DE2058628A1

DE2058628A1 - Ultraschallpruefgeraet

Info

Publication number: DE2058628A1
Application number: DE19702058628
Authority: DE
Inventors: Mcdicken William Norman
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-12-02
Filing date: 1970-11-28
Publication date: 1971-06-09
Also published as: JPS4913397B1; GB1326898A; US3688564A

Description

Dipl. ing. B. HOLZEB « ο α υ β- η n υ η G

SKTt - HTKASSB 14

₁ 8.13 74

Nol96

Augsburg, den 25. November 1970

National Research Development Corporation, Kingsgate House, 66-74 Victoria Street, London, S.W.l, England

Ultraschallprüfgerät

Die Erfindung betrifft Ultraschallprüfgeräte, mit einem Ultraschallprüflcopf zum Senden von Impulsschallenergie und zum Empfangen von deren Reflexionen jeweils auf einem bestimmten Schallstrahlweg durch einen Prüfling hindurch.

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Derartige Geräte sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen, von welchen zwei oft mit "A-BiId¹¹- bzw«, "B-Bild"-Gerät bezeichnet werden, bekannt. Das erfindungsgemäße Gerät wird vorzugsweise in der medizinischen Diagnostik verwendet.

Bei einem A-Bildgerät wird, kurz gesagt, ein mit Bezug auf eine zu untersuchende Person bzw, einen Prüfling stationär angeordneter Ultraschallprüfkopf verwendet, welcher bei Anwendung des Impuls-Echo-Verfahrens bei der Untersuchung von Geweberändern und anderen Grenzflächen bzw, Reflexionsflächen, welche sich längs der Achse eines von dem Prüfkopf ausgesandten Schallstrahles befinden, normalerweise mittels einer Kathodenstrahlbildrohre Daten liefert. Bei B-Bild-Geräten wird zwar das gleiche Verfahren angewendet, jedoch ist bei diesen ein Verschieben des Prüfkopfes und eine entsprechende, auf dessen Bewegung bezogene Bewegung der Sichtanzeige erforderlich, wodurch eine auf fotografischem Wege gespeicherte bzw, auf gleichwertige Weise erzielte Aufzeichnung erzeugt werden kann, welche ein zweidimensionales "Bild" liefert, das anschließend untersucht wird«. Der Ausdruck "B-Bild"-Gerät schließt eine Vielzahl von Geräten ein, bei welchen der Prüfkopf auf verschiedenerlei Art verschoben wird. Die Art der Verschiebung des Prüfkopfes sowie andere Merkmale derartiger Geräte sind aus dem Aufsatz "Visualisation of Soft Tissues in Two and Three Dimensions - Limitations and Developments",

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T.G. Brown, Ultrasonic, April I967, Seiten 118-123, bekannt«

B-Bild-Geräte sind beträchtlich komplexer aufgebaut und erheblich teuerer als A-Bild-Geräte, da die erstgenannten komplizierte elektronische Schaltungen für das Verschieben des Bildschirmes in bestimmtem Verhältnis zu dem Prüfkopf aufweisen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Ultraschallprüfgerät zu schaffen, welches zwar die Vorteile der B-Bild-Abtastung, nicht aber den komplizierten und teuren Aufbau bekannter Geräte aufweist.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung ein Ultraschallprüfgerät, mit einem Ultraschallprüfkopf zum Senden von Impulsschallenergie und zum Empfangen von deren Reflexionen jeweils auf einem bestimmten Schallstrahlweg durch einen Prüfling hindurch, welches gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche in Abhängigkeit von den Ausgangsimpulsen des Prüfkopfes intensitätsmodulierte elektrische Signale erzeugt, deren aufeinanderfolgende Komponenten die Reflexionseigenschaften des Prüflings längs des Schallstrahlweges angeben, weiter durch eine biegsame, aus langgestreck-

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ten Teilen gebildete Einrichtung, deren beide Enden von eine bestimmte Anordnung zueinander aufweisenden Baugruppen gebildet sind, von welchen mindestens eine Baugruppe auf einer geraden Linie angeordnet ist, während die andere Baugruppe auf die entlang derselben aufeinanderfolgenden Signalkomponenten anspricht und jeweils diesen Signalkomponenten entsprechende Lichtsignalkomponenten längs der einen Baugruppe erzeugt, ferner durch eine Kamera, weiterhin durch ein lichtundurchlässiges Gehäuse, welches die Kamera und die zu der anderen Baugruppe quer verlaufend angeordnete eine Baugruppe beherbergt, und schließlich durch eine übertragungsvorrichtung, welche den Prüfkopf mit der einen Baugruppe verbindet und eine bestimmte Lagebeziehung zwischen dieser einen Baugruppe und dem Schallstrahlweg aufrechterhält, wenn der Prüfkopf zwecks Änderung des Schallstrahlweges verschoben wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Ultraschallprüfgerätes nach der Erfindung erzeugt die Datenverarbeitungseinrichtung längs einer festgelegten Linie einer Kathodenstrahlildröhre eine intensitätsmodulierte Leuchtspur. Die biegsame Einrichtung ist in diesem Falle als Faseroptik ausgeführt, wobei das eine Ende der Einrichtung

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der festgelegten Leuchtspurlinie überlagert ist und die

Leuchtspur zum anderen Ende der Einrichtung hin überträgt,

welches mittels der übertragungsvorrichtung zusammen mit dem Prüfkopf verschiebbar ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes erzeugt die Datenverarbeitungseinrichtung längs einer Reihe von Klemmen, welche den Schallstrahlweg versinnbildlichen, intensitätsmodulierte Signalkomponenten_e Die biegsame Einrichtung ist in diesem Falle von elektrischen Leitern gebildet, deren eines Ende jeweils mit den Klemmen und deren anderes Ende jeweils mit Fotodioden oder diesen gleichwertigen Bauelementen, welche Lichtsignale erzeugen, verbunden sind.

Es zeigt sich, daß bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes die Datenve'rarbeit ungs einrichtung zwar grundsätzlich wie bei einem A-Bild-Gerät aufgebaut ist, daß jedoch die Kamera über eine biegsame Einrichtung mit einer B-Bild-Sichtanzeigeeinrichtung verbunden ist.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

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Pig. 1 schematisch ein Gerät nach der

Erfindung, welches mit einer Faseroptik versehen ist, und

Fig. 2 ebenfalls schematisch ein Gerät

nach der Erfindung, welches mit Fotodioden versehen ist.

In Fig. 1 ist ein Prüfkopf 1 über Leitungen 2 mit einer in herkömmlicher Weise aufgebauten "A-Bild"-Einheit 3 verbunden, welche eine Kathodenstrahlbildröhre 4 aufweist. Tatsächlich ist es bei einer A-Bildeinheit üblich eine Kathodenstrahlbildröhre mit X-Ablenkung zur Darstellung des von dem angeschlossenen Prüfkopf 1 ausgehenden Schallstrahlweges vorzusehen, während der Y-Ablenkung die verstärkten Echosignale zugeführt werden, welche die Reflexionseigenschaften des Prüflings bzw. der untersuchten Person längs des Schallstrahlweges darstellen. Im vorliegenden Fall ist jedoch die Bildeinheit derart abgewandelt, daß die verstärkten Echosignale statt den Y-Ablenkplatten der Kathode der Bildröhre 4 zugeführt werden, so daß eine intensitätsmodulierte, geradlinige Leuchtspuranzeige auf dem Bildschirm erzeugt wird. Außerdem sollen die Y-Ablenkplatten der Röhre miteinander verbunden sein, damit Streusignale vermieden wer-

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den, welche von einer der Platten allein aufgenommen werden und den Elektronenstrahl der Röhre beeinflussen. Diese Abwandlungen des Aufbaus sind jedoch geringfügig und offenkundig und können beispielsweise durch Umschalten zwecks Auswahl entweder der einen oder der anderen Anzeigeart erreicht werden»

Beide Enden einer Paseroptikeinrichtung 5 sind jeweils in einer registerartigen Anordnung zusammengefügt und werden jeweils durch Klemmbefestigungen bzw« in anderer geeigneter Weise jeweils in Form von geradlinigen Baugruppen zusammengehalten. Eine der Baugruppen 6 ist längs der Leucht spur der Bildröhre gehaltert und überträgt diese Leuchtspur zur anderen Baugruppe 6 hin. Die andere Baugruppe ist innerhalb eines lichtundurchlässigen Gehäuses 7 gegenüber einer Kamera 8 angeordnet.

Eine mechanische übertragungsvorrichtung 9 verbindet den Prüfkopf 1 mit der anderen Baugruppe 6, so daß der Prüfkopf 1 und die andere Baugruppe 6 synchron bewegbar sind. Insbesondere gestattet diese übertragungsvorrichtung eine Rotations- und Translationsbewegung der anderen Baugruppe 6 in einer zur Bildebene der Kamera parallelen Ebene, wobei die Achse der Rotationsbewegung durch den

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Kristall des Prüfkopfes und durch den Nullpunkt der anderen Baugruppe 6 hindurch verläuft. Für diesen Zweck weist die übertragungsvorrichtung einen gekröpften Stab 10 auf, welcher den Prüfkopf 1 und die andere Baugruppe 6 miteinander verbindet _o Der Stab 10 ist in einem Ringlager 11 drehbar gelagerte Das Ringlager ist zwischen zwei horizontalen, zueinander parallelen Führungsschienen 12 verschiebbar gehaltert, welch letztere wiederum zwischen zwei vertikalen, zueinander parallelen Führungsschienen 13 verschiebbar gehaltert sind» Die vertikalen Führungsschienen sind aneinander gegenüberliegenden Seiten einer in einer Seitenwand des Gehäuses 7 gebildeten öffnung 14 befestigt, während die horizontalen Führungsschienen diese öffnung überspannen. Die Öffnung 14 ist mittels einer biegsamen Manschette 15, welche aus Gewebe gebildet sein kann, überdeckt,, Die Manschette 15 überdeckt den Bereich zwischen dem Rand der öffnung 14 und dem Ringlager 11 und schließt das Gehäuse lichtdicht ab. Die Kamera 8 ist gesondert·in einer öffnung 16 gehaltert, welche gegenüber der öffnung 14 angeordnet ist.

Es zeigt sich, daß eine Leuchtspur auf der Bildröhre durch die Einrichtung 5 zu der anderen Baugruppe 6 hin übertragen und der Kamera dargeboten wird, während dabei ein Verschieben der anderen Baugruppe synchron mit dem Prüfkopf zulässig

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und somit eine B-Bild-Darstellung möglich ist. Es ist bemerkenswert, daß sowohl die A-Bildeinheit wie auch die Kamera stationär angeordnet sind und daß die Kamera in herkömmlicher Weise aufgebaut sein kann.

In der Praxis besteht die Einrichtung 5 aus Faserbündeln und es ist nicht notwendig, daß die einzelnen Pasern eines Bündels jeweils an ihren Enden in bezug aufeinander eine festgelegte Anordnung aufweisen, wenn die Bündel eine in bestimmter Weise festgelegte registerartige Anordnung zueinander aufweisen. Die Auswirkung von Lichtverlusten innerhalb des optischen Systems kann durch Arbeiten mit großer Helligkeit verringert werden. Das wird üblicherweise dadurch erreicht, daß das Gerät mit einer hohen Impulsfolgefrequenz betrieben wird. Eine Frequenz von 1000 Impulse/s ist für diesen Zweck geeignet. Die Fasern der Einrichtung werden derart ausgewählt, daß sie nur dasjenige Licht übertragen, welches sie innerhalb eines kleinen Winkels, etwa bis 15°, in bezug auf ihre Längsachsen empfangen. Eine Lichtaufnahme innerhalb größerer Winkel verringert das Linearauflösungsvermögen des optischen Systems, welches jedoch durch geeignete Wahl der Fasern so niedrig wie 3 mm bzw, 4 mm sein kann. Eine gewisse Verringerung ergibt sich in jedem Falle durch die Dicke der Glasschicht der Kathodenstrahlbildröhre. Diese Verringerung kann ebenfalls

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kompensiert werden, indem eine Linse zur Projektion der Leuchtspur des Bildschirmes auf die diesem benachbarte Baugruppe bzw. Einrichtung verwendet wird. Das ist normalerweise jedoch nicht nötig, da die Linearauflösung leicht gleich bzw, besser als das seitliche Auflösungsvermögen gemacht werden kann, welches durch die Ultraschallstrahlbreite bestimmt ist,

^ Andererseits sollte wegen der großen Helligkeit die

Leuchtspur auf dem Bildschirm nicht unzulässig lange andauern. Das stellt keine Schwierigkeit dar, da bei Bildröhren von A-Bildeinheiten üblicherweise blauer bzw« grüner Phosphor verwendet wird, welcher eine Nachleuchtdauer in der Größenordnung von Millisekunden und Mikrosekunden hat_e

Die optische Einrichtung 5 kann derart ausgelegt sein, daß sie entweder eine Verstärkung oder eine Schwächung der ^ Bildschirmleuchtspur bewirkt.

Eine in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallprüfgerätes gleicht in vieler Hinsicht der in Pig, 1 dargestellten Ausführungsform, was auch aus der Verwendung gleicher Bezugszahlen ersichtlich ist.

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Einer der Unterschiede besteht in diesem Falle darin, daß die A-Bildeinheit 3a aufeinanderfolgende intensitätsmodulierte Signalkomponenten liefert, welche bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung der Kathode der Bildröhre A, hier jedoch einer Folge von Klemmen 4a zugeführt werdenβ

Eine aus elektrischen Leitern, deren Enden zu gegenseitig festgelegten Baugruppenanordnungen zusammengefügt sind, gebildete Einrichtung 5a ist im Bereich einer dieser Baugruppen mit den Klemmen 4a verbunden, während die andere Baugruppe mit Fotodioden 17 verbunden ist, wobei das Verhältnis Anzahl der Fotodioden zu Anzahl der Leiter in der Einrichtung 1:1 beträgt. Statt der Fotodioden könnte auch ein Elektrolumineszenzstreifen verwendet werden, über dessen gesamte Länge ein Leiter angeordnet ist, welcher mit den Leitern der Einrichtung nach Art einer Auswahlmatrix zusammenwirkt.

Es ergibt sich jedenfalls, daß die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung funktionell gleich der in Fig«, 1 dargestellten Aus führung s form ist. Beide Ausführungsformen erbringen den Vorteil einer B-Bild-Darstellung unter Verwendung von Einrichtungen 5 bzw. 5a und der mechanischen Verstellung derselben in einer Weise, welche einfacher

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und billiger ist als die bekannte Art der Verstellung mittels elektronischer Einrichtungen. Die niedrigen Kosten der einfachen mechanischen Betätigungs- bzw. Verstelleinrichtung können einen Verlust an Freiheitsgraden der möglichen Abtastarten bedeuten» Die oben beschriebene mechanische übertragungsvorrichtung erlaubt jedoch ein Abtasten in Längs- und Querrichtung durch entsprechende Relativverschiebung zwischen dem Prüfling bzw₀ der zu untersuchenden Person und dem Prüfgerät» Die Längs- und Querrichtungen sind die wichtigsten Abtastrichtungen für medizinische Zwecke» Darüberhinaus gestattet die Drehmöglichkeit ein Schwingen des Prüfkopfes, während welchem die Prüfkopfspitze mit dem Prüfling bzw» der zu untersuchenden Person in Berührung bleibt«.

Selbstverständlich können auch andere Arten der Übertragung verwendet werden, so daß sich andere Abtastbewegungen und Kombinationen davon ergeben. Außerdem ist klar, daß andere Arten des Aufbaus der übertragungsvorrichtung ™ verwendet werden können, beispielsweise können magnetische bzw, andere Verschiebeanordnungen verwendet werden, welche ein Verschieben der übertragungsvorrichtung relativ zu dem lichtundurchlässigen Gehäuse gestatten; weiterhin kann auch eine Servokupplung oder dergl, innerhalb der übertragungsvorrichtung verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche;

"pi Ultraschallprüfgerät mit einem Ultraschallprüfkopf zum Senden von Impulsschallenergie und zum Empfangen von deren Reflexionen jeweils auf einem bestimmten Schallstrahlweg durch einen Prüfling hindurch, gekennzeichnet durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (3)* welche in Abhängigkeit von den Ausgangsimpulsen des Prüfkopfes (1) intensität smodulierte elektrische Signale erzeugt, deren aufeinanderfolgende Komponenten die Reflexionseigenschaften des Prüflings längs des Schallstrahlweges angeben, weiter durch eine biegsame, aus langgestreckten Teilen gebildete Einrichtung (5), deren beide Enden von, eine bestimmte Anordnung zueinander aufweisenden Baugruppen (6) gebildet sind, von welchen mindestens eine Baugruppe auf einer geraden Linie angeordnet ist, während die andere Baugruppe auf die entlang derselben aufeinanderfolgenden Signalkomponenten anspricht¹ land jeweils diesen Signalkomponenten entsprechende Lichtsignalkomponenten längs der einen Baugruppe erzeugt, ferner durch eine Kamera (8), weiterhin durch ein lichtundurchlässiges Gehäuse (7), welches die Kamera und die zu der anderen Baugruppe querverlaufend angeordnete eine Baugruppe beherbergt, und schließlich durch eine über-

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ft

tragungsvorrichtung (9), welche den Prüfkopf mit der einen Baugruppe verbindet und eine bestimmte Lagebeziehung zwischen dieser einen Baugruppe und dem Schallstrahlweg aufrechterhält, wenn der Prüfkopf zwecks Änderung des Schallstrahlweges verschoben wird,

2, Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinrichtung (3) eine elektrisches Licht erzeugende Einrichtung (4) aufweist, welche in Abhängigkeit von den elektrischen Signalen eine diesen entsprechende Leuchtspur längs eines bestimmten linearen Weges erzeugt, und daß die biegsame Einrichtung (5) eine Faseroptik aufweist, deren andere Baugruppe längs des linearen Weges angeordnet ist,

3, Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisches Licht erzeugende Einrichtung (4) eine Kathodenstrahlröhre aufweist,

4„ Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Einrichtung eine Vielzahl elektrischer Leiter (5a) aufweist, welche in der einen Baugruppe 6 mit einer elektrisches Licht erzeugenden Einrichtung (17) und in der anderen Baugruppe mit der Datenverarbeitungseinrichtung (3a)

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verbunden sind, so daß ein Ansprechen auf die aufeinanderfolgenden Komponenten möglich ist«

5, Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisches Licht erzeugende Einrichtung (17) eine Vielzahl von Fotodioden aufweist«,

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungsvorrichtung (9) ein langgestrecktes Teil (10), welches an seinen gegenüberliegenden Enden einerseits mit dem Prüfkopf (1) und andererseits mit der einen Baugruppe (6) verbunden ist, und eine Verschiebungen in zwei Koordinatenrichtungen zulassende Haltevorrichtung (13) aufweist, welche das langgestreckte Teil an einer zwischen seinen beiden Enden gelegenen Stelle trägt und eine Verschiebung der einen Baugruppe innerhalb einer zur Bildebene der Kamera (8) parallelen Ebene zuläßt,

7· Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Teil (10) innerhalb der Haltevorrichtung (13) derart gehaltert (12) ist, daß es um eine Achse drehbar ist, welche senkrecht zu der einen Baugruppe (6) durch ein Ende derselben und außerdem durch den Prüfkopf (1) hindurchverläuft.

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Le e rs e i t e