DE2651461A1 - Ultraschallabtastvorrichtung mit sichtanzeige und aufzeichnung - Google Patents

Description

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S. 86 162 Fl.

Smith Kline Instruments, Inc. Sunnyvale, Kalif. (V.St.ν.Α.)

Ultraschallabtastvorrichtung mit Sichtanzeige und Aufzeichnung

(Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden U.S. Anmelderung Ser.No.631 623 vom 13. November 1975 in Anspruch genommen.)

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallabtastvorrichtung mit Sichtanzeige und Aufzeichnung, welche wenigstens einen bei Ansteuerung durch elektrische Impulse zur Abgabe von gebündelten Ultraschallwellen, sowie zum Umsetzen aufgefangener Ultraschallenergie in elektrische Signale dienenden Ultraschallwandler, und eine zum periodischen Abtasten eines vorbestimmten Sektors innerhalb einer vorbestimmten Zeit mit gebündelter Schallenergie dienende Vorrichtung umfaßt.

In den letzten Jahren hat sich die Ultraschalluntersuchung des menschlichen Körpers zunehmend ausgebreitet. Die Vorteile von Ultraschalluntersuchungen sind, daß der Energiebedarf niedrig ist, wodurch die Verletzungsgefahr für den Patienten wesentlich herabgesetzt ist, sowie keine Strahlungsnebenwirkungen auftreten können und der Körper eingriff sfrei von außen her untersucht werden kann.

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Die Ultraschallenergie wird in einem gebündelten Strahl ausgesandt, der aus kurzen Impulsen besteht, auf welche jeweils ein verhältnismäßig langes Zeitintervall folgt, in dem keine Schallabstrahlung erfolgt. Während dieses Intervalls durchläuft die Impulsenergie den Körper. Sobald ein Impuls auf eine Grenzschicht zwischen zwei unterschiedlichen Schallwiderstand aufweisenden Substanzen trifft, wird ein Teil der Schallenergie reflektiert, wobei wiederum ein Teil dieser reflektierten Schallenergie als Echo zum Schallsender zurückkehrt. Der übrige Teil der ausgesandten oder abgestrahlten Schallenergie erzeugt weitere Echos an tiefer im Körper befindlichen Grenzflächen. Der als Wandler verwendete Schwingkristall, welcher elektrische Signale in Schallimpulse umsetzt, fängt gleichzeitig die Echos auf und erzeugt aus diesen wiederum ein elektrisches Signal. Dieses Signal wird verstärkt und in Form eines statischen oder dynamischen Bildes auf einer Kathodenstrahlröhre zur Sichtanzeige gebracht. Diese Sichtanzeige zeigt die gegenseitige Lage der Grenzflächen.

Ein für diese Zwecke verwendeter Sektorabtaster gestattet die Sichtanzeige eines Querschnitts des menschlichen Körpers. Sektorabtaster umfassen einen Ultraschallwandler (in Form eines piezoelektrischen Elements), der vermittels einer mechanischen Halterung drehbar gelagert und vermittels eines Motors angetrieben ist. Der im allgemeinen flach und kreisscheibenförmig ausgebildete Wandler wird vermittels des Antriebs zum Abtasten entlang einer Bogenlinie hin und her bewegt. Dabei wird der Wandler gleichzeitig durch Impulse mit hohen Spannungsspitzen unter einer Impulsfolgegeschwindigkeit in der Größenordnung von 3000 Hz angesteuert. Durch die Spannungsspitzen wird das piezoelektrische Element in mechanische Schwingungen versetzt, wobei es Hochfrequenz-Schallwellen, d.h. sogenannte Ultraschallwellen aussendet,

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die auf Organe innerhalb des Körpers treffen und bei unterschiedlichem Schallwiderstand teilweise zum Wandlerelement zurück reflektiert werden. In diesem Zeitpunkt wirkt das Wandlerelement gleichzeitig als Empfänger und setzt diese mechanischen Schwingungen in elektrische Signale um. Die elektrischen Signale werden verstärkt und in der Weise verarbeitet, daß sie sich auf einer Kathodenstrahlröhre zur Sichtanzeige bringen lassen.

Durch den mechanischen Antrieb wird nicht nur die Sonde angetrieben, sondern auch ein elektrisches Ausgangssignal· erzeugt, welches analog ist der Wandlerstellung. Dazu dient ein Positionsgeber wie z.B. ein Potentiometer, welches die Positions- oder Lageinformation in elektrische Signale bzw. Energie umsetzt. Das elektrische Signal dient nach Verarbeitung zur Herleitung waagerechter und senkrechter Signale, die in Verbindung mit den zurückkehrenden Ultraschall·- impulsen zur Ausbildung einer zweidimensionalen X-Y-Sichtanzeige in der Kathodenstrahlröhre dienen. Das auf dem Biidschirm erscheinende Bild zeigt die inneren Organe des untersuchten Körpers oder Körperbereichs.

Zur wirksamen Verwertung der in der Kathodenstrahlröhre erscheinenden Bildinformation ist erforderlich, diese Bilder zu speichern, um die Möglichkeit zu haben, zu einem späteren Zeitpunkt Vergleiche anzustellen. Bei bekannten Verfahren wird dazu eine Filmkamera, mit welcher die auf dem Bildschirm erscheinende Sichtanzeige fotografiert wird, oder auch eine Fernsehkamera verwendet, wobei die letztere auf den Bildschirm fokussiert und mit einem Bildaufzeichnungsgerät verbunden ist. Weiterhin ist auch bekannt, elektrostatische und andere Druckvorrichtungen einzusetzen.

Ferner ist zur Realzeituntersuchung innerer Organe des Körpers wie z.B. des Herzens die Verwendung eines Katheters

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bekannt, das eine rotierende Spitze aufweist, welche mehrere Wandler trägt. Die Wandler werden selektiv mit einem Impulsgeber verbunden, strahlen Ultraschallimpulse in den Körper ab und fangen die zurückkehrenden Echos auf. Die Echoimpulse werden verarbeitet und einer Kathodenstrahlröhre zugeführt, so daß aufeinanderfolgende Darstellungen des zu untersuchenden Bereichs erhalten werden. Die Bildfolgegeschwindigkeit ist dabei abhängig von der Umlaufgeschwindigkeit der Wandler, wobei die Auflösung von der Impulsfolgegeschwindigkeit abhängig ist. Die Teilbildgeschwindigkeiten werden dabei derart eingestellt, daß sich die Sichtanzeige vermittels einer Filmkamera mit einer Aufnahmegeschwindigkeit von beispielsweise 24 Bildern pro Sekunde fotografieren läßt. Eine entsprechende Vorrichtung ist in der U.S. Patentschrift 3 779 234 dargestellt und beschrieben.

Sämtliche bekannten Verfahren und Vorrichtungen beruhen nicht auf einer systematischen Grundlage. Die verwendeten Sichtanzeige- und Aufzeichnungsgeräte werden mit unveränderter Arbeitsweise übernommen. Die speziellen Eigenschaften und die Vorteile der einzelnen Geräte werden nicht miteinander kombiniert, um etwa zu besseren Ergebnissen zu gelangen oder die Gesamtkosten der Vorrichtung zu senken.

Die Aufgabe der Erfindung ist nunmehr die Schaffung einer verbesserten Ultraschallabtastvorrichtung mit Sichtanzeige und Aufzeichnung, welche eine flimmerfreie Sichtanzeige hoher Auflösung und die direkte Aufzeichnung der Abtastinformation in einem Bildaufzeichnungsgerät gestattet.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Ultraschallsichtanzeigevorrichtung vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine zu Beginn jedes Abtastsektors zur Abgabe eines Signals dienende Vorrichtung, eine zum Anlegen von Impulsen mit vorbestimmter Impulsfolge-

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geschwindigkeit an den Ultraschallwandler und zur Ausbildung einer Vielzahl sich entlang Abtastlinien fortpflanzender Ultraschallimpulse dienende Vorrichtung, wobei die Anzahl der in jedem Abtastsektor abgetasteten Abtastlinien durch die Abtastperiode und die Impulsfolgegeschwindigkeit vorgegeben ist, eine mit der Abtastvorrichtung gekoppelte Bildaufzeichnungseinrichtung, welche zur Aufzeichnung eines Bildaustastsynchronsignals, bestehend aus dem Abtastbeginnanzeigesignal für jeden Abtastsektor, den die Abtastlinien bildenden Impulsen und dem Wandlerausgangssignal, dient und in der Weise ausgelegt ist, daß bei Wiedergabe, Verarbeitung und Anlegen der Aufzeichnung an ein Sichtanzeigegerät die Abtastlinien des Abtastsektors darstellbar sind.

