DE2502818A1

DE2502818A1 - Verfahren und vorrichtung zur impulsechoverarbeitung

Info

Publication number: DE2502818A1
Application number: DE19752502818
Authority: DE
Inventors: Irwin Beretsky; Bernard Lichtenstein
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1974-02-04
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1975-08-14
Also published as: NL7501010A; IT1027460B; SE7800264L; FR2260114A1; CH581838A5; GB1500931A; GB1500932A; SE405512B; CA1028767A; US3934458A; JPS50108782A; SE7500969L

Description

r.-ing. Wilhelm Reichel
Rhl

B FiankiöTi a. M. 1
Paiksiraße 13

8097

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA

Verfahren und Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit der bildlichen Darstellung von Impulsechos und ist insbesondere zur nicht invasiven biophysikalischen Diagnose mit akustischen Abfrageimpulsen geeignet.

Zur nicht invasiven biophysikalischen Diagnose stehen bereits verschiedenartige akustische Abfragegeräte zur Verfügung. Die vorhandenen Geräte haben jedoch im allgemeinen keine gute axiale Auflösung, da ihre Arbeitsweise auf einige Perioden des WandlerSchwingvorganges begrenzt ist, der von der Güte Q des Wandlers und der natürlichen Resonanzfrequenz des Wandlers abhängt. Die begrenzte axiale Auflösung ist auf die bekannte Tatsa-

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ehe zurückzuführen, daß zwei Grenzflächen, die beispielsweise einen Abstand S längs der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Energie haben, lediglich durch eine Impulshüllkurve oder einen Impuls mit einer Breite von T aufgelöst werden können, wenn S = CT/2, wobei C die Fortpflanzungsgesehwindigkeit der akustischen Energie in dem beschallten Material ist. Obwohl man bei den bekannten Geräten auf Kosten der Detektion eine höhere räumliche Auflösung durch Anheben des Detektionschwellwertpegels im Helligkeitsmodus erreichen kann, geht dies ausschließlich zu Lasten der Detektion von schwachen Echos, so daß die Bilder unvollständig sein können.

Viele der bekannten Geräte arbeiten mit Signalverlaufen oder Signalzügen aus verhältnismäßig unkontrollierten sinusförmigen Energieimpulsen beträchtlicher Breite, um eine Impulsechohüllkurve zu erzeugen, die für die Modulationswirkungen der akustischen Grenzflächen des abgefragten Materials repräsentativ ist. Diese Hüllkurve wird dann zur üblichen Z-Achsenmodulation einer Kathodenstrahlröhre oder eines ähnlichen Sichtgeräts verwendet. Bei einer solchen Hüllkurvendetektion handelt es sich bekanntlich um eine Signalverarbeitungstechnik, die den Rauschabstand auf Kosten einer Phasendetektion so groß wie möglich macht. Obwohl in den Impulsechosignalen, die von den bekannten Geräten dieser Art empfangen werden, Phaseninformation enthalten ist, die auf relativen Schallimpedanzverhältnissen an den akustischen Grenzflächen des abgefragten Materials beruht, geht diese Phaseninformation beim Vorgang der Hüllkurvendetektion verloren, wodurch die Lesbarkeit der Sichtdarstellung nachteilig beeinträchtigt wird. Da bei den bekannten Geräten der erläuterten Art eine Z-Achsenmodulation vorgenommen wird, die der Intensität des festgestellten, einen vorbestimmten Schwellwert überschreitenden Echohüllkurvenpegels pro-

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portional ist, tritt der Nachteil auf, daß die Echopegel nicht nur eine Funktion des Impedanzverhältnisses der interessierenden Materialgrenzfläche sind, sondern auch von der Dämpfung der Schallenergie infolge Energieabsorption, Streuung und dgl. abhängen. Die Helligkeit des von der Kathodenstrahlröhre wiedergegebenen Bildes ist daher bei diesen Geräten für die Impedanzverhältnisse allein nicht repräsentativ, was man eigentlich annehmen sollte. Darüber hinaus ist es durch die Verwendung von Signalzügen aus verhältnismäßig unkontrollierten sinusförmigen Energieimpulsen beträchtlicher Breite nicht möglich, durch einfache Integration aus den sich ergebenden Echoimpulsen die Phaseninformation festzustellen. Die oben erläuterte Kombination aus dem Wandlerschwingungsvorgang und einer erhöhten Schwellwerteinstellung führt auch bei der biophysikalischen Abfrage nahezu unvermeidbar zu artefakten Gewebegrenzflächen, was bei der-Diagnose von großem Nachteil ist. Schließlich sind die bekannten Geräte nicht in der Lage, eine automatische Korrektur für die bekannten Eingangs- und Ausgangsgrenzflächenbedingungen des abgefragten Materials vorzunehmen.

Ein anderer wesentlicher Nachteil·von einigen bekannten akustischen Abfragegeräten besteht darin, daß bei ihnen der komplizierte mathematische Vorgang der Echosignaldekonvolution, also die der Faltung entsprechende Rücktransformation vorgenommen werden muß, um die Impulsantwort des abgefragten Mediums zu bestimmen. Insbesondere weisen nämlich diejenigen bekannten Geräte, die von der Dekonvolution bzw. der der Faltung entsprechenden Rücktransformation Gebrauch machen, einen verhältnismäßig komplizierten Digitalrechner zur Echosignalverarbeitung auf. Darüber hinaus sind diese Geräte in bezug auf die Arten oder Formen von Eingangssignalverläufen, die verwendet werden können, um sicherzustellen, daß die Impulsantwort

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nicht einfach um Null oszilliert, was ja zu keinem brauchbaren Ergebnis führen würde, geringfügig begrenzt. Mit dem Gebrauch der Dekonvolution ist ein weiteres Problem verbunden, daß nämlich geringe Verzerrungsanteile im Eingangssignalverlauf, die im allgemeinen auf Signalstreuung, Signalbrechung, Signalbeugung oder ähnliche Erscheinungen zurückzuführen sind, während der Signalverarbeitung exponentiell zunehmen, so daß in den endgültigen Impedanzverhältnisberechnungen beträchtliche Fehler auftauchen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung zu schaffen, die durch Beibehaltung von Phaseninformation an den Grenzflächen des impulsabgefragten Materials zu einer beträchtlich besseren Lesbarkeit der Impulsechodarstellung führen und die eine Amplitudenkorrektur der Impulsechos vornehmen, um eine Kompensation gegenüber Eingangsdruckpegeln der Abfrageimpulse und gegenüber Dämpfungsverlusten in dem abgefragten Material vorzunehmen, um bekannten akustischen Randbedingungen zu genügen.

Ferner soll die Echosignalverarbeitung und die Gewinnung der Impulsantwort des abgefragten Mediums ohne Dekonvolution bzw. ohne eine der mathematischen Faltung entsprechende Rücktransformation vorgenommen werden.

Darüber hinaus sollen sorgfältig gesteuerte Impulse geringer Breite benutzt werden, die im wesentlichen eine Periode der Wandlerschwingung darstellen, wie sie von Wandlern mit einem sehr niedrigen Q geliefert wird, mit dem Zielt die axiale Auflösung der Sichtdarstellung zu verbessern.

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Die Impulsechodarstellung der Materialgrenzflächen soll auch eine solche Gestalt und solche Abmessungen haben, daß gegenüber Schwellwerteinstellungen in der Signalverarbeitungsschal tung eine geringere Empfindlichkeit auftritt.

Schließlich sollen das" zu schaffende Verfahren und die entsprechende Vorrichtung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich zur nicht invasiven biophysikalischen Diagnose mit akustischen Energieimpulsen geeignet sein.

Ein Verfahren zur Impulsechoverarbeitung ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Ab- ■ frage eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen resultierenden Impulsechos empfangen und zu einem Impulsechosignalverlauf mit mehreren Echoimpulsen verarbeitet werden, von denen jeder einen Impulsabschnitt aufweist, der die Phase einer zwischen den Materialschichten gegebenenfalls auftretenden Impedanzänderung anzeigt, daß zur Beibehaltung der Phasenänderungsanzeigen aus dem Impulsechosignalverlauf die Echoantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse gewonnen wird und daß aus dieser Echoantwort eine kompensierte Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse erzeugt wird.

Eine Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Empfangen der aus einer Abfrage eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen resultierenden Impulsechos und zum Liefern eines aus den Impulsechos gebildeten Impulsechosignalverlaufes mit mehreren Echoimpulsen, von denen jeder einen Impulsabschnitt aufweist, der die Phase einer zwischen den Materialschichten gegebenenfalls auftretenden Impedanzänderung anzeigt, durch Einrichtungen zum Erzeugen der Echoantwort des

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geschichteten Materials auf die Energieimpulse aus dem Impulsechosignalverlauf unter Beibehaltung der Phasenänderungsanzeigen und Einrichtungen zum Erzeugen einer kompensierten Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse aus der Echoantwort.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung dienen somit zum Verarbeiten von aufeinanderfolgenden Echoimpulsen, die bei der Abfrage eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen entstehen. Aus den Echoimpulsen wird direkt eine unkompensierte kohärente Echoantwort des Materials gewonnen, um die Phaseninformation beizubehalten. Durch Modifikation der gewonnenen Echoantwort mit einer nicht linearen Korrekturfunktion wird dann die kompensierte Impulsantwort des Materials erzeugt. Daraus wird das "RAYLOGRAM¹¹ des Materials berechnet. Die gesamte Verarbeitung wird ohne jegliche Dekonvolution durchgeführt. Die nicht lineare Korrekturfunktion enthält einen Normierfaktor, um die Impulsantwort zu normieren,und weist Mittel auf, um eine Kompensation der Impulsantwort gegenüber einer Energieimpulsdämpfung in dem abgefragten Material vorzunehmen, so daß die Impulsantwort die bekannten Grenzbedingungen des geschichteten Materials erfüllt und damit wesentlich genauer ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung beziehen sich insbesondere auf die Beschallung eines geschichteten Materials mit sorgfältig gesteuerten akustischen Energieimpulsen, die lineare Ableitungen von unipolaren Impulsen sind. Die resultierenden Echosignale werden durch Abfragen oder logisches Schalten verarbeitet, um die nicht kompensierte kohärente Impulsantwort des beschallten Materials zu gewinnen. Dabei ist es von großer Bedeutung, daß die die Impedanz-

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Verhältnisse des geschichteten Materials enthaltende Phaseninformation erhalten "bleibt. Danach wird die gewonnene Echoantwort modifiziert, um die kompensierte Impulsantwort des beschallten geschichteten Materials zu erzeugen. Diese kompensierte Impulsantwort wird dann in einen Signalverlauf verarbeitet, der das "RAYLOGRAM" der Schallimpedanzverhältnisse der Schichten des untersuchten Materials genau darstellt. Dieser Signalverlauf liefert eine Sichtdarstellung, die eine bessere Lesbarkeit der Impedanzverhältnisse gestattet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die relative Helligkeit der dargestellten Bildteile direkt auf die entsprechenden Impedanzverhältnisse bezogen ist. Die Modifikation der nicht kompensierten kohärenten Echoantwort umfaßt die Anwendung einer normierten, nicht linearen und steigungsmäßig leicht einstellbaren Korrekturfunktion auf die Echoantwort, um die Impulsantwortamplitude zu korrigieren und Dämpfungsverluste zu kompensieren, die die Beschallungsimpulse in dem geschichteten Material erleiden. Auf diese Weise erhält man die kompensierte Impulsantwort, die durch Erfüllen bekannter akustischer Randbedingungen des Materials die interessierenden Impedahzverhältnisse genauer darstellt. Zur Gewinnung der kompensierten Impulsantwort werden komplizierte mathematische Verfahren wie eine Dekonvolution nicht benötigt.

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 verschiedene Arten von Signalverläufen, die als Abfrageimpulse verwendet werden können,

Fig. 2 die Abfrage eines geschichteten Materials durch einen Impulssender,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Impulsechoverarbeitung und -darstellung,

Fig. 4 bis 13 verschiedene Signalverläufe, die bei -der Verarbeitung der Impulsechos durch die Verarbeitungsschaltungen der Verarbeitungs- und Darstellungsanordnung auftreten, . " .

Fig. 14 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Impulsechoverarbeitung und -darstellung und

Fig. 15 und 16 Taktdiagramme, die denselben Zeitmaßstab aufweisen und zur Erläuterung der Arbeitsweise von Logikschaltungen des in der Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiels dienen.

Die wesentlichen Vorteile des beschriebenen Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung ergeben sich dadurch, daß von einem gesteuerten Schallimpuls Gebrauch gemacht wird und eine dafür geeignete Signalverarbeitungseinrichtung verwendet wird, um ein Maß für den Phasensinn des Schallenergie-Reflexionsfaktors r an jeder Grenzfläche des beschallten Materials zu extrahieren, und daß weiterhin die Amplitudenpegel der

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reflektierten Energieinipulse durch Erfassen der Impulseintritts- und Impulsaustrittsbedingungen an jeder dieser Grenzflächen automatisch korrigiert werden, so daß die korrigierten Amplitudenpegel ein besseres und genaueres Maß für den Druckreflexionsfaktor r an jeder Grenzfläche innerhalb eines geschichteten Materials darstellen. Die Intensitätsamplitude der Sichtdarstellung ist daher im Ergebnis eine bessere und genauere Anzeige für das Schallimpedanzverhältnis Z / Z_Q der betreffenden Materialschichten, die jeweils durch eine Grenzfläche voneinander getrennt sind, und das Sichtbild steht in einer besser erkennbaren Relation zu dem beschallten Bereich des abgefragten Materials. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß das beschriebene Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung bei der Verarbeitung der Echosignale keine Dekonvolution erfordern, um zu der Echo- und Impulsahtwort des abgefragten Materials zu gelangen.

Das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung machen Gebrauch von einer sorgfältig gesteuerten linearen Ableitung eines Unipolarimpulses, und zwar in der Form eines Dublett- oder Triplettimpulses,um den gewünschten Materialbereich zu beschallen. Ein Unipolarimpuls sowie linear davon abgeleitete Dublett- und Triplettimpulse sind in der Fig. 1 dargestellt und mit den Bezugsziffern 10, 12 bzw. 14 versehen. Die Beschallungs-' impulse sind vorzugsweise bezüglich ihrer Breite auf Werte begrenzt, die etwa einer Periode der natürlichen Frequenz des Impulssenders entsprechen.

Bei der Beschallung eines geschichteten Materialbereiches mit Impulsen der in der Fig. 1 dargestellten Art entstehen Impulsechos, deren Phasen und Amplituden von den oben erläuterten Faktoren abhängen. Wenn ein Uhipolarimpuls oder ein davon linear abgeleiteter Impuls

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beim Durchtritt durch eine Materialgrenzfläche, deren Schallimpedanzverhältnis Z_n/Z_n_i aus den die Grenzfläche bildenden Materialien größer als 1 ist, wird ein positives Echo erzeugt, wohingegen derselbe Impuls ein negatives Echo erzeugt, wenn der Impuls eine Materialgrenzfläche passiert, deren Schallimpedanzverhältnis kleiner als 1 ist. Falls das Schallimpedanzverhältnis gleich 1 ist, was beispielsweise bedeutet, daß die Schallimpedanzen und damit die interessierenden akustisch mechanischen oder physikalischen Eigenschaften der die Grenzfläche bildenden Materialien gleich sind, wird überhaupt kein Echo bzw. ein Nullecho erzeugt. Weiterhin ist die Schallimpedanz irgendeines Mediums, das den Wandler enthält, bezogen auf die Schallimpedanz irgendeiner Schicht eines parallelge-' schichteten Materials, das sich innerhalb desselben Mediums befindet, eine Funktion der Schallreflexionsfaktoren der Materialgrenzschichten bis hin zur Grenze der interessierenden Schicht. Für die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung aus dem Wandler bzw. dem Sender und aus dem geschichteten Material kann man das Schallimpedanzverhältnis für irgendeine Grenzfläche in einfacher Weise entsprechend der folgenden Gleichung (1) bestimmen:

Der r . Reflexionskoeffizient steht dabei zu dem n-te

normalisierten Druckecho (y) in einer durch die folgende Gleichung (2) wiedergegebenen Beziehung:

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r = (ν ^rn ^Ky

i=n-1

C¹H)

(2)

Dabei ist e die Basis des natürlichen Logarithmus, S der Abstand zwischen den Grenzflächen und fy der Absorptionsfaktor.

Aus der Gleichung (2) geht hervor, daß man den Refle xionsfaktor r durch Korrektur des empfangenen Echodrucks y mit dem in den eckigen Klammern wiedergege benen Gleichungsterm bestimmen kann.

Bei biophysikalischen Anwendungen, beispielsweise bei der Untersuchung von Körpergeweben, sind die Reflexionsfaktoren im allgemeinen viel' kleiner als 1, so daß man die Terme r^ mit Null annehmen kann. Der In der eckigen Klammer der Gleichung (2) befindliche Term kann dann entsprechend der folgenden Gleichung: (3) geschrieben werden:

i=n-1

s ^b

(3)

Dabei ist S der Abstand zwischen Schichten in dem beschallten Material. Der Term der Gleichung (3) dient zur Korrektur von Absorptionsverlusten.

Die Gleichung (2) kann man wie folgt in die Gleichung (4) umschreiben:

i=n-1 2

(4)

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Diesen r -Term der Gleichung (4) kann man in die Gleichung (1) einsetzen, um irgendein Z/Z -Verhältnis zu bestimmen, wobei das geeignete y und die Werte η für die n-te Materialschicht gegeben sind. Unter der Annahme eines durchschnittlichen Absorptionskoeffizienten "& kann man r durch die folgende Gleichung (5) definieren:

^Γη - y_n · ^e

1=1

(5)

Unter Berücksichtigung der Bedingung r*<SCi,kann man die Gleichung (1) wie folgt schreiben:

JSi

i=n fei

i=n

(6)

Für kleine Werte von

folgende Gleichung (7) annähern:

kann man Z /Z durch die

■= e

(7)

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Man erhält dann die folgende Gleichung (8):

Z izBr¹

T ^ ²> ^ri ⁽⁸⁾

Aus der Gleichung (6) geht hervor, daß für einen Fall, bei dem Schallimpulse von einem umgebenden Material, beispielsweise Wasser, mit einer Schallimpedanz von Z_Q in ein geschichtetes Material eindringen und beim Austritt aus dem geschichteten Material in dasselbe oder ein etwas anderes umgebendes Material mit einer Schallimpedanz Z oder Z₁, eintreten, wobei selbstverständlich das Verhältnis Z_O/Z_Q =1 oder das Verhältnis Z_O/Z_Q, bekannt ist, die betreffenden Grenzflächenbedingungen an dem Außenmaterial zusätzliche wertvolle Information zur Sichtdarstellung geben, wie es im folgenden beschrieben wird.

Eine Impulsechobildanlage, die entsprechend der hier beschriebenen Weise aufgebaut und arbeiten soll, um aus den oben erläuterten akustischen Erscheinungen einen maximalen Vorteil zu ziehen, ist in Form eines analogen Blockschaltbilds in der Fig. 3 dargestellt und enthält Phaseninformation von den Grenzflächen der betreffenden Materialschichten, um den Echopegel gegenüber Absorptionsverlusten und anderen potentiellen Verlustfunktionen zu korrigieren, und nimmt automatisch eine geeignete Korrektur im Hinblick auf die bekannte Schallimpedanz Z der Eintrittsgrenzfläche und im Hinblick auf die bekannte Schallimpedanz Z_Q oder Z_Q, der Austrittsgrenzfläche vor.

Weitere Einzelheiten werden unter Bezugnahme auf die Fig. beschrieben, in der ein geschichtetes Material 16 dargestellt ist, das akustisch abgefragt wird. Das Material

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enthält Schichten 18, 20 und 22 mit zugehörigen Schallimpedanzen Z₁, Z₂ und Ζ·*. Dabei ist Z₂ > Z^, und Z-* <. Z₂. Das geschichtete Material 16 wird von einem Medium umgeben, bei dem es sich beispielsweise um Wasser mit einer Schallimpedanz von Z handeln kann, die kleiner als Z^ ist. Unter Berücksichtigung der beschriebenen Bedingungen werden somit den abfragenden akustischen Energieimpulsen vier Grenzflächen oder Linien unterschiedlicher Schallimpedanz dargeboten.

Ein Wandler 24 enthält einen Sender 26 und einen Empfänger 28. Der Sender fragt das geschichtete Material 16 mit bipolaren Schallimpulsen akustisch ab, die dem in der Fig. 1 dargestellten Dublettimpuls 12 entsprechen. Der Empfänger empfängt die resultierenden Impulsechos.

Nach Umsetzung der empfangenen Impulsechos im Wandler in äquivalente elektrische Signale werden die Echos zur Verstärkung einem Vorverstärker 30 zugeführt und anschließend einem Bandpaßfilter 32. Das den Vorverstärker 30 verlassende Echosignal wird von einer Zeitsteuerschaltung 29 innerhalb einem Zeitfenster t^-t₂ zeitlich torgesteuert und nimmt den in der Fig. 4 dargestellten, beabstandeten bipolar impulsförmigen Signal verlauf 3A- an. Alle nachfolgende, von der Anlage vorgenommene Signalverarbeitungsvorgänge sind mit dem Zeitfenster t^-t₂ synchronisiert.

Das Bandpaßfilter 32 weist geeignete vorbestimmte Dämpfungskennlinien für hohe und niedrige Frequenzen auf. Die Dämpfungskennlinien sind derart gewählt, daß sie dem spektralen Energiegehalt in den Bipolarimpulsen des Signalverlaufs 34 angepaßt sind und niederfrequente Rauschkomponenten aus dem Signalverlauf 34 bei Aufrechterhaltung einer maximalen Wiedergabetreue entfernen. Das Ergebnis der Wirkung des Bandpaßfilters 32 auf den Signalverlauf 34 ist in der Fig. 5 in Form des Signalverlaufes 36 darge-

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_₁₅_

Der aus dem Bandpaßfilter 32 austretende Signalverlauf 36 wird dann einem Grundlinienbegrenzer 38 zugeführt, der alle Pegel unterhalb eines vorbestimmten maximal zulässigen Geräuschpegels entfernt, um im wesentlichen den in der Fig. 6 dargestellten Signalverlauf 40 mit einer flachen oder ebenen Grundlinie zu erzeugen. Im Hinblick auf den Signalverlauf 40 ist von Bedeutung, daß dieser Signalverlauf voneinander beabstandete Bipolarimpulse enthält, von denen jeder einen ersten Impulsabschnitt aufweist, der deutlich die Phase des Impedanzwechsels zwischen den relevanten Materialschichten anzeigt.

Der Signalverlauf 40 wird anschließend einem Integrator zugeführt, der durch Integration unipolare Impulsechosignale herstellt, so daß am Ausgang des Integrators 42 der in der Fig. 7 dargestellte, im wesentlichen geräuschfreie Signalverlauf 44 auftritt. Der Signalverlauf 44 stellt die nicht kompensierte kohärente Echoantwort des geschichteten Materials 16 auf die beschriebene Beschallung dar. Die Sinn- oder Phasenwechsel des Signalverlaufes 44 stimmen mit den oben beschriebenen Impedanzverhältnissen in dem geschichteten Material 16 und dem umgebenden Medium überein, und zwar entsprechend dem ursprünglichen Impulsechosignal. Im Ergebnis wird somit die zum Erzielen eines beträchtlichen Vorteils nützliche Phaseninformation beibehalten. Die durch den Signalverlauf 44 dargestellte Echoantwort kann man somit als ein Signal betrachten, das als Ergebnis einer bipolaren Beschallung und hinreichenden Signalverarbeitung mit dem Ziel auftritt, die bipolaren Beschallungsenergieimpulse in kohärent feststellbare Impulse umzuwandeln.

Ein Funktionsgenerator 46 erzeugt einen Signalverlauf, der im wesentlichen von dem in eckigen. Klammern gesetzten Term der Gleichung (3) beschrieben wird. Der Funktionsgenerator gestattet es, die Steigung von Hand einzustellen.

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Den Funktionsgenerator ist ein Multiplizierer nachgeschaitet, dem auch der Signalverlauf 44 vom Ausgang des Integrators 42 zugeführt wird. Der Funktionsgenerator 46 liefert gleichzeitig an den Multiplizierer 47 eine in geeigneter Weise steigungsmäßig eingestellte, nicht lineare oder exponentielle Korrekturfunktion, die in
der Fig. 8 in Form einer Anzahl von repräsentativen
Signalverlaufen 48, 50 und 52 beispielshalber dargestellt ist, und zwar mit dem Zweck, den Signalverlauf 44 der Echoantwort derart zu modifizieren, um eine Dämpfung der Schallenergieimpulse in dem geschichteten Material infolge von Energieabsorption, Streuung und ähnlichen,
oben erwähnten Vorgängen zu kompensieren und um auf
diese Weise die endgültige Impulsechosichtanzeige genauer zu machen, so daß man eine wahre und richtige
Darstellung der interessierenden Materialschicht-Impedanzverhältnisse erhält. Die Korrekturfunktion enthält auch einen Normierfaktor F, der die Amplitude der Echoantwort derart verändert, daß die sich ergebende Signalverlauf amplitude richtig ist, und der durch Kenntnis
der Druckpegel der Beschallungsimpulse an der ersten interessierenden Materialschichtgrenzfläche bestimmt wird.

Als Ergebnis der Multiplikation des SignalVerlaufs 44 der Echoantwort mit der in der Fig. 8 dargestellten
nicht linearen Korrekturfunktion im Multiplizierer 47 erhält man den in der Fig. 9 dargestellten Signalverlauf 56, der somit die kompensierte Impulsantwort des geschichteten Materials infolge der beschriebenen Beschallung darstellt. Die Phaseninformation ist in dieser kompensierten Impulsantwort enthalten, und es ist bemerkenswert festzustellen, daß man sie ohne jegliche
Dekonvolution erhält.

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Der in der Fig. 9 dargestellte Signalverlauf 56 wird einem zweiten Integrator 54 zugeführt, der an den Ausgang des Multiplizierers 47 angeschlossen ist. Aufgrund dieser weiteren Aufsummierung tritt am Ausgang des Integrators 54 der in der Fig. 10 dargestellte Signalverlauf 58 auf. Der Signalverlauf 58 stellt den Term /" ^r j der Gleichung (6) dar.

Der Signalverlauf 58 wird dann einem Analogrechner 60 zugeführt, der die Funktion (1+/^>rj) / (1 -y>r j) erzeugt, die die Gleichung (6) erfüllt und eine sehr gute Annäherung an den erforderlichen Wert Z_n/Z_o ist. Das am Ausgang des Analogrechners 60 auftretende Signal ist in der Fig. 11 durch den Signalverlauf 62 wiedergegeben. Dieser Signalverlauf 62 wird in der gezeigten Weise einem Oszilloskop 64 zugeführt, um zum Betrieb des Oszilloskops in einem herkömmlichen TM- oder B-Modus den abgelenkten Strahl aufzuhellen. Es sei bemerkt, daß auf diese Weise die relativen Helligkeitspegel der Sichtdar- ' stellung im wesentlichen unabhängig von den Schwellwertpegeleinstellungen sind. Horizontal- und Vertikalablenkeingänge werden in Form der in der Figuren 12 und 13 dargestellten Signalverläufe 67 und 68 in der gezeigten Weise dem Oszilloskop 64 zugeführt, um die Arbeitsweise des Oszilloskops mit dem Zeitfenster "t^-t- ^^er akustischen Abfrage zu synchronisieren.

Der von dem in der Fig. 11 dargestellten Signalverlauf umfaßte Bereich, der entsprechend der RAYL oder MKS-Einheit der akustischen Impedanz "RAYLOGRAM" genannt wird, stellt entsprechend der Gleichung (6) die Summation der akustischen Energiereflexionskoeffizienten r. zwischen den Grenzen von i = 1 und i = η dar, wobei in dem beschriebenen Fall η = 4. Die entsprechenden Pegel des Signalverlaufs 62 stellen das Impedanzverhältnis zwi-

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sehen der Materialschicht 22 und dem Umgebungsmedium, das Impedanzverhältnis zwischen der Materialschicht und dem Umgebungsmedium und das Impedanzverhältnis zwischen der Materialschicht 18 und dem Umgebungsmedium dar.

Unter Bezugnahme auf das im Oszilloskop 64 dargestellte Bild 66 des geschichteten Materials 16 und des Umgebungsmediums nach der Fig. 3 kann man leicht aufzeigen, daß die betreffenden Zunahmen in der Schallimpedanz zwischen dem Umgebungsmedium und den Material schichten 22, 20 und 18 deutlich durch Zunahmen in der Helligkeit der betreffenden Flächen der maskierten Sichtdarstellung wiedergegeben werden. In entsprechender Weise wird eine Abnahme der Impedanz zwischen der Materialschicht 18 und dem Umgebungsmedium durch einen Helligkeitsabfall dargestellt. Eine stärkere Schattierung des in der Fig. 3 dargestellten Sichtbildes 66 bedeutet höhere Helligkeit. Falls die abgefragten Schichten eine niedrigere Impedanz als das Umgebungsmedium hätten, wäre der diesen Schichten zugeordnete Helligkeitspegel geringer als der dem Umgebungsmedium zugeordnete Helligkeitspegel. Die Helligkeit der Sichtdarstellung ist somit direkt auf die entsprechenden Materialschicht-Impedanzverhältnisse bezogen, und die Lesbarkeit und der Nachrichtengehalt der Sichtdarstellung sind wesentlich höher und besser als beispielsweise, die Lesbarkeit von herkömmlichen Sichtdarstellungen akustischer Abfragevorgänge, bei denen die Helligkeit der Darstellung lediglich auf die akustische Energiereflexion an den Materialschichtgrenzen bezogen ist und der Helligkeitspegel unabhängig davon, ob die Impedanz der abgefragten Schicht größer oder kleiner als die Impedanz des Umgebungsmediums ist, · stets derselbe ist. Die verbesserte Lesbarkeit und der höhere Nachrichtengehalt der hier beschriebenen Sicht-

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darstellung führen in vielen Anwendungsfällen zu einem sehr großen Vorteil, beispielsweise bei der anatomischen Abfrage, und zwar dadurch, daß es wesentlich leichter ist, ein Körperorgan in vivo anatomisch zu lokalisieren, was durch die bessere Erkennbarkeit von Weichgewebemerkpunkten bedingt ist. Die beschriebene Verwendung von sorgfältig formgesteuerten bipolaren Schallimpulsen und die Begrenzung der Impulsbreite auf einen schmalen Wert von etwa einer Periode der natürlichen Frequenz des Senders,, um ein Schwingen des Senders zu vermeiden, führen darüber hinaus zu einer höheren axialen Auflösung des Sichtbildes 66, was mit weiteren großen Vorteilen verbunden ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Form eines Blockschaltbildes in der Fig. 14 dargestellt. In den Figuren 13 und 14 sind Teile, die eine ähnliche Funktion haben, mit denselben Bezugsziffern versehen. Das dargestellte geschichtete Material16 wird wiederum mit Energieimpulsen nach Art des in der Fig. 1 dargestellten Dublettimpulses 12 beschallt. Der am Ausgang des Bandpaßfilters 32 der Fig. 14 auftretende Signalverlauf entspricht daher dem in der Fig. 5 dargestellten Signalverlauf 36. Es handelt sich somit wiederum um voneinanderbeabstandete, bipolare Impulse, wobei die ersten Impulsabschnitte die Phasen der Impedanzwechsel zwischen den betrachteten Materialschichten anzeigen. Der in der Fig. 3 wiedergegebene Grundlinienbegrenzer 38 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 14 nicht vorhanden, da seine Funktion von einem Analogschaltkreis übernommen wird, der nachfolgend im einzelnen beschrieben ist.

Der Signalverlauf 36 wird einem Logikschaltkreis 70 zugeführt, der positive Gleichrichter 72 und 74, negative Gleichrichter 76 und 78, Zeitverzögerungsglieder 80, und 84, Vergleicher 86, 88,-90 und 92, einstellbare

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Gleichstromversorgungon 94 und 96, UND-Glieder 93 und 100, ein ODER-Glied 102, einen monostabilen Multivibrator 104 und einen Analogschalter 106 enthält. Die genannten Teile sind in der gezeigten Weise miteinander verbunden.

In Fällen, bei denen die Schallimpedanzen der betreffenden Materialschichten zunehmen oder von einem niedrigen zu einen höheren Wert übergehen, wie es durch den ersten und den zweiten Bipolarimpuls des Signalverlaufs 40 dargestellt ist, führt das gleichzeitige Anlegen des Signalverlaufs 40 an den positiven Gleichrichter 72 und den negativen Gleichrichter 76 in Verbindung mit der Verzögerung um die Zeit t fdie gleich 1/2T ist, wobei T die Breite des vom Sender 26 abgegebenen Impulses 1st) der resultierenden positiv gehenden Ab-schnitte des Signalverlaufes zu dem Ergebnis, daß der positive und der negative Abschnitt von jedem der ersten beiden Bipolarimpulse des Signalverlaufes 40 jeweils im wesentlichen zur selben Zeit an den Vergleichern 86 und 88 auftreten, wie es in der Fig. 15 durch die Signalverlaufe 108 und 110 dargestellt ist. Unter der Annahme, daß diese positiven und negativen Impulsabschnitte die zugehörigen Schwellwertpegel übersteigen, die den betreffenden Vergleichern von den Versorgungseinrichtungen 94 und 96 zugeführt werden, führen die Vergleicher dem UND-Glied 98 jeweils gleichzeitig erste und zweite Impulse zu, so daß das UND-Glied 98 zweimal durchgeschaltet wird, und zwar mit dem Ergebnis, daß das UND-Glied dem ODER-Glied 102 einen ersten und einen zweiten Impuls zuführt, woraufhin der monostabile Multivibrator 104 für passende Zeitperioden zweimal eingeschaltet wird. Dieser Vorgang hat zum Ergebnis, daß der Analogschalter 106 zweimal aufeinanderfolgend geöffnet wird, um unter Berücksichtigung einer passenden Verzöge-

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rung durch das Verzögerungsglied 84 lediglich die positiven Abschnitte der ersten beiden Bipolarimpulse des Signalverlaufs 40 durchzulassen.

In ähnlicher Weise führen das nachfolgende gleichzeitige Anlegen des negativen und positiven Abschnitts von jeweils dem dritten und dem vierten Bipolarimpuls des Signalverlaufes 40, wobei diese Impulse jeweils eine Abnahme der Impedanz der betreffenden Materialschichten von einem hohen auf einen niedrigeren Wert angeben, an den positiven Gleichrichter 74 und den negativen Gleichrichter 78, die anschließende Verzögerung um die Zeit *% der negativen Impulsabschnitte vom negativen Gleichrichter 78 und das resultierende gleichzeitige Anlegen der positiven und negativen Impulsabschnitte an die Vergleicher 90 und 92, wie es in der Fig. 16 durch die Signalverläufe 112 und 114 dargestellt ist, unter der Annahme, daß jeder der Impulsabschnitte den betreffenden angelegten Schwellwertpegel überschreitet, zu dem Ergebnis, daß das jeweils gleichzeitige Auftreten von ersten und zweiten Impulsen an den Ausgängen der Vergleicher 90 und 92 das UND-Glied 100 aufeinanderfolgend zweimal durchschaltet, wodurch wiederum über das ODER-Glied 102 und den monostabilen Multivibrator 104 der Analogschälter 106 zweimal geöffnet wird, um unter Berücksichtigung der passend gewählten Verzögerung durch das Verzögerungsglied 84 nur die negativen Abschnitte des dritten und vierten Bipolarimpulses durchzulassen. Das Ergebnis der beschriebenen Vorgänge ist, daß auf der Ausgangsseite des Analogschalters 106 der in der Fig. 7 dargestellte Signalverlauf 44A auftritt, der wiederum die nicht kompensierte kohärente Echoantwort des beschallten geschichteten Materials 16 darstellt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 wird jedoch dieser Signalverlauf lediglich durch logisches Schalten gewonnen. Die Impulsabschnitte des Signalverlauf.s 44A stim-

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men im wesentlichen mit den entsprechenden Impulsabschnitten des Signalverlaufs 44 überein, und zwar insbesondere im Hinblick auf die Vorderflanke der Impulse, wie es aus der Fig. 7 im einzelnen hervorgeht. Die Impulse des Signalverlaufs 44A sind jedoch beträchtlich schmäler als die entsprechenden Impulse des Signalverlaufs 44, und zwar etwa um den Faktor 2. Die Gründe dafür liegen darin, daß bei den beiden betrachteten Ausführungsbeispielen die miteinander verglichenen Signalverläufe 44 und 44A auf unterschiedliche Weise gewonnen werden.

Obwohl die obige Beschreibung des logischen Schaltkreises 70 an Hand des Signalverlaufes 40 erläutert ist, der zunächst zwei bipolare Impulse mit positiven Anfangsimpulsabschnitten und dann zwei Bipolarimpulse mit negativen Impulsanfangsabschnitten aufweist, was in den beiden ersten Fällen eine Impedanzzunahme und in den beiden letzten Fällen eine Impedanzabnahme bedeutet, sei erwähnt, daß der beschriebene Schaltkreis auch für Signalverläufe verwendet werden kann, die eine andere Anordnung der Impulse und eine andere Impulsanzahl aufweisen.

Der in der Fig. 7 dargestellte, nicht kompensierte kohärente Echoantwort-Signalverlauf 44A wird dann, wie es aus der Fig. 14 hervorgeht, von dem linearen Multiplizierer 47 verarbeitet, an den der Funktionsgenerator 46 angeschlossen ist. Am Ausgang des Multiplizierers 47 tritt dann der kompensierte Impulsantwort-Signal verlauf 56A auf, der in der Fig. 9 dargestellt ist. Die Gewinnung dieses Signalverlaufs erfolgt wiederum ohne mathematische Dekonvolution. Der in der Fig. 9 dargestellte erkennbare Unterschied zwischen den Signalverläufen 56 und 56A folgt unmittelbar aus dem unterschied zwischen den Signalverlaufen 44 und 44A.

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Der Signalverlauf 56A wird dann im Integrator·54 verarbeitet und gelangt anschließend zum Analogrechner 60, wie es auch bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 der Fall ist, um mit dem resultierenden Signalverlauf . die Z-Achse des Oszilloskops 64 zu modulieren. Man erhält dann eine entsprechende Sichtdarstellung von den Impedanzverhältnissen der Materialschichten. Abweichend von dem beschriebenen Signalweg kann man bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 14 den in der Fig. 10 dargestellten :Signalverlauf 58 vom Ausgang des Integrators 54 einer X2-Multiplizierschaltung 116 zuführen. Der resultierende Signalverlauf liefert dann nach Umschaltung eines Schalters 118 eine Darstellung von In Z„/Z .

Für Anwendungen, bei denen das interessierende beschichtete Material 16 auf beiden Seiten von einem Medium mit derselben Schallimpedanz Z umgeben ist, würde das Oszilloskop 64 vorübergehend im A-Abtastmodus betrieben werden und die Steigung der normierten, nichtlinearen Korrekturfunktion, die vom Funktionsgenerator 46 erzeugt wird, würde in einer Weise eingestellt werden, daß der dargestellte Signalverlauf 62 nach der Fig. 11 zum Zeitpunkt t₂ zu demselben Pegel zurückkehrt, der zum Zeitpunkt t^ vorhanden war, um damit die Energieeingabe- und Energieausgabe-Grenzflächenbedingungen zu erfüllen und eine Dämpfung der akustischen Energie in dem geschichteten Material 16 genau zu kompensieren. Umgekehrt würde bei einem Anwendungsfall, bei dem das Medium auf der einen Seite des geschichteten Materials 16 eine andere Schallimpedanz als das Medium auf der anderen Seite des geschichteten Materials aufweist, die Steigung der fraglichen erzeugten Funktion derart eingestellt werden soll,daß das Pegelverhältnis des Signalverlaufs 62 für die Zeitpunkte t₂ und t,, dem Verhältnis aus den beiden unterschiedlichen, bekannten Impedanzen entspricht. Wenn an-

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dererseits das Oszilloskop 64 im TM- oder B-Abtastmodus betrieben wird, um das gezeigte Sichtbild 66 darzustellen, ist es zur Einstellung des Funktionsgenerators für den Fall, daß die Impedanzen des Umgebuhgsmediums gleich sind, lediglich erforderlich, daß die Funktionssteigungseinstellung derart vorgenommen wird, daß die voneinander beabstandeten Z -Impedanzabschnitte des . Bildes im wesentlichen die gleiche Helligkeit haben. Wenn beim TM- oder B-Abtastmodus auf den beiden Seiten des geschichteten Materials 16 unterschiedliche Impedanzen des umgebenden Mediums auftreten, ist die Funktionssteigungseinstellung in einer solchen Weise vorzunehmen, daß das Helligkeitsverhältnis dem Impedanzverhältnis des Umgebungsmediums im wesentlichen gleich ist.

Wie bereits anfangs erwähnt, kann man auch andere lineare Ableitungen des in der Fig. 1 dargestellten Unipolarimpulses 10 verwenden, beispielsweise den Triplettimpuls 14. Für Jede über die Bipolarität hinausgehende Ableitung des Impulses muß man jedoch zur Kompensation der Signalverarbeitungsschaltung einen weiteren Integrator hinzufügen. Obwohl die Erzeugung von wahren unipolaren Impulsen nach dem Stand der Technik schwierig ist, sind in der US-PS 3 656 012 ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, wonach man unipolare Impulse erzeugen kann. Die Schaltungsanordnungen nach den Figuren 3 und 14 sind auch in der Lage, mit einem Wandlersender 26 zusammen zu'arbeiten, der Unipolarimpulse abgibt. Die Verwendung von solchen unipolaren Impulsen zur Materialbeschallung erfordert im wesentlichen lediglich eine Änderung der Betriebskennlinien des Bandpaßfilters 32, so daß dieses eine Differenzierfunktion an dem Signalverlauf mit den beabstandeten Unipolarimpulsen durchführen kann, die am Ausgang des Vorverstär-

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kers 30 auftreten. Infolge des Differenziervorganges würde der resultierende Signalverlauf im wesentlichen dem Signalverlauf 34 mit beabstandeten bipolaren Echoimpulsen entsprechen.

Die Verwendung von linearen Ableitungen von Unipolarimpulsen entsprechend der Darstellung nach der Fig.1 führt zu dem weiteren Vorteil, daß eine genaue Feststellung der Phaseninformation durch den verhältnismäßig einfachen Vorgang der Integration oder des logischen Schaltens möglich ist. Obwohl die herkömmliehen Schallabfrägegeräte eine Vordetektionsintegration benutzen können, sei bemerkt, daß infolge der Verwendung von sinusförmigen Signalverläufen als Abfrageimpulse in den bekannten Geräten stets wieder sinusförmige Signalverläufe auftreten, und zwar umabhängig davon, wie oft die Impulsechosignale integriert werden, so daß es mit den herkömmlichen Geräten unmöglich ist, eine Detektion der Phaseninformation durch Integration vorzunehmen» '

Das beschriebene Verfahren und die. Vorrichtung zur bildlichen Impulsechodarstellung sind insbesondere bei der Benutzung von betriebssicheren und ungefährlichen Schallenergieimpulsen zur nicht invasiven, in vivo biophysikalischen Untersuchung und Diagnose von Körperorganen geeignet, beispielsweise des Herzens, der Lunge, der Leber, den Nieren, des Gehirns und der Blase.

Obwohl hier analoge Signalverarbeitungsschaltungen für die Impulsechos beschrieben sind, kann man das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung auch mit entsprechenden digitalen Impulsechosignalüberwachungsschaltungen verwirklichen, und zwar unter Verwendung von geeigneten Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzern

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für das analoge Eingangssignal der Schaltung und das digitale Ausgangssignal der Schaltung, um eine geeignete Z-Achsen-Modulation des Oszilloskops durch die Impulsechosignale vorzusehen. Eine digitale Signalverarbeitungsschaltung ist voraussichtlich jedoch.etwas aufwendiger. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, mit dem von der Signal Verarbeitungsschaltung gelieferten Analogsignal ein Oszilloskop oder eine Kathodenstrahlröhre anzusteuern, da man auch andere Sichtgeräte für die Impulsechosignale verwenden kann, beispielsweise einen Streifenblattschreiber.

Ferner braucht man nicht unbedingt Schallenergieimpulse zu verwenden. Das Verfahren und die Vorrichtung können auch mit Impulsen von anderen und unterschiedlichen Energiearten betrieben werden, beispielsweise mit elektrischer Energie, und zwar unter der Voraussetzung, daß man für die Verarbeitung und jSichtdarstellung geeignete Impulsechos erhält.

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Claims

Patentansprüche

1.' Verfahren zur Impulsechoverarbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Abfrage eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen resultierenden Impulsechos empfangen und zu einem Impulsechosignalverlauf mit mehreren Echoimpulsen verarbeitet werden, von denen jeder einen Impulsabschnitt aufweist, der die Phase einer zwischen den Materialschichten gegebenenfalls auftretenden Impedanzänderung anzeigt, daß zur Beibehaltung der Phasenänderungsanzeigen aus dem Impulsechosignalverlauf die Echoantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse gewonnen wird und daß aus dieser Echoantwort _v eine kompensierte Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse erzeugt wird.

2· Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Echoantwort der Impulsechosignalverlauf integriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieimpulse durch lineare Ableitungen aus unipolaren Impulsen gewonnen v/erden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Echoimpulsen in Form von voneinander beabstandeten, mehrpolaren Impulsen zur Erzeugung der Echoantwort des geschichteten Materials die positiven und negativen Abschnitte von jeweils jedem der mehrpolaren Impulse mit zugeordneten positiven und negativen Schwellwertpegeln

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verglichen werden und in Abhängigkeit von diesen Vergleichen ein Schalter nur dann "betätigt wird, wenn die Schwellwertpegel überschritten werden, um lediglich diejenigen Impulsabschnitte zu übertragen, die die Phase der Impedanzänderung anzeigen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der kompensierten Impulsantwort eine nicht lineare Korrekturfunktion auf die Echoantwort angewendet wird, um den Amplitudenpegel der Echoantwort zu normieren und um für die Dämpfung der Energieimpulse in dem geschichteten Material eine Kompensation vorzusehen, so daß die kompensierte Impulsantwort durch Erfüllen bekannter akustischer Grenzbedingungen des geschichteten Materials genauer ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichn et, daß aus der kompensierten Impulsantwort das Impedanzverhältnis der Materialschichten berechnet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die nicht lineare Korrekturfunktion eine Exponentialfunktion ist, deren Steigung in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen den bekannten akustischen Grenzbedingungen des geschichteten Materials einstellbar ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung des Impedanzverhältnisses die kompensierte Impulsantwort integriert wird, um einen Signalverlauf zu erhalten, der den Term^/_^ri darstellt, wobei r. der akustische Energiereflexionskoeffizient jeder Grenzfläche des geschichteten Materials ist, und der erhaltene

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Signalverlauf durch eine Funktion modifiziert wird, die dem Term (1+/_^ri) / (1-^_^ri) ^senr stark angenähert ist, um das "RAYLOGRAM" des geschichteten Materials zu liefern.

9. Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung, gekennzeichnet durch Einrichtungen (28, 29, 30, 32) zum Empfangen der aus einer Abfrage eines geschichteten Materials (16) mit Energieimpulsen resultierenden Impulsechos und zum Liefern eines aus den Impulsechos gebildeten Impulsechosignalverlaufes mit mehreren Echoimpulsen, von denen jeder einen Impulsabschnitt aufweist, der die Phase einer zwischen den Materialschichten gegebenenfalls auftretenden Impedanzänderung anzeigt, durch Einrichtungen (38, 42; 70) zum Erzeugen der Echoantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse aus dem Impulsechosignalverlauf unter Beibehaltung der Phasenänderungsanzeigen und Einrichtungen (46, 47) zum Erzeugen einer kompensierten Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse aus der Echoantwort.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9»
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der Echoantwort eine Integrationseinrichtung (42) zum Integrieren des Impulsechosignalverlaufes enthalten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfrageeinrichtung (24) derart betreibbar ist, daß sie lineare Ableitungen von unipolaren Impulsen erzeugt.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Echoimpulsen in Form von voneinander beabstandeten, mehrpolaren Impulsen die Einrichtungen zum Erzeugen der Echoantwort Einrichtungen (72, 74, 76, 78, 86, 88, 90, 92, 94, 96) zum Vergleichen der positiven und negativen Abschnitte von jeweils jedem der mehrpolaren Impulse mit zugeordneten positiven und negativen Schwellwertpegeln, Schalteinrichtungen (106) zum Steuern der Übertragung der Impulsabschnitte und mit den Vergleichseinrichtungen und den Schalteinrichtungen betriebsmäßig verbundene Einrichtungen (98, 100, 102) enthalten, die in Abhängigkeit von den Vergleichen betrieben werden und nur dann, wenn die Schwellwertpegel überschritten werden, die Übertragung von lediglich solchen Impulsabschnitten zulassen, die die Phase der Impedanzänderung anzeigen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen der kompensierten Impulsantwort Funktionsgeneratoreinrichtungen (46) enthalten, die derart betreibbar sind, daß sie eine nicht lineare Korrekturfunktion erzeugen, die zum Normieren des Amplitudenpegels der Echoantwort und zum Kompensieren einer Dämpfung der Energieimpulse in dem geschichteten Material dient, so daß die kompensierte Impulsantwort durch Erfüllen bekannter akustischer Grenzbedingungen des geschichteten Materials genauer ist, und Einrichtungen (47) enthält, die die Korrekturfunktion auf die Echoantwort anwendet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (54, 60) zum Berechnen des Impedanzverhältnisses der Materialschichten aus der kompensierten Impulsantwort vorgesehen sind.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die nicht lineare Korrekturfunktion eine Exponentialfunktion ist, deren Steigung in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen den bekannten akustischen Grenzflächenbedingungen des geschichteten Materials einstellbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Berechnen des Impedanzverhältnisses des geschichteten Materials aus der kompensierten Impulsantwort Einrichtungen (54) zum Integrieren der Impulsantwort, um einen Signalverlauf zu erhalten, der den Term y^v± darstellt, wobei r* der akustische Energiereflexionskoeffizient an jeder Grenzfläche des geschichteten Material ist, Einrichtungen (60) zum Erzeugen einer Funktion, die dem Term (1+^r. )/(1-^_r.) stark angenähert ist, und Einrichtungen enthalten, die diese Funktion auf den Signalverlauf anwenden, um das "RAYLOGRAM" des geschichteten Materials zu liefern.

17. Verfahren zur Impulseehoverarbeitung, dadurch gekennz.eichnet, daß der Echoimpulszug, der aufgrund der Abfragung eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen und aufgrund der Reflexion dieser Impulse an den Grenzflächen des geschichteten Materials entsteht, empfangen wird und daß der empfangene Echoimpulszug ohne Dekonvolution (der Faltung entsprechende Rücktransformation) verarbeitet wird, um die Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse zu erhalten.

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18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung des Echoimpulszüges eine nicht lineare Korrekturfunktion auf den Echoimpulszug angewendet wird, um den Amplitudenpegel des Echoimpulszuges zu normieren und bezüglich einer Dämpfung der Energieimpulse in dem geschichteten Material zu kompensieren, um die Impulsantwort durch Erfüllen bekannter akustischer Grenzflächenbedingungen des geschichteten Materials genauer anzugeben.

19. Vorrichtung zur Impulsechoverarbeitung, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Empfangen des Echoimpulszuges, der bei der Abfrage eines geschichteten Materials mit Energieimpulsen und aufgrund der Reflexion dieser Impulse an den Grenzflächen des geschichteten Materials entsteht, und durch Einrichtungen zum Verarbeiten des Echoimpulszuges ohne jegliche Dekonvolution (der Faltung entsprechende Rücktransformation), um den Echoimpulszug in die Impulsantwort des geschichteten Materials auf die Energieimpulse umzuformen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einrichtung zum Verarbeiten des Echoimpuls-· zuges auszeichnet durch Einrichtungen zum Erzeugen einer nicht linearen Korrekturfunktion, die dazu dient, den Amplitudenpegel des Echoimpulszuges zu normieren und eine Kompensation gegenüber einer Dämpfung der Energieimpulse in dem geschichteten Material vorzunehmen, damit die Impulsantwort durch Erfüllen bekannter Grenzflächenbedingungen des geschichteten Materials genauer ist, und durch Einrichtungen zum Anwenden der Korrektur funk ti on auf den Echoimpulszug.

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