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Abstract

Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten:Senden von einem oder mehreren Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material;Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem der gesandten einen oder mehreren Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden, wobei die Wechselwirkungen an Punkten auftreten, die über zumindest eine erste räumliche Dimension und eine zweite räumliche Dimension verteilt sind;Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die in einer Zeitdimension verteilt sind und außerdem über zumindest die erste oder die zweite räumliche Dimension verteilt sind;Transformieren der ersten Daten mittels eines mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus in zweite Daten mit Werten, die über zumindest sowohl die erste als auch die zweite räumliche Dimension verteilt sind;Senden eines weiteren Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material;Empfangen von weiteren Echos, die unter Verwendung des weiteren Ultraschallstrahls erzeugt werden;Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen weiteren Echos und Transformieren der dritten Daten mittels des mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus in Echoortsdaten, die mehrdimensionale Raumkoordinaten aufweisen; undKombinieren der dritten Daten mit den zweiten Daten, wobei die Kombination dieselbe Dimensionalität wie die dritten Daten aufweist.A method of testing a material to be tested comprising the steps of: transmitting one or more ultrasound beams into the material to be examined; receiving first echoes produced by interactions between one of the sent one or more ultrasound beams and the material to be examined, wherein the interactions occur at points distributed over at least a first spatial dimension and a second spatial dimension; generating first data from the received first echoes, the first data having values distributed in a time dimension and also at least one of the first and second spatial dimensions transforming the first data by means of a multi-dimensional transformation algorithm into second data having values distributed over at least each of the first and second spatial dimensions; transmitting another ultrasonic beam into the matter to be examined receiving further echoes generated using the further ultrasound beam; generating third data using the received further echoes and transforming the third data using the multidimensional transformation algorithm into echo-location data having multidimensional spatial coordinates; andcombining the third data with the second data, the combination having the same dimensionality as the third data.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abbildung und insbesondere auf dem Gebiet der Ultraschallabbildung.The invention is in the field of imaging and in particular in the field of ultrasound imaging.

Die Ultraschallabbildung ist ein Analyseverfahren, das zum Untersuchen eines breiten Bereichs von Materialien verwendet wird. Das Verfahren ist insbesondere in der Medizin aufgrund seiner relativ eindringungsfreien Art, seiner geringen Kosten und seiner schnellen Ansprechzeiten üblich. Typischerweise wird eine Ultraschallabbildung durch Erzeugen und Leiten eines Ultraschallstrahls in ein zu untersuchendes Material in einer Sendephase und Beobachten von Reflexionen, die an den Grenzen von unterschiedlichen Materialien erzeugt werden, in einer Empfangsphase durchgeführt. In medizinischen Anwendungen werden beobachtete Reflexionen beispielsweise an Grenzen zwischen Geweben eines Patienten erzeugt. Die beobachteten Reflexionen werden durch Empfangsvorrichtungen (Wandler) in elektrische Signale (Kanaldaten) umgewandelt und 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.Ultrasonic imaging is an analytical technique used to study a wide range of materials. The method is especially common in medicine because of its relatively non-intrusive nature, its low cost, and its fast response times. Typically, ultrasound imaging is performed by generating and directing an ultrasound beam into a material to be examined in a transmit phase and observing reflections generated at the boundaries of different materials in a receive phase. For example, in medical applications, observed reflections are created at boundaries between tissues of a patient. The observed reflections are converted into electrical signals (channel data) by receiving devices (transducers) and processed using techniques known in the art to detect the locations of echo sources. The resulting data is read using a display device such. B. a monitor displayed.

Die Prozesse des Standes der Technik zum Erzeugen eines Ultraschallstrahls und zum Analysieren von resultierenden Echos werden „Strahlformung“ genannt. Der Erzeugungsprozess umfasst wahlweise das Festlegen von „Sende“-Strahleigenschaften durch Blendenapodisation, Lenkung und/oder Fokussierung. Der Analyseprozess umfasst wahlweise das Berechnen eines „Empfangsstrahls“, wobei empfangene Echos verarbeitet werden, um jene Echos zu isolieren, die entlang eines schmalen Bereichs erzeugt werden. Diese Berechnung umfasst das Identifizieren einer eindimensionalen Linie, entlang der die Erzeugung von Echos angenommen wird, und wird daher hierin als „Echolinienberechnung“ bezeichnet. Durch Strahlformung wird ein eindimensionaler Satz von Echoortsdaten unter Verwendung jedes Sende- und/oder Empfangsstrahls erzeugt. Die Echoortsdaten sind Positionsdaten hinsichtlich des physikalischen Orts von einer oder mehreren Echoquellen und umfassen wahlweise Intensität, Geschwindigkeit und/oder ähnliche physikalische Information. Echoortsdaten können Nach-Strahlformungs-Rohdaten, erfasste Daten oder Bilddaten umfassen. Mehrdimensionale Echoortsdaten wie z. B. ein Ultraschallbild werden durch Abtasten eines Blickfeldes innerhalb des untersuchten Materials unter Verwendung von mehreren Sende- und/oder Empfangsstrahlen erzeugt.The prior art processes for generating an ultrasound beam and analyzing resulting echoes are called "beamforming." Optionally, the creation process includes setting "transmit" beam properties through aperture apodization, steering, and / or focusing. The analysis process optionally includes calculating a "receive beam", processing received echoes to isolate those echoes generated along a narrow range. This calculation involves identifying a one-dimensional line along which the generation of echoes is assumed and is therefore referred to herein as "echoline computation". By beamforming, a one-dimensional set of echolocation data is generated using each transmit and / or receive beam. The echoes data are positional data regarding the physical location of one or more echo sources and optionally include intensity, velocity, and / or similar physical information. Echoorts data may include post-beamforming raw data, acquired data, or image data. Multidimensional Echoortsdaten such. B. an ultrasound image are generated by scanning a field of view within the material under investigation using multiple transmit and / or receive beams.

Der während der Sendephase in das zu untersuchende Material gesandte Ultraschallstrahl wird durch Anlegen von elektronischen Signalen an einen Wandler erzeugt. Der Ultraschallstrahl kann gestreut, in Resonanz gebracht, gedämpft und/oder reflektiert werden, wenn er sich durch das zu untersuchende Material fortpflanzt. Ein Teil der reflektierten Signale wird an den Wandlern empfangen und als Echos erfasst. Die Empfangswandler wandeln die Echosignale in elektronische Signale um und liefern sie wahlweise zu einem Echolinienrechner (Strahlformer), der die Echolinienberechnung durchführt, die zur Analyse unter Verwendung eines Empfangsstrahls gehört.The ultrasonic beam sent into the material to be examined during the transmission phase is generated by applying electronic signals to a transducer. The ultrasound beam may be scattered, resonated, attenuated and / or reflected as it propagates through the material to be examined. Some of the reflected signals are received at the transducers and detected as echoes. The receiving transducers convert the echo signals into electronic signals and optionally provide them to an echo-line computer (beamformer) which performs the echo-line calculation associated with the analysis using a receive beam.

Nach der Strahlformung verwendet ein Bildabtastwandler die berechneten Echoortsdaten, um Bilddaten zu erzeugen. In Systemen des Standes der Technik ist die Bilderzeugungsrate (die Bildrate) durch zumindest die gesamten Impulsrücklaufzeiten aller Ultraschallstrahlen, die zum Erzeugen jedes Bildes verwendet werden, begrenzt. Die Impulsrücklaufzeit ist die Zeit zwischen dem Senden des Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material und dem Erfassen der letzten resultierenden reflektierten Echos. Die begrenzte Bildrate kann zu zeitlichen Bildfehlern führen, die durch die relative Bewegung zwischen dem Ultraschallsystem und einem untersuchten Material verursacht werden.After beamforming, an image scan converter uses the calculated echolocation data to generate image data. In prior art systems, the image generation rate (frame rate) is limited by at least the total pulse retrace times of all the ultrasonic beams used to produce each image. The pulse retrace time is the time between the transmission of the ultrasound beam into the material to be examined and the detection of the last resulting reflected echoes. The limited frame rate can lead to temporal aberrations caused by relative movement between the ultrasound system and a material being examined.

1 zeigt ein Ultraschallsystem des Standes der Technik, das im Allgemeinen mit 100 bezeichnet ist. Das Ultraschallsystem 100 umfasst eine Elementmatrix 105 von Wandlerelementen 110, ein Unterlagematerial 120, eine wahlweise Abgleichsschicht 130, einen Sende/Empfangs-Schalter 140 und einen Strahlsender 150. Das Unterlagematerial 120 ist dazu ausgelegt, die Elementmatrix 105 zu tragen und irgendeine Ultraschallenergie zu dämpfen, die sich in Richtung des Unterlagematerials 120 fortpflanzt. Die Abgleichsschicht 130 überträgt Ultraschallenergie von den Wandlerelementen 110 in das zu untersuchende Material (nicht dargestellt). Die Wandlerelemente 110 umfassen einzelne Wandlerelemente 110A - 110H, die einzeln durch Leiter 115 und 117 über den Sende/Empfangs-Schalter 140 mit einem Strahlsender 150 gekoppelt sind. Der Sende/Empfangs-Schalter 140 kann einen Multiplexer 145 umfassen, der ermöglicht, dass die Anzahl von Leitern 117 kleiner ist als die Anzahl von Leitern 115. In der Sendephase erzeugt der Strahlsender 150 elektronische Impulse, die über den Sende/Empfangs-Schalter 140 mit einigen oder allen Wandlerelementen 110A - 110H gekoppelt werden und an diese angelegt werden und in Ultraschallimpulse 160 umgewandelt werden. Zusammengenommen bilden die Ultraschallimpulse 160 einen Ultraschallstrahl 170, der das zu untersuchende Material prüft. 1 shows a prior art ultrasound system, generally designated 100. The ultrasound system 100 includes an element matrix 105 of transducer elements 110, a pad material 120, an optional alignment layer 130, a transmit / receive switch 140, and a beam emitter 150. The pad material 120 is configured to support the element matrix 105 and attenuate any ultrasonic energy. which propagates in the direction of the pad material 120. The alignment layer 130 transmits ultrasonic energy from the transducer elements 110 into the material to be examined (not shown). The transducer elements 110 comprise individual transducer elements 110A-110H which are individually coupled by conductors 115 and 117 via the transmit / receive switch 140 to a beam transmitter 150. The transmit / receive switch 140 may include a multiplexer 145 that allows the number of conductors 117 to be less than the number of conductors 115. In the transmit phase, the beam transmitter 150 generates electronic pulses that are transmitted through the transmit / receive switch 140 may be coupled to and applied to some or all of the transducer elements 110A-110H and converted to ultrasound pulses 160. Taken together, the ultrasound pulses 160 form an ultrasound beam 170 which tests the material to be examined.

Der Ultraschallstrahl 170 kann fokussiert werden, um den Bereich zu begrenzen, in dem Echos erzeugt werden. Wenn Echoquellen auf einen schmalen Bereich eingeschränkt werden, kann die Berechnung der Echoortsdaten vereinfacht werden, indem angenommen wird, dass die Echoquellen entlang einer „Sendelinie“ liegen. Mit dieser Annahme wird die Aufgabe des Echostrahlrechners auf ein Problem des Ermittelns der Position einer Echoquelle in einer Dimension reduziert. Diese Position wird unter Verwendung der Rücklaufzeit des Echos festgestellt. Die Genauigkeit dieser Annahme und der Abstand von Sendelinien sind signifikante Faktoren bei der Feststellung der Auflösung von Ultraschallsystemen des Standes der Technik. Fein fokussierte Strahlen erleichtern eine höhere Auflösung als schlecht fokussierte Strahlen. Analoge Annahmen und Konsequenzen sind in Analysen zu finden, die berechnete Empfangsstrahlen beinhalten.The ultrasound beam 170 may be focused to limit the range in which echoes are generated. If echo sources are restricted to a narrow range, the Calculating the echo data can be simplified by assuming that the echo sources lie along a "transmission line". With this assumption, the object of the echo beam computer is reduced to a problem of determining the position of an echo source in one dimension. This position is determined using the return time of the echo. The accuracy of this assumption and the distance of transmission lines are significant factors in determining the resolution of prior art ultrasound systems. Finely focused beams facilitate higher resolution than poorly focused beams. Analogous assumptions and consequences can be found in analyzes involving calculated receive beams.

2 zeigt ein Fokussierungssystem des Standes der Technik, in dem die Elementmatrix 105 eine phasenabgeglichene Matrix ist, die dazu ausgelegt ist, den Ultraschallstrahl 170 durch Verändern der Zeitsteuerung der elektronischen Impulse 210 , die an die Wandlerelemente 110A - 110H angelegt werden, zu fokussieren. In diesem System werden die elektronischen Impulse 210 am Strahlsender 150 erzeugt und durch den Sende/Empfangs-Schalter 140 geleitet. Die elektronischen Impulse 210 werden unter Verwendung eines Verzögerungsgenerators (nicht dargestellt) verzögert und mit den Wandlerelementen 110A - H gekoppelt. Der Ultraschallstrahl 170 wird erzeugt, wenn die Wandlerelemente 110A - H zweckmäßig verzögerte elektronische Impulse 210 in Ultraschallimpulse 160 (1) umwandeln. Wenn er einmal erzeugt ist, wird der Ultraschallstrahl 170 entlang einer Sendestrahllinie 250 mit einem Brennpunkt 230 mit einer resultierenden Strahleinschnürung 240, die durch eine Breite des Ultraschallstrahls 170 gekennzeichnet ist, gerichtet. In einer ähnlichen Weise wird eine phasenabgeglichene Anregung der Elementmatrix 105 verwendet, um den Ultraschallstrahl 170 in spezielle Richtungen zu richten (lenken). Die Querschnittsintensität des Ultraschallstrahls 170 ist typischerweise gaußförmig um einen Brennpunkt und umfasst ein Maximum entlang der Sendestrahllinie 250. Die Form des Ultraschallstrahls 170 kann von der Blendenapodisation abhängen. 2 FIG. 10 shows a prior art focusing system in which the element matrix 105 is a phase-adjusted matrix designed to focus the ultrasound beam 170 by varying the timing of the electronic pulses 210 applied to the transducer elements 110A-110H. In this system, the electronic pulses 210 are generated at the beam transmitter 150 and passed through the transmit / receive switch 140. The electronic pulses 210 are delayed using a delay generator (not shown) and coupled to the transducer elements 110A-H. The ultrasound beam 170 is generated when the transducer elements 110A-H expediently delay electronic pulses 210 into ultrasound pulses 160 (FIG. 1 ) convert. Once generated, the ultrasonic beam 170 is directed along a transmit beam line 250 having a focal point 230 with a resulting beam waist 240 characterized by a width of the ultrasonic beam 170. In a similar manner, phase-aligned excitation of the element matrix 105 is used to direct (direct) the ultrasound beam 170 in specific directions. The cross-sectional intensity of the ultrasound beam 170 is typically Gaussian about a focal point and includes a maximum along the transmit beamline 250. The shape of the ultrasound beam 170 may depend on the aperture apodization.

In einem Abtastprozess sendet das Ultraschallsystem 100 eine Reihe von unterschiedlichen Ultraschallstrahlen 170 entlang einer weiteren, anderen Sendestrahllinie 250, um ein Bild über mehr als eine räumliche Dimension zu erzeugen. Ein spezieller Ultraschallstrahl 170 wird wahlweise in mehreren Sende/Empfangs-Zyklen gesendet, bevor ein weiterer Ultraschallstrahl 170 erzeugt wird. Zwischen jeder Sendephase findet eine Empfangsphase statt, während der Echos erfasst werden. Da jeder Ultraschallstrahl 170, der in einer Ultraschallabtastung enthalten ist, mindestens einen Sende/Empfangs-Zyklus erfordert, können die Abtastprozesse viele Male die Impulsrücklaufzeit dauern. Diese Impulsrücklaufzeit, die durch die Geschwindigkeit von Schall in dem untersuchten Material festgelegt ist, ist eine Hauptbegrenzung für die Geschwindigkeit, mit der Ultraschallbilder des Standes der Technik erzeugt werden können. Außerdem können unerwünschte zeitliche Anomalien erzeugt werden, wenn sich die Wandlerelemente 110A - 110H während des Abtastprozesses relativ zum untersuchten Material bewegen.In one scanning process, the ultrasound system 100 transmits a series of different ultrasound beams 170 along another, other transmit beamline 250 to produce an image over more than one spatial dimension. A particular ultrasound beam 170 is selectively transmitted in multiple transmit / receive cycles before another ultrasound beam 170 is generated. Between each transmit phase, a receive phase occurs while the echoes are detected. Since each ultrasound beam 170 included in an ultrasound scan requires at least one transmit / receive cycle, the scan processes may take many times the pulse retrace time. This pulse retrace time, which is determined by the speed of sound in the material being studied, is a major limitation on the speed with which ultrasound images of the prior art can be produced. In addition, unwanted temporal anomalies can be generated as the transducer elements 110A-110H move relative to the material being inspected during the scanning process.

3A bis 3E zeigen einen Abtastprozess des Standes der Technik in einer phasenabgeglichenen Matrix 310 mit acht Wandlerelementen, die mit 110A bis 110H bezeichnet sind. Teilmengen 320A-320E der acht Wandlerelemente 100A - 110H werden jeweils verwendet, um einen von unterschiedlichen Ultraschallstrahlen 170A-170E zu erzeugen. 3A zeigt beispielsweise einen Ultraschallstrahl 170A, der durch die Teilmenge 320A mit den Wandlerelementen 110A-110D gebildet wird. Der nächste Schritt im Abtastprozess umfasst das Erzeugen eines Ultraschallstrahls 170B unter Verwendung der Teilmenge 320B mit den Wandlerelementen 110B-110E, wie in 3B gezeigt. In diesem Beispiel verläuft eine Sendestrahllinie 250B , die dem Ultraschallstrahl 170B zugeordnet ist, durch einen Brennpunkt 230B , der von einem Brennpunkt 230A um einen Abstand typischerweise gleich der Breite eines Wandlerelements 110 verschoben ist. Wie von 3C bis 3E dargestellt, wird jede Teilmenge 320C bis 320E, die verwendet wird, um jeden Ultraschallstrahl 170C bis 170E zu erzeugen, um ein Wandlerelement 110 jeweils relativ zu den Teilmengen 320B bis 320D verschoben. Echos, die in der Empfangsphase erfasst werden, die zwischen jeder Sendephase stattfindet, werden verwendet, um Echoortsdaten zu erzeugen, und diese Echoortsdaten werden typischerweise kombiniert, um ein Bild zu erzeugen, das sich zur Anzeige eignet. Der Abtastprozess kann wiederholt werden, um mehrere Bilder zu erzeugen. 3A to 3E show a prior art scanning process in a phase aligned matrix 310 with eight transducer elements, labeled 110A through 110H. Subsets 320A-320E of the eight transducer elements 100A-110H are each used to generate one of different ultrasound beams 170A-170E. 3A For example, FIG. 16 shows an ultrasonic beam 170A formed by subset 320A with transducer elements 110A-110D. The next step in the sampling process involves generating an ultrasound beam 170B using the subset 320B with the transducer elements 110B-110E as shown in FIG 3B shown. In this example, a transmit beam line 250B associated with the ultrasound beam 170B passes through a focal point 230B that is offset from a focal point 230A by a distance typically equal to the width of a transducer element 110. Like 3C to 3E 9, each subset 320C to 320E used to generate each ultrasound beam 170C to 170E is shifted by one transducer element 110 relative to subsets 320B to 320D, respectively. Echoes detected in the receive phase that occurs between each transmit phase are used to generate echo-location data, and these echo-location data are typically combined to produce an image suitable for display. The scanning process can be repeated to produce multiple images.

In der Praxis kann die phasenabgeglichene Matrix 310 vierundsechzig, einhundertachtundzwanzig oder mehr Wandlerelemente 110 enthalten. Die Auflösung der Echoortsdaten hängt von der Blende und der Anzahl von Wandlerelementen 110 und vom Grad, in dem die Sendestrahllinie 250 genau mögliche Echoquellen innerhalb des Ultraschallstrahls 170 darstellt, ab. Die Darstellung des Ultraschallstrahls 170A - E unter Verwendung der Strahllinie 250A - E ist eine Näherung, die die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten festlegt. Eine schlechte Näherung begrenzt die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten. Eine maximale Breite des Ultraschallstrahls 170A - E ist daher durch die gewünschte Auflösung der Echoortsdaten begrenzt. Die Genauigkeit der Näherung ist eine Funktion des Abstands von den Brennpunkten 230A - E, wobei die Näherung in ferneren Abständen weniger genau ist.In practice, the phase-aligned matrix 310 may include sixty-four, one hundred twenty-eight or more transducer elements 110. The resolution of the echo data depends on the aperture and the number of transducer elements 110 and on the degree to which the transmit beamline 250 accurately represents possible echo sources within the ultrasound beam 170. The representation of the ultrasound beam 170A-E using the beam line 250A-E is an approximation that determines the resolution of the resulting echo sound data. A poor approximation limits the resolution of the resulting echo data. A maximum width of the ultrasound beam 170A-E is therefore limited by the desired resolution of the echo data. The accuracy of the approximation is a function of the distance from the foci 230A-E, with the approximation being less accurate at more distant intervals.

Die übliche Praxis umfasst das Erzeugen von mehreren Ultraschallstrahlen mit unterschiedlichem Brennpunkt 230A - E und die Verwendung jedes Satzes von empfangenen Echos, um Daten nahe den Brennpunkten 230A-E zu erzeugen. Die Datenerzeugung des Standes der Technik kann auf einen Bereich nahe den Brennpunkten 230A-E begrenzt sein, da die Näherung der Sendestrahllinie 250 in ferneren Abständen nicht ausreichend genau sein kann, um die Echoortsdaten mit einer gewünschten Auflösung bereitzustellen. Typischerweise wird eine Empfangs- oder Sendestrahllinie 250 für jeden Sende/Empfangs-Zyklus erzeugt. Die Anzahl von Strahlen, die erforderlich ist, um einen Bereich abzubilden, hängt sowohl von der Breite als auch Tiefe des abzubildenden Bereichs sowie von der gewünschten Auflösung ab. Unter Verwendung von nur Echos nahe dem Brennpunkt 230 wird nur ein kleiner Teil (z. B. < 10%) des gesamten empfangenen Signals verwendet, wobei der Rest des empfangenen Signals verworfen wird. Der Stand der Technik macht ineffizienten Gebrauch vom erfassten Signal. Ähnliche Nachteile treten in Systemen unter Verwendung von synthetischen Empfangslinien auf. The usual practice involves generating a plurality of ultrasound beams having different focal points 230A-E and using each set of received echoes to generate data near the focal points 230A-E. The data generation of the prior art may be limited to a region near the focal points 230A-E, since the approximation of the transmit beamline 250 at more distant intervals may not be sufficiently accurate to provide the echo-to-read data at a desired resolution. Typically, a receive or transmit beamline 250 is generated for each transmit / receive cycle. The number of beams required to image an area depends on both the width and depth of the area being imaged and the desired resolution. Using only echoes near focal point 230, only a small portion (eg, <10%) of the total received signal is used, discarding the remainder of the received signal. The prior art makes inefficient use of the detected signal. Similar disadvantages occur in systems using synthetic receive lines.

Im Stand der Technik sind der abzudeckende Bereich, die Sendestrahlbreite, die Anzahl von Sendestrahlen 170 und die Echoortsdatenauflösung voneinander abhängig. Die Sendestrahlbreite legt die minimale seitliche Auflösungsbreite der Echoortsdaten fest. Da jeder Sendestrahl 170 nur einen begrenzten Bereich abdeckt, ist eine größere Anzahl von Sendestrahlen 170 erforderlich, um einen größeren Bereich abzubilden. Die Verwendung einer größeren Anzahl von Sendestrahlen 170 verlängert die minimale Zeit, die erforderlich ist, um ein Bild zu erzeugen.In the prior art, the area to be covered, the transmission beam width, the number of transmission beams 170, and the echo-to-space data resolution are interdependent. The transmission beam width determines the minimum lateral resolution width of the echo data. Since each transmit beam 170 covers only a limited area, a larger number of transmit beams 170 are required to map a larger area. The use of a greater number of transmit beams 170 prolongs the minimum time required to produce an image.

Die Nachteile des Standes der Technik wie z. B. eine Bilderzeugungsrate, die durch die Impulsrücklaufzeit eingeschränkt ist, und eine ineffiziente Signalverwendung, haben Ultraschallsysteme des Standes der Technik daran gehindert, die Fortschritte in der Mikroverarbeitungsleistung vollständig auszunutzen. Der Stand der Technik nimmt diese Nachteile in Kauf, um Bilder mit der höchsten möglichen Auflösung zu erzeugen.The disadvantages of the prior art such. For example, an imaging rate limited by the pulse retrace time and inefficient signal usage have prevented prior art ultrasound systems from fully exploiting advances in micromachining performance. The prior art takes these disadvantages into account to produce images with the highest possible resolution.

Die DE 195 81 717 T5 schlägt ein Verfahren und eine Einrichtung zur kohärenten Bildherstellung vor. Auf Empfangsabtastlinien werden kohärente Abtastwerte, die für ein Signal vom Objekt charakteristisch sind, gewonnen. Mit einem Phasenabgleicher wird die Phase der gewonnenen kohärenten Abtastwerte zur Herstellung der Kohärenz nachjustiert. Neue Abtastwerte werden aus den phasenjustierten Abtastwerten mittels eines Synthesizers erzeugt.The DE 195 81 717 T5 proposes a method and apparatus for coherent image production. On receive scan lines, coherent samples characteristic of a signal from the object are obtained. A phase equalizer is used to readjust the phase of the acquired coherent samples to establish coherence. New samples are generated from the phase adjusted samples by means of a synthesizer.

Aus US 5,841,889 A ist ein Verfahren zu entnehmen, bei dem die Kontrastauflösung und die Gewebetextur bei Ultraschallbildern gesteuert werden. Eine Signalverarbeitung wird angewendet, um ein Bild durch Änderung der Gewebetextur anzupassen. Durch Anwendung einer Hilbert-Transformation wird eine Quadratur-Komponente des Bildes gesteigert. Die mathematische Operation an phasengleichen und Quadratur-Komponenten bestimmt die anzuwendende Bildtextur.Out US 5,841,889 A is a method in which the contrast resolution and the tissue texture are controlled in ultrasound images. Signal processing is used to adjust an image by changing the tissue texture. Applying a Hilbert transform enhances a quadrature component of the image. The mathematical operation on in-phase and quadrature components determines the image texture to be applied.

Bei der US 6,172,939 B1 wird ein digitaler Sende-Strahlformer mit einer Vielzahl von Sendekanälen verwendet, um die Phase und Wellenform an jedem Sendekanal zu modellieren. Durch entsprechende Einstellung des von jedem Sendekanals abzugebenden Signals werden Strahlparameter wie Fokustiefe und Abtastbereich eingestellt.In the US Pat. No. 6,172,939 B1 For example, a digital transmit beamformer having a plurality of transmit channels is used to model the phase and waveform at each transmit channel. By adjusting the signal to be output from each transmission channel, beam parameters such as depth of focus and scanning range are set.

Die US 4,252,026 A stellt eine Ultraschall-Sendequelle vor, bei der eine Vielzahl von breitbandigen Ultraschallsendern unter Zwischenschaltung einer strahlformenden Schaltung angesteuert werden können. Die empfangenen Signale werden ebenfalls von einer Vielzahl von Empfängern empfangen, deren Signal eine Strahlformungsschaltung durchläuft.The US 4,252,026 A presents an ultrasonic transmission source, in which a plurality of broadband ultrasonic transmitters can be driven with the interposition of a beam-shaping circuit. The received signals are also received by a plurality of receivers, the signal of which passes through a beamforming circuit.

Auch die US 5,840,032 A betrifft ein System und ein Verfahren zur 3-dimensionalen Ultraschall Bildgebung, bei der ein Strahlformer bestehend aus einer Vielzahl von Ultraschallsendern und -empfängern zum Einsatz kommt.Also the US 5,840,032 A relates to a system and a method for 3-dimensional ultrasound imaging, in which a beam former consisting of a plurality of ultrasound transmitters and receivers is used.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist angegeben in Anspruch 1, 9 bzw. 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The method according to the invention is specified in claims 1, 9 and 14, respectively. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims.

Gemäß Anspruch 1 umfasst ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials die Schritte (1) Senden von einem oder mehreren Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material, (2) Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem der gesendeten oder mehreren Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, wobei die Wechselwirkungen an Punkten auftreten, die über mindestens eine erste räumliche Dimension und eine zweite räumliche Dimension verteilt sind, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die in einer Zeitdimension verteilt sind und zusätzlich über mindestens die erste oder die zweite räumliche Dimension verteilt sind, (4) Transformieren der ersten Daten in zweite Daten mit Werten, die über zumindest sowohl die erste als auch die zweite räumliche Dimension verteilt sind, (5) Senden eines weiteren Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material, (6) Empfangen von weiteren Echos, die unter Verwendung des weiteren Ultraschallstrahls erzeugt werden, (7) Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen weiteren Echos, wobei die dritten Daten Echoortsdaten sind und eine Dimensionalität aufweisen, und (8) Kombinieren der dritten Daten mit den zweiten Daten, wobei die Kombination dieselbe Dimensionalität aufweist wie die dritten Daten.According to claim 1, a method of inspecting a material to be examined comprises the steps of (1) transmitting one or more ultrasound beams into the material to be examined, (2) receiving first echoes caused by interactions between one of the transmitted and multiple ultrasound beams and the one under investigation Producing material, the interactions occurring at points distributed over at least a first spatial dimension and a second spatial dimension, (3) generating first data from the received first echoes, the first data having values in a time dimension (4) transforming the first data into second data having values distributed over at least each of the first and second spatial dimensions (5) sending another one Ultrasonic beam into the material to be examined, (6) receiving n of further echoes generated using the further ultrasound beam, (7) generating third data using the received further echoes, the third data being echo location data and having a dimensionality, and (8) combining the third data with the second one Dates, wherein the combination has the same dimensionality as the third data.

Gemäß Anspruch 9 umfasst ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials die Schritte (1) Verwenden einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden, (2) Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit und einer ersten Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen mehr als Eins ist, und (4) Erzeugen von zweiten Daten aus den ersten Daten, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die einer zweiten räumlichen Dimension und einer zweiten Anzahl von Positionen in der ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen geringer ist als die zweite Anzahl von Positionen; wobei zumindest einer der Werte der zweiten Daten, der einer der zweiten Anzahl von Positionen, aber keiner der ersten Anzahl von Positionen zuordenbar ist, ohne Interpolation zwischen den Werten der ersten Daten erzeugt wird.According to claim 9, a method of inspecting a material to be examined comprises the steps of (1) using a plurality of ultrasonic transducers to transmit an ultrasonic beam into the material to be examined, (2) receiving echoes generated by interactions between the ultrasonic beam and the one under investigation (3) generating first data from the received echoes, the first data having a plurality of values assignable to the time and a first number of positions in a first spatial dimension, the first number of positions more as one, and (4) generating second data from the first data, the second data having values assignable to a second spatial dimension and a second number of positions in the first spatial dimension, the first number of positions being less is considered the second number of positions; wherein at least one of the values of the second data attributable to one of the second number of positions but none of the first number of positions is generated without interpolating between the values of the first data.

Gemäß Anspruch 14 umfasst ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials die Schritte (1) Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material zu senden, (2) Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem ersten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Echodaten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Werte eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen, (4) Empfangen von zweiten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen zumindest einem zweiten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, (5) Erzeugen von zweiten Echodaten aus den empfangenen zweiten Echos, wobei die zweiten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer zweiten räumlichen Dimension zuordenbar sind, (6) Erzeugen von ersten Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Echodaten und einer Datentransformation als Reaktion auf die Phasen- und/oder Amplitudeninformation, (7) Verwenden der zweiten Echodaten, um zweite Echoortsdaten zu erzeugen, und (8) Kombinieren der ersten und der zweiten Echoortsdaten, um dritte Echoortsdaten mit derselben Dimensionalität wie die ersten Echoortsdaten zu erzeugen.According to claim 14, a method of testing a material to be examined comprises the steps of (1) using a plurality of transducers to transmit a plurality of ultrasound beams into the material to be examined, (2) receiving first echoes that are caused by interactions between a first (3) generating first echo data from the received first echoes, the first echo data having values that are assignable to a temporal dimension and separately more than one position in at least a first spatial dimension (4) receiving second echoes generated by interactions between at least one second element of the plurality of ultrasound beams and the material being inspected, (5) generating second echo data from the received ones second echoes, the second Ec hodata having values that are assignable to a temporal dimension and separately assignable to more than one position in at least a second spatial dimension; (6) generating first echo-location data using the first echo data and a data transformation in response to the phase and / or amplitude information (7) using the second echo data to generate second echo-location data, and (8) combining the first and second echo-location data to generate third echo-location data having the same dimensionality as the first echo-location data.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt ein Ultraschallsystem des Standes der Technik; 1 shows an ultrasound system of the prior art;
  • 2 zeigt ein Verfahren des Standes der Technik zur Fokussierung eines Ultraschallstrahls; 2 shows a prior art method of focusing an ultrasonic beam;
  • 3A bis 3E zeigen einen Abtastprozess des Standes der Technik unter Verwendung einer phasenabgeglichenen Matrix von acht Wandlerelementen; 3A to 3E show a prior art scanning process using a phase-aligned matrix of eight transducer elements;
  • 4 ist ein Ablaufplan, der einen Überblick über ein Breitstrahlverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 4 Fig. 10 is a flowchart showing an overview of a wide-spread method according to an embodiment of the invention;
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Breitstrahlsystems; 5 shows a block diagram of a broad-beam system;
  • 6 ist ein Ablaufplan, der Details eines Breitstrahl-Konstruktionsschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; 6 Fig. 10 is a flowchart showing details of a wide-beam construction step according to an embodiment of the invention;
  • 7A zeigt einen Ultraschallstrahl, der unter Verwendung einer linearen Wandlermatrix erzeugt wird; 7A shows an ultrasonic beam generated using a linear transducer matrix;
  • 7B zeigt einen Ultraschallstrahl, der unter Verwendung einer gekrümmten Wandlermatrix g erzeugt wird; 7B shows an ultrasonic beam generated using a curved transducer matrix g;
  • 7C zeigt einen Ultraschallstrahl, der zu einem beschallten Bereich führt; 7C shows an ultrasonic beam leading to a sonicated area;
  • 7D zeigt ein Diagramm der Ultraschallintensität durch einen Querschnitt eines Breitstrahls; 7D shows a diagram of the ultrasonic intensity through a cross section of a broad jet;
  • 8 ist ein Ablaufplan, der Details eines Sendeschritts zeigt; 8th Fig. 10 is a flowchart showing details of a sending step;
  • 9 ist ein Ablaufplan, der Details eines Empfangsschritts zeigt; 9 Fig. 10 is a flowchart showing details of a receiving step;
  • 10 zeigt gespeicherte Daten, die in einer Kanaldatenmatrix angeordnet sind; 10 shows stored data arranged in a channel data matrix;
  • 11A zeigt eine Echoortsdatenmatrix mit einer ersten Achse, die die X-Position angibt, und einer zweiten Achse, die die Y-Position angibt; 11A shows an echoes data matrix with a first axis indicating the X position and a second axis indicating the Y position;
  • 11B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix mit einer ersten Achse, die den Winkel (θ) angibt, und einer zweiten Achse, die den Radius (R) angibt; 11B shows an alternative embodiment of the echoes data matrix having a first axis indicating the angle (θ) and a second axis indicating the radius (R);
  • 12A zeigt ein kartesisches Koordinatensystem mit elf „X“-Unterteilungen für die Zwecke der Erläuterung, die Datenintervallbereiche trennen; 12A Figure 4 shows a Cartesian coordinate system with eleven "X" subdivisions for the purposes of explanation separating data interval ranges;
  • 12B zeigt ein radiales Koordinatensystem, das den mit einem Ultraschallstrahl beschallten Bereich darstellt; 12B shows a radial coordinate system representing the area irradiated with an ultrasonic beam;
  • 13A und 13B zeigen die Ultraschallfortpflanzung von Wandlerelementen zu Gegenständen innerhalb eines untersuchten Materials; 13A and 13B show the ultrasonic propagation of transducer elements to objects within a material being examined;
  • 14 zeigt Kanaldaten, die aus Echos erzeugt werden; 14 shows channel data generated from echoes;
  • 15 zeigt Echoortsdaten, die unter Verwendung der in 14 gezeigten Kanaldaten erzeugt werden; 15 shows Echoorts data generated using the in 14 shown channel data are generated;
  • 16 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zeigt, das in einer Echoflächenberechnung enthalten ist; 16 Fig. 10 is a flowchart showing a procedure included in an echo area calculation;
  • 17 zeigt ein Kurvenbild, das drei alternative Apodisationsfunktionen darstellt; 17 shows a graph illustrating three alternative apodization functions;
  • 18 zeigt Ultraschall, der von zwei Wandlerelementen gesandt wird und auf einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand auftrifft; 18 shows ultrasound sent from two transducer elements impinging on an ultrasound-reflecting object;
  • 19 zeigt Signale, die von einem SCE-Wandlerelement erzeugt werden, das in einer Kanaldatenmatrix gespeichert wird; und 19 shows signals generated by an SCE transducer element stored in a channel data matrix; and
  • 20 ist ein Ablaufplan, der Details eines Echoflächen-Berechnungsschritts zeigt. 20 Fig. 10 is a flowchart showing details of an echo surface calculating step.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Neue Breitstrahl™-Technologien sind Systeme und Verfahren, die ermöglichen, dass mehrdimensionale (Fläche oder Volumen) Echoortsdaten aus nicht mehr als einem Ultraschallstrahl erzeugt werden. Diese Technologien umfassen das Erzeugen eines Ultraschallstrahls und das Senden desselben in ein zu untersuchendes Material, das Erzeugen von Echosignalen aus den resultierenden Echos, und das Verarbeiten der Echosignale, um Echoortsdaten zu erzeugen, die in zwei oder mehr Dimensionen verteilt sind.New Breitstrahl ™ technologies are systems and procedures that enable multi-dimensional (area or volume) echolocation data to be generated from no more than one ultrasound beam. These technologies include generating an ultrasound beam and sending it into a material to be examined, generating echo signals from the resulting echoes, and processing the echo signals to produce echolocation data distributed in two or more dimensions.

Breitstrahltechnologien sind weniger komplex als Ultraschallsysteme und -verfahren des Standes der Technik. Breitstrahlsysteme und -verfahren sind beispielsweise nicht durch die Verwendung von Sendelinien, Abtastlinien oder Empfangslinien eingeschränkt, und Breitstrahlsysteme und -verfahren können mehrdimensionale Echoortsdaten aus nicht mehr als einem gesendeten Ultraschallstrahl erzeugen. Die Abhängigkeit von Sendelinien und Empfangslinien wird beseitigt, da die Breitstrahltechnologien keine Annahme erfordern, dass Echoquellen entlang einer eindimensionalen Linie wie z. B. der Sendestrahllinie 250 und/oder einer Empfangslinie angeordnet sind. Breitstrahlsysteme und -verfahren erfordern nicht, dass mehrere Strahlabtast- oder Abtastlinien ein zweidimensionales Bild erzeugen. Im Gegensatz zum Stand der Technik können sich die resultierenden Echoortsdaten auch aus einem einzelnen gesandten Ultraschallstrahl ergeben, der über zwei Dimensionen verteilt sein kann. Unter Verwendung von Breitstrahlsystemen und -verfahren kann eine Mehrheit der empfangenen Echosignale zur Bilderzeugung verwendet werden.Broad beam technologies are less complex than prior art ultrasound systems and methods. For example, wide beam systems and methods are not limited by the use of transmit lines, scan lines, or receive lines, and wide beam systems and methods can produce multidimensional echo sound data from no more than one transmitted ultrasonic beam. The dependence on transmit lines and receive lines is eliminated because broad-beam technologies do not require assumption that echo sources travel along a one-dimensional line, such as a line. B. the transmission line 250 and / or a receiving line are arranged. Wide beam systems and methods do not require that multiple beam scanning or scanning lines produce a two-dimensional image. In contrast to the prior art, the resulting echolocation data may also result from a single transmitted ultrasound beam which may be distributed over two dimensions. Using wide beam systems and methods, a majority of the received echo signals can be used for image generation.

Im Gegensatz zu Ausführungsbeispielen des Standes der Technik hängen Breitstrahlsysteme und -verfahren nicht notwendigerweise von der Form oder Breite eines gesandten Ultraschallstrahls ab, um die Auflösung der Echoortsdaten festzulegen. Diese Unabhängigkeit entsteht, da Breitstrahlsysteme keine Annahme beinhalten, dass ein gesandter Ultraschallstrahl durch eine Sendelinie oder eine Spalte, die eine Sendelinie umgibt, angenähert wird. Im Allgemeinen sind Ultraschallstrahlen (Breitstrahlen), die in Breitstrahlsystemen und -verfahren verwendet werden, breiter als der im Stand der Technik verwendete fein fokussierte Ultraschallstrahl 170.In contrast to prior art embodiments, wide beam systems and methods do not necessarily depend on the shape or width of a transmitted ultrasound beam to determine the resolution of the echo sound data. This independence arises because wide beam systems do not suggest that a transmitted ultrasonic beam is approximated by a transmit line or a column surrounding a transmit line. In general, ultrasonic beams (broad jets) used in wide-beam systems and methods are broader than the finely-focused ultrasonic beam used in the prior art 170 ,

Breitstrahlsysteme und -verfahren verarbeiten Daten anders als der Stand der Technik. Breitstrahlsysteme und -verfahren basieren auf mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen, die an Empfangswandlern empfangene Echos in Echoortsdaten umwandeln, wodurch mehrdimensionale Echoortsdaten aus einem einzelnen gesandten Ultraschallstrahl erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel beeinflusst ein Entfaltungsalgorithmus (Berechnung) beispielsweise eine Transformation von zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler) Rohdaten in zweidimensionale (X, Y-Position) Echoortsdaten. Die zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler) Rohdaten werden wahlweise unter Verwendung eines einzelnen gesandten Ultraschallstrahls und ohne Annahme einer Sendelinie oder einer Empfangslinie erzeugt. Die zweidimensionalen Echoortsdaten sind über einen Bereich verteilt, der mindestens zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung erfordert. Die in Breitstrahlsystemen und - verfahren enthaltene Datenverarbeitung ist in der Lage, einen einzelnen übertragenen Ultraschallstrahl zu verwenden, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen, das zur Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung ausgelegt ist.Wide beam systems and methods process data differently than the prior art. Wide beam systems and methods are based on multi-dimensional deconvolutional algorithms that convert echoes received at receiving transducers into echosound data, thereby producing multidimensional echolocation data from a single transmitted ultrasound beam. For example, in one embodiment, a deployment algorithm (computation) affects transformation of two-dimensional (time, ultrasound transducers) raw data into two-dimensional (X, Y position) echolocation data. The two-dimensional (time, ultrasound transducer) raw data is optionally generated using a single transmitted ultrasonic beam and without assuming a transmit line or a receive line. The two-dimensional echolocation data is distributed over an area that requires at least two spatial dimensions for presentation. The data processing included in wide beam systems and methods is capable of utilizing a single transmitted ultrasonic beam to produce a two-dimensional image adapted for display on a display device.

