DE1566151C - Ultraschall Diagnostikgerat - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel

nach dem Impuls-Echo verfahren arbeitendes Ultra- vorzusehen, die es gestatten, das Ulträschallbündel

schall-Diagnostikgerät mit einem in der Brennlinie im Untersuchungsgebiet möglichst schmal und über

eines zylindrischen Parabolreflektors drehbar ange- den gesamten Untersuchungsbereich zwischen den

ordneten Träger für einen mit ihm rotierenden, auf 5 Geraden 4 und 5 im Querschnitt etwa gleich groß

den Reflektor ausgerichteten Ultraschallkopf zum zu machen.

Senden und Empfangen der am Reflektor reflek- Außer den an Hand der F i g. 2 erklärten Nach-

tierten Ultraschallimpulse. teilen tritt bei Verwendung der eingangs geschilderten

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung sind bekannten Einrichtung noch ein weiterer Fehler auf,

der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger io der an Hand von F i g. 3 (Längsschnitt) erläutert wird,

zu einem Ultraschall-Sender/Empfänger zusammen- Das vom kreisrunden ebenen Ultraschällsender 1

gefaßt und auf einem Träger angeordnet, der ,seiner- . ausgehende, . an der Reflektorwand 3' reflektierte

seits auf einer Welle sitzt, deren Achse in der Brenn-' Ultraschallwellenbündel fächert sich auf, so daß

linie eines zylindrischen Parabolreflektors liegt. Dabei seine Randstrahlen 6', 7' im Untersuchungsgebiet

ist die Welle in Achsrichtung längsverschiebbar, und 15 den Winkel ρ bilden. Für diesen Winkel gilt die

als Sender/Empfänger- ist ein kreisrunder ebener Gleichung

Schwinger benutzt. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, sin ρ/2 «* 1,22 λ/D ,
die schematisch einen Schnitt durch die geometrische

Anordnung dieser Einrichtung zeigt, sollte mit dieser wobei λ die Wellenlänge der Ultraschallschwingung Anordnung erreicht werden, daß beim Drehen des 20 ist. Auch dieser Fehler soll durch die vorliegende Sender/Empfängers 1 um die mit der Brennlinie 2 Erfindung korrigiert werden, und zwar soll zur des Parabolreflektors 3 zusammenfallende Achse 2' Vergrößerung der Detailerkennbarkeit wiederum s die von dem Sender/Empfänger ausgehenden Ultra- erreicht werden, daß das Ultraschallbündel in der ■ ' schallstrahlen derart am Parabolreflektor 3 reflektiert betrachteten Ebene über das ganze Untersuchungswerden, daß sie parallel zu sich selbst aus dem Para- 25 gebiet möglichst schmal und annähernd gleich groß bolreflektor wieder austreten. Der Abstand Brenn- gemacht wird.

linie/Parabolscheitel ist in allen Figuren mit p/2 Erfindungsgemäß ist die Korrektur der unter bezeichnet. (Mit ex. ist der halbe Reflexionswinkel Bezugnahme auf die F i g. 2 und 3 beschriebenen des vom Sender ausgehenden Ultraschallbündels Abbildungsfehler dadurch erreicht, daß der Schwingbezeichnet [F i g. 5].) 30 kristall des Ultraschallkopfes eine sattelförmig ge-

Die mit einem solchen Diagnostikgerät erzielten wölbte Oberfläche aufweist, deren Wölbung bestimmt Ultraschallbilder sind.Jedoch nicht in der Weise ist durch zwei sich im Mittelpunkt der Oberfläche aufschlußreich, wie man es sich auf Grund der in senkrecht schneidende, gekrümmte Symmetrielinien, Fig. 1 dargestellten geometrischen Verhältnisse deren Krümmungsmittelpunkte auf einander enterhofft hatte. Genauere Untersuchungen der gegebe- 35 gegengesetzten Seiten einer im Schnittpunkt der nen geometrischen Verhältnisse bei dem bekannten Symmetrielinien auf der Oberfläche errichteten Senk-Gerät führten zu den Feststellungen, die an Hand rechten liegen, und daß der Schwingkristall an seinem der F i g. 2 und 3 erläutert werden. um die Brennlinie des Reflektors rotierenden Träger

F ig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Sender- derart befestigt ist, daß bei Ausrichtung des Schall-Reflektor-Anordnung entsprechend F i g. 1, und 40 Strahles des Ultraschallkopfes auf die Scheitellinie

