<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Schwingungen von strömende oder pulsierende Medien enthaltenden Leitungssystemen u. dgl. mit Ultraschall, insbesondere für diagnostische Zwecke, mit einem. Ultraschallgerät, das einen Sender zur Einleitung eines Ultraschallbündels in das Leitungssystem, einen die von diesem Ultraschallbündel erhaltenen Echos in elektrische Signale umwandelnden Empfänger und eine dem Empfänger nachgeordnete Auswertungsstufe mit einem Verstärker, einer Demodulationsstufe od. dgl. und akustischen bzw. optischen Anzeigevorrichtungen für die Signale aufweist.
Eine Einrichtung dieser Art kann unter anderem in der Diagnose für die Überwachung des Zustandes von
Blutgefässen herangezogen werden, ist aber auch für die Überwachung der Schwingungen anderer Leitungssysteme anwendbar, soferne die Schwingungen Relativbewegungen von Reflektoren zum eingeleiteten Ultraschallbündel hervorrufen und die Reflektoren so gelagert sind, dass sie den Ultraschall zu dem Empfänger reflektieren.
Bei einer bekannten Einrichtung der eingangs genannten Art, die zur Überwachung von Blutgefässen, vor allem von Arterien und des Herzens in der Diagnose bereits Verwendung findet, wird mit Dauerschall gearbeitet, wobei mit Hilfe eines den Ultraschallsender bildenden Prüfkopfes ein Dauerschallbündel meist unter schrägem Einstrahlwinkel im Bereich des zu untersuchenden Gefässes eingeleitet und die von Gefässwandungen usw.
erhaltenen Echos mit Hilfe eines zweiten, gegebenenfalls mit dem Prüfkopf zu einer baulichen Einheit vereinigten, aber mit einem gesonderten piezoelektrischen oder ferromagnetischen Schwinger ausgestatteten Empfänger empfangen, durch den Schwinger in elektrische Signale umgewandelt und nach Demodulation und
Filterung in der Auswertungsstufe einem Lautsprecher oder Kopfhörer zugeführt werden, durch den nun ähnlich wie bei einem Stethoskop charakteristische Strömungsgeräusche hörbar sind, wodurch eine Diagnose ermöglicht wird. Man kann dabei auch die empfangenen Echos bzw. die ihnen äauivalenten elektrischen Signale mit einer Bezugsfrequenz, im Normalfall mit der Sendefrequenz des den Ultraschallprüfkopf erregenden Senders, interferieren lassen und so, z.
B. unter Ausnutzung des Doppler-Effektes, weitere Aussagen über die zu überwachenden Schwingungszustände erhalten. Wie erwähnt, wird bei der bekannten Einrichtung mit Dauerschall gearbeitet. Dies hat den prinzipiellen Nachteil, dass bei der Diagnose am lebenden Organismus nur geringe
Sendeenergien Verwendung finden dürfen, damit die höchst zulässige Schallbelastung des Körpers nicht überschritten wird. Wegen der zu geringen zulässigen Schallenergie beschränkt sich die Untersuchung auf nahe unter der Hautoberfläche liegende Gefässe usw., wobei trotzdem Echos aus verschiedenen Tiefen erhalten werden, so dass dem zur Anzeige gelangenden charakteristischen Geräusch eines Blutgefässes od. dgl. immer aus andern Schichttiefen stammende und von dort vorhandenen Blutgefässen usw. erzeugte Geräusche überlagert sind, wodurch die Diagnose erschwert wird.
Die hörbar gemachten Geräusche haben praktisch jene Frequenz, mit der die überwachten Gefässe u. dgl. pulsieren, wodurch sich in gleicher Frequenz die Abstände ihrer mitpulsierenden Wandungen vom Ultraschallsender und-empfänger ändern.
Bei der Überwachung der Schwingungen anderer Leitungssysteme, die strömende oder pulsierende Medien enthalten, also bei der technischen Untersuchung von Rohrleitungen u. dgl., kann man zwar mit höheren Schallenergien arbeiten, erhält aber praktisch ebenfalls immer eine Mischanzeige aus verschiedenen Tiefenbereichen.
Für die technische Materialprüfung und auch für Sonderfälle in der Diagnose finden seit langem als Impulsprüfgerät ausgebildete Ultraschallgeräte Verwendung, mit deren Hilfe Untersuchungen und Prüfungen im Impuls-Echoverfahren durchgeführt werden können, wobei auf einem Schirmbild der Sendeimpuls und Echos sichtbar gemacht werden können, die bei der Materialprüfung von Fehlern bzw. bei der Diagnose von verschiedenen Gewebeschichten usw. erhalten werden. Bei den bisherigen Ausführungen kann man mit Hilfe der Impulsprüfgeräte nur das Vorhandensein von Fehlern bzw. Trennschichten feststellen und gegebenenfalls Aussagen über die statische Form und die Relativlage der Fehler od. dgl. zu einer Bezugsfläche, im Normalfall der Oberfläche des Körpers erhalten.
Kennt man die Schallgeschwindigkeit des Mediums, in dem die Prüfung stattfindet, kann man auch aus der angezeigten Laufzeit des Echos vom Sendeimpuls die Tiefenlage des Fehlers od. dgl. exakt ermitteln. Durch entsprechende Einstellung der Ablenkung des Elektronenstrahlers beim Schirmbild kann man für diagnostische Zwecke auch Schnittbilder sichtbar machen. Ferner kann man die Auswertungsstufe über ein elektronisches Zeitschaltwerk nur während einstellbarer Zeitspannen vom jeweiligen Prüfmpuls empfindlich schalten, so dass nur die aus einer vorbestimmten Schichttiefe stammenden Echos zur Anzeige gelangen. Wie erwähnt, handelt es sich bei den bisher nach dem Impuls-Echoverfahren erhaltenen Anzeigen um Anzeigen der statischen Form bzw. der statischen Relativlage eines Fehlers zu einer Oberfläche.
Wenn sich die reflektierende Schicht od. dgl. relativ zu der Bezugsoberfläche bewegt, führt dies bei der bisherigen Art der Auswertung nur zu einem Wandern der zugehörigen Echoanzeige am Schirmbild od. dgl. und somit zu einer Störung der Gesamtauswertung.
Eine Einrichtung der eingangs genannten Art zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass das Ultraschallgerät, wie an such bekannt, als Impuls-Prüfgerät ausgebildet, die Auswertungsstufe, wie ebenfalls an sich bekannt, über ein elektronisches Zeitschaltwerk nur während vorwählbarer, einstellbarer Zeitspannen von jedem Prüfimpuls empfindlich geschaltet ist, und im Eingang mit einer "clamp and hold"-Einrichtung zur Überbrückung der Pausen zwischen den der Auswertungsstufe zugeführten Impulsen ausgestattet ist, so dass an der Anzeigevorrichtung eine Daueranzeige erhalten wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass auch bei der Durchführung der Überwachung mit Hilfe eines Impuls-Prüfgerätes in den empfangenen Echosignalen eine Information enthalten ist, die jener äquivalent ist, die man bisher bei der Überwachung mit Dauerschall erhalten konnte. Ein im Schallbündel
EMI2.1
an ihm auftretenden Echos vom jeweiligen Sendeimpuls in seiner charakteristischen Bewegungsfrequenz und Schwingungsamplitude verändern. Es können also zu jedem Prüfimpuls charakteristische Werte der Schwingungskurve des erwähnten Reflektors erhalten werden. Wenn man nun unter Anwendung der "clamp and hold"-Technik die Pausen zwischen den sozusagen punktförmig erhaltenen Informationen überbrückt, kann man trotz der Anwendung des Impulsverfahrens die gewünschte charakteristische Anzeige der Schwingung des Reflektors erhalten.
Wegen der Anwendung der Impulstechnik besteht die Möglichkeit, die Auswertungsstufe nur während vorwählbarer einstellbarer Zeitspannen von jedem Prüfnnpuls empfindlich zu schalten und dadurch die Untersuchung bzw. Überwachung auf jede Schicht in dem Bereich, aus dem Echos erhalten werden können, zu beschränken, so dass z. B. bei der Diagnose nur die von einem bestimmten Blutgefäss bzw. von einem bestimmten Körperbereich erhaltenen charakteristischen Geräusche zur Anzeige gebracht, aber alle aus andern Schichttiefen stammenden Nebengeräusche unterdrückt werden können.
Man kann auch hier wieder einen Vergleich mit einer Bezugsfrequenz und damit eine Interferenzbildung vorsehen, wobei man die Wahl hat, als Bezugsfrequenz entweder die dann als Dauerfrequenz gesendete, aber nur periodisch an den Prüfkopf gelegte Sendefrequenz zu wählen oder bei der Auswertung anzunehmen, dass die Interferenzbildung bereits dadurch gegeben ist, dass ein Teil des eingeleiteten Schallbündels an relativ zu dem überwachten Gefäss od. dgl unbeweglichen Reflektoren, z. B.
Knochen, reflektiert wird, so dass die Interferenzbildung praktisch zwangsweise erfolgt. Da nur mit Prüfimpulsen und nicht mit Dauerschall gearbeitet wird, können auch für diagnostische Zwecke hohe Schallenergien Verwendung finden, so dass eine hohe Eindringtiefe gewährleistet ist und trotzdem die zulässige Dauerschallbelastung nicht überschritten wird.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemässen Einrichtung der "clamp and hold"-Einrichtung der Auswertungsstufe ein Operationsverstärker nachgeschaltet, der über ein Filter und gegebenenfalls einen Demodulator mit der Anzeigevorrichtung in Verbindung steht.