Breitstrahlsysteme und -verfahren nutzen Steigerungen der Mikroprozessorleistung und Fortschritte in den integrierten Schaltkreistechnologien. Derzeitige Mikroprozessoren sind in der Lage, eine Breitstrahl-Datenanalyse mit einer Geschwindigkeit durchzuführen, die schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der einzelne Ultraschallstrahlen unter Verwendung von Strahlformungstechnologien des Standes der Technik gesandt und empfangen werden können. Obwohl Technologien des Standes der Technik durch die Impulsrücklaufzeit und die Anzahl von einzelnen Ultraschallstrahlen, die erforderlich sind, um einen Bereich abzubilden, eingeschränkt sind, wirken sich Ausführungsbeispiele der Breitstrahlmethode auf weitergehende Fortschritte in der Rechentechnologie aus. Breitstrahlsysteme und -verfahren erzielen Bilderzeugungsraten, die nicht hauptsächlich durch die Verwendung von schmal fokussierten Ultraschallstrahlen begrenzt sind wie im Stand der Technik.Wide beam systems and methods utilize increases in microprocessor performance and advances in integrated circuit technologies. Current microprocessors are capable of performing broad-beam data analysis at a speed faster than the speed at which individual ultrasonic beams can be transmitted and received using prior art beamforming technologies. Although prior art technologies are limited by the pulse retrace time and the number of individual ultrasound beams required to image an area, embodiments of the wide-beam approach affect further advances in computational technology. Wide beam systems and methods achieve imaging rates that are not limited primarily by the use of narrow focused ultrasound beams as in the prior art.

In einem herkömmlichen System, das auf eine Tiefe von 200 mm abbildet, benötigen beispielsweise 128 Sende/Empfangs-Zyklen 33,3 Millisekunden auf der Basis einer Schallgeschwindigkeit von 1,54 mm/Mikrosekunde. Diese Geschwindigkeit ergibt eine Bildrate von ungefähr 30 Vollbildern/Sekunde mit einer Bildauflösung über die Bildfläche senkrecht zur Achse der Elementmatrix 105 von 128 Zeilen. Im Vergleich kann unter Verwendung eines Beispiels zum Abbilden derselben Tiefe eine ähnliche Auflösung unter Verwendung von fünf bis sieben Sende/Empfangs-Zyklen, die insgesamt 1,3 bis 1,8 Millisekunden benötigen, erhalten werden. Diese Zeiten begrenzen die resultierende Bildrate auf 769 bzw. 549 Vollbilder/Sekunde. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden Bilder mit Bildauflösungen von 128 Zeilen wie vorstehend in weniger als 25, 17, 10, 5 oder 2 Millisekunden erhalten. For example, in a conventional system that maps to a depth of 200 mm, 128 transmit / receive cycles require 33.3 milliseconds based on a 1.54 mm / microsecond sonic velocity. This speed gives a frame rate of about 30 frames / second with an image resolution across the image plane perpendicular to the axis of the element matrix 105 of 128 lines. In comparison, using an example to map the same depth, a similar resolution can be obtained using five to seven transmit / receive cycles, which take a total of 1.3 to 1.8 milliseconds. These times limit the resulting frame rate to 769 and 549 frames / second, respectively. In various embodiments, images with image resolutions of 128 lines as above are obtained in less than 25, 17, 10, 5, or 2 milliseconds.

Einige Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologien ergeben Bilder, die das Auftreten von unerwünschten zeitlichen Anomalien, die mit Abtastprozessen des Standes der Technik verbunden sind, minimieren. Die mehrdimensionalen Echoortsdaten, die von einem Breitstrahl-Ultraschallstrahl abgeleitet werden, stellen einen Abschnitt des untersuchten Materials während des kurzen Zeitraums einer Impulsrücklaufzeit dar. Da diese Zeit kürzer ist als die Zeit, die erforderlich ist, um eine zweidimensionale (Mehrstrahl-) Abtastung im Stand der Technik durchzuführen, wird die Wahrscheinlichkeit einer relativen Bewegung zwischen den Wandlern und dem untersuchten Material während der Datenerfassung relativ zum Stand der Technik verringert.Some embodiments of the wide-beam technologies yield images that minimize the occurrence of undesirable temporal anomalies associated with prior art scanning processes. The multi-dimensional echolocation data derived from a broad-beam ultrasonic beam represents a portion of the material under investigation during the short period of pulse retrace time. Since this time is shorter than the time required to complete a two-dimensional (multi-beam) scan In the art, the likelihood of relative movement between the transducers and the material being inspected during data acquisition relative to the prior art is reduced.

Breitstrahlsysteme und -verfahren hängen nicht von der Näherung des Standes der Technik ab, dass ein Ultraschallstrahl durch eine Linie dargestellt werden kann, wie z. B. die Strahllinie 250. Daher ist die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten keine Funktion des Abstands von einem Brennpunkt, wie z. B. den Brennpunkten 230A-E des Standes der Technik. Breitstrahlen sind typischerweise breiter und in der Lage, Bereiche abzubilden, die größer sind als jeder der fokussierten Strahlen des Standes der Technik.Wide beam systems and methods do not depend on the approximation of the prior art that an ultrasonic beam can be represented by a line, such. B. the beam line 250 , Therefore, the resolution of the resulting echo data is not a function of the distance from a focal point, such. B. the foci 230A-E of the prior art. Broad jets are typically wider and capable of imaging areas larger than any of the prior art focused beams.

Da jeder Breitstrahl in der Lage ist, einen Bereich abzubilden, der größer ist als Ultraschallstrahlen des Standes der Technik, wird die Anzahl von Ultraschallstrahlen, die erforderlich ist, um einen speziellen Bereich abzubilden, relativ zum Stand der Technik verringert. Da weniger Ultraschallstrahlen, wie z. B. nur ein Ultraschallstrahl, erforderlich sind, können Breitstrahlsysteme und -verfahren weniger Leistung verwenden, um ein zu untersuchendes Material abzubilden, als Systeme des Standes der Technik. Die Verwendung von weniger Leistung senkt die Menge an Energie, die in das zu untersuchende Material eingeschossen wird, und senkt die Menge an Elektrizität, die zum Erzeugen jedes Bildes erforderlich ist. Verringerte elektrische Anforderungen können Vorrichtungen, die eingebaute Leistungsquellen wie z. B. Batterien verwenden, nutzen.Since each broad beam is capable of imaging an area larger than prior art ultrasonic beams, the number of ultrasonic beams required to image a specific area is reduced relative to the prior art. Because less ultrasound beams, such. For example, if only one ultrasonic beam is required, wide-beam systems and methods can use less power to image a material under investigation than prior art systems. The use of less power reduces the amount of energy injected into the material under investigation and lowers the amount of electricity required to produce each image. Reduced electrical requirements may be devices that have built-in power sources such. B. use batteries, use.

Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie umfassen einen Prozess der Flächenformung™ zum Erzeugen, Empfangen und Analysieren eines Ultraschallstrahls, wobei ein Satz von Echoortsdaten, die über einen Bereich verteilt sind, der zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung erfordert, unter Verwendung von nicht mehr als einem Ultraschall erzeugt werden. Die Empfangspunkte, an denen die Echoerfassung stattfindet und Echoortsdaten erzeugt werden, können irgendwo im geprüften Bereich liegen. Die Empfangspunkte liegen wahlweise entlang eines variablen Gitters, dessen Granularität und Regelmäßigkeit mit der Position variieren. Weitere Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie umfassen einen Prozess der Volumenformung™ ähnlich der Flächenformung, außer dass drei räumliche Dimensionen erforderlich sind, um die Echoortsdaten, die unter Verwendung von nicht mehr als einem Ultraschall erzeugt werden, angemessen darzustellen. Die Flächenformung und Volumenformung werden wahlweise mit nicht-räumlichen Dimensionen wie z. B. Zeit und Geschwindigkeit kombiniert, um Prozesse der mehrdimensionalen Formung™ zu erzielen.Embodiments of broad-beam technology include a surface-forming process for generating, receiving, and analyzing an ultrasound beam, wherein a set of echolocation data distributed over an area requiring two spatial dimensions for display are generated using no more than one ultrasound. The reception points at which the echo detection takes place and echo data is generated may be somewhere in the tested area. The reception points are optionally along a variable grating whose granularity and regularity vary with position. Other embodiments of broad-beam technology include a process of volume-forming ™ similar to surface-forming, except that three spatial dimensions are required to adequately represent the echo-to-space data generated using no more than one ultrasound. The surface shaping and volume shaping are optionally with non-spatial dimensions such. For example, time and speed are combined to achieve multi-dimensional shaping processes.

4 ist ein Ablaufplan, der einen Überblick über ein Breitstrahlverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und im Allgemeinen mit 400 bezeichnet ist. Das Verfahren 400 beginnt mit einem Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410, das die Festlegung der Anzahl und Formen von Ultraschallstrahlen (Breitstrahlen), die zum Abbilden einer Fläche oder eines Volumens erforderlich sind, umfasst. Innerhalb dieses Schritts werden gewünschte Eigenschaften von zumindest einem der festgelegten Breitstrahlen berechnet und Parameter für die Breitstrahlerzeugung werden festgelegt. Die gewünschten Eigenschaften jedes Breitstrahls können Faktoren wie z. B. Position, Richtung, Breite, Intensität, Streuung oder dergleichen umfassen. Die Parameter können Spannungen, Blendenfunktionen, Anregungsverzögerungen und ähnliches umfassen. 4 FIG. 10 is a flowchart showing an overview of a wide-beam method according to an embodiment of the invention, generally designated 400. The procedure 400 begins with a broad-beam construction step 410 comprising the determination of the number and shapes of ultrasonic beams (broad jets) required to image a surface or a volume. Within this step, desired properties of at least one of the specified broadbeams are calculated and parameters for wide-beam generation are determined. The desired properties of each broad jet can factors such. B. position, direction, width, intensity, scattering or the like. The parameters may include voltages, aperture functions, excitation delays, and the like.

In einem Sendeschritt 420 wird der in Schritt 410 konstruierte Breitstrahl erzeugt und in ein zu untersuchendes Material gesendet. Der Sendeschritt 420 umfasst die Erzeugung einer elektronischen Wellenform unter Verwendung von beispielsweise einem digitalen oder analogen Wellenformgenerator. Diese Wellenform wird mit mehreren Kanälen gekoppelt, von denen jeder unter Verwendung von Vorrichtungen wie z. B. einem Mehrkanal-Verzögerungsgenerator und einem Mehrkanal-Leistungsverstärker unabhängig verzögert und verstärkt werden kann. Typischerweise werden die Verzögerungszeiten als Reaktion auf die gewünschte Form, Breite und Richtung des Breitstrahls ausgewählt. Die verstärkten Wellenformen regen Wandlerelemente 110 an, die bewirken, dass der Breitstrahl in ein zu untersuchendes Material gesandt wird.In a sending step 420 will be the one in step 410 constructed wide beam and sent in a material to be examined. The sending step 420 involves generating an electronic waveform using, for example, a digital or analog waveform generator. This waveform is coupled to multiple channels, each of which is tuned using devices such B. a multi-channel delay generator and a multi-channel power amplifier can be independently delayed and amplified. Typically, the delay times are in response to the desired shape, width and direction of the broad jet selected. The amplified waveforms rain transducer elements 110 which cause the broad jet is sent in a material to be examined.

Ein Empfangsschritt 430 verwendet die Wandlerelemente 110, um Echos zu erfassen, die durch den gesandten Breitstrahl erzeugt werden. Die Wandlerelemente 110 erzeugen elektronische Signale als Reaktion auf die erfassten Echos. Die resultierenden elektronischen Signale (Analogkanaldaten) werden wahlweise unter Verwendung eines analogen Filters gefiltert und typischerweise mit einem Mehrkanal-A/D-Wandler digitalisiert, um Digitalkanaldaten zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Kanaldaten vorzugsweise sowohl eine Amplituden- als auch Phaseninformation. In einem Datenspeicherschritt 440 werden die Kanaldaten in einem Kanaldatenpuffer gespeichert. Dieser Kanaldatenpuffer befindet sich in einem Speicher wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien, optischen Medien oder dergleichen.A reception step 430 uses the transducer elements 110 to detect echoes generated by the transmitted broad jet. The transducer elements 110 generate electronic signals in response to the detected echoes. The resulting electronic signals (analog channel data) are optionally filtered using an analog filter and typically digitized with a multi-channel A / D converter to produce digital channel data. In one embodiment, the channel data preferably includes both amplitude and phase information. In a data storage step 440 the channel data is stored in a channel data buffer. This channel data buffer is located in a memory such. A RAM, magnetic media, optical media or the like.

Ein Echoflächen-Berechnungsschritt 450 umfasst die Verarbeitung der gespeicherten Kanaldaten unter Verwendung von mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen. Diese Algorithmen sind mathematische Verfahren, die die Kanaldaten in mehrdimensionale Echoortsdaten transformieren. Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 kann die mehrdimensionalen Echoortsdaten ohne Verwendung der Sendelinien, Empfangslinien oder Abtastlinien, die den Stand der Technik kennzeichnen, erzeugen.An echo surface calculation step 450 includes the processing of the stored channel data using multi-dimensional deconvolution algorithms. These algorithms are mathematical methods that transform the channel data into multi-dimensional echolocation data. The echo surface calculation step 450 For example, the multi-dimensional echo data can be generated without using the transmit lines, receive lines, or scan lines that characterize the prior art.

Das Verfahren 400 fährt mit einem Echoortsdaten-Speicherschritt 460 fort, in dem die resultierenden Echoortsdaten unter Verwendung einer Echoortsdatenmatrix gespeichert werden, die ein vorgewähltes Koordinatensystem verwendet. Die Echoortsdaten befinden sich typischerweise in einem Speicher wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien, optischen Medien oder dergleichen.The procedure 400 goes to an echo data storage step 460 in which the resulting echo data is stored using an echoes data matrix using a preselected coordinate system. The Echoortsdaten are typically in a memory such. A RAM, magnetic media, optical media or the like.

In einem Schritt 465 prüft das Verfahren 400, ob der Datenerfassungsprozess vollständig ist (z. B. die zum Erzeugen des gewünschten Bildes erforderlichen Daten erfasst wurden). Wenn der Datenerfassungsprozess unvollständig ist, kehrt das Verfahren zum Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zurück, in dem ein weiterer Breitstrahl konstruiert wird. Wenn in Schritt 465 der Datenerfassungsprozess vollständig ist, kann ein Bild in einem wahlweisen Bilderzeugungsschritt 470 erzeugt und in einem wahlweisen Anzeigeschritt 480 auf einer Anzeigevorrichtung wie z. B. einem Computermonitor angezeigt werden.In one step 465 checks the procedure 400 whether the data collection process is complete (eg, the data required to generate the desired image has been captured). If the data collection process is incomplete, the process returns to the broad-beam construction step 410 back, in which another wide beam is constructed. When in step 465 the data acquisition process is complete, an image may be in an optional imaging step 470 generated and in an optional display step 480 on a display device such. B. a computer monitor are displayed.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel schließt der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 die Berechnung von Kennwerten für verschiedene Breitstrahlen ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rückkehr zu Schritt 410 zwischen den Schritten 465 und 420 optional. Das Verfahren kann direkt vom Schritt 465 zum Sendeschritt 420 fortfahren, da die gewünschten Kennwerte für den nächsten Breitstrahl vor dem Schritt 410 vorausberechnet werden.In an alternative embodiment, the broad-beam construction step 410 includes the calculation of characteristics for various broad-beams. In this embodiment, the return is to step 410 between the steps 465 and 420 optional. The procedure can be directly from the step 465 to the sending step 420 continue because the desired characteristics for the next broad jet are predicted before step 410.

5 zeigt ein Breitstrahlsystem, das im Allgemeinen mit 500 bezeichnet ist. Ein Wellenformgenerator 510 wie z. B. ein programmierbarer Impulssequenzgenerator oder dergleichen wird verwendet, um elektronische Signale zu erzeugen, wie z. B. elektronische Impulse 210 , die später verwendet werden, um einen Breitstrahl-Ultraschallstrahl zu erzeugen. Die elektronischen Signale werden individuell durch eine Verzögerungsvorrichtung 515 in verschiedenen Signalkanälen mit einem Satz von Verzögerungen, die dazu ausgelegt sind, einen Ultraschallstrahl mit den in Schritt 410 von 4 konstruierten Eigenschaften zu erzeugen, verzögert. Das Ausgangssignal der Verzögerungsvorrichtung 515 wird mit einem Leistungsverstärker 520 wie z. B. einem Leistungstransistor, Operationsverstärker, Hochgeschwindigkeits-FET oder dergleichen gekoppelt, wo es verstärkt und durch einen Sende/Empfangs-Schalter 525 geleitet wird. Der Sende/Empfangs-Schalter 525 umfasst wahlweise einen Multiplexer 527 , der dazu ausgelegt ist, Eingangskanäle mit Signalen, die von der Verzögerungsvorrichtung 515 empfangen werden, mit Ausgangskanälen zur Übertragung zu einer Wandlermatrix 530 zu koppeln, die analog zur Elementmatrix 105 des Standes der Technik sein kann. Die Wandlermatrix 530 umfasst Ultraschallwandlerelemente wie z. B. die Ultraschallwandlerelemente 110A-110H, die durch Umwandeln von elektrischen Signalen, die vom Sende/Empfangs-Schalter 525 empfangen werden, in Ultraschallimpulse einen Breitstrahl erzeugen. 5 shows a wide-beam system, which is generally designated 500. A waveform generator 510 such as As a programmable pulse sequence generator or the like is used to generate electronic signals, such. B. electronic pulses 210 , which are later used to produce a broad-beam ultrasonic beam. The electronic signals are individually by a delay device 515 in different signal channels with a set of delays that are designed to transmit an ultrasonic beam with the in step 410 from 4 To create constructed properties delayed. The output signal of the delay device 515 comes with a power amplifier 520 such as A power transistor, operational amplifier, high-speed FET or the like where it is amplified and amplified by a transmit / receive switch 525 is directed. The send / receive switch 525 optionally includes a multiplexer 527 which is adapted to input channels with signals from the delay device 515 are received, with output channels for transmission to a converter matrix 530 to couple, which is analogous to the element matrix 105 of the prior art. The converter matrix 530 includes ultrasonic transducer elements such. B. the ultrasonic transducer elements 110A - 110H by converting electrical signals from the transmit / receive switch 525 are received, generate a broad beam in ultrasonic pulses.

Die Wandlermatrix 530 ist dazu ausgelegt, den Breitstrahl in ein zu untersuchendes Material 535 zu senden. Das Senden des Breitstrahls findet in Schritt 420 von 4 statt. Echos werden im untersuchten Material 535 durch Wechselwirkungen zwischen dem Breitstrahl und Ultraschall reflektierenden Gegenständen wie z. B. Gewebe und Knochen erzeugt. Die Wandlermatrix 530 empfängt die erzeugten Echos und erzeugt entsprechende elektrische Signale in Schritt 430 von 4. Diese elektrischen Signale, die typischerweise analoge elektrische Signale sind, werden über den Sende/EmpfangsSchalter 525 mit einem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung wie z. B. einem spannungsgeregelten Operationsverstärker, einem digital gesteuerten Verstärker, einer Verstärkungstransistorschaltung oder dergleichen gekoppelt.The converter matrix 530 is designed to make the broad beam into a material to be examined 535 to send. Sending the broadbeam finds in step 420 from 4 instead of. Echoes become in the examined material 535 by interactions between the broad jet and ultrasound reflecting objects such. B. tissue and bone generated. The converter matrix 530 receives the generated echoes and generates corresponding electrical signals in step 430 from 4 , These electrical signals, which are typically analog electrical signals, are provided via the transmit / receive switch 525 with an amplifier 540 with variable gain such. A voltage controlled operational amplifier, a digitally controlled amplifier, an amplifying transistor circuit or the like.