F i g. 3 zeigt einen entsprechenden Längsschnitt, des Reflektors die durch die zum Reflektor hin

der durch den Scheitel des zylindrischen Parabol- konkav gekrümmte Symmetrielinie und den zuge-

reflektors und seine Brennlinie gelegt ist. hörigen Krümmungsmittelpunkt gelegte Ebene mit

In Fig. 2 ist der Parabolreflektor wieder mit 3 der durch die Brennlinie und die Scheitellinie - des und die Brennlinie des Parabolreflektors, in der die 45 Reflektors gelegten Ebene zusammenfällt.
Drehachse für den Ultraschall-Sender/Empfänger 1 Die F i g. 4 und 5 zeigen die geometrischen Ververläuft, mit 2 bezeichnet. Das Untersuchungsgebiet hältnisse, wenn die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist durch die beiden Geraden 4 und 5 angedeutet. getroffen sind. Dabei bedeutet in F i g. 4 (gleiche Der verwendete kreisförmige Sender/Empfänger hat Darstellungsweise wie bei F i g. 2) D₁ die Breite den Durchmesser D₁ ; dieser Sender/Empfänger ist 50 (im dargestellten ^; Schnitt) des gekrümmten Sender/ bei den bekannten Geräten eben, und das von ihm Empfängers, R₁ den Krümmungsradius, M₁ den abgegebene Ultraschallbündel wird in der gezeich- Mittelpunkt der Krümmung und D die Breite (ebenneten Stellung durch die zueinander parallel laufenden falls in der gezeichneten Darstellung), welche das Randstrahlen 6 und 7 begrenzt. Diese Randstrahlen vom Sender/Empfänger abgestrahlte Ultraschall-WeI-werden gemäß der. Definition einer Parabel am 55 lenbündel beim Auftreffen auf den Reflektor besitzt. Parabolreflektor derart reflektiert, daß sie durch Dieses Wellenbündel — charakterisiert durch seine den Brennpunkt 2 gehen. Das vom Sender ausgehende Randstrahlen 6 und 7 — konvergiert und hat etwa und am Reflektor reflektierte Ultraschallbündel wird in der Mitte des Untersuchungsgebietes zwischen also das Untersuchungsgerät zwischen den Geraden 4 den Geraden 4 und 5 seinen geometrischen Konver- und 5 in Form einer Keule durchsetzen, deren Öff- 60 genzpunkt. Physikalisch entsteht keine punktförmige nungswinkel mit φ bezeichnet ist. Auf Grund dieser Abbildung, sondern eine Fläche mit dem Durch-Keulenform werden die dem Reflektor benachbarten messer d_x, dessen Größe etwa der Gleichung
Teile des Untersuchungsgebietes 4, 5 — wo die Keule

noch schmal ist — schärfer abgebildet werden als 2,44 λ (R₂ + R₁ — —-^— — jqi^

die am Ende des Untersuchungsgebietes liegenden 65 ' \ 2 cos <x j

Teile. Die Detailerkennbarkeit, die mit einer der- ^x ***

artigen Einrichtung erzeugte Bilder aufweisen, wird -^i I — V x

dementsprechend mäßig sein. ' \ 2 cos α

genügt (die in dieser Gleichung enthaltene BezeichnungÄ₂ wird noch erklärt). Durch die Krümmung des Sender/Empfängers mit dem Radius R₁ ist erreicht, daß die im Untersuchungsgebiet verlaufende Ultraschallkeule wenigstens angenähert im ganzen Untersuchungsgebiet die gleiche Größenordnung bezüglich des Durchmessers besitzt, d. h., daß die Abbildungsqualität in diesem Gebiet annähernd gleich groß ist.

In der F ig. 5 (Darstellungsweise wie bei F ig. 3) bedeutet D₂ die Breite des Sender/Empfängers in der in Fig. 5 gezeichneten Darstellung, A₂ den Krümmungsradius des Sender/Empfängers in dieser Darstellung, AZ₈ den (virtuellen) Mittelpunkt der Krümmung (mit dem Radius R₂), M₂ den geometrischen Mittelpunkt der Krümmung nach Reflexion am Parabolreflektor, χ den Abstand von der Brennlinie bis zum Mittelpunkt AZ₁ in Strahlrichtung, R₁ den Krümmungsradius aus F i g. 4 in der Ansicht nach F i g. 5, d₂ den Durchmesser des Schallbündeis in der Mitte des Abbildungsgebietes (in der gewählten Darstellungsweise). d₂ genügt etwa folgender Gleichung:

Die Größen der beiden Krümmungsradien R₁ und R₂ sind so an die Abmessungen des Parabolreflektors und an die Ultraschallwellenlänge angepaßt, daß d_x ungefähr gleich groß wird wie d₂.

