DE1573745A1

DE1573745A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung

Info

Publication number: DE1573745A1
Application number: DE19651573745
Authority: DE
Inventors: Wright William L; Meyer Edward P
Original assignee: Picker Electronics Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1964-06-08
Filing date: 1965-06-08
Publication date: 1970-06-04
Also published as: SE312690B; DE1573745C3; DE1573745B2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung der inneren Struktur von Körpern, die sich im wesentlichen in festem Aggregatzustand befinden.
Ein Ausführungsbeispiel der sorliegenden Erfindung und ein Verfahren gemäss der Erfindung werden nachstehend beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigeftigten Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 eine Seitenaufrissansicht des Abtastteils der gemäss den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Ultraschallausrüstung ist, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Ausrüstung im wesentlichen in einer durch die Linie 2-2 angedeuteten Ebene ist, Fig. 3 eine Rückaufrissansicht der in Fig. 1 dargestellten Ausrustung ist, Fig. 4 eine Querschnittsansicht des in Fig.-1 dargeSEllten Ausrüstungsteils entlang der Linie 4-4 ist, Fig. 5 eine Seitenaufrissansicht einer der in Fig. 1 dargestellten Potentiometer-Riemenscheiben ist, Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Potentiometer-Riemenscheibe ist, Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf das Verbindungssystem ist, wobei einige Teile weggeschnitten sind, un die äusserste Verbindung des Gerätes mit den Potentiometern darzustellen, Fig, 8 eine mechanische schematische Ansicht der in Fig.
1 dargestellten Ultraschallausrüstung ist, Fig. 9 ein elektrischer Schaltplan des Gerätes ist, und Fig. 10a und lob ein gemäss den Stand der Technik bekanntes Verfahren bezw. das Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 weist das erfindungsgemässe Gerät einen Rahmen 10 auf, dessen hintere Fläche an einem hinteren senkrechten Teil 12 eines Sockels 14 befestigt ist, der stahl weise mit einem Fuss 15 versehen sein kann. T'in Schraubenrad 16 ist auf einen Bolzen 17 aufgeschraubt, der durch den oberen Teil des hinteren senkrechten eils 12 verläuft, und ist an den Rahmen 1C befestigt, um eine Einstellung des Rahmens 10 in jeder gewünschten Winkelstellung um die Achse des bolzens 17 zu gestatten. Im Innern des Rahmens 10 ist eine Mittelplatte 18 an Pefestigungsansätzen 20 angeordnet. Auf der Mittelplatte 18 sind drei Sinus-Kosinus-Potentiometer übereinander angeordnet, die von oben nach unten mit 22, 24 und 26 bezeichnet sind. Der Gleitschieber jedes Potentiometers steht über eine mechanische Verbindung in betrieblicher Verbindung mit einem Ultraschallerzeuger 32, um elektrische Signale zu liefern, die die Stellung des Ultraschallerzeugers anzeigen, wie es weiter unten in der Beschreibung beschrieben wird.
Zwei auseinanderliegende parallele Arme 28 verlaufen waagerecht von der Vorderseite des Rahmens 10 aus und sind an diesem an einem Ende mittels Schraubbolzen 29 befestigt. Die Arme werden durch Abstandsstücke 30 und Nietschäfte 31 in Abstand voneinander gehalten. Eine elektrische Steckerverbindung 13 ist an der Rückseite des Rahmens 10 angeordnet und dient der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Vorrichtung und der Rückführung von elektrischen Stellungssignalen aus der Vorrichtungn. Der Rahmen 10 kann wahlweise um eine waagerechte Achse verstellt werden, die durch den Bolzen 17 verläuft, in dem das Schraubenrad 16 gelockert wird, der Rahmen verstellt und das Schraubenrad wieder angezogen wird.
Nunmehr wird die Anlage beschrieben, durch die die Bewegung des Ultraschallerzeugers 32 in elektrische Signale um geformt wird. Unter Bezugnahme auf die ZEichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 8 sei bemerkt, dass die vorgenannte Anlage 3 miteinander verbundene Arme 34, 36 und 40 aufweist.
Der erste Arm 34 ist an jedem Ende gegabelt, und ein gegabeltes Ende des Armes 34 ist mittels einer Welle 37 drehbar mit den Armen 28 verbunden. Das andere gegabelte Ende des ersten Armes 34 ist ifl ähnlicher Weite mittels einer Welle 39 mit einem gegabelten Ende des zweiten Arms 36 drehbar verbunden.
Das andere Ende des zweiten Arms 36 ist ebenfalls gegabelt und mit einem in ähnlicher Weise gegabelten Ende des dritten Arms 40 durch eine Welle 43 drehbar verbunden. Der Ultraschallerzeuger 32 ist an dem entgegengesetzten Ende des dritten Arms 40 durch eine Schraubverbindung 44 befestigt, die einen Stecker und eine Buchse für elektrische Verbindungen umfasst.
Es istnunmehr ohne weiteres ersichtlich, dass der erste Arm 34 um die Achse der Welle 37 schwenkbar ist. Die schwenkbare Verbindung des zweiten Arms 36 mit dem ersten Arm 34 und die schwenkbare 7erbindung des dritten Arms 40 mit dem zweiten Arm 36 gestattet die Drehung des Arms 40 um nahezu 3600 um das Ende des zweiten Arms 36. Die Gelenkverbindungen der ersten und zweiten Arme 34 bzw. 36 gestatten die Anordnung des Endes des zweiten Armes an jeder Stelle innerhalb einer Ebene, die nur durch die länge der Arme begrenzt wird. Der dritte Arm 40, der mit dem zweiten Arm 36 gelenkig verbunden ist, kann tatsächlich um jeden Punkt in einer Ebene geschwenkt werden, die nur durch die gesamte Bewegung des ersten Armes 34 und des zweiten Armes 36 begrenzt wird. Der dritte Arm 40 gestattet eine freie Winkeleinstellung des Ultraschallerzeugers 32, wodurch der Ultraschallerzeuger 32 an Jedem Punkt in der Ebene angeordnet werden kann und seine Achse in jedem Winkel in ihren Begrenxungen ausgerichtet werden kann. Ferner kann die Zielebene im wesentlichen auf jeden gewünschten Winkel eingestellt werden, da der Rahmen 10 um eine waagerechte Achse gedreht werden kann, die senkrecht zu den Schwenkachsen der Arme 34, 36 und 40 verlauft.
Bei der Verstellung des Ultraschallerzeugers 32 zur Abtastung des zu untersuchenden Gegenstandes oder der zu untersuchenden Person bewegt er die Gleitschieber der an dem Rahmen 10 angebrachten Potentiometer 22, 24 und 26 entsprechend seiner Verstellung. Die Potentiometer formen die Bewegung des Ultraschallerzeugers in elektrische Signale um, aie einer Anzeigevorrichtung, wie z. B. einer Katodenstrahlenröhre, zur Darstellung der gewünschten inneren Struktur des zu untersuchenden Gegenstandes auf dem Schirm der Röhre zugführt werden.
Aus den Fig. 4, 5 und 6 ist ersichtlich, dass die oben erwähnten Potentiometer 22, 24 und 26, welche von der Art der Sinus-Kosinus-Potentiometer sind, an der Mittelplatte 18 des Rahmens 10 übereinander angeordnet sind. Die Wellen 35, 38 bzw.- 42 der Potentiometer können durch Drehung so verstellt werden, dass- sie ein Ausgangssignal liefern, das den trigonometrischen Funktionen der zwischen den Armen 34, 36 bzw. 40 und der waagerechten gebildeten Winkel entspricht. Die Potentiometerwellen verlaufen durch Öffnungen in der Platte 18.
Auf den Wellen der Potentiometer sitzen fest angeordnete Riemenscheiben 47, 62 und 49, die durch Schrauben 25, 63 bzw. 57 in ihrer Stellung gehalten werden. Unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 7 wird nunmehr die Ausbildung und die Arbeitsweise hinsichtlich der Betätigung der Potentiometer und der Erzeugung einer geeigneten Wiedergabe des zu untersuchenden Gegenstandes erörtert. Wie veranschaulicht, ist eine Riemenscheibe 48 auf der Welle 37 am Drehpunkt des Armes 34 und in den Gabelungen des Armes 34 und der parallelen Arme 28 drehbar angeordnet. Die riemenscheibe 48 ist mittels eines Stiftes oder einer Schraube 50 fest mit dem Arm 34 verbunden und bewegt sich mit diesem. Die Riemenscheibe 47 ist mittels Feststellschrauben 25 fest mit der Welle 35 des :otentiometers 22 verbunden. Bin Riemen 46, der ein Stahldraht sein kann, verläuft uni jede der Riemenscheiben 47 und 48 und bildet damit eine Antrichsverbindung zwischen dem Potentiometer 22 und den Arm 34 derart, dass sie eine proportionale Drehung zwischen dem Potentiometer 22 und dem Arm 34 gestattet, die zweckmassigerweise im Ver1iältnis 1 zu 1 steht. Schrauben 66 und 68, die in der ITähe des Umfangs der Riemenscheibe 47 vorgesehen sind, nehmen die Enden des Riemens 46 in einer Weise @uf, in der die Spannung des Riemens 46 über die Riemenscheiben gestattet wird. Es ist somit ersichtlich, dass das Potentiometer 22 mechanisch mit den Arm 34 über die PLiemenscheiben 47 und 48 dem Riemen 46 und die Schraube 50 verbunden ist, Das Potentiometer 26 weist ebenfalls eine Riemenscheibe 49 auf, die an seiner Welle 42 durch eine Schraube 57 befestigt ist und durch eine Riemen-und und Riemenscheibenanordnung Bo angetrieben wird, dass es mechanisch mit dem Arm 36 verbunden ist. Das Potentiometer 26 wird durch einen Riemen 51 yerbunden, der um die Riemenscheibe 49 über eine zweite Riemenscheibe 52 verläuft, die als leerlaufende Riembnscheibe wirkt, die gleichachsig mit und frei drehbar gegenüber der Riemenscheibe 48 auf der Welle 37 angeordnet ist. Die Riemenscheibe 52 ist nicht direkt mit dem Arm 34 verbunden und dreht sich nicht mit diesem. Der Riemen 51 verläuft weiter über eine Riemenscheibe 54, die auf der Welle 39 sitzt, und ist an dem Arm 36 mittels eines StiXes 61 befestigt. Da die Riemenscheibe 54 direkt mit dem Arm 36 verbunden ist, wird dessen Bewegung um den Drehpunkt 38 natürlich über den Riemen 51, die Beerlaufriemenscheibe 52 und die Riemenscheibe 49 auf das Potentiometer 26 übertragen, während keine Bewegung der Potentiometerwelle gegenüber den Arm 34 stattfindet. An der Riemenscheibe 49 sind wiederum Schrauben 74 und 76 vorgesehen, die der Spannung und Befestigung des Riemens 51 dienen.
Das dritte Potentiometer 24 wird dazu verwendet, die Winkelbewegung des dritten Armes 40 aufzuzeichnen, Sinne Beerlaufriemenscheibe 56 ist auf der Welle 37 in ähnlicher Weise wie die Riemenscheibe 52 drehbar angeordnet. Eine weitere Leerlaufriemenscheibe 58 ist in ähnlicher Weise auf der Welle 39 gleichachsig mit der Riemenscheibe 54 drehbar -angeordnet.
Die Riemenscheibe 60 ist so auf der Welle 43 angeordnet, dass sie direkt mit dem dritten Arm 40 durch den Stift 63 verbunden wird. Die Riemenscheibe 60 dreht sich bei Bewegung des dritten Armes 40 im Masse dieser Bewegung. Eine Riemen scheibe 62 ist auf der Potentiometerwelle 38 angeordnet und wird durch Schrauben 63 gehalten. Bin Riemen 64 wird um jede der Riemenscheiben 56, 58, 60 und 62 in eine in der Technik bekannten Art und Weise herumgeführt, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Arm 40 und der lotentiometerwelle 24 zu bilden. Der Riemen 64 kann zweckmässig so angeordnet sein, dass- er fortlaufend um die vier vorgenanoten Riemen scheiben verläuft, indem er um jade Riemenscheibe öfters als notwandig gewunden wird. Da die Riemenscheibe 60 direkt mit dem Ultraschallerzeugerarm 40 verbunden ist wird die Winkelbewegung des Arms 40 um den von der Welle 44, gebildeten Schwenkpunkt auf die Welle des Potentiometers 24 übertragene Somit ist ersichtlich, dass bei Veränderung der Stellungen der Arme 34, 36 und 40 die terwendeten Riemen- und Riemen scheibenanordnungen eine Verstellung der Gleitschieber der drei Potentiometer je nach der Winkelverstellung des entsprechenden Arms bewirken.
Um die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Gerätes besser verständlich zu machen, wird auf Fig. 9 hingewiesen, die eine schematische Ansicht der elektrischen Schaltungen zeigt, mit denen die Abtastvorrichtung wirksam verwendet werden kann. Ultraschallwellen können in zweckmässiger Weise dadurch erzeugt werden, dass ein Ultraschallerzeuger betätigt wird, indem ihm ein Signal mit einer Frequenz im Ultraschallbereich zugeführt wird Der Ultraschallerzeuger weist normalerweise ein Ultraschallerzeugerelement auf, das aus Bariumtitanat oder Lithiumsulfat besteht, es kann jedoch aus anderen Stoffen auch bestehen, die druckelekt-rische oder magnetostriktive Eigenschaften aufweisen. Die erzeugten Ultraschallwellen werden dannstrahlenförmig in das zu untersuchende Objekt geschickt. Wenn die Ultraschallwellen in Berührung mit Zonen verschiedener Dichte innerhalb des untersuchten Objekt gelangen, werden von den Zwischenflächen Echos zu dem Ultraschallerzeuger zurückreflektiert wo sie ein elektrisches Signal erzeugen. Das in das zu untersuchende Objekt und von Flächen und Zwischenflächen zu dem Ultraschallerzeuger zurückgeschickte Signal kann dem Z-Achseneingang eines Oszilloskops zugeführt werden, um die Starke des Elektronenstrahls zu modulieren und@ eine Spur zu erzeugen, die den Signalen entspricht, die an einer Zeitablenkungs8thaltuAg empfangen werden. Die Schreibgeschwindigkeit der Zeitablenkungsschaltung, die halb so gross ist, wie die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle in dem zu untersuchenden Körper, erzeugt eine massstabgerechte Darstellung auf der Fläche des Oszilloskops. enn der Ultraschallerzeuger an der Oberfläche des untersuchten Objekts anliegt, wird das ihm zugeführte Signal unmittelbar reflektiert, um die relative Stellung des Ultraschallerzeugers auf der Anzeigevorrichtung darzustellen. Wenn Echos empfangen und aufgezeichnet werden, wird die relative Stellung ebenfalls in Folge der korrespondierenden Ausbreitungen der Katodenstrahlröhrenspur und der Schallwelle dargestellt.
Durch die Verwendung einer Katodenstrahlröhre mit geeignetem Nachleuchtstoff, bleiben diese Signale für eine Zeitdauer sichtbar, die für die Herstellung einer dauernden Aufzeichnung ausreicht oder können, falls erwünscht, einer Speicherröhre und dergleichen ur künftigen Verwendung zugeführt werden.
Es ist nun festgestellt worden, dass eine deutlich erhöhte Auflösung der inneren Struktur eines Körpers erhalten wird. wenn der Ultraschallenergiestrahl in den Körper von einer Strahlenquelle geschickt wird, die an der Oberlfäche des Körpers angeordnet ist, und wenn derStrahl um die Stelle geschwenkt wird, an der er in den Körper eingeführt wird, um einen Winkelbereich oder Sektor innerhalb des Körpers zu bestreichen, Abtastungen des EUrpers in mehreren Sektoren werden dadurch erhalten, dass von verschiedenen Punkten an der Körperoberfläche aus abgetastet wird. Das beschriebene Gerät führt diese Abtastung mehrerer Sektoren eines zu untersuchenden Körpers wirkungsvoll und zweckmässig unter Jerwendung von Ultraschall techniken aus.
Um die Anwendung des Gerätes zu erleichtern, weist der Ultraschallerzeuger eine grosse Bewegungsbreite auf. Die Bewegung wird an einer Anzeigevorrichtung angezeigt, um dem das Gerät Bedienenden jederzeit zu ermöglichen, die Stellung des Ultraschallerzeugers oder der Ultraschallquelle im 7erhältnis zu dem Bild oder den Angaben zu bestiinmen,'die auf der Anzeigevorrichtung ercheinen. Wie dies durchgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Um diese Beschreibung zu erleichtern sei Bezug auf Fig. 8 genommen, die das schwenX-bare Aufhängungssystem gemäss Fig. 1 schematisch darstellt.
Wie oben angedeutet, sind die Arme 34, 36 und 40 jeweils mechanisch mit einem der Potentiometer 22, 26 bzw. 24 gekuppelt, die dazu dienen, die Stellung des Drehpunktes des Armes 40 bzw. der Welle 43 gegenüber dem feststehenden Drehpunkt der Welle 37 zu bestimmen.
Um die Stellung der Welle 43 zu bestimmen, werden Bezugsachsen gewählt, die durch den Drehpunkt der Welle 43 verlaufen. Die Koordinaten der Welle 43 sind-(algebraisch): x = x1 + x2 2 = L1cos.α1 + L2 cos.α2 , wobei L1 und L2 die Längen der Arme 34 und 36 sind und α 1 und α 2 die Winkel sind, die dieserArme mit der Achse bilden.
Ferner: y = y1 + y2 y = L1 sin. α1 + L2 sin. α2 Die Potentioneter 22, 26 und 24 sind von der Art, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das einer trigonometrischen Funktion der Wellendrehung enspricht. Wenn bei der dargestellten Anordnung positive und negative Spannungen durch die Potentiometer geschickt werden, kann sich die Polarität des Ausgangssignals ändern, wenn die Funktion des Winkels seine Polarität ändert, d. h., positiv oder negativ. ein also Bein und ein Uolt zugeführt werden, sind die' Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22a bzw. 22b (Fig. 9): Ey1aus = E1einsinα1 und Ex1aus = E1eincosα1 , wobei α1 der Drehwinkel der die Gleitschieber verbindenden Welle gegenüber der Bezugsstellung ist, die in diesem Ball die Waagerechte ist.
Sowohl die ainus- als auch die Kosinusfunktionen können somit von den Potentiometergleitschiebern oder von anderen in Technik bekannten Mitteln erhalten werden.
Ausgangsspannungen werden von den Potentiometern erhalten, die der Stellung des mit dem Potentiometer gekoppelten Arms gegenüber der Indexstellung, wie z. B. der Waagerechten, entsprechen. Wenn der Arm sich in der Waagerechten befindet, ist der Sinus des Winkels Full und das Sinusausgangssigna@ von dem Gleitschieber 22a ist gleich ITull Um für das genaue Verhältnis der Ausgangsspannungen von den Potentiometern 22 und 26, ausgedrückt in Volt pro Zentimeter, zu sorgen, stehen die durch die Potentiometer @2 und 26 geschickten Spannungen in dem selben Verhältnis wie die entsprechenden Längen der Arme 34 und 36 oder: E1ein = E2ein L1 L2 Nunmehr kann die Stellung der Welle 43 im Verhältnis zu der X- und Y-Achse durch Addition der Spannungen erllalten werden: Exaus = Ex1aus + Ex2aus und Eyaus = Ey1aus + Ey2aus, wobei E aus = und x Exaus = und wobei die Konstante K die Dimension Volt pro Längeneinheit hat.
Unter nochmaliger Bezugnahme auf die Fig.9 werden die Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22a und 26a Ey1aus und Ey2aus einerY-Addiervorrichtung 70 zugeführt, und die Summe wird dem senkrechten Ablenkungsverstärker 72 zugeführt, der die senkrechten Ablenkungsplatten der Catodenstrahlröhre 74 antreibt. In ähnlicher Weise werden die Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22b und 26b Ei aus und E Ex2 aus einer X-Addiervorrichtung 76 zugeführt, und die Summe wird dem waagerechten Ablenkungsverstäker 78 zugeführt, der die waagerechten Ablenkungsplatten der Katodenstrahlröhre 74 antreibt. Diese Spannungen begründen den Ursprung der Abtastung des Elektronenstrahls An der Fläche der Röhre urd in Verbindung mit der Verstellung der Einstellsteuerungen des Oszilloskops kann der Anzeigefleck je nach Wunsch an jeder Stelle auf der Fläche der Röhre oder von der Fläche der Röhre entfernt angeordnet werden. Der Fleck kann unsichtbar sein, da der Strahl dahingehend vorgespannt werden kann, daß er nur sichtbar ist, wenn ein Signal mit der richtigen Polarität der Z-Achsen-Elektrode 92 des Oszilloskops zugeführt wird Das Potentiometer 24, das mit der Bewegungdes Arms 40 gekoppelt ist und durch die Bewegung des den Ultraschallerzeuger 32 tragenden Arms 40 betätigt wird, erzeugt elektrische Signale die die Winkelstellung des Ars 40 gegenüber der Waagerechten anzeigena Somit bestimmt der von dem Arm 40 gebildete Winkel auch die Richtung des Ultraschallenergiestrahles von dem Ultraschallerzeuger 32. An dem Gleitschieber 24a wird ein Signal entwickelt, das der Sinusfunktion des Winkels α3 gegenüber der Waagerechten entspricht und einer Kippgenerator 80 zugeführt wird der bei Empfang eines Impulses am Auslöseeingang 81 ein Sägezahn-Ausgangssignal entwickelt, dessen Anstiegszeit durch das Signal von dem Gleitschieber 24a geregelt wird In ähnlicher Weise ard an dem Gleitschieber 24t ein Signal entwickelt, das der Kosinusfunktion des tfinkels 43 gegenüber der Waage rechten entspricht, und dieses Signal wird einem Kippgenerator 82 zugeführt, der auf ein mit dem Signal von dem Gleitschieber 24h zusammenhängendes Signal zu dem Auslösereingang 83 hin eine Ausgangsspannung entwickelt.Das Ausgangssignal von dem Generator 80 wird dem senkrechten Verstärker 72 zuge führt, t und das Ausgangssignal von dem Generator 82 wird dem waagerechten Verstärker 78 zugeführt. Die kombinierten Ausgangssignale von den Kippgeneratoren 80 und 8 bewirken, daß der Elektronenstrahl über die Fläche der Katodenstrahlenröhre 74 streicht und so ausgerichtet ist, daß die Bewegungsbahn des Elektronenstrahls von dem Winkel 4 des Arms 40 abhängig ist und gesteuert wird, Die Kippgeneratoren werden durch einen Impuls von einem Zeitgeber 84 ausgelöst, uin die Abtastbewegung des Ionenstrahls zu beginnen. Derselbe Impuls wird über eine Verzögerungsvor richtung 85 einem Impulsgeber 88 zugeführt, Der von der Verzögerungsvorrichtung &6 hervorgerufene Zeitunterschied reicht aus, um zu gestatten daß der Elektronenstrahl eie Strecke vorauseilt, die dem Abstand der strahlenden Oberfläche des Erzeugers 32 von der Welle 43 entspricht, bevor der Ultraschallerzeuger erregt wirde Diese Verzögerung ist nur not wendig, wenn der Ultraschallerzeuger aus der bekannten Stellung der Welle 43 verschoben ist0 Der Ultraschallerzeuger 32 wird durch den Impulsgeber 88 erregt und erzeugt eine Wellenfront von Ultraschallenergie, Die Ausgangsspannung des Impulsgebers 88 wird ferner über einen Verstärker 90 der Z-Achsen-Elektrode 92 der Katodenstrahlröhre zugeführt Es ist ersichtlich, daß der Maßstab oder die Bildgröße eine Funktion der Größe der Ablenkungsspannungen ist, die den Ablenkungsplatten der Katodenröhrenstrahle 74 zugeführt werden. Durch Verstellung der den Potentiometer 24 Zuge führten Spannungen mittels eines Regelwiderstandes 94 und dergleichen oder anderer geeigneter Mittel, kann der Maßstab des Bildes nach Wunsch eingestellt werden0 Der Maßstab. oder die Größe des Bildes kann ferner dadurch verändert werden, daß die Eingangsspannung an dem Potentiometer 24 konstant gehalten wird und der Verstärkungsgrad der Ablenkungsverstärker 72 und 78 verändert wird wie es für den Fachmann verständlich wird.
Beim Betrieb der Vorrichtung wird die erzeugende Fläche des Ultraschallerzeugers an der Oberfläche des zu untersuchenden Objekts angeordnet Jedesmal wenn ein Zeitgeberimpuls von dem Zeitgeber 84 die Kippgeneratoren erreicht, werden Kippsignale von geeigneter Wellenform erzeugt und den Ablenkungsmitteln der Katodenstrahlenröhre in Übereinstimmung mit den Signalen zugeführt die von @@@ Potentiometer 24 empfangen werden, das den Winkel α3 re@ den der Arm 40 mit der Waagerechten bildet. Somit beginn der Elektronenstrahl die Fläche der Röhre abzustreichen wenngleich er für das Auge unsichtbar ist0 Die Abstreichung beginnt an einer Stelle, die der Stellung der Welle 43 entspricht und bewegt sich in einer Richtung, die der Stellung; des Arms 40 entspricht, welche diejenige Richtung istS in die der Ultraschallstrahl von dem Ultraschallerzeuger 32 gerichtet wird. Nachdem der Elektronenstrahl eine Strecke zurückgelegt hat, die der Länge des Arms 40 entspricht ad der Impulsgeber 88 erregt der dem Ultraschallerzeuger 32 einen Impuls verleiht. Die Ausgangsspannung des Impulsgebers 88 wird ferner über den Verstärker 90 verstärkt und der Z-Achsen-Elektrode der Katodenstrahlenröhre zugeführt und erscheint an deren Fläche als ein Punkt oder Pleck sichtbaren Lichts. Der Ultraschallstrahl pflanzt sich innerhalb des Körpers Port und wenn der Strahl innerhalb des Körpers auf eine veränderte Dichte auftrifft, wird eine Reflektions-Welle oder ein Echo zu dem Ultraschallerzeuger 32 zurückreflektiert. Wenn eine derartige Reflektion empfangen wird, wird sie durch den Verstärker 90 verstärkt und der Achse der Katodenstrahlenröhre zugeführt und erscheint ebenfalls als ein Lichtfleck. Zwischen dem von dem Ultraschallerzeuger 32 erzeugten Ursprungssignal und dem reflektierten Signal hat sich der Elektronenstrahl weiter über die Fläche der Röhre bewegt, so daß die Lichtflecke in einem Abstand voneinander auftreten, der dem Abstand von der Oberfläche des Objekts und der im Inneren des Objekts befindlichen Anomalie in einer Richtung entspricht, die im wesentlichen mit der Achse des Ultraschallstrahls übereinstimmt. Die Folgefrequenz des Zeitgebers 84 Zrd so gewählt, daß der Empfang und die Speicherung der Echosignale von einem besonderen Objekt ermöglicht wird, bevor ein meues Signal erzeugt wird.
1 dem System gemäß der vorliegenden Erfindung ist @@@ möglich, eine sektorenweise Abtastung eines Objekts von @ jeden Punkt und in jeder Ebene durchzuführen. In den Figuren 10 a und 10b zeigt die Fig.10a, in welcher Weise das Abtasten gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wurde.
Zunächst einmal sind der Erzeuger 96 und das zu untersuchende Objekt 98 für gewöhnlich durch Wasser getrennt, und der Erzeuger wird geradlinig eine und herbewegt. Ein Fehler 99 innerhalb des Körpers 98 wird für gewöhnlich auf einer Katodenstrahlenröhre oder einer Speicherröhre angezeigt, und das Bild litt für gewöhnlich unter einem geringen Auflösungsvermögen. Im Gegensatz hierzu befindet sich bei dem beschrielmen Gerät (Fig. 1Ob) der Ultraschallerzeuger 32 in unmittelbarer Nähe des zu untersuchenden Objekts und wird im wesentlichen um einen Punkt auf der Oberfläche des Objekts geschwenkt, Aus Gründen, die noch nicht ganz klar erkannt sind, ist die Auflösung eines Bildes eines Fehlers in dem Körper gegenüber den Bildern bedeutend verbessert, die bei Befolgung der Lehren gemäß dem Stand der Technik erhalten werden. Dies liegt wohl daran, daß bei der erfindungsgemäßen Art und Weise des Abtastens ein größeres Auftreffen von Wellen auf der fehlerhaften Stelle erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Gerät gestattet die Ultraschalluntersuchung in Zonen, in denen Röntgenstrahlen entveder zu keinen schlüssigen Ergebnissen führen oder unratsam sind, wie z. B. bei der Untersuchung des Schädels und der Augen.