Die Aufgabe des Operationsverstärkers besteht neben der Verstärkung der einlangenden Signale darin, möglichst die durch die punktförmige Abtastung und die Interpolation über die "clamp and hold"-Einrichtung verzerrte Amplitudenform des Signals, das aus den einlangenden Einzelinformationen zusammengesetzt wird, zu entzerren. In weiterer Folge erfüllt auch ein Filter diese Aufgabe. Durch entsprechende Einstellung des Operationsverstärkers und Filters kann man die an einem Lautsprecher od. dgl. zur Anzeige gelangenden Geräusche sehr genau an die von der Stethoskopuntersuchung her bekannten Geräusche angleichen. Neben Blutgefäss- und Herzkammeruntersuchungen können nach dem erfindungsgemässen Verfahren unter anderem auch Plazentauntersuchungen vorgenommen werden, wobei z.
B. die Grenzen der Plazenta genau festgelegt werden können. Zu erwähnen ist noch, dass bei einer Impulsfolgefrequenz, die grösser als 3 kHz ist, aus Körpergewebetiefen von 15 bis 20 cm noch voll auswertbare Signale erhalten werden können.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemässe Einrichtung im Blockschaltschema veranschaulicht.
Das bei der Einrichtung verwendete Ultraschallgerät besitzt einen Sender der über eine Leitung --2-mit einem elektronischen Schalter --3-- verbunden ist, der von einem Taktgeber --4-- gesteuert wird. Es ist auch möglich, auf den elektronischen Schalter--3--zu verzichten und über den Taktgeber --4-- unmittelbar den Sender--l--kurzzeitig zu erregen. Bei beiden Möglichkeiten wird beim Einschalten durch den Taktgeber in der vorgewählten Impulsfolgefrequenz über eine Leitung --5-- ein Sendeimpuls auf
EMI2.2
annimmt bzw. annehmen kann, dass ohnehin durch Reflexion des Schallstrahles sowohl an bewegten als an unbewegten Reflexionsflächen eine Interferenzbildung stattfindet.
Das Signal wird nun einem Demodulator --10-- zugeführt. In einem Bandfdter --11-- werden überdies Störfrequenzen ausgeblendet.
Schliesslich wird das Signal an einen weiteren elektronischen Schalter --12-- gelegt, der vom Taktgeber --4-- in vorwählbaren Zeitspannen vom Sendeimpuls, also vom Einschalten des Schalters --3-- für eine ebenfalls vorwählbare Zeit geschlossen wird, so dass nur die den aus einem vorbestimmten Tiefenbereich
<Desc/Clms Page number 3>
erhaltenen Echoimpulsen äquivalenten Signale einer Auswertungsstufe über eine Leitung --13-- zugeführt werden.
In der Auswertungsstufe gelangen die Signale zu einer als Kondensator--14--dargestellten"clamp and
EMI3.1
an der "clamp and hold"-Einrichtung etwas verzerrten aber trotzdem auswertbaren Schwingungskurve einer in der durch die Einschaltdauer des elektronischen Schalters--12--vorgewählten Tiefe befindlichen Schwingungen vollführenden Reflexionsfläche äquivalent ist. Durch entsprechende Steuerung des Operationsvertärkers --15-- und eines weiteren nachgeordneten Filters--16--wird möglichst ein Angleich an die ursprüngliche Schwingungskurve hergestellt. Das nunmehr endgültig verstärkte und entzerrte Signal gelangt zu einer als Lautsprecher --17-- dargestellten optischen oder akustischen Anzeigevorrichtung, kann aber auch einem Speicher oder einer Schreibvorrichtung zugeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Überwachung der Schwingungen von strömende oder pulsierende Medien enthaltenden Leitungssystemen u. dgl. mit Ultraschall, insbesondere für diagnostische Zwecke, mit einem Ultraschallgerät, das einen Sender zur Einleitung eines Ultraschallbündels in das Leitungssystem, einen die von diesem Ultraschallbündel erhaltenen Echos in elektrische Signale umwandelnden Empfänger und eine dem Empfänger nachgeordnete Auswertungsstufe mit einem Verstärker, einer Demodulationsstufe od. dgl. und akustischen bzw.
EMI3.2
Ultraschallgerät, wie an sich bekannt, als Impuls-Prüfgerät ausgebildet, die Auswertungsstufe (13-17), wie ebenfalls an sich bekannt, über ein elektronisches Zeitschaltwerk (4,12) nur während vorwählbarer, einstellbarer Zeitspannen von jedem Prüfimpuls empfindlich geschaltet ist, und im Eingang mit einer "clamp and hold"-Einrichtung (14) zur Überbrückung der Pausen zwischen den der Auswertungsstufe zugeführten Impulsen ausgestattet ist, so dass an der Anzeigevorrichtung eine Daueranzeige erhalten wird.
EMI3.3