Nach der Verstärkung werden die Signale über ein wahlweises analoges Filter 545 zu einem A/D-Wandler 550 geleitet, wo die verstärkten Signale digitalisiert werden. Das analoge Filter 545 kann irgendein analoges Filter sein, das auf dem Fachgebiet bekannt ist, wie z. B. ein Bandpassfilter, ein Bandsperrfilter oder dergleichen. Der A/D-Wandler 550 ist typischerweise ein kommerziell erhältlicher Analog-Digital-Wandler oder dergleichen.After amplification, the signals are passed through an optional analog filter 545 to an A / D converter 550 where the amplified signals are digitized. The analog filter 545 can be any analog filter known in the art, such as e.g. B. a bandpass filter, a band stop filter or the like. The A / D converter 550 is typically a commercially available analog-to-digital converter or the like.

Die resultierenden digitalen Daten werden in Schritt 440 (4) in einem Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert, wo sie vom Signalprozessor 560 verarbeitet werden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 kann sich in einem beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Speichersystem befinden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 ist beispielsweise wahlweise in einem elektronischen Speicher wie z. B. einem RAM oder einem magnetischen oder optischen Speicher wie z. B. Plattenlaufwerken, Kompaktplatten oder dergleichen angeordnet. Die vom Signalprozessor 560 durchgeführten Operationen umfassen Echoflächenberechnungen von Schritt 450 ( 4), die die im Datenkanal-Speicherpuffer 555 gespeicherten Zeitdomänendaten in Echoortsdaten transformieren, wie z. B. Rohdaten oder erfasste Daten, die in Schritt 460 (4) in einem Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert werden. Aus dem Echoortsdaten-Speicher 565 werden Daten wahlweise zu einem zusätzlichen Datenspeicher 570 übertragen oder auf diese wird durch einen Bildwandler 575 zugegriffen. Der Echoortsdaten-Speicher 565 und der zusätzliche Datenspeicher 570 können beliebige geeignete Speichervorrichtungen wie z. B. ein elektronischer Speicher, magnetische oder optische Medien oder dergleichen sein. Der Bildwandler 575 ist analog zu „Bildabtastwandlern“ des Standes der Technik, kann jedoch zusätzlich vielmehr Daten verarbeiten, die unter Verwendung eines einzelnen Ultraschallstrahls erzeugt werden, als Daten, die unter Verwendung einer „Abtastung“ mit mehreren Ultraschallstrahlen erzeugt werden. In Schritt 470 (4) kann der Bildwandler 575 Daten verwenden, die im Echoortsdaten-Speicher 565, im zusätzlichen Datenspeicher 570 oder beiden gespeichert sind, um Erkennungsdaten oder Bilddaten zu erzeugen.The resulting digital data will be in step 440 ( 4 ) in a channel data storage buffer 555 stored where it comes from the signal processor 560 are processed. The channel data storage buffer 555 may be in any storage system known in the art. The channel data storage buffer 555 is for example optional in an electronic memory such. As a RAM or a magnetic or optical memory such. As disk drives, compact disks or the like. The signal processor 560 Performed operations include echo area calculations of step 450 ( 4 ), which are in the data channel memory buffer 555 transformed time domain data into Echoortsdaten such. For example, raw data or collected data collected in step 460 ( 4 ) in an echoes data memory 565 get saved. From the Echoortsdaten memory 565 Optionally, data becomes an additional data store 570 transferred or to this is through an image converter 575 accessed. The echoes data memory 565 and the additional data store 570 can be any suitable storage devices such. As an electronic memory, magnetic or optical media or the like. The imager 575 is analogous to prior art "image pick-up transducers" but may additionally process data generated using a single ultrasound beam rather than data generated using a "multiple ultrasound beam" scan. In step 470 ( 4 ) can the image converter 575 Use data stored in Echors Data Memory 565 , are stored in the additional data memory 570 or both to generate recognition data or image data.

Der Bilderzeugungsprozess kann zu Verfahren des Standes der Technik zur Bilderzeugung unter Verwendung von Echoortsdaten, die durch Strahlformungsverfahren erzeugt werden, analog sein. Beispielsweise wird eine spezielle Position im Echoortsdaten-Speicher 565 wahlweise in eine spezielle Stelle auf einem Anzeigebildschirm abgebildet. Die Intensität und/oder Farbe einer Position innerhalb des Bildes kann die Intensität oder eine andere Eigenschaft von Echos anzeigen, die innerhalb des untersuchten Materials 535 erfasst werden. Dieses Bild wird in Schritt 480 (4) wahlweise auf einer Anzeige 580 wie z. B. einem LCD-Schirm, einem CRT-Schirm, einem Computermonitor, einer elektronischen Anzeige oder dergleichen gezeigt.The image generation process may be analogous to prior art methods of image generation using echolocation data generated by beamforming techniques. For example, a special position will be in the echoes data memory 565 optionally mapped to a specific location on a display screen. The intensity and / or color of a position within the image may indicate the intensity or other property of echoes that are within the material being studied 535 be recorded. This picture will be in step 480 ( 4 ) optionally on a display 580 such as An LCD screen, a CRT screen, a computer monitor, an electronic display, or the like.

Vom Bildwandler 575 verwendete Daten können sich aus einer Reihe von Ultraschallstrahlen oder alternativ aus einem einzelnen Ultraschallstrahl ergeben. Daten im zusätzlichen Datenspeicher 570 werden mit anderen Komponenten des Breitstrahlsystems 500 wie z. B. dem Bildwandler 575 , der Datenübertragungselektronik 585 und der Benutzerschnittstellenelektronik 590 gekoppelt. Die Komponenten des Breitstrahlsystems 500 werden durch eine Steuerelektronik 595 über Verbindungen, die in 5 nicht gezeigt sind, gesteuert und koordiniert. Die Steuerelektronik 595 umfasst Mikroprozessoren, DSPs und einen wahlweisen Computercode 596, der dazu ausgelegt ist, Elemente des Breitstrahlsystems 500 zu steuern und Verfahren, wie z. B. den Breitstrahlprozess 400 auszuführen.From the image converter 575 Data used may result from a series of ultrasound beams or alternatively from a single ultrasound beam. Data in the additional data memory 570 be with other components of the broad-beam system 500 such as B. the image converter 575 , the data transmission electronics 585 and the user interface electronics 590 coupled. The components of the broad-jet system 500 be through an electronic control system 595 about compounds that are in 5 not shown, controlled and coordinated. The control electronics 595 includes microprocessors, DSPs and optional computer code 596 , which is designed to control elements of the wide-beam system 500 and methods such. B. the broad-jet process 400 perform.

6 ist ein Ablaufplan, der den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel werden Berechnungen unter Verwendung des Computercodes 596 durchgeführt und können beispielsweise mathematische Modelle der Ultraschallstrahlerzeugung, -fortpflanzung und -rückstrahlung umfassen. In einigen Fällen werden Nachschlagetabellen verwendet, um den Berechnungsprozess zu beschleunigen. Wenn ein Benutzer beispielsweise eine spezielle Analysetiefe angegeben hat, wird wahlweise eine erwünschte Intensität aus einer Nachschlagetabelle festgestellt. Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 beginnt mit einem Abdeckungsfestlegungsschritt 610, in dem die zu untersuchende Fläche (oder das Volumen) innerhalb des untersuchten Materials 535 und die Zeitdauer, über die die Untersuchung stattfinden soll, festgelegt werden. Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann auf Optionen, die von einem Benutzer ausgewählt werden, und auf die Anforderungen der aktuellen Abbildungs- (Analyse-) Betriebsart reagieren. In einer Doppler-Abbildungsbetriebsart kann der Benutzer beispielsweise eine kontinuierliche Überwachung und einen Breitstrahl, der durch eine kontinuierliche Reihe von Ultraschallimpulsen gekennzeichnet ist, auswählen. In einem anderen Beispiel kann ein Benutzer wählen, einen Bereich innerhalb des zu untersuchenden Materials 535 unter Verwendung eines eingeschränkten Blickfeldes anzustrahlen. Die Wahl eines speziellen Blickfeldes wird wahlweise verwendet, wenn eine Breite eines erzeugten Breitstrahls berechnet wird. Breiten von Breitstrahlen können beispielsweise derart ausgewählt werden, dass eine ganze Zahl von Breitstrahlen mit einer Überlappung von 10% in ein gewähltes Blickfeld passt. 6 is a flowchart illustrating the wide-beam construction step 410 represents according to an embodiment of the invention. In this embodiment, calculations are made using the computer code 596 and may include, for example, mathematical models of ultrasound beam generation, propagation and re-radiation. In some cases, lookup tables are used to speed up the calculation process. For example, when a user has specified a particular depth of analysis, a desired intensity is optionally determined from a look-up table. The broad-beam construction step 410 starts with a cover fixing step 610 in which the area to be examined (or the volume) within the material studied 535 and the length of time over which the investigation is to take place. The cover fixing step 610 can respond to options selected by a user and to the requirements of the current imaging (analysis) mode of operation. For example, in a Doppler imaging mode, the user may select continuous monitoring and a broad beam characterized by a continuous series of ultrasonic pulses. In another example, a user may choose an area within the material to be examined 535 using a restricted field of view. The choice of a particular field of view is optionally used when calculating a width of a generated broadbeam. Widths of broad jets, for example, can be selected such that an integer number of wide jets with an overlap of 10% fits into a selected field of view.

Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann auch eine Anzahl von Breitstrahlen festlegen, die zum Abbilden einer Fläche (oder eines Volumens) innerhalb des zu untersuchenden Materials 535 erforderlich sind. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 beispielsweise eine Berechnung, die dazu ausgelegt ist, eine Abdeckung im fernen Feld zu simulieren, die feststellt, dass eine Fläche am besten unter Verwendung von drei Breitstrahlen, die unter Verwendung von Blockschaltverfahren gegeneinander verschoben werden, abgebildet wird. In anderen Ausführungsbeispielen stellt die Berechnung fest, dass eine Fläche am besten unter Verwendung von einem, zwei oder mehr Breitstrahlen abgebildet wird. Wenn der Benutzer eine Betriebsart ausgewählt hat, die mehrere verschiedene Breitstrahlen, eine wiederholte Abbildung oder eine kontinuierliche Überwachung umfasst, wird der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 wahlweise einmal für jeden Breitstrahl durchgeführt.The cover fixing step 610 may also specify a number of wide jets that are used to image an area (or volume) within the material to be examined 535 required are. In an embodiment, the cover fixing step comprises 610 for example a computation designed to simulate a far-field coverage that determines that an area is best mapped using three wide beams that are shifted from one another using block switching techniques. In other embodiments, the calculation determines that an area is best imaged using one, two, or more broad beams. If the user has selected an operating mode that includes several different wide beams, repeated imaging, or continuous monitoring, the cover setting step becomes 610 optionally performed once for each broad jet.

Dem Abdeckungsfestlegungsschritt 610 folgt ein Eigenschaftsfestlegungsschritt 620, in dem weitere Eigenschaften des (der) Breitstrahls (Breitstrahlen), der (die) im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 festgelegt wurde(n), festgelegt werden. Diese Eigenschaften umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Ultraschallfrequenzen, Richtung, Streuung, Impulsform, Phasenbeziehungen, Blende, Intensität, Dauer, Wiederholungsrate und/oder andere Eigenschaften eines Ultraschallstrahls. Die Eigenschaften hängen typischerweise von der Abbildungsanalyseart, die durchgeführt wird, von der erforderlichen Auflösung und von Optionen, die von einem Benutzer gewählt werden, ab. Eine Betriebsart der kontinuierlichen Überwachung kann beispielsweise einen Breitstrahl erfordern, der mit einer speziellen Impulsrate erzeugt wird, eine hohe Auflösung kann die Verwendung von mehreren Ultraschallfrequenzen erfordern, und ein Benutzer kann wählen, einen schmalen Bereich zu untersuchen, der am besten durch einen Breitstrahl mit geringer Streuung geprüft wird. Zusätzlich zu den vorstehend erörterten Eigenschaften kann der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 die Auswahl eines Koordinatensystems, mit dem die durch den Breitstrahl abgedeckte Fläche dargestellt werden soll, und eines Ursprungs dieses Koordinatensystems umfassen. Ein solches Koordinatensystem kann verwendet werden, um Echoortsdaten zu speichern. Die Auswahl eines Koordinatensystems reagiert wahlweise auf die Form eines Breitstrahls. Beispiele von möglichen Koordinatensystemen sind in 7 dargestellt.The cover fixing step 610 followed by a property setting step 620 in which further characteristics of the broad jet (s), the (s) in the cover fixing step 610 has been set. These properties include, but are not limited to, ultrasonic frequencies, direction, dispersion, pulse shape, phase relationships, aperture, intensity, duration, repetition rate and / or other properties of an ultrasonic beam. The properties typically depend on the type of imaging analysis being performed, the resolution required, and options chosen by a user. For example, a continuous monitoring mode of operation may require a broad-beam generated at a particular pulse rate, high resolution may require the use of multiple ultrasonic frequencies, and a user may choose to examine a narrow range, most preferably a low-intensity broad-beam Scattering is checked. In addition to the properties discussed above, the property setting step 620 the selection of a coordinate system with which the area covered by the broad-beam is to be displayed and an origin of this coordinate system. Such a coordinate system can be used to store echoes data. The choice of a coordinate system responds selectively to the shape of a broad jet. Examples of possible coordinate systems are in 7 shown.

Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise auf Anforderungen der Auflösung und des dynamischen Bereichs. In einem Ausführungsbeispiel reagieren diese Schritte beispielsweise auf eine Benutzereingabe, die ein Bild festlegt, das auf eine spezielle Fläche gezoomt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel reagieren diese Schritte auf eine Benutzereingabe, die eine höhere Bildauflösung für einen Teil oder alles eines Bildes festlegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 eine Festlegung, dass ein einzelner Ultraschallstrahl erzeugt werden sollte, aber dass beispielsweise zum Erhöhen der Auflösung die vom einzelnen Ultraschallstrahl erzeugten Echos durch mehrere verschiedene Sätze von Empfangswandlern in mehreren Sende/Empfangs-Zyklen erfasst werden sollten.The cover fixing step 610 and the property setting step 620 Optionally respond to resolution and dynamic range requirements. For example, in one embodiment, these steps are responsive to user input defining an image that is zoomed to a particular area. In another embodiment, these steps respond to a user input that sets a higher image resolution for part or all of an image. In a further embodiment, the cover fixing step comprises 610 a determination that a single ultrasound beam should be generated, but that, for example, to increase the resolution, the echoes generated by the single ultrasound beam should be detected by several different sets of reception transducers in multiple transmit / receive cycles.

Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise auf eine Rückkopplung, die in anderen Schritten wie hierin beschrieben erzeugt wird. In einem Ausführungsbeispiel geben Echoortsdaten beispielsweise an, dass ein Bereich der abgedeckten Fläche schlecht abgebildet wird und dass die schlechte Abbildung durch eine stark reflektierende Grenze verursacht wird, die zwischen dem schlecht abgebildeten Bereich und dem nächsten der Wandlerelemente 110 angeordnet ist. Als Reaktion auf diese Rückkopplung umfassen der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 das Definieren eines gelenkten Breitstrahls, der den Bereich von alternativen Ultraschallwandlern prüft, die nicht mit der reflektierenden Grenze und dem zu prüfenden Bereich in einer Linie liegen.The cover fixing step 610 and the property setting step 620 Optionally, respond to feedback generated in other steps as described herein. For example, in one embodiment, echo-location data indicates that a portion of the covered area is mapped poorly and that the poor image is caused by a highly reflective boundary between the poorly-mapped area and the next of the transducer elements 110 is arranged. In response to this feedback, the cover fixing step includes 610 and the property setting step 620 defining a steered broad-beam that examines the range of alternative ultrasonic transducers that are not in line with the reflective boundary and the area to be tested.

Der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 umfasst die Auswahl eines Breitstrahls zum Senden. Der Breitstrahl wird aus jenen ausgewählt, die im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 definiert wurden. Wenn mehrere Breitstrahlen im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 gekennzeichnet wurden, dann wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 wahlweise vor dem nächsten Stattfinden des Eigenschaftsfestlegungsschritts 620 mehr als einmal ausgeführt. In einem solchen Fall wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 nach Schritt 465 von 4 wiederholt.The broad-beam selection step 630 includes the selection of a broad beam for transmission. The broadbeam is selected from those in the property setting step 620 were defined. If there are multiple broad rays in the property setting step 620 then the wide-beam selecting step 630 optionally before the next occurrence of the property setting step 620 executed more than once. In such case, the wide-beam selecting step becomes 630 after step 465 of 4 repeated.

Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 endet mit einem Anregungsberechnungsschritt 640. Der Anregungsberechnungsschritt 640 umfasst das Festlegen der zweckmäßigen physikalischen Parameter, die erforderlich sind, um den im Breitstrahl-Auswahlschritt 630 ausgewählten Breitstrahl zu erzeugen. Diese physikalischen Parameter umfassen beispielsweise, welche Wandlerelemente 110 anzuregen sind, elektronische Impulsspannungen, Impulsverzögerungszeiten, Einstellungen des Multiplexer 527 und/oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel erfordert ein ausgewählter Ultraschallstrahl mit einer speziellen gewünschten Form und Richtung beispielsweise die Verwendung eines speziellen Satzes von Wandlerelementen 110 , die durch eine spezielle elektronische Wellenform angeregt werden, die durch Amplituden, Frequenzen und Phasen gekennzeichnet ist, wobei jedes des erforderlichen Satzes von Wandlerelementen 110 mit einer geeigneten Verzögerung angeregt wird. Die zweckmäßigen physikalischen Parameter werden beispielsweise unter Verwendung eines mathematischen Modells zum Berechnen einer Spannung, Wellenform und Verzögerung, die zum Anregen eines speziellen Elements der Wandlerelemente 110 verwendet werden, ermittelt. In einem Ausführungsbeispiel reagiert die Spannung auf einen Abstand in das zu untersuchende Material 535, von dem erwartet wird, dass der Breitstrahl in dieses eindringt.The broad-beam construction step 410 ends with an excitation calculation step 640. The excitation calculation step 640 includes determining the appropriate physical parameters required to generate the broad beam selected in wide-beam selection step 630. These physical parameters include, for example, which transducer elements 110 electronic impulse voltages, pulse delay times, multiplexer settings 527 and / or the like. For example, in one embodiment, a selected ultrasound beam having a particular desired shape and direction requires the use of a particular set of transducer elements 110 which are excited by a particular electronic waveform characterized by amplitudes, frequencies and phases, each of the required set of transducer elements 110 is excited with a suitable delay. The appropriate physical parameters are, for example, using a mathematical model for Calculating a voltage, waveform and delay necessary to excite a particular element of the transducer elements 110 be used determined. In one embodiment, the stress is responsive to a distance into the material to be examined 535 which is expected to penetrate the broad jet into this.

7A-7C zeigen Ausführungsbeispiele ( 710A-710C ) eines Breitstrahls 710, der im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 festgelegt wurde. 7A zeigt den Breitstrahl 710A, der unter Verwendung eines linearen Ausführungsbeispiels der Wandlermatrix 530 erzeugt wird. Die Fläche eines beschallten Bereichs, die im Allgemeinen mit 715A bezeichnet ist, wird wahlweise durch ein radiales (θ, R) Koordinatensystem mit einem Ursprung 720 , der sich an der Oberfläche der Wandlerelemente 110 befindet, dargestellt. Punkte innerhalb des beschallten Bereichs 715 werden durch ihren Abstand (R) von einem Ursprung 720 und ihre Winkelkoordinate (θ) relativ zur Wandlermatrix 530 oder einer Achse wie z. B. einer Achse 730 oder einer Achse 735 identifiziert. In alternativen Ausführungsbeispielen befindet sich der Brennpunkt des Breitstrahls 710B vielmehr hinter der Wandlermatrix 530 als vor den Wandlerelementen 110, wie in 2 dargestellt. 7A - 7C show embodiments ( 710A - 710C ) of a broad jet 710 in the cover fixing step 610 and in the property setting step 620 was determined. 7A shows the wide beam 710A using a linear embodiment of the transducer matrix 530 is produced. The area of a sonicated area, generally designated 715A, is optionally defined by a radial (θ, R) coordinate system having an origin 720 that attaches to the surface of the transducer elements 110 is shown. Points within the sonicated area 715 become by their distance (R) from an origin 720 and its angular coordinate (θ) relative to the transducer matrix 530 or an axis such. B. an axis 730 or an axis 735 identified. In alternative embodiments, the focal point of the broad jet is 710B rather behind the converter matrix 530 than before the transducer elements 110 , as in 2 shown.

