DE19853389A1

DE19853389A1 - Bildgebung mit großer Apertur unter Verwendung eines Wandler-Arrays mit adaptiver Steuerung der Elementabstände

Info

Publication number: DE19853389A1
Application number: DE19853389A
Authority: DE
Inventors: Mir Said Seyed-Bolorforosh; Anne Lindsey Hall; Satschidananda Panda
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-11-24
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 1999-06-02
Also published as: IL126936A0; US5902241A; JPH11221215A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Ultraschall- Bildgebung, und zwar in erster Linie auf klinische Ultraschall- Abbildungen sowie gleichermaßen auf industrielle Ultraschall- Abbildungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Technik zum Verbessern der Empfindlichkeit, der räumlichen (lateralen) Auflösung sowie der Kontrastauflösung eines Ultra schall-Bildgebungssystems.

Übliche Ultraschall-Bildgebungssysteme enthalten ein Array bzw. ein Feld von Ultraschallwandlern, die benutzt werden, um einen Ultraschallstrahl bzw. ein Ultraschallbündel auszusenden und sodann den von dem untersuchten Objekt reflektierten Strahl zu empfangen. Für eine Ultraschall-Bildgebung weist ein eindimen sionales Array typischerweise viele Wandlerelemente auf, die in einer Reihe bzw. Linie angeordnet sind und mit separaten Span nungen betrieben werden. Durch Auswählen der Zeitverzögerung (oder Phase) sowie der Amplitude der angelegten Spannungen können die einzelnen Wandlerelemente derart gesteuert werden, daß sie Ultraschallwellen erzeugen, welche sich zur Bildung einer resultierenden Ultraschallwelle zusammenfügen, die ent lang einer bevorzugten Vektorrichtung wandert und an einem ausgewählten Punkt im Strahlverlauf fokussiert wird. Es können mehrere Aktivierungen (firings) benutzt werden, um die Daten zu gewinnen, welche dieselbe anatomische Information darstellen. Die Bündelformungsparameter für jede der Aktivierungen können variiert werden, um eine Änderung hinsichtlich des maximalen Fokus' vorzusehen oder um in anderer Weise den Inhalt der empfangenen Daten für jede Aktivierung zu verändern, z. B. indem man aufeinanderfolgende Bündel entlang derselben Abtastlinie aussendet, wobei der Brennpunkt von jedem Strahl relativ zum Brennpunkt des vorherigen Strahles verschoben wird. Durch Ver ändern der Zeitverzögerung sowie der Amplitude der angelegten Spannungen kann der Strahl mit seinem Brennpunkt in einer Ebene bewegt werden, um das Objekt abzutasten bzw. zu scannen.

Dieselben Grundsätze gelten, wenn der Wandler verwendet wird, um den reflektierten Schall zu empfangen (Empfangsmodus). Die an den empfangenden Wandlern erzeugten Spannungen werden derart aufsummiert, daß das resultierende Signal kennzeichnend ist für den von einem einzelnen Brennpunkt in dem Objekt reflektierten Ultraschall. Wie bei dem Sendemodus wird dieser fokussierte Empfang von Ultraschallenergie erreicht, indem man dem Signal von jedem Empfängerwandler eine separate Zeitverzögerung (und/oder Phasenverschiebung) sowie Verstärkung zuteilt.

Fig. 1A zeigt ein Ultraschall-Bildgebungssystem, das aus vier hauptsächlichen Unter- bzw. Subsystemen besteht: einem Bündel former 2, Prozessoren 4 (unter Einschluß eines separaten Pro zessors für jeden verschiedenen Modus), einer Abtastumsetzung/ Displaysteuerung 6 sowie einem Kernel bzw. Kern 8. Die System steuerung liegt zentral in dem Kern, der über eine Bediener schnittstelle 10 Bedienereingaben aufnimmt und seinerseits die verschiedenen Systeme steuert. Die Hauptsteuerung 12 führt Steuerfunktionen auf der Systemebene aus. Sie nimmt Eingaben vom Bediener über die Bedienerschnittstelle 10 sowie System zustandsänderungen (z. B. Moduswechsel) auf und nimmt entspre chende Systemänderungen entweder direkt vor oder über die Abtaststeuerung. Der Systemsteuerbus 14 bildet die Schnittstel le von der Hauptsteuerung zu den Untersystemen. Der Abtast steuerungssequenzer bzw. die Folgesteuerung 16 für das Abtasten liefert Echtzeit- (akustische Geschwindigkeitsvektor-) Steuer eingänge an den Bündelformer 2, den System-Zeitsteuergenerator 24, die Prozessoren 4 und den Abtastkonverter 6. Der Abtast steuerungssequenzer 16 wird von dem Host- bzw. Hauptrechner mit den Vektorfolgen sowie den Synchronisationsoptionen für die Gewinnung von akustischen Bildern programmiert. Der Abtast steuerungssequenzer sendet die von dem Hauptrechner definierten Vektorparameter über den Abtaststeuerbus 18 an die Untersyste me.

Der Hauptdatenpfad beginnt mit den analogen HF Eingängen von dem Wandler 20 an den Bündelformer 2. Der Bündelformer 2 gibt Daten an einen Prozessor 4 aus, wo sie entsprechend dem Erfas sungsmodus verarbeitet werden. Die prozessierten Daten werden als prozessiere Vektor(bündel)daten an die Abtastumsetzer/ Displaysteuerung 6 ausgegeben. Der Abtastumsetzer nimmt die prozessierten Vektordaten auf und gibt die Videodisplaysignale für das Bild an einen Farbmonitor 22 aus.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1B enthält ein konventionelles Ultraschall-Bildgebungssystem ein Wandlerarray 24, das mehrere separat betriebene Wandlerelemente 26 aufweist, von denen jedes einen Ausstoß (burst) von Ultraschallenergie erzeugt, wenn es über einen Impulsverlauf, der von einem (nicht gezeigten) Sender erzeugt wird, mit Energie beaufschlagt wird. Die von dem untersuchten Objekt zurück zum Wandlerarray 24 reflektierte Ultraschallenergie wird von jedem empfangenden Wandlerelement 26 in ein elektrisches Signal umgesetzt und separat an den Bündelformer 2 angelegt.

Die bei jedem Ultraschall-Energiestoß erzeugten Echosignale reflektieren an den Objekten, die sich in aufeinanderfolgenden Entfernungen entlang dem Ultraschallbündel befinden. Die Echo signale werden separat von jedem Wandlerelement 26 abgefühlt, und die Größe des Echosignals zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentiert den Betrag der bei einem bestimmten Abstand auftretenden Reflexion. Aufgrund der Unterschiede in den Aus breitungswegen zwischen einem Ultraschall (rück) streuenden Abtast- bzw. Sampelvolumen P und jedem Wandlerelement 26 werden diese Echosignale jedoch nicht gleichzeitig erfaßt bzw. detek tiert und ihre Amplituden werden nicht gleich sein. Der Bündel former 2 verstärkt die separaten Echosignale, teilt jedem die richtige Zeitverzögerung zu und summiert sie auf zur Bildung eines einzigen Echosignals, das ein genaues Maß für die insge samte Ultraschallenergie ist, die von dem Sampelvolumen reflek tiert wird. Jeder Bündelformerkanal 28 empfängt das analoge Echosignal von einem entsprechenden Wandlerelement 26.

Um gleichzeitig die elektrischen Signale aufzusummieren, die von den auf jedes Wandlerelement 26 auftreffenden Echos erzeugt werden, werden mittels einer Bündelformersteuerung 30 in jeden separaten Bündelformerkanal 28 Zeitverzögerungen eingebracht. Die Bündelzeitverzögerungen für den Empfang sind dieselben Verzögerungen wie die Sendeverzögerungen. Die Zeitverzögerung von jedem Bündelformerkanal ändert sich jedoch kontinuierlich während des Echoempfangs, um eine dynamische Fokussierung des bei der Entfernung, von der das Echosignal ausgeht, empfangenen Bündels vorzusehen. Die Bündelformerkanäle besitzen ebenfalls (nicht gezeigte) Schaltkreise zum Apodisieren und Filtern der empfangenen Impulse.

Die in den Summierer 32 eintretenden Signale werden so verzö gert, daß, wenn sie mit den verzögerten Signalen von jedem der weiteren Bündelformerkanäle 28 addiert werden, die summierten Signale die Größe und Phase des Echosignals angeben, das von einem Sampelvolumen im Verlauf des gelenkten Strahls bzw. Bündels reflektiert wurde. Ein Signalprozessor oder Detektor 34 setzt die empfangenen Signale in Anzeige- bzw. Displaydaten um. Im B-Modus (Grau-Skala) würde dies mit einigem zusätzlichen Verarbeitungsaufwand, z. B. einer Kantenverbesserung und einer logarithmischen Kompression, die Signaleinhüllende sein. Der Abtastumsetzer 6 empfängt die Anzeigedaten vom Detektor 34 und konvertiert die Daten zu dem gewünschten Bild für die Anzeige. Insbesondere konvertiert der Abtastumsetzer 6 die akustischen Bilddaten vom Polarkoordinaten- (R-θ) Sektorformat oder vom Cartesischen linearen Koordinatenfeld zu geeignet skalierten Display-Pixeldaten in Cartesischen Koordinaten bei der Video frequenz. Diese Abtast-konvertierten akustischen Daten werden sodann zur Anzeige auf einem Anzeigemonitor 22 ausgegeben, der die sich mit der Zeit verändernde Amplitude der Signaleinhül lenden als Grauskala abbildet.

Ein phasengesteuertes Ultraschall-Wandlerarray besteht aus einem Array bzw. Feld von kleinen piezoelektrischen Elementen mit einer unabhängigen elektrischen Verbindung zu jedem Ele ment. Bei den meisten konventionellen Wandlern sind die Elemen te in einer einzelnen Reihe angeordnet, und zwar beabstandet in einem feinen regelmäßigen Abstand (pitch) (Mittenabstand von einer halben bis zu einer akustische Wellenlänge). In der hier benutzten Form bezieht sich der Ausdruck "1D" Array auf ein einzeiliges Wandlerarray mit einer festen Erhebungs- bzw. Höhenapertur und einem Fokus bei einer festen Entfernung; der Ausdruck "1.5D" Array bezieht sich auf ein Array mit mehreren Reihen, das eine Höhenapertur (elevation aperture), eine Schat tierung (shading) sowie eine Fokussierung besitzt, die dyna misch veränderlich, jedoch symmetrisch zur Mittellinie des Arrays sind; und der Ausdruck "2D" Array bezieht sich auf ein Wandlerarray mit mehreren Reihen, das eine Höhengeometrie sowie eine Leistungsfähigkeit besitzt, die vergleichbar sind mit dem Azimut, und zwar mit voller elektronischer Apodisierung, Fokus sierung und Steuerung bzw. Lenkung (steering). Eine mit den Elementen verbundene elektronische Schaltung benutzt Zeitverzö gerungen und eventuell Phasendrehungen zur Steuerung der Sende- und Empfangssignale sowie zur Formung von Ultraschallbündeln, die über die gesamte Abbildungsebene (aus)gelenkt und fokus siert werden. Bei einigen Ultraschallsystemen und -sonden übersteigt die Anzahl von Wandlerelementen in der Sonde die Anzahl von Kanälen der Bündelformerelektronik in dem System. In diesen Fällen wird ein elektronischer Multiplexer verwendet, um dynamisch die verfügbaren Kanäle mit verschiedenen (in typi schen Fällen angrenzenden) Untereinheiten von Wandlerelementen während verschiedener Abschnitte bei dem Bilderstellungsprozeß zu verbinden.

Ein typisches lineares oder konvexes 1D Wandlerarray mit Multi plexer ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Der Bündelformer 2 besitzt 128 Bündelformerkanäle, jedoch weist das Wandlerarray 24 erheblich mehr Elemente auf (typischerweise 192 bis 256). Der Multiplexer 36 erlaubt eine gleichzeitige Verbindung eines jeden Satzes bzw. einer Menge von bis zu 128 benachbarten Wandlerelementen 26 über koaxiale Kabelbündel 38 mit den Bün delformerkanälen 28. Durch Schließen der mit den Elementen 0 bis 127 verbundenen Schalter wird der Bündelformer 2 mit dem linken Ende des Wandlerarrays verbunden, und fokussierte Bündel von Ultraschall können gesendet und empfangen werden, um Daten für die entsprechende Bildkante zu gewinnen. In dem Maße, wie der Ursprungspunkt von aufeinanderfolgenden Ultraschallbündeln nach rechts über das Wandlerarray 24 fortschreitet, wird es vorteilhaft, die aktive Apertur so zu verschieben, daß der Ursprung des Ultraschallbündels darin zentriert wird. Um die Apertur von dem äußersten linken Ende des Arrays um ein Element nach rechts zu verschieben, wird der mit dem Element 0 verbun dene Multiplexerschalter geöffnet, und der mit dem Element 128 verbundene Schalter wird geschlossen. Dies verschiebt den Bündelformerkanal 0 vom linken Ende zum rechten Ende der akti ven Apertur, während es alle anderen Kanäle und Elemente in der vorherigen Verbindung beläßt. Die Zeitverzögerungen sowie anderen bündelformenden Parameter werden über die Software so verändert, daß sie dem neuen Zustand des Multiplexers entspre chen, und man gewinnt einen oder mehrere zusätzliche Bildvekto ren. Sodann wird die Apertur weiter nach rechts bewegt, indem man den mit dem Element 1 verbundenen Schalter öffnet und den mit dem Element 129 verbundenen Schalter schließt, was den Multiplexer 36 in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand hinterläßt. Auf diese Weise kann die aktive Apertur sequentiell von einem Ende des Wandlerarrays 24 zu dem anderen Ende fortgeschaltet werden. Alternativ kann dieselbe Multiplexer-Hardware benutzt werden, um die aktive Apertur schneller über das Array zu scannen, indem man mehrere Wandlerelemente pro Schritt schal tet. In einigen Abbildungsmoden können aufeinanderfolgende Aperturen nicht-sequentiell ausgewählt werden, und zwar indem man zwischen den linken und rechten Enden des Wandlerarrays hin und her springt.

Die räumliche Auflösung eines konventionellen Ultraschall- Bildgebungssystems längs der seitlichen bzw. lateralen Achse wird bestimmt durch die F-Zahl der Abbildung sowie durch die Betriebswellenlänge. Eine kleine, für eine hoch-auflösende Abbildung benutzte F-Zahl erfordert eine große Apertur. Die maximale Aperturgröße ist begrenzt auf das Produkt aus dem Elementabstand (pitch) und der Anzahl der in dem Bündelformer verfügbaren Kanäle. Es besteht ein Bedarf für eine Technik, die diese Beschränkung hinsichtlich der maximalen Aperturgröße überwindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe gibt die vorliegende Erfindung ein adaptives Wandlerarray an, bei dem der Elementabstand in Abhän gigkeit von dem Betriebsmodus über das Bildgebungssystem ge steuert wird. Dies ergibt im Vergleich zu konventionellen Systemen mit konstantem Abstand eine höhere Empfindlichkeit in Verbindung mit einer besseren räumlichen (lateralen) sowie Kontrastauflösung. Die Erfindung läßt sich auf alle Abbildungs moden (B-, M-, Farb-, PDI- sowie Doppler-Mode) anwenden.

Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird die Aperturgröße erhöht, indem man den Abstand (pitch) einer Reihe von Wandlerelementen vergrößert. Für den Fall eines Wandlerar rays mit mehreren Reihen kann der Abstand in mehr als einer Reihe vergrößert werden. Eine Vielzahl von Wandlerelementen wird über eine Multiplexeranordnung mit mehreren Zuständen mit einer Vielzahl von Bündelformerkanälen verbunden. In einem Multiplexerzustand werden aufeinanderfolgende Wandlerelemente jeweils mit aufeinanderfolgenden Bündelformerkanälen verbunden, um eine Apertur mit einem Elementabstand zu erzeugen, der gleich dem Abstand ist, der die Mittellinien von zwei benach barten Wandlerelementen voneinander trennt (nachfolgend als "kleiner Abstand" bezeichnet). In einem anderen Multiplexerzu stand werden ausgewählte Wandlerelemente jeweils mit aufeinan derfolgenden Bündelformerkanälen verbunden, um eine Apertur mit einem vergrößerten Elementabstand zu erzeugen, der gleich ist mit dem kleinen Abstand (vgl. oben) multipliziert mit einem Faktor von zwei oder größer.

Es werden drei Techniken zur Vergrößerung der Apertur angege ben. Es werden die Anwendungen dieser Erfindung auf Arrays vom Typ 1.25D, 1.5D und 2D erörtert. Das bevorzugte Verfahren besteht darin, die benachbarten Elemente in einem Array mitein ander zu verbinden, um eine größere aktive Apertur durch eine Vergrößerung des (Raster)Abstandes zu bilden. Alternativ könnte jedes zweite Element in einem Array mit einem entsprechenden Bündelformerkanal verbunden werden, um ein verdünntes (sparse) Array mit einer größeren Apertur zu bilden. Bei dem letzten Verfahren handelt es sich um eine Kombination dieser beiden Techniken, bei der die aktive Apertur aufgeteilt wird in eine Anzahl von Segmenten, wobei jedes Segment eine Gebiet mit kleinem Abstand umfaßt, und wobei ein Gebiet mit größerem Abstand erhalten wird durch Kurzschließen benachbarter Elemente miteinander oder durch eine verdünnte Abstandsanordnung von Elementen. Eine gemischte bzw. hybride Apertur läßt sich eben falls bilden, bei der unterschiedliche Abstände für verschiede ne Elemente in einem Array verwendet werden. Der Elementabstand kann proportional sein zu der Ableitung des Bündelformer- Verzögerungsprofils über die vorgegebene Apertur. Die Vertei lung der drei Typen von Segmenten hängt ab von den Randbedin gungen beim jeweiligen Aperturdesign.

Das Verfahren zur selektiven Vergrößerung des Elementabstandes des Wandlerarrays gemäß der Erfindung verbessert das Bündelpro fil bei größeren Tiefen, indem es eine größere Apertur schafft. Es vergrößert weiterhin die Empfindlichkeit des Arrays in beiden Richtungen im Fernfeld.

Da sich ferner die Sende- und Empfangsmittenfrequenz in typi schen Fällen als Funktion der Abbildungstiefe ändert, erfordert das ein Verfahren zur adaptiven Änderung des Wandlerabstandes. Dies stellt sicher, daß der Wandlerabstand bei einer konstanten Anzahl von Wellenlängen bleibt, und zwar bei allen Abbildungs frequenzen für den gegebenen Wandler. Unter Verwendung dieser Technik wird ein Feinraster für eine Abbildung bei höheren Frequenzen benutzt. Wenn man bei niedrigeren Frequenzen arbei tet, kann ein größerer Rasterabstand benutzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispie len unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1A ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Bildgebungs systems, in das sich die vorliegende Erfindung einfügt;

Fig. 1B ein Blockschaltbild eines typischen Bündelformers mit 128 Kanälen in einem konventionellen Ultraschall-Bildgebungs system;

Fig. 2 eine Darstellung einer konventionellen Anordnung, in der ein Multiplexer zwischen einem Satz von Bündelformerkanälen und einem 1D Wandlerarray mit einer Anzahl von Elementen einge schaltet ist, die größer als die Anzahl von Bündelformerkanälen ist;

Fig. 3A-3D Darstellungen von verschiedenen Aperturfunktionen für ein Wandlerarray gemäß der vorliegenden Erfindung: Fig. 3A zeigt dabei ein konventionelles Array; Fig. 3B zeigt ein Array, in dem benachbarte Elemente miteinander verbunden sind; Fig. 3C zeigt ein ausgedünntes (sparse) Array; und Fig. 3D zeigt ein hybrides Array. Die Lücken zwischen benachbarten Elementen sind zum Zwecke der Veranschaulichung in ihrer Größe übertrieben dargestellt;

Fig. 4 eine Darstellung einer Anordnung für das Multiplexing gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung;

Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen des Strahlungsmusters sowie des Drucks als Funktion der Tiefe (mm) (Einweg-Antwort) für die beiden Wandlerarrays mit den in den Fig. 3A bzw. 3B gezeigten Aperturfunktionen mit kleinem Abstand (in unterbro chenen Linien) sowie mit großem Abstand (in durchgezogenen Linien);

Fig. 7 und 8 entsprechende graphische Darstellungen des Strahlungsmusters sowie des Drucks als Funktion der Tiefe (mm) (Einweg-Antwort) für drei Wandlerarrays mit einer kleinen Apertur von 128 Elementen (in durchgezogenen Linien), mit 96 kurzgeschlossenen Elementen (in unterbrochenen Linien) und mit 96 Elementen in einem ausgedünnten Array (in gepunkteten Lini en), wie das jeweils in den Fig. 3A-3C gezeigt ist;

Fig. 9A und 9B graphische Darstellungen für das Wandlerarray von Fig. 3B von der Aperturfunktion (Amplitude über der räum lichen Position) sowie von dem Strahlungsmuster im Fernfeld (Amplitude über dem Winkel × 10);

Fig. 10A und 10B graphische Darstellungen von der Apertur funktion (Amplitude über der räumlichen Position) sowie von dem Strahlungsmuster im Fernfeld (Amplitude über dem Winkel × 10) für das ausgedünnte Array von Fig. 3C;

Fig. 11A und 11B graphische Darstellungen von der Apertur funktion (Amplitude über der räumlichen Position) sowie von dem Strahlungsmuster im Fernfeld (Amplitude über dem Winkel × 10) für das hybride Array von Fig. 3D; und

Fig. 12 eine graphische Darstellung, die ein vergrößertes Bild der in den Fig. 9B, 10B und 11B gezeigten Strahlungsmuster im Fernfeld zeigt.

Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von Wandlerelementen über eine Multiplexeranordnung mit mehreren Zuständen mit einer Vielzahl von Bündelformerkanä len verbunden. In einem Multiplexerzustand werden aufeinander folgende Wandlerelemente jeweils mit aufeinanderfolgenden Bündelformerkanälen verbunden, um eine Apertur mit einem klei nen Elementabstand (Pitch) zu erzeugen, der gleich dem Abstand ist, der die Mittellinien von zwei benachbarten Wandlerelemen ten voneinander trennt. Dieser Multiplexerzustand ist schema tisch in Fig. 3A gezeigt, die ein konventionelles Array von gleichmäßig im Abstand angeordneten Elementen mit einem Elemen tabstand P zeigt. In anderen Multiplexerzuständen werden ausge wählte Wandlerelemente jeweils mit aufeinanderfolgenden Bündel formerkanälen verbunden, um eine Apertur zu erzeugen, die einen vergrößerten Elementabstand von (n × P) aufweist, wobei n eine positive ganze Zahl größer 1 ist. Die Fig. 3B und 3C zeigen andere Multiplexerzustände für n = 2.

Gemäß der in Fig. 3B gezeigten bevorzugten Ausführung arbeitet in einem Multiplexerzustand das Array in konventioneller Weise mit einem Abstand P, und in einem anderen Multiplexerzustand ist der Abstand auf 2P vergrößert, indem man selektiv benach barte Wandlerelemente 26 in dem Array miteinander verbindet, und zwar mit dem Effekt, daß man breitere Wandlerelemente bildet. Beispielsweise kann jedes aufeinanderfolgende Paar von benachbarten Wandlerelementen in einer Reihe miteinander kurz geschlossen und mit einem entsprechenden Bündelformerkanal zur Aktivierung verbunden werden. Diese Verbindungen sind durch die Linien 40 angezeigt. Diese Technik der Vergrößerung des Raster abstandes kann extrapoliert werden, indem man Gruppen von drei oder mehr aneinander angrenzenden Wandlerelementen in einer Reihe miteinander verbindet.

Gemäß der in Fig. 30 gezeigten bevorzugten Ausführung arbeitet in einem Multiplexerzustand das Array in einer konventionellen Weise mit dem Rasterabstand (Pitch) P und in einem anderen Multiplexerzustand wird der Abstand auf 2P vergrößert, indem man selektiv lediglich eine Untergruppe von Wandlerelementen in dem Array mit den Bündelformerkanälen für die Aktivierung verbindet. Anstatt beispielsweise jedes Wandlerelement mit einem entsprechenden Bündelformerkanal zu verbinden, wird lediglich jedes zweite Wandlerelement in dem Array mit einem entsprechenden Kanal verbunden, um eine größere aktive Apertur zu bilden. Dieses quasi ausgedünnte (sparse) Array ist in Fig. 3C dargestellt. Nicht aktivierte Elemente sind durch gestri chelte Rechtecke angegeben; aktivierte Elemente sind durch Rechtecke mit ausgezogenen Linien angegeben. Diese Technik der Vergrößerung des Abstandes läßt sich extrapolieren, indem man jedes dritte oder weitere Wandlerelement in einer Reihe akti viert.

Entsprechend noch weiteren bevorzugten Ausführungen der Erfin dung wird der Rasterabstand vergrößert, indem man eine Kombina tion der oben beschriebenen Techniken verwendet. Die aktive Apertur wird dabei in mehrere Segmente aufgeteilt. Gemäß der in Fig. 3D gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist die Anord nung für das Multiplexing so ausgeführt, daß ein erster Satz bzw. eine erste Menge von Segmenten jeweils Wandlerelemente enthält, die aktiviert werden können gemäß entweder dem Multi plexerzustand mit kleinem Abstand oder einem Multiplexerzustand mit größerem Abstand, welcher Zustand benachbarte Elemente miteinander kurzschließt; ferner enthält diese Kombination eine zweite Menge von Segmenten im Array, von denen ein jedes Wand lerelemente enthält, die aktiviert werden können gemäß entweder dem Multiplexerzustand mit kleinem Abstand oder dem Multi plexerzustand mit größerem Abstand, was eine quasi verdünnte Abstandsanordnung von aktivierten Elementen ergibt. Gemäß einer weiteren Abänderung kann in das Array ein dritter Satz von Arraysegmenten eingefügt werden, wobei jedes Arraysegment in dem dritten Satz aus Wandlerelementen mit lediglich dem kleinen Abstand besteht. Fig. 3D zeigt ein Array mit einem Multiple xerstatus derart, daß die Elemente in der durch das Segment I gebildeten Nahfeld-Apertur den Abstand P besitzen; die Elemente in der Mittelfeld-Apertur, die von den Segmenten IIA und IIB zu beiden Seiten des Segmentes I gebildet wird, sind paarweise kurzgeschlossen, um einen Rasterabstand 2P vorzusehen; und die Elemente in der Fernfeld-Apertur, die von den Segmenten IIIA und IIIB gebildet wird, bilden ausgedünnte Arrays mit dem Rasterabstand 2P. Die Verteilung der oben beschriebenen Elemen te in einem Ultraschall-Wandlerarray wird abhängen von Ein schränkungen hinsichtlich des Designs der Apertur, zum Beispiel von dem Verzögerungsprofil des Bündelformers.

Fig. 4 zeigt einen Multiplexer 36', der es erlaubt, die Wand lerelemente 26 in jedem der drei Multiplexerzuständen mit den Bündelformerkanälen 28 zu verbinden. Um einen Abstand P zu erzeugen, sind die Schalter, die das n-te Element mit dem n-ten Kanal verbinden, geschlossen, und die übrigen Schalter sind offen. Um durch paarweises Kurzschließen von Elementen einen Rasterabstand 2P zu erzeugen, sind die die (2n - 1)-ten und (2n)-ten Elemente mit dem n-ten Kanal verbindenden Schalter geschlossen und die übrigen Schalter sind offen. Um einen Rasterabstand 2P unter Verwendung eines ausgedünnten Arrays zu erzeugen, sind die das (2n - 1)-te Element mit den n-ten Kanal verbindenden Schalter geschlossen und die übrigen Schalter sind offen. Der Zustand des Multiplexers 36' wird gesteuert von einer Schaltkarte 42 für die Multiplexersteuerung. Die Steuer karte 42 erhält einen MUX Zustandsbefehl von der Hauptsteuerung 12 (vgl. Fig. 1A) und benutzt die in dem Speicher (ROM oder EEPROM) auf der Karte gespeicherten Daten, um jeden Schalter im Multiplexer 36' in die Öffnungs- oder Schließstellung zu brin gen, wie es für den aufgerufenen Multiplexerzustand erforder lich ist.

Um den Effekt der durch eine elektrische Verbindung von benach barten Elementen in einem Array erzielten kleinen F-Zahl zu demonstrieren, wurden Azimut-Bündelprofile von drei Arrays simuliert. Dies wurde gemacht unter Anwendung des Rayleigh Summerfield Beugungsintegrals, das eine volle Analyse des Beugungsprofils durchführt. Es wurde ein Bündelformer für dynamischen Empfang simuliert. Drei Arrays wurden dabei vergli chen. Das erste Array besaß 128 Elemente mit einem kleinen Abstand. Das zweite Array besaß einen Abstand, der gleich dem zweifachen des Abstands des ersten Arrays war, jedoch mit lediglich 96 Elementen. Dies repräsentiert die miteinander verbundenen Elemente. Die 96 Elemente entsprechen einem Array mit 192 Elementen, wobei die aneinander angrenzenden Elemente miteinander verbunden sind. Die F-Zahl für den Empfang wurde auf F1 eingestellt. Fig. 5 zeigt das verbesserte Bündelprofil bei -3, -6, -10, -20 und -30 dB bei Verwendung des Arrays mit größerer Apertur. Somit verbessert die größere Apertur das laterale Bündelprofil des Arrays im Fernfeld.

Die durch gegenseitiges Verbinden von benachbarten Elementen erhaltene größere Apertur liefert auch eine höhere Empfindlich keit aufgrund der Vergrößerung der Aperturgröße und eine Ver größerung hinsichtlich des Oberflächenbereichs des Empfängers und Senders. Dies wird bestätigt durch die Berechnungen des Rayleigh Beugungsintegrals, wie in Fig. 6 gezeigt, woraus hervorgeht, daß bis zu dem Punkt, an dem die beiden Arrays dieselbe Aperturgröße besitzen, die Empfindlichkeit fast gleich ist. Sobald jedoch das Signal über 100 mm hinausgeht, bietet das Array mit der größeren Apertur und dem größeren Abstand eine höhere Empfindlichkeit. Bei den in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ergebnissen handelt es sich in beiden Fällen um Einweg-Antworten. Bei größeren Tiefen bis zu +6 dB (Zweiweg) können Verbesserungen in der Empfindlichkeit aufgrund der erhöhten Aperturgröße erzielt werden. Eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit wird erwartet, wenn 128 verbundene Elemente zur Bildung der Apertur benutzt werden anstelle der in diesem Beispiel benutzten 96 verbundenen Elemente.

Es wurde eine ähnliche Berechnung durchgeführt, welche die Leistungsfähigkeit eines konventionellen Arrays (mit kleinem Abstand) mit 128 Elementen mit einem Array mit 192 Elementen verglich, die zur Bildung von 96 breiteren Elementen kurzge schlossen waren, sowie mit einem ausgedünnten Array mit 96 Elementen. Die Einweg-Bündelprofile bei -6 und -20 dB für diese drei Wandler sind in Fig. 7 gezeigt. Man beachte die verbes serte Größenreduzierung des Hauptbündels und der Seitenkeulen bis herunter auf -40 dB bei der Doppelweg-Antwort. Das Einweg- Antwortverhalten für den Druck ist ebenfalls als Funktion der Tiefe (Entfernung) in Fig. 8 gezeigt. Durch Verwendung des Arrays mit kurzgeschlossenen benachbarten Elementen wird die Empfindlichkeit verbessert. Wenn die Breite der Elemente aus reichend klein ist, können bei Anwendung dieser Methode sogar mehr als zwei benachbarte Elemente verbunden werden, um eine noch größere Aperturgröße zu bilden.

Das Steuerungsverfahren für den Elementabstand nach der vorlie genden Erfindung kann adaptiv auf verschiedene Typen der Abta stung sowohl beim Senden als auch beim Empfangen angewendet werden. Es werden hier drei Beispiele gegeben. Wenn das Bündel ausgelenkt (steered) wird, kann der kleinere Abstand für eine bessere Element-Richtwirkung benutzt werden. Strahlt man jedoch die A-Linien direkt nach vorn ab, kann der Elementabstand für eine verbesserte Aperturgröße vergrößert werden. Ein Beispiel dafür kommt in dem Fall von B-Mode Sektorabtastungen (d. h. mit virtuellem Scheitelpunkt) unter Verwendung von linearen Arrays vor. Wenn in diesem Fall die A-Linien an der Kante des Arrays ausgelöst (fired) werden, wird der kleinere Abstand benutzt. Wenn man jedoch die A-Linien auslöst, die geradeaus nach vorn gerichtet sind, wird der größere Elementabstand benutzt. Ein weiteres Beispiel für dieses Schema tritt beim Fall des ausge dünnten (sparse) Arrays auf. Im Fall der ausgedünnten Arrays pflegt die Gitterkeule bzw. der Seitenlappen (grating lobe) größer zu sein als konventionelle Arrays oder als Arrays, bei denen benachbarte Elemente miteinander verbunden sind. Somit kann der größere Rasterabstand, wie er durch ausgedünnte Arrays erzielt und für eine größere Apertur angewendet wird, nur im Zoom-Modus benutzt werden, wo die Gitterkeulen nicht in dem hauptsächlich interessierenden Gebiet angezeigt werden sollen. Wie nachfolgend gezeigt wird, kann bei Verwendung einer hybri den Aperturfunktion der Signalpegel in den Gitterkeulen im Vergleich zu dem ausgedünnten Array reduziert werden. Es können verschiedene Kombinationen der vorgeschlagenen Aperturfunktio nen während des Sendens und Empfangens in Abhängigkeit von der Systemarchitektur oder dem Abbildungsmodus benutzt werden.

Gemäß weiteren Abwandlungen der Erfindung lassen sich verschie dene Kriterien für die Steuerung des effektiven Abstands der Elemente in einem Array benutzen. Die Wahl des Abstands kann abhängen von der Differenz der Bündelformerverzögerung über benachbarte Elemente. In diesem Fall wird für ein vorgegebenes Verzögerungsprofil, bei dem die differenzielle Zeitverzögerung über zwei benachbarte Elemente groß ist, ein kleinerer Abstand verwendet und umgekehrt. Dieses Schema paßt den Abstand der Elemente an, um alle verfügbaren Elemente in einem gegebenen Wandler auszunutzen, und sieht dabei über die Apertur nur einen kleinen Phasenfehler des Bündelformers vor.

Es gibt zwei Vorteile, die benachbarten Elemente miteinander kurzzuschließen, anstatt sie in einem ausgedünnten Arrayformat zu betreiben. Erstens wird - im Vergleich zu dem ausgedünnten Array - der Energiepegel in den Gitterkeulen (grating lobes) verringert, wenn die Elemente miteinander kurzgeschlossen werden. Zweitens ist die Empfindlichkeit des Arrays größer, wenn die Elemente miteinander verbunden werden, und zwar auf grund der Zunahme des Oberflächenbereichs im Empfänger und Sender.

In dem ersten Fall wurde ein Array mit kleiner Apertur und kleinem Abstand (vgl. Fig. 9A) untersucht, was konventionelle Aperturfunktionen zeigte. Das CW Strahlungsmuster im Fernfeld für solch ein Array ist in Fig. 9B gezeigt. Als nächstes ist die Aperturgröße vergrößert, um ein ausgedünntes Array zu bilden (vgl. Fig. 10A). Die Breite des Hauptbündels ist ver ringert, wie in Fig. 10B zu sehen ist. Vergleicht man jedoch die Fig. 9B und 10B, läßt sich ersehen, daß die Gitterkeulen bei dem ausgedünnten Array näher an das Hauptbündel heranrück ten. Dies ist eine typische Charakteristik von ausgedünnten Arrays. Als nächstes wurde ein hybrides Array untersucht (vgl. Fig. 11A), das an den Kanten einen kleinen Abstand und im Zentrum des Arrays einen großen Abstand aufwies. In diesem Fall sind die Breite des Hauptbündels sowie die Position der Seiten keulen (vgl. Fig. 11B) ähnlich zu denen bei einem ausgedünnten Array mit einer großen Aperturgröße. Verglichen mit dem ausge dünnten Array ist jedoch die Energie in der ersten Gitterkeule bzw. im ersten Seitenlappen verringert. Somit werden durch Verwendung der hybriden bzw. gemischten Aperturfunktion alle Kanäle des Systems benutzt, während man dabei die Aperturgröße bei reduziertem Signalpegel in den Gitterkeulen im Vergleich zu dem reinen ausgedünnten Array maximiert.

Es gibt weiterhin im Vergleich zu allen anderen Konfigurationen einen Vorteil bei einem hybriden Array. Das hybride Array besitzt einen geringeren Pegel in der Gitterkeule, während es eine schmale Bandbreite des Hauptbündels beibehält. Dies ist in Fig. 12 veranschaulicht. Die Energie in den Gitterkeulen des hybriden Arrays wird gesteuert durch den Prozentsatz der Aper tur, der eine große räumliche Abtastung aufweist.

Eine weitere Anwendung der adaptiven Abstandssteuerung würde sich für 1.5D oder 2D Arrays ergeben, bei denen die Anzahl von Wandlerelementen oft die Anzahl von verfügbaren Bündelformerka nälen übersteigt. Indem man benachbarte Wandlerelemente längs den Erhebungs- oder Azimutebenen kurzschließt, können mehr Elemente zur Bildung der aktiven Apertur benutzt werden. Bei spielsweise kann eine Verringerung um einen Faktor 3 in jeder Reihe oder Spalte für ein 2D Array resultieren in einer Verrin gerung um einen Faktor 9 bei der insgesamten Zahl von Systemka nälen, während man eine große insgesamte Apertur für eine kleine F-Zahl beibehält. Für ein 60 × 60 Array vom Typ 2D würde dies die Systemkanäle von 3600 auf 400 verringern, was eine beträchtliche Verringerung bedeutet. Dieses Konzept läßt sich ebenfalls anwenden auf Gruppen von mehr als drei Elementen, um die Anzahl der gewünschten Kanäle weiter zu reduzieren.

Eine gemischte Gruppe von Elementen mit Einzelelementen, Paaren von kurzgeschlossenen Elementen, Dreiergruppen von kurzge schlossenen Elementen oder größeren Gruppen von kurzgeschlossenen Elementen kann benutzt werden, um verschiedene Rasterabstände für ein gewünschtes Antwortverhalten zu schaffen. Es lassen sich bestimmte Kriterien aufstellen für den Pegel der Seiten keule, die Hauptbündelbreite und den Pegel der Gitterkeulen, während man adaptive Verfahren zur Bestimmung der optimalen Aperturfunktion einsetzt. Dieses Konzept läßt sich weiter ausweiten, um den Effekt von unterschiedlichen Sende- und Empfangs-Aperturfunktionen einzuschließen.

Dieses Konzept kann auch angewendet werden auf "Theta" Arrays, d. h. auf Arrays mit einer linearen Reihe von Wandlerelementen, die von einem elliptischen Ring von Wandlerelementen umgeben sind. Es lassen sich verschiedene Randbedingungen benutzen um festzulegen, welche Elemente miteinander kurzgeschlossen wer den.

Die Erfindung läßt sich weiter anwenden für eine nichtlineare harmonische Bildgebung. Bei diesem Abbildungsmodus wird das Signal bei einer niedrigeren Frequenz gesendet, wobei der größere Abstand benutzt wird. Beim Empfang wird für die Erfas sung bzw. Detektion die erste Harmonische benutzt, die aufgrund der nichtlinearen Ultraschallausbreitung erzeugt wird. Das Empfangssignal liegt bei einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Sendefrequenz. Der kleinere Rasterabstand wird benutzt für die Bildung der Apertur, die für die Erfassung des Signals eingesetzt wird.

Die vorhergehenden bevorzugten Ausführungen sind zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben worden. Abänderungen und Modifi kationen werden sich unschwer für Fachleute auf dem Gebiet ergeben. Beispielsweise kann der Elementabstand der mittels geschlossener Schalter mit den Bündelformerkanälen verbundenen Wandlerelemente verändert werden als Funktion der insgesamten Aperturgröße, der Betriebsfrequenz oder des Ablenkwinkels. Es wird darüber hinaus klar sein, daß die oben beschriebenen Maßnahmen Anwendung finden können, wenn Ultraschallbündel unter Benutzung verschiedener Aperturkonfigurationen erzeugt werden, um eine synthetische Apertur zu bilden, welche die Eigenschaf ten von unterschiedlichen Aperturfunktionen kombiniert. Alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sollen von den nachfolgend aufgeführten Ansprüchen umfaßt werden.

Claims

1. Ultraschall-Bildgebungssystem enthaltend:
einen Bündelformer (2) mit einer Vielzahl von N Bündel formerkanälen;
ein Wandlerarray (24) mit einer Vielzahl von M piezoelek trischen Wandlerelementen (26), wobei M ≧ N ist;
Schaltmittel (36; 36') zum Multiplexen von Bilddaten zwi schen den M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) und den N Bündelformerkanälen; und
Steuermittel (42) zur selektiven Einstellung bzw. Konfi guration der Schaltmittel derart, daß diese als Antwort auf den Empfang von ersten bzw. zweiten Schaltzustandsbefehlen einen ersten bzw. zweiten Schaltzustand aufweisen,
wobei in dem ersten Schaltzustand N aufeinanderfolgende Wandlerelemente (26) über geschlossene Schalter in einer 1-zu-1 Beziehung mit den N Bündelformerkanälen verbunden sind, und in dem zweiten Schaltzustand N aufeinanderfolgende Gruppen von Wandlerelementen (26) mit x Wandlerelementen pro Gruppe über geschlossene Schalter in einer x-zu-1 Beziehung mit den N Bündelformerkanälen verbunden sind, wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

2. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (42) ferner selektiv die Schaltmittel (36; 36') zur Einnahme eines dritten Schaltzu standes als Antwort auf den Empfang eines dritten Schaltzu standsbefehls so einstellen, daß in dem dritten Schaltzustand das (xn - 1)-te Wandlerelement über einen geschlossenen Schal ter in einer 1-zu-1 Beziehung mit dem n-ten Bündelformerkanal verbunden ist.

3. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ größerer Rasterab stand (Pitch) zum Senden des Bündels benutzt wird, und daß ein erfaßtes harmonisches bzw. Oberwellensignal, das aufgrund der nichtlinearen Ultraschall-Ausbreitung erzeugt wurde, unter Einsatz eines relativ dazu kleineren Abstandes detektiert wird.

4. Ultraschall-Bildgebungssystem nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) in einer Reihe bzw. Linie angeordnet ist.

5. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der Elementabstand (Pitch) der mit den Bündelformerkanälen verbundenen Wandlerelemente (26) als Funktion der insgesamten Aperturgröße geändert ist.

6. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der Elementabstand der mit den Bün delformerkanälen verbundenen Wandlerelemente (26) als Funktion der Betriebsfrequenz geändert ist.

7. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der Elementabstand der mit den Bün delformerkanälen verbundenen Wandlerelemente (26) als Funktion des Auslenkungswinkels geändert ist.

8. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die Reihe von M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) einen konstanten Elementabstand aufweist.

9. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß der Elementabstand der mit den Bün delformerkanälen verbundenen Wandlerelemente (26) proportional zu der Ableitung der Bündelformerverzögerung ist.

10. Ultraschall-Bildgebungssystem enthaltend:
einen Bündelformer (2) mit einer Vielzahl von N Bündel formerkanälen;
ein Wandlerarray (24) mit einer Vielzahl von M piezoelek trischen Wandlerelementen (26), wobei M ≧ N ist;
Schaltmittel (36; 36') zum Multiplexen von Bilddaten zwi schen den M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) und den N Bündelformerkanälen; und
Steuermittel (42) zur selektiven Einstellung bzw. Konfi guration der Schaltmittel derart, daß diese als Antwort auf den Empfang von ersten bzw. zweiten Schaltzustandsbefehlen einen ersten bzw. zweiten Schaltzustand aufweisen,
wobei in dem ersten Schaltzustand N aufeinander folgende Wandlerelemente (26) über geschlossene Schalter in einer 1-zu-1 Beziehung mit den N Bündelformerkanälen verbunden sind, und daß in dem zweiten Schaltzustand das (xn - 1)-te Wandlerelement über einen geschlossenen Schalter in einer 1-zu-1 Beziehung mit dem n-ten Bündelformerkanal verbunden ist, wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

11. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 10, da durch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) in einer Reihe bzw. Linie angeordnet ist.

12. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß die Reihe von M piezoelektrischen Wandlerelementen (26) einen konstanten Elementabstand aufweist.

13. Ultraschall-Bildgebungssystem nach einem der vorher gehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elementabstand der mit den Bündelformerkanälen verbundenen Wandlerelemente (26) proportional zu der Ableitung der Bündel formerverzögerung ist.

14. Verfahren zum Betreiben eines mit einem Bündelformer (2) verbundenen Wandlerarrays (24), wobei der Bündelformer eine Vielzahl von N Bündelformerkanälen und das Wandlerarray eine Vielzahl von piezoelektrischen Wandlerelementen (26) enthält, die physikalisch in einem konstanten Elementabstand (Pitch) P angeordnet sind, und wobei M ≧ N ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:
Aktivieren eines ersten Satzes bzw. einer ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein Sende- Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge einen Elementabstand xP aufweist und wobei x eine ganze Zahl ≧ 1 ist; und
Verbinden einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wand lerelementen (26) mit einer entsprechenden Menge von Bündelfor merkanälen, um im Anschluß an das Aussenden des Sende- Ultraschallbündels ein Empfangs-Ultraschallbündel zu empfangen, wobei die zweite Menge von aktivierten Wandlerelementen (26) einen Elementabstand yP aufweist, und wobei y eine ganze Zahl ≧1 sowie x ≠ y ist.

15. Verfahren zum Betreiben eines mit einem Bündelformer (2) verbundenen Wandlerarrays (24), wobei der Bündelformer eine Vielzahl von N Bündelformerkanälen und das Wandlerarray eine Vielzahl von piezoelektrischen Wandlerelementen (26) enthält, die physikalisch in einem konstanten Elementabstand (Pitch) P angeordnet sind, und wobei M ≧ N ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:
Aktivieren eines ersten Satzes bzw. einer ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein erstes Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge von akti vierten Wandlerelementen den Elementabstand P aufweist; und
Aktivieren einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wand lerelementen (26), um ein zweites Ultraschallbündel auszusen den, wobei die zweite Menge einen Elementabstand xP aufweist, wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Menge mehrere Gruppen von Wandlerelementen (26) aufweist, wobei jede Gruppe aus x benachbarten Wandlerelementen besteht, die miteinander kurzgeschlossen sind.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Menge mehrere nicht benachbarte Wandlerelemente (26) mit einem konstanten Abstand aufweist, wobei jedes Paar von aktivierten Wandlerelementen mit dem konstanten Abstand durch (x - 1) nicht aktivierte Wandlerelemente getrennt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ultraschallbündel relativ zur Normalen des Wand lerarrays um einen von Null verschiedenen Winkel ausgelenkt wird, und daß das zweite Ultraschallbündel in Normalenrichtung zum Wandlerarray ausgesendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ultraschallbündel in einer geringeren Tiefe jedoch bei höherer Betriebsfrequenz fokussiert wird, und daß das zweite Ultraschallbündel in einer größeren Tiefe bei nied rigerer Betriebsfrequenz fokussiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Menge von aktivierten Wandlerelementen (26) eine erste Bündelformer-Verzögerungsdifferenz aufweist, die größer ist als eine zweite Bündelformer-Verzögerungsdifferenz bei der zweiten Menge von aktivierten Wandlerelementen.

21. Verfahren zum Aussenden von Ultraschallbündeln von einem mit einem Bündelformer verbundenen Wandlerarray, wobei der Bündelformer eine Vielzahl von N Bündelformerkanälen ent hält und das Wandlerarray eine Vielzahl von M piezoelektrischen Wandlerelementen enthält, die physikalisch in einem konstanten Elementabstand (Pitch) P angeordnet sind, und wobei M ≧ N ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte enthält:
Aktivieren eines ersten Satzes bzw. einer ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein erstes Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge von akti vierten Wandlerelementen den Elementabstand P aufweist;
Aktivieren einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wand lerelementen, um ein zweites Ultraschallbündel auszusenden, wobei die zweite Menge einen Elementabstand xP aufweist und mehrere Gruppen von Wandlerelementen enthält, wobei jede Gruppe aus x benachbarten Wandlerelementen besteht, die miteinander kurzgeschlossen sind, wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist; und
Aktivieren einer dritten Menge aus der Vielzahl von Wand lerelementen (26), um ein drittes Ultraschallbündel auszusen den, wobei die dritte Menge einen Elementabstand xP aufweist und mehrere nicht benachbarte Wandlerelemente mit konstantem Abstand enthält, wobei jedes Paar von aktivierten Wandlerele menten mit dem konstanten Abstand durch (y - 1) nicht aktivier te Wandlerelemente getrennt wird, wobei y eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

22. Ultraschall-Bildgebungssystem enthaltend:
einen Bündelformer (2) mit einer Vielzahl von N Bündel formerkanälen;
ein Wandlerarray (24) mit einer Vielzahl von M piezoelek trischen Wandlerelementen (26), wobei M ≧ N ist;
erste Mittel zum Aktivieren eines ersten Satzes bzw. ei ner ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen, um ein erstes Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge von aktivierten Wandlerelementen einen Elementabstand (Pitch) P aufweist; und
zweite Mittel zum Aktivieren einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen, um ein zweites Ultraschallbündel auszusenden, wobei die zweite Menge einen Elementabstand xP aufweist und wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

23. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 22, da durch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Menge von akti vierten Wandlerelementen in derselben Apertur benutzt ist.

24. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 22, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Menge mehrere Gruppen von Wandlerelementen enthält, wobei jede Gruppe aus x benachbarten Wandlerelementen besteht, die miteinander kurzgeschlossen sind.

25. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 22, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Menge mehrere nicht benachbarte Wandlerelemente enthält, die einen konstanten Abstand besitzen, wobei jedes Paar von aktivierten Wandlerele menten mit dem konstanten Abstand durch (x - 1) nicht aktivier te Wandlerelementen getrennt ist.

26. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 22, da durch gekennzeichnet, daß es weiter Schaltmittel zum Multiple xen von Bilddaten zwischen den M piezoelektrischen Wandlerele menten und den N Bündelformerkanälen enthält, wobei die ersten Mittel zum Aktivieren erste Steuermittel zum Einstellen der Schaltmittel auf einen ersten Schaltzustand enthalten, und wobei die zweiten Mittel zum Aktivieren zweite Steuermittel zum Einstellen der Schaltmittel auf einen zweiten gegenüber dem ersten Schaltzustand unterschiedlichen Schaltzustand enthalten.

27. Ultraschall-Bildgebungssystem enthaltend:
einen Bündelformer (2) mit einer Vielzahl von N Bündel formerkanälen;
ein Wandlerarray (24) mit einer Vielzahl von M piezoelek trischen Wandlerelementen (26), wobei M ≧ N ist;
erste Mittel zum Aktivieren eines ersten Satzes bzw. ei ner ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein Sende-Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge von aktivierten Wandlerelementen einen ersten Elementabstand (Pitch) aufweist; und
zweite Mittel zum Aktivieren einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen, um im Anschluß an das Aussenden des sende-Ultraschallbündels ein Empfangs-Ultraschallbündel zu empfangen, wobei die zweite Menge einen zweiten Elementabstand (Pitch) aufweist, der von dem ersten Elementabstand verschieden ist.

28. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 27, da durch gekennzeichnet, daß der erste Elementabstand größer als der zweite Elementabstand ist, daß das Sende-Ultraschallbündel bei einer Grundfrequenz ausgesendet ist, und daß die zweite Menge von Wandlerelementen zum Detektieren bzw. Erfassen einer Harmonischen des Grundwellensignals (fundamental harmonic signal) benutzt ist.

29. Ultraschall-Bildgebungssystem enthaltend:
einen Bündelformer (2) mit einer Vielzahl von N Bündel formerkanälen;
ein Wandlerarray (24) mit einer Vielzahl von M piezoelek trischen Wandlerelementen (26), wobei M ≧ N ist;
erste Mittel zum Aktivieren eines ersten Satzes bzw. ei ner ersten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein erstes Ultraschallbündel auszusenden, wobei die erste Menge von aktivierten Wandlerelementen einen Elementabstand (Pitch) P aufweist;
zweite Mittel zum Aktivieren einer zweiten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen, um ein zweites Ultraschallbündel auszusenden, wobei die zweite Menge einen Elementabstand xP aufweist und mehrere Gruppen von Wandlerelementen enthält, wobei jede Gruppe aus x benachbarten Wandlerelementen besteht, die miteinander kurzgeschlossen sind, wobei x eine ganze Zahl ≧ 2 ist; und
dritte Mittel zum Aktivieren einer dritten Menge aus der Vielzahl von Wandlerelementen (26), um ein drittes Ultraschall bündel auszusenden, wobei die dritte Menge einen Elementabstand xP aufweist und mehrere nicht benachbarte Wandlerelemente mit konstantem Abstand enthält, wobei jedes Paar von aktivierten Wandlerelementen mit dem konstanten Abstand durch (y - 1) nicht aktivierte Wandlerelemente getrennt ist, und wobei y eine ganze Zahl ≧ 2 ist.

30. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 29, da durch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Mengen von aktivierten Wandlerelementen in derselben Apertur benutzt sind.

31. Ultraschall-Bildgebungssystem nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter Schaltmittel zum Multiplexen von Bilddaten zwischen den M piezoelektrischen Wandlerelementen und den N Bündelformerkanälen enthält, wobei die ersten Mittel zum Aktivieren erste Steuermittel zum Ein stellen der Schaltmittel auf einen ersten Schaltzustand enthal ten, wobei die zweiten Mittel zum Aktivieren zweite Steuermit tel zum Einstellen der Schaltmittel auf einen zweiten gegenüber dem ersten Schaltzustand unterschiedlichen Schaltzustand ent halten, und daß die dritten Mittel zum Aktivieren dritte Steu ermittel zum Einstellen der Schaltmittel auf einen dritten Schaltzustand enthalten, der von jedem der ersten und zweiten Schaltzustände verschieden ist.