DE1118396B

DE1118396B - Facility for ultrasound diagnostics

Info

Publication number: DE1118396B
Application number: DEV16667A
Authority: DE
Inventors: Dr Manfred Von Ardenne
Original assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Current assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Priority date: 1959-06-09
Filing date: 1959-06-09
Publication date: 1961-11-30

Description

Einrichtung für die Ultraschalldiagnostik Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die medizinische Ultraschalldiagnostik mittels des Impulsechoverfahrens, wobei der Schwinger sowohl als Sender als auch als Empfänger dient und zur punktförmigen Konzentration des Ultraschallstrahles auf einen bestimmten Gewebebereich als sphärischer Konvergenzschwinger ausgebildet ist und wobei der Echoimpuls in einen der reflektierten Intensität proportionalen elektrischen Spannungsimpuls verwandelt wird, der einem Oszillographen zugeleitet wird, dessen Zeitablenkung mit der Impulsfolgefrequenz synchronisiert ist.Device for ultrasonic diagnostics The invention relates to a Device for medical ultrasound diagnostics using the pulse echo method, whereby the transducer serves both as a transmitter and as a receiver and for punctiform Concentration of the ultrasonic beam on a certain tissue area as spherical Convergence oscillator is formed and wherein the echo pulse is reflected in one of the Intensity proportional electrical voltage impulse is transformed, which one Oscillograph is fed, its time deflection with the pulse repetition frequency is synchronized.

Die bisher bekannten Untersuchungsverfahren mittels Ultraschall beruhen im wesentlichen auf zwei Prinzipien. Man untersoheidet die bekannten Verfahren je nachdem, ob die unterschiedliche Schalldurchlässigkeit oder die auftretenden Reflexionen der Messung zugrunde gelegt werden. Das erstere nennt man Durchstrahlungsverfahren, das zweite Echoverfahren. Dabei ist es bei beiden möglich, mit kontinuierlichem Schall- oder Impulsbetrieb zu arbeiten. The previously known examination methods are based on ultrasound essentially based on two principles. The known processes are each differentiated depending on whether the different sound permeability or the reflections that occur be used as the basis for the measurement. The former is called the radiographic method, the second echo method. It is possible with both, with continuous Sound or pulse mode to work.

Bei dem Echoverfahren ist es bekannt, Sender und Empfänger getrennt auszuführen und räumlich nebeneinander an dem zu untersuchenden Körper anzukoppeln. Bei Impulsbetrieb wird jedoch in der Regel das schallerzeugende Organ auch als Schallempfänger benutzt. In the case of the echo method, it is known to separate the transmitter and receiver to be carried out and to be coupled spatially next to one another to the body to be examined. In the case of pulse operation, however, the sound-generating organ is usually also used as a sound receiver used.

Es wurden dabei ebenso schon Frequenzen in der Größenordnung von etwa 2 MHz wie auch von 15 MHz benutzt. Auch die Verwendung von Ultrasch all-Linsen systemen zur Strahlenbündelung ist dabei bekannt. Ferner wurden schon sphärische Konvergenzschwinger zur punktförmigen Konzentration des Ultraschallstrahles auf bestimmte Gewebebereiche und zum Empfang der Echoimpulse benutzt. Diese Echoimpulse werden bei den bekannten Geräten in proportionale elektrische Spannungsimpulse verwandelt und beispielsweise einer Oszillographenröhre zugeführt, deren Zeitablenkung mit der Impulsfolgefrequenz synchronisiert ist. Ebenso ist es bekannt, den Ultraschallstrahl beispielsweise zeilenweise über das Untersuchungsobjekt hinwegzuführen und synchron dazu die Ablenkung eines Oszillographen-Elektronenstrahles zu bewirken, wobei der Echoimpuls die Helligkeit des Bildelementes steuert. Dadurch ist die Aufzeichnung eines Ultraschallbildes möglich. Schwierigkeiten entstehen bei diesen Geräten meist durch das Auftreten einer Vielzahl von in der Regel verschieden starken Echoimpulsen, die aus dem schichtartigen Aufbau des Gewebes und aus Mehrfachreflexionen resultieren. Frequencies in the order of magnitude of about 2 MHz as well as 15 MHz used. Also the use of ultrasonic all lenses systems for bundling radiation is known. Furthermore, they were already spherical Convergence oscillator for point-like concentration of the ultrasonic beam certain tissue areas and used to receive the echo pulses. These echo pulses are converted into proportional electrical voltage pulses in the known devices and fed, for example, to an oscilloscope tube, the timing of which with the pulse repetition frequency is synchronized. It is also known to use the ultrasonic beam for example, line by line across the examination object and synchronously to cause the deflection of an oscilloscope electron beam, the Echo pulse controls the brightness of the picture element. This is the record an ultrasound image is possible. Difficulties usually arise with these devices due to the occurrence of a large number of echo pulses, usually of different strengths, which result from the layered structure of the fabric and from multiple reflections.

