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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultraschall-Prüfung eines Gefässes innerhalb eines Prüfobjektes zur quantitativen Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit in dem Gefäss.
Die Ultraschallechoskopie liefert Informationen über ein Untersuchungsobjekt, die sich in
Form eines Ultraschall-Echogramms darstellen lassen. Ein solches Echogramm besteht aus einer
Darstellung von Diskontinuitäten der akustischen Impedanz im Objekt. Man erhält es durch Richten eines kurzen Ultraschallenergieimpulses, tpyisch im Bereich 1 bis 30 MHz, in das Untersuchungs- objekt, wo jede Diskontinuität der akustischen Impedanz ein gewisses Mass der Energie in Form eines Echos reflektiert und zurückgibt. Dieses Echo wird empfangen, in ein elektrisches Signal umgewandelt und als Echogramm auf einem Kathodenstrahl-Oszillographen, einem Film, einem
Diagramm od. ähnl. dargestellt.
Das Echogramm kann entweder eine eindimensionale oder eine zweidimensionale Darstellung sein, wobei in beiden Fällen die Information in Lage und Grösse des dargestellten Echos enthalten ist. Bei der eindimensionalen Darstellung (A-Modus) nützt man die Lage längs einer Basislinie, um die Distanz der reflektierenden Oberfläche anzuzeigen, wogegen die Grösse des Echos beispiels- weise als Ablenkung von der Basislinie oder als Intensitätsänderung dargestellt wird. Bei der zweidimensionalen Darstellung (B-Modus) dient die Position entlang einer Basislinie zur Anzeige der Distanz der reflektierenden Oberfläche wie bei einer eindimensionalen Darstellung, und die
Richtung der Basislinie dient dazu, die Ausbreitungsrichtung der akustischen Energie anzuzeigen.
Die zweidimensionale Darstellung erhält man durch Verändern dieser Ausbreitungsrichtung der akustischen Energie und durch Vorsehen einer ähnlichen jedoch nicht notwendigerweise identischen
Bewegung der Basislinie der Darstellung. Die Grösse des Echos wird wie bei einer eindimensionalen
Darstellung zur Anzeige gebracht, beispielsweise als eine Ablenkung der Basislinie oder als eine
Intensitätsänderung.
Die Technik der Ultraschall-Echoskopie wird in der medizinischen Diagnose zur Gewinnung von Informationen über die Anatomie von Patienten herangezogen. Die Anwendung dieser Technik ist bereits weitgehend erforscht und beschrieben, beispielsweise in dem Artikel"The Application of Ultrasound in Medical Diagnosis" von D. E. Robinson in der Zeitschrift"Proceeding of the Institution of Radio and Electronics Engineers Australia", Vol. 31, Nr. 11, Seiten 385 bis 392, November 1970. Wie in diesem Artikel erwähnt, kann man die Ultraschall-Echoskopie zur Gewinnung von anatomischen Querschnitten ähnlichen Darstellungen heranziehen, die sich als klinisch nützlich erweisen, wenn man Informationen über physische Abmessungen, Formen von Organen oder Strukturen od. ähnl. wünscht.
Die Ultraschall-Echographie hat sich als Diagnosenhilfe bei der Untersuchung von Bauch und Uterus der Schwangeren, Auge, Brust, Gehirn, Lunge, Niere, Leber und Herz als besonders wertvoll herausgestellt ; bei diesen Organen handelt es sich um Bereiche weichen Gewebes mit wenig Knochen und Luft. Im allgemeinen wird die Ultraschalluntersuchung in der medizinischen Anwendung als Ergänzung anderer Techniken betrachtet, um ein vollständigeres Bild über den Zustand des Patienten zu gewinnen. Insbesondere bei Schwangerschaft kann die Ultraschall-Echoskopie an Stelle einer Röntgenuntersuchung günstig sein, wenn letztere nicht genügend Informationen geben oder gefährlich sein kann.
In der medizinischen Anwendung wird ein Ultraschall-Impuls in bekannter Richtung in einen Patienten gesendet, und Echos von reflektierenden Flächen innerhalb des Körpers empfangen. Die Zeitverzögerung zwischen einem ausgesendeten Impuls und dem empfangenen Echo hängt von der Distanz vom Sender zu der reflektierenden Oberfläche ab, und die so erhaltene Distanzinformation lässt sich in einer für die Intepretation und den klinischen Gebrauch geeigneten Weise als eindimensionales Bild oder als zweidimensionaler Querschnitt, wie bereits beschrieben, darstellen.
Wird ein Ultraschall-Impuls in ein Medium gesendet, so ergeben sich nach verschiedenen Laufzeiten Echos, wobei die Laufzeiten proportional sind der Distanz zwischen dem Wandler, der den Impuls abgibt, und den interessierenden Grenzschichten, vorausgesetzt, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit konstant ist. In weichen Geweben des menschlichen Körpers ist die Schallgeschwindigkeit einigermassen konstant und Ultraschallimpulse sind daher ein bequemes Mittel zur Messung der Tiefe einer bestimmten Struktur von der Wandlerfläche ohne Unzukömmlichkeiten für den Patienten. Diese Information lässt sich in einer Anzahl von Arten gewinnen.
In der einfachsten Darstellungsform, dem A-Modus, werden die Echos als Ablenkungen des
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Strahls eines Oszillographen dargestellt, wobei die Distanz längs der Zeitachse dargestellt wird.
Diese Art ist klinisch brauchbar, wenn die Quelle der verschiedenen dargestellten Echos genau identifiziert werden kann. Es ist möglich, die Distanz zwischen zwei Echos oder zwischen dem Erre- gungsimpuls und einem Echo sehr genau zu messen, doch ist es unter Umständen nicht möglich, die Quelle der Echos zu identifizieren. Man konnte auf diese Weise bereits die Grösse des Kopfes des Kindes innerhalb des Uterus sowie die Tiefe des Auges und der Blase messen und die Mittel- linie im Gehirn lokalisieren. Ähnliche Informationen lassen sich durch Anwendung des B-Modus darstellen, wobei man ein Querschnittsbild dadurch erhält, dass man den Wandler um das Unter- suchungsobjekt herumbewegt und den Strahl am Bildschirm des Anzeigegerätes in ähnlicher Bewegung folgen lässt. Eine A-B-Modus-Darstellung erhält man entweder durch einfache oder gemischte Ab- tastung.
Früher hat man die Bewegung des Wandlers so gewählt, dass sich keine Überdeckung der
Sichtlinien bei Betrachtung aus verschiedenen Richtungen ergab. Die lineare Abtastung und die
Sektorabtastung sind typische Beispiele für die einfache Abtastung. Bei gemischter Abtastung wird die Bewegung des Wandlers so gewählt, dass sich eine Überdeckung verschiedener Sichtlinien er- gibt. Ein tpyisches Beispiel für die Mischabtastung ist eine Kombination der linearen Abtastung und der Sektorabtastung.
Bewegt sich die interessierende Grenzschicht, so lässt sich ihre Lage in der Zeit (M-Modus) durch Verwendung des A-Modus und Ablenkung der Zeitbasis unter rechtem Winkel zu ihrer Richtung darstellen, um die Bewegung der Grenzschicht-Echos vorwärts und rückwärts längs der Zeitbasis darzustellen. Damit lässt sich die pulsierende Bewegung verschiedener Teile von Herz und Gehirn darstellen. Arbeitet man mit dem B-Modus, lässt jedoch den Strahl am Bildschirm die Sichtlinie des Wandlers darstellen und bewegt dann den Wandler rings um den Patienten und lässt die Zeit- basislinie am Schirm folgen, so erhält man eine zweidimensionale Darstellung der Impedanzdiskonti- nuitäten. Die zweidimensionale Darstellung wird hauptsächlich für den Unterus der Schwangeren sowie für Bauch, Auge und Brust angewendet.
Die Koppelung vom Wandler zum Patienten kann durch Hautkontakt oder durch Verwendung eines verzögerenden Wasserbades geschehen. Kommt ein Wasserbad zur Anwendung, so muss der
Abstand zwischen dem Wandler und der Hautoberfläche grösser als die grösste zu verwendende Ein- dringtiefe sein, um Mehrdeutigkeiten durch Mehrfachreflektionen zu vermeiden.
Im allgemeinen ist der Hautkontakt für den Patienten bequemer, ergibt aber Echogramme von geringerer Deutlichkeit, während die Abtastung unter Anwendung eines Wasserbades für den Patienten etwas unangenehmer ist, jedoch Echogramme besserer Qualität liefert.
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Verstärkung des für den Empfang der reflektierenden Echos der Impulse verwendeten Empfängers laufzeitabhängig in vorbestimmten Stufen zu erhöhen, wobei die Verstärkung der bekannten durchschnittlichen Dämpfung durch das jeweilige Untersuchungsobjekt angepasst ist. Eine derartige Empfangsverstärkung wird im allgemeinen als "Time Gain Compensation" (TGC) bezeichnet.
In manchen Empfangseinrichtungen folgt auf die "TGC"-Verstärkung eine nichtlineare Druckverstärkung zur weiteren Zusammendrängung der Echogrösse, so dass die Echos leichter auf der Anzeigeeinheit angezeigt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Technik der Ultraschall- - Echoskopie für die quantitative Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit in einem Gefäss, insbesondere in einer unzugänglichen, unversehrten Leitung, eines Prüfobjektes verwendet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Kombination folgender Schritte : a) Aussenden von Ultraschall-Energieimpulsen in das Prüfobjekt und Empfangen von durch akustische Impedanz-Diskontinuitäten innerhalb des Objektes reflektierten Echos dieser
Impulse, wobei die Impulse und die Echos entlang einer Mehrzahl von Strahlachsen in einer einzigen Ebene ausgesendet bzw. empfangen werden und die Achse eines Teiles des zu prüfenden Gefässes innerhalb des Prüfobjektes in dieser Ebene liegt ; b) Anzeigen der empfangenen Echos als B-Echogramm des genannten Gefässteiles in der ge- nannten Ebene ;
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gegeben, wobei C die Geschwindigkeit der Schallausbreitung im Objektmedium, f die mittlere Doppler'sche Frequenzdifferenz und fi die Ultraschall-Trägerfrequenz ist.
Das Durchflussvolumen F ergibt sich dann mit
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wobei D der Durchmesser der Leitung --2-- ist.
Damit wurde dargelegt, dass die Erfindung wertvolle zusätzliche Ergebnisse bei der Anwendung der Ultraschall-Prüftechnik liefert.