DE2654280A1

DE2654280A1 - Elektronisch abgetastete ultraschall-abbildung

Info

Publication number: DE2654280A1
Application number: DE19762654280
Authority: DE
Inventors: Christoph Benedikt Burckhardt; Pierre-Andre Dr Grandchamp
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: Kontron Instruments Holding NV
Priority date: 1975-12-01
Filing date: 1976-11-30
Publication date: 1977-06-08
Also published as: DK146227B; IT1070826B; FR2445545A1; DE2654280C3; FR2334117B1; DK538076A; DE2660208B2; DE2654280B2; SE445009B; DE2660208C3; DE2660888C3; CH608103A5; NL176207C; SE7613431L; GB1570879A; DD129376A5; FR2445545B1; CA1110750A; DK146227C; FR2334117A1

Description

S MU^-NCHEiT OO SCJIWEIGTEHSTRASSE 2 TELEFO» (089) 00 20 51 TKt-EX 5 a* 070

TELEOIUSUK S PBOTECTPATENT

1A-48 720

F. Hoflmann-La Roche & Co. Aktiengesellschaft, Basel/Schweiz

Elektronisch abgetastete Ultraschall-Abbildung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Querschnittsbildern mit einem nach dem- Impulsechoverfahren arbeitenden Ultraschall—Bildgerät, das eine Wandlereinrichtung enthält, die aus einer festen länglichen Reihe aus aneinander angrenzenden Wandlerelementen besteht, und die mindestens auf einer Seite aneinander angrenzende querverlaufende Elektrodensegmente besitzt, bei welchem Verfahren nacheinander zyklisch ausgewählte Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung dazu dienen, ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige elektrische Sendesignals zu erzeugen, die an den Elektrodensegmenten angelegt werden, das Ultraschall-Strahlenbündel in einen heterogenen Körper zu übertragen, Echos aufzunehmen, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos zu erzeugen, sowie ein Ultraschall—Bildgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Έϋτ die Erzeugung von Ultraschall-Abbildungen (insbesondere für die Erzeugung von Querschnittbildern) wird im allgemeinen ein Ultraschallwandler mechanisch bewegt. Dies hat verschiedene Nachteile. Wird der Wandler von Hand bewegt, so ist die Abtastung langsam und vom Geschick der Bedienungsperson abhängig. Wird der Wandler durch einen Motor bewegt, so ist im allgemeinen ein Wasserbad notwendig, das relativ schwer ist. Die zusätzliche Wegstrecke durch das Wasserbad führt zudem zu" einer Reduktion der maximal möglichen Bildfrequenz.

Um. diese Nachteile zu beheben wurden daher Ultraschall-Bildgeräte mit elektronischer Abtastung entwickelt, bei denen der Ultraschallstrahl mit der Zeit linear verschoben wird.

Es ist ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs beschriebenen Art bekannt (amerikanische Patentschrift Nr. 3,881,466), bei dem die Wandlereinrichtung ein unfokussiertes Ultraschall-Strahlenbündel erzeugt und bei dem die Querauflösung durch die Breite der Wandlerelemente festgelegt wird. Eine Verbesserung der Querauflösung des bekannten Geräts durch Verkleinerung der Breite der Wandlerelemente kann nur bis zu einer bestimmten Grenze erzielt werden, die durch die minimale.Breite des Ultraschallstrahls gegeben ist. Obwohl die mit dem bekannten Gerät'erzeugten Querschnittbilder relativ deutlich sind, hat sich in der Praxis gezeigt, dass für manche Anwendungen noch höhere Werte der Querauflösung wünschenswert sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. ein Ultraschall-Bildgerät anzugeben, mit denen eine höhere Querauflösung erzielt werden kann.

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Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussierung des mit jeder Wandlergruppe erzeugten Ultraschall-Strahlenbündels " die den Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen angelegten Sendesignale

: und/oder die von den Elektrodensegmenten oder Segmentunter gruppen abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich verschoben werden, wobei jedem Sende- bzw. Echosignal eine zeitliche Verschiedung zugeordnet wird, die durch eine Funktion des Äbstandes des entsprechenden Elektrodensegments oder Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe bestimmt wird.

: Die Erfindung "betrifft ferner ein Ultraschall-Bildgerät •zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, welches Gerät einen Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Taktsignals, eine Wandlereinrichtung, die aus einer festen länglichen Reihe aneinander angrenzender Wandlerelemente "besteht, welche Wandlere inr ichtung mindestens auf einer Seite aneinander angrenzende querverlaufende Elektrodensegmente besitzt und welche Wandlereinrichtung dazu dient, ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impuls art ige, vom elektrischen Taktsignal abgeleitete Sendesignale zu erzeugen, das Ultraschall-Strahlenbündel in einen heterogenen Körper zu übertragen, Echos aufzunehmen, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos zu erzeugen? und eine mit dem Taktgeber, mit der Wandlereinrichtung und mit einer Anzeigeeinrichtung verbundene Elementzähler-Auswahleinrichtung enthält, welche dazu dient, Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung nacheinander zyklisch auszuwählen, zur Erzeugung des Ultraschall-Strahlenbündels die Sendesignale an den Elektrodensegmenten der jeweils ausgewählten Gruppe anzulegen, und die mit dieser Gruppe erzeugten Echosignale an die Anzeigeeinrichtung zu übertragen, welche dazu dient, die Echosignale ■in ein sichtbares Bild umzuwandeln, das die Querschnittsstruktur des heterogenen SörDers wiedergibt.

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Das erfindungsgemässe Ultraschall-Bildgerät ist gekennzeichnet durch

einen zwischen dem Taktgeber und der Elementzähler-Auswahleinrichtung eingeschalteten Sendesignalgenerator, der dazu dient aus dem vom Taktgeber abgegebenen Taktsignal gegen-

• einander zeitlich verschobene Sendesignale für die Elektrodensegmente oder Segmentuntergruppen der jeweils ausgewählten Wandlergruppe abzuleiten, und/oder

einen zwischen der Elementzähler-Auswahleinrichtung und der Anzeigeeinrichtung eingeschalteten Echosignalempfänger, der dazu dient, die von den Elektrodensegmenten der Wandlergruppe abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich zu verschieben, . . . . .

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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Im folgenden, werden anhand der "beiliegenden Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

■ Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wandler-'einrichtung des vorstehend erwähnten Ultraschall-Bildgerätes ■gemä'ss dem. Stand der Technik.

Figur 2 zeigt die im Querschnitt schematisch, dargestellte Form der Strahlungscharakteristik 23 einer erfindungsgemässen Wandlergruppe im Vergleich zur Strahlungscharakteristik •22 einer Wandlergruppe der Wandlereinrichtung gemäss Figur 1.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Wandleranordnung 38 der Wandlereinrichtung 11 in Figur 1.

Figur 4 zeigt eine Eückansicht einer erfindungsgemässen Wandlergruppe 21 mit 4 Wandlerelementen.

Figur 5 zeigt Diagramme der Sendesignale 41, 42, die' •erfindungsgemäss den Elektrodensegmenten 31-34 der Wandler— gruppe 21 in Figur 3 angelegt werden.

Figur 6 zeigt schematisch., anhand eines parallel zur QS-Ebene in Figur 1 liegenden Querschnitts, eine zur schwachen Fokussierung des TJltraschall-Strahlenbündels in Q-Richtung geeignete Form der AbstraftIflache 37 der Wandleranordnung 38 :gemäss Figur 3.

Figur 7 zeigt eine Rückansicht einer Ausführungsform der Wandleranordnung 38 gemäss Figur 3, mit welcher Ausführungsform die mit der konkaven Abstrahlfläche gemäss Figur 6 erreichte schwache Fokussierung in Q-Richtung mit einer flachen

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Abstrahlfläche erzielt wird.

Figuren 8a, 8b, 8c zeigen eine vorteilhafte Gestaltung von Wandlergruppen 71, 72, 73, die zyklisch nacheinander ausgewählt werden.

Figur 9a zeigt eine Rückansicht einer, erfindungsgemässen Wandlergruppe 91, die 7 Elektrodensegmente enthält und in einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschall-Bildgerätes verwendet wird.

Figur 9b zeigt im Querschnitt die Form der Abstrahlfläche der Wandlergruppe 91 gemäss Figur 9a.

Figur 10 zeigt Diagramme der Sendesignale, die erfin-'dungsgemäss den Elektrodensegmenten 92-98 der Wandlergruppe 91 gemäss Figur 9a angelegt werden.

Figur lla zeigt eine Rückansicht einer Wandlergruppe mit 7 Elektrodensegmenten, die in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschall-Bildgerätes verwendet, wird,

Figur lib zeigt im Querschnitt eine bevorzugte Form der Abstrahlfläche der Wandlergruppe gemäss Figur lla.

Figur 12 zeigt Diagramme der Sendesignale, die erfindungsgemäss den-Elektrodensegmenten 112-118 der Wandlergruppe 111 gemäss Figur lla angelegt werden.

Figur 13 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschall-Bildgerätes.

-' Figur' 14 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Ϋ09823/0337

Sendesignalgenerators 133 im Gerät nach Figur 13.

Figur 15 zeigt Diagramme des vom Taktgeber 131 (Figur 13) erzeugten Taktimpuls 132 und der gepulsten Sinuswelle 162, die vom Taktimpuls abgeleitet wird.

Figur 16 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Echosignal-Empfängers 143 im Gerät nach Figur 13.

Figur 17 zeigt das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform der Elementauswahlantriebsschalter .138 im Gerät nach Figur 13. Der Uebersicht halber wird hiermit dieses Prinzip für eine Wandlergruppe mit nur 4 Elementen erläutert, obwohl das Gerät nach Figur 13 Wandlergruppen mit je 7 Elementen verwendet.

Figuren 18 und 19 dienen zur Erläuterung der Bemessung einer erfindungsgemässen Wandlergruppe und ihrer Elemente.

Figur 20 zeigt eine schematische Darstellung des mit einem Sektor-Scan abtastbaren Bereiches.

Figur 21 zeigt eine schematische Darstellung des mit einer linearen Strahlverschiebung abtastbaren Bereiches.

Figur 22 zeigt eine schematische Darstellung des mit einer bogenförmigen Wandlereinrichtung (nicht gezeigt) abtastbaren Bereiches.

Figur 23 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Schallkopfes mit einer bogenförmigen Wandlereinrichtung.

Figuren 24 und 25 dienen zur Erläuterung der Erzeugung von einer zylindrischen Wellenfront mit zwei Varianten der Erfindung.

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Figur 26 zeigt die erfindungsgemässe Verwendung einer bogenförmigen Wand1ereinrichtung zur Herstellung eines "phased arrays". .

Figuren 27 und 28 dienen zur Erläuterung der Dimensionierung einer erfindungsgemässen bogenförmigen Wandlereinrichtung.

Wie in Figur 1 gezeigt, besteht die Wandlereinrichtung 11 des bekannten Ultraschall-Bildgerät (amerikanische Patent-*· schrift Er» 3,881,466) aus einer festen länglichen Reihe aus aneinander angrenzenden Wandlerelementen 12. Die Wandlerelemente dieser bekannten Wandlereinrichtung werden in aufeinanderfolgende .Gruppen von A zueinander benachbarten Wandlerelementen aufeinanderfolgend zu Impulsen angeregt. Jede der aufeinanderfolgenden Gruppen von A-Elementenist in Längsrichtung um B-Elemente von dem Ort der unmittelbar vorhergehenden Gruppe verschoben. Die Verschiebung des Ultraschall-Strahlenbündels erfolgt in Richtung des Pfeils L, wie dies von der Reihe der strichlierten Rechtecke 14 wiedergegeben wird, welche die momentane zeitliche Lage des Strahlenbündels 13 nach gleichen Zeitintervallen geben. Es sei darauf hingewiesen, dass jede •Wandlergruppe der bekannten Wandlereinrichtung 11 ein unfo-r ;kussiertes Ultraschall-Strahlenbündel 13 erzeugt, da sämtliche Ά-Elemente der Wändlergruppe gleichzeitig zur Impulsabgabe angeregt werden. Die unfokussierte Strahlungscharakteristik 22 'des Ultraschall-Strahlenbündels 13 in Figur 1 ist in Figur 2 dargestellt. ... ..-._... ....·..

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In Figur 1 wird ein orthogonales Koordinatensystem durch ■ 3 Pfeile Q, L und S definiert. Der Pfeil L liegt entlang der Längsachse der Abstrahl fläche der Wandlereinrichtung 11. Der Pfeil S liegt paralell zur Hauptachse des Ultraschallstrahlenbündels 13- Der Pfeil Q liegt senkrecht zu der durch die Pfeile L und S definierten Ebene. Die lage der in den beiliegenden Figuren dargestellten Querschnitte, und Ansichten wird anhand dieses Koordinatensystems definiert.

Figur 3 zeigt in einem 3*eilquerschnitt den'Aufbau einer bevorzugten Wandleranordnung 38 zur Durchführung des erfin-.dungsgemässen Verfahrens. Die ¥andleranordnung besteht aus einer ganzen Elektrode 36, die geerdet ist und deren eine Fläche _:als Abstrahlfäche verwendet wird, einer piezoelektrischen ; Schicht 35 und aus Elektrodensegmenten 31 — 34, deren Rückansicht in Figur 4 gezeigt wird.

Es geht aus der vorangehenden Erläuterung der Wandleranordnung 38 hervor, dass die erfindungsgemässen Wandlerele-.mente gemeinsame Teile, wie die piezoelektrische Schicht 38 oder die ganze Elektrode 36, besitzen können. Zum erfindungsgemässen Betrieb der Wandleranordnung 38 genügt es, dass sie einseitig Elektrodensegmente besitzt, an denen die zeitlich verschobenen Sendesignale angelegt und aus denen Echosignale entnommen werden können. Jedes Elektrodensegment definiert also ein erfindungsgemässes Wandlerelement.

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Die mit der vorliegenden Erfindung erzielte Wirkung, d.h. die Erzielung einer höheren Querauflösung wird hauptsächlich durch eine neue Punktionsweise der Wandlereinrichtung erzielt. Diese wird zunächst anhand der Piguren 2, 4 und 5 näher erläutert.

Figur 4 zeigt Elektrodensegmente 31-34 einer erfindungs-,gemässen Wandlergruppe 21. Zur Erzeugung eines erfindurigsgemässen Ultraschall-Strahlenbündels werden an den Elektrodensegmenten 31-34 die in Figur 5 gezeigten, gegeneinander zeitlich verschobenen Sendesignale 41, 42 angelegt, wobei die Sendesignale -für die äusseren Elektrodensegmente 31, 34 der Wandlergruppe in der Phase voreilen. Dadurch wird ein· schwach fokussiert es Ultraschall-Strahlenbündel 23 (Figur 2) erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht nur die Sendesignale, sondern auch die mit den einzelnen .Wandler element en der Wandlergruppe empfangenen Echosignale gegeneinander zeitlich verschoben. Die in Figur 4. gezeigte Wandlergruppe 21 sendet und empfängt mit 4 Elementen, wobei die Sendesignale bzw. die zeitlich verschobenen Echosignale der äusseren Elemente um 90° in der Phase voreilen. Diese Phasenvoreilung ist erfindungsgemäss in bezug auf eine Periode (360°) des hochfrequenten Trägersignals (z.B. 2 MHz) definiert, die in Impulsen mit einer Folgefrequenz von z.B. 2 KHz und mit einem geeigneten Phasenwinkel den Elektrodensegmenten der aufeinanderfolgenden Wandlergruppen zugeführt wird.

Die mit diesem erfindungsgemässen Betrieb der Wandler-.gruppe 21 erzielte Wirkung kann durch folgende zusätzliche Massnahmen verbessert werden:

l) Es hat sich als günstig erwiesen, für die äusseren Elemente der Wandlergruppe folgende Kombinationen der Phasen- ;'voreilung zu wählen: .

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Sendesighale Echosignale

entweder ca. 90° ca. 45°

oder ca. 45° ca. 90°

Durch diese verschiedenen Werte der Phasenvoreilung für die Sende- und Echosignale wird die erfindungsgemässe Strahlungscharakteristik 23 (Figur 2) über eine gewisse Tiefe noch schmäler.

2) Es ist vorteilhaft, eine G-ewichtung der Sende- bzw. der Echosignale vorzunehmen. Wie in Figur 5 gezeigt, werden dabei die inneren Elektrodensegmente 32, 33 mit dem Sendesignal der grösseren Amplitude a angeregt. Aehnlicherweise werden beim Empfang die von den inneren Elektrodensegmente abgegebenen Echosignale mit einem grösseren Gewichtungsfaktor multipliziert als die von den äusseren Elementen abgegebenen Echosignale Bei dieser Gewichtung hat sich ein Verhältnis von 2:1 sowohl für die Sendesignale wie für die Echosignale als günstig erwiesen.

3) Es ist ebenfalls vorteilhaft auch in der Q-Richtung in Figur 1 schwach zu fokussieren, z.B. indem eine Wandleraordnung mit einer schwach gekrümmten Abstrahlfläche 37 (s. Figur 6) verwendet wird.

Die schwache Fokussierung in der Q-Richtung kann auch elektronisch erreicht werden. Dazu wird eine Wandleranordnung wie in Figur 7 verwendet, bei der jedes der Elektrodensegmente in Q-Richtung in 3 Segmententeile a, b und c unterteilt ist. Wie aus Figur 7 ersichtlich, werden nur die schraffierten Teile der Elektrodensegmente zum Senden bzw. zum Empfang verwendet. Dabei werden die inneren Segmentteile 32b, 33b mit dem Sendesignal 41 und die übrigen aktiven Segmentteile mit dem Sendesignal 42 angeregt. Diese Lösung ist elektronisch aufwen-

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diger als eine Wandlereinrichtung mit gekrümmter Abstrahlfläche, erfordert jedoch nur eine Wandleranordnung mit einer flachen Abstrahlfläche, die billiger ist.

Bei der bekannten Wandlereinriehtung 11 gemäss Figur kann das Ultraschall-Strahlenbündel 13 nach jeder Sende-Empfang-Periode um die Breite eines Wandlerelementes 12 verschoben werden. Die Linienzahl im Bild und die Auflösung könnten jedoch erhöht werden, wenn das Ultraschall-Strahlenbündel jeweils um weniger verschoben würde, z.B. eine halbe Elementbreite. Dies kann natürlich durch Halbierung der Elementbreite erreicht werden. Diese Lösung führt aber zur doppelten Zahl von Elementen und entsprechend grösserer Komplexität.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (Figuren 8a, 8b und 8c), wird die Verschiebung des Ultraschall-Strahlenbündels um eine halbe Elementbreite dadurch erreicht, dass nacheinander ausgewählte Wandlergruppen 71, 72, 73 abwechselnd eine gerade und eine ungerade Anzahl Wandlerelemente enthalten, wobei die aufeinanderfolgenden Wandlergruppen abwechselnd durch Verringerung der Anzahl Elektrodensegmente in einer Richtung und durch Erhöhung der Anzahl Elektrodensegmente in der entgegengesetzten Sichtung gebildet werden. Die Amplituden und Phasen der Sendesignale bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale werden so gewählt, dass/ unabhängig von der Anzahl Elemente der Wandlergruppe die Form des Ultras.chall-Strahlenbündels möglichst gleich bleibt. Die folgenden Kombinationen von Amplituden und Phasen ergeben z.B. bei der abwechselnden Verwendung von 4 und 3 Elementen eine sehr ähnliche Strahlform:

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Mit 4 Elementen:

Element 31 32 33 34

Senden

Empfang

J Amplitude	0,5	1	1	0,5
\|Phase	90°	0°	0°	90°
/Amplitude	0,5	1	1	0,5
)Phase	45°	0°	0°	45°

Mit 3 Elementen:

Element 32 33 34

(Amplitude

Senden

(Amplitude Empfang ^

1	5°	1	1
45°	0°	45°
1	1	1
22,	0°	22,5°

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird zunächst anhand der Figuren 9a, 9h und 10 "beschrieben. Es ist bekannt (schweizerische Patentschrift BTr. 543 313), dass eine gute Bündelung des Ultraschall-Strahls über eine grosse Tiefe erreicht wird, indem eine Ultraschallwelle .mit einer kegelförmigen Wellenfront ausgestrahlt wird. Eine solche Wellenfront wird z.B. von einem kegelförmigen Ultraschallwandler abgestrahlt. Eine kegelförmige Abstrahlfläche kann erfindungsgemäss approximiert werden, indem man für die Sendesignale 101-104 in Eig. 9a .. für die zeitlich verschobenen Echosignale 202-208 (Fig. 16) eine _ lineare Zunahme des Phasenwinkels ^f mit der Entfernung der Wandlerelemente 92-98 von der Mitte der Wandlergruppe voriSieht. Figur 10 zeigt diese lineare Zunahme des Phasenwinkels J . Mit der in Figur 9b anhand eines Querschnitts gezeigten Formge-

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bung der Abstrahlfläche 37 "wird eine lineare· Zunahme des Phasen-"winkels der abgestrahlten Ultraschallwellen ebenfalls in der Q-Richtung erreicht. Die gestrichelte Linie 107 in Figur 9a stellt den Ort konstanter. Phase auf der Abstrahlfläche der Waridlereinrichtung dar, "wobei zur Vereinfachung eine Phase angenommen wurde, die sich kontinuierlich in der !-Richtung ändert und nicht schrittweise wie im vorliegendem Ausführungsbeispiel. Während bei einer kegelförmigen Wellenfront der Ort konstanter Phase ein Kreis ist, handelt es sich hier um gerade Abschnitte 107.

Eine bessere Approximation einer kegelförmigen Wellenfront kann mit der anhand der Figuren lla, Hb und 12 zunächst erläuterten Ausführungsform der Erfindung erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Phasenabhängigkeit der Sendesignale bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale von der Position der entsprechenden Wandler elemente in der Mitte der Wandlergruppe quadratisch und am Rand linear. Eine entsprechende Phasenabhängigkeit in der Q-Richtung wird mit der in Figur Hb anhand eines Querschnitts der Wandleranordnung gezeigten Formgebung der Abstrahlfläche 34 erzielt. Die Hyperbel ist eine bevorzugte Kurve für die Linie 37, in Figur lib. Eine solche Kurve verläuft in mittlerem Bereich 127 kreisförmig, am Rand aber linear» Die mit dieser Ausführungsform erzielte Verbesserung ist daraus ersichtlich, dass der in Figur Ha gezeigte Ort konstanter Phase 106 abgerundete Ecken aufweist,.

Es sei darauf hingewiesen, dass die ausstrahlenden Wandlergruppen der Ausführungsbeispiele gemäss Figur 9a und Ha eins grössere Fläche als beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 4 haben. Durch diese grössere Fläche wird eine entsprechend g^\dsere Oeffnung erzielt, die nötig ist, um eine bessere Auflösung zu erreichen.

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Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist es auch bei den letzt genannten Ausführungsformen von Vorteil, dass der innere !eil der ausstrahlenden Wandlergruppe mit einer grösseren Amplitude sendet, bzw. dass beim Empfang die dort empfangenen Echosignale mit einem grösseren Gewichtskoeffizienten multipliziert werden. Dadurch wird das Nahfeld verbessert.

Die Bemessung der Wandlergruppen 21 und der Wandlerelemente 31-34 gemäss Figur 4 zur Erzeugung eines schwach fokussierten Ultraschall-Strahlenbündels 23 gemäss Figur 2 wird zunächst anhand der Figur 18 und 19 erläutert. Kennzeichnend für eine gute schwach fokussierende Wandlergruppe ist, dass ihre Breite w und länge IL 15 bis 30 Wellenlängen betragen. Der Krümmungsradius R (Figur 19) der Wellenfront wird ungefähr gleich der halben Tiefe des zu untersuchenden'Körpers gewählt, vorzugsweise etwas kleiner. Für eine Wandlergruppe mit 4 Wandlerelementen wird die Breite der individuellen Wandlerelemente so gewählt, dass der Phasenunterschied zwischen den von benachbarten Elementen ausgestrahlten Wellen nicht wesentlich mehr als 90° beträgt. Je mehr man diese Werte des Krümmungsradius und des Phasenunterschieds überschreitet, desto schlechter wird die Strahlform und damit auch die Querauflösung. Eine schwache Fokussierung im Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedoch, mindestens im Prinzip, mit einem zwischen 30° und 180° liegenden Wert des Phasenunterschieds erreicht werden.

Die Bemessung der Wandlerelemente wird nun anhand eines :konkreten Beispiels erläutert (s. Figur 18 und 19). Wie in Figur 18 dargestellt, senden die zwei inneren Elemente der Wandlergruppe mit der Phase 0° und die beiden äusseren Elemente mit der Phase 90°. Aus Figur 19 und dem Sehnensatz erhält man

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d- = die laterale Verschiebung die zu der gewünschten

Phasenverschiebung von 90° führt, R = der Krümmungsradius der Wellenfront, und Δ. = die Distanz, die eine Phasenverschiebung von 90° entspricht.

Im vorliegenden Fall Δ = j (2) mit λ = die Wellenlänge.

Wählt man nun R = 80 mm (annähernd die halbe Tiefe des untersuchten Körpers) und λ= 0,75 um (diese Wellenlänge entspricht einer Frequenz von 2 MBz) so erhält man d-, = 5,48 inm Wählt man die Elementbreite zu 4 mm, so hat die Mitte des äusseren Elementes den Abstand dp = 6 mm von der Mitte der Wandlergruppe. Dieser Wert von dp entspricht ungefähr der oben berechneten Distanz d-,.

Figur 13 zeigt" das Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Ultraschall-Bidlgerätes, welches zum Senden und Empfangen Wandlergruppen mit je 7 Wandlerelementen verwendet, wie in Pigur 11a dargestellt. Im Blockschaltbild gemäss Pigur 13 bedeuten 38 die Wandleranordnung gemäss Pigur 3, 131 einen Taktgeber, 132 ein vom Taktgeber 131 abgegebenes Taktsignal , 133 ein Sendesignalgenrator,134 Sendesignale,die vom Sendesignalgenerator 133 über Leitungen 135 Elementauswahl-Antriebschaltern 138 zugeführt werden, 136 einen mit dem Taktgeber 131 verbundenen Elementzähler und Dekoder zur Steuerung der Elementauswahl-Antriebschalter 138, 142 Echosignale, die von einer Wandlergruppe abgegeben werden, 143 einen Echosignalempfänger, 144 das kombinierte Echosignal am Ausgang des Echosignalempfängers, 145 einen zeitempfindlichen Verstärker, 146 einen Detektor, 147 einen Signalaufbereiter, 148 das Ausgangssignal des Signalaufbereiters 147, 151.einen X-Ablenkungsgenerator, 154 ein von diesem Generator abgegebenes Ablenksignal, 152 einen T-Stufen-

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funktionsgenerator, 155 ein von diesem Generator abgegebenes Stufenfunktionssignal und 156 einen Wiedergabeoszillographen mit drei Eingänge Σ, T und Z.

Der Taktgeber 131 erzeugt periodische Taktimpulse 132, die das Senden eines Ultraschallsignales und die Erzeugung der nötigen Synchronisationssignale auslösen. Im Sendesignal-G-enerator 133 werden vier elektrische Sendeimpulse 121-124 (s.Eig. 14) erzeugt. Drei dieser Sendesignale 122,123,124 eilen vor, entsprechend einer Phase des Trägersignales von +30°, +100° und +180° gegenüber einem Signal 121, dessen Phase mit O⁰ bezeichnet wird. Diese Sendesignale werden auf die Leitungen 134 gegeben. Im Block 138 (Elementauswahl.-Ahtriebschalter) werden diese Sendesignale auf sieben Versorgungsleitungen gegeben, auf denen die Sendesignale die Phasen +180°, +100°, +30°, 0°, +30°, +100°, •+180° haben. Der Elementzähler und Decoder 136 schaltet über die Elementauswahlantriebschalter 138 die gewünschten sieben Elemente ein, sowohl für Senden wie für Empfang. Nach jedem Puls wird die Konfiguration gemäss Figur 11a um ein Element- in L-Richtung verschoben. Gleichzeitig werden auf den Versorgungsleitungen die Sendesignale mit den verschiedenen Phasen zyklisch so vertauscht, dass jedes Element das entsprechende Sendesignal mit der korrekten Phase erhält. Die Echosignale 142 gelangen von den sieben eingeschalteten Elementen zum Echosignalempfänger 143. Dort werden die Signale verschieden verzögert und mit verschiedenen Gewichtsfaktoren multipliziert und dann addiert. Das Ausgangssignal 144 des Echosignalempfängers geht durch den zeitempfindlichen Verstärker 145, der die Dämpfung des Körpergewebes kompensiert. Darauf wird es im Detektor 146 gleichgerichtet und gelangt über den Signalaufbereiter 147 zum Z-Eingang des Wiedergabeoszillographen 156. Der Signalaufbereiter 147 komprimiert den dynamischen Bereich des vom Detektor •146 abgegebenen Signals.

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Der X-Ablenkungsgenerator 151 erzeugt eine Spannung, die proportional zur Zeit ist, die seit dem Senden des letzten Pulses verstrichen ist. Der Y-Stufenfunktionsgenerator 152 erzeugt eine Spannung, die proportional zur Lage der Mittelachse der eingeschalteten Wandlergruppe ist.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des Sendesignalgeneratoren' 133 wird zunächst anhand der Figur 14 und 15 erläutert. Der Taktimpuls 132 löst einen gepulsten Hochfrequenzgenerator 161 aus, dessen Ausgangssignal 162 (gepulstes Trägersignal) in der angezapften Verzögerungsleitung 163 so verzögert wird, dass man vier Signale mit den Phasen 0°, 30°, 100° und 180° erhält. In Gewichtungseinheiten 164 - 167 werden diese Signale mit den entsprechenden Gewichtungsfaktoren multipliziert.·

Figur 16 zeigt den Echosignalempfänger 143 im Detail. Die Echosignale 142 werden in Gewichtungseinheiten 171 - 177 mit den entsprechenden Gewichtsfaktoren multipliziert. Darauf werden sie mit Phasendrehgliedern 181 - 185 wie gezeigt, verzögert und nachher in einem Addierer 186 addiert.

Das Prinzip einer bevorzugten Ausführungsform der Elementauswahlantriebschalter 138 im Gerät nach Figur 13 wird zunächst anhand der Figur 17 erläutert. Der Uebersicht halber wird hiermit dieses Prinzip für eine Wandlergruppe mit nur 4 Elementen erläutert, obwohl das Gerät nach Figur 13 Wandlergruppen mit je 7 Elementen verwendet. Das in dieser Figur gezeigte Schaltschema erlaubt es, eine Vierergruppe von Wandlerelementen anzusteuern und zu verschieben. Dabei werden jeweils die zwei inneren Elemente der Gruppe (z.B. 32 und 33 der Gruppe I) mit dem Sendesignal 41 gemäss Figur 5 und die zwei äusseren Elemente (z.B. 31 und 34 der Gruppe I) mit dem Sendesignal 42 gemäss' Figur 5 angesteuert. In Figur 17 sind die Wandlerelemeni^e durch/ihre entsprechenden Elektrodensegmente 31» 32, 33, etc. dargestellt. Die Wandlerelemente sind über eine Schalter-

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anordnung 191 zyklisch, an 4 Versorgungslinien 192 - 195 angeschlossen. Diese vier Versorgungslinien sind über eine Schalteranordnung 196 an zwei Versorgungslinien 197, angeschlossen, an denen die Sendesignale 41, 42 mit den in Figur 5 gezeigten Amplituden und Phasen liegen. In Figur 17 sind Schalterstellungen für zwei aufeinanderfolgende Wandlergruppen I (durchgezogen) und II (gestrichelt) gezeigt. Die Steuerung der Schalteranordnung 191 "bedarf keiner Erklärung. Zur Steuerung einer neuen G-ruppe II nimmt "bei der Schalteranordnung 196 jeder Schalter (z.B. 213) die Stellung ein, die der obere Schalter (z.B. 212) zur Steuerung der vorhergehenden Gruppe I hatte. Der oberste Schalter 211 übernimmt dabei die vorhergehende Stellung des untersten Schalters 214. Man kann dieselben Schalter für Senden und Empfang benutzen, falls die elektronische Ausführung der Schalteranordnungen dafür geeignet ist. Falls man verschiedene elektronische Schalter für Senden und Empfang brauchen will·, so kann die Schaltung gemäss Figur 17 doppelt ausgeführt werden mit separaten Versorgungslinien für Senden und Empfang.

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Die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile können wie folgt erläutert werden:

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich geworden eine höhere Querauflösung zu erzielen, was die Erzeugung von deutlicheren Ultraschall-Abbildungen ermöglicht.

Das erfindungsgemässe Gerät stellt ausserdem eine wirtschaftliche Lösung dar, da es einen relativ geringen Aufwand erfordert.

Durch die erfindungsgemässe G-ewichtung der Sende- bzw. Echosignale werden die Eebenmaxima der Strahlungscharakteristik des mit einer erfindungsgemässen Wandlergruppe erzeugten Ultraschall-Strahlenbündel wesentlich verkleinert.

Mit der anhand der Figuren 9a-12 oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung werden ausserdem Ultraschall-Strahlenbündel erzeugt, die annähernd eine kegelförmige Wellenfrönt aufweisen. Dadurch wird eine starke Bündelung des Ultraschall-Strahlenbündels über eine grosse Tiefe erreicht.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der obigen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen hervor.

Nachstehend werden Varianten der Erfindung beschrieben, die eine Drehung des Strahles und somit einen Sektor-scan ermöglichen.

In der Kardiologie scheint z.B. die Ultraschall-Abbildung mit Drehung des Strahles (Fig. 20) bessere Resultate zu liefern als mit linearer Strahlverschiebung (Fig. 21). Der

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•Grund dafür ist das kleine akustische Fenster, durch das hindurch die Abbildung vorgenommen werden muss. Es wird von Brustbein und Lunge begrenzt und misst ungefähr 2x7 era. Ausserdem erschweren die Rippen die Abbildung des Herzens. Ein Sektor-Scanner.benötigt nur eine Oeffnung von wenigen Ouadratzentimetern und eignet sich daher optimal? ein linearer Scanner dagegen hat meistens eine Länge von über 10 Zentimetern und wird nur schlecht ausgenützt.

Bisher bekannte Sektor-Scanner arbeiten entweder nach dem Prinzip des "phased array" (J.Kisslo, OT. ν. Ramm, F.L. Thurstone, "A phased array ultrasound system for cardiac imaging", Proceedings of the Second European Congress on Ultrasonics in Medicine, Munich, 12-16 May 1975, pp. 67-7 4, edited by E. Kazner, M. de Vlieger, H.R. Müller, V.R. McCready, Excerpta Medica Amsterdam - Oxford 1975, oder als mechanische Kontakt-Scanner A. Shaw, J.S. Paton, N.L. Gregory, D.J. Wheatley, "A real time 2-dimensional ultrasonic scanner for clinical use", ultrasonic, January 1976, pp. 35-40. Im folgenden wird ein Bogen-Scanner beschrieben, der nach dem gleichen Prinzip arbeitet wie ein linearer Scanner und den Abtastbereich eines Sektor-Scanners aufweist.

Das Kernstück des Bogen-Scanners besteht aus einem linearen "array", dessen Segmente nicht auf einer Geraden sondern auf einem Kreisbogen angeordnet sind. Der damit abtastbare Bereich ist in Fig. 22 dargestellt. Den Wandler muss man sich - wie schon in Fig. 20 und 21 - oben im Bild denken. Wenn man nun die obere Hälfte des Bereichs als Vorlauf verwendet und nur die untere Hälfte zur Abbildung benützt, so erhält man ein System mit Strahldrehung wie in Fig. 20. Der komplette Schallkopf eines elektronischen Bogen-Scanners ist in Fig. 23 dargestellt.-Im oberen Teil des Gehäuses 301 liegt der bogenförmige, piezokeramische Wandler 302, an dessen Oberseite die einzelnen Elektroden 303 ange-'deutet sind. Der nach oben abgestrahlte Ultraschall wird in dem Absorber 304 vernichtet. Der untere Teil des Gehäuses ist

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mit schallschluckendem Material 305 ausgekleidet und mit einem Ultraschall übertragenden Medium 306 gefüllt. Nach unten hin ist der Schallkopf durch eine Membran 307 abgeschlossen. Diese befindet sich im Zentrum des Kreisbogen, den der Wandler bildet, d.h. an der schmälsten Stelle des abtastbaren- "Bereichs (siehe Fig. 22). Um störende Vielfachreflexionen zwischen Membran und Wandler aus der Abbildung zu eliminieren, sollte die Laufzeit zwischen Wandler und Membran gerade so gross sein wie zwischen Membran und dem entferntesten Objekt, das gerade noch abgebildet werden soll. Bei Wasser als Vorlauf bedeutet das, dass der Radius des Wandlerbogens gerade der maximalen Eindringtiefe entsprechen muss, da der menschliche Körper und Wasser ungefähr dieselbe Schallgeschwindigkeit (ungefähr 1500 m/see) haben.

Die Strahlform kann ganz ähnlich wie bei der oben beschriebenen linearen Abtastung optimiert werden. Betreibt man alle Segmente einer Wandlergruppe, die gleichzeitig eingeschaltet sind mit gleicher Phase, so wird der Schallstrahl im Zentrum des Bogens, also an der Membran fokussiert. Mit zunehmender Eindringtiefe wird er immer breiter, und damit wird die laterale Auflösung des Systems immer schlechter. Eine erhebliche Verbesserung erreicht man, indem man den Brennpunkt nicht ins Bogenzentrum legt, sondern in einen Punkt der sich von der Membran 307 her in ungefähr 2/3 der maximalen Abbildungstiefe befindet. Dies erreicht man durch eine entsprechende Phasenbelegung der einzelnen Wandlerelemente beim Senden und Empfangen. Die Phasenbelegung hat hier, das umgekehrte Vorzeichen wie der oben beschriebene linearen Scanner. Der Grund dafür ist in Fig. 24, 25 für den Fall des Senders verdeutlicht: Beim linearen Scanner (Fig. 24) wird aus einer ursprünglich ebenen Wellenfront (durchgezogene Linie) eine zylindrische (gestrichelter Bogen) gemacht. Je weiter man sich aus der Strahlachse entfernt, desto stärker muss das Signal voreilen. Beim Bogen-Scanner (Fig. 25) dagegen wird aus einer stark gekrümmten Wellenfront (durchgezogen) eine schwach gekrümmte (gestrichelt) gemacht. Das Signal muss also mit zunehmendem

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Achsabstand immer stärker nacheilen. Für den Fall des Empfangens gelten ganz ähnliche Ueberlegungen. Ob eine Apodisation, d.h. eine Abschwächung der Amplituden der äusseren Elemente beim Senden und Empfangen, die Strahlform weiter verbessert, hängt von der speziellen Dimensionierung der Wandlergruppe ab. Vor allem die Anzahl der verschiedenen Phasen, die zur Fokussierung verwendet werden, spielt eine entscheidende Rolle.

Bisher war nur von der Strahlformung in der Abtastrichtung die Rede. Es ist jedoch vorteilhaft auch in der dazu senkrechten Richtung schwach zu fokussieren. Den Brennpunkt wählt man zweckmässigerweise an der gleichen Stelle wie in der ersten Richtung, nämlich bei 2/3 der maximalen Abbilddungstiefe. Die Fokussierung erreicht man.entweder durch eine entsprechend gekrümmte Form des Wandlers' oder durch eine vor den Wandler gebaute akustische Linse. Eventuell liesse sich natürlich auch in dieser Richtung - wie beim oben beschriebenen linearen Scanner - die Bündelung elektronisch erzielen, wenn man eine grössere Komplexität des Systems in Kauf nimmt. Eine zusätzliche Apodisation scheint, numerischen Rechnungen zufolge, keine weitere Verbesserung der Strahlform zu bringen. Verzichtet man jedoch auf eine Fokussierung in der zweiten Richtung, was eine wesentliche Vereinfachung im Aufbau bedeutet, so ist eine Apodisation von Vorteil. Man erreicht sie zum Beispiel mit Hilfe von Segmenten, die nach aussen hin immer schmaler werden (siehe Fig. 28).

Elektronisch bietet der Bogen-Scanner alle Vorteile, die auch der lineare Scanner aufweist. Sein Nachteil ist der benötigte Wasservorlauf, der den Schallkopf schwer und unhandlich macht und eine Halbierung der maximalen Bildfrequenz gegenüber einem Scanner ohne Vorlauf bedingt. Der Vorlauf und damit der Schallkopf lassen sich verkleinern, wenn man anstelle von Wasser eine Substanz verwendet, die eine kleinere Schallgeschwindigkeit hat. Eine ganze Anzahl von organischen Flüssigkeiten und auch manche Silikonkautschuke haben Schall-

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geschwindigkeiten um 1000 m/sec. Das bedeutet eine Verkürzung des Vorlaufs um 1/3 und Verkleinerung des Schallkopfvolumens um mindestens die Hälfte. Man muss dabei allerdings eine
verstärkte Reflektion und eine Beugung des Schallstrahls an der Grenzfläche Vorlauf - Körpergewebe in Kauf nehmen.

Eine weitere, ganz erhebliche Verkleinerung des
Schallkopfs lässt sich erreichen, wenn man den Bogen-Scanner nicht als Schallkopf verwendet, sondern als Signalprozessor für einen "phased array". In Fig. 26 ist diese Anwendungsmöglichkeit dargestellt. Die Wandlergruppe 401 bestehend aus mehreren Segmenten des bogenförmigen Wandlers 402 sendet einen Ultraschallstrahl 403 aus, der im Zentrum des Bogens auf einen "phased array" 404 trifft, dessen Segmente parallel zu denen des bogenförmigen Wandlers 404 angeordnet sind. Mit ihm wird das Schallfeld segmentweise phasenempfindlich detektiert und auf einen zweiten "phased array" 405 übertragen, der den
eigentlichen Schallkopf bildet und das Schallfeld am Ort des ersten "phased array" rekonstruiert und einen entsprechenden Ultraschallstrahl 406 abstrahlt. Die Anordnung lässt sich,
wie man sich leicht klar macht, auch in umgekehrter Richtung betreiben. Sie eignet sich also zum Senden und Empfangen.
Zweckmässigerweise wird zwischen den beiden "phased arrays"
pro Segment jeweils ein Sende- und ein Empfangszwischenverstärker eingebaut. In Fig. 26 wurden diese Verstärker der
Üebersichtlichkeit halber weggelassen.

An dieser Stelle muss noch erwähnt werden, dass das
von dem zweiten "phased array" 405 abgestrahlte Schallfeld
nicht mit dem von dem ersten "phased array" 404 detektierten identisch zu sein braucht. Die Signale jedes Segmentes können mit Hilfe der oben erwähnten Zwischenverstärker phasen- und amplitudenverändert werden. Man kann auch dem zweiten
"phased array" 405 eine andere Form geben als dem ersten und so das Schallfeld ändern. Damit hat man eine zusätzliche
Möglichkeit, die Bündelung des Schallstrahls und damit die
laterale Auflösung des Systems zu verbessern.

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Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber einem herkömmlichen "phased array"-System liegt darin, dass die Winkelablenkung des Schallstrahls mit einfachen Mitteln erreicht wird. Genaugenommen gilt dies hauptsächlich für den Betrieb als Empfänger. Beim Senden lässt sich die Winkelablenkung relativ einfach digital verwirklichen, für den Empfang jedoch benötigte man bisher einen erheblichen Aufwand an Verzögerungsleitungen und Schaltern. Es bietet sich daher eine hybride Lösung an, bei der der "phased array" beim Senden direkt betrieben wird und der Bogen-Scanner nur als Empfangssignalprozessor benützt wird.