Durch die Auswertung der dargestellten Angaben kann der untersuchende Arzt zwischen normales und anomalen Geweben unterscheiden , Es wurde festgestellt, daß diese Ultraschalltechniken für die Feststellung von Krebs und anderen Geschwulsten in Gehirn, Brust und Herz anwendbar sind, Für die Untersuchung von Organen wie Leber, Niere, Milz, Bauchspeicheldrüse, Brustdrüse und für die Untersuchung von Gebilden mit Flüssigkeitsfüllung wie Blase, Magen und die Gebärmutter schwangerer Frauen gibt die Ultraschall technik bildlich dargestellte anatomische und pathologische Informationen, die mit Hilfe von Röntgenstrahlen nicht -ehalten werden können.
Wenngleich die vorliegende Erfindung gewissermaßen im Hinblick auf ein besonderes Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Offenbarung nur zum Zwecke der beispielhaften Veranschaulichung gegeben worden ist, und daß zahlreiche Anderungen in den Einzelheiten der Ausbildung und in der Kombination und Anordnung der Einzelteile vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Geist und Rahmen der nachstehend beanspruchten Erfindung verlassen würde.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Ultraschalluntersuchung, dadurch gekennzeichnet, dass man einen konzentrierten Strahl von Ultraschallenergie in den Körper lenkt, den Strahl winklig ablenkt, um eine Sektorabtastung eines Teils des Körpers hervorzurufen, während der Strahl im wesentlichen durch einen einzigen Punkt an der Oberfläche des Körpers gelenkt wird, dass man den Strahl nacheinander durch mehrere Punkte an der Oberfläche des Körpers lenkt und dabei jeweils einen Sektor abtastet, dass von ultraschallreflektierenden Teilen des körpers innerhalb des abgetasteten Teils Echos empfangen werden, dass die empfangenen Echos in ihren jeweiligen relativen Lagen entsprechend der Stelle in dem abgetasteten Teil, von dem die Echos empfangen werden ausgewertet werden und die aufeinanderfolgenden Bilder gemBss den empfangenen Echos aus aufeinanderfolgenden verschiedenen Sektorabtastungen koordiniert werden, um eine Wiedergabe mit hoher AuflUsung des abgetasteten Teils des untersuchten r:örpers zu erzeugen, die hinsichtlich des Körpers ausgerichtet ist.
2. Gerät für die Ultraschalluntersuchung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 mit einem Ultraschallerzeuger, der geeignet ist, einen konzentrierten Strahl von Ultraschallsignalen durch ein Untersuchungsobjekt zu lenken und reflektierte Ultraschallsignale zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine Vorrichtung für die Halterung des Ultraschallerzeugers (32) enthält, die aus einem Sockel (14, 10, 18), mehreren Armen (34, 369 40), die hintereinander schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei das eine Ende des ersten der hintereinander angeordneten Arme an dem Sokcel befestigt ist und der Ultraschallerzeuger an dem Ende des letzten der hintereinander angeordneten Arme befestigt ist, Mitteln zur Erzeugung von Stellungssignalen (22,' 24, 26), die betrieblich mit den Armen verbunden sind und Signale erzeugen können, die den S Stellungen der Arme entsprechen, und I5itteln für die Übertragung dieser erzeugten Signale und reflektierter Signale zu einer Anzeigevorrichtung besteht, um eine Anzeige hervorzurufen, bei der die Ursache jedes reflektierten Signals in einer S-tellung angezeigt wird, die ihrcr Stellung in dem untersuchten Objekt entspricht.
3. Ultraschallgerät gemäss anspruch 2, dadurch wenn zeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung von Stellungssignalen. aus Potentiometern (22, 24, 26) bestehen, die jeweils mit den Armen gekoppelt sind und denen je eine Eingangsspannung zugeführt wird, die der effektiven Länge des Armes entspricht, an dem das Potentiometer angeschlossen ist, Wobei jedes Potentiometer dazu dient, eine Ausgangsspannung zu entwickeln, die einer trigonometrischen Funktion der' Winkels tellung des Armes entspricht.
4. Ultraschallgerät nach Anspruch 2, dadurch gekemlzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung aus s einer Elektronenentladungsvorrichtung (74) mit einem Leuchtschirm und Mitteln für die lenkung eines Elektronenstrahls auf den Leuchtschirm, ersten Ablenkmitteln (72) für die Ablenkung des Elektronenstrahls entlang einer ersten Achse, zweiten Ablenkmitteln (78) für die Ablenkung des Elektronenstrahls entlang einer zweiten Achse quer zu der ersten Achse, und Mitteln (70, 76) besteht, die die Ausgangsseite der Mittel zur Erzeugung der Stellungssignale mit den ersten und zweiten Ablenkmitteln verbindet, um octen Elektronenstrahl je nach dem ausgangssignal von den Mitteln zur Erzeugung von Stellungssignalen und entsprechend der Stellung des Ultraschallerzeugers auf dem teuchtschirm abzulenken.
5. Ultraschallgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung aus einer Elektronenentladungsvorrichtung (74) mit einem Leuchtschirm und Mitteln für die Lenkung eines Elektronenstrahls auf den Leuchtschirm, ersten Ablenkmitteln (72) für die Ablenkung des Elektronenstrahls entlang einer ersten Achse, zweiten Ablenkmitteln (78) für die Ablenkung des 12lekronenstrahls entlang einer zweiten Achse quer zu der ersten Achse, und Mitteln (70, 76) besteht, die die Ausgangsseite der Mittel zur Erzeugung der Stellungssignale niit den ersten und zweiten Ablenkmitteln verbindet, um den Elektronenstrahl je nach dem Ausgangssignal von den Mitteln zur Erzeugung von Stellungssignalen und entsprechend der Stellung des Ultraschallerzeugers auf dem Leuchtschir abzulenken.
6. Ultraschallgerätnach Anspruch 3, dadurch gelen-nzeichnet, dass es eine Reihe von mindestens drei Armen aufweist, von denen der erste Arm (34) schwenkbar an dem Sockel angeordnet ist, der zweite Arm (36) schwenkbar an dem freien Ende des ersten Armes (34) und der dritte Arm (40) mit einem Ende schwenkbar an dem freien Ende des zweiten Armes (36) angeordnet ist, dass der dritte Arm an seinem freien Ende den Ultraschallerzeuger (32) trägt, dass die Mittel zur Erzeugung von Stellungssignalen aus einer Reihe von Potentiometern (22, 24, 26) bestehen, die jeweils mit einer Welle in betrieblicher Verbindung mit einem-der Arme stehen, dass durch die mit dem ersten bzw. dem zweiten Arm verbundenen Potentiometer (22 bzvj. 26) eine Spannung-gelegt wird, die proportional der länge des jeweiligen Armes ist, , dasa die Potentiometer (22, 26) dazu dienen, Ausgangsspannungen zu entwickeln, die den trigonometrischen Funktionen der Winkelstellungen der Arne entsprechen und den Längen der Arme proportional sind, dass das Po-ten-tiometer (24) das mit dem den Ultraschallerzeuger (32) tragenden dritten Arm (40) verbunden ist, mit einer Eingangsspannung gespeist wird und dazu dient, eine Ausgangsspannung zu entwickeln-, die der trigonometrischen Funktion der Winkelstellung des dritten Armes entspricht.
70 Ultraschallgerät nach Anspruch 6t dadurch gekennzeichnet, dass die e Anzeigevorrichtung aus einer Elektronenentladungsvorrichtung (74) mit einem Leuchtschirm und Mitteln für die Lenkung eines Elektronenstrahls auf den Leuchtschirm, ersten Ablenkmitteln(72) für die-Ablenkung des Elektronenstrahls entlang einer ersten Achse, zweiten Ablenkmitteln (76) für die Ablenkung des Elektronenstrahls entlang einer zweiten Achse quer zu der ersten Achse, und Kippmitteln (80, 82) besteht, die mit ihrer Ausgangsseite mit den Ablenkmitteln verbunden sind, um den Elektronenstrahl über den Leuchtschirm streichen zu lassen, dass ferner Mittel vorgesehen sind, die die Ausgangsseite der mit dom ersten und dem zweiten Arm verbundenen Potentiometer (22, bzw. 26) mit den Ablenkmitteln verbinden und die Ausgangsseite des mit dem dritten Arm verbundenen Potentiomoters (24) mit den Kippmitteln (80, 82) verbinden, wodurch der Elektronenstrahl von einem Punkt, der der Stellung des Endes des zweiten Armes entspricht, über den Leuchtschirm in einer der Winkelstellung des dritten Arms entsprechenden Richtung und in Richtung des Strahles der Ultraschallsignale abgelenkt werden kann.
8. Ultraschallgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es kittel (84) für die Erzeugung sich wiederholender Signale zur Auslösung der Kippgeneratoren und eine Signalverzögerungsvorrichtung (86) umfasst, die dazu dient, die sich wiederholenden Signale zu empfangen und den Ultraschallerzeuger nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer nach der Auslösung der Kippgeneratoren zu erregen, wobei die Zeitdauer der Lange des dritten Armes entspricht, an dem der Ultraschall erzeuger angeordnet ist.
9. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 3, 5, 6, 7 und 8 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Potentiometer mit dem jeweiligen Arm über eine Riemen und Riernscheibenanordnung verbunden ist.