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Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Verfahrens zur Durchführung von Ultraschall- untersuchungen unter Verwendung von zwei Schwingersystemen, wobei mit dem einen Schwingersystem ein in das zu untersuchende Objekt einzuleitendes Schallbündel gesendet und mit dem andern System empfangen wird, wobei Schwingersysteme mit verschieden geformten Schallfeldern verwendet, auf
Deckung der Hauptachsen dieser Schallfelder im untersuchten Bereich ausgerichtet und auf Deckung der Hauptkeulen der Schallabstrahlung eingestellt werden, bei denen zumindest die ersten Neben- keulen (z. B. die Nebenkeulen 1. bis 3. Ordnung) so verlaufen, dass die Maxima der Nebenkeulen des einen Systems annähernd an Stellen liegen, wo die Nebenkeulen des andern Systems ein Minimum aufweisen, nach Patent Nr. 354780.
Ferner betrifft die Erfindung einen Schallkopf zur Durchführung dieses Verfahrens, in dem zwei als Sender und Empfänger dienende Schwingersysteme untergebracht sind.
Es war an und für sich bekannt, bei Ultraschalluntersuchungen zwei Schwingersysteme zu verwenden, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform ein kreisförmiger mittlerer Schwinger und ein diesen umgebender ringförmiger Schwinger vorgesehen wurde. Bei einer bekannten
Anwendung wurde der ringförmige Schwinger durch Wölbung fokussiert und ein im Verhältnis zu diesem Schwinger kleiner Mittelschwinger verwendet. Die beiden Schwinger weisen hier stark ab- weichende Geometrien der Schallfelder auf. Der äussere Schwinger wird als Sender und der innere
Schwinger als Empfänger betrieben. Durch Abstimmung der Empfindlichkeitskeulen kann ein Tiefen- ausgleich erzielt werden, also die Schallschwächung bei zunehmender Eindringtiefe teilweise kompensiert werden.
Es ist auch bekannt, eine Vielzahl von konzentrischen, kreisringförmigen Schwingern vorzu- sehen und diese zwar gleichzeitig aber phasenverschoben zu erregen, um auf diese Weise eine
Fokussierung des Schallbündels trotz der Verwendung planer Schwinger zu erzielen. Die Phasenschiebeglieder können in den Schallkopf selbst eingebaut sein. Ferner sind sogenannte Multielementschallköpfe bekannt, bei denen jeweils nur einzelne Gruppen der in einer Vielzahl vorhandenen Einzelschwinger durch Parallelschaltung erregt werden.
Dadurch, dass man bei solchen Schwingern, die meist eine langgestreckte Form aufweisen, die am Rand der Gruppe liegenden Schwinger an der einen Seite ab-und an der andern zuschaltet, kann man erreichen, dass jeweils das von einer Gruppe parallel geschalteter Schwinger abgegebene Schallbündel über die Schwingerlänge wandert, so dass man beispielsweise die für eine Schnittbilddarstellung benötigte Verstellung des Schallbündels über die Schnittfläche erzeugen kann, wobei die Grösse eines Einzelelementes die Grösse des Verstellschrittes des Schallbündels bestimmt.
Andere bekannte Anordnungen mit zwei oder mehreren Schwingersystemen können bei der Fehlerortung oder bei der Ortung einer Reflexionsfläche verwendet werden. Hier werden die einzelnen Systeme aber nicht auf Deckung der Hauptachse ihrer Schallfelder im untersuchten Bereich ausgerichtet.
Gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen zwei Schwingersysteme mit verschieden geformten Schallfeldern verwendet und auf Deckung der Hauptachsen dieser Schallfelder im untersuchten Bereich ausgerichtet werden, besteht der Grundgedanke des Stammpatentes darin, dass man durch Verwendung von Sende- und Empfangssystemen mit unterschiedlicher, versetzter Anordnung zumindest der ersten Nebenkeulen der Schallabstrahlung, denen auch die Empfindlichkeitskeulen entsprechen eine weitgehende, gezielte Unterdrückung der Auswirkung dieser Nebenkeulen für den Empfang erzielen kann, so dass man näherungsweise einen Empfang erzielen kann, der jenem entspricht, welcher bei Sendern und Empfängern auftreten würde, die keine bzw. keine wesentlichen Nebenkeulen besitzen.
Es ergibt sich dadurch eine wesentliche Verbesserung des Seitenauflösungsvermögens von Ultraschalluntersuchungen und eine Verbesserung der ausnützbaren Empfindlichkeit, da der sonst durch die Nebenkeulen gegebene Störpegel herabgesetzt wird. Die verschiedene Verteilung der Nebenkeulen wird nach der einen Variante, die im Stammpatent beschrieben wurde, durch verschieden grosse Flächen der beiden Schwingersysteme oder nach der andern Variante dadurch erzielt, dass man Schwingersysteme verwendet, die aus zwei oder mehreren symmetrisch zur Hauptachse der Hauptkeule angeordneten Schwingern aufgebaut sind. Bevorzugt wird auch hier der an sich bekannte Aufbau aus zwei konzentrischen Ringschwingern, die aber die genannten Bedingungen der Verteilung der Nebenkeulen der Schallabstrahlung erfüllen müssen.
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Bei der Ausführung nach dem Stammpatent wird das eine System grundsätzlich nur für das
Senden und das andere nur für den Empfang betrieben. Dies setzt voraus, dass das Ultraschall- gerät, mit dem die Systeme betrieben werden, einen getrennten Betrieb von Sender und Empfänger ermöglichen muss, wozu gegebenenfalls ein Umbau des Gerätes notwendig wird.
Ausgehend von dem Verfahren nach dem Stammpatent besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass Schwingersysteme verwendet werden, von denen das eine Bestandteil des andern ist und für den Sendevorgang beide Systeme eingeschaltet, für den Empfang aber nur das eine System empfindlich geschaltet wird oder umgekehrt.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Aufwand gegenüber dem im Stammpatent be- schriebenen Verfahren verringert, wobei selbstverständlich weiterhin die grundsätzlichen Be- dingungen der Anordnung der ersten Nebenkeulen beim sendenden und empfangenden System weiter- hin eingehalten werden. Für den Sendevorgang kann bei der bevorzugten Variante die ganze vor- handene Schwingerfläche ausgenutzt werden. In Sonderfällen ist es auch möglich, beide Systeme für den Empfang zu verwenden und nur mit dem einen System zu senden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Schallkopf der genannten Art vorgesehen, bei dem die beiden Systeme für den Sendevorgang, wie an sich bekannt, parallelgeschaltet sind und für den Empfang eine nur das eine System mit der Auswertungsstufe des Gerätes verbindende Sperre vorgesehen ist oder umgekehrt. Für den Empfang wird meist das zweite System abgeschaltet. Dies ist mit Hilfe elektronischer Schalter mit einer zwangsweisen Steuerung durch entsprechende Impulse leicht möglich, bedingt jedoch immer noch einen gewissen Aufwand an Schaltmitteln und einen Ein- griff in bereits vorhandene Geräte. Es wird angestrebt, die sich durch die Erfindung ergebenden
Vorteile auch ohne Eingriff in das Gerät auszunutzen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Sperre im Schallkopf selbst eingebaut ist und aus elektronischen Sperrgliedern, z. B.
Dioden, Zenerdioden od. dgl., besteht, die das eine, nur beim Sendevorgang einzuschaltende System mit dem andern System bzw. dessen Anschlussleitung verbinden und deren Anlaufspannung kleiner als die Spannung des Sendeimpulses, aber grösser als die von den Echos im abzuschaltenden System erzeugbaren Spannungen gewählt ist.
Derartige Sperrglieder können, wie erwähnt, unmittelbar in den Schallkopf eingebaut werden, der dann wie ein herkömmlicher Einzelschallkopf für Senden und Empfangen im Impuls-Echoverfahren bei den entsprechenden nicht abzuändernden Geräten Verwendung finden kann und sich gegenüber den konventionellen Schallköpfen durch sein besseres Auflösungsvermögen und den niedrigeren Störpegel auszeichnet. In der Praxis sind die von einem Schwingersystem aus empfangenen Echos erzeugten Spannungen um einige Zehnerpotenzen kleiner als die Spannung des zur Erregung verwendeten Sendeimpulses, so dass z. B. bei Verwendung von zwei antiparallel geschalteten Dioden als Sperrglieder deren Anlaufspannung nur einen ganz kleinen Bruchteil der Spannung des Sendeimpulses beträgt, so dass die Dioden für den Sendeimpuls in beiden Richtungen voll leitend sind.
Im Sonderfall könnte man auch nur eine Diode verwenden, so dass dann nur Halbwellen des Sendeimpulses auch vom zweiten System abgestrahlt werden. Die von den Echos erzeugte Spannung liegt unter der Anlaufspannung der Dioden, so dass das über die Dioden angeschlossene System für den Empfang unwirksam bleibt. Die wirksame Empfangscharakteristik hängt davon ab, welches der beiden Systeme dauernd angeschaltet bleibt.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemässer Schallkopf schematisch im Schnitt dargestellt.
EMI2.1
S,, fürLeitungen --1 und 2-- liegen zwei antiparallel geschaltete Dioden --D, und D2 --.
Erfolgt der Anschluss des Schallkopfes an ein Ultraschallgerät über den Anschluss --A 1 --, dann werden beim Sendeimpuls die Systeme S, und S2 erregt, da die Spannung des Sendeimpulses wesentlich höher ist als die Anlaufspannung der Dioden --D, und D2--. Die Echos von diesem Sendeimpuls werden zwar von beiden Systemen S, und S2 empfangen, doch liegt die Echospannung am System S wesentlich unter der Anlaufspannung der Dioden und und 2--' So dass zum Anschluss - A ;- nur die Echospannungen des Systems S, über die Leitung-l-gelangen können. Wird umgekehrt am Anschluss --A 2 -- angeschlossen, dann werden nur die vom System S2 erzeugten Echospannungen der Auswertung zugeführt.
Besitzen die beiden Systeme S, und S stark unterschiedliche
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Empfangscharakteristika, kann man im Schallkopf einen Umschalter vorsehen, der wahlweise die Verbindung mit --A, oder A 2 - herstellt, so dass jeweils die günstigste Empfangscharakteristik gewählt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Durchführung von Ultraschalluntersuchungen unter Verwendung von zwei Schwingersystemen, wobei mit dem einen Schwingersystem ein in das zu untersuchende Objekt einzuleitendes Schallbündel gesendet und mit dem andern System empfangen wird, wobei Schwingersysteme mit verschieden geformten Schallfeldern verwendet, auf Deckung der Hauptachsen dieser Schallfelder im untersuchten Bereich ausgerichtet und auf Deckung der Hauptkeulen der Schallabstrahlung eingestellt werden, bei denen zumindest die ersten Nebenkeulen (z. B. die Nebenkeulen 1. bis 3.
Ordnung) so verlaufen, dass die Maxima der Nebenkeulen des einen Systems annähernd an Stellen liegen, wo die Nebenkeulen des andern Systems ein Minimum aufweisen, nach Patent Nr. 354780, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingersysteme verwendet werden, von denen das eine Bestandteil des andern ist und für den Sendevorgang beide Systeme eingeschaltet, für den Empfang aber nur das eine System empfindlich geschaltet wird oder umgekehrt.