Die F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform der erfin^ dungsgemäßen Einrichtung. In ..der Brennlinie 2 des zylindrischen Parabolreflektors 3 ist die längsverschiebbare Welle 2" mit dem Träger 8 für die Ultraschall-Sender/Empfänger 1 angeordnet. Dieser Träger 8 ist konisch ausgebildet und trägt an zwei gegenüberliegenden Stellen seines Mantels je einen der erfindungsgemäßen Sender/Empfänger (die Konusform ist deshalb gewählt, damit die vom Sender ausgehenden Ultraschällstrahlen nach ihrer Reflexion nicht auf den Träger selbst zurückgeworfen werden, sondern an ihm vorbeigehen). Die'Sender zeigen die erfindungsgemäße Sattelform, wobei der Scheitel der Sattelfläche mit S bezeichnet ist.

Die gestrichelt angedeutete Scheitellinie der ersten Krümmung R₁ ist mit S₁ und die ebenfalls gestrichelt gezeichnete Scheitellinie der zweiten Krümmung A₂ ist mit S₂ bezeichnet.

Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung wurden für die einzelnen Größen folgende Werte gewählt:

ρ = 80 mm
X = 0,60 mm

; R₁ = 50 mm

R₂ = 230 mm

D₁ = 12 mm

D₂ = 24 mm

χ = 27 mm

Daraus ergeben sich bei einem Abbildungsgebiet (von einer Breite und Tiefe von etwa 145 mm), welches sich in einem mittleren Abstand von 70 mm befindet (von der Brennlinie des Parabolreflektors aus gemessen) die minimalen Ultraschallkeulendurchmesser zu 1I₁ = d₂ = etwa 14 mm.

Unter .Ultraschallkeulendurchmesser d_lt </₂ wird dabei die gesamte Keulenbreite verstanden, d. h., daß außerhalb dieser Keule praktisch keine Ultraschallenergie mehr vorhanden ist. Da in der Keule ein zu den Seiten relativ starker Energieabfall vorhanden ist, ergibt sich eine wirksame Keulenbreite (Abfall der Echoenergie um 3 db vom Maximum, d.h. von der Keulenmitte) von etwa 2,5 mm. Damit erhält man eine seitliche Bildauflösung von etwa dem gleichen Wert, d.h. 2,5mm.

Die mit dem erfindungsgemäßen Gerät erzielten Ultraschallbilder zeigten gegenüber Bildern, die mittels der eingangs genannten bekannten Einrichtung gewonnen wurden, eine wesentlich verbesserte Detailerkennbarkeit, d. h. eine beträchtliche Qualitätsverbesserung.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Diagnostikgerät mit einem in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolreflektors drehbar angeordneten Träger für einen mit ihm rotierenden, auf den Reflektor ausgerichteten Ultraschallkopf zum Senden und Empfangen der am Reflektor reflektierten Ultraschallimpulse, d adurchgekennzeichne t, daß der Schwingkristall (1) des Ultraschallkopfes eine sattelförmig gewölbte Oberfläche aufweist, deren Wölbung bestimmt ist durch zwei sich im Mittelpunkt der Oberfläche senkrecht schneidende, gekrümmte Symmetrielinien (S₁, S₂), deren Krümmungsmittelpunkte (AZ₁, M₂) auf einander entgegengesetzten Seiten einer im Schnittpunkt (5) der Symmetrielinien auf der Oberfläche errichteten Senkrechten liegen, und daß der Schwingkristall an seinem um die Brennlinie (2) des Reflektors (3) rotierenden Träger derart befestigt ist, daß bei Ausrichtung des Schallstrahles des Ultraschallkopfes auf die Scheitellinie des Reflektors die durch die zum Reflektor hin konkav gekrümmte Symmetrielinie (S₂) und den zugehörigen Krümmungsmittelpunkt gelegte Ebene mit der durch die Brennlinie und die Scheitellinie des Reflektors gelegten Ebene zusammenfällt.

2. Diagnostikgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien (R₁, R₂) und die Durchmesser (D₁, D₂) der Oberfläche des Schwingkristalls (1) so bemessen sind, daß sich alle aus der Oberfläche austretenden Schallstrahlen nach Reflexion am Reflektor (3) in einem Fleck konzentrieren, der etwa in der Mitte zwischen den Grenzen (4, 5) des durch das Gerät erfaßten Untersuchungsgebietes liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen