DE2628492B1

DE2628492B1 - Geraet zur untersuchung von koerpern durch abtastung mittels ultraschall

Info

Publication number: DE2628492B1
Application number: DE19762628492
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Hoelzler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-05-26
Also published as: US4164213A; FR2356140B1; GB1559635A; JPS531981A; FR2356140A1; NL7704081A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Untersuchung von Körpern durch Abtastung mittels Ultraschall, mit einem Ultraschallapplikator aus wenigstens einer Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschallwandlerelemente und einer Ansteuervorrichtung zur einzel- oder gruppenweisen Ansteuerung der Wandlerelemente.

Ein Gerät dieser Art ist beispielsweise durch die DT-OS 19 48 463 vorbekannt. Der Ultraschallapplikator dieses Gerätes umfaßt dabei eine Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschallwandlerelemente, die durch eine Ansteuervorrichtung in der Weise angesteuert werden, daß über die Reihe fortlaufend jeweils eine Gruppe nebeneinanderliegender Wandlerelemente erregt wird. Die Anzahl erregter Wandlerelemente in einer Gruppe ist jeweils konstant gleich groß und die Schrittweite entspricht dem Rasterabstand zweier benachbarter Wandlerelemente, da die fortlaufende Erregung jeweils durch Zuschaltung eines neuen Wandlerelementes bei gleichzeitiger Abschaltung des ersten Wandlerelementes einer jeden Gruppe erfolgt. Aufgrund dieses speziellen Ansteuermechanismus ergibt sich also ein höchstens der Gesamtzahl der Wandlerelemente am Applikator entsprechende Zeilen-

ORlGiNAL INSPECTED

zahl bei der Ultraschallabtastung. Da das Auflösungsvermögen möglichst hoch sein soll, muß entsprechend auch die Zeilendichte groß gewählt werden. Bei einer vorgegebenen Gesamtlänge des Ultraschallapplikators bedingt dies eine relativ große Anzahl von Wandlerele- _- menten mit geringer Breite, d. h. entsprechend geringem Rasterabstand. Bei einer großen Anzahl von Wandlerelementen ergeben sich jedoch relativ ungünstige Kapazitätsverhältnisse zwischen den Wandlerelementen und den elektronischen Ansteuerschaltern für die Elemente. Diese ungünstigen Kapazitätsverhältnisse bewirken eine erhöhte Bedämpfung der empfangenen Echosignale sowie geringeren Störabstand zwischen durchgeschalteten und abgetrennten Wandlerelementen. Aufgrund des geringen Rasterabstandes der i-, Wandlerelemente wird darüber hinaus auch das Verhältnis Breite/Dicke der einzelnen Wandlerelemente ungünstig in dem Sinne, daß sich erhöhte Querverkopplungen ergeben. Dies führt einerseits zum Übersprechen zwischen Nachbarschwingerelementen und ferner zu ungünstigen Schwingungsverhältnissen, da der Störeinfluß der unerwünschten Breitenschwingung gegenüber der erwünschten Dickenschwingung erhöht ist. Ferner ergeben sich auch fertigungstechnische Nachteile, da bei erhöhter Anzahl der Wandlerelemente die Zahl der erforderlichen Lötstellen entsprechend hoch ist, und es ergeben sich auch Nachteile im elektronischen Aufwand, da eine Vielzahl von Wandlerelementen zu einer entsprechenden Vielzahl von elektronischen Ansteuerschaltern mit relativ hohem Platz- und Kostenaufwand führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Art aufzubauen, das die Nachteile des bekannten Gerätes insgesamt vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 3s daß die Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung der Wandlerelemente des Ultraschallapplikators in solchen symmetrischen Konfigurationen mit gerad- und ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen ausgebildet ist, daß die Symmetrieachsen der Konfigurationen gleichzeitig erregter Wandlerelemente einmal in den Lücken zwischen zwei benachbarten Wandlerelementen und ein anderes Mal in den Mitten der Wandlerelemente zum Liegen kommen, wobei die Ansteuerung in der Weise erfolgt, daß während eines Abtastzyklus über die Gesamtlänge des Applikators durch die Symmetrieachsen jede mögliche Position in den Lücken zwischen zwei Wandlerelementen bzw. in den Wandlerelementmitten mindestens einmal eingenommen wird, ausgenommen gegebenenfalls nur die Wandlerelemente der ersten Hälfte der ersten und der zweiten Hälfte der letzten Wandlerelementgruppe des Applikators.

Mit dem Gerät nach der Erfindung lassen sich Zeilenabstände bei der Ultraschallabtastung realisieren, die nicht mehr dem gesamten, sondern nur noch dem halben Rasterabstand benachbarter Wandlerelemente entsprechen. Hierdurch erhält man bei einer vorgegebenen Anzahl von Wandlerelementen am Ultraschallapplikator doppelte Zeilenzahl oder umgekehrt bei f₎₀ vorgegebener Zeilenzahl die Hälfte an erforderlichen Wandlerelementen gegenüber den herkömmlichen Applikatoren. Letzteres, also die Halbierung der Anzahl der Wandlerelemente bei gleichbleibender Gesamtlänge des Ultraschallapplikators und ohne Änderung der Zeilenzahl, ermöglicht jedoch eine Vergrößerung, beispielsweise die Verdoppelung, der Wandlerbreite jedes Elementes bei gleichzeitiger Erweiterung, z.B.

ebenfalls Verdoppelung, des Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Wandlerelementen. Damit ergibt sich jedoch der Vorteil, daß aufgrund des vergrößerten, z. B. verdoppelten, Verhältnisses Breite/Dicke jedes Wandlerelementes geringere Querverkopplung zwischen den Wandlerelementen auftritt, weil der Frequenzabstand zwischen erwünschter Dickenschwingung und unerwünschter Breitenschwingung eines jeden Elementes größer und somit der Störeinfluß der Breitenschwingung geringer wird. Aufgrund der vergrößerten Zwischenräume zwischen den einzelnen Wandlerelementen wird auch die Gefahr eines Übersprechens zwischen benachbarten Wandlerelementen erheblich verringert. Die verringerte Gesamtzahl sämtlicher Wandlerelemente bedingt ferner erheblich verbesserte Kapazitätsverhältnisse, wodurch empfangene Echosignale weniger stark bedämpft werden und der Störabstand zwischen durchgeschalteten und abgetrennten Schwingern somit erhöht ist. Bei auf die Hälfte reduzierter Wandlerzahl ergibt sich aber auch rascheres und wegen der großflächigeren Ausbildung der Wandlerelemente auch einfacheres Löten, und die Zahl der benötigten Ansteuerschalter ist ferner auf die Hälfte reduziert. Die fertigungstechnischen und elektronischen Vorteile der Erfindung liegen somit auf der Hand.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Es zeigt

F i g. 1 einen Ultraschallapplikator in herkömmlicher Ausführung,

Fig.2 einen Ultraschallapplikator in einer Ausführung gemäß vorliegender Erfindung,

Fig.3 ein erstes Ausführungsbeispiel zum Betrieb eines Ultraschallapplikators gemäß F i g. 2 im Prinzipschaltbild,

Fig.4 ein zweites Ausführungsbeispiel zum Betrieb eines Ultraschallapplikators gemäß Fig.2, das im Zeilensprungverfahren arbeitet,

F i g. 5 und 6 Beispiele für unterschiedliche symmetrische Wandlerkonfigurationen mit gerad- und/oder ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen zur Erzeugung ein und derselben Symmetrieachse.

In der F i g. 1 besteht der herkömmliche Ultraschallapplikator Γ beispielsweise aus einer Anzahl n' = 108 einzelner Wandlerelemente W\ bis W_n', die in einer Reihe 2' nebeneinander an einem Trägerteil 3' gehaltert sind. Das Trägerteil 3' besteht dabei aus einem Material, das den Ultraschall gut absorbiert, beispielsweise aus Epoxidharz. Im Betriebszustand erfolgt demnach Ultraschallabstrahlung nur in Richtungen des Richtungspfeiles 4' senkrecht zur Applikationsfläche 5' des Applikators 1'. Die Wandlerelemente W\ bis W_n' des herkömmlichen Ultraschallapplikators 1' sind vorzugsweise piezoelektrische Kristallplättchen, die für Betriebsfrequenzen beispielsweise im Bereich von ca. 4 MHz eine Dicke d = 0,5 mm, eine Breite b = 0,9 mm und eine Länge / = 8 mm aufweisen. Die Spaltbreite s zwischen den einzelnen Wandlerplättchen liegt bei 5 = 0,1 mm. Es ergibt sich somit ein Rasterabstand r = 1 mm. Bei einer Gesamtzahl von Wandlerelementen n' = 108 ergibt sich somit eine Gesamtlänge des Applikators Γ von L = 108 mm. Bei Ansteuerung der Wandlerelemente z. B. in Vierergruppen sowie Weitertaktung um jeweils ein Wandlerelement mit jedem Takt ergibt sich somit eine Zeilenzahl von ca. 105 Zeilen pro Ultraschallbild (die Zeilen für die

beiden ersten Elemente WV, W₂' und die beiden letzten Elemente W_n'~\, W_n der Wandlerreihe werden unterdrückt, da vorzugsweise nur komplette Vierergruppen zum Zellenaufbau beitragen sollen).

Beim Ultraschallapplikator 1 in der erfindungsgemäßen Ausbildung nach F i g. 2 dienen als Wandlerelemente Wi bis W_n wiederum piezoelektrische Kristallplättchen, die entsprechend F i g. 1 in Reihe 2 nebeneinander an einem Trägerteil 3 angeordnet sind. Das Trägerteil 3 ist entsprechend jenem der Fig. 1 ausgebildet, so daß sich also wiederum eine Abstrahlrichtung 4 senkrecht zur Applikationsfläche 5 des Applikators 1 ergibt. Die Kristallplättchen IVi bis W_n der Wandlerreihe 2 haben eine Dicke d = 0,5 mm und eine Länge / = 8 mm entsprechend den Kristallplättchen W\ bis W_n der Wandlerreihe 2' des Applikators 1'. Im Unterschied zu den Kristallplättchen W\ bis W_n ist jedoch die Breite der Kristallplättchen W\ bis W_n doppelt so groß, d. h. 2 6= 1,8 mm. Der Spaltabstand ist entsprechend vergrößert, d. h., er beträgt beispielsweise 2s = 0,2 mm. Der Rasterabstand der Plättchen ist also ebenfalls verdoppelt, d. h. 2r = 2 mm. Bei einer Gesamtlänge des Applikators 1 von wiederum ca. L = 108 mm ergibt sich somit eine Gesamtzahl der benötigten Wandlerelemente von η = 54. Trotz halbierter Wandlerzahl ergibt sich jedoch mit dem Applikator 1 gemäß der F i g. 2 in etwa wieder dieselbe Zeilenzahl wie auch beim Applikator gemäß der Fi g. 1, d. h. genaugenommen 101 Zeilen pro vollständigem Ultraschallbild bei vorausgesetztem Vierer- bzw. Fünfergruppen-Schieberhythmus, wie im nachfolgenden anhand der Fig.3 und 4 noch näher erläutert wird.

In den Fig.3 und 4 ist der Ultraschallapplikator 1 entsprechend jenem der F i g. 2 aufgebaut, d. h., er umfaßt wiederum eine Wandlerreihe 2 mit insgesamt vorzugsweise 54 Wandlerelementen. Dargestellt sind jedoch lediglich die ersten sieben Wandlerelemente W\ bis Wi sowie das n-te (d. h. das 54ste) Wandlerelement W_n. Zur Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente W\ bis IV_n der Wandlerreihe 2 dient eine der Wandlerelementzahl entsprechende Anzahl von Ansteuerschaltern Si bis S_n einer Schalterbank 6. Jeder Schalter S\ bis S_n verbindet dabei im geschlossenen Zustand das ihm zugeordnete Wandlerelement IVi bis W_n mit einem Hochfrequenzimpulssender 7 im Sendebetrieb bzw. mit einem Echosignalempfänger 8 im Empfangsbetrieb. Zur Sichtbarmachung der Echosignale als Echoschnittbild dient ein Sichtgerät 9, beispielsweise Elektronenstrahlröhre, das die aus dem Untersuchungsobjekt zeilenweise anfallenden Echosignale entsprechend zeilenweise durch Helligkeitsmodulation als Hellpunkte auf einem Sichtschirm abbildet.

In den Prinzipschaltbildern nach den F i g. 3 und 4 ist die Ansteuerung der Wandlerelemente IVi bis W_n der Wandlerreihe 2 unterschiedlich in dem Sinne, daß im Falle des Ausführungsbeispiels nach der Fig.3 eine fortlaufende Erregung der Wandlerelemente in Gruppen von z. B. abwechselnd vier und fünf Wandlerelementen erfolgt; das Prinzipschaltbild nach der Fig.4 arbeitet hingegen im Zeilensprungverfahren, d. h., die Erregung der Wandlerelemente erfolgt über die Wandlerreihe 2 fortschreitend z. B. jeweils zuerst in Gruppen von jeweils vier Wandlerelementen (erstes Halbbild) und im nachfolgenden neu beginnend in Gruppen von jeweils fünf Wandlerelementen (zweites Halbbild). Die Prinzipschaltbilder nach den F i g. 4 und 5 unterscheiden sich demnach etwas in der Ansteuerelektronik. So enthält beispielsweise das Ausführungsbeispiel nach der F i g. 3 insgesamt zwei Schieberegister 10 und 11 mit je einem zugeordneten Gruppenprogrammgeber 12 bzw. 13. Der Gruppenprogrammgeber 12 ist dabei so eingestellt, daß er zu Beginn jeder Abtastung

-. dem Schieberegister 10 jeweils eine Vierergruppe von Setzimpulsen zuleitet, die dann im Schieberegister 10 im Schiebetakt eines zentralen Taktsteuergenerators 14 immer um jeweils eine Registerstelle weitergeschoben wird. Zur Zuführung der Schiebetaktimpulse des

·.·, Taktsteuergenerators 14 zum Schieberegister 10 dient dabei die Schiebetaktleitung 15. In entsprechender Weise erzeugt der Gruppenprogrammgeber 13 jeweils eine Fünfergruppe von Einzelimpulsen für das Schieberegister 11, die wiederum im Takt der über die ·; Schiebetaktleitung 16 dem Schieberegister 11 zugeleiteten Schiebetaktimpulse des Taktsteuergenerators 14 im Schieberegister 11 um jeweils eine Stelle weitergeschoben wird. Die Ansteuerung der einzelnen Schalter Si bis S_n der Schalterbank 6 erfolgt in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Schieberegister 10 bzw. 11 über eine Gatterlogik 17, die die Schieberegisterausgänge A\ bis A_n des jeweiligen Schieberegisters 10 oder 11 mit den Steuereingängen der Schalter Si bis S_n immer dann verbindet, wenn der Gatterlogik 17 über Schalteingänge

η 18 bzw. 19 Durchschaltimpulse des Taktsteuergenerators 14 zugeleitet werden. Die Gatterlogik 17 ist dabei so konzipiert, daß mit dem Auftreten eines Durchschaltimpulses am Durchschalteingang 18 das Schieberegister

10 ausgangsseitig mit den Steuereingängen der Schalter y. Si bis S_n verbunden ist, während mit dem Auftreten eines Durchschaltimpulses am Durchschalteingang 19 der Gatterlogik 17 hingegen eine Verbindung der Steuereingänge der Schalter mit den Signalausgängen des Schieberegisters 11 hergestellt wird. Die jeweiligen is Durchschaltimpulse für die Gatterlogik 17 werden, wie bereits angedeutet, vom Taktsteuergenerator 14 geliefert. Entsprechend erzeugt der Taktsteuergenerator 14 auch Zurücksetzimpulse für die Schieberegister 10 bzw.

11 über Rücksetzleitungen 20 bzw. 21, sobald über Rückmeldungsleitungen 22 bzw. 23 das Ende einer Durchtaktung der Impulsgruppen durch das jeweilige Schieberegister 10 bzw. 11 rückgemeldet wird. Über die Steuerleitungen 24,25 werden hingegen Impulssender 7 und Sichtgerät 9 mit Steuersignalen des Taktsteuergenerators 14 für die Sende/Empfangszyklen bzw. dem Echobildaufbau versorgt.

Wie bereits angedeutet, erfolgt beim Prinzipschaltbild nach der F i g. 3 die Weiterschaltung der Wandlerelemente IVi bis W_n schrittweise abwechselnd in Vierer- und Fünfergruppen. Der Beginn jeder Abtastung ist somit in der Weise festgelegt, daß über den Taktsteuergenerator 14 ein Steuerimpuls an den Gruppenprogrammgeber 12 abgegeben wird, der daraufhin eine Kombination aus vier Einzelimpulsen in das Schieberegister 10 einzählt. Sobald dieser Einzählvorgang beendet ist, wird vom Taktsteuergenerator 14 der Gatterlogik 17 über den Durchschalteingang 18 ein Durchschaltimpuls zugeleitet. Dieser Durchschaltimpuls verbindet die Ausgänge A\ bis A_n des Schieberegisters

r>o 10 mit den Steuereingängen für die Schalter Si bis S_n. Da beim Schieberegister 10 lediglich die ersten vier Ausgänge A\ bis A* gesetzt sind, werden demnach lediglich die Schalter Si bis Si geschlossen. Ist dieser Vorgang beendet, so wird über die Steuerleitung 24 der

fts Impulssender 7 im Sinne der Erzeugung eines Hochfrequenzimpulses aktiviert. Dieser Hochfrequenzimpuls wird über die geschlossenen Schalter Si bis St auf die Wandlerelemente VVi bis W\ gegeben. Diese werden

gleichphasig erregt, und es wird ein Ultraschallimpuls abgestrahlt, der ein (nicht dargestelltes) Untersuchungsobjekt in einer Abtastzeile entsprechend dem Richtpfeil Z\ abtastet. Die aus dieser Zeile stammenden Echosignale werden dann nach Rückwandlung in entsprechende elektrische Signale durch die Wandler W\ bis W* über die weiterhin geschlossenen Schalter S₁ bis S₄ auf den Echosignal-Empfänger 8 gegeben und von dort dem Sichtgerät 9 zur Aufzeichnung als entsprechende Echosignalzeile zugeleitet. Mit dem Ende dieser ersten _ro Sende/Empfangsperiode verschwindet der Durchschaltimpuls an der Durchschaltleitung 18 und die Schalter Si bis S4 werden somit wieder geöffnet. Gleichzeitig wird durch den Taktsteuergenerator 14 jedoch der Gruppenprogrammgeber 13 aktiviert, der daraufhin eine Gruppe von fünf Einzelimpulsen in das Schieberegister 11 einzählt. Sobald dieser Einzählvorgang beendet ist, wird über den Durchschalteingang 19 der Gatterlogik 17 ein weiterer Durchschaltimpuls zugeleitet, der jetzt die Ausgänge A\ bis A_n des Schieberegisters 11 mit den Steuereingängen der Schalter Si bis S_n verbindet. Da von sämtlichen Ausgängen A\ bis A_n des Schieberegisters 11 lediglich die Ausgänge A\ bis A₅ gesetzt sind, werden jetzt also die Schalter Si bis S₅ geschlossen. Nach Schließen dieser Schalter wird wiederum über die Steuerleitung 24 der Impulssender zur Abgabe eines weiteren Hochfrequenzimpulses aktiviert Aufgrund dieses Hochfrequenzimpulses werden nun die Wandlerelemente Wi bis Ws gleichzeitig gleichphasig aktiviert Es ergibt sich ein Ultraschallabtastimpuls, der das Untersuchungsobjekt nunmehr in einer Zeilenrichtung Z₂ abtastet. Die Richtung dieses Pfeiles Z₂ verläuft dabei durch die Mitte des Wandlerelementes W₃. Die aus dieser Zeile empfangenen Echosignale werden erneut über den Echoempfänger 8 auf das Sichtgerät zur Sichtdarstellung gegeben. Am Ende dieser zweiten Sende/Empfangsperiode verschwindet wiederum der Durchschaltimpuls an der Durchschaltleitung 19. Die Schalter Sj bis S5 werden somit geöffnet. Gleichzeitig wird durch den Taktsteuergenerator 14 dem Schiebetakteingang 15 des Schieberegisters 10 ein Taktimpuls zugeleitet. Die im Schieberegister 10 befindliche Impulsvierergruppe wird damit um eine Registerstelle weitergetaktet. Am Ende dieses Taktvorganges erfolgt erneute Abgabe eines Durchschaltimpulses über die Durchschaltleitung 18 zur Gatterlogik 17. Die Ausgänge A\ bis A_n des Schieberegisters 10 sind damit erneut mit den Steuereingängen der Schalter Si bis S_n verbunden. Da nunmehr jedoch nur die Ausgänge Az bis As des Schieberegisters 10 gesetzt sind, werden dementsprechend auch nur die Schalter S₂ bis S5 geschlossen. Über den angeworfenen Impulssender 7 ergibt sich somit Erregung der Wandlerelemente W₂ bis W5 und Zeilenabtastung in Richtung des Zeilenpfeiles Z3. Mit Beendigung dieses dritten Abtastvorgangs erfolgt Weitertaktung der Impulsfünfergruppe im Schieberegister 11 ebenfalls um eine Registerstelle. Die erneute Durchschaltung der Gatterlogik 17 über den Durchschalteingang 19 schließt die Schalter S₂ bis S₆, so daß sich Erregung der Wandlerelemente W₂ bis We und damit Zeilenabtastung in Richtung des Zeilenpfeils Z» ergibt. Der beschriebene Zyklus, d.h. wechselweise Weitertaktung der Viererimpulsgruppe im Schieberegister 10 bzw. der Fünferimpulsgruppe im Schieberegister 11 sowie nachfolgende entsprechende Durchschaltung der Gatterlogik 17 wiederholt sich nun· so lange, bis im Falle des Schieberegisters 10 die Viererimpulsgruppe und im Falle des Schieberegisters 11 die Fünferimpulsgruppe den Ausgang des Schieberegisters 10 bzw. 11 jeweils erreicht. Mit diesem Falle wird der Abtastvorgang mit der Erregung der letzten vier bzw. letzten fünf Wandlerelemente der Wandlerreihe 2 des Applikators 1 beendet, die Schieberegister 10 bzw. 11 werden zurückgesetzt und der Abtastvorgang durch erneutes Einschieben von Impulsen in das Schieberegister 10 bzw. 11 und erneute Aufnahme der zyklischen Weitertaktung wieder von vorn aufgenommen. Wie in der F i g. 3 angedeutet, ist das Ergebnis dieser periodisch fortschreitenden Abtastung ein Abtastzeilenfeld 26 aus Abtastzeilen, deren Abstand untereinander jeweils der halben Rasterbreite der Wandleretemente W\ bis W_n entspricht Bei einer Anzahl von η = 54 Wandlerelementen ergibt sich also ein Zeilenraster für jedes Ultraschallbild, das aus insgesamt 2^-4) + 1 = 101 Zeilen aufgebaut ist. Bei gegenüber herkömmlichen Ultraschallapplikatoren halbierter Anzahl von Wandlerelementen ergibt sich somit im wesentlichen dieselbe Zeilenzahl. Dieselbe Zeilenzahl ergibt sich jedoch auch mit dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4, das, wie bereits erwähnt, im Zeilensprungverfahren arbeitet. Zur Erzeugung der beiden Halbbilder enthält dabei das Ausführungsbeispiel nach der Fig.4 nur ein einziges Schieberegister 27, dem wiederum Gruppenprogrammgeber 12 bzw. 13 zum Einschieben von Vierer- bzw. Fünfergruppen von Setzimpulsen zugeordnet sind. Mit

28 ist wiederum eine Schiebetaktleitung für das Schieberegister 27 bezeichnet, über die dem Schieberegister 27 wieder Schiebetaktimpulse des Taktsteuergenerators 14 zugeleitet werden können. Die Leitungen

29 bzw. 30 stellen die Rücksetz- bzw. Rückmeldeleitung für das Schieberegister 27 dar. Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 werden die beiden Ultraschallhalbbilder in dem Sinne erzeugt, daß zuerst in einem ersten Druchgang die gesamte Wandlerformation W\ bis W_n des Ultraschallapplikators 1 fortschreitend in Vierergruppen durchgetaktet wird, während in dem jeweils nachfolgenden zweiten Durchgang dann entsprechend Durchtaktung in Fünfergruppen erfolgt. Zur Durchführung des Vierertaktrhythmus wird dabei zu Beginn der Aufzeichnung des ersten Halbbildes dem Schieberegister 27 jeweils über den Gruppenprogrammgeber 12 eine Impuls-Vierergruppe zugeleitet, die dann im Takt der über die Schiebetaktleitung 28 zugeführten Schiebetaktimpulse des Taktsteuergenerators 14 im Schieberegister jeweils um eine Stelle weitergetaktet wird. Aufgrund dieses Durchtaktrhythmus der Vierergruppe im Schieberegister 27 ergibt sich entsprechende fortschreitende Durchschaltung der Schalter Si bis S_n in Vierergruppen und damit entsprechend fortschreitende Erregung der Wandlerelemente W\ bis W_n ebenfalls in Vierergruppen. Das Ergebnis ist ein erstes Halbbild der Ultraschallabtastung, das lediglich die ungeradzahligen Zeilen Zi, Z₃, Zs etc. des Ablenkrasters einer Vollbilddarstellung beinhaltet. Nach Aufbau des ersten Halbbildes erfolgt Umschaltung auf Abtastung im zweiten Halbbild in dem Sinne, daß nunmehr über den Gruppenprogrammgeber 13 in das Schieberegister 27 eine Fünfergruppe von Setzimpulsen eingespeist wird. Die nachfolgende Durchtaktung dieser Fünfergruppe im Schieberegister 27 bewirkt Durchschaltung der Schalter Si bis S_n und somit auch Ansteuerung der Wandlerelemente W\ bis W_n entsprechend in Fünfergruppen. Es ergibt sich somit Ultraschallabtastung in geradzahligen Zeilen Z₂, Za, Zb etc. Durch Überlagerung der beiden Halbbilder am Sichtgerät 9 ergibt sich dann das Vollbild 31, das, wie bereits erwähnt, wiederum insgesamt 101

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Zeilen umfaßt Mit dem Zeilensprungverfahren des Ausführungsbeispiels nach der Fig.4 ergibt sich somit gleiche Zeilenzahl wie auch beim Ausführungsbeispiel nach der Fig.3, wobei jedoch die Bildfrequenz verdoppelt ist. Mit zusätzlich weiter reduziertem elektronischen Aufwand erhält man somit Ultraschallschnittbilder, die mit Sicherheit immer flackerfrei sind.

Mit den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 4 ergibt sich Ultraschallabtastung speziell entlang einer Linie. Das Abtastverfahren nach der Erfindung kann jedoch auch ohne weiteres flächenhaft durchgeführt werden. Zu diesem Zwecke braucht lediglich die Linearanordnung der Wandlerelemente W\ bis W_n nach den Ausführungsbeispielen der F i g. 3 und 4 durch eine entsprechende Flächenanordnung ersetzt werden. Bei einer solchen Flächenanordnung der Wandlerelemente kann die Flächenabtastung nach beliebigem Schema, z. B. zeilenweise, spaltenweise oder im Mischverfahren aus beiden, erfolgen. Wesentlich ist nur, daß die jeweils angesteuerten Wandlergruppen sowohl in der einen als auch in der anderen Flächenrichtung nach einem der z. B. zu den F i g. 3 und 4 beschriebenen Verfahren weitergetaktet werden. In diesem Sinne ausgebildete und angesteuerte Flächenarrays benötigen einen Gesamtaufwand von Wandlerelementen und elektronischen Ansteuerschaltern, der bereits lediglich ein Viertel jenes Aufwandes ist, der bei vergleichbaren Flächenarrays herkömmlicher Art benötigt wird. Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 bzw. 4 erfolgt Ansteuerung und Weitertaktung von Wandlerelementen vorzugsweise in Vierer- bzw. Fünfergruppen

S nebeneinanderliegender Wandlerelemente, wobei die einzelnen Gruppen in der Aufeinanderfolge der Ansteuerung aneinandergrenzen oder sogar ineinanderübergreifen. Ein solches Abtastschema mit derartigen Bedingungen ist jedoch lediglich beispielhaft und für die Allgemeindurchführung des erfindungsgemäßen Abtastverfahrens nicht zwingend; das erfindungsgemäße Abtastverfahren läßt sich vielmehr auch mit einander einzeln oder gruppenweise beliebig zugeordneten Wandlerelementen der gesamten Wandlerelementan-Ordnung durchführen, sofern die gewählten symmetrischen Wandlerkonfigurationen nur im erfindungsgemäßen Sinne solche Symmetrieachsen aufweisen, die die Einnahme von Sende/Empfangsrichtungen in jede mögliche Position in den Lücken zwischen zwei Wandlerelementen bzw. in den Wandlerelementmitten tatsächlich erlauben. Beispiele für unterschiedliche symmetrische Wandlerkonfigurationen mit gerad- und/oder ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen, die diesen Bedingungen genügen, sind beispielsweise in den F i g. 5 und 6 schematisch angedeutet. Jeweils gleichzeitig erregte Wandlerelemente einer Gruppenkonfiguration sind dabei schraffiert dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Untersuchung von Körpern durch Abtastung mittels Ultraschall, mit einem Ultraschallapplikator aus wenigstens einer Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschallwandlerelemente und einer Ansteuervorrichtung zur einzel- oder gruppenweisen Ansteuerung der Wandlerelemente, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuer- _in vorrichtung (6; 10 bis 23 oder 6; 12 bis 30) zur Ansteuerung der Wandlerelemente (Wi bis W_n) des Ultraschallapplikators (1) in solchen symmetrischen Konfigurationen mit gerad- und ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen ausgebildet ist, daß i< die Symmetrieachsen (SA) die Konfigurationen gleichzeitig erregter Wandlerelemente einmal in den Lücken zwischen zwei benachbarten Wandlerelementen und ein anderes Mal in den Mitten der Wandlerelemente zum Liegen kommen, wobei die >_i: Ansteuerung in der Weise erfolgt, daß während eines Abtastzyklus über die Gesamtlänge (L) des Applikators (1) durch die Symmetrieachsen jede mögliche Position in den Lücken zwischen zwei Wandlerelementen bzw. in den Wandlerelementmit- 2\ ten mindestens einmal eingenommen wird, ausgenommen gegebenenfalls nur die Wandlerelemente der ersten Hälfte der ersten und der zweiten Hälfte der letzten Wandlerelementgruppe des Applikators.

2. Gerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtaktung der Wandlerelemente (W\ bis W_n) im Vollbildverfahren wechselweise in Gruppen mit geradzahliger und in Gruppen mit ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen erfolgt.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtaktung der Wandlerelemente (W\ bis W_n) in einem ersten Durchgang zuerst in Gruppen mit geradzahliger und in einem nachfolgenden zweiten Durchgang in Gruppen mit ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen oder umgekehrt erfolgt und daß die so anfallenden Teilabtastbiider nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Vollbild summiert werden.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung von Wandlerelementgruppen mit gerad- und ungeradzahliger Anzahl von Wandlerelementen Gruppenprogrammgeber (12,13) vorhanden sind, aus denen Impulsgruppen mit entsprechend gerad- und ungeradzahliger Anzahl von Setzimpulsen zum Einschieben in Schieberegister (10,11 oder 27) abrufbar sind, wobei eingeschobene Setzimpulsgruppen innerhalb der Schieberegister im Takt von Schiebetaktimpulsen eines Taktsteuergenerators (14) weitergetaktet werden und wobei und mit den durch sie gruppenweise fortschreitend gesetzten Registerpositionen des Schieberegisters Schalter (S\ und S_n) zur entsprechend fortschreitenden gruppenweisen Akti- (>o vierung der zu erregenden Wandlerelemente geschlossen werden.

5. Gerät nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gruppenprogrammgeber (12) für die geradzahligen und dem Gruppenpro- f>5 grammgeber (13) für die ungeradzahligen Setzimpulsgruppen vorzugsweise je ein Schieberegister (10 bzw. 11) zugeordnet ist, wobei Einschieben und Durchtakten von geradzahligen Setzimpulsgruppen im einen Schieberegister (10) im Wechseltakt zum Einschieben und Durchtakten von ungeradzahligen Setzimpulsgruppen im anderen Schieberegister (11) erfolgt.

6. Gerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gruppenprogrammgeber (12) für die geradzahligen und dem Gruppenprogrammgeber (13) für die ungeradzahligen Setzimpulsgruppen ein gemeinsames Schieberegister (27) zugeordnet ist, wobei durch dieses Schieberegister jeweils in einem ersten Durchgang nur geradzahlige Setzimpulsgruppen des geradzahligen Gruppenprogrammgebers (12) und in einem nachfolgenden zweiten Durchgang nur ungeradzahlige Setzimpulsgruppen des ungeradzahligen Gruppenprogrammgebers (13) getaktet werden.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallapplikator (1) zur Erzielung eines Zeilenrasters mit vorgebbarer maximaler Zahl an unterschiedlichen Ultraschallabtastzeilen lediglich eine solche Anzahl von Wandlerelementen (W\ bis W_n) aufweist, die höchstens im Bereich der halben erreichbaren Zeilenzahl liegt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleich mit herkömmlichen Ultraschallapplikatoren bei gleicher Applikatorlänge (L) die Wandlerelementzahl zur Erzielung in etwa der gleichen Zeilenzahl um die Hälfte reduziert ist, wobei jedoch die Breite (26) der einzelnen Wandlerelemente (W\ bis W_n) und vorzugsweise auch der Spaltabstand (2s) zwischen den Elementen entsprechend vergrößert, vorzugsweise verdoppelt ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierten Wandlerelementzahl entsprechend auch die Zahl der zugeordneten Ansteuerschalter (Si bis S_n) etwa um die Hälfte reduziert ist.