7B zeigt den Breitstrahl 710B, der unter Verwendung eines gekrümmten Ausführungsbeispiels der Wandlermatrix 530 erzeugt wird. Ein beschallter Bereich, der im Allgemeinen mit 715B bezeichnet ist, wird wahlweise durch ein radiales Koordinatensystem mit einem Ursprung 755 hinter der Wandlermatrix 530 dargestellt. Dieser Ursprungsort sieht eine Beschallung von mehr Fläche nahe den Wandlerelementen 110 vor als ein Ursprungsort näher an der Wandlermatrix 530, wie in 7A dargestellt. Der Ort des Ursprungs 755 hinter der Wandlermatrix 755 ist wahlweise von der Form der Wandlermatrix 755 unabhängig. Beispiele umfassen auch die Positionierung des Ursprungs 755 und/oder eines Brennpunkts hinter einem linearen Ausführungsbeispiel der Wandlermatrix 530. 7B shows the wide beam 710B using a curved embodiment of the transducer matrix 530 is produced. A sonic region, generally designated 715B, is optionally defined by a radial coordinate system having an origin 755 behind the converter matrix 530 shown. This place of origin sees a sonication of more area near the transducer elements 110 as an origin closer to the transducer matrix 530 , as in 7A shown. The place of origin 755 behind the converter matrix 755 is optionally of the shape of the transducer matrix 755 independently. Examples include the positioning of the origin 755 and / or a focal point behind a linear embodiment of the transducer matrix 530 ,

7C zeigt den Breitstrahl 710C, der zu einem beschallten Bereich führt, der im Allgemeinen mit 715C bezeichnet ist. Der beschallte Bereich 715C weist eine rechteckigere Form auf als jene, die vom Breitstrahl 710A und Breitstrahl 710B erzeugt werden, die in 7A bzw. 7B gezeigt sind. Der vom Breitstrahl 710C beschallte Bereich kann aufgrund der rechteckigen Form des Bereichs vorzugsweise durch ein kartesisches (x, y) Koordinatensystem 780 dargestellt werden. 7C shows the wide beam 710C leading to a sonicated area, generally designated 715C. The sonicated area 715C has a more rectangular shape than the one from the broad jet 710A and broad-beam 710B be generated in 7A respectively. 7B are shown. The broad-beam 710C sonicated area may be due to the rectangular shape of the area preferably by a Cartesian (x, y) coordinate system 780 being represented.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem die maximale Intensität in der Mitte eines Ultraschallstrahls zu finden ist, kann die maximale Intensität eines Breitstrahls wie z. B. des Breitstrahls 710B oder 710C an anderen Punkten als entlang der Mitte des Strahls liegen. 7D zeigt ein Diagramm 790 einer Ultraschallintensität durch einen Querschnitt des Breitstrahls 710C , gemessen in einem Abstand von der Wandlermatrix 530 von ungefähr gleich 1/2 der Breite der Strahlblende. Dieser Querschnitt ist durch eine gestrichelte Linie 785 in 7C angegeben. Unter einem gewissen Umstand stellt das Intensitätsprofil eines Breitstrahls eine erwünschtere Energieverteilung dar als jene, die im Stand der Technik zu finden sind. Die durch das Diagramm 790 dargestellte Energieverteilung ist beispielsweise gleichmäßiger über den beschallten Bereich 715C verteilt als die Energieverteilung innerhalb eines Breitstrahls des Standes der Technik in dem Bereich eines Brennpunkts. In contrast to the prior art, in which the maximum intensity is found in the middle of an ultrasound beam, the maximum intensity of a broad beam such. B. of the broad jet 710B or 710C lie at other points than along the center of the beam. 7D shows a diagram 790 an ultrasonic intensity through a cross section of the broad jet 710C measured at a distance from the transducer array 530 of approximately equal to 1/2 the width of the beam stop. This cross section is indicated by a dashed line 785 in 7C specified. Under some circumstance, the intensity profile of a broad jet represents a more desirable energy distribution than those found in the prior art. The through the diagram 790 For example, the energy distribution shown is more uniform over the sonicated area 715C distributed as the energy distribution within a wide beam of the prior art in the area of a focal point.

8 zeigt Details eines Ausführungsbeispiels des Sendeschritts 420 von 4. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst Schritt 420 einen Wellenformerzeugungsschritt 810 , in dem der Wellenformgenerator 510 verwendet wird, um eine elektrische Wellenform mit Eigenschaften zu erzeugen, die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 berechnet wurden. Die erzeugte Wellenform umfasst wahlweise eine Vielzahl von Impulsen mit veränderlicher Frequenz oder Phase. In einem Signalverzögerungsschritt 820 wird die erzeugte Wellenform in mehreren Signalkanälen reproduziert und unter Verwendung der Verzögerungsvorrichtung 515 um Zeiten verzögert, die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 festgelegt wurden. Die Wellenformen in jedem Signalkanal werden in einem Verstärkungsschritt 830 unter Verwendung des Leistungsverstärkers 520 verstärkt. Die verstärkten Wellenformen werden über den Multiplexer 527 in einem Multiplexschritt 840 gekoppelt. Der Multiplexer 527 ist eingestellt, um die Wellenform in jedem Signalkanal zu einem oder mehreren Elementen der Wandlerelemente 110 in der Wandlermatrix 530 zu leiten. Im Schallerzeugungsschritt 850 bewirken die geleiteten Wellenformen, dass die Wandlermatrix 530 den Breitstrahl 710 erzeugt, der in das zu untersuchende Material 535 gerichtet wird. Der Schallerzeugungsschritt 850 beendet den Sendeschritt 420. 8th shows details of an embodiment of the transmitting step 420 from 4 , In this embodiment, step comprises 420 a waveform generating step 810 in which the waveform generator 510 is used to generate an electrical waveform with properties in the broad-beam construction step 410 were calculated. The generated waveform optionally includes a plurality of pulses of variable frequency or phase. In a signal delay step 820, the generated waveform is reproduced in a plurality of signal channels and using the delay device 515 delayed by times in the wide-jet construction step 410 were determined. The waveforms in each signal channel become in one amplification step 830 amplified using the power amplifier 520. The amplified waveforms are transmitted through the multiplexer 527 in a multiplex step 840 coupled. The multiplexer 527 is set to the waveform in each signal channel to one or more elements of the transducer elements 110 in the converter matrix 530 to lead. In the sound generation step 850 the guided waveforms cause the transducer matrix 530 the broadbeam 710 generated in the material to be examined 535 is directed. The sound generation step 850 ends the sending step 420 ,

9 zeigt Details eines Ausführungsbeispiels des Empfangsschritts 430 von 4, in dem Echos erfasst und in digitale Daten umgewandelt werden. In einem Schaltereinstellschritt 910 wird der Sende/Empfangs-Schalter 525 derart eingestellt, dass Signale, die an den Wandlerelementen 110 erzeugt werden, über den Multiplexer 527 mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelt werden. In einem Echoerfassungsschritt 920 werden Echos von innerhalb des untersuchten Materials 535 durch Elemente der Wandlerelemente 110 in der Wandlermatrix 530 erfasst. Die Elemente der Wandlerelemente 110, die zur Erfassung von Echos verwendet werden, sind wahlweise andere als die Elemente der Wandlerelemente 110, die zum Senden des Breitstrahls 710 verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind diese zwei Sätze von Wandlerelementen 110 in einer Anzahl von Arten ausgelegt. Die Sätze können beispielsweise identisch, verschachtelt, teilweise entlang der Wandlermatrix 530 überlappt oder nicht entlang der Wandlermatrix 530 überlappt sein. Die elektronischen Signale, die sich aus den erfassten Echos ergeben, werden mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelt, da der Sende/Empfangs-Schalter 525 im Schaltereinstellschritt 910 eingestellt wurde. 9 shows details of an embodiment of the receiving step 430 from 4 where echoes are captured and converted into digital data. In a switch setting step 910 becomes the send / receive switch 525 adjusted such that signals appearing at the transducer elements 110 be generated via the multiplexer 527 with the amplifier 540 coupled with variable gain. In an echo detection step 920 echoes from within the material being studied 535 by elements of the transducer elements 110 in the converter matrix 530 detected. The Elements of the transducer elements 110 which are used to detect echoes are optionally other than the elements of the transducer elements 110 for sending the broad-beam 710 be used. In various embodiments, these are two sets of transducer elements 110 designed in a number of ways. For example, the sets may be identical, interleaved, partially along the converter matrix 530 overlaps or not along the transducer matrix 530 to be overlapped. The electronic signals resulting from the detected echoes are sent to the amplifier 540 coupled with variable gain, since the transmit / receive switch 525 in the switch setting step 910 was set.

Die mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelten elektronischen Signale werden in einem Schritt 930 zur variablen Verstärkung verstärkt. Der Schritt 930 zur variablen Verstärkung umfasst wahlweise eine Rückkopplung auf der Basis von Daten, die unter Verwendung eines vorherigen Breitstrahls 710 erhalten wurden. Die Rückkopplung sieht eine adaptive Verarbeitung vor und kann verwendet werden, um das Signal innerhalb jedes Kanals derart einzustellen, dass der dynamische Bereich von nachfolgenden Datenverarbeitungsschritten maximiert wird. Wenn die vorherige Ausführung des Schritts 930 zur variablen Verstärkung beispielsweise zur Sättigung eines speziellen Kanals führte, dann wird bei einem Ausführungsbeispiel die Verstärkung in diesem Kanal wahlweise in einer folgenden Ausführung des Schritts 930 zur variablen Verstärkung verringert. Die Verringerung oder adaptive Eingangsverstärkung wird bei der späteren Datenverarbeitung, die nach der Digitalisierung des verstärkten Signals stattfindet, kompensiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass die Wandlerelemente 110 nahe der Mitte der Wandlermatrix 530 systematisch stärker auf Echos reagieren als die Wandlerelemente 110 nahe einer Kante der Wandlermatrix 530 . Der Schritt 930 zur variablen Verstärkung umfasst wahlweise die Kompensation dieser systematischen Differenz.The one with the amplifier 540 With variable gain coupled electronic signals are in one step 930 reinforced for variable amplification. The variable gain step 930 optionally includes feedback based on data obtained using a previous broad beam 710 were obtained. The feedback provides adaptive processing and may be used to adjust the signal within each channel to maximize the dynamic range of subsequent data processing steps. If the previous execution of the step 930 For example, if variable gain resulted in the saturation of a particular channel, then in one embodiment, the gain in that channel will optionally be in a subsequent execution of the step 930 reduced to variable gain. The reduction or adaptive input gain is compensated in the later data processing that takes place after digitizing the amplified signal. In a further embodiment, it is determined that the transducer elements 110 near the middle of the transducer matrix 530 systematically respond more strongly to echoes than the transducer elements 110 near an edge of the transducer matrix 530 , The step 930 for variable gain optionally includes the compensation of this systematic difference.

In einem wahlweisen analogen Filterschritt 940 werden die elektronischen Signale, die im Schritt 930 zur variablen Verstärkung verstärkt wurden, unter Verwendung eines analogen Filters 545 verarbeitet. Diese Verarbeitung umfasst beispielsweise I/Q-Mischen, Entfernung von ungewollten Frequenzen und Verschieben von Signalen in Frequenzbereiche, die zur weiteren Datenverarbeitung geeigneter sind.In an optional analog filtering step 940 be the electronic signals in the step 930 amplified for variable gain, using an analog filter 545 processed. This processing includes, for example, I / Q mixing, removal of unwanted frequencies, and shifting signals into frequency ranges more suitable for further data processing.

In einem Datenumwandlungsschritt 950 werden die elektronischen Signale, die im analogen Filterschritt 940 wahlweise gefiltert wurden, unter Verwendung des A/D-Wandlers 550 digitalisiert. Die Erzeugung von digitalen Daten beendet den Empfangsschritt 430 (4). In verschiedenen Ausführungsbeispielen findet der Datenumwandlungsschritt 950 zu abwechselnden Zeiten innerhalb des Breitstrahlprozesses 400 statt. Nach der Beendung des Empfangsschritts 430 werden die resultierenden digitalen Daten im Datenspeicherschritt 440 (4) im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert.In a data conversion step 950 be the electronic signals in the analog filter step 940 optionally filtered using the A / D converter 550 digitized. The generation of digital data ends the receiving step 430 ( 4 ). In various embodiments, the data conversion step occurs 950 at alternating times within the broad-jet process 400 instead of. After completing the receiving step 430 the resulting digital data will be in the data storage step 440 ( 4 ) in the channel data storage buffer 555 saved.

10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kanaldatenmatrix 1000, die dazu ausgelegt ist, die im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten digitalen Daten zu halten. Die Kanaldatenmatrix 1000 wird im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert. Eine erste Achse 1010 der Kanaldatenmatrix 1000 ist durch Echoempfangselemente der Wandlermatrix 530 indiziert. Eine zweite Achse 1020 der Kanaldatenmatrix 1000 ist in Zeitkanäle unterteilt. An jeder Stelle in der Matrix gespeicherte Werte geben die Intensität und Phase von Echosignalen an, die durch ein spezielles Element der Wandlermatrix 530 zu einem speziellen Zeitpunkt erfasst werden. 10 shows an embodiment of a channel data matrix 1000 which is designed to be in the data storage step 440 keep stored digital data. The channel data matrix 1000 is in the channel data storage buffer 555 saved. A first axis 1010 the channel data matrix 1000 is by echo receiving elements of the converter matrix 530 indexed. A second axis 1020 the channel data matrix 1000 is divided into time channels. Values stored at any point in the matrix indicate the intensity and phase of echo signals passing through a particular element of the transducer matrix 530 be recorded at a specific time.

Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 umfasst wahlweise mehrere Kanaldatenmatrizes 1000. Außerdem kann die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeicherte Information verwendet werden, um empfangene Signale zu mitteln oder zu summieren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Kanaldatenmatrix 1000 dazu ausgelegt, mehrdimensionale Daten zu speichern. In einem Ausführungsbeispiel ist die Wandlermatrix 530 beispielsweise eine zweidimensionale Matrix von Wandlerelementen 110. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kanaldatenmatrix 1000 zwei Achsen, die die zwei Dimensionen der Wandlermatrix 530 darstellen, und eine Achse, die die Zeitkanäle darstellt.The channel data storage buffer 555 optionally includes multiple channel data matrices 1000. In addition, the channel data matrix 1000 stored information is used to average or sum received signals. In various embodiments, the channel data matrix is 1000 designed to store multi-dimensional data. In one embodiment, the transducer matrix is 530 For example, a two-dimensional matrix of transducer elements 110 , In this embodiment, the channel data matrix 1000 comprises two axes representing the two dimensions of the transducer matrix 530 and an axis representing the time channels.

Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 verwendet die im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten Daten, um Echoortsdaten zu erzeugen, die die Positionen und Stärken von Echoquellen innerhalb des untersuchten Materials 535 angeben. Diese Erzeugung von Echoortsdaten umfasst eine Transformation von mehrdimensionalen Zeitkanaldaten innerhalb der Kanaldatenmatrix 1000 in mehrdimensionale Positions- (Echoorts-) Daten. In einem Ausführungsbeispiel werden die zweidimensionalen Zeitkanaldaten beispielsweise in Echoortsdaten transformiert, die durch zweidimensionale räumliche Koordinaten dargestellt werden. Die Datentransformation des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 wird unter Verwendung einer Vielzahl von alternativen Transformationsalgorithmen durchgeführt, von welchen Beispiele hierin offenbart werden. Diese Transformationen werden wahlweise verwendet, um zweidimensionale Echoortsdaten unter Verwendung von Signalen zu erzeugen, die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls 710 empfangen werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 gegen einen analogen Echovolumen-Berechnungsschritt mit einer zusätzlichen räumlichen Dimension ausgetauscht. Die Echovolumenberechnung umfasst die Erzeugung von dreidimensionalen Echoortsdaten unter Verwendung von Signalen, die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls empfangen werden, wobei der Breitstrahl ein dreidimensionales Volumen abdeckt.The echo surface calculation step 450 uses those in the data storage step 440 stored data to generate echolocation data that includes the locations and strengths of echo sources within the material being studied 535 specify. This generation of echoes data involves a transformation of multidimensional time channel data within the channel data matrix 1000 in multi-dimensional position (Echoorts) data. For example, in one embodiment, the two-dimensional temporal channel data is transformed into echolocation data represented by two-dimensional spatial coordinates. The data transformation of the echo surface calculation step 450 is performed using a variety of alternative transformation algorithms, examples of which are disclosed herein. These transforms are optionally used to generate two-dimensional echo-out data using signals obtained as a result of a single broad-beam 710 be received. In an alternative embodiment, the echo surface calculation step becomes 450 exchanged for an analogous echo volume calculation step with an additional spatial dimension. The echo volume calculation includes the generation of three-dimensional echolocation data using Signals received as a result of a single broad beam, the wide beam covering a three-dimensional volume.

11A und 11B zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Echoortsdatenmatrix 1100, die im Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert wird und dazu ausgelegt ist, Positionsdaten zu speichern, die sich aus dem Echoflächen-Berechnungsschritt 450 ergeben. Diese zwei Ausführungsbeispiele verwenden verschiedene Koordinatensysteme. Wie nachstehend genauer erörtert, kann das effizientere Koordinatensystem unter anderen Faktoren von der Form eines einzelnen Ultraschallstrahls 710 abhängen. In den meisten Fällen überlagert ein effizienteres Koordinatensystem eng die beschallte Fläche. Wie in 7A-7C gezeigt, wird die vom Breitstrahl 710A, vom Breitstrahl 710B und vom Breitstrahl 710C beschallte Fläche beispielsweise jeweils vorzugsweise durch verschiedene Koordinatensysteme mit verschiedenen Ursprüngen dargestellt. Die Verwendung eines effizienteren Koordinatensystems kann die Abtastwirksamkeit und räumliche Auflösung erhöhen. Die Auswahl eines bevorzugten Koordinatensystems und einer bevorzugten Echoortsdatenmatrix 1100 kann auf die Form eines Ultraschallstrahls 710 wie z. B. des Ultraschallstrahls reagieren und geschieht wahlweise in den Schritten 410 , 440 oder 450 . 11A and 11B show two embodiments of an echo data matrix 1100 that in Echoortsdaten memory 565 is stored and configured to store position data resulting from the echo surface calculation step 450 result. These two embodiments use different coordinate systems. As discussed in more detail below, among other factors, the more efficient coordinate system may be in the form of a single ultrasound beam 710 depend. In most cases, a more efficient coordinate system closely overlays the sonicated surface. As in 7A - 7C shown, is the broad-beam 710A , from the broad jet 710B and from the broad jet 710C sonicated area, for example, each preferably represented by different coordinate systems with different origins. The use of a more efficient coordinate system can increase the scanning efficiency and spatial resolution. The selection of a preferred coordinate system and a preferred echo data matrix 1100 can take on the shape of an ultrasound beam 710 such as B. the ultrasonic beam and is done optionally in the steps 410 , 440 or 450.

11A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine X-Koordinate (Position) angibt, und einer zweiten Achse 1120, die eine Y-Koordinate (Position) angibt. 11B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines radialen Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine Winkel-(θ)Koordinate angibt, und einer zweiten Achse 1120, die eine Radiuskoordinate angibt. Alternative Ausführungsbeispiele der Echoortsdatenmatrix 1100 werden durch alternative Koordinatensysteme dargestellt. Zusätzliche Daten, die nicht dargestellt sind, werden wahlweise verwendet, um die erste Achse 1110 und die zweite Achse 1120 mit der Wandlermatrix 530 in Beziehung zu bringen. Die Echoortsdatenmatrix 1100 ist beispielsweise wahlweise durch Vektoren gekennzeichnet, die den Ursprung jedes Koordinatensystems mit einem speziellen Element von Ultraschallwandlerelementen 110 in Beziehung bringen. 11A shows an embodiment of the Echoortsdatenmatrix 1100 using a Cartesian coordinate system with a first axis 1110 that specifies an X coordinate (position) and a second axis 1120 which indicates a Y coordinate (position). 11B shows an alternative embodiment of Echoortsdatenmatrix 1100 using a radial coordinate system having a first axis 1110 indicating an angle (θ) coordinate and a second axis 1120 indicating a radius coordinate. Alternative Embodiments of the Echoortsdatenmatrix 1100 are represented by alternative coordinate systems. Additional data, not shown, is optionally used around the first axis 1110 and the second axis 1120 with the converter matrix 530 to relate. The echoes data matrix 1100 For example, it is optionally characterized by vectors representing the origin of each coordinate system with a particular element of ultrasound transducer elements 110 to relate.

12A und 12B stellen dar, wie die Verwendung eines Koordinatensystems effizienter sein kann als die Verwendung eines anderen Koordinatensystems. 12A und 12B zeigen die Ausführungsbeispiele der Echoortsdatenmatrix 1100, die in 11A bzw. 11B dargestellt sind, auf einen Ultraschallstrahl 1210 überlagert. Der Ultraschallstrahl 1210 ist ein Ausführungsbeispiel des Breitstrahls 710. 12A zeigt ein kartesisches Koordinatensystem, das für die Zwecke der Erläuterung elf „X“-Unterteilungen umfasst, die Datenintervallbereiche 1220 trennen. Die Datenintervallbereiche 1220 sind gerade angemessen, um das ferne Feld abzudecken, das im Allgemeinen mit 1230 bezeichnet ist. Da der Abstand der Datenintervallbereiche 1220 in der X-Dimension im nahen Feld gleich ist, das im Allgemeinen mit 1240 bezeichnet ist, werden eine Anzahl von Datenintervallbereichen 1220 im nahen Feld 1240 auf den Bereich abgebildet, der nicht vom Ultraschallstrahl 1210 geprüft wird. Diese Datenintervallbereiche 1220, die nicht auf den geprüften Bereich abgebildet werden, stellen eine ineffiziente Abtastung des untersuchten Materials 535 dar. 12A and 12B illustrate how the use of one coordinate system can be more efficient than the use of another coordinate system. 12A and 12B show the embodiments of Echoortsdatenmatrix 1100 , in the 11A respectively. 11B are shown on an ultrasonic beam 1210 superimposed. The ultrasound beam 1210 is an embodiment of the broad jet 710 , 12A Figure 4 shows a Cartesian coordinate system, which for purposes of explanation includes eleven "X" subdivisions, the data interval ranges 1220 separate. The data interval ranges 1220 are just adequate to cover the far field, generally designated 1230. Since the spacing of the data interval regions 1220 in the X-dimension is the same in the near field, which is generally designated 1240, a number of data interval ranges will be 1220 imaged in the near field 1240 on the area that is not from the ultrasonic beam 1210 is checked. These data interval ranges 1220 that are not mapped to the tested area represent an inefficient scan of the material being inspected 535 represents.

Im Gegensatz dazu zeigt 12B die Verwendung eines radialen Koordinatensystems, um den vom Ultraschallstrahl 1210 beschallten Bereich darzustellen. Im radialen Koordinatensystem variiert die Größe der Datenintervallbereiche 1250 als Funktion der „R“-Koordinate. Datenpunkte in diesem Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 werden folglich effizienter in den vom Ultraschallstrahl 1210 geprüften Bereich abgebildet als beim Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100, das in 12A dargestellt ist. Die Veränderung der Größe des Datenintervallbereichs 1250 nimmt effizient zu, da, wie in 12B gezeigt, ein größerer Bruchteil von Datenintervallbereichen 1250 innerhalb der Datenmatrix 1100 innerhalb des vom Ultraschallstrahl 1210 abgedeckten Bereichs fallen.In contrast, shows 12B the use of a radial coordinate system to that of the ultrasonic beam 1210 represent sonicated area. In the radial coordinate system, the size of the data interval ranges varies 1250 as a function of the "R" coordinate. Data points in this embodiment of the echo data matrix 1100 thus become more efficient in that of the ultrasound beam 1210 tested area than in the embodiment of Echoortsdatenmatrix 1100 , this in 12A is shown. The change in the size of the data interval range 1250 increases efficiently, because, as in 12B shown, a larger fraction of data interval ranges 1250 within the data matrix 1100 within of the ultrasonic beam 1210 covered area.

Die Granularität der Datenintervallbereiche ist dynamisch. In einigen Ausführungsbeispielen stellt die Echoortsdatenmatrix 1100 einen Nyquist-Abtastraum dar, wobei die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert wird, dass die Anzahl von Abtastwerten genau die Nyquist-Kriterien für eine unverzerrte Abtastung über einen ganzen interessierenden Bereich erfüllt. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert, dass die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten in einem speziellen Bereich größer ist. In einem Ausführungsbeispiel legt ein Benutzer beispielsweise einen speziellen Bereich fest, in dem mehr Bilddetail erwünscht ist. Als Reaktion verwenden Breitstrahlsysteme und - verfahren eine Echoortsdatenmatrix 1100 mit größerer Dichte von Intervallbereichen 1250 in diesem Bereich.The granularity of the data interval ranges is dynamic. In some embodiments, the echo-data matrix provides 1100 a Nyquist sample space, where the density of the interval ranges 1250 is changed such that the number of samples exactly meets the Nyquist criteria for undistorted sampling over an entire region of interest. In some embodiments, the density of the interval ranges 1250 changed so that the resolution of the resulting Echoortsdaten is greater in a specific area. For example, in one embodiment, a user specifies a particular area in which more image detail is desired. In response, wide beam systems and methods use an echoes data matrix 1100 with greater density of interval ranges 1250 in this range.

Einige Beispiele wie hierin beschrieben umfassen eine Extrapolation und Interpolation zwischen den Datenintervallbereichen 1250. In einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine Interpolation im fernen Feld verwendet, bei der jeder der Datenintervallbereiche 1250 eine größere Fläche darstellt, um die Dichte der Echoortsdaten zu erhöhen. Wahlweise wird weniger Interpolation im nahen Feld verwendet, in dem die Dichte der Datenintervallbereiche 1250 größer ist.Some examples as described herein include extrapolation and interpolation between the data interval ranges 1250 , For example, in one embodiment, interpolation is used in the far field, where each of the data interval ranges 1250 represents a larger area to increase the density of the echo sound data. Optionally, there will be less interpolation in the near field used in which the density of the data interval ranges 1250 is larger.

Die Auflösung (Abtastfrequenz) der im Empfangsschritt 430 erzeugten Kanaldaten begrenzt grundsätzlich die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten infolge des Nyquist-Theorems. Die Auflösung der im Empfangsschritt 430 erzeugten Daten wird jedoch wahlweise durch Signalmittelung oder Aufwärtsabtastungsverfahren verbessert. Aufwärtsabtastungsverfahren umfassen die Verwendung von zusätzlichen Daten und umfassen wahlweise eine Rückkopplung, so dass zusätzliche Daten in Bereichen erfasst werden, in denen eine verbesserte Auflösung am nötigsten ist.The resolution (sampling frequency) of the in the receiving step 430 The channel data generated in principle limits the resolution of the resulting echoes data as a result of the Nyquist theorem. The resolution of the reception step 430 however, data optionally is enhanced by signal averaging or up-sampling techniques. Uplift methods involve the use of additional data and optionally include feedback so that additional data is captured in areas where improved resolution is most needed.

13 bis 15 werden verwendet, um Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) zu zeigen. 13 zeigt die Fortpflanzung von Ultraschall zwischen den Wandlerelementen 110A-1105 und Ultraschall reflektierenden Gegenständen innerhalb des untersuchten Materials 535. 14 zeigt Kanaldaten, die aus erfassten Echos erzeugt werden. Und 15 zeigt Echoortsdaten, die unter Verwendung der in 14 gezeigten Kanaldaten erzeugt werden. 13 to 15 are used to illustrate embodiments of the echo surface calculation step 450 ( 4 ) to show. 13 shows the propagation of ultrasound between the transducer elements 110A - 1105 and ultrasound reflective articles within the material being examined 535 , 14 shows channel data generated from detected echoes. And 15 shows Echoorts data generated using the in 14 shown channel data are generated.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 mit Datentransformationsverfahren wird angenommen, dass der Hauptbeitrag zu den erfassten Echos von jedem Ort innerhalb des untersuchten Materials 535 das zu diesem Ort am nächsten liegende Element der Wandlerelemente 110 ist. Dieses Element wird als Hauptbeitragselement (MCE) bezeichnet. Typischerweise ist das Element der Wandlerelemente 110, das zu einem Ort am nächsten liegt, das MCE für diesen speziellen Ort und irgendeinen Ultraschall reflektierenden Gegenstand an diesem Ort. Die Identität des MCE kann jedoch auch von der Richtung des Breitstrahls 710 und der Form der Wandlermatrix 530 abhängen. In einem solchen Fall kann das MCE nicht das am nächsten zu diesem speziellen Ort liegende Wandlerelement 110 sein. Die Datentransformationsverfahren des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) umfassen wahlweise die Richtung des Breitstrahls 710 , die Geometrie der Wandlermatrix 530 , die Rückkopplung sowie andere Faktoren zum Ermitteln eines MCE, das nicht das nächste Element der Wandlerelemente 110 zu einem Ultraschall reflektierenden Gegenstand ist.In various embodiments of the echo surface calculation step 450 Using data transformation techniques, it is believed that the main contribution to the captured echoes from any location within the material studied 535 the closest to this location element of the transducer elements 110 is. This element is called the main contributor element (MCE). Typically, the element is the transducer elements 110 closest to a location, the MCE for that particular location and any ultrasound reflective object in that location. However, the identity of the MCE may also depend on the direction of the broad-beam 710 and the shape of the transducer matrix 530 depend. In such a case, the MCE may not have the transducer element closest to that particular location 110 be. The data transformation method of the echo surface calculation step 450 ( 4 ) optionally include the direction of the broad jet 710 , the geometry of the transducer matrix 530 , the feedback as well as other factors for determining an MCE that is not the next element of the transducer elements 110 is an object reflecting ultrasound.

13A zeigt Ultraschall 1305, der von einem einzelnen Wandlerelement 110G gesandt wird. Der Ultraschall 1305 läuft durch das zu untersuchende Material 535 (nicht dargestellt), bis er auf einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Das Wandlerelement 110G ist das nächste der Wandlerelemente 110A-1105 zum Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A und wird folglich als MCE für den reflektierenden Gegenstand 1310A betrachtet. Am Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A erzeugt der Ultraschall 1305 Ultraschallechos 1315, von denen Ultraschallechos 1315A-1315F dargestellt sind. Die Ultraschallechos 1315 pflanzen sich zu den Wandlerelementen 110A-110S zurück aus, wo sie erfasst werden. 13A shows ultrasound 1305 that of a single transducer element 110G is sent. The ultrasound 1305 passes through the material to be examined 535 (not shown) until it is on an ultrasound-reflecting object 1310A incident. The transducer element 110G is the next of the transducer elements 110A - 1105 to the ultrasound reflecting object 1310A and thus becomes MCE for the reflecting object 1310A considered. Ultrasonic reflective object 1310A generates the ultrasound 1305 ultrasonic echoes 1315 , of which ultrasonic echoes 1315A - 1315f are shown. The ultrasound echoes 1315 plant themselves to the transducer elements 110A - 110S back from where they are captured.

Obwohl 13A den Ultraschall 1305 von einem Wandlerelement 110G (dem MCE) gesandt darstellt, wird in den meisten Ausführungsbeispielen der Ultraschall von einer Vielzahl von Wandlerelementen 110A-1105 während der Erzeugung des Breitstrahls 710 gesandt. 13B zeigt Ultraschall 1330, der von einem einzelnen Wandlerelement 110Q erzeugt wird, welches das MCE für einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310B ist. Echos 1340 , von denen Ultraschallechos 1340A-1340F dargestellt sind, die am reflektierenden Gegenstand 1310B erzeugt werden, laufen zurück zu den Wandlerelementen 110A-110S und werden von diesen erfasst.Even though 13A the ultrasound 1305 from a transducer element 110G (MCE), in most embodiments, the ultrasound from a plurality of transducer elements 110A - 1105 during broad-beam 710 generation. 13B shows ultrasound 1330 generated by a single transducer element 110Q, which is the MCE for an ultrasound reflective article 1310B. Echos 1340 , of which ultrasonic echoes 1340A - 1340F are shown on the reflective object 1310B are generated, run back to the transducer elements 110A - 110S and are covered by these.

14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kanaldatenmatrix 1000 mit Daten, die vom Ultraschall 1305 und Ultraschall 1330, die in 13 gezeigt sind, erzeugt werden. Jede der Spalten 1410A-1410S in der Kanaldatenmatrix 1000 stellt (ein) Signal(e) dar, das (die) an einem der Wandlerelemente 110A-110S erfasst wird (werden). Jede der Reihen 1420A - 1420U in der Kanaldatenmatrix 1000 umfasst das während eines speziellen Zeitraums erfasste Signal. In 14 sind die Datenelemente 1430 , die Daten umfassen, die durch die Erfassung der Echos 1315 und 1340 erzeugt werden, jene Datenelemente 1430 , die eine Datenortslinie 1440A bzw. eine Datenortslinie 1440B schneiden. Somit ergeben die Ultraschallechos, die von einem reflektierenden Gegenstand erzeugt werden, wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310 innerhalb des untersuchten Materials 535 , Daten, die entlang einer Linie wie z. B. den Datenortslinien 1440A oder 1440B liegen. Die Datenortslinien 1440A und 1440B können aus ersten. Prinzipien der Physik und Geometrie unter Verwendung einer bekannten Geometrie der Wandlermatrix 530 und der Geschwindigkeit von Schall innerhalb des untersuchten Materials 535 berechnet werden. Die Datenortslinien 1440A und 1440B schneiden das MCE, das Wandlerelement 110G nicht, und typischerweise auch kein anderes Wandlerelement 110. In der Praxis enthält das untersuchte Material 535 zahlreiche Ultraschall reflektierende Gegenstände 1310 und die Kanaldatenmatrix 1000 umfasst von jedem erzeugte Daten. 14 shows an embodiment of the channel data matrix 1000 with data coming from the ultrasound 1305 and ultrasound 1330 , in the 13 are shown generated. Each of the columns 1410A - 1410S in the channel data matrix 1000 represents signal (s) on one of the transducer elements 110A - 110S is (are) recorded. Each of the rows 1420A-1420U in the channel data matrix 1000 includes the signal detected during a particular period. In 14 are the data elements 1430 , which include data obtained by capturing the echoes 1315 and 1340 those data elements 1430 that are a data location line 1440A or a data location line 1440B to cut. Thus, the ultrasound echoes generated by a reflective article, such as those shown in FIG. B. the ultrasound-reflecting object 1310 within the examined material 535 , Data that is displayed along a line such as For example, the data location lines 1440A or 1440B lie. The data location lines 1440A and 1440B can from first. Principles of physics and geometry using a known geometry of the transducer matrix 530 and the speed of sound within the material being studied 535 be calculated. The data location lines 1440A and 1440B cut the MCE, the transducer element 110G not, and typically no other transducer element 110 , In practice, the examined material 535 contains numerous ultrasound reflecting articles 1310 and the channel data matrix 1000 comprises of each generated data.

In Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden die Echoortsdaten durch Summieren der Daten entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1440A, der Datenortslinie 1440B oder dergleichen berechnet. Die Summierung von Daten entlang der Datenortslinie 1440B erzeugt beispielsweise ein Ergebnis, das die Amplitude der Echos 1315 angibt, die an der Position erzeugt werden, die vom Ultraschall reflektierenden Gegenstand 13 10B belegt ist und durch einen Datenintervallbereich wie z. B. den Datenintervallbereich 1220 oder den Datenintervallbereich 1240 dargestellt wird. Die Summe wird im darstellenden Datenintervallbereich gespeichert. Eine ähnliche Summierung wird wahlweise für jeden Datenintervallbereich in der Echoortsdatenmatrix 1100 durchgeführt. Durch mehrere Summierungen wird die Echoortsdatenmatrix 1100 mit Echoortsdaten belegt, die Ultraschall reflektierende Gegenstände innerhalb des untersuchten Materials 535 darstellen.In embodiments of the echo surface calculation step 450 For example, the echo data is obtained by summing the data along a line, such as a line. The data location line 1440A , the data location line 1440B or the like. The summation of data along the data location line 1440B generated For example, a result that determines the amplitude of the echoes 1315 indicates that are generated at the position, the object reflecting the ultrasound 13 10B is occupied and by a data interval range such. For example, the data interval range 1220 or the data interval range 1240 is pictured. The sum is stored in the representative data interval range. A similar summation is optionally for each data interval range in the echo-data matrix 1100 carried out. By several summations the echo-data matrix becomes 1100 with Echoorts data, the ultrasound reflecting objects within the examined material 535 represent.

15 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 mit Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520. Jeder der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 ist einer eindeutigen Linie, wie z. B. der Datenortslinie 1440A, in der Kanaldatenmatrix 1000 zugeordnet, wie in 14 gezeigt. Daten entlang der eindeutigen Linie werden summiert, um die Amplitude der Echoerzeugung zu berechnen, die an den physikalischen Stellen aufgetreten ist, die durch jeden der Datenintervallbereiche 1520 dargestellt werden. Diese Summierung wird wahlweise für alle Datenintervallbereiche 1520 durchgeführt und kann somit verwendet werden, um die Echoortsdaten über die gesamte Echoortsdatenmatrix 1100 zu berechnen. 15 shows an embodiment of the Echoortsdatenmatrix 1100 with Echoorts data interval ranges 1520 , Each of the echo data interval ranges 1520 is a unique line, such. The data location line 1440A , in the channel data matrix 1000 assigned as in 14 shown. Data along the unique line is summed to calculate the amplitude of echo generation that has occurred at the physical locations passing through each of the data interval ranges 1520 being represented. This summation is optionally performed for all data interval ranges 1520, and thus can be used to obtain the echo data over the entire echo data matrix 1100 to calculate.

16 zeigt ein Datentransformationsverfahren, das in einem Ausführungsbeispiel des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 eingeschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen Elementauswahlschritt 1610, in dem einer der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 innerhalb der Echoortsdatenmatrix 1100 ausgewählt wird. Typischerweise wird die Auswahl von jedem der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 durch Durchqueren der Echoortsdatenmatrix 1100 in einer systematischen Weise durchgeführt. Dem Elementauswahlschritt 1610 folgt ein Linienfeststellungsschritt 1620, in dem die eindeutige Linie in der Kanaldatenmatrix 1100, die den ausgewählten Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 zugeordnet ist, festgestellt wird. Die Feststellung wird durch Berechnen der Linie aus geometrischen Prinzipien, unter Verwendung einer Nachschlagetabelle mit vorher berechneten Linien oder dergleichen durchgeführt. Die Feststellung kann vor oder während des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 stattfinden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen findet die Feststellung vor oder während des Breitstrahl-Konstruktionsschritts 410 statt. In alternativen Ausführungsbeispielen findet die Feststellung während der Schritte 420, 430 und/oder 440 (4) statt. Dem Linienfeststellungsschritt 1620 folgt ein Datensummierschritt 1630, der das Summieren der Daten von den Datenelementen 1430, die die im Linienfeststellungsschritt 1620 festgestellte Linie schneiden, umfasst. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Datensummierschritt 1630 eine einfache Addition von Daten. In alternativen Ausführungsbeispielen umfasst der Datensummierschritt 1630 die Verwendung von Gewichtungsfunktionen, eine Matrixverarbeitung, Extrapolation, Interpolation oder ähnliche mathematische Verfahren. In einem Ausführungsbeispiel wird der Datensummierschritt 1630 durch Firmware innerhalb der Steuerelektronik 595 vereinfacht. In einem Ergebnisspeicherschritt 1640 wird das Ergebnis der Summierung von Schritt 1630 in dem Datenelement gespeichert, das im Elementauswahlschritt 1610 ausgewählt wurde. 16 FIG. 12 shows a data transformation method used in one embodiment of the echo surface calculation step. FIG 450 is included. This embodiment includes an element selection step 1610 in which one of the echo data interval ranges 1520 within the echoes data matrix 1100 is selected. Typically, the selection will be from each of the echo data interval ranges 1520 by traversing the echoes data matrix 1100 done in a systematic way. The item selection step 1610 A line determination step 1620 follows in which the unique line in the channel data matrix 1100 representing the selected echo data interval ranges 1520 is assigned is determined. The determination is made by calculating the line of geometric principles, using a look-up table with previously calculated lines or the like. The determination may be made before or during the echo surface calculation step 450 occur. In various embodiments, the detection occurs before or during the broad jet construction step 410 instead of. In alternative embodiments, the determination occurs during the steps 420 . 430 and / or 440 ( 4 ) instead of. The line determination step 1620 followed by a data summing step 1630 of summing the data from the data elements 1430 that's the line-finding step 1620 intersecting detected line comprises. In one embodiment, the data summing step includes 1630 a simple addition of data. In alternative embodiments, the data summing step includes 1630 the use of weighting functions, matrix processing, extrapolation, interpolation or similar mathematical methods. In one embodiment, the data summing step becomes 1630 by firmware within the control electronics 595 simplified. In a result storage step 1640 will be the result of the summation of step 1630 stored in the data item in the item selection step 1610 was selected.

Die Schritte 1610 bis 1640 werden wahlweise für alle Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 in der Echoortsdatenmatrix 1100 wiederholt. 15 zeigt zwei Sätze ( 1550 und 1560 ) von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 mit von Null verschiedenen Werten, die sich aus der Summierung entlang der Datenortslinien 1440A und 1440B unter Verwendung des in 16 gezeigten Verfahrens ergeben. Jeder Satz ( 1550 und 1560 ) von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 umfasst typischerweise Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 mit unterschiedlichen von Null verschiedenen Werten. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden einer oder mehrere der Schritte 1610 bis 1640 als parallele Prozesse durchgeführt.The steps 1610 to 1640 optionally, for all echo-data-interval ranges 1520 in the echo-data matrix 1100 repeated. 15 shows two sentences ( 1550 and 1560) echoes data interval ranges 1520 with nonzero values resulting from the summation along the data location lines 1440A and 1440B using the in 16 shown method. Each sentence ( 1550 and 1560 ) Echoortsdaten interval ranges 1520 typically includes echoes data interval ranges 1520 with different nonzero values. In various embodiments, one or more of the steps become 1610 carried out until 1640 as parallel processes.

Alternative Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen alternative Verfahren zur Datentransformation. Diese Verfahren verwenden beispielsweise Berechnungen, die in der Frequenzdomäne durchgeführt werden, Verwendung von Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen, Verwendung von Apodisationsfunktionen, um Beiträge jedes der Wandlerelemente 110 zu gewichten, Rückkopplungsmechanismen, Korrelationsanalyse und Betrachtung von anderen Sendewandlerelementen 110 als dem MCE. Diese anderen Wandlerelemente 110 werden verwendet, um sowohl die Qualität als auch die Geschwindigkeit der Transformation von Kanaldaten in Echoortsdaten zu verbessern.Alternative embodiments of the echo surface calculation step 450 include alternative methods of data transformation. For example, these methods use calculations performed in the frequency domain, use of phase relationships between received signals, use of apodization functions, to contributions of each of the transducer elements 110 to weight, feedback mechanisms, correlation analysis and viewing of other transmit transducer elements 110 as the MCE. These other transducer elements 110 are used to improve both the quality and speed of transforming channel data into echo data.

In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 die Verwendung einer Apodisationsfunktion, um Beiträge jedes Wandlerelements 110 zu gewichten. Die Gewichtung kann erwünscht sein, da jene Wandlerelemente 110, die näher am MCE liegen, stärkere Echos von einem speziellen reflektierenden Gegenstand 1310 empfangen als Wandlerelemente 110, die vom MCE weiter entfernt sind. An einem MCE und den naheliegenden Wandlerelementen 110 erfassten Signalen wird daher ein größeres Gewicht gegeben als den weiter vom MCE entfernten Wandlerelementen 110.In one embodiment, the echo surface calculation step includes 450 the use of an apodization function to contributions each transducer element 110 to weight. The weighting may be desirable since those transducer elements 110 closer to the MCE receive stronger echoes from a particular reflective article 1310 than transducer elements 110 that are further away from the MCE. On an MCE and the nearby transducer elements 110 detected signals are therefore given a greater weight than the further away from the MCE transducer elements 110 ,

17 zeigt drei alternative Apodisationsfunktionen. Das Kurvenbild 1710 stellt diese drei alternativen Apodisationsfunktionen dar, die mit 1720, 1730 und 1740 bezeichnet sind. Wenn das Wandlerelement 110G beispielsweise das MCE für eines der Datenelemente 1430 ist, die im Elementauswahlschritt 1610 von 16 ausgewählt werden, dann wird die Apodisationsfunktion 1720 im Datensummierschritt 1630 verwendet, so dass die resultierende Summe einen größeren Beitrag von den Wandlerelementen 110 nahe dem Wandlerelement 110G umfasst. Ebenso werden für Summierungen, bei denen die Wandlerelemente 110K und 1105 das MCE sind, die Apodisationsfunktionen, die durch die Linien 1730 und 1740 dargestellt sind, wahlweise verwendet. 17 shows three alternative apodization functions. The graph 1710 illustrates these three alternative apodization functions, labeled 1720, 1730 and 1740. When the transducer element 110G for example, the MCE for one of the data elements 1430 is that in the element selection step 1610 from 16 are selected, then the apodization function 1720 in the data summation step 1630 used so that the resulting sum a greater contribution from the transducer elements 110 near the transducer element 110G includes. Similarly, for summations where the transducer elements 110K and 1105 the MCE, the apodization functions, are through the lines 1730 and 1740 are shown, optionally used.

In alternativen Ausführungsbeispielen wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 zumindest teilweise in der Frequenzdomäne durchgeführt. Daten werden unter Verwendung von invertierbaren Transformationen, beispielsweise einer Sinustransformation, einer Fourier-Transformation, einer Wellenlängentransformation oder dergleichen umgewandelt.In alternative embodiments, the echo surface calculation step becomes 450 at least partially performed in the frequency domain. Data is converted using invertible transforms, such as a sine transform, a Fourier transform, a wavelength transform, or the like.

In einigen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen verwendet, um zwischen jenen Signalen, die sich aus dem Ultraschall ergeben, der vom MCE gesandt wird, und jenen Signalen, die sich von sekundären Beitragselementen (SCEs) ergeben, zu unterscheiden. SCEs sind andere Wandlerelemente 110 als das MCE, die zum Signal beitragen, das aus einem gegebenen Ultraschall reflektierenden Gegenstand wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310 entsteht.In some embodiments of the echo surface calculation step 450 Phase relationships between received signals are used to distinguish between those signals resulting from the ultrasound sent by the MCE and those resulting from Secondary Contribution Elements (SCEs). SCEs are other transducer elements 110 as the MCE, which contribute to the signal that is emitted from a given ultrasound-reflecting object, such as a B. the ultrasound-reflecting object 1310 arises.

18 zeigt Ultraschall 1810 und 1305, der von den Wandlerelementen 110F und 110G gesandt wird und auf den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Das Wandlerelement 110G wird als MCE für den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A betrachtet, da es das nächste Element der Wandlerelemente 110 ist. In alternativen Ausführungsbeispielen wird ein eng gruppierter Satz von Wandlern gemeinsam als MCE behandelt. Andere Wandlerelemente 110 wie z. B. das Wandlerelement 110F erzeugen auch Ultraschall, der den reflektierenden Gegenstand 1310A erreichen kann. In diesem Beispiel ist das Wandlerelement 110F ein SCE. Ultraschall muss von diesen (SCE) Wandlerelementen 110 weiter laufen als von den MCE-Wandlerelementen 110 , bevor er den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A erreicht. Wie bei dem vom MCE erzeugten Ultraschall erzeugt der Ultraschall von den SCEs Echos, wenn er auf den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Einige dieser Echos werden an der Wandlermatrix 530 erfasst. 18 shows ultrasound 1810 and 1305 that of the transducer elements 110F and 110G is sent to the ultrasound-reflecting object 1310A incident. The transducer element 110G is called MCE for the ultrasound reflective object 1310A considered as the next element of the transducer elements 110 is. In alternative embodiments, a tightly clustered set of transducers is treated collectively as MCE. Other transducer elements 110 such as B. the transducer element 110F also generate ultrasound that can reach the reflective article 1310A. In this example, the transducer element is 110F an SCE. Ultrasound must come from these (SCE) transducer elements 110 continue to run as from the MCE transducer elements 110 before reaching the ultrasound reflecting article 1310A. As with the ultrasound generated by the MCE, the ultrasound from the SCEs produces echoes as it approaches the ultrasound-reflective object 1310A incident. Some of these echoes will be at the converter matrix 530 detected.

19 zeigt Orte von Signalen, die durch das SCE-Wandlerelement 110F in der Kanaldatenmatrix 1000 erzeugt werden. Diese Signale liegen entlang einer Datenortslinie 1910 ähnlich der Datenortslinie 1440A, jedoch zu einem geringfügig späteren Zeitpunkt. Die Zeitdifferenz zwischen den Datenortslinien 1440A und 1910 liegt an der Differenz der Zeit, die erforderlich ist, damit der Ultraschall vom Wandlerelement 110F und vom Wandlerelement 110G zum Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A läuft. Es ist erwünscht, Daten, die sich von SCEs ergeben, von Daten, die sich von einem MCE ergeben, zu unterscheiden. Obwohl das Signal vom MCE typischerweise stärker ist als das Signal, das sich aus SCEs ergibt (aufgrund der längeren Strecke, den der Ultraschall durchlaufen muss), wird das Signal von den SCEs zusätzlich durch eine Phasendifferenz unterschieden, die sich aus der Differenz der durchlaufenen Strecke ergibt. Das Betrachten von Signalen nur mit speziellen Phasen ermöglicht, dass Signale, die sich von SCEs ergeben, durch Filterung getrennt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das SCE-Signal beispielsweise um mehr als 10 dB ausgefiltert und in einigen Ausführungsbeispielen um mehr als 38 dB. 19 shows locations of signals passing through the SCE transducer element 110F in the channel data matrix 1000 be generated. These signals lie along a data location line 1910 similar to the data location line 1440A but at a slightly later date. The time difference between the data location lines 1440A and 1910 is due to the difference in time required to allow the ultrasound from the transducer element 110F and the transducer element 110G to the ultrasound reflecting object 1310A running. It is desirable to distinguish data resulting from SCEs from data resulting from an MCE. Although the signal from the MCE is typically stronger than the signal resulting from SCEs (due to the longer distance that the ultrasound must travel), the signal from the SCEs is additionally distinguished by a phase difference resulting from the difference in the distance traveled results. Viewing signals with only specific phases allows signals resulting from SCEs to be separated by filtering. For example, in one embodiment, the SCE signal is filtered out by more than 10 dB and in some embodiments by more than 38 dB.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden Daten, die sich von SCEs ergeben, verwendet, um die Ergebnisse zu verbessern, die im Echoflächen-Berechnungsschritt 450 erhalten werden. In einigen Ausführungsbeispielen werden beispielsweise Daten, die sich von einem SCE ergeben, zu Daten addiert, die sich von einem MCE ergeben. Somit werden Daten, die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, wie in 19 gezeigt, zu Daten addiert, die entlang der Datenortslinie 1440A liegen. Die Daten, die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, umfassen Daten, die sich aus Ultraschall ergeben, der am (SCE) Wandlerelement 110F erzeugt wird, und vom reflektierenden Gegenstand 1310A zurückgestrahlt wird. Nach einer Phaseneinstellung und Gewichtung können sich diese Daten konstruktiv zu Daten addieren lassen, die entlang der Datenortslinie 1440A liegen, und somit den Rauschabstand der Echoortsdaten verbessern, welche die Anwesenheit des reflektierenden Gegenstandes 1310A anzeigen. Typischerweise wird SCEs, die am nächsten zu einem MCE liegen, mehr Gewicht gegeben als SCEs, die weiter entfernt liegen. Ein Ausführungsbeispiel verwendet beispielsweise eine Chi-Quadrat-Gewichtungsverteilung, die am MCE zentriert ist, um die Gewichtung von benachbarten SCEs festzulegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel reagiert die Gewichtungsverteilung auf Rückkopplungsalgorithmen, die das Gewicht der SCEs verringern, deren Signal in der Kanaldatenmatrix 1000 mit einem starken MCE-Signal überlappt.In various embodiments, data resulting from SCEs is used to enhance the results obtained in the echo area calculation step 450. For example, in some embodiments, data resulting from an SCE is added to data resulting from an MCE. Thus, data is taken along the data location line 1910 lie as in 19 shown, added to data along the data location line 1440A lie. The data that is along the data location line 1910 Data that results from ultrasound include the (SCE) transducer element 110F is generated and reflected back from the reflecting article 1310A. After phase adjustment and weighting, this data can be constructively added to data lying along the data location line 1440A, thus improving the signal to noise ratio of the echo-current data, which is the presence of the reflective article 1310A Show. Typically, SCEs that are closest to an MCE will be given more weight than SCEs that are farther away. For example, one embodiment uses a chi-squared weight distribution centered on the MCE to set the weighting of neighboring SCEs. In another embodiment, the weighting distribution is responsive to feedback algorithms that reduce the weight of the SCEs, their signal in the channel data matrix 1000 overlapped with a strong MCE signal.

In weiteren Ausführungsbeispielen wird das Signal, das sich von einem SCE ergibt, vom Signal, das sich von einem MCE ergibt, subtrahiert. Wenn beispielsweise ein großes MCE-Signal entlang der Datenortslinie 1440A , wie in 19 gezeigt, erfasst wird, dann wird ein entsprechend großes SCE-Signal entlang der Datenortslinie 1910 erwartet. Da das entsprechende SCE-Signal voraussagbar ist und ungefähre Werte als Funktion des MCE-Signals berechnet werden können, können die berechneten Werte von den in den Datenelementen 1430 gespeicherten Kanaldatenwerten subtrahiert werden, bevor diese Datenwerte zum Berechnen von Werten für andere Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 verwendet werden. Die Betrachtung der Daten, die sich von SCEs ergeben, um Echoflächenberechnungen zu verbessern, findet wahlweise als Teil des Datensummierschritts 1630 (16) statt.In further embodiments, the signal resulting from an SCE is determined by the signal, subtracted from an MCE. For example, if there is a large MCE signal along the data location line 1440A , as in 19 is detected, then a correspondingly large SCE signal along the data location line 1910 expected. Since the corresponding SCE signal is predictable and approximate values can be calculated as a function of the MCE signal, the calculated values may be from those in the data elements 1430 stored channel data values are subtracted before these data values are used to calculate values for other echo data interval ranges 1520 be used. Consideration of the data resulting from SCEs to enhance echo area calculations optionally takes place as part of the data summing step 1630 ( 16 ) instead of.

Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 verwenden eine Rückkopplung. In einem Ausführungsbeispiel werden berechnete Echoortsdaten beispielsweise in einer „umgekehrten“ Datentransformation unter Verwendung von Verfahren verarbeitet, die ein simuliertes Echosignal (simulierte Kanaldaten) auf der Basis der berechneten Echoortsdaten erzeugen. Diese umgekehrte Transformation erzeugt eine Simulation der Kanaldaten, die erwartet werden würden, wenn die Berechnung von Echoortsdaten optimal wäre. Die umgekehrte Transformation wird wahlweise unter Verwendung von Strahldurchrechnungsverfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, vorgebildet. Die simulierten Kanaldaten werden mit den tatsächlichen Echodaten verglichen, die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeichert sind. Die Ähnlichkeit zwischen diesen zwei Datensätzen zeigt die Qualität der Berechnung an, die verwendet wird, um die Echoortsdaten zu erzeugen. In einem wahlweisen iterativen Prozess wird die Berechnung der Echoortsdaten unter Verwendung von veränderlichen Parametern, die auf diese Ähnlichkeit reagieren, wiederholt. Diese Parameter können verschiedene Gewichtungsfaktoren, Apodisationsfunktionen oder SCEs umfassen, die verarbeitet werden, um die Ähnlichkeit zwischen den Daten in der Kanaldatenmatrix 1000 und den simulierten Echosignalen zu optimieren.Various embodiments of the echo surface calculation step 450 use a feedback. For example, in one embodiment, calculated echolocation data is processed in a "reverse" data transformation using methods that generate a simulated echo signal (simulated channel data) based on the calculated echolocation data. This inverse transformation creates a simulation of the channel data that would be expected if the calculation of echolocation data were optimal. The reverse transformation is optionally preformed using beam interpolation methods known in the art. The simulated channel data is compared with the actual echo data contained in the channel data matrix 1000 are stored. The similarity between these two sets of data indicates the quality of the calculation used to generate the echoes data. In an optional iterative process, the calculation of the echo data is repeated using variable parameters that respond to this similarity. These parameters may include various weighting factors, apodization functions, or SCEs that are processed to determine the similarity between the data in the channel data matrix 1000 and to optimize the simulated echo signals.

In anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Rückkopplung die Verwendung von Echoortsdaten, um den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel reagiert die Richtung eines in Schritt 410 konstruierten Ultraschallstrahls beispielsweise auf den Ort von reflektierenden Grenzen in dem untersuchten Material 535. In anderen Beispielen reagieren der Brennpunkt, die Breite, die Frequenz, die Intensität oder die Anzahl von Strahlen, die in Schritt 410 konstruiert wurden, auf die berechneten Echoortsdaten.In other embodiments, the feedback comprises the use of echoes data, the broad-beam construction step 410 to control. In one embodiment, the direction of an in step responds 410 constructed ultrasonic beam, for example, the location of reflective boundaries in the material studied 535 , In other examples, the focus, width, frequency, intensity, or number of rays reacting in step 410 were constructed on the calculated Echoortsdaten.

Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen Datentransformationen, die eine Korrelationsanalyse verwenden. Korrelationsverfahren sind auf dem Datenanalysefachgebiet bekannt und sind zum Verbessern von Ähnlichkeiten und Durchführen von Vergleichen zwischen Daten nützlich. Die Korrelation ist zum Vergleichen von Daten, die sich systematisch unterscheiden, beispielsweise durch eine Phasenänderung, besonders nützlich. Eine Kreuzkorrelationsanalyse von zwei Datensätzen, die sich um einen konstanten Grad entlang einer Koordinate unterscheiden, identifiziert die konstante Differenz und die Ähnlichkeit der Daten nach dem Berücksichtigen dieser Differenz. Eine Autokorrelationsanalyse eines Datensatzes veranschaulicht periodische oder wiederholte Signale innerhalb der Daten.Various embodiments of the echo surface calculation step 450 include data transformations that use correlation analysis. Correlation methods are well known in the data analysis art and are useful for improving similarities and making comparisons between data. The correlation is particularly useful for comparing data that is systematically different, such as by a phase change. Cross-correlation analysis of two data sets that differ by a constant degree along a coordinate identifies the constant difference and the similarity of the data after taking that difference into account. An autocorrelation analysis of a data set illustrates periodic or repeated signals within the data.

20 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 , der ein Kreuzkorrelationsverfahren umfasst, das verwendet wird, um Komponenten von SCE-Daten zu identifizieren, die gut mit MCE-Daten korrelieren. In einem Kreuzkorrelations-Berechnungsschritt 2010 werden Daten, die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1440A (14) liegen, die einem MCE zugeordnet ist, mit Daten, die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1910 (19) liegen, die einem SCE zugeordnet ist, kreuzkorreliert. Jeder dieser Sätze von Daten wird wahlweise unter Verwendung einer Funktion wie z. B. einer Apodisationsfunktion 1720 vorverarbeitet. Die Kreuzkorrelation erzeugt einen Korrelationsdatensatz, der als Funktion der Phasendifferenz als Funktion der Ähnlichkeit zwischen den zwei Datensätzen ausgedrückt werden kann. In einem Phasendifferenz-Berechnungsschritt 2020 wird die erwartete Phasendifferenz zwischen den MCE-Daten und den SCE-Daten auf der Basis einer bekannten geometrischen Beziehung zwischen dem MCE und dem SCE berechnet. In einem Nachschlageschritt 2030 wird diese berechnete Phasendifferenz verwendet, um einen Ähnlichkeitswert im Korrelationsdatensatz, der durch die Kreuzkorrelation erzeugt wird, bei dieser speziellen Phasendifferenz im Korrelationsdatensatz nachzuschlagen. Der Ähnlichkeitswert entsprechend der im Phasendifferenzschritt 2020 berechneten Phasendifferenz zeigt an, wie nützlich die SCE-Daten bei der Verbesserung des Rauschabstands der MCE-Daten sein können, da ähnlichere SCE-Daten sich wahrscheinlicher konstruktiv zu den MCE-Daten addieren lassen. In einem Entscheidungsschritt 2040 wird der Ähnlichkeitswert mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen. Wenn der Ähnlichkeitswert größer ist als die Schwelle, dann werden die SCE-Daten zu den MCE-Daten in einem Datenaddierschritt 2050 addiert. Wenn in Schritt 2040 festgestellt wird, dass, der Ähnlichkeitswert geringer ist als die vorbestimmte Schwelle, stellt der Computercode 596 in einem Entscheidungsschritt 2060 fest, ob eine weitere Analyse des speziellen SCE-Datensatzes gerechtfertigt ist. Eine weitere Analyse kann gerechtfertigt sein, wenn beispielsweise naheliegende SCEs noch untersucht werden sollen oder wenn ein Benutzer eine zusätzliche Verbesserung des Rauschabstandes angefordert hat. Wenn nicht, wird die Analyse dieses speziellen SCE-Datensatzes beendet. Wenn Schritt 2060 feststellt, dass eine weitere Analyse gerechtfertigt ist, dann wird der SCE-Datensatz in einem wahlweisen Filterschritt 2070 verarbeitet. Die Verarbeitung in Schritt 2070 umfasst Filterung, Beschneidung oder ähnliche Mittel, die dazu ausgelegt sind, die Komponenten des SCE-Datensatzes, die gut mit dem MCE-Datensatz korrelieren, zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine alternative Funktion wie z. B. die Apodisationsfunktion 1740 auf den SCE-Datensatz angewendet. Die in 20 gezeigten Schritte werden wahlweise auf mehr als einen SCE-Datensatz angewendet. 20 shows an embodiment of the echo surface calculation step 450 comprising a cross-correlation method used to identify components of SCE data that correlate well with MCE data. In a cross-correlation calculation step 2010 will be data along a line such. The data location line 1440A ( 14 ), which is associated with an MCE, with data along a line such. The data location line 1910 ( 19 ) associated with an SCE, cross-correlated. Each of these sets of data is optionally rendered using a function such as a. B. an apodization function 1720 preprocessed. The cross-correlation generates a correlation data set that can be expressed as a function of the phase difference as a function of the similarity between the two data sets. In a phase difference calculation step 2020, the expected phase difference between the MCE data and the SCE data is calculated based on a known geometric relationship between the MCE and the SCE. In a lookup step 2030 For example, this calculated phase difference is used to look up a similarity value in the correlation data set generated by the cross-correlation at that particular phase difference in the correlation data set. The similarity value corresponding to that in the phase difference step 2020 calculated phase difference indicates how useful the SCE data can be in improving the signal-to-noise ratio of the MCE data, as more similar SCE data is more likely to constructively add to the MCE data. In a decision step 2040 the similarity value is compared with a predetermined threshold. If the similarity value is greater than the threshold, then the SCE data is added to the MCE data in a data adding step 2050. When in step 2040 it is determined that the similarity value is less than the predetermined threshold, the computer code represents 596 in a decision step 2060 determine whether further analysis of the specific SCE dataset is warranted. Further analysis may be justified if For example, nearby SCEs should still be investigated or if a user has requested an additional improvement in signal-to-noise ratio. If not, the analysis of this particular SCE record is terminated. When step 2060 determines that further analysis is warranted, then the SCE record will be in an optional filtering step 2070 processed. The processing in step 2070 includes filtering, trimming, or similar means designed to enhance the components of the SCE record that correlate well with the MCE record. In one embodiment, for example, an alternative function such. B. the apodization function 1740 applied to the SCE record. In the 20 The steps shown are optionally applied to more than one SCE record.

