DE2654280B2

DE2654280B2 -

Info

Publication number: DE2654280B2
Application number: DE2654280A
Authority: DE
Inventors: Christoph Benedikt Dr. Muttenz Burckhardt; Pierre-Andre Dr. Muenchenstein 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: 1979-03-22
Also published as: GB1570879A; DE2660208B2; DK538076A; DE2654280A1; FR2334117A1; DE2660888C3; SE421032B; DK146227C; GB1570880A; SE445009B; SE8000837L; DE2660882C3; IT1070826B; FR2334117B1; CA1110750A; FR2445545B1; JPS58625B2; NL7612852A; DK146227B; CH608103A5

Description

Ca. ¹K)"
Ca. 45°

■ '!cliosignalc

ca. 45°
ca. W

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Querschnittsbildcrn mit einem nach dem Impuls echovrrfahrcn arbeitenden IJItraschall-Bilclgcrät, das eine Wendeeinrichtung enthält, die aus einer festen längliciten Reihe aus aneinander angrenzenden Wandlerclcmenten besteht, bei welchem Verfahren nacheinander zyklisch ausgewählte Gruppen von aneinander grenzenden Wandlerclemcntcn der Wandlercinrichtung dazu dienen, ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige elektrische Sendesignaic zu erzeugen, die Hon Wnndlerelementen zugeführt werden, das Ultraschall-Strahlcnbündel im wesentlichen in einer Abtastebene 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 bei dem zur Fokussierung die den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen zügeführten Sendesignaie und/oder die von den Wandiereiementen oder Elementuntergruppen abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich so verschoben werden, daß bei benachbarten Wandlerelementen das Sendesignal für das bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Element oder der Elementuntergruppe, das/die von der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Ultraschall-BiMgerät zur Durchführung des erfindur.gsgemäßen Verfahrens, welches Gerät enthält;

einen Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Taktsignals;

eine Wandlereinrichtung, die aus einer festen längslichen Reihe aneinander angrenzender Wandlerelemente besteht und mit der ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige, vom elektrischen Taktsignal abgeleitete Sendesignale erzeugbar, das Ultraschall-Strahlenbündcl im wesentlichen in einer Abtastebene in einen heterogenen Körper übertragbar, Echos, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, aufnehmbar und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos erzeugbar sind; eine mit dem Taktgeber, mit der Wandlereinrichtung und mit einer Anzeigeeinrichtung verbundene Elementzähler-Aaswahleinrichtung, welche dazu dient, Gruppen

von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung nacheinander zyklisch auszuwählen, zur Erzeugung des Ultraschall-Strahlenbündels die Sendesignale den Wandlerelementen der jeweils ausgewählten Gruppe zuzuführen, 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;
einen zwischen dem Taktgeber und der Elementzähler-Auswahleinrichtung eingeschalteten Sendesignalgenerator. der dazu dient zum Fokussieren aus dem vom Taktgeber abgegebenen Taktsignal gegeneinander zeitlich verschobene Scndcsignale für die Wandlerelemente oder Elementuntergruppen der jeweils ausgewählten Wandlergruppe abzuleiten, und
einen zum Fokussieren zwischen der Elementzähler-Auswahleinrichtung und dei Anzeigeeinrichtung eingeschalteten Echosignalempfängcr, der dazu dient, die von den Wandlerelemcnten oder ElemcnUintcrgpjppen der Wandlergruppe abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich zu verschieben,

wobei der Phasenwinkel (ψ) der Sende- bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale durch eine Funktion des Abstandes des entsprechenden Wandlerelementes von der Mitte der Wandlergruppc so bestimmt ist, daß bei benachbarten Wandlerelcmenten oder Elementuntergruppen das Sendesignal bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Wandlerelement oder von der Elementuntergruppe, das/die von der Mitte der Wandergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt.

Für die Erzeugung von Ultraschall-Abbildungen (insbesondere für die Erzeugung von Querschnittsbildern) 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 (US-Patentschrift 38 81 466), 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 Wandlereiemente kann nur bis zu einer bestimmten Grenze erzielt werden, die durch die minimale Breite des Ultraschall-Strahlenbündels gegeben ist Obwohl die mit dem bekannten Gerät erzeugten Querschnittbildner relativ deutlich sind, hat sich in der Praxis gezeigt, daß für manche Anwendungen noch höhere Werte der Querauflösung wünschenswert sind.

Es ist auch bekannt (US-Patentschrift 38 81 164), daß die Breite des mit einer länglichen, aus nebeneinanderliegenden Wandlerelementen bestehenden Wandleranordnung in einer Abtastebene erzeugten Ultraschall-Strahlenbündel dadurch verringert werden kann, daß die Wandlerelemente mit zueinander zeitlich verschobenen Sendesignalen angesteuert werden. Dieses Prinzip wird in einem bekannten Ultraschall-Bildgerät der eingangs beschriebenen Art (US-Patentschrift 39 19 683) angewendet, bei dem das von jeder Wandlergruppe erzeugte Ultraschallfeld bzw. die ^r> entsprechende Empfangscharakteristik in einem Punkt stark fokussiert wird. Dies hat den Nachteil, daß dadurch eine höhere Querauflösung nur im jeweiligen Fokus oder in unmittelbarer Nähe desselben erzielt wird, es sei denn, man benutze eine sogenannte

in dynamische Fokussierung, d. h. eine Verschiebung des jeweiligen Fokus entlang der Untersuchungstiefe, was aber eine erhebliche Erhöhung des Schaltungsaufwands erfordert und somit eine entsprechende Verteuerung des Ultraschall-Bildgeräts mit sich bringt.

ii Es ist auch ein gleichartiges Ultraschall-Bildgerät bekannt (FR-Patetitschrifl 22 55 612), bei dem zeitliche Verschiebungen zwischen den den Wandlerelementen zugeführton Sendesignalen angewendet werden. Dabei wird aber ein Ultraschall-Strahlenbündel erzeugt, das

." bereits ein Nahfeld breiter als die Breite der Ab'.astfläche der ausstrahlenden Wandlergruppe ist, so daß damit keine höhere Querauflösung als mit einer nicht fokussierenden Wandlergruppe gleicher Breite erzielbar ist.

r> Es ist im weiteren vorgeschlagen worden (F. L. Th urstone und O. T. von Ramm, »Electronic beam scanning for ultrasonic imaging«. Proceedings of the 2nd World Congress on Ultrasonic in Medicine, Rotterdam, 4-8 June 1973; M. de Vlieger, Ed.

ίο Excerpta Medica Amsterdam 1974; American Elsevier Publishing Company, Inc. New York, Seiten 43 —48), die Amplitude eines von einer länglichen, festen Anordnung von Wandlerelementen erzeugten Ultraschallfeldes, das durch Ansteuerung der Wandlerelemente mit zueinan-

r. der zeