. Ein Impuls könnte an den inneren und den äußeren Wandlerbereich des Wandlers 508 gleichzeitig angelegt werden. Ein scharfer Impuls regt, obwohl er an den gesamten Wandler 508 angelegt wird, beispielsweise hauptsächlich die hohen Frequenzen und die Mitte des Wandlers 508 an. Ebenso regt ein glatter, sich langsam verändernder Impuls, obwohl er an den gesamten Wandler angelegt wird, hauptsächlich die niedrigeren Frequenzen und die Kanten des Wandlers 508 an.
Wenn eine Anregung, die zum Erzeugen von Ultraschall mit niedriger Frequenz geeignet ist, verwendet wird, um den gesamten Wandler 508 anzuregen, kann der innere Bereich gewissen Ultraschall mit hoher Frequenz emittieren. Wahlweise kann der Ultraschall mit hoher Frequenz, der emittiert wird, durch geeignete Einstellung der Eigenschaften des inneren Linsenbereichs 404 ausgefiltert werden. Wenn im Gegenteil eine Anregung, die zum Erzeugen von Ultraschall mit hoher Frequenz geeignet ist, verwendet wird, um den gesamten Wandler 508 anzuregen, kann der äußere Bereich gewissen Ultraschall mit niedriger Frequenz emittieren. Ebenso kann wahlweise der Ultraschall mit niedriger Frequenz, der emittiert wird, durch geeignetes Einstellen der Eigenschaften des äußeren Linsenbereichs 406 ausgefiltert werden. Alternativ kann die Filterung vielmehr durch ein separates Filter, das vor oder nach der Linse 402 angeordnet wird, als durch Ändern der Eigenschaften der Linse 402 durchgeführt werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Wandler 508 beispielsweise in separate innere und äußere Bereiche mit separaten Elektroden aufgeteilt werden, die diese Bereiche separat anregen. Obwohl der Wandler 508 als mit einer konkaven konischen Form dargestellt ist, kann er auch eine beliebige Form aufweisen wie z. B. eine konvexe konische Form. Der Wandler 508 kann beispielsweise eine parabolische Form oder eine andere Form aufweisen, die keinen scharfen Scheitel in ihrem Zentrum aufweist. Der Wandler 508 kann eine Oberfläche aufweisen, die eine Stufenfunktion mit einem inneren dünneren Wandlerbereich ist. Die Oberfläche des Wandlers 508 kann derart montiert werden, dass die Seite des Wandlers, die eine gekrümmte Kontur aufweist, zu den Linsen 302 und 402 hingewandt oder von diesen abgewandt ist.
Fig. 6A zeigt einen Querschnitt eines Wandlers 608, der anstelle des Wandlers 408 von Fig. 4A verwendet werden kann. Der Wandler 608 weist zwei Bereiche auf, einen inneren Wandlerbereich 610 zum Erzeugen eines Strahls mit hoher Frequenz und einen äußeren Wandlerbereich 612 zum Erzeugen eines Strahls mit niedriger Frequenz. Der innere Wandlerbereich 610 erzeugt den inneren Strahlbereich 410, der durch den inneren Linsenbereich 404 gesandt werden soll, und der äußere Wandlerbereich 612 erzeugt einen äußeren Strahlbereich 412, der durch den äußeren Linsenbereich 406 gesandt werden soll. Der innere Wandlerbereich 610 kann im Wesentlichen auf den inneren Linsenbereich 404 ausgerichtet werden und der äußere Wandlerbereich 612 kann im Wesentlichen auf den äußeren Linsenbereich 406 ausgerichtet werden.
Fig. 6B zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Wandlers von Fig. 6A. Der Wandler 608B entspricht der Linse 402B und kann mit dieser verwendet werden.
Fig. 6C zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Wandlers von Fig. 6A. Der Wandler 608C entspricht der Linse 402C und kann mit dieser verwendet werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele von Fig. 4A, Fig. 5 und Fig. 6A nur zwei Strahlen bilden (innerer Strahlbereich 410 und äußerer Strahlbereich 412), könnte eine beliebige Anzahl von Strahlen beispielsweise durch Erhöhen der Anzahl von Bereichen in der Linse 402 gebildet werden, wobei jeder Bereich zum Fokussieren eines anderen Strahlbereichs entsprechend verschiedenen Frequenzen dient. Die Anzahl von Bereichen im Wandler 608 kann auch auf eine entsprechende Anzahl erhöht werden, wobei jeder Bereich zum Erzeugen eines anderen Strahlbereichs dient.
Jeder der Wandler 408, 508 und 608 kann ein Wandler oder eine ein- oder mehrdimensionale Matrix von Wandlern sein. Der Wandler 608 kann verschiedene Gruppen von Wandlern für jeden des inneren Wandlerbereichs 610 und des äußeren Wandlerbereichs 612 verwenden. Einige Beispiele dafür, wie Wandler konstruiert werden können, sind in der US- Patentanmeldung mit dem Titel "System and Method for Coupling Ultrasound Generating Elements to Circuitry" zu finden, die durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