Die unter Verwendung von alternativen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 erzeugten Echoortsdaten werden wahlweise verglichen und der Vergleich kann verwendet werden, um die Konsistenz der Berechnungen zu ermitteln oder eine Rückkopplung vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel umfassen beispielsweise zwei Wiederholungen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 die Betrachtung von verschiedenen SCEs. Die Genauigkeit dieser Berechnungen wird durch Vergleichen der Ergebnisse von jeder Wiederholung geprüft. Je näher die Ergebnisse liegen, desto wahrscheinlicher erzeugt die Verwendung von SCEs ein genaues Ergebnis. In einem weiteren Beispiel wird festgestellt, dass die unter Verwendung von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 berechneten Echoortsdaten signifikant unterschiedlich sind. Diese Unterschiede werden als Rückkopplung verwendet, die sich auf andere Schritte in der Breitstrahltechnologie auswirkt. Die Irreproduzierbarkeit von Echoortsdaten in einem speziellen Bereich wird beispielsweise wahlweise verwendet, um eine Rückkopplung für den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 vorzusehen, so dass eine Eigenschaft (Intensität, Frequenz, Richtung etc.) eines Breitstrahls, der diesen Bereich prüft, modifiziert wird.Using alternative embodiments of the echo surface calculation step 450 echo data generated is optionally compared and the comparison can be used to determine the consistency of the calculations or to provide feedback. For example, in one embodiment, two repetitions of the echo surface calculation step include 450 the consideration of different SCEs. The accuracy of these calculations is checked by comparing the results of each repetition. The closer the results are, the more likely the use of SCEs will produce an accurate result. In another example, it is determined that using two different embodiments of the echo surface calculation step 450 calculated echodal data are significantly different. These differences are used as feedback that affects other steps in broad-beam technology. For example, the irreproducibility of echolocation data in a particular area is optionally used to provide feedback for the broad-beam construction step 410 so that a property (intensity, frequency, direction, etc.) of a broad beam that examines this area is modified.

In der Echoortsdatenmatrix 1100 gespeicherte Daten werden wahlweise im Bilderzeugungsschritt 470 (4) verwendet, um Bilder des untersuchten Materials 535 zu erzeugen, die für einen Benutzer angezeigt werden können. Diese Erzeugung und Anzeige wird unter Verwendung des Bildwandlers 575 bzw. der Anzeige 580 durchgeführt. Da zweidimensionale Daten aus einem einzelnen Ultraschallstrahl unter Verwendung von Breitstrahlverfahren erzeugt werden können, kann ein zweidimensionales Bild aus einem einzelnen Ultraschallstrahl erzeugt werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen erhöht diese Fähigkeit die Bildrate relativ zu Verfahren des Standes der Technik, da ein Bild in einer Zeit erzeugt wird, die vielmehr durch eine einzelne Impulsrücklaufzeit oder wahlweise die Rücklaufzeit von einigen Impulsen (d. h. < 5, < 10, < 20, < 40 oder < 64) als die vielen (d. h. > 100) Impulsrücklaufzeiten des Standes der Technik begrenzt ist. Vorteile der Erzeugung eines Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl umfassen möglicherweise die Verringerung von Zittern im resultierenden Bild, da relativ zum Stand der Technik weniger Zeit für eine relative Bewegung zwischen der Wandlermatrix 530 und dem untersuchten Material 535 während des Zeitraums, in dem Daten erfasst werden, besteht. Das Erzeugen eines Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl kann auch die Menge an Ultraschallenergie, die in das zu untersuchende Material 535 gerichtet wird, und die Menge an elektrischer Leistung, die erforderlich ist, um ein Bild zu erzeugen, verringern.In the echoes data matrix 1100 Stored data is optionally in the image forming step 470 ( 4 ) used to take pictures of the material being studied 535 generate that can be displayed to a user. This generation and display is done using the imager 575 or the ad 580 carried out. Since two-dimensional data can be generated from a single ultrasound beam using wide-beam techniques, a two-dimensional image can be generated from a single ultrasound beam. In various embodiments, this capability increases the frame rate relative to prior art methods because an image is generated at a time rather than a single pulse retrace time or, optionally, the retrace time of some pulses (ie, <5, <10, <20, < 40 or <64) is limited as the many (ie> 100) prior art pulse retrace times. Advantages of producing an image from a single ultrasound beam may include the reduction of jitter in the resulting image because there is less time for relative movement between the transducer matrix relative to the prior art 530 and the material studied 535 during the period in which data is collected. Generating an image from a single ultrasound beam can also reduce the amount of ultrasound energy that is transferred to the material under investigation 535 and reduce the amount of electrical power required to produce an image.

Aus der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele des Prozesses und der Vorrichtung, die hierin dargelegt sind, ist für einen üblichen Fachmann ersichtlich, dass Veränderungen und Zusätze an den Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Wandlerelemente 110 können beispielsweise gegen alternative Ultraschallerzeugungselemente ausgetauscht werden und der Sende/Empfangs-Schalter 515 kann gegen separate Sende- und Empfangsschalter ausgetauscht werden. Die Anzahl von Wandlerelementen 110, die in den Figuren gezeigt ist, soll keine Begrenzung bedeuten. Typische Ausführungsbeispiele umfassen eine größere Anzahl von Wandlerelementen 110. Ebenso ist die Auflösung der gezeigten Datenmatrizes nur für Erläuterungszwecke ausgewählt. Typische Ausführungsbeispiele umfassen Datenmatrizes mit einer größeren Anzahl von Datenintervallbereichen.From the description of the various embodiments of the process and apparatus set forth herein, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that changes and additions may be made to the embodiments without departing from the principles of the present invention. The transducer elements 110 For example, they may be exchanged for alternative ultrasound generating elements and the transmit / receive switch 515 may be replaced with separate transmit and receive switches. The number of transducer elements 110 which is shown in the figures is not intended to be limiting. Typical embodiments include a larger number of transducer elements 110 , Likewise, the resolution of the data matrices shown is selected for illustrative purposes only. Typical embodiments include data matrices having a larger number of data interval ranges.

Die Breitstrahltechnologie ist auf Systeme anwendbar, die dazu ausgelegt sind, sowohl die Flächenformung als auch die herkömmliche Strahlformung zu verwenden. Einige Ausführungsbeispiele umfassen ein Mittel zum Umschalten zwischen diesen zwei Methoden. Die Flächenformung kann beispielsweise verwendet werden, um eine Fläche aufzunehmen, und herkömmliche Strahlformungsverfahren können verwendet werden, um Energie auf einen speziellen interessierenden Bereich zu fokussieren. In einigen Ausführungsbeispielen mit zweidimensionalen Wandlermatrizes wird die Flächenformung gleichzeitig mit den herkömmlichen Strahlformungsverfahren verwendet. Ein Satz von Wandlerelementen kann beispielsweise zur Flächenformung verwendet werden, während ein anderer Satz von Wandlerelementen zur herkömmlichen Strahlformung verwendet werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Flächenformung verwendet werden, um Daten in einer räumlichen Dimension zu sammeln, während die herkömmliche Strahlformung verwendet wird, um Daten in einer anderen räumlichen Dimension zu sammeln. Ein Ultraschallstrahl kann zur Flächenformung in einer Dimension und zur herkömmlichen Strahlformung in einer anderen Dimension ausgelegt werden. In diesen Beispielen wird mehr als ein Echoortsverfahren gleichzeitig durchgeführt, wobei jedes Verfahren wahlweise einer speziellen räumlichen Dimension zugeordnet ist.Wide-beam technology is applicable to systems designed to use both surface shaping and conventional beamforming. Some embodiments include means for switching between these two methods. For example, surface shaping may be used to capture a surface, and conventional beamforming techniques may be used to focus energy on a particular region of interest. In some embodiments with two-dimensional transducer matrices, surface shaping is used simultaneously with conventional beamforming techniques. For example, one set of transducer elements may be used for surface shaping, while another set of transducer elements may be used for conventional beamforming. In another example, surface modeling may be used to collect data in a spatial dimension, while conventional beamforming is used to collect data in a different spatial dimension. An ultrasound beam can be designed for surface shaping in one dimension and conventional beamforming in another dimension. In these examples, more than one echoing process is performed simultaneously, each process optionally being associated with a particular spatial dimension.

Die Breitstrahltechnologie ist auf ein beliebiges System anwendbar, das durch die Verwendung von phasenabgeglichenen Matrizes begrenzt ist, um mit einem fokussierten Strahl eine Fläche oder ein Volumen abzutasten. Diese Systeme können Schallsysteme wie z. B. Sonar sowie elektromagnetische Systeme wie z. B. Radar umfassen. Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie werden mit zweidimensionalen Wandlermatrizes verwendet. In diesen Ausführungsbeispielen ersetzen Echovolumenberechnungen Echoflächenberechnungen und die Transformation von Schritt 450 umfasst die Umwandlung einer dreidimensionalen (Wandler, Wandler, Zeit) Matrix von Echodaten in eine dreidimensionale (x, y, z) Echoortsdatenmatrix. In einem Ausführungsbeispiel wird ein einzelner dreidimensionaler Ultraschallstrahl verwendet, um eine Volumenformung durchzuführen und somit Echoortsdaten zu erzeugen, die ein Volumen im Raum abdecken.Broad-beam technology is applicable to any system limited by the use of phase-aligned matrices to scan a surface or volume with a focused beam. These systems can sound systems such. B. sonar and electromagnetic systems such. B. radar include. Embodiments of wide-beam technology are used with two-dimensional transducer matrices. In these embodiments, echo volume calculations replace echo area calculations and the transformation of step 450 comprises the conversion of a three-dimensional (transducer, transducer, time) matrix of echo data into a three-dimensional (x, y, z) echoes data matrix. In one embodiment, a single three-dimensional ultrasound beam is used to perform volume shaping and thus generate echolocation data covering a volume in space.

Claims (21)

Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Senden von einem oder mehreren Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material; Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem der gesandten einen oder mehreren Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden, wobei die Wechselwirkungen an Punkten auftreten, die über zumindest eine erste räumliche Dimension und eine zweite räumliche Dimension verteilt sind; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die in einer Zeitdimension verteilt sind und außerdem über zumindest die erste oder die zweite räumliche Dimension verteilt sind; Transformieren der ersten Daten mittels eines mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus in zweite Daten mit Werten, die über zumindest sowohl die erste als auch die zweite räumliche Dimension verteilt sind; Senden eines weiteren Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material; Empfangen von weiteren Echos, die unter Verwendung des weiteren Ultraschallstrahls erzeugt werden; Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen weiteren Echos und Transformieren der dritten Daten mittels des mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus in Echoortsdaten, die mehrdimensionale Raumkoordinaten aufweisen; und Kombinieren der dritten Daten mit den zweiten Daten, wobei die Kombination dieselbe Dimensionalität wie die dritten Daten aufweist.Method for testing a material to be examined with the steps: Sending one or more ultrasonic beams into the material to be examined; Receiving first echoes generated by interactions between one of the transmitted one or more ultrasound beams and the material to be examined, wherein the interactions occur at points distributed over at least a first spatial dimension and a second spatial dimension; Generating first data from the received first echoes, the first data having values distributed in a time dimension and also distributed over at least one of the first and second spatial dimensions; Transforming the first data using a multi-dimensional transformation algorithm into second data having values distributed over at least both the first and second spatial dimensions; Sending a further ultrasonic beam into the material to be examined; Receiving further echoes generated using the further ultrasound beam; Generating third data using the received further echoes and transforming the third data by means of the multi-dimensional transformation algorithm into echoes data having multidimensional spatial coordinates; and Combining the third data with the second data, the combination having the same dimensionality as the third data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Eigenschaften des weiteren Ultraschallstrahls gemäß einem Algorithmus modifiziert werden, der die zweiten Daten verarbeitet.Method according to Claim 1 wherein properties of the further ultrasound beam are modified according to an algorithm that processes the second data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Kombinierens der zweiten Daten und der dritten Daten den Rauschabstand in einem resultierenden Bild gegenüber dem Rauschabstand eines resultierenden Bildes, das unter Verwendung nur der zweiten Daten oder nur der dritten Daten erzeugt werden kann, verbessert.Method according to Claim 1 wherein the step of combining the second data and the third data improves the signal-to-noise ratio in a resulting image versus the signal-to-noise ratio of a resulting image that can be generated using only the second data or only the third data. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Sendens des weiteren Ultraschallstrahls auf die zweiten Daten reagiert.Method according to Claim 1 wherein the step of transmitting the further ultrasound beam is responsive to the second data. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Konfigurierens des einen oder der mehreren der gesandten Strahlen in Reaktion auf eine Abbildungsbetriebsart umfasst.Method according to Claim 1 further comprising the step of configuring the one or more of the transmitted beams in response to a mapping mode. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt des Festlegens eines unter Verwendung des einen oder der mehreren Ultraschallstrahlen zu prüfenden Bereichs umfasst.Method according to Claim 1 further comprising a step of determining an area to be tested using the one or more ultrasonic beams. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten die Verwendung einer Datentransformation mit einer Gewichtungsfunktion in Reaktion auf eine Identität eines Hauptbeitragselements umfasst.Method according to Claim 1 wherein the step of transforming the first data comprises using a data transform having a weighting function in response to an identity of a major contributor. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweiten Daten unter Verwendung eines Koordinatensystems in Reaktion auf eine Form des einen oder der mehreren Ultraschallstrahlen indiziert werden.Method according to Claim 1 wherein the second data is indexed using a coordinate system in response to a shape of the one or more ultrasound beams. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Verwenden einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden; Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit und einer ersten Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zugeordnet werden können, wobei die erste Anzahl von Positionen mehr als eins ist; und Erzeugen von zweiten Daten mittels eines mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus aus den ersten Daten, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die einer zweiten räumlichen Dimension und einer zweiten Anzahl von Positionen in der ersten räumlichen Dimension zugeordnet werden können, wobei die erste Anzahl von Positionen geringer ist als die zweite Anzahl von Positionen und die Anzahl der Positionen in der ersten räumlichen Dimension durch Echoempfangselemente indiziert werden; wobei mindestens einer der Werte der zweiten Daten, der einer der zweiten Anzahl von Positionen, aber nicht irgendeiner der ersten Anzahl von Positionen zugeordnet werden kann, ohne Interpolation zwischen den Werten der ersten Daten erzeugt wird.A method of testing a material to be examined, comprising the steps of: using a plurality of ultrasonic transducers to transmit an ultrasonic beam into the material to be examined; Receiving echoes generated by interactions between the ultrasound beam and the material to be examined; Generating first data from the received echoes, the first data having a plurality of values associated with the time and a first number of positions in a first spatial dimension, the first number of positions being greater than one; and generating second data by means of a multi-dimensional transformation algorithm from the first data, the second data having values that may be associated with a second spatial dimension and a second number of positions in the first spatial dimension, the first number of positions being less than the second number of positions and the number of positions in the first spatial dimension are indexed by Echoempfangselemente; wherein at least one of the values of the second data that may be associated with one of the second number of positions but not any one of the first number of positions is generated without interpolating between the values of the first data. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anzahl von räumlichen Dimensionen, die den zweiten Daten zugeordnet werden können, von einer Anzahl von gesandten Ultraschallstrahlen unabhängig ist.Method according to Claim 9 wherein the number of spatial dimensions that can be assigned to the second data is independent of a number of transmitted ultrasound beams. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der gesandte Ultraschallstrahl durch eine Richtung, einen Brennpunkt und eine Strahlbreite am Brennpunkt gekennzeichnet ist, wobei die Strahlbreite durch den Brennpunkt entlang einer zu der Richtung senkrechten geraden Linie gemessen wird, und die zweiten Daten Echoortsdaten mit einer Auflösung in einer zur Richtung des Strahls senkrechten räumlichen Dimension, die kleiner als die Strahlbreite ist, sind.Method according to Claim 9 wherein the transmitted ultrasonic beam is characterized by a direction, a focal point and a beamwidth at the focal point, the beamwidth being measured through the focal point along a straight line perpendicular to the direction, and the second data being Echoortsdata having a resolution in the direction of the beam vertical spatial dimension that is smaller than the beam width are. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Erzeugens von zweiten Daten die Verwendung eines Transformationsalgorithmus mit einer Gewichtungsfunktion umfasst, die den Echos gemäß dem Echoempfangsort ein Gewicht zuweist.Method according to Claim 9 wherein the step of generating second data comprises using a transform algorithm having a weighting function that assigns a weight to the echoes according to the echo receiving location. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der Verwendung einer Vielzahl von Wandlern zum Senden eines Ultraschallstrahls die Verwendung einer Vielzahl von Wandlern umfasst und der Schritt des Erzeugens von zweiten Daten die Verwendung eines Transformationsalgorithmus umfasst, der dazu ausgelegt ist, Signale, die sich von verschiedenen Elementen der Vielzahl von Wandlern ergeben, unter Verwendung einer Phasenbeziehung in den empfangenen Echos oder unter Verwendung einer Amplitude in den empfangenen Echos zu unterscheiden.Method according to Claim 9 wherein the step of using a plurality of transducers to transmit an ultrasound beam comprises the use of a plurality of transducers, and the step of generating second data comprises using a transform algorithm adapted to receive signals from different elements of the plurality of transducers Transducers differ using a phase relationship in the received echoes or using an amplitude in the received echoes. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material zu senden; Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem ersten Strahl der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Echodaten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Echodaten Werte aufweisen, die einer Zeitdimension zugeordnet werden können und separat mehr als einer Position in mindestens einer ersten räumlichen Dimension zugeordnet werden können, wobei die Werte Phasen- und Amplitudeninformationen umfassen; Empfangen von zweiten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen mindestens einem zweiten Strahl der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von zweiten Echodaten aus den empfangenen zweiten Echos, wobei die zweiten Echodaten Werte aufweisen, die einer Zeitdimension zugeordnet werden können und separat mehr als einer Position in mindestens einer zweiten räumlichen Dimension zugeordnet werden können; Erzeugen von ersten Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Echodaten und eines mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus in Reaktion auf die Phasen- oder Amplitudeninformationen; Verwenden der zweiten Echodaten, um zweite Echoortsdaten durch einen mehrdimensionalen Transformationsalgorithmus zu erzeugen; und Kombinieren der ersten und der zweiten Echoortsdaten, um dritte Echoortsdaten mit mehrdimensionalen Raumkoordinaten wie die ersten Echoortsdaten zu erzeugen.Method for testing a material to be examined with the steps: Using a plurality of transducers to transmit a plurality of ultrasonic beams into the material to be examined; Receiving first echoes generated by interactions between a first beam of the plurality of ultrasound beams and the material to be examined; Generating first echo data from the received first echoes, the first echo data having values that may be assigned to a time dimension and separately assigned to more than one position in at least a first spatial dimension, the values including phase and amplitude information; Receiving second echoes generated by interactions between at least a second beam of the plurality of ultrasound beams and the material to be examined; Generating second echo data from the received second echoes, the second echo data having values that can be assigned to a time dimension and separately assigned to more than one position in at least one second spatial dimension; Generating first echo data using the first echo data and a multi-dimensional transformation algorithm in response to the phase or amplitude information; Using the second echo data to generate second echoing data through a multi-dimensional transformation algorithm; and Combining the first and second echolocation data to generate third echolocation data having multi-dimensional space coordinates as the first echolocation data. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mehrdimensionale Transformationsalgorithmus auf die Phasen- und Amplitudeninformationen reagiert.Method according to Claim 14 wherein the multi-dimensional transformation algorithm responds to the phase and amplitude information. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der mehrdimensionale Transformationsalgorithmus auf die Phaseninformationen reagiert.Method according to Claim 14 wherein the multi-dimensional transformation algorithm responds to the phase information. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste räumliche Dimension dieselbe wie die zweite räumliche Dimension ist.Method according to Claim 14 , wherein the first spatial dimension is the same as the second spatial dimension. Verfahren nach Anspruch 14, wobei erste Echos unter Verwendung von mindestens einem der Wandler in der Vielzahl von Wandlern empfangen werden.Method according to Claim 14 wherein first echoes are received using at least one of the transducers in the plurality of transducers. Verfahren nach Anspruch 14, welches ferner einen Schritt des Anzeigens eines Bildes unter Verwendung der dritten Echoortsdaten umfasst.Method according to Claim 14 further comprising a step of displaying an image using the third echolocation data. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ersten Echodaten Dimensionen der Zeit und der Position aufweisen, wobei die Positionsdimension Orten von Wandlerelementen zugeordnet werden kann und die ersten Echoortsdaten zwei räumliche Dimensionen aufweisen, die durch ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt werden.Method according to Claim 14 wherein the first echo data has dimensions of time and position, the position dimension being assignable to locations of transducer elements, and the first echo location data having two spatial dimensions represented by a Cartesian coordinate system. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die ersten Echodaten Dimensionen der Zeit und der Position aufweisen, wobei die Positionsdimension Orten von Wandlerelementen zugeordnet werden kann und die ersten Echoortsdaten zwei räumliche Dimensionen aufweisen, die durch ein radiales Koordinatensystem dargestellt werden.Method according to Claim 14 wherein the first echo data has dimensions of time and position, the positional dimension being assignable to locations of transducer elements and the first echo location data being two spatial ones Have dimensions that are represented by a radial coordinate system.
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