Bei dieser Vorrichtung tastet der Ultraschallwandler bei seiner Bewegung periodisch einen vorbestimmten Abtastsektor in einem vorbestimmten Abtastintervall ab. Zeit und Folgegeschwindigkeit der angelegten Impulse geben die Anzahl der in jedem Feld abgetasteten Linien vor. Die Bildaufzeichnungseinrichtung zeichnet ein BildaustastSynchronsignal des Abtastfeldes, sowie den Beginn jeder Abtastlinie und jedes Abtastfeldes darstellende Information und das Wandlerausgangssignal auf, so daß bei Wiedergabe der aufgezeichneten Signale über das Sichtanzeigegerät die wiedergegebene Sichtanzeige genau der ursprünglichen Sichtanzeige entspricht. Während der Aufzeichnung ist natürlich gleichfalls eine Sichtanzeige möglich.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Abtastvorrichtung.

Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der signale an verschiedenen Stellen der Vorrich-

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tung von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht des einen

Teil der Vorrichtung bildenden Abtastkopfs.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den Abtastkopf,

wobei ein Teil der besseren Übersichtlichkeit halber teilweise weggebrochen ist.

Fig. 5 und 6 sind Querschnitte entlang der Linie 5-5 bzw. 6-6 von Fig. 4.

Fig. 7 ist ein Seitenaufriß des Abtastkopfs mit teilweiser Wegbrechung zur Darstellung der inneren Teile.

Fig. 8 ist ein Seitenaufriß der entgegengesetzten

Seite des Abtastkopfs mit teilweiser Wegbrechung zur Darstellung der inneren Teile.

Die Vorrichtung weist einen von einem Motor 12 angetriebenen Rotor 11 auf, der um seinen Umfamg herum in gegenseitigen Abständen mehrere ültraschallwandler 13 trägt. Außerdem befinden sich an dem Rotor 11 mehrere in gegenseitigen Abständen um den Umfang herum angeordnete Reflexionsflächen 14,

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die vor einem Lichtwandler 16 vorbeilaufen, der/jedem Vorbeigang einen Ausgangsimpuls erzeugt. Der Ausgangsimpuls des Lichtwandlers 16 wird einer Motorsteuerung 17 zugeführt, die über die Leitung 18 von einem Synchronxsierungsgenerator 19 mit einer Bezugsfrequenz gespeist wird, um die Vorrichtung zu synchronisieren. Am Eingang des Synchronisierungsgenerators 19 liegt ein Signal von einem Taktgeber 21, bei dem es sich um einen Schwingkristall in Verbindung mit Spannungsteilern handeln kann, welche eine Steuerfrequenz für den Synchronxsierungsgenerator 19 liefern. Das Ausgangssignal· in der Leitung 19 besteht beispielsweise aus einem Signal von 60 Hz, welches der Motorsteuerung 17 zugeführt wird. Die Ausgangsimpulse des Lichtwandlers 16 dienen in

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einem Servosystem zur Servosteuerung des Motors 12 und zur Positionsvorgabe für den Rotor 11, so daß die Lage der Ultraschallwandler bei umlaufendem Rotor genau bestimmt ist. Den einzelnen Ultraschallwandlern werden aufeinanderfolgend Ultraschallimpulse mit hoher Impulsfolgegeschwindigkeit zugeführt, so daß diese bei umlaufendem Rotor mehrere Linien fächer- oder sektorartig abtasten. Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, indem die Ultraschallwandler 13 einerseits mit einer gemeinsamen Eingangsleitung 23 verbunden und andererseits bei Rotordrehung jeweils mit Masse 24 verbindbar sind. Dementsprechend ist bei Umlauf des Rotors 11 jeweils nur ein Ultraschallwandler 13 innerhalb eines Winkelbereichs von 90° angeschlossen. Dieser Ultraschallwandler tastet somit einen Sektor von 90° ab, wonach der nächstfolgende Ultraschallwandler anschließend den gleichen Sektor von 90° abtastet.

Der Synchronisierungsgenerator 19 liefert über die Leitung 26 Triggerimpulse an eine Anpaßschaltung (Interface) 27, welche ein entsprechendes Sende- und Empfangsgerät 28 treibt. Bei diesem Sende- und Empfangsgerät kann es sich beispielsweise um ein Gerät vom Typ Ekoline 20A/B handeln, das aufgrund zugeführter Triggerimpulse Ultraschallimpulse erzeugt, welche den Wandlern zugeführt werden. Die Wandler fangen die an Grenzflächen entstehenden Echos auf, und der Empfangsteil des Sende- und Empfangsgeräts verarbeitet die aufgefangenen Signale und gibt Ultraschall-Meßwerte über die Leitung 29 an die Anpaßschaltung 27 ab. Die Ultraschall-Meßwerte erscheinen in der Leitung 30 und werden über diese einer Meßwert-Verarbeitungsschaltung und Austastsignalgenerator 31, sowie einem Meßwert-Anzeigeschalter 32 zugeführt. Zu Beginn jedes Triggerimpulses legt der Synchronisierungsgenerator 19 einen Synchronimpuls an einen Kippgenerator 33 an, welcher mehrere Sägezahnspannungen der bei C in Fig. 2 dargestellten Form erzeugt. Diese Sägezahn-

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spannungen stellen die sogenannte R-Kippspannung dar, welche in der nachstehend beschriebenen Weise verändert wird. Außerdem erzeugt der Synchronisierungsgenerator in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Lichtwandlers 16 einen Triggerimpuls, durch den der Beginn einer Abtastung angezeigt wird. Dieser Triggerimpuls bildet eine Sägezahnspannung der bei B in Fig. 2 dargestellten Ausbildung, welche die ebenfalls abgeänderte Θ-Kippspannung darstellt. Die R- und Θ-Kippspannungen werden X- und Y-Verstärkern 36 bzw. 37 zugeführt, deren Ausgangssignal jeweils gleich ist X=R sin θ bzw. Y=R cos Θ. Damit entspricht der Abtastbereich des Monitor-Sichtgeräts 38 einem Abtastfeld von 90° öffnungswinkel, das aus mehreren Abtastlinien 39 besteht, die jeweils mit dem Anlegen eines Impulses an den Wandler beginnen, und wobei jedes Abtastfeld einem Wandlerumlauf von 90° entspricht. Die Anzahl der Abtastlinien ist daher unmittelbar abhängig von der Frequenz der an die Wandler angelegten Ultraschallimpulse. Die Ultraschall-Meßwerte in Leitung 30 werden über den Meßwert-Anzeigeschalter 32 und über die Leitung 41 dem Monitor-Sichtgerät 38 zugeführt und dienen zur Intensitätsmodulation des Kathodenstrahls, so daß der Abtaststrahl entsprechend den Ultraschall-Meßwerten moduliert ist, welche sich aus den Reflexionen an Grenzflächen ergeben. Die Drehgeschwindigkeit des Rotors 11 gibt die Anzahl der pro Sekunde zur Verfügung stehenden Abtastfelder vor, während die Anzahl der zugeführten Impulse die Anzahl der Abtastlinien vorgibt. Dabei ist jedoch die Impulsfolgegeschwindigkeit durch die Tiefe beschränkt, bis zu welcher die Strahlung eindringen soll, da zwischen den Impulsen genügend Zeit verbleiben muß, um die von den tiefsten betrachteten Stellen zurücklaufenden Echos aufzufangen.

Entsprechend der Erfindung werden die Synchronsignale des Synchronisierungsgenerators 19, welche den R- und ©-Synchronsignalen entsprechen und den Kippgeneratoren zugeführt werden,

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gleichfalls der Meßwert-Verarbeitungsschaltung 31 zugeführt. Diese wird außerdem mit den Ultraschall-Meßwerten gespeist. Die Verarbeitungsschaltung verarbeitet diese eingehenden Signale in ähnlicher Weise wie ein Fernseh-Austastsignalgenerator. Sie liefert in der Leitung 43 ein Bildaustastsynchronsignal, das der Darstellung bei A in Fig. 2 entspricht und waagerechte Synchronimpulse 51, senkrechte Synchronimpulse 52 und die Ultraschall-Meßwerte 53 für jede Abtastlinie umfaßt.

Als Bildaufzeichnungsgerät kann praktisch jedes herkömmliche Bildaufzeichnungsgerät wie z.B. ein Wendelabtast-Aufzeichnungsgerät für Bildsignale verwendet werden. Dabei sind der Umlauf der Aufnahmeköpfe und der Bandtransport mit dem Taktgeber der Ultraschallabtastvorrichtung synchronisiert, so daß aufeinanderfolgende Informations- oder Abtastfelder aufgezeichnet werden.

Bei der Wiedergabe wird das Bildaustastsynchronsignal des Bildaufzeichnungsgeräts 55 über die Leitung 53" einem Meßwert-Amplitudensieb 54 zugeführt, welches die R- und die Θ-Synchronimpulse trennt und an den Kippgenerator 33 anlegt, welcher über die Verstärker 36 und 37 die entsprechenden Kippsignale zum Antrieb der Ablenkspulen der Kathodenstrahlröhre liefert. Die abgetrennten Ultraschall-Meßwerte in der Leitung 57 werden dem Meßwert-Anzeigeschalter 32 zugeführt, sowie in gleicher Weise wie die ursprünglichen Ultraschallimpulse zur Intensitätsmodulation unmittelbar in das Monitor-Sichtgerät eingespeist. Somit ist das Schirmbild bei der Wiedergabe identisch dem ursprünglichen Schirmbild.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Umlaufgeschwindigkeit und Impulsfolgegeschwindigkeit derart bemessen, daß die Abtastlinien ineinander verflochten sind, d.h. die Abtastlinien jedes folgenden Feldes zwischen die

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Abtastlinien des vorhergehenden Feldes greifen, so daß höhere Auflösung und Flimmerfreiheit erzielt werden.

Insbesondere beruhen die meisten im Handel erhältlichen Bildaufzeichnungsgeräte auf dem Prinzip der Wendelabtastung. Dabei ist das Bildaufzeichnungsband um eine Trommel herumgewickelt, in welcher ein oder mehrere Aufnahme- und Wiedergabeköpfe umlaufen. Jeder Magnetkopf steht durch einen Schlitz in der Trommel hindurch vor, welcher durch den Außendurchmesser der Trommel durchgeführt ist. Das Band verläuft nahezu parallel zur Ebene des umlaufenden Magnetkopfs, wobei sich dieser unter einem Winkel in bezug auf die Bandlängsachse verlagert, so daß ein wendeiförmiges Abtastmuster entsteht. Alle 1/30 Sekunde werden zwei Teilbilder auf dem Band aufgezeichnet. Diese Teilbilder stellen an sich nicht das gesamte Fernsehbild dar, sondern müssen zu einem Vollbild zusammengesetzt werden. Die beiden Teilbilder erscheinen auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre im Zeilensprungverfahren, woraus sich das Vollbild ergibt. Dazu erscheint auf dem Bildschirm zunächst eine erste Gruppe waagerechter Abtastlinien, welche einem Teilbild entspricht, wonach die dem zweiten Teilbild entsprechende zweite Gruppe in dem Zwischenraum zwischen den Linien der ersten Teilgruppe erscheint. Diese 2:1 Zeilensprungtechnik* erbringt für den Betrachter eine hohe Bildauflösung, welche dem zweifachen der Auflösung für jedes Teilbild entspricht.

Wenn die vorstehend beschriebene Sektorabtastsonde vier umlaufende Ultraschallwandler aufweist und der Rotor synchron mit den Magnetköpfen des Bildaufzeichnungsgeräts umläuft, werden die erzeugten Ultraschall-Meßwertsignale im gleichen Teilbild/Vollbild-Format wie ein Fernsehbild aufgezeichnet. Wenn angenommen wird, daß der zylindrische Wandlerkopf in 1/30 Sekunde eine volle Umdrehung in Synchronisierung 1:1 mit dem Magnetkopf des Aufzeichnungsgeräts ausführt, werden

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bei einem Abtastkopf mit vier Ultraschallwandlern bei jeder Umdrehung vier Teilbilder erzeugt. Jedes Teilbild enthält dabei eine Anzahl von Abtastlinien, deren Anzahl vorgegeben ist durch die Impulsfolgegeschwindigkeit, mit welcher die Wandlerelemente angesteuert werden, und die Zeitlänge, während der jeder Wandler effektiv mit Impulsen beaufschlagt ist. Im vorstehenden Falle ergeben sich für eine Impulsfolgegeschwindigkeit von 3000 Hz 2 5 Linien pro Teilbild.

In der Praxis ist jedoch eine Auflösung von 25 Linien pro Teilbild innerhalb eines Sektors von 90° nicht annehmbar, auch wenn ein Zeilensprungverhältnis von 4:1 angewendet wird. Daher wird das System in der Weise abgeändert, daß in der Sichtanzeige mehr Linien erscheinen. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine niedrigere Umlaufgeschwindigkeit des Rotors gewählt, so daß jedes Segment (Teilbild) von 90° mehr Linien aufweist, und mehrere aufeinanderfolgende Teilbilder zu einem flimmerfreien Vollbild ineinander verflochten werden.

Bei einem entsprechenden System laufen die Ultraschallwandler mit einer Drehzahl von 9 000 U/min um, werden mit einer Impulsfrequenz von 3000 Hz angesteuert, und es wird eine Zeilensprungtechnik im Verhältnis 4:1 angewandt. Damit werden 50 Linien pro Halbbild und 200 Linien pro Vollbild erhalten. Die Sichtanzeige besteht aus einem Segment von 90° öffnungswinkel und einer scheinbaren Auflösung von 200 Linien. Vorzugsweise ist die Zeilensprungfolge Linien 1, 3, 2, 4. Damit läßt sich größte Flimmerfreiheit erreichen, da der maximale Zeitunterschied zwischen beliebigen benachbarten Linien nur 2 Teilbilder beträgt.

Damit das Zeilensprungverfahren ohne Unregelmäßigkeiten in der Sichtanzeige arbeitet, müssen die Anzahl der Linien pro Teilbild und das Zeilensprungverhältnis von Vollbild zu Vollbild genau gesteuert sein. Daher ist die Impulsfolgegeschwindigkeit des die umlaufenden Wandler antreibenden Ultra-

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sonoskops mit dem Umlauf des Wandlerkopfs vermittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Synchronisierungsgenerators synchronisiert.

Wie bereits ausgeführt, liefert der mechanische Antrieb bei dem bekannten Sektorabtaster vermittels einer Lageabtastvorrichtung ein der Wandlerstellung analoges elektrisches Ausgangssignal. Dieses elektrische Ausgangssignal wird zur Erzeugung der X-Y-Sichtanzeige auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre verwendet. Der umlaufende Sektorwandler liefert außerdem ein Positions- oder Stellungssignal, welches bei der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung im Bildaufzeichnungsgerät aufgezeichnet wird und den Teilbild-Synchronimpuls darstellt.

Zur Wiedergabe des aufgezeichneten Sektorabtastbildes muß die Lage des Wandlers in jedem Zeitpunkt für die X-Y-Sichtanzeige-Signalverarbeitungsschaltung zusammen mit der entsprechenden Ultraschall-Meßwertinformation zur Verfügung stehen. Das erfolgt vermittels der für jede Abtastlinie aufgezeichneten Linienimpulse. Bei Wiedergabe mit dem Bildaufzeichnungsgerät wird die Zeitinformation zum Antrieb der Kippgeneratoren verwendet. Zur Erzielung des gewünschten Zeilensprungs wird die Anzahl der Linien pro Teilbild so gewählt, daß sie einen Bruchteil enthält und für einen Zeilensprung im Verhältnis 4:1 pro Teilbild 49;25 Zeilen oder Linien für das Zeilensprungverfahren zur Verfügung stehen.

Der als Sonde ausgebildete Abtastkopf der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung ist in den Fig. 3 - 8 dargestellt. Dieser umfaßt einen Handgriff 61, welcher abnehmbar an dem eigentlichen Abtastkopf 62 vermittels einer Überwurfmanschette 63 befestigt ist, die auf ein Außengewinde 64' am Abtastkopf 62 aufschraubbar ist (siehe Fig. 4). Bei Verbindung des Abtastkopfs 62 mit dem Handgriff 62 erfolgt sowohl die mechanische Verbindung mit dem Antriebsmotor als auch die elektrische

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Verbindung mit den übrigen Teilen der Vorrichtung.

Der Abtastkopf 62 enthält einen Rotor 11 mit mehreren Ultraschallwandlern 13, die in einer zur Handgriffachse des Abtastkopfs parallelen Ebene umlaufen. Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, befindet sich der Motor 12 innerhalb des Handgriffs 61, wobei die Motorwelle 64 eine Kupplung 66 trägt, deren vorderes Ende zwei sich kreuzende Querschlitze 67 aufweist, wie insbesondere aus Fig. 6 ersichtlich ist. Die beiden Querschlitze 67 dienen zur Aufnahme eines Stifts 68 der angetriebenen Welle 69, welche vermittels in gegenseitigem Abstand angeordneter Lager 71 und 72 drehbar gelagert ist. Die Lager 71 und 72 sind in einem scheibenförmigen Lagerblock 73 gehalten. Eine O-Ring-Dichtung 74 dient zur Abdichtung der Welle und verhindert einen Leckfluß von Ultraschall-Übertragungsflüssigkeit, mit welcher der Innenraum des Abtastkopfs ausgefüllt ist. Ein am Ende der angetriebenen Welle 69 angeordnetes Ritzel 76 kämmt mit einem auf der Rotorwelle 78 befestigten Kegelrad 77, wodurch die Motordrehung auf den Rotor 11 übertragen wird. Der Rotor 11 ist vermittels der Rotorwelle 78 drehbar gelagert, welche an in gegenseitigen Abständen angeordneten Lagern 79 und 81 geführt ist. Sämtliche vorstehend beschriebenen Teile sind von einem Gehäuse 82 umgeben, das im Bereich der Sondenstirnfläche einen verhältnismäßig dünnwandigen und als Fenster wirkenden Abschnitt 83 aufweist, durch den die Ultraschallenergie übertragen wird. Der gesamte Gehäuseinnenraum ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche dazu dient, die Ultraschallenergie kontinuierlich von den Wandlern 13 zum Fenster 83 zu übertragen. Das Fenster 83 wird seinerseits gegen den zu untersuchenden Körper angelegt. Auf den Körper wird ein Grenzflächengel aufgetragen, durch welches die übertragung von Ultraschallenergie in den Körper unter geringsten Verlusten an den Grenzflächen verbessert wird. Wie oben beschrieben, weist der Rotor 11 mehrere Reflexionsflächen 14

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auf. Der Lichtwandler 16 liefert im Zusammenwirken mit diesen Reflexionsflächen ein Ausgangssignal über eine Steckverbindung 84 und das im Handgriff befindliche Kabel 85. Die Ultraschallimpulse werden den Drähten 23 über einen Koaxialstecker 86 und eine Schlexfbürstenhalterung 87 zugeführt, welche vermittels Schrauben 89 an Halterungen 88 befestigt ist. Die Schleifbürsten 91, 92 und 93 schleifen in entsprechenden Nuten an einem vorstehenden Abschnitt der Rotorwelle 78. In diesen Nuten befinden sich Schleifringe, welche über koaxial innerhalb der hohlen Rotorwelle 78 verlaufende Leiterdrähte zum entgegengesetzten Rotorende geführt sind. Die Schleifbürstenhalterung und ihre Halterungen sind im einzelnen in Fig. 7 dargestellt und umfassen zwei Schrauben 89, durch welche die Schleifbürstenhalterung 87 an einer L-förmigen Halterung 88 befestigt ist, welche ihrerseits wiederum an dem scheibenförmigen Lagerblock 73 gehalten ist.

In Fig. 8 ist das am Ende des Rotors angeordnete Schaltsystem in weiteren Einzelheiten dargestellt. Dieses Schaltsystem umfaßt eine gedruckte Schaltung 101 auf einer Platte, die beispielsweise vermittels Stiften 102 am Rotor befestigt ist (siehe Fig. 4). Außerdem umfaßt es vier Schaltsegmente 103, die jeweils an ihrem einen Ende bei 104 mit einem zugeordneten Wandler verbunden sind und sich über einen Bogen von angenähert 90° erstrecken. Die Ultraschallanregungsenergie wird koaxial durch die Rotorwelle dem durchgehenden Schaltring 106 zugeführt. Eine Schleifbürste 107 stellt bei umlaufendem Rotor einen Kontakt zwischen dem Schaltring 106 und den Schaltsegmenten 103 her, so daß der Schaltring 106 nacheinander mit jedem der vier Schaltsegmente 103 verbunden und dementsprechend nacheinander jeweils eine Seite jedes Wandlers mit der Energiequelle verbunden wird. Die andere Seite jedes Wandlers ist mit einem Ring 105 verbunden, der seinerseits mit Masse verbunden ist und die zweite Klemme für die Wandler darstellt. Das Gehäuse 82 umfaßt einen ersten

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Abschnitt 108 mit Außengewinde, auf welches die Überwurfmanschette 63 aufschraubbar ist, sowie einen zweiten, im wesentlichen halbkugeligen Abschnitt 109, der abnehmbar mit dem ersten Gehäuseabschnitt verbindbar ist, so daß sich der Rotor und die diesem zugeordneten.Teile in das flüssigkeitsdichte Gehäuse einsetzen lassen. Der halbkugelige Gehäuseabschnitt 109 ist an dem ersten Gehäuseabschnitt 108 vermittels der in Fig. 7 dargestellten Schrauben 110 befestigt. Zwischen dem halbkugeligen Abschnitt 109 und der entsprechenden Grenzfläche des ersten Abschnitts 108 ist eine entsprechende Dichtung vorgesehen. Der beschriebene Abtastkopf weist kompakte Abmessungen auf, ist leicht handhabbar und wird direkt gegen den abzutastenden Körperabschnitt angesetzt. Sollten unterschiedliche Wandlerkennlinien gewünscht oder erforderlich sein, brauchen lediglich die beiden Gehäuseabschnitte voneinander getrennt zu werden, wonach der entsprechende Gehäuseabschnitt ausgetauscht wird. So können beispielsweise für ein und denselben Handgriff 61, in welchem sich der Antriebsmotor befindet, drei oder mehrere Wandlerausführungen vorgesehen sein.

Wenngleich die vorstehend beschriebene ültraschallabtastvorrichtung eine synchrone Aufzeichnung der beim Umlauf des Rotors von den Wandlern abgetasteten Teilbilder und Linien im Aufzeichnungsgerät gestattet, ist auch eine asynchrone Arbeitsweise möglich, d.h. mit anderen Worten, der Umlauf der Ultraschallwandler muß nicht notwendigerweise mit dem Umlauf der Magnetköpfe im Aufzeichnungsgerät synchronisiert sein.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ultraschallabtastvorrichtung stellt eine integrierte Kombination aus Bildaufzeichnungsgerät und Ultraschall-Abtasteinheit dar und liefert eine flimmerfreie Sichtanzeige hoher Auflösung von Grenzflächen im abgetasteten Körper.

- Patentansprüche: -

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. ültraschallabtastvorrxchtung mit Sichtanzeige und Auf- ~" zeichnung, mit wenigstens einem bei Ansteuerung durch elektrische Impulse zur Abgabe von gebündelten Ultraschallwellen, sowie zum Umsetzen aufgefangener Ultraschallenergie in elektrische Signale dienenden Ultraschallwandler und einer zum periodischen Abtasten eines vorbestimmten Sektors innerhalb einer vorbestimmten Zeit mit gebündelter Ultraschallenergie dienenden Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine zu Beginn jedes Abtastektors zur Abgabe eines Signals dienende Vorrichtung (19), eine zum Anlegen von Impulsen mit vorbestimmter Impulsfolgegeschwxndigkeit an den Ultraschallwandler (13) und zur Ausbildung einer Vielzahl sich entlang Abtastlinien fortpflanzender Ultraschallimpulse dienende Vorrichtung (21) , wobei die Anzahl der in jedem Abtastektor abgetasteten Abtastlinien durch die Abtastperiode und die Impulsfolgegeschwxndigkeit vorgegeben ist, eine mit der Abtastvorrichtung gekoppelte Bildaufzeichnungseinrichtung(55) , welche zur Aufzeichnung eines Bildaustastsynchronsignals, bestehend aus dem Abtastbeginnanzeigesignal für jeden Abtastsektor, den die Abtastlinien bildenden Impulsen und dem Wandlerausgangssignal, dient und in der Weise ausgelegt ist, daß bei Wiedergabe, Verarbeitung und Anlegen der Aufzeichnung an ein Sichtanzeigegerät (38) die Abtastlinien des Abtastektors darstellbar sind.

2. Ültraschallabtastvorrxchtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zum Verarbeiten des den Abtastbeginn in jedem Abtastsektor anzeigenden Signals, der Impulse und des Wandlerausgangs und zum Zuführen der verarbeiteten Signale während der Aufzeichnung zu einem die aufgezeich-

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neten Information darstellenden Sichtanzeigegerät (38) dienende Vorrichtung.

3. ültraschallabtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ultraschallwandler (13) vorgesehen und zum nacheinander erfolgenden Abtasten des Abtastsektors geschaltet sind, wobei die Abtastlinie jedes Wandlers unter einem anderen Winkel beginnt, derart, daß bei Signalwiedergabe und Anlegen aufeinanderfolgender Sektoren an die Sichtanzeigevorrichtung die Abtastlinien ineinandergreifen.

4. Ultraschallabtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier Ultraschallwandler (13) um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet sind, wobei jeder Ultraschallwandler zum Abtasten eines von vier Abtastsektoren dient und der Abtastbeginn in den vier Sektoren und die erste Abtastlinie in der Weise gesteuert sind, daß die Abtastlinien der vier Ultraschallwandler nach dem Schema 1, 3, 2, 4 ineinandergreifen, wobei der Zeitunterschied zwischen benachbarten Abtastlinien für den 4-Sektor-Zeilensprung ein Minimum ist.

5. Ultraschallabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (13) auf dem Umfang eines Rotors (11) verteilt angeordnet sind und bei Umlauf des Rotors (11) zum aufeinanderfolgenden Abtasten des vorbestimmten Äbtastsektors in einer vorbestimmten Zeit dienen, und die zu Beginn jedes Abtastsektors zur Abgabe eines Signals dienende Vorrichtung (21) einen die Drehstellung des Rotors angebenden Signalgeber (16) umfaßt.

6. Ultraschallabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sichtanzeigegerät

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aus einer Kathodenstrahlröhre mit waagerechter und senkrechter Ablenkvorrichtung und Kathodenstrahlintensitätsmodulation besteht, wobei die Kathodenstrahlansteuerung durch das verarbeitete Signal in der Weise ausgelegt ist, daß der Kathodenstrahl einen Sektor mit einer Vielzahl von den Abtastlinien entsprechenden Sichtanzeigelinien bestreicht, wobei die Intensität entsprechend der Intensität des aufgezeichneten Signals gesteuert ist.

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