Ziel der Erfindung ist dem Bekannten gegenüber die Schaffung eines Gerätes, welches ein relativ scharfes Schallbild aus einer beliebigen dünnen Schicht des Körpers liefert, wobei durch schalloptische Fokussierungen und Abblendungen die bisher aufgetretenen Reflexionen und Streuungen aus den davor- und dahinterliegenden Körperschichten praktisch nicht mit aufgezeichnet werden. Hierdurch wird der Übergang zu Schallwellen mit unter 1 mm Länge möglich und damit eine Fokussierung der Schalistrahlung auf Querschnitte der Größenordnung eines oder weniger Millimeter erzielbar. The aim of the invention is towards the known to create a Device that produces a relatively sharp sound image from any thin layer of the body supplies, by means of optical focusing and fading the reflections and scatters that have occurred so far from those in front of and behind Body layers are practically not recorded. This will make the transition to sound waves with a length of less than 1 mm possible and thus a focusing of the sound radiation achievable on cross-sections of the order of one or a few millimeters.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Schwinger in an sich bekannter Weise an der Rückseite von einem gasförmigen und an der Vorderseite von einem flüssigen Medium begrenzt ist und daß im Konvergenzpunkt des Schwingers eine Schallblende mit kleiner Durchtrittsöffnung und im Abstand davon eine Schallsamrnellinse angeordnet ist, die die Blendenöffnung auf den gewünschten Gewebebereich abbildet. This object is achieved according to the invention in that the oscillator in a manner known per se on the back of a gaseous and on the front is limited by a liquid medium and that at the point of convergence of the transducer a sound diaphragm with a small opening and a sound collecting lens at a distance from it is arranged, which images the aperture on the desired tissue area.

Eine weitere Verbesserung der Puls selektion und eine Bildelement-Helligkeitssteuerung kann dadurch erzielt werden, daß in an sich bekannter Weise am Oszillographen eine Fotozelleneinrichtung vorgesehen ist, die vom Fluoreszenzleuchten des Echoimpulsausschlages gesteuert wird, der durch einen in Richtung dieses Ausschlages orientierten und bezüglich des Laufzeitb ereiches dem Objektelement entsprechenden Spalt herausgeblendet wird, und daß zur Erzielung einer Bildelement-Helligkeitssteuerung zwischen Leuchtschirm und Fotozelle ein abgestuftes Lichtfflter vorgesehen ist, welches um so größere Lichtströme zur Fotozelle gelangen läßt, je größer der Ausschlag des Echoimpulses ist. A further improvement of the pulse selection and a picture element brightness control can be achieved that in a known manner on the oscilloscope Photocell device is provided by the fluorescent lighting of the echo pulse deflection controlled is, which is oriented and related by a in the direction of this deflection of the runtime range corresponding to the object element is faded out, and that to achieve pixel brightness control between luminescent screens and photocell a graduated light filter is provided, which is all the larger Luminous fluxes can reach the photocell, the greater the amplitude of the echo pulse is.

Ferner kann eine Einrichtung vorgesehen sein, durch die der Objektfokus in an sich bekannter Weise in Form einer Zeile periodisch über das zu untersuchende Körpergewebe geführt wird, wobei durch eine Relativbewegung zwischen Körper und Ultraschalleinrichtung eine Flächenabtastung in untereinanderliegenden Zeilen herbeigeführt wird und wobei ferner synchron zu der Abtastung die Lage des Schreibfleckes einer Bidschreibeinrichtung gesteuert wird. Furthermore, a device can be provided through which the object focus in a manner known per se in the form of a line periodically over the area to be examined Body tissue is guided, with a relative movement between the body and Ultrasonic device brought about a surface scanning in lines lying one below the other is and further synchronized with the scanning, the position of the writing spot a Bidschreibeinrichtung is controlled.

An Hand eines Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert. The subject of the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail.

In der Abbildung ist ein in bekannter Weise gleichzeitig als Empfänger ausgebildeter sphärischer Konvergenzschwinger (z. B. ein Bariumtitanatschwinger mit einer Frequenz zwischen 2 und 40 mit 1 bezeichnet. Er ist am Ende der vorzugsweise zylindrisch gestalteten Einrichtung 2 befestigt und wird in an sich bekannter Weise auf der Rückseite von einem gasförmigen Medium3, z. B. Luft, und auf der Vorderseite von einem flüssigen Medium 4, z. B. Wasser, begrenzt. In der Ebene des Konvergenzpunktes ist eine plattenförmig ausgebildete Schallblende 5 angeordnet, die in der Mitte eine Durchtrittsöffnung 6 von etwa 1 mm Durchmesser aufweist. Nahezu am Ende der zylindrisch gestalteten Einrichtung 2 ist eine reflexionsarme Schallinse 7 angebracht, die die Öffnung 6 der Schallblende in einer bestimmten Tiefe des zu untersuchenden Objektes punktförmig abbildet. Die gesamte Einrichtung 2 ist mit einer Folie 8 abgeschlossen. Mit 9 ist in der Abbildung ein menschlicher Körperteil dargestellt, an dem die Vorrichtung durch Flüssigkeit 10, z. B. In the figure, a is in a known manner as a recipient trained spherical convergence oscillator (e.g. a barium titanate oscillator denoted by 1 with a frequency between 2 and 40. He's in the end of the preferred Cylindrical device 2 attached and is in a known manner on the back of a gaseous medium3, e.g. B. Air, and on the front from a liquid medium 4, e.g. B. water, limited. In the plane of the convergence point a plate-shaped sound shield 5 is arranged, which is in the middle has a passage opening 6 of about 1 mm in diameter. Almost at the end of the Cylindrical device 2, a low-reflection acoustic lens 7 is attached, the opening 6 of the sound diaphragm at a certain depth of the to be examined Objects point-like. The entire device 2 is closed with a film 8. With 9 a human body part is shown in the figure, on which the device by liquid 10, e.g. B.

Wasser, angekoppelt ist. Die am Objekt 9 reflektierte Schallstrahlung wird im rückläufigen Strahlengang durch die gleiche Schallinse 7 auf der Durchtrittsöffnung 6 der Schallblende 5 fokussiert. Die hindurchtretende Schallstrahlung trifft dann den Bariumtitanatschwinger, der durch sinngemäße elektrische Schaltung des Gesamtgerätes als Schallmikrophon wirkt und die Steuerspannung eines Echooszillographen liefert.Water, is coupled. The sound radiation reflected on the object 9 is in the retrograde beam path through the same sonic lens 7 on the passage opening 6 of the sound diaphragm 5 is focused. The sound radiation passing through then hits the barium titanate transducer, which is produced by analogous electrical switching of the entire device acts as a sound microphone and supplies the control voltage of an echo oscilloscope.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß bei ihr die im Gewebe vor und hinter dem Objoktfokus gesteuerten und reflektierten Strahlungsanteile sehr stark geschwächt werden. Diese Intensitätsschwächung tritt dadurch ein, daß diese Strahlungsanteile durch die Schallinse nicht mehr in der Ebene der Schallblende 5, sondern dahinter oder vor der Blende fokussiert werden. Die Abschwächung der unerwünschten Strahlungsanteile wird dabei um so stärker, je größer das Öffnungsverhältnis der Schalllinse gewählt wird. The advantage of this arrangement is that it is in the tissue In front of and behind the object focus, the radiation components are controlled and reflected a lot be severely weakened. This intensity weakening occurs because this Radiation components through the acoustic lens are no longer in the plane of the acoustic diaphragm 5, but behind or in front of the aperture. The weakening of the The greater the aperture ratio, the stronger the unwanted radiation components the sonic lens is selected.

Eine weitere Selektion der aus der Fokusebene reflektierten Strahlungsanteile wird dadurch erreicht, daß nur diejenigen Echos zur Oszillogrammaufzeichnung bzw. Bildschreibung ausgenutzt werden, bei denen die Laufzeit der Impulswellen gerade der Objektebene im Körpergewebe entspricht. Dazu wird die vom Schwinger 1 erzeugte Echoimpulsspannung in an sich bekannter Weise auf einen nicht dargestellten, mit der Impulsfrequenz synchronisierten Oszillographen gegeben, bei dem der dem Objektelement entsprechende Laufzeitbereich durch einen in Richtung des Echoausschlages orientierten Spalt herausgeblendet wird. Das so isolierte Echofluoreszenzleuchten dieses Oszillographenschirmes kann über eine Fotozelleneinrichtung die Bildhelligkeitssteuerung 6ewirken. Another selection of the radiation components reflected from the focal plane is achieved in that only those echoes for oscillogram recording or Image writing can be used in which the duration of the impulse waves is straight corresponds to the object level in the body tissue. This will be the one generated by the transducer 1 Echo pulse voltage in a manner known per se on a not shown, with given the pulse frequency synchronized oscilloscope, in which the object element corresponding transit time range by one oriented in the direction of the echo amplitude Gap is faded out. The so isolated echo fluorescent glow of this oscilloscope screen The image brightness control can operate via a photocell device.

Zwischen Oszillographen-Leuchtschirm und Fotozelle ist zu diesem Zweck ein entsprechend abgestuftes Lichtfilter geschaltet, welches um so größere Lichtströme zur Fotozelle gelangen läßt, je größer der Ausschlag des Echoimpulses ist. Es ist auch möglich, den Objektfokus in an sich bekannter Weise in Form einer Zeile periodisch über das zu untersuchende Körpergewebe zu führen. Durch Relativbewegung zwischen Körper und Ultraschalleinrichtung kommt es dabei zu einer Flächenabtastung. Dabei wird synchron zur Abtastung die Lage des Schreibfleckes einer Bildschreibeeinrichtung gesteuert. This is between the oscilloscope screen and the photocell Purpose a correspondingly graded light filter switched, which is all the larger Luminous fluxes can reach the photocell, the greater the amplitude of the echo pulse is. It is also possible to have the object focus in a manner known per se in the form of a Line periodically over the body tissue to be examined. By relative movement A surface scanning occurs between the body and the ultrasound device. The position of the writing spot of an image writing device is synchronized with the scanning controlled.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for medical ultrasound diagnostics by means of the pulse echo method, with the transducer as both a transmitter and serves as a receiver and for the point-like concentration of the ultrasonic beam designed as a spherical convergence oscillator on a certain tissue area and where the echo pulse is proportional to one of the reflected intensity electrical voltage pulse is converted, which is fed to an oscilloscope whose timing is synchronized with the pulse repetition rate, thereby characterized in that the transducer in a known manner on the back of a gaseous medium and a liquid medium at the front and that at the point of convergence of the transducer a sound diaphragm with a small passage opening and at a distance therefrom a condensing lens is arranged which forms the aperture maps onto the desired tissue area.

2. Device according to claim 1, characterized in that in on As is known, a photocell device is provided on the oscilloscope, which is controlled by the fluorescent lighting of the echo pulse amplitude caused by one oriented in the direction of this deflection and with regard to the term range the object element corresponding gap is faded out, and that to achieve a picture element brightness control between the luminescent screen and the photocell a graduated Light filter is provided, the greater the luminous flux of which reaches the photocell lets, the greater the amplitude of the echo pulse.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that a device is provided through which the object focus is known per se Periodically in the form of a line over the body tissue to be examined guided is, whereby by a relative movement between the body and the ultrasound device an area scan is brought about in lines lying one below the other and wherein furthermore, in synchronism with the scanning, the position of the writing spot of an image writing device is controlled.

References considered: U.S. Patent No. 2763 153, 2603 966; Telecommunications, 3rd year, no. 12 (1953), pp. 549 to 551; The Lancet, Volume I / 1958, No. 7032, pp. 1188 to 1195.