Zum Schluss wird noch ein einfaches Beispiel eines Bogen-Scanners für kardiologische Anwendungen beschrieben (siehe Fig. 27 und 28). Ueber das System werden folgende Angaben gemacht:

Frequenz	2 MHz
max. Eindringtiefe	15 cm
abzutastender Winkel	50 - 60°
Segmentzahl	64
zu verwendende Phasen	0°, 90°
Vorlauf	Wasser

Fokussierung nur in einer Richtung

Unter diesen Randbedingungen wird anhand von computerberechneten Schallfeldern ein Optimxerungsprozess durchgeführt, der die nachfolgende Dimensionierung liefert.

Wie in der Fig 27 gezeigt, bildet die Wandlereinrichtung 302 einen Zylinderabschnitt. Sein Radius R beträgt 15 cm, seine Breite B = 2 cm und seine Bogenlänge 17,6 cm, die einem Winkel von θ = 67,2° entspricht. Der Wandler ist in 64 Segmente der Breite S = 2,75 mm unterteilt. Man verwendet zum Senden und Empfangen jeweils 12 Elemente gleichzeitig. Eine solche Gruppe ist in Fig. 28 abgebildet. Die Ränder der einzelnen Elemente 411 werden von Kreisbogen gebildet. Diese Formgebung

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führt zu der gewünschten Apodisation und Verbesserung der Strahlform. Beim Senden und Empfangen lässt man die Signale der äusseren 6 Elemente um 90 gegenüber denen der inneren 6 Elemente nacheilen. Das entspricht einer Fokussierung in einem Punkt, der ungefähr 25 cm vom Wandler entfernt ist. Gleichzeitig werden beim Senden und Empfangen die Signalamplituden der äusseren 6 Elemente mit einem Faktor 0,5 und die der inneren 6 Elemente mit einem Faktor 1 gewichtet.

Mit diesem Wandler erreicht man in der Abtastebene im ganzen nutzbaren Bereich eine Auflösung von mindestens 4 mm. In der dazu senkrechten Richtung ist die Auflösung wegen der fehlenden Fokussierung um den Faktor l_f5 schlechter. Wie oben bereits erwähnt, lässt sich auch in dieser Richtung eine bessere Auflösung durch eine zusätzliche Fokussierung erzielen.

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Claims

. Patentansprüche

Verfahren zur Erzeugung von Querschnittsbildern : 'mit einem nach dem Impulsechoverfahren arbeitenden ^:Ultraschall-Bildgerät, das eine Wandlereinrichtung enthält, die aus einer festen, länglichen Reihe aus aneinander angrenzenden Wandlerelementen besteht, und die mindestens auf einer Seite .aneinander angrenzende querverlaufende Elektrodensegmente "besitzt, bei "welchem Verfahren nacheinander zyklisch ausgewählte Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung dazu dienen, ein Ultraschall-Strahlen-.bündel im Ansprechen auf impulsartige elektrische Sendesignale zu erzeugen, die an den Elektrodensegmenten angelegt werden, das Ultraschall-Strahlenbündel in einen heterogenen Körper zu übertragen, Echos aufzunehmen, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos zu erzeugen, dadurch •gekennzeichnet, dass zur Fokussierung des mit jeder •Wandlergruppe (21) erzeugten Ultraschall-Strahlenbündels (23) die den Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen angelegten Sendesignale (41, 42) und/oder die von den Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen abgegebenen Echosignale (142) gegeneinander zeitlich verschoben werden, wobei jedem Sende- bzw. Echosignal eine zeitliche Verschiebung zugeordnet wird, die durch eine Funktion des Äbstandes des entsprechenden Elektrodensegments oder Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei benachbarten Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen (33,34) das Sendesignal (42) für das bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Segment (34) oder der Segmentuntergruppe, das/die von der Mitte der Wandlergruppe den grösseren Abstand hat, in der Phase voreilt.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtung der Amplitude der Sende- bzw. der Echosignale vorgenommen wird, wobei jedem Sende- bzw. Echosignal eines Elektrodensegments oder einer Segmentuntergruppe ein Gewichtungsfaktor zugeordnet wird, der durch eine Funktion des Abstandes des Elektrodensegments oder Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Sende- und/oder Echosignalen zugeordnete zeitliche Verschiebung (At) in bezug auf die Mitte der jeweils ausstrahlenden Wandlergruppe symmetrisch ist.
5. Ultraschall-Bildgerät zur Durchführung des Verfahrens .nach Anspruch 1, welches Gerät einen Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Taktsignals, eine Wandlereinrichtung, die aus einer festen länglichen Reihe aneinander .angrenzender Wandlerelemente besteht, welche Wandlereinriehtung mindestens auf einer Seite aneinander angrenzende querverlaufende ;Elektrodensegmente besitzt und welche Wandlereinrichtung dazu ^:dient, ein Ultraschall-Strahl enbündel im Ansprechen auf impulsartige, vom elektrischen Taktsignal abgeleitete Sendesignale zu" erzeugen, das Ultraschall-Strahlenbündel in einen heterogenen Körper zu übertragen, Echos aufzunehmen, die von 'einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein !elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos zu erzeugen; und eine mit dem Taktgeber, mit der Wandlereinrichtung und mit einer Anzeigeeinrichtung verbundene Elementzähler-Auswahleinrichtung enthält, welche dazu dient, Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung nacheinander zyklisch auszuwählen, zur Erzeugung des Ultraschall-Strahlenbündels die Sendesignale an den Elektrodensegmenten der jeweils ausgewählten Gruppe anzulegen,

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und die mit dieser Gruppe erzeugten Echosignale an die Anzeigeeinrichtung zu übertragen, welche dazu dient, die Echosignale in ein sichtbares Bild umzuwandeln, das die Querschnittsstruktur des heterogenen Körpers wiedergibt; gekennzeichnet durch

einen zwischen dem Taktgeber (131) und der Elementzähler-Auswahleinrichtung (136, 138) eingeschalteten Sendesignalgenerator (133), der dazu dient aus dem vom Taktgeber abgegebenen Taktsignal (132) gegeneinander zeitlich verschobene Sendesignale (121-124) für die Elektrodensegmente (112-118) oder Segmentuntergruppen der jeweils ausgewählten Wandlergruppe (111) abzuleiten, und/oder

einen zwischen der Elementzähler-Auswahleinrichtung und der Anzeigeeinrichtung (156) eingeschalteten Echosignalempfänger (143), der dazu dient, die von den Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen der Wandlergruppe abgegebenen Echosignale (142) gegeneinander zeitlich zu verschieben.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel (γ) der Sende- bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale durch eine Funktion des Abstandes des entsprechenden Elektrodensegments von der Mitte der Wandlergruppe so bestimmt ist, dass bei benachbarten Elektrodensegmenten (116, 117) oder Segmentuntergrüppen, das Sendesignal (123) bzw. das zeitlich verschobene Echosignal (207) von dem Elektrodensegment (117) oder von der Segmentuntergruppe, das/ die von der Mitte der Wandlergruppe den grösseren Abstand hat, in der Phase voreilt.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel (ψ) der Sendesignale (101-104) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale stufenweise, mit der Entfernung des entsprechenden Elektrodensegments (92-98) oder der Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe linear zunimmt.

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8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel ( ^f) , der Sendesignale (121-124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale (202-208) stufenweise und annähernd nach einer Hyperbelfunktion mit der Entfernung des entsprechenden Elektrodensegments (112-118) oder der Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe zunimmt.
9. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel der Sendesignale (121-124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale (202-208) stufenweise mit der Entfernung des entsprechenden Elektrodensegments (112-118) oder Segmentuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe zunimmt, wobei die Zunahme gegen die Mitte der Wandlergruppe quadratisch und an den Randzonen linear ist.
10. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendesignalgenerator (133) Sendesignale (121-124) verschiedener Amplitude abgibt, und dass die Sendesignale mit der grösseren Amplitude den inneren Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen der jeweils ausgewählten Gruppe (111) angelegt werden.
11. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Echosignalempfänger (143) eine Gewichtungsschaltung (171-177) enthält, die dazu dient, die Amplituden der von den Elektrodensegmenten (112-118) oder Segmentuntergruppen abgegebenen Echosignale (142) mit verschiedenen Gewichtungsfaktoren zu versehen, wobei die Echosignale von den inneren Elektrodensegmenten mit den grösseren Gewichtungsfaktoren versehen werden.
12. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Elementzähler-Auswahleinrichtung (136-138) nacheinander ausgewählten Wandlergruppen (71, 72, 73) abwechselnd eine gerade und eine ungerade Anzahl Elektrodensegmente enthalten, wobei die aufeinanderfolgenden Gruppen abwechselnd durch Verringerung der Anzahl Elektrodensegmente in einer

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Richtung und durch Erhöhung der Anzahl Elektrodensegmente in der entgegengesetzter Richtung gebildet werden.
13. Gerät nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die länge und die Breite der Jeweils ausgewählten Wandlergruppe (21) etwa im Bereich zwischen 15 und 30 Wellenlängen liegen.
14* Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlfläche (57) der .Wandlereinrichtung (11.) in der ' zur abgebildeten Ebene senkrechten Richtung konkav ist.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt, der in einer zur Längsachse (L) der Abstrahlfläche der Wandlereinrichtung senkrechten Ebene (Q,S) liegt, die Abstrahlfläche (57)· als annähernd V-förmige Linie erscheint.
16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die V-förmige Linie aus zwei geradlinigen Segmenten (108, 109) besteht.
17« Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die V-förmige Linie (127, 128) annähernd die Form einer Hyperbel hat.
18. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodensegmente (51—54) entlang ihrer Längsachse in einen oberen, einen mittleren und einen unteren Teil (a, b, c) segmentiert sind, dass mit den oberen und unteren Teilen (a, c) der äusseren Elektrodensegmente (51, 54) der ausstrahlenden Wandlergruppe (51—54) weder gesendet noch empfangen wird, und dass die Sendesignale (42) für die oberen und unteren Teile (a, c) der inneren Elektrodensegmente (52, 35) verglichen mit den Sendesignalen (41) für die mittleren Teile derselben Elektrodensegmente phasenverschoben sind und/oder eine kleinere

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Amplitude haben.
19. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verschiebung zwischen Sendesignalen für benachbarte Elektrodensegmente oder SEgmentuntergruppen und/oder die zeitliche Verschiebung zwischen den zeitlich gegeneinander verschobenen Echosignalen von benachbarten Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen, die verschiedene Abstände von der Mitte der Wandlergruppe haben, einer Phasenverschiebung einer in jedem Sende- bzw. Echosignal enthaltenen hochfrequenten Trägerwelle entspricht, wobei der absolute Betrag dieser Phasenverschiebung im Bereich zwischen 30 und 180° liegt.
20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verschiebung in beiden Fällen annähernd einer Phasenve

spricht.

Phasenverschiebung mit einem absoluten Betrag von 90 ent—
21. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verschiebung zwischen den Sendesignalen und die zeitliche Verschiebung zwischen den Echosignalen verschiedenen Phasenverschiebungen entsprechen.
22. Gerät nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgende Kombinationen der absoluten Beträge der Phasenverschiebung zwischen Sendesignale für und zwischen den zeitlich gegeneinander verschobenen Echosignale von benachbaten Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen:

Sendesignale Echosignale

ca. 90° . ca. 45°

ca. 45° ca. 90°

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23. Gerät nach Anspruch 5, "bei dem die mit der E lernen tzähler-Auswahleinrichtung nacheinander ausgewählten Wandlergruppen A Elektrodensegmente enthalten und "bei dem die Lage der jeweils ausgewählten Gruppe durch Verschiebung der Lage der unmittelbar vorhergehenden Gruppe um B Elektrodensegmente in Längsrichtung der Wandlereinrichtung bestimmt wird, wobei A und B positive ganze Zahlen sind, für welche die Beziehungen gelten U>A, ÜT>B, worin IT die gesamte Anzahl, Elektroden-. Segmente der Wandler einrichtung darstellt, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Sendesignalgenerator und den Elektrodensegmenten der Wandlergruppe eingeschaltete Schalterreihe (196), bei der jeder Schalter wahlweise ein Elektrodensegment mit einem Ausgangssignal des Sendesignalgenerators verbindet, wobei beim TJebergang von einer Wandlergruppe zu der darauf folgenden !Wandlergruppe einer "der am Ende der Sehalterreihe liegenden Schalter (211) die vorangehende Position von dem am anderen Ende der Reihe liegenden Schalter (214) übernimmt, während jeder der 'übrigen Schalter (215) die vorangehende Position eines benachbarten Schalters (212) übernimmt«
24. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung in der Abtastrichtung bogenförmig ist, dass zwischen der Wandlereinrichtung und dem untersuchten Körper einen Vorlauf durch einen Uebertragungsmedium vorgesehen ist, und dass der Phasenwinkel {(f) der Sendesignale bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale durch eine Funktion des Abstands des entsprechenden Elektrodensegments von der Mitte der Wandlergruppe so bestimmt ist, dass bei benachbarten Elektrodensegmenten oder Segmentuntergruppen, das Sendesignal bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Elektrodensegment oder von der Segmentuntergruppe, das/die von der Mitte der Wandlergruppe den grösseren Abstand hat, in der Phase nacheilt.

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25. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Wandlereinrichtung eine Abstrahlfläche besitzen, die in der zur Abtastrichtung senkrechten Richtung und von der Längsachse der Wandlereinrichtung nach aussen hin immer schmaler wird.
26. Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der einzelnen Elemente von Kreisbogen gebildet werden.
27. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium (306) für die Uebertragung der Ultraschallwellen zwischen der Wandlereinrichtung (302, 303) und dem untersuchten Körper eine Substanz verwendet wird, in der die Schallgeschwindigkeit kleiner als im Wasser ist.
28. Gerät nach Anspruch 24 , gekennzeichnet durch zwei "phased arrays" (404, 405), wobei der erste "phased array" (404), der sich im Zentrum des der Form der Wandlereinrichtung (402) entsprechenden Bogens befindet und dessen Segmenten parallel zu denen der Wandlereinrichtung angeordnet sind, dazu dient:

a) einen mit einer Gruppe (401) von Wandlerelementen der Wandlereinrichtung erzeugten Ultraschallstrahl (403) auf den zweiten "phased array" (405) zu übertragen, der darauf einen entsprechenden Ultraschallstrahl (406) abstrahlt, oder

b) Echowellen, die mit dem zweiten "phased array" (405) empfangen werden, auf eine Gruppe (401) von Wandlerelementen der Wandlereinrichtung zu übertragen.

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29. Gerät nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen der bogenförmigen Wandlereinrichtung und dem Brennpunkt des mit ihr erzeugten Ultraschallfeldes annähernd die !Länge des Vorlaufs in dem lieber tr agungs— medium plus ca.- 2/3 der maximalen Abbildungstiefe beträgt.

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