DE19939791A1

DE19939791A1 - Aktiver Strukturreader

Info

Publication number: DE19939791A1
Application number: DE1999139791
Authority: DE
Inventors: Thomas Fritsch; Janet Grassmann; Miroslaw Wrobel; Eckard Glaser; Mieczyslaw Szustakowski; Leon Jodlowsky; Tadeusz Pustelny
Original assignee: GLASER ECKHARD
Current assignee: SONEM GMBH, 97076 WUERZBURG, DE
Priority date: 1999-08-21
Filing date: 1999-08-21
Publication date: 2001-02-22
Also published as: CA2376103A1; EP1204375A1; WO2001013798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aktiven Strukturreader zum Erfassen von Informationen über unbekannte Strukturen im 3-D-Modus. Der aktive Strukturreader sendet von einem Sender Sendesignale mit beliebiger Modulationsfunktion aus und nimmt die an einer unbekannten Struktur reflektierten oder durch sie hindurchgehenden infolge Absorption geschwächten Signale in ihrem vollständigen Informationsgehalt auf. Dieser aktive Strukturreader ist überall dort einsetzbar, wo eine unbekannte Struktur in einem Medium eingebettet ist, wie z. B. in der Medizin bei der Untersuchung des menschlichen oder tierischen Körpers. Der aktive Strukturreader zeichnet sich dadurch aus, dass akustische Module mit Sende- und Empfängerelemente in bekannten Positionen so zueinander angeordnet sind, dass sich ihre Beschallungsräume und Empfangsräume auf der zu untersuchenden Struktur überlappen.

Description

Die Erfindung betrifft einen aktiven Strukturreader zum Erfassen von Informationen über unbekannte Strukturen im 3D-Modus. Der aktive Strukturreader sendet von einem Sender Sendesignale mit beliebiger Modulationsfunktion aus und nimmt die an einer unbekannten Struktur reflektierten oder durch sie hindurchgehenden infolge Absorption geschwächten Signale in ihrem vollständigen Informationsgehalt auf. Dieser aktive Strukturreader ist überall dort einsetzbar, wo eine unbekannte Struktur in einem Medium eingebettet ist, wie z. B. in der Medizin bei der Untersuchung des menschlichen oder tierischen Körpers.

Die Untersuchung von Organen im menschlichen Körper mittels Ultraschall ist seit langem bekannt. Dazu werden zumeist lineare Ultraschallköpfe eingesetzt. Diese bestehen im allgemeinen aus einzelnen nebeneinander angeordneten Piezoelementen, die nacheinander einen Impuls mit derselben Frequenz auf das zu untersuchende Organ abgeben. Diese einzelnen Impulse werden nacheinander an akustischen Grenzschichten reflektiert und die Laufzeit der Impulse wird gemessen. Aus der Laufzeit wird dann die Tiefe der Grenzschicht eines Organs oder eines Tumors bestimmt.

Da die unbekannte Struktur nur in Ausnahmefällen in einem homogenen Medium eingebettet ist, entstehen an den Inhomogenitäten des Mediums Echoimpulse und deshalb in den meisten Fällen sehr unscharfe Abbildungen, d. h. die bildhaften Darstellungen aus den Echoimpulsen sind mehr oder weniger stark verrauscht. Bei der Untersuchung an lebenden Geweben ist deshalb eine umfangreiche Erfahrung erforderlich, um den Charakter der zu untersuchenden Strukturen zu bestimmen.

Die auf diese Weise erzeugten Darstellungen sind außerdem nur zweidimensional. Eine dreidimensionale Darstellung kann aus diesen Signalen nur erzeugt werden, wenn die zu untersuchende Struktur mindestens aus zwei unterschiedlichen Positionen der Ultraschallköpfe aufgenommen wird und dann ein dreidimensionales Bild berechnet wird. Dazu werden die bereits beschriebenen linearen Ultraschallköpfe schwenkbar ausgeführt, und die Struktur durch Schwenken des Ultraschallkopfes schichtweise abgetastet. Die einzelnen Schichten werden dann mit Hilfe eines Computers in ein dreidimensionales Bild umgerechnet. Unter diesen Bedingungen ist es auch möglich, verschiedene Bewegungs phasen einer Struktur wie z. B. eines Fötus darzustellen. Jedoch erfordert diese Methode einen erheblichen Rechenaufwand und die erzeugten Bilder besitzen die bereits beschriebenen Nachteile.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in der geringen Auflösung der dargestellten Strukturen. Die Auflösung wird mit steigender Frequenz verbessert. Mit höheren Frequenzen nimmt jedoch die Eindringtiefe ab. Diese kann nur mit Erhöhung der Intensität vergrößert werden. Die sich widersprechenden Eigenschaften, dass die Auflösung mit steigender Frequenz verbessert wird und die Eindringtiefe mit steigender Frequenz abnimmt, bereitet dabei besondere Schwierigkeiten, da die Intensität des Ultraschalls nicht in jedem Fall beliebig erhöht werden kann.

Bei der Untersuchung am menschlichen oder tierischen Körpern ist ein herkömmlicher Schallkopf häufig nur mit großen Schwierigkeiten und erheblichen Nachteilen in die Nähe von schwer zugänglichen Organen anzubringen. So besitzt z. B. die Ultraschallabtastung der Prostata erhebliche Probleme. Auch andere, tiefer liegende Organe sind häufig nur schwer oder gar nicht zu erfassen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine aktive Erfassungsvorrichtung für die an einer unbekannten Struktur reflektierten oder beim Durchgang durch sie geschwächten Signale vorzuschlagen. Die Erfassungseinheit soll Informationen für Bilder mit einer hohen Auflösung liefern und gestatten, unbekannte Strukturen im 3D-Modus zu erfassen und darzustellen. Die Erfassungseinheit für die Informationen über eine unbekannte Struktur in einem Medium soll so gestaltet sein, dass sie so einfach wie möglich in die Nähe einer unbekannten Struktur angebracht werden kann bzw. dass sie so einfach wie möglich die Informationen über die Lage und Größe einer unbekannten Struktur aufnimmt.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem aktiven Strukturreader entsprechend den unabhängigen Ansprüchen 1 bis 4 gelöst.

In einem ersten Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders zum Erfassen von Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, sind zwei akustische Module vorhanden, von denen das erste akustische Modul eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und das zweite akustische Modul eine Vielzahl von Empfängerelementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum enthalten. Die akustischen Module sind verschiebbar in mindestens drei bekannte nicht kolinear liegende Positionen in einer Sensoreinheit angeordnet. Die beiden akustischen Module liegen so zueinander, dass sich der Beschallungsraum des einen akustischen Moduls und der Empfangsraum des anderen akustischen Moduls im Bereich einer zwischen den akustischen Modulen liegenden unbekannten Struktur in allen Positionen der akustischen Module möglichst vollständig überlappen. In jeder Position der akustischen Module wird zwischen den akustischen Modulen ein Sende-Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion der Sendesignale ausgelöst, wobei der Sende- Empfangs-Zyklus der Sendesignale kürzer ist, als der Zyklus zum Positionswechsel der akustischen Module.

Das mit Sendeelementen ausgerüstete erste akustische Modul dieses Strukturreaders sendet in einer ersten Position der akustischen Module zueinander ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion und einem zusammenhängenden Beschallungsraum im eingestellten Frequenzbereich auf die Struktur aus und das akustische Modul mit den Empfängerelementen empfängt die Echosignale oder die beim Durchgang durch die Struktur durch Absorption geschwächten Signale mit dem vollständigen Informations gehalt für eine Dimension. Danach wird die Position der beiden akustischen Module zueinander zweimal geändert und der Sende-Empfangs-Zyklus in jeder Position wiederholt. Mit drei Zyklen liegt der vollständige Informationsgehalt für alle drei Dimensionen vor und es kann eine 3D-Darstellung vorgenommen werden.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung des aktiven Strukturreaders zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, sieht die Konstruktion so aus, dass drei akustische Module vorhanden sind, von denen mindestens ein und höchstens zwei akustische Module eine Vielzahl von Sendeelementen, die einen zusammenhängenden Beschallungsraum bilden, enthalten und das/die andere(n) akustische(n) Modul(e) mit einer Vielzahl von Empfängerelementen, die einen zusammenhängenden Empfangsraum bilden, ausgerüstet ist/sind. Die akustischen Module sind verschiebbar in mindestens zwei zueinander bekannte nicht kolinear liegende Positionen in einer Sensoreinheit angeordnet. Die nicht kolinearen Positionen können auch durch die Verschiebung nur eines akustischen Moduls erreicht werden. Die Beschallungsräume der Sendeelemente und die Empfangsräume der Empfängerelemente überlappen sich im Bereich der unbekannten Struktur in beiden Positionen der akustischen Module möglichst vollständig und in jeder Position der akustischen Module wird ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion ausgelöst und die von dem Sendesignal im Medium verursachten Signale von den Empfängerelementen erfaßt. Dieser Sende-Empfangs-Zyklus zwischen den akustischen Modulen wird in jeder Position der akustischen Module zueinander mit einem Sendesignal mit einer beliebigen Modulations funktion wiederholt, wobei der Sende-Empfangs-Zyklus kürzer ist, als der Zyklus zum Positionswechsel der akustischen Module.

Mit einem Zyklus liegt bei diesem aktiven Strukturreader der vollständige Informationsgehalt in zwei Dimensionen vor. Es ist ein zweiter Zyklus in einer zweiten Position der akustischen Module erforderlich, um die gesamten Informationen in drei Dimensionen zu erfassen und darzustellen.

In beiden Ausführungsbeispielen werden die akustischen Module einem Positionswechsel unterzogen und der Sende-Empfangs-Zyklus in jeder Position wiederholt. An die Sendesignale werden deshalb besondere Bedingungen gestellt. Der Sende-Empfangs- Zyklus muß abgeschlossen sein, bevor der Positionswechsel der akustischen Module erfolgt. Die zeitliche Dauer vom Beginn des Sendesignals bis zum Empfang aller im Medium verursachten Signale muß also kürzer sein, als die Dauer des Zustandes der akustischen Module in der augenblicklichen Position.

Dieser aktive Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus mit drei akustischen Modulen kann in einer weiteren Ausführungsform auch so gestaltet sein, dass die akustischen Module in bekannten Positionen zueinander angeordnet sind, so dass sich die Beschallungsräume der Sendeelemente und die Empfangsräume der Empfängerelemente im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig überlappen. Von den Sendeelementen auf einem akustischen Modul wird ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion ausgelöst und die Signale aus dem Medium werden von den akustischen Modulen mit Empfängerelementen erfaßt. Statt der Positionsänderung eines oder weiterer akustischen Module kann auch eine Umschaltung der aktiven Elemente vorgenommen werden.

Ein aktiver Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, in dem drei akustische Module vorhanden sind und in dem keine Änderung der Position der akustischen Module vorgenommen wird, besitzt eines der akustischen Module eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und die anderen akustischen Module eine Vielzahl von Empfängerelementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum. Die akustischen Module sind in bekannten Positionen zueinander in einer Sensoreinheit angeordnet und der Beschallungsraum des einen akustischen Moduls und die Empfangsräume der anderen akustischen Module überlappen sich im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig. Zwischen den akustischen Modulen wird ein Sende-Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion ausgelöst. Nach Beendigung des Sende-Empfangs-Zyklus werden die Sendeelemente des einen akustischen Moduls in Empfängerelemente und die Empfängerelemente mindestens eines der anderen akustischen Module in Sendeelemente umgeschaltet und der Sende-Empfangszyklus wiederholt. Der Sende-Empfangs-Zyklus für die Sendesignale muß dabei kürzer sein, als der Umschaltzyklus der aktiven Elemente der akustischen Module.

In einem anderen Ausführungsbeispiel des aktiven Strukturreaders dieser Art, in dem keine Positionsänderungen der akustischen Module vorgenommen werden, in dem jedoch zwei akustische Module mit Sendeelemente ausgerüstet sind und nur ein akustisches Modul Empfängerelemente besitzt, müssen nur die Sendeelemente eines akustischen Moduls in Empfängerelemente umgeschaltet werden. Nach dem Umschalten der aktiven Elemente wird dann der zweite Sende-Empfangs-Zyklus gestartet. Der zwischen den akustischen Modulen ablaufende Sende-Empfangs-Zyklus erfolgt auch hier mit einem Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion, wobei der Sende-Empfangs-Zyklus für die Sendesignale kürzer ist, als der Umschaltzyklus der aktiven Elemente der akustischen Module.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel des aktiven Strukturreaders entsprechend der vorliegenden Erfindung sind mindestens vier akustische Module vorhanden, von denen mindestens ein akustisches Modul eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und mindestens drei akustische Module eine Vielzahl von Empfangselemente mit einem zusammenhängenden Empfangsraum besitzen oder mindestens ein akustisches Modul eine Vielzahl von Empfangselementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum und mindestens drei akustische Module eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum besitzen. Die akustischen Module sind in bekannten Positionen zueinander in einer Sensoreinheit angeordnet. Die Beschallungsräume der akustischen Module mit Sendeelementen und die Empfangsräume der akustischen Module mit Empfängerelementen überlappen sich im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig. Die Sendeelemente senden ein Sendesignal mit beliebiger Modulationsfunktion aus und die Empfängerelemente erfassen die Signale aus dem Medium, die an einer zu erfassenden Struktur reflektiert werden oder beim Durchgang durch diese Struktur abgeschwächt werden.

In dieser Ausführungsform kann mit einem einzigen Zyklus der gesamte Informations gehalt über die Struktur erfaßt werden. Diese Ausführungsform besitzt darüber hinaus den entscheidenden Vorteil, dass die Erfassung der Signale in Echtzeit erfolgen kann. Mit einem schnellen Rechner kann die Darstellung der Struktur in extrem kurzer Zeit erfolgen, so dass auch dem Kardiologen und vielen Technikern erstmals ein Mittel in die Hand gegeben wird, die tatsächlichen Vorgänge unmittelbar zu verfolgen.

Ein weiterer entscheidender Vorteil besteht darin, dass nicht die Laufzeit der Signale für die Darstellung der unbekannten Strukturen zur Anwendung kommt, sondern von der Entfernung der Struktur vom Sender abhängige Frequenzverschiebungen, aus denen die Koordinaten der Strukturen durch eine Korrelation zwischen den mit einer beliebigen Modulationsfunktion modulierten Sendesignalen und den Empfangssignalen ermittelt werden. Die Frequenz und die Länge des mit einer beliebigen Modulationsfunktion modulierten Sendesignals ist je nach Anwendungsgebiet frei im Ultraschallgebiet wählbar. Da die Auflösung und die Eindringtiefe unabhängig von der Frequenz sind, stehen für die Wahl des Frequenzbereiches andere Kriterien im Vordergrund, wie z. B. in medizinischen Einsatzgebieten die geringstmögliche Belastung eines Patienten.

In dem aktiven Strukturreader besitzen die akustischen Module vorzugsweise eine gekrümmte Oberfläche und die Sendeelemente und/oder Empfängerelemente können z. B. kreisförmig, zylinderförmig, elliptisch oder in einer anderen Form auf diesen gekrümmten Oberflächen angeordnet werden, so dass jeweils ein zusammenhängender Beschallungs raum oder ein zusammenhängender Empfangsraum entsteht. Die Konstruktion der Sende- und Empfangselemente auf dem akustischen Modul kann so gewählt werden, dass der Beschallungsraum und der Empfangsraum weitestgehend unabhängig von der Frequenz konstant bleiben. Die aktive Fläche der Sende- und Empfangselemente wird deshalb möglichst klein gemacht.

Die Ausrüstung der akustischen Module mit Sende- und/oder Empfängerelementen ist nicht an eine Größe und Form der Sende- und Empfängerelemente gebunden. Die Sende- und/oder Empfängerelemente können in unterschiedlicher Form, Größe und Anzahl auf einem akustischen Modul angeordnet werden. Auf diese Weise können die akustischen Module einfach an die jeweilige Aufgabe angepaßt werden.

Spezielle Anordnungen können z. B. für die Untersuchung der weiblichen Brust hergestellt werden, indem für den Bereich der Mamilla kleinere Sende- und Empfängerelemente und für den übrigen Teil der Brust größere verwendet werden. Wobei die Überlappung der Beschallungsgebiete und Empfangsvolumina nicht notwendigerweise zusammenhängend für beide Bereiche sein muß, d. h. es ist hinreichend, wenn diese Bedingung jeweils für jeden Bereich der Brust erfüllt ist.

Die Form der Sende- und Empfängerelemente ist frei wählbar. Die Form kann eben, ballig oder anderweitig sein. Eine besonders günstige Anordnung der Sende- und/oder Empfängerelemente entsteht, wenn die aktiven Flächen der Sende- und Empfänger elemente eine wabenförmige Form besitzen und eng aneinander angelegt sind. Bei der runden Form der Sende- und Empfängerelemente entsteht hingegen eine ausgewogene Charakteristik.

Vorteilhafterweise stellen die Sendeelemente und Empfängerelemente z. B. Piezoelemente dar, da diese sowohl als Sende- als auch als Empfängerelemente geschaltet werden können. Je nach Einsatzgebiet können diese dann individuell angepaßt werden. Es ist auch möglich, die Sende- und Empfängerelemente auf einem akustischen Modul so zu schalten, dass mehrere zusammenhängende Beschallungsräume oder Empfangsräume entstehen. Die akustischen Module können dann sowohl als Sender als auch als Empfänger eingesetzt werden.

Es ist entsprechend der vorliegenden Erfindung erforderlich, dass die akustischen Module in einer bekannten Position zueinander angeordnet werden, da nur aus ihrer Lage zueinander eine Triangulation der Sende- und Empfangssignale möglich ist, um die Koordinaten der Strukturen zu bestimmen. Denn beim Einsatz des erfindungsgemäßen aktiven Strukturreaders wird die Lage der Struktur nicht aus den Laufzeiten der Impulse ermittelt. Da jedes akustische Modul während des Sende-Empfangs-Zyklus entweder ein Sender oder ein Empfänger darstellt, werden an die Signallänge keine Bedingungen gestellt. Für die Bestimmung der Koordinaten der Struktur wird zunächst festgestellt, zu welchen Zeitpunkten die Sende- und Empfangssignale korrelieren und dann werden aus dem Weg der Sendesignale vom Sender über die Reflexionspunkte zum jeweiligen Empfänger die Koordinaten der Reflexionspunkte ermittelt. Ausgenutzt wird, dass bei einem beliebig modulierten Sendesignal das Empfangssignal zu den Zeitpunkten mit dem Sendesignal gleiche Signalmuster aufweist, wenn das Sendesignal reflektiert wird. Daraus werden die Ellipsen bzw. Ellipsoiden ermittelt, die durch den Weg des Sendesignals bis zu den Reflexionspunkten und weiter zu den Empfängern bestimmt werden, wobei der Sender und die Empfänger in den Brennpunkten der jeweiligen Ellipsen bzw. Ellipsoiden liegen. Aus den Schnittpunkten der einzelnen zu den Empfängern gehörenden Ellipsoiden ergeben sich die Raumkoordinaten der Reflexionspunkte, d. h. die Lage der unbekannten Struktur im Medium.

Ein weiterer Vorteil des erfinderischen aktiven Strukturreaders liegt darin, dass bei einer bestimmten Anordnung der akustischen Module zueinander eine schattenfreie Abbildung einer unbekannten Struktur erzeugt werden kann. Die akustischen Module mit den Sendeelementen "beleuchten" dann die Struktur aus verschiedenen Positionen und die akustischen Module mit den Empfängerelementen "betrachten" diese Strukturen dann wie aus einem "Sichtfenster".

Es ist dem Anwender auch freigestellt, wie viele akustische Module mit Sendeelementen und wie viele akustische Module mit Empfängerelementen in einem aktiven Strukturreader angeordnet werden. Für eine dreidimensionale Darstellung sind entweder zwei akustische Module mit drei Sende-Empfangs-Zyklen in drei verschiedenen Anordnungen der akustischen Module, die nicht kolinear zueinander sind, oder drei akustische Module mit zwei Sende-Empfangs-Zyklen in zwei verschiedenen Anordnungen der akustischen Module, die nicht kolinear zueinander sind, erforderlich. Bei drei akustischen Modulen kann die neue Position auch durch eine Umschaltung der Sendeelemente und Empfängerelemente erzeugt werden. Um eine dreidimensionale Darstellung in Echtzeit zu erhalten, sind mindestens ein Sender und drei Empfänger oder drei Sender und ein Empfänger erforderlich.

Da für die Erfassung der Informationen über die Struktur, die Lage der Sende- und Empfängerelemente eine ausschlaggebende Bedeutung besitzt, hat sich als vorteilhaft erwiesen, die akustischen Module in einer Sensoreinheit so zueinander anzuordnen, dass sie auf einer gedachten sphärischen Oberfläche liegen, die so um die unbekannte Struktur angeordnet wird, dass die unbekannte Struktur etwa im Zentrum der gedachten Sphäre liegt. Bei dieser Anordnung der akustischen Module wird die Triangulation besonders einfach und eine Darstellung in Polarkoordinaten besonders günstig. Es kann aber auch jede andere Form der Anordnung der akustischen Module gewählt werden, solange die Positionen der akustischen Module zueinander bekannt sind. Sind weniger als vier akustische Module vorhanden, müssen die Positionen der akustischen Module mit zwei aufeinander folgenden Sende-Empfangs-Zyklen zueinander geändert werden. Es dürfen dabei keine kolineare Positionen der akustischen Module gewählt werden, damit die Informationen für alle drei Dimensionen erfaßt werden können. Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn wie bereits beschrieben wurde, je nach Anordnung der Sende- und/oder Empfangselemente auf dem akustischen Modulen eine Umschaltung der aktiven Elemente erfolgt. Wird nur eine zweidimensionale Darstellung gewünscht, kann diese bei Einsatz von drei Modulen mit einem Sende-Empfangs-Zyklus erzeugt werden.

Für medizinische Untersuchungen könnte z. B. ein kugelförmiges Gebilde hergestellt werden, an dem sich eine Mehrzahl von akustischen Modulen befindet, die in das Zentrum des kugelförmigen Gebildes gerichtet sind, in dem sich das zu untersuchende Organ oder die unbekannte Struktur befindet. Dieses kugelförmige Gebilde kann dann z. B. zur Erfassung von Strukturen mit einem Kontaktmittel an die weibliche Brust gelegt werden.

Zur Untersuchung der Prostata kann z. B. ein spezieller "Sattel" konstruiert werden, oder es wird ein Teil eines "Zylinders" gebildet, der an den Körper angelegt wird, um die Niere die Leber oder das Herz zu untersuchen. Diese aktiven Strukturreader können je nach Größe der Patienten in verschiedenen Größen vorliegen. Wie aus der bisherigen Ultraschallpraxis bekannt ist, sind Kontaktmittel zwischen den akustischen Modulen und dem Medium, z. B. dem menschlichen Körper erforderlich. Zur medizinischen Untersuchung kann z. B. die weibliche Brust in einen Behälter mit Wasser gehalten werden, in dem das kugelförmige Gebilde, die Sensoreinheit, mit den akustischen Modulen angeordnet ist. Diese Untersuchungsmethode besitzt den weiteren Vorteil, dass die Brust infolge des Auftriebs schwerelos ist und damit keinen Verformungen unterliegt. Das Bild der Brust kann so wesentlich aussagekräftiger sein, als die Darstellungen aus den bisher bekannten Methoden der Ultraschalluntersuchung, bei der die Brust auf dem Brustkorb aufliegt.

Die Einsatzbreite des aktiven Strukturreaders kann wesentlich erweitert werden, wenn mindestens ein akustisches Modul der Sensoreinheit manuell in die vorgegebene Position der einzelnen akustischen Module zueinander eingesetzt werden kann. Bei dieser Anordnung kann z. B. bei einer medizinischen Untersuchung einer unbekannten Struktur in einem menschlichen oder tierischen Körper ein akustisches Modul endoskopisch oder laparoskopisch an die Struktur herangebracht werden und die anderen akustischen Module können dann entweder in einer festgelegten Position zueinander in einer bestimmten Lage zu diesem akustischen Modul gebracht werden. Es ist aber auch denkbar, dass die akustischen Module einzeln außerhalb oder innerhalb des Körpers angeordnet werden. Der erste Schritt des Verfahrens besteht dann darin, die Positionen der einzelnen akustischen Module zueinander zu erfassen und für die Berechnung der Koordinaten in den nachfolgenden Computer einzugeben, damit eine fehlerfreie Korrelation und Triangulation durchgeführt werden kann. Dazu kann ein spezieller Positionsgeber vorgesehen werden und ein spezieller Speicherbereich für die Koordinaten der akustischen Module im Computer vorhanden sein. Die akustischen Module können dann an den günstigsten Stellen in bezug zu den zu untersuchenden Strukturen im Medium angebracht werden. Wichtig ist dabei immer, dass sich die Beschallungsgebiete und die Empfangsvolumen der Empfängerelemente im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig überlappen.

Es ist dem Anwender vorbehalten, ob er das manuell einsetzbare akustische Modul als einzigen Sender oder als einzigen Empfänger, als einen Sender von weiteren Sendern, als ein Empfänger von weiteren Empfängern oder nacheinander in unterschiedlicher Schaltung schaltet, um die günstigste Art der Darstellung der Struktur zu ermitteln.

Werden auf den akustischen Modulen z. B. Piezoelemente eingesetzt, die in den einzelnen Erfassungszyklen umgeschaltet werden sollen, kann eine Begrenzung der Länge der Sendesignale notwendig sein.

Mit diesem aktiven Strukturreader werden den unterschiedlichsten Forschungsgebieten ein universell einsetzbares Instrument zur Untersuchung unbekannter Strukturen, die in einem im weitesten Sinne unzugänglichem Medium eingebettet sind, in die Hand gegeben. Für die medizinische Untersuchung von Organen, Tumoren, der Bewegung von Föten, Herzklappen und zur Sichtbarmachung der unterschiedlichen Organe ist ein aktiver Strukturreader geschaffen worden, der es nicht nur möglich macht, klare Bilder mit einer hohen Auflösung zu liefern, sondern diese Bilder sind auch in Echtzeit darstellbar, was insbesondere für den Kardiologen von großer Bedeutung ist.

Eine besondere Bedeutung erhält dieser aktive Strukturreader dadurch, dass die Auflösung unabhängig von der Frequenz des Sendesignals ist. Bei Anwendungen in der Medizin besteht dadurch der Vorteil, dass die Frequenz und die Energie des Sendesignals herabgesetzt werden können, denn eventuelle Spätfolgen der bisher eingesetzten Untersuchungsmethoden mit Ultraschall um 13 MHz sind bisher noch nicht bekannt.

Ist keine Echtzeitdarstellung erforderlich, weil es sich z. B. um eine festliegende unbewegliche Struktur handelt, kann die Sensoreinheit auch in einer Minimalanordnung mit z. B. zwei oder drei akustischen Modulen eingesetzt werden, deren Positionen zueinander geändert werden, um den vollständigen Informationsgehalt der Strukturen zu erfassen.

Die Erfindung soll anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den einzelnen Zeichnungen bedeuten gleiche Bezugszahlen gleiche oder ähnliche Teile.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein akustisches Modul mit Sende- oder Empfängerelementen auf einer sphärischen Oberfläche;

Fig. 5 wabenförmige Sende- und/oder Empfängerelemente auf einem akustischen Modul;

Fig. 6 ovale Sende- und/oder Empfängerelemente auf einem akustischen Modul;

Fig. 7 ein akustisches Modul mit einer zylindrischen Oberfläche;

Fig. 8A und 8B akustische Modul 2 mit in Form und Größe unterschiedlichen Sende- und/oder Empfängerelementen:

Fig. 9 einen halbkugelförmigen Strukturreader;

Fig. 10 einen sattelförmigen Strukturreader; und

Fig. 11 eine Untersuchungseinrichtung mit einem Strukturreader entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Der aktive Strukturreader 8 zum Erfassen von Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen 6 im 3D-Modus besteht aus zwei akustischen Modulen 1, von denen das eine akustische Modul 1 eine Vielzahl von Sendeelementen 2 enthält, die einen zusammenhängenden Beschallungsraum 3 bilden, und das andere akustische Modul 1 eine Vielzahl von Empfängerelementen 4 enthält, die einen zusammenhängenden Empfangsraum 5 bilden. Die akustischen Module 1 sind verschiebbar in mindestens drei bekannte nicht kolinear zueinander liegende Positionen in einem Strukturreader 8 angeordnet. Der Beschallungsraum 3 des einen akustischen Moduls 1 und der Empfangsraum 5 der Empfängerelemente 4 des anderen akustischen Moduls 1 überlappen sich im Bereich einer zwischen den akustischen Modulen 1 liegenden unbekannten Struktur 6 in allen Positionen A-A, B-B, und C-C der akustischen Module 1 möglichst vollständig. In jeder Position A-A, B-B, und C-C der akustischen Module 1 zueinander wird ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion ausgelöst und die von dem Sendesignal im Medium verursachten Signale werden von den Empfängerelementen 4 erfaßt. Der Sende-Empfangs-Zyklus ist abgeschlossen, bevor die Positionen A-A bzw. B-B verändert werden.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der aktive Strukturreader 8 zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen 6 im 3D-Modus entsprechend diesem Ausführungsbeispiel besitzt drei akustische Module 1, von denen ein akustisches Modul 1 eine Vielzahl von Sendeelementen 2 enthält, die einen zusammenhängenden Beschallungsraum 3 bilden, und die anderen akustischen Module mit einer Vielzahl von Empfängerelementen 4, die einen zusammenhängenden Empfangsraum 5 bilden, ausgerüstet sind. Die akustischen Module 1 sind im Strukturreader 8 verschiebbar in mindestens zwei bekannte nicht kolinear zueinander liegenden Positionen A-A-A und B- B-B angeordnet. Die Beschallungsräume 3 der einen akustischen Module 1 und die Empfangsräume 5 der anderen akustischen Module 1 überlappen sich im Bereich der unbekannten Struktur 6 in beiden Positionen A-A-A und B-B-B der akustischen Module 1 vollständig und in jeder Position A-A-A und B-B-B der akustischen Module 1 wird ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion ausgelöst. Die von dem Sendesignal im Medium verursachten Signale werden von den Empfängerelementen 5 erfaßt. Um eine eindeutige Zuordnung der Sendesignale und der Empfangssignale zu erhalten, ist der Sende-Empfangs-Zyklus der Sendesignale kürzer, als der Zyklus zum Positionswechsel der akustischen Module 1.

In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines aktiven Strukturreaders 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der aktive Strukturreader 8 zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen 6 im 3D-Modus entsprechend diesem Ausführungsbeispiel besteht aus fünf akustischen Modulen 1, von denen in diesem Fall zwei akustische Module 1 eine Vielzahl von Sendeelementen 2 enthalten, die einen zusammenhängenden Beschallungsraum 3 bilden, und die anderen akustischen Module 1 sind mit einer Vielzahl von Empfängerelementen 4, die einen zusammenhängenden Empfangsraum 5 bilden, ausgerüstet. Die akustischen Module 1 sind in einer bekannten Position zueinander in einem Strukturreader 8 angeordnet. Die Beschallungsräume 3 der einen akustischen Module 1 und die Empfangsräume 5 der anderen akustischen Module 1 überlappen sich im Bereich der unbekannten Struktur 6 vollständig. In diesem Fall ist die Struktur 6 kleiner als die Überlappung 7 der Beschallungsräume 3 und Empfangsräume 5. Die Sendeelemente 2 senden ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion in das Medium aus und die von den Strukturen 6 im Medium verursachten Signale werden von den Empfängerelementen 4 erfaßt. Die Sendeelemente 2 mindestens eines akustischen Moduls 1 sind in Empfängerelemente 4 und die Empfängerelemente 4 mindestens eines akustischen Moduls 1 sind in Sendeelemente 2 umschaltbar. Der Sende-Empfangs-Zyklus für die Sendesignale ist kürzer als der Umschaltzyklus der akustischen Module 1. Der Sende-Empfangszyklus muß vor dem Umschalten beendet sein, um eine eindeutige Erkennung der Struktur 6 im Medium zu erreichen.

Weitere Ausführungsbeispiele des aktiven Strukturreaders 8 zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen 6 im 3D-Modus können aus mindestens vier akustischen Modulen 1 bestehen. Für die akustischen Module 1 ist dabei mindestens ein akustisches Modul 1 mit einer Vielzahl von Sendeelementen 2, die jeweils einen zusammenhängenden Beschallungsraum 3 bilden, oder mit einer Vielzahl von Empfangselementen 4 ausgerüstet, die jeweils einen zusammenhängenden Empfangsraum 5 bilden. Mit einem einzigen Sende-Empfangs-Zyklus der akustischen Module 1 in den bekannten Positionen zueinander wird der gesamte Informationsumfang einer dreidimensionalen Darstellung in Echtzeit erfaßt. Das akustische Modul 1 mit den Sendeelementen 2 sendet dabei ein Sendesignal mit einer beliebigen Modulationsfunktion aus und die Signale, die dadurch an Strukturen 6 im Medium verursacht werden, werden von den akustischen Modulen 1 aus den "beschallten" Richtungen, die den Empfangsräumen 5 entsprechen, erfaßt.

Fig. 4 zeigt ein akustisches Modul 1 mit Sende- oder Empfängerelementen 2, 4 auf einer sphärischen Oberfläche. Mit dieser Anordnung ist eine einfache Lösung für die Bildung eines zusammenhängenden Beschallungsraumes 3 bzw. eines zusammenhängenden Empfangsraumes 5 gegeben. Das akustische Modul 1 kann sehr klein ausgeführt werden und dadurch einfach endoskopisch oder laparoskopisch in den Körper bis an das zu untersuchende Organ, z. B. die Prostata oder die Bauchspeicheldrüse, heran geführt werden.

In Fig. 5 ist ein akustisches Modul 1 mit wabenförmigen Sende- und/oder Empfängerelemente 2, 4 dargestellt. Diese können auf der sphärischen Oberfläche der akustischen Module 1 eng aneinander gelegt werden. Dadurch wird ein weitestgehend konstanter Beschallungsraum 3 bzw. Empfangsraum 5 erzeugt.

In Fig. 6 sind auf einem akustischen Modul 1 ovale Sende- bzw. Empfängerelemente 2, 4 angeordnet. Fig. 7 zeigt ein akustisches Modul 1 mit einer zylindrischen Oberfläche. Auf dieser zylindrischen Oberfläche sind runde Sende- bzw. Empfängerelemente 2, 4 angeordnet.

Die Fig. 8A und 8B zeigen akustische Module 1 Sende- und/oder Empfängerelementen 2, 4, die unterschiedliche Formen und Größen besitzen. Fig. 8A zeigt ein akustisches Modul 1, auf dem die Sende- und/oder Empfängerelemente 2, 4 unterschiedliche Formen und Größen besitzen. In Fig. 8B besitzt das akustische Modul 1 runde Sende- und/oder Empfängerelemente von unterschiedlicher Größe. Mit diesen Anordnungen ist es möglich z. B. von einem Organ eine mittlere Auflösung und von bestimmten Bereichen des Organs eine größere Auflösung zu erhalten. Da die Formen und Größe der aktiven Elemente im wesentlichen die Auflösung bestimmen, werden diese akustischen Module 1 entsprechend dem jeweiligen Anwendungsgebiet hergestellt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen zwei Ausführungsbeispiele für Strukturreader 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung, bei dem die akustischen Module 1 jeweils auf einer gedachten sphärischen Oberfläche in bestimmtem bekannten Positionen zueinander liegen. In diesem Ausführungsbeispiel könnte es sich um einen Behälter handeln, der mit einem Kontaktmittel gefüllt ist und in den die weibliche Brust hineingehalten wird. Dabei ergibt sich vor allem der Vorteil, dass durch die Auftriebswirkung der Flüssigkeit die Brust schwerelos wird und damit keiner Verformung unterliegt. Die so entstehenden dreidimensionalen Abbildungen, die außerdem in einer rauscharmen Qualität vorliegen, lassen wesentlich bessere Rückschlüsse auf die einzelnen Strukturen zu als bisher bekannte Aufnahmeverfahren.

Fig. 10 zeigt einen sattelförmigen Strukturreader 8, der insbesondere zur Untersuchung der Prostata einsetzbar ist. Der "Sattel" wird dazu zwischen die Beine des Patienten gelegt, so dass die akustischen Module 1 zwischen Anus und Hoden angeordnet sind. Diese akustischen Module 1 können dabei ausschließlich mit Empfängerelementen 4 besetzt sein, was jedoch keine Bedingung ist. Ein einzelnes akustisches Modul 1 mit z. B. nur Sendeelementen 2 kann in einer bekannten Position auf dem Unterbauch angeordnet werden oder auf Grund der geringen Größe der akustischen Module 1 laparoskopisch direkt an der Prostata. Damit ergibt sich ein wesentlicher Vorteil des Strukturreaders 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung gegenüber den bisher mit herkömmlichen Anordnungen zur Untersuchung der Prostata.

Fig. 11 zeigt schematisch eine vollständige Untersuchungsanordnung, in der der Strukturreader 8 entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Der Strukturreader 8 besteht in diesem Fall aus einem akustischen Modul 1 mit Sendeelementen 2 und vier akustischen Modulen 1 mit Empfängerelementen 4 (links im Bild). Die empfangenen Signale, die als Reaktion des Sendesignals an den Strukturen entstehen, werden von den Empfängerelementen 4 empfangen und einer Verarbeitungseinrichtung 9 zugeführt. Hier werden die Sende- und Empfangssignale korreliert und durch Triangulation die Koordinaten der Strukturen 6 ermittelt. Auf dem Display 10 werden die einzelnen Strukturen 6 dargestellt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

akustisches Modul

2

Sendeelement

3

Beschallungsraum

4

Empfängerelement

5

Empfangsraum

6

Struktur

7

Überlappung von Beschallungsraum und Empfangsraum

8

Strukturreader

9

Verarbeitungseinheit

10

Display

Claims

1. Aktiver Strukturreader zum Erfassen von Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass zwei akustische Module vorhanden sind, von denen ein akustisches Modul eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und das andere akustische Modul eine Vielzahl von Empfängerelementen mit einem zusammen hängenden Empfangsraum besitzt, dass die akustischen Module verschiebbar in mindestens drei nicht kolinear liegende zueinander bekannte Positionen in einer Sensoreinheit angeordnet sind, dass sich der Beschallungsraum des einen akustischen Moduls und der Empfangsraum des anderen akustischen Moduls im Bereich einer zwischen den akustischen Modulen liegenden unbekannten Struktur in allen Positionen der akustischen Module möglichst vollständig überlappen, und dass in jeder Position der akustischen Module zueinander zwischen den akustischen Modulen ein Sende- Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion auslösbar ist, wobei der Sende-Empfangs-Zyklus der Sendesignale kürzer ist, als der Zyklus zum Positionswechsel der akustischen Module.

2. Aktiver Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass drei akustische Module vorhanden sind, von denen mindestens ein und höchstens zwei akustische Module eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und das/die andere(n) akustische(n) Modul(e) eine Vielzahl von Empfängerelementen mit jeweils einem zusammenhängenden Empfangsraum besitzen, dass die akustischen Module verschiebbar zwischen mindestens zwei nicht kolinear liegenden zueinander bekannte Positionen in einer Sensoreinheit angeordnet sind, dass sich die Beschallungsräume der einen akustischen Module und die Empfangsräume der anderen akustischen Module im Bereich der unbekannten Struktur in beiden Positionen der akustischen Module möglichst vollständig überlappen und dass in jeder Position der akustischen Module zueinander zwischen den akustischen Modulen ein Sende- Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion auslösbar ist, wobei der Sende-Empfangs-Zyklus der Sendesignale kürzer ist, als der Zyklus zum Positionswechsel der akustischen Module.

3. Aktiver Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass drei nicht kolinear liegende akustische Module vorhanden sind, von denen ein akustisches Modul eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und die anderen akustischen Module eine Vielzahl von Empfängerelementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum besitzen, dass die akustischen Module in bekannten Positionen zueinander in einer Sensoreinheit angeordnet sind, dass sich der Beschallungsraum des einen akustischen Moduls und die Empfangsräume der anderen akustischen Module im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig überlappen, dass zwischen den akustischen Modulen ein Sende-Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion auslösbar ist, und dass die Sendeelemente des einen akustischen Moduls in Empfängerelemente und die Empfängerelemente mindestens eines der anderen akustischen Module in Sendeelemente umschaltbar sind, wobei der Sende-Empfangs-Zyklus für die Sendesignale kürzer ist, als der Umschalt zyklus der aktiven Elemente der akustischen Module.

4. Aktiver Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass drei nicht kolinear liegende akustische Module vorhanden sind, von denen zwei akustische Module eine Vielzahl von Sendeelementen mit jeweils einem zusammenhängenden Beschallungsraum und das andere akustische Modul eine Vielzahl von Empfängerelementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum besitzen, dass sich die Beschallungsräume der beiden akustischen Module und der Empfangsraum des anderen akustischen Moduls im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig überlappen, dass zwischen den akustischen Modulen ein Sende-Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulationsfunktion auslösbar ist, und dass die Sendeelemente eines der akustischen Module in Empfängerelemente umschaltbar sind, wobei der Sende- Empfangs-Zyklus für die Sendesignale kürzer ist, als der Umschaltzyklus der aktiven Elemente der akustischen Module.

5. Aktiver Strukturreader zum Erfassen der Informationen über in einem Medium eingebettete Strukturen im 3D-Echtzeit-Modus, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier akustische Module vorhanden sind, von denen mindestens ein akustisches Modul eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum und mindestens drei akustische Module eine Vielzahl von Empfangselemente mit einem zusammenhängenden Empfangsraum besitzen oder mindestens ein akustisches Modul eine Vielzahl von Empfangselementen mit einem zusammenhängenden Empfangsraum und mindestens drei akustische Module eine Vielzahl von Sendeelementen mit einem zusammenhängenden Beschallungsraum besitzen, dass die akustischen Module in bekannten nicht kolinear liegende Positionen zueinander in einer Sensoreinheit angeordnet sind, dass sich die Beschallungsräume der Sendeelemente und die Empfangsräume der Empfängerelemente im Bereich der unbekannten Struktur möglichst vollständig überlappen und dass zwischen den akustischen Modulen ein Sende-Empfangs-Zyklus mit einer beliebigen Modulations funktion auslösbar ist.

6. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der akustischen Module eine gekrümmte Form besitzen, auf der die Sende- und/oder Empfängerelemente kreisförmig, zylinderförmig, elliptisch oder in einer anderen Form angeordnet sind.

7. Aktiver Strukturreader nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfängerelemente eine möglichst geringe aktive Fläche besitzen.

8. Aktiver Strukturreader nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfängerelemente eine beliebige Form besitzen.

9. Aktiver Strukturreader nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Flächen der Sende- und Empfängerelemente eine wabenförmige Form besitzen und auf dem akustischen Modul eng aneinander gelegt angeordnet sind.

10. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Module Sende- und/oder Empfängerelemente in unterschiedlicher Form, Größe und/oder Anzahl enthalten.

11. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und/oder Empfängerelemente so schaltbar sind, dass mehrere zusammenhängende Beschallungsräume oder Empfangsräume auf einem akustischen Modul vorhanden sind.

12. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Module in bekannten Positionen so miteinander mechanisch fest gekoppelt sind, dass sie auf einer gedachten sphärischen Oberfläche liegen, die so um die unbekannte Struktur angeordnet ist, dass die unbekannte Struktur etwa im Zentrum der gedachten Sphäre angeordnet ist.

13. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein akustisches Modul manuell in eine bestimmte Position der akustischen Module zueinander einsetzbar ist, und Positionsgeber und Speicher vorgesehen sind, die die Koordinaten der akustischen Module ermitteln und Speichern.

14. Aktiver Strukturreader nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das manuell einsetzbare akustische Modul als einziges akustisches Modul mit Sendeelementen oder einziges akustisches Modul mit Empfängerelementen ausgerüstet ist.

15. Aktiver Strukturreader nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle akustischen Module manuell in bestimmte Positionen zueinander einsetzbar sind, und Positionsgeber und Speicher vorgesehen sind, die die Koordinaten der akustischen Module ermitteln und Speichern.