Im allgemeinen Fall ist die Linse 402 durchlässig. Die Linse 402 könnte jedoch auch reflektierend sein. Ob durchlässig oder reflektierend, die Dämpfungseigenschaften der Linse 402 oder eines der Linse 402 zugeordneten Filters können zugeschnitten werden, um eine Gaußverteilung zu erzeugen. Die Intensität des Strahls 409, der vom Wandler 408 erzeugt wird, kann eine Gaußverteilung aufweisen. Die Fourier-Transformation einer Gaußverteilung ist eine andere Gaußverteilung. Die Linse führt eine Fourier-Transformation am eingehenden Strahl 409 durch. Somit fokussiert eine Gaußverteilung in den Dämpfungseigenschaften der Linse 402 den Strahl 409 so, dass er eine Gaußverteilung aufweist, und bleibt daher länger scharf fokussiert als für eine Nicht-Gauß-Verteilung.
Fig. 7 zeigt ein Verfahren 700 zur Verwendung der Linse 402 von Fig. 4A. Ein interessierendes Medium wird Punkt für Punkt abgetastet, bis das gesamte interessierende Medium abgetastet ist. Um dieses Verfahren zu implementieren, kann ein interessierendes Medium beispielsweise irgendeines oder irgendeine Kombination eines Organs, einer Gruppe von Organen, eines oder mehrerer Teile eines Organs oder eines oder mehrerer Teile von mehreren Organen innerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers sein. Ein Punkt in der punktweisen Abtastung wird als interessierender Punkt bezeichnet. Schritt 702, Entscheiden oder Berechnen des Abstands zum interessierenden Medium, entscheidet oder berechnet den Abstand zum interessierenden Medium. Schritt 704, nah oder fern, stellt fest, ob das interessierende Medium sich in einem Überlappungsbereich zwischen dem nahen fokussierten Bereich 414 und dem fernen fokussierten Bereich 416 befindet. Wenn sich das interessierende Medium in einem Überlappungsbereich befindet, dann entscheidet Schritt 704, ob ein besseres Bild erhalten wird durch Fokussieren mit dem inneren Linsenbereich 404 in Verbindung mit dem nahen fokussierten Bereich 414, oder mit dem äußeren Linsenbereich 406 in Verbindung mit dem fernen fokussierten Bereich 416. Wenn keine Überlappung zischen dem nahen fokussierten Bereich 414 und dem fernen fokussierten Bereich 416 vorliegt, dann umfasst die Entscheidung des Schritts 704 hinsichtlich dessen, welcher Linsenbereich zu verwenden ist, die Entscheidung, welcher verwendbar ist.
Wenn der innere Linsenbereich 404 und der nahe fokussierte Bereich 414 verwendet werden sollen, geht das Verfahren zu Schritt 706, Aktivieren des Bereichs des Wandlers mit hoher Frequenz, weiter. Mit anderen Worten, Schritt 706 aktiviert hohe Frequenzen im Wandler wie z. B. Wandler 408, 508 oder 608. Wenn der Wandler 408 oder 508 verwendet wird, wird der gesamte Wandler mit einem scharfen Impuls aktiviert, der vorwiegend hohe Frequenzen aktiviert, welche im Fall des Wandlers 508 vorwiegend aus den inneren Bereichen kommen können. Wenn der Wandler 608 verwendet wird, wird der innere Wandlerbereich 610 durch Anlegen eines Impulses nur an den inneren Wandlerbereich 610 aktiviert. Als nächstes fokussiert Schritt 708, Fokussieren von Strahl mit dem inneren Linsenbereich, den inneren Strahlbereich 410 unter Verwendung des inneren Linsenbereichs 404. Wenn der Wandler 408 oder 508 verwendet wird, kann gewisser Ultraschall mit hoher Frequenz aus dem äußeren Bereich des Wandlers 408 oder 508 emittiert werden, da der gesamte Wandler angeregt wird, einschließlich des äußeren Bereichs, der unerwünscht ist. Die Eigenschaften des äußeren Linsenbereichs 406 können jedoch eingestellt werden oder ein Filter kann verwendet werden, um irgendeinen emittierten Strahl mit hoher Frequenz auszufiltern. Schritt 710, Empfangen von reflektiertem oder abgelenktem Strahl, empfängt den reflektierten oder abgelenkten Strahl vom inneren Strahlbereich 410.
Wenn alternativ der äußere Linsenbereich 406 und der ferne fokussierte Bereich 416 verwendet werden sollen, geht das Verfahren zum Schritt zum Aktivieren des Bereichs des Wandlers mit niedriger Frequenz, Schritt 712, weiter, der die niedrigen Frequenzen im Wandler 408, 508 oder 608 aktiviert. Wenn der Wandler 408 oder 508 verwendet wird, wird der gesamte Wandler aktiviert, aber vorwiegend werden die niedrigen Frequenzen unter Verwendung eines langsam schwingenden Impulses aktiviert, welche im Fall des Wandlers 508 vorwiegend von den äußeren Bereichen kommen können. Wenn der Wandler 608 verwendet wird, wird der äußere Wandlerbereich 612 aktiviert. Als nächstes fokussiert Schritt 714, Fokussieren von Strahl mit dem äußeren Linsenbereich, den äußeren Strahlbereich 412 unter Verwendung des äußeren Linsenbereichs 406. Ein Filter kann verwendet werden oder die Eigenschaften des äußeren Linsenbereichs 406 können eingestellt werden, um irgendeinen Strahl mit hoher Frequenz, der als äußerer Strahlbereich 412 emittiert wird, auszufiltern. Schritt 716, Empfangen von reflektiertem oder abgelenktem Strahl, empfängt den reflektierten oder abgelenkten Strahl vom äußeren Strahlbereich 412.
Die Schritte 710 und 716 können im Wesentlichen gleich sein. Die Gruppe von Wandlern, die verwendet wird, um den abgelenkten oder reflektierten Strahl in den Schritten 710 und 716 zu empfangen, kann jedoch unterschiedlich sein.
Das Verfahren 700 wurde als einmal für das gesamte interessierende Medium angewendet beschrieben. Das Verfahren 700 kann jedoch mehrere Male auf ein interessierendes Medium angewendet werden, sogar einmal für jeden interessierenden Punkt.
Als Erläuterung für die Bezugnahme auf einen reflektierten oder abgelenkten Strahl in den Schritten 710 und 716 befinden sich in einem Durchlasssystem die Empfangswandler (nicht dargestellt) auf der anderen Seite des interessierenden Mediums (nicht dargestellt) und empfangen einen abgelenkten Strahl (nicht dargestellt), der durch das interessierende Medium (nicht dargestellt) durchgelassen wurde. In einem reflektierenden System befinden sich die Empfangswandler (nicht dargestellt) auf derselben Seite wie das interessierende Medium (nicht dargestellt) und empfangen einen reflektierten Strahl (nicht dargestellt). Die Empfangswandler (nicht dargestellt) eines reflektierenden Systems könnten sich in derselben oder einer anderen Einheit (nicht dargestellt) wie die Sendewandler befinden. In einem reflektierenden System könnten die Empfangs- und Sendewandler auch dieselben Wandler sein.
Fig. 8 zeigt ein Verfahren 800 zur Herstellung der Linse von Fig. 4. Schritt 802, inneren Linsenbereich bereitstellen oder ausbilden, stellt den inneren Linsenbereich 404 bereit oder bildet diesen aus. Schritt 804, äußeren Linsenbereich bereitstellen oder ausbilden, stellt den äußeren Linsenbereich 406 bereit oder bildet diesen aus. Während der Schritte 802 und 804 können der innere Linsenbereich 404 und der äußere Linsenbereich 406 beispielsweise durch Gießen derselben in Formen mit den geeigneten Krümmungen und Härtenlassen derselben ausgebildet werden. Schritt 802 und 804 sind unabhängig voneinander und können daher zu jeder Zeit relativ zueinander durchgeführt werden. Schritt 806, inneren und äußeren Linsenbereich koppeln, koppelt den inneren Linsenbereich 404 mit dem äußeren Linsenbereich 406. Der innere Linsenbereich 404 und der äußere Linsenbereich 406 können in einer beliebigen einer Anzahl von verschiedenen Weisen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, zusammengehalten werden, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf, durch Reibung, durch einen Klebstoff oder indem sie erwärmt werden, so dass sie aneinander binden.
Fig. 9 zeigt ein Verfahren 900 zur Herstellung der Linse von Fig. 4A. Schritt 902, einen ersten Linsenbereich bereitstellen oder ausbilden, stellt einen ersten Linsenbereich bereit oder bildet diesen aus, der entweder der innere Linsenbereich 404 oder der äußere Linsenbereich 406 sein könnte. Schritt 904, einen zweiten Linsenbereich am ersten Linsenbereich ausbilden oder formen, bildet einen zweiten Linsenbereich, der der andere Linsenbereich ist, der noch nicht in Schritt 902 bereitgestellt oder ausgebildet wurde, am ersten Linsenbereich aus. Der zweite Linsenbereich kann auf den ersten Linsenbereich geformt oder anderweitig an diesem ausgebildet werden. Der Hauptunterschied zwischen dem Verfahren 800 und dem Verfahren 900 besteht darin, dass im Verfahren 800 der erste Linsenbereich und der zweite Linsenbereich zuerst ausgebildet und dann später aneinander befestigt werden. Im Gegensatz dazu wird beim Verfahren 900 nur der erste Linsenbereich zuerst ausgebildet. Dann wird der zweite Linsenbereich am ersten Linsenbereich ausgebildet und dadurch an den ersten Linsenbereich als Teil des Prozesses zum Ausbilden des zweiten Linsenbereichs gebunden.
Alternativ könnte der erste Linsenbereich als Teil der Form verwendet werden, um den zweiten Linsenbereich zu formen, ohne tatsächlich den ersten und den zweiten Linsenbereich zu verbinden. Nachdem die zwei Linsenbereiche ausgebildet sind, werden sie dann wie beim Verfahren 800 zusammengefügt.
Fig. 10 zeigt ein Verfahren 1000 zur Herstellung der Linse von Fig. 4A. Schritt 1002, Bereitstellen oder Ausbilden einer Linse mit einer einfachen Oberfläche, stellt eine Linse mit einer einfachen Oberfläche ähnlich der Linse 102A (Fig. 1A) bereit oder bildet diese aus. Schritt 1004, Modifizieren der Linse, um den inneren und den äußeren Linsenbereich mit unterschiedlichen Brechungsindizes und wahlweise unterschiedlichen Dämpfungen auszubilden, dotiert die Linse oder modifiziert sie anderweitig, um den inneren Linsenbereich 404 und den äußeren Linsenbereich 406 auszubilden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es für Fachleute selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente gegen Elemente derselben ausgetauscht werden können, ohne vom wahren Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Außerdem können Modifikationen vorgenommen werden, ohne von den wesentlichen Lehren der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung mit:
einer Linse mit mindestens zwei Linsenbereichen, die jeweils einen anderen Schallbrechungsindex aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Linse eine nicht-zusammengesetzte Oberfläche aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich mit einem abrupten Übergang dazwischen zusammengefügt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich mit einem allmählichen Übergang dazwischen zusammengefügt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche folgendes umfassen:
einen inneren zylindrischen Bereich; und
einen äußeren zylindrischen Bereich mit zwei Teilen, wobei sich jeder Teil auf einer von zwei Seiten des inneren zylindrischen Bereichs befindet, wobei sich nur ein Teil auf jeder Seite befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche Formen aufweisen, die mathematisch als zwei Teile einer einzelnen Kurve beschrieben werden können, wobei jeder der zwei Teile einen gleichen Grad an Konkavität oder Konvexität aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei:
die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich zusammengefügt sind;
die Linse eine Form aufweist, die durch eine Abstandsfunktion beschrieben wird, die innerhalb des Verbindungsbereichs mathematisch kontinuierlich und glatt ist; und
die Funktion eine zweite Ableitung mit einem Vorzeichen aufweist, das für beide der mindestens zwei Linsenbereiche und den Verbindungsbereich gleich ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche verschiedene Ausmaße an Vernetzung aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche verschiedene Dämpfungseigenschaften aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche in diese eingebettete Teilchen aufweisen, wobei jeder der zwei Linsenbereiche eine vom anderen verschiedene Verteilung von Teilchengrößen aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche verschiedene Dichten von in diese eingebetteten Teilchen aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche aus mindestens einem Linsenmedium ausgebildet sind, wobei nur einer der mindestens zwei Linsenbereiche in das Linsenmedium eingebettete Teilchen aufweist und das Linsenmedium einen anderen Schallbrechungsindex aufweist als die Teilchen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Wandler umfasst, der zum Senden oder Empfangen eines Schallsignals durch die Linse hindurch ausgerichtet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Wandler mindestens zwei Wandlerbereiche umfasst, die jeweils auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche ausgerichtet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Wandler unterschiedliche Dicken oder Materialien in unterschiedlichen Teilen aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei Linsenbereiche folgendes umfassen:
einen ersten Linsenbereich, der in der Lage ist, einen ersten fokussierten Bereich zu erzeugen; und
einen zweiten Linsenbereich, der in der Lage ist, einen zweiten fokussierten Bereich zu erzeugen, der vom ersten fokussierten Bereich verschieden ist, wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich mit einem größeren Brennweitenbereich als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich erzeugen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich teilweise überlappen.

18. Vorrichtung mit:
einer Linse mit einer Struktur mit mindestens zwei Linsenbereichen, die jeweils einen unterschiedlichen Schallbrechungsindex aufweisen,
wobei die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich zusammengefügt sind,
wobei die mindestens zwei Linsenbereiche einen inneren zylindrischen Bereich umfassen; und
einem äußeren zylindrischen Bereich mit zwei Teilen, wobei sich jeder Teil auf einer von zwei Seiten des inneren zylindrischen Bereichs befindet, wobei sich nur ein Teil auf jeder Seite befindet,
wobei die Linse eine Form aufweist, die durch eine Funktion eines Abstands von ihrer Mitte beschrieben wird, welche innerhalb des Verbindungsbereichs mathematisch kontinuierlich und glatt ist,
die Funktion eine zweite Ableitung mit einem Vorzeichen aufweist, das für beide der mindestens zwei Linsenbereiche und den Verbindungsbereich gleich ist,
die mindestens zwei Linsenbereiche Formen aufweisen, die mathematisch als zwei Teile der Funktion beschrieben werden können, wobei jeder der mindestens zwei Teile einen gleichen Grad an Konkavität oder Konvexität aufweist,
die mindestens zwei Linsenbereiche verschiedene Ausmaße an Vernetzung aufweisen,
die mindestens zwei Linsenbereiche in diese eingebettete Teilchen aufweisen, so dass die mindestens zwei Linsenbereiche verschiedene Dämpfungseigenschaften aufweisen,
der erste Linsenbereich in der Lage ist, einen ersten fokussierten Bereich zu erzeugen,
der zweite Linsenbereich in der Lage ist, einen zweiten fokussierten Bereich zu erzeugen, der vom ersten fokussierten Bereich verschieden ist, wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich mit einem größeren Brennweitenbereich als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich erzeugen; und
einem Wandler mit mindestens zwei Wandlerbereichen, die jeweils auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche ausgerichtet sind.

19. Verfahren mit:
Ausbilden einer Linse mit mindestens zwei Linsenbereichen mit jeweils unterschiedlichen Schallbrechungsindizes.

20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Linse eine nicht-zusammengesetzte Oberfläche aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Zusammenfügen der mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich mit einem abrupten Übergang dazwischen umfasst.

22. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Zusammenfügen der mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich mit einem allmählichen Übergang dazwischen umfasst.

23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche folgendes umfasst:
Ausbilden eines inneren zylindrischen Bereichs; und
Ausbilden eines äußeren zylindrischen Bereichs mit zwei Teilen, wobei sich jeder Teil auf einer von zwei Seiten des inneren zylindrischen Bereichs befindet, wobei sich nur ein Teil auf jeder Seite befindet.

24. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche mit Formen umfasst, die als zwei Teile einer einzelnen Kurve beschrieben werden können, wobei jeder der mindestens zwei Teile einen gleichen Grad an Konkavität oder Konvexität aufweist.

25. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche derart umfasst, dass:
die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich zusammengefügt werden;
die Linse eine Form aufweist, die durch eine Abstandsfunktion beschrieben wird, die innerhalb des Verbindungsbereichs mathematisch kontinuierlich und glatt ist; und
die Funktion eine zweite Ableitung aufweist, die ein Vorzeichen aufweist, das für zwei oder mehr der mindestens zwei Linsenbereiche und den Verbindungsbereich gleich ist.

26. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Vernetzen der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad vernetzt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Behandeln der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad behandelt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Bestrahlen der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad bestrahlt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Härten der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad gehärtet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche das Erwärmen der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad erwärmt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Erteilen von unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften in den mindestens zwei Linsenbereichen umfasst.

32. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Einbetten einer unterschiedlichen Verteilung von Teilchengrößen in jeden der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst.

33. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden das Einbetten einer unterschiedlichen Dichte von Teilchen in jeden der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst.

34. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden ferner folgendes umfasst:
Ausbilden der Linse aus mindestens einem Linsenmedium; und
Einbetten von Teilchen innerhalb nur einen der mindestens zwei Linsenbereiche des Linsenmediums, und wobei der Schallbrechungsindex der Teilchen von jedem des Mediums verschieden ist.

35. Verfahren nach Anspruch 19, welches ferner folgendes umfasst:
Ausbilden eines Wandlers; und
Ausrichten des Wandlers und der Linse zum Senden oder Empfangen eines Schallsignals durch die Linse hindurch.

36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei:
das Ausbilden des Wandlers das Ausbilden von mindestens zwei Wandlerbereichen umfasst; und
das Ausrichten des Wandlers das Ausrichten von jedem der mindestens zwei Wandlerbereiche auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche umfasst.

37. Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Ausbilden des Wandlers das Ausbilden des Wandlers derart, dass der Wandler unterschiedliche Dicken aufweist oder aus unterschiedlichen Materialien in verschiedenen Teilen besteht, umfasst.

38. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ausbilden ferner umfasst
Erzeugen
eines ersten Linsenbereichs, der in der Lage ist, einen ersten fokussierten Bereich zu erzeugen; und
eines zweiten Linsenbereichs, der in der Lage ist, einen zweiten fokussierten Bereich zu erzeugen, der vom ersten fokussierten Bereich verschieden ist;
Einstellen des ersten Linsenbereichs und des zweiten Linsenbereichs derart, dass der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich erzeugen, der länger ist als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich.

39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Einstellen das Einstellen des ersten fokussierten Bereichs und des zweiten fokussierten Bereichs derart, dass sie teilweise überlappen, umfasst.

40. Verfahren mit:
Ausbilden einer Linse mit einer nicht- zusammengesetzten Oberfläche mit mindestens zwei Linsenbereichen, die jeweils einen unterschiedlichen Schallbrechungsindex aufweisen und in der Lage sind, mindestens zwei fokussierte Bereiche zu erzeugen, einschließlich eines ersten fokussierten Bereichs, der von einem zweiten fokussierten Bereich verschieden ist, umfassend
Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche derart, dass
die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich zusammengefügt sind,
die mindestens zwei Linsenbereiche einen ersten Bereich umfassen, der zwei Teile aufweist, die zylindrisch geformt und auf zwei entgegengesetzten Seiten eines zweiten Bereichs, der zylindrisch geformt ist, angeordnet sind, Ausbilden der Linse mit einer Form, die durch eine Funktion eines Abstands von ihrer Mitte beschrieben wird, welche innerhalb des Verbindungsbereichs mathematisch kontinuierlich und glatt ist, wobei die Funktion eine zweite Ableitung mit einem Vorzeichen aufweist, das für beide der mindestens zwei Linsenbereiche und den Verbindungsbereich gleich ist, und
Ausbilden der mindestens zwei Linsenbereiche mit Formen, die als zwei Teile der Funktion beschrieben werden können, wobei jeder einen gleichen Grad an Konkavität oder Konvexität aufweist;
Vernetzen der mindestens zwei Linsenbereiche, wobei jeder in einem unterschiedlichen Grad vernetzt wird,
Ausbilden des ersten Linsenbereichs so, dass er in der Lage ist, den ersten fokussierten Bereich zu erzeugen,
Ausbilden des zweiten Linsenbereichs so, dass er in der Lage ist, den zweiten fokussierten Bereich zu erzeugen, und
Einstellen des ersten Linsenbereichs und des zweiten Linsenbereichs derart, dass der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich mit einem größeren Brennweitenbereich als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich erzeugen;
Einbetten von Teilchen in die mindestens zwei Linsenbereiche, so dass die mindestens zwei Linsenbereiche unterschiedliche Dämpfungseigenschaften aufweisen;
Ausbilden eines Wandlers mit mindestens zwei Bereichen; und
Ausrichten von jedem der mindestens zwei Bereiche des Wandlers auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche.

41. Verfahren mit:
Senden eines Schallsignals durch eine Linse mit mindestens zwei Linsenbereichen jeweils mit einem unterschiedlichen Schallbrechungsindex.

42. Verfahren nach Anspruch 41, welches ferner das Senden oder Empfangen des Schallsignals über die Linse mit einem Wandler umfasst.

43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei:
der Wandler mindestens zwei Wandlerbereiche umfasst;
wobei das Senden oder Empfangen umfasst, dass einer der mindestens zwei Wandlerbereiche das Schallsignal sendet oder empfängt; und
jeder der mindestens zwei Wandlerbereiche auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche ausgerichtet ist.

44. Verfahren nach Anspruch 41, welches ferner umfasst:
Fokussieren des Schallsignals in einen von
einem ersten fokussierten Bereich, der vom ersten Linsenbereich erzeugt wird, oder
einem zweiten fokussierten Bereich, der vom zweiten Linsenbereich erzeugt wird,
wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich erzeugen, der länger ist als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich.

45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich teilweise überlappen.

46. Verfahren mit:
Senden eines Schallsignals durch eine Linse mit einer nicht-zusammengesetzten Oberfläche mit
mindestens zwei Linsenbereichen mit jeweils einem unterschiedlichen Schallbrechungsindex,
wobei die mindestens zwei Linsenbereiche in einem Verbindungsbereich zusammengefügt sind,
die mindestens zwei Linsenbereiche einen ersten Bereich umfassen, der zwei Teile aufweist, die zylindrisch geformt und auf zwei entgegengesetzten Seiten eines zweiten Bereichs, der zylindrisch geformt ist, angeordnet sind,
die Linse eine Form aufweist, die durch eine Funktion eines Abstands von ihrer Mitte beschrieben wird, die innerhalb des Verbindungsbereichs mathematisch kontinuierlich und glatt ist,
die Funktion eine zweite Ableitung mit einem Vorzeichen aufweist, das für mindestens zwei der mindestens zwei Bereiche und den Übergangsbereich gleich ist,
die mindestens zwei Linsenbereiche Formen aufweisen, die als zwei Teile der Funktion mit einem gleichen Grad an Konkavität oder Konvexität beschrieben werden können,
die mindestens zwei Linsenbereiche unterschiedliche Ausmaße an Vernetzung aufweisen,
die mindestens zwei Linsenbereiche in diese eingebettete Teilchen aufweisen, und zwar jeder Linsenbereich mit einer Verteilung von Teilchen, die derart unterschiedlich ist, dass die mindestens zwei Linsenbereiche unterschiedliche Dämpfungseigenschaften aufweisen,
Fokussieren des Schallsignals in einen von einem ersten fokussierten Bereich, der vom ersten Linsenbereich erzeugt wird, oder
einem zweiten fokussierten Bereich, der vom zweiten Linsenbereich erzeugt wird,
wobei der erste fokussierte Bereich und der zweite fokussierte Bereich kombiniert einen fokussierten Bereich erzeugen, der länger ist als entweder der erste fokussierte Bereich oder der zweite fokussierte Bereich; und
Senden oder Empfangen des Schallsignals mit einem Wandler mit mindestens zwei Wandlerbereichen, die jeweils auf einen anderen der mindestens zwei Linsenbereiche ausgerichtet sind.