DE2551138A1

DE2551138A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschallortung

Info

Publication number: DE2551138A1
Application number: DE19752551138
Authority: DE
Inventors: Pierre Alais
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1974-11-28
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1976-07-08
Also published as: JPS5178283A; NL7513914A; US4119938A; FR2292978B1; FR2292978A1; JPS5810697B2

Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC DlKL.-PH^t. OR. DlPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - 3RIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

AGENCE NAiDIOMAIE DE VALORISATION DE LE fiüiOHHIRCHE (ANVAR) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallortung.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschallortung mit elektronischer Verschiebung zur Abtastung eines zu analysierenden Teils oder Organs, insbesondere in einer Ebene (Echographie G) oder in der Tiefe (Echographie B).

Eine derartige Vorrichtung kann zahlreiche An -wen düngen finden, von welchen man insbesondere das medizinische Gebiet anführen kann, auf welchem die Bildgewinnung durch Ultraschallwellen gegenüber der Bildgewinnung durch ionisierende Strahlen den enormen Vorteil bietet, den Patienten nichtjfechädlichen Strahlen auszusetzen.

Vor der Definition der Erfindung seien einige theoretische Angaben gemacht, welche ausschließlich die Aussendung der Ultraschallwellen betreffen, obwohl die Überlegungen auch ebenso gut für den Empfang gelten.

Man kann einen Ultraschallwandler herstellen, dessen Sendung gemäß einer Linie fokussiert ist, indem man ein lineares Netz von Elementarwandlern benutzt und an jeden Wandler ein von einem einzigen Generator herrührendes Ultraschallsignal anlegt, jedoch über Mittel, welche dem Signal vor der Anlegung an die Elementarwandler eine geeignete Verzögerung erteilen. Die Verzögerungsmittel können insbesondere durch Verzögerungsleitungen

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gebildet werden. Um die Notwendigkeit einer Verzögerungsleitung für jeden Elementarwandler zu vermeiden, genügt es, zu bemerken, daß. wenn die Schwingungszahl hoch ist, man sich damit begnügen kann, die Verzögerung durch die Phase Modulo 2 F zu definieren und eine Quantifizierung auf einigen Stufen der Phase in diesem Intervall von 27Γ vorzusehen. Man gelangt dann zu einer Lösung der gegenwärtig in den Sonar- und Radaranlagen benutzten Art, welche sehr verwickelt ist.

Es ist ferner (französische Patentschrift 1 593 804·) eine Vorrichtung zur Ultraschallkontrolle von Rohren bekannt, welche Wandler enthält, welche einzeln nacheinander mit einer geeigneten zeitlichen Verschiebung erregt werden. Diese Anordnung erfordert die Schaffung einer bedeutenden Zahl von ganz verschiedenen Phasenverschiebungen, was zu einem äusserst verwickelten System führt.

Es ist noch ein System zur Unterwasser abhörung durch Ultraschallwellen nach Art eines "Sonar" (französische Patentschrift Nr. 1 569 897) bekannt, welches eine Reihe von symmetrisch in Bezug auf einen zentralen Wandler angeordneten Elementarwandlern enthält. Jedem Paar von um den zentralen Wandler herum angeordneten Elementarwandlern ist eine besondere Phasenverschiebung oder Verzögerung zuerteilt. Diese Vorrichtung ermöglicht die Vornahme einer kreisförmigen Abtastung, sie liefert jedoch keine Polarisation.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Vorrichtung zur Ultraschallortung mit elektronischer Verschiebung, welche gleichzeitig eine Fokussierung und eine Abtastung in einer bestimmten Richtung gestattet, wobei nur einfache Mittel verwendet werden.

Hierfür schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Ultraschallortung vor, welche N Elementarwandler, welche gleichmäßig auf eine Verschiebungslinie (im allgemeine eine Gerade, aber gegebenenfalls eine andere Kurve, z.B. einen Kreis) verteilt sind, einen Phasenschiebermitteln zugeordneten Generator (oder Empfänger) für Ultraschallfrequenzen, und Mittel zur Speicherung der Verteilung der einer Fokussierung in einer bestimmten Entfernung von der Linie entsprechenden Phasen auf η aufeinanderfolgende Elementarwandler, und Umschaltmittel, welche eine Gruppe von η Wandlern mit den Phasenschiebermitteln

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und mit dem Generator (oder Empfänger) gemäß dieser Verteilung verbinden und hierauf in Zeitabständen die Gruppe von η Elementarwandlern gemäß dieser Linie verschieben, enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Phasenschiebermittel durch einen eine Phasenverschiebung von TT erzeugenden Umschalter gebildet werden, und daß die Speichermittel die Verteilung auf die unmittelbar mit dem Generator (oder ianpfanger) verbundenen Wandler und die über den Umschalter angeschlossenen Wandler speichern.

Diese Vorrichtung ist offenbar wesentlich einfacher als alle bisher bekannten, insbesondere weil sie keinen Phasenschieber mehr erfordert, sondern nur Umschalter zur Vornahme einer binären Phasenquantifizierung.

Es entstehen dann nicht nur eine Grundfokussierung in der Entfernung Y , sondern auch öberwellenfokussierungen in den Entfernungen Y_n/3» Y_n/5 usw., es genügt jedoch, eine Auswahl mit einem zeitweiligen Fenster zu benutzen, welche der Laufzeit von dem Sendewandler bis zu dem Grundf okussierungspunkt und hierauf der Rückkehr zu dem Empfangswandler entspricht, um von den Wirkungen dieser sekundären Störf okussierungen freizukommen.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig. 1 ist ein Schaubild, welches die Änderung der an längs einer Richtung 0-X verteilten Wandlern zur Erzielung einer Fokussierung vorzunehmenden Phasenverschiebung sowie die entsprechende Änderung von cos ψ (gestrichelte Kurve) und ihre angenäherte Verwirklichung mit Hilfe einer binären Phasenquantifizierung mit einer einzigen Amplitudenstufe zeigt.

Fig. 2 zeigt die Nachbildung der für die Fokussierung erforderlichen Phasenverteilung durch Anlegung von Signalen mit binärer Phasenquantifizierung (Linie a) an vierundsechzig Elementarwandler und die Vornahme dieser Verteilung mit Hilfe von zwei Registern mit vierundsechzig Stellungen (Linien b und c_) ·

Fig. 3 zeigt schematisch eine geometrische Anordnung von Elementarwandlern zur Ausübung der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Prinzipschema einer Schaltung, welche den Wandlern der Fig. 3 zugeordnet werden kann, um die in

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- 4 - 0562 75 B Fig. 2 dargestellte Verteilung zu erzielen.

Pig« 5 ist ein Schaubild, welches die Form

der im Betrieb an verschiedenen Punkten der Schaltung der Pig. 4 auftretenden Signale zeigt.

Pig. 6 zeigt eine Ausführungsabwandlung des Wandlers der Pig. 5.

Zur Erleichterung des Verständnisses der

Arbeitsweise der nachstehend beschriebenen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung seien zunächst unter Bezugnahme auf Pig. 1 die zu erfüllenden Bedingungen angeführt.

Fig. 1 zeigt die Änderung der Phasenverschiebung (^ , welche an längs einer Richtung 0-X (sowie übrigens auch längs der in Bezug auf O symmetrischen Richtung) verteilten Wandlern herzustellen ist, um ein Ultraschallbündel an einem Punkt M zu fokussieren, welcher rechts von O in dem Abstand T_m von dem Geradenabschnitt liegt, auf welchen die η Elementarwandler verteilt sind. Wenn die Strahlung in dem betrachteten Portpflanzungsmittel eine Wellenlänge Λ hat, muß jeder Wandler der Ordnung j. ein Signal empfangen, dessen Phasenvoreilung gegenüber dem in 0 angeordneten Wandler durch den Ausdruck gegeben ist:

worin χ die Abszisse des Wandlers in Bezug auf O ist.

Anders ausgedrückt, die komplexe Amplitude

A.. des an die Elementarwandler der Ordnung i angelegten Signals muß sein:

Ai = ^Ao ^{exp (J}' V±>

deren reeller Teil A₀ cos Lf ^ durch die gestrichelte Kurve in Pig· 1 gegeben ist.

Wie bereits ausgeführt, kann man eine Fokussierung in der Entfernung Y_M erzielen, indem man die in Fig. 1 vollausgezogen schematisch dargestellte Phasenverteilung mit binärer Quantifizierung herstellt. Diese Nachbildung mit Hilfe der Elementarwandler, deren aufeinanderfolgende Längen den aufeinanderfolgenden Halbwellen entsprechen, gestattet jedoch nicht eine elektronische Abtastung längs der Richtung 0-X.

Dem gegenüber benutzt die Erfindung N EIe-

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mentarwandler, welche gleichmäßig längs der Riehtung 0-X verteilt sind, von -welchen η Wandler (64 bei der beispielshalber in Fig. 2 dargestellten Ausführungsforni) gleichzeitig gesteuert werden. Die Zahl η ist kleiner als N um eine Abtastung zu ermöglichen.

Auf der Linie a der Fig. 2 ist die Phasenverteilung angegeben, welche an den längs eines Segments verteilten Wandlern der Ordnung 24 bis 64 herzustellen ist, um die Ultraschallsendung der Wandler an einem. Punkt M zu fokussieren, welcher auf der Mittellinie des Segments an der Stoßstelle zwischen den Elementarwandlern der Ordnung 52 und 33 liegt. Man stellt fest, daß gewisse Wandler (z.B. die Wandler 25 bis 40, 47 bis 50 usw.) die Ultraschallsendung mit einer Bezugsphase empfangen müssen, daß gewisse Wandler die Ultraschallsendung mit einer Phasenverschiebung von TT- gegenüber der Bezugsphase (z.B. die Wandler 41 bis 46, 51 und 52 usw.) empfangen müssen, und daß gewisse Wandler (die Elementarwandler der Ordnung 54» 59 und 65) kein Signal empfangen dürfen.

Es sei noch bemerkt, daß man zur Vereinfachung der Ausführung auf Kosten einer gröberen Ausbildung hätte vorsehen können, daß jeder Elementarwandler ein Signal in Phase oder in Gegenphase mit der Bezugsphase empfängt.

Es ist wichtig zu bemerken, daß einerseits die in Fig. 2 angegebene Phasenverteilung nicht die einzige ist, welche eine Fokussierung an dem Punkt M bewirkt _}und daß andererseits auf Kosten der Verwendung von Phasenschiebern die Wandler, welche bei der auf der Linie a der Fig. 2 dargestellten Verteilung kein Signal empfangen dürfen, ein derartiges um "TT/2 phasenverschobenes Signal empfangen können.

Die Verteilung der Fig. 2 kann mit Hilfe eines Wandlersystems der in Fig. 3 schematisch dargestellten Art in Kombination mit der Schaltung der Fig. 4 erzielt werden.

Der Wandler der Fig. 3 soll eine dreidimensionale Fokussierung an einem Punkt M herstellen und eine elektronische Verschiebung in der Richtung X'-X vornehmen· Hierfür enthält er schematisch durch einfache Streifen 12i in Form von Kreissegmenten schematisch dargestellte Element ar wandler, welche auf einer Zylinderfläche angeordnet sind, deren Achse den geometrischen Ort der Punkte M bildet. Die Winke !öffnung 06 des Zy linder ab-

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Schnitts ist so gewählt, daß eine genügende Energiekonzentration an dem Punkt M gewährleistet und eine befriedigende Auflösung in der Richtung der Achse ζ erreicht wird. Die Eiernentarwandler, von denen N vorhanden sind, können durch Metallstreifen gebildet werden, welche durch Photogravur auf die konkave Fläche einer Unterlage aus einem piezoelektrischen keramischen Material in Form, eines Zylinderabschnitts aufgebracht sind, dessen konvexe Fläche vollständig metallisiert ist. Wenn der Schritt £ der Streifen etwa 1 mm übersteigt, können auch die Streifen durch in die konkave, vorher metallisierte Fläche eingeschnittene Furchen begrenzt werden, welche den Vorteil einer mechanischen Entkopplung bieten·

Die in Fig· 4 dargestellte Schaltung ermöglicht die gleichzeitige Anlegung der geeigneten Signale an η Elementarwandler des Systems der Fig. 3 und die schrittweise Verschiebung dieser Gruppe längs des Wandler syst ems in der Richtung X^f-X. Es sei z.B. angenommen, daß die herzustellende Verteilung die der Fig. 2 ist, wobei η gleich 64 und W gleich 160 ist.

Die Schaltung der Fig. 4 enthält jedem Vtfandler, z.B. dem allein dargestellten Wandler 12^, zugeordnete Umschaltmittel, welche durch zwei Schalter 13^ und 14- gebildet werden, von denen der eine an den Wandler das von einem einzigen Generator 15 mit einer Bezugsphase kommende Ultraschallsignal und der andere das gleiche, gegenüber dem ersten um 180 phasenverschobene Signal anlegen soll. Diese Schalter werden durch Feldeffekttransistoren gebildet, deren Steuerelektrode mit der Stellung der Ordnung 1 eines Schieberegisters (16 für die Transistoren 13 und 17 für die Transistoren 14) mit N Stellungen verbunden ist. Je nachdem, ob die Stellung i. des Registers 16 oder 17 eine binäre 1 oder 0 enthält, wird der Transistor 13i oder 141 entsperrt oder gesperrt.

Die an η aufeinanderfolgenden Elementarwandlern herzustellende Phasenverteilung wird in zwei Schieberegistern 18 und 19 eingestellt, welche parallel geladen werden und je η Stellungen haben, wobei ihr Re üenausgang mit dem Reihe neingang des entsprechenden Registers 16 oder 17 verbunden ist. Diesen Registern sind Lademittel zugeordnet, welche z.B. durch einen, gegebenenfalls neu programmierbaren Festspeicher gebildet werden

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können. Man kann auch eine Steuertastatur benutzen, wobei dann die Ladung dadurch vereinfacht wird, daß die herzustellende Verteilung eine paarige Funktion ist, so daß jede Taste der Tastatur zwei Stellungen des Registers 18 oder 19 steuern kann. Man kann so die Register 18 und 19 entsprechend der auf den Linien b und £ der Fig. 2 dargestellten Verteilung laden.

Der durch einen ausgelösten Oszillator gebildete Generator 15 beaufschlagt die Umschaltmittel bildenden Transistoren 13 und 14 über ein Organ, welches unter Ausgang von dem Eingangssignal zwei um 180° gegeneinander phasenverschobene Signale liefert. Dieses Organ kann durch einen Transformator 20 gebildet werden, dessen Mittelpunkt Körperschluß hat, und dessen entgegengesetzte Polaritäten an die Transistoren 13 bzw. die Transistoren 14 angelegt werden. Der ausgelöste Oszillator 15 besitzt einen Steuereingang 21, welcher mit einem Zeitgeber 22 verbunden ist, welcher den Sendetakt der Ultraschallwellenzüge und der elektronischen Verschiebungen festlegt, welche zwischen den Aussendungen von Wellenzügen vorsichgehen. Ein Impulszähler 23 empfängt an seinem Eingang 24 die Ausgangsimpulse des Zeitgebers und steuert die Verschiebungen der Register durch seinen Ausgang 30, sowie das Arbeiten des Zeitgebers und die Rückstellung der Register 16 und 17 nach einer vollständigen Verschiebungsfolge durch seinen Ausgang 25«

Schließlich enthält die Schaltung der Fig. 4, welche zur Kombination mit einem Wandlersystem bestimmt ist, welches gleichzeitig die Sendung und den Empfang bewirkt, eine Empfangskette mit einem Verstärker 26 und einer Schaltung zur Behandlung und Sichtbarmachung 27, welche etwa auf bekannte Weise ausgebildet sein kann. Der Verstärker 26 empfängt die zu den Elementarwandlern zurückkehrenden Signale über den Transformator 20. Er muß natürlich gegen die Sendesignale geschützt werden. Bei der dargestellten Ausführung wird dieser Schutz durch ein Umschaltorgan 26 gewährleistet, welches elektronisch gesteuert wird und nicht beschrieben zu werden braucht, da es die in der Technik der Ultraschallortung bekannte Ausbildung haben kann.

Bei Benutzung eines Wandler systems der in Fig. 3 dargestellten Art wird zweckmässig die Schaltung so ausgebildet, daß die den η gleichzeitig in Tätigkeit gesetzten Elementarwand-

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lern entsprechende Öffnung β etwa dem Doppelten der geometrischen öffnung cc entspricht. Ferner wird die Dauer eines jeden von dem Generator 15 ausgesanten Wellenzuges zweckmässig so gewählt, daß die Zahl der Schwingungen in jedem Zug etwa gleich der Zahl der von den η gespeisten Wandlern erzeugten Halbwellen ist. Hierfür kann mit dem Generator 15 ein Eingangsgatter kombiniert werden, welches durch die hintere Planke eines jeden Zeitgeberimpulses ausgelöst wird, und dessen Öffnungsdauer einstellbar ist.

Nachstehend ist in vereinfachter Weise beispielshalber die Arbeitsweise einer Vorrichtung der in Fig. 3 und 4 dargestellten Art beschrieben, wobei gegebenenfalls auf Zahlenangaben Bezug genommen wird, welche einem Wandlersystem entsprechen, welches durch ein Zylindersegment aus Zirkonat von etwa 1 mm Dicke gebildet wird, auf welchem die die Elementarwandler bildenden Streifen mit einem Schritt £ von 1,25 mm angeordnet und durch Furchen von 0,25 mm Breite getrennt sind· Die Schaltung der Fig· 4 enthält dann z.B. einen Generator von 2 MHz, was einer Wellenlänge von 0,75 mm in Wasser entspricht. Ferner ist, wo auf Zahlenangaben Bezug genommen ist, angenommen, daß η = 64, N = 160 und y_M = 200 mm ist.

Die Steuerung und die Taktgabe für die gesamte Arbeitsfolge erfolgt durch den Zeitgeber 22 und den Zähler 23· Fig. 5 zeigt zur Erleichterung des Verständnisses die Form der Signale, welche an verschiedenen Punkten der Fig· 4 erscheinen, deren Bezugszeichen denen der Linien der Fig. 5 entsprechen.

Bei Inbetriebsetzung des Systems (von außen) beginnt der Zeitgeber 22, IDnpulse auf seinen mit dem Eingang 24 des Zählers 23 verbundenen Ausgang zu schicken. Als Antwort auf die hintere Flanke des ersten Zeitgeberimpulses zeigt der Zähler 21 1 an und sendet als Antwort an seinem Ausgang 25 einen Impuls zur parallelen Ladung der Steuerregister 18 und 19 aus.

Als Antwort auf jeden der n/2 folgenden Zeitgeberimpulse sendet der Zähler 23 an einem Ausgang 30 einen Schiebeimpuls aus, welcher die Reihenüberführung des gesamten Inhalts der Steuerregister 18, 19 in die Register 16 und 17 bewirkt. Am Ausgang dieses Teils der Folge sendet der Zähler, wenn er die Zahl n/2 anzeigt, an seinem Ausgang 29 ein Signal zur Entsperrung eines Gatters aus, welches zwischen dem Ausgang des Zeitge-

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bers und dem Eingangsgatter des ausgelösten Generators angeordnet oder in das Eingangsgatter eingebaut ist.

Jeder der E nächsten Impulse des Zeitgebers 22 (Fig. 5) schaltet den Zähler 23 weiter, welcher den Inhalt der .Register 16 und 17 verschiebt und außerdem das E in gangs gatter des Generators 15 während einer Zeit t₁ (Fig. 5, zweite Linie) entsperrt. Dieser sendet dann als Antwort auf jeden Zeitgeberimpuls an seinem Ausgang 28 einen Bnpulszug E aus. Dieser Impulszug wird, gegebenenfalls unter Phasenumkehrung, den Wandlern 12 übermittelt, welche einem dann entsperrten Transistor 13 oder 14 zugeordnet sind. Wie man sieht, beginnt die Sendung des Wandlersystems, während erst die Hälfte des Inhalts der Steuerregister 18 und 19 in die Register 16 und 17 übergeführt wurde. Nach Maßgabe der Fortdauer der Überführung des Inhalts der Register wird offenbar eine größere Energie an dem Punkt M fokussiert, wobei dieser gleichzeitig parallel zu X'-X verschoben wird.

Schließlich ist der Zähler 23 so vorgesehen, daß er überläuft, wenn er N Zeitgeberimpulse seit Beginn der Sendung empfangen hat und dann an einem Ausgang BAZ einen Rückstellimpuls für die Register 16 und 17 aussendet.

Der Umschalter 28 kann durch nicht dargestellte Mittel so betätigt werden, daß er während des für das Gatter zur Wahl der Tiefe kennzeichnenden Zeitintervalls t₂ die aufgefangenen Echos R von den Elementarwandlern 2 ,an welchen vorauf die Empfangsschaltung leitet, her die Sendung erfolgte,/In zahlreichen Fällen kann jedoch ein Umschalter 28 fortfallen, indem einfach der Verstärker 26 durch einen Eingangswüeistard. geschützt wird. Das Fenster zur Wahl der Laufzeit wird dann durch in das System 27 zur Datenverarbeitung eingebaute Mittel erzeugt.

Der Zähler 23 kann einen Synchronisierausgang 31 aufweisen, welcher ein für den Inhalt des Zählers kennzeichnendes Signal liefert, was z.B. eine Sichtbarmachung ermöglicht. Das Rückstellsignal kann seinerseits benutzt werden, um eine mechanische Verschiebung des Wandlersystems um einen Schritt in der Richtung ζ zu steuern.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung kann auch mit einem Wandlersystem 32 der in Fig. 6 schematisch dargestellten Art kombiniert werden. Dieses System enthält eine ebene Platte,

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z.B. aus einem piezoelektrischen keramischen Stoff, welche auf einer Seite N elementare Sendewandler 33 bildende waagerechte Streifen und auf der anderen Seite M parallele lotrechte Streifen 34 trägt, welche durch isolierende Zonen getrennt sind und die elementaren Empfangswandler bilden. Der größeren Klarheit wegen ist nur ein Teil der Streifen dargestellt, und zwar alle vollausgezogen, obwohl die Streifen 34 auf der Vorderseite und die Streifen 33 auf der Rückseite liegen.

Bei der Sendung erhalten alle Streifen 34 Körper schluß, und der Generator, welcher der Schaltung 35 angehört, welche wie die in Fig. 4 dargestellte ausgebildet ist, überträgt auf gewisse Elementarwandler 33 iapulszüge. Es erfolgt so eine Fokussierung längs einer waagerechten Linie und nicht mehr gemäß einem einfachen Punkt M, sowie eine lotrechte Abtastung in der Entfernung Y„. Es können zwei Empfangstypen in Betracht gezogen werden.

Eine erste Lösung besteht darin, nach jeder Aussendung eines Ultraschallwellenzuges (welche N mal wiederholt wird) einen entsprechenden Punkt M zu wählen, indem man allen Wandlern 33 Körperschluß erteilt und einen einzigen der M Elementarwandler 34 mit einer Empfangsschaltung 36 verbindet, welche wie die bei 26 und 27 in Fig. 4 dargestellte ausgebildet ist.

Eine andere Lösung besteht darin, eine holographische Detektion vorzunehmen, welche dann M parallel arbeitende Kanäle in der Empfangsschaltung 36 erfordert.

Es ist{zu bemerken, daß die Benutzung einer Anordnung mit einem Wandler system der in Fig. 6 dargestellten Art und einer Schaltung der in Fig. 4 dargestellten Art eine große Yerwendungsvielseitigkeit besitzt und insbesondere gestattet, eine große Tiefenschärfe zu erhalten und den Fokussierungsabstand sehr schnell zu verändern.

Da die Tiefenschärfe bei der Sendung im wesentlichen von der Zahl η der bei der Nachbildung benutzten Wandler abhängt und die Fokussierung und die Auflösung umso besser sind, je größer die Zahl η ist, kann man für die Register 18, 19 eine Kapazität vorsehen, welche eine ausgezeichnete Auflösung ergibt und jedes Mal, wenn man eine große Tiefenschärfe braucht (z.B. bei der Echographie B) mit einer Zahl von gleichzeitig gesteuer-

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ten Wandlern arbeiten, welche erheblich kleiner ist, z.B. 32 anstatt 64. Zur Erzielung dieses Ergebnisses genügt es, mehrere Festspeicher zur Ladung der Steuerregister 18 und 19 und Umschaltmittel vorzusehen, welche die Zufuhr des Inhalts des einen oder des anderen dieser Speicher zu den Registern ermöglichen. Bei Benutzung nur einer kleinen Zahl von Wandlern erhält man nicht mehr eine wirkliche Fokussierung, sondern eine sehr lange Kaustik, welche insbesondere in der Medizin wünschenswert sein kann. Bei der Kardioechographie muß man z.B. eine große Tiefenschärfe haben, um die Echos veränderlicher Tiefe während der Abtastung zu registrieren. Dieses Resultat wird so in sehr einfacher Weise erhalten.

Man kann übrigens eine sehr hohe Auflösung beibehalten, wenn man zwei aufeinanderfolgende Abtastungen längs der Richtung χ (oder mehr) mit zwei verschiedenen Phasenverschiebungsverteilungen benutzt, welche Fokussierungen in verschiedenen Entfernungen Yjj entsprechen. Hierfür genügt es, daß der Zähler 23 nach jeder Abtastung einen Impuls aussendet, welcher der Ladung der Register 18 und 19 mit dem Inhalt von Speichern entspricht, welche von den gerade benutzten verschieden sind.

Zur Erhöhung der Folge der erhaltenen Bilder ist es in diesem Sonderfall zweckmässig, eine Abtastung mit Ver schachte lung zu benutzen, wie bei dem gewöhnlichen Fernsehen. Hierfür genügt es, daß der Zähler mit den Registern so gekoppelt ist, daß er eine Verschiebung um zwei Stellungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sendungen erzeugt, wobei die geradzahligen Zeilen des Abtastrasters von einem Bild durchlaufen werden, die ungeradzahligen Zeilen von dem nächsten Bild durchlaufen werden, und so fort. Diese Lösung gestattet außerdem, wenn die Verschachtelung fortgelassen wird und nur die geradzahligen (oder die ungeradzahligen) Zeilen beibehalten werden, doppelt so schnell an einen interessanten Punkt zurückzukehren, dessen Tiefe bekannt ist, und somit Bewegungen sichtbar zu machen.

Die Breite des Auswahlfensters des Empfangssystems muß natürlich in diesem Fall so vorgesehen werden, daß es die der Fokussierungszone entsprechenden Echos durchlässt.

Man kann z.B. angeben, daß mit einer derartigen

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Vorrichtung mit Verseil achte lung mit der jBcliograpMe B der gesamte Herzmuskel über eine Tiefe, welche von 1 bis 2 cm von der Sonde aus bis zu etwa 15 cm geht, ohne Schwierigkeit sichtbar gemacht werden kann.

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Claims

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1· Vorrichtung zur Ultraschallortung mit elektronischer Verschiebung mit N gleichmäßig längs einer Verschiebungslinie verteilten Elementarwandlern, einem Phasenschiebermitteln zugeordneten Generator (oder Empfänger) für Ultraschallfrequenz, und Mitteln zur Speicherung der Verteilung der einer Fokussierung in einer bestimmten Entfernung von der Linie entsprechenden Phasen auf η Elementarwandler, und Umschaltiaitteln, welche eine Gruppe von η Wandlern mit den Phasenschiebermitteln und dem Generator (oder Empfänger) gemäß dieser Verteilung verbinden und hierauf in Zeitabständen die Gruppe von η Elementarwandlern längs dieser Linie verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebermittel durch einen eine Phasenverschiebung vontferzeugenden Umschalter (20) gebildet werden, und daß die Speichermittel die Verteilung zwischen unmittelbar mit dem Generator (oder Empfänger) verbundenen Wandlern und den über den Umschalter angeschlossenen Wandlern speichern·
2. Ortungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel für jeden Elementarwandler zwei Schalter (13i_f 14-i) aufweisen, welche gestatten, den Wandler unmittelbar oder mit Umschaltung mit dem Generator (oder dem Empfänger) zu verbinden und diesen Wandler von dem Generator (oder dem Empfänger) zu isolieren.

3· Ortungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel durch einen gegebenenfalls neu programmierbaren Festspeicher gebildet werden.

4. Ortungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel zwei Schieberegister (18, 19) mit η Stellen aufweisen, von denen das eine die Stellung der unmittelbar mit dem Generator (oder dem Empfänger) zu verbindenden η Elementarwandler und das andere die Stellung der mit Umschaltung mit dem Generator (oder dem. Empfänger) zu verbindenden η Elementarwandler speichert, wobei ein Zeitgeber (22) die Verschiebung des Inhalts der Register und seine Serienüberführung in zwei Register (16, 17) mit N Stellen bewirkt, deren jede die einem Elementarwandler zugeordneten Umschaltmittel (I3i, 14-i) steuert.

5. Ortungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jedem Elementarwandler zugeordneten

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Schaltmittel durch zwei durch die Schieberegister mit N Stellen gesteuerte Transistoren gebildet werden.

6, Ortungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgenerator durch einen während einer bestimmten Zeit durch jeden Zeitgeberimpuls ausgelösten Oszillator (15) gebildet wird.

7. Ortungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementarwandler (I2i) durch kreisförmige Streifen gebildet werden, welche in gleichen Abständen auf einer Fläche in Form eines Zylindersegment s angeordnet sind, dessen Halbmesser gleich dem bestimmten Abstand ist.

8· Vorrichtung zur Ultraschallortung zur Echographie G gemäß Anspruch 7* gekennzeichnet durch Mittel, welche die Wandler als Ganzes in einer zu der axialen Mittelebene des Zylinder segments senkrechten Richtung nach jeder Abtastung der Gesamtheit der N Elementarwandler um einen bestimmten Schritt verschieben.

9· Ortungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer den gemäß einer ersten Verschiebungsrichtung verteilten und einen Ultraschall— frequenz generator zugeordneten Wandlern (33) einen zweiten Satz von M Wandlern (34) aufweist, welche einem Empfänger zugeordnet und gleichmäßig auf eine zu der vorhergehenden senkrechten Richtung verteilt sind, wobei alle Wandler auf einer ebenen Fläche angeordnet sind.

10. Ortungsvorrichtung nach einem der Ansprüche' 1 bis 9, gekennzeichnet durch Empfangsmittel mit einem Verstärker und einem Wähler mit einem zeitweiligen Fenster.

11. Verfahren zur Ultraschallortung mit elektronischer Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung auf η aufeinanderfolgende Elementarwandler (12) eines linearen Netzes der Phasen 0 und T gespeichert wird, welche einer Fokussierung des Netzes in einer bestimmten Entfernung entsprich und daß von einem Generator (15) kommende Wellenzüge an Wandler (12) angelegt werden, welche auf ein lineares Netz gemäß dieser Verteilung verteilt sind, wobei die Sendung dadurch beginnt, daß eine Zahl von Wandlern, welche kleiner als η ist, an einem Ende des Netzes in Tätigkeit gesetzt wird, und daß man die Grup-

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pe von Wandlern, an welche diese Verteilung angelegt wird, bis an den anderen Rand des Netzes von Ή Wandlern vorrücken lässt, bis diese Verteilung nur noch an eine Zahl von Wandlern angelegt ist, welche kleiner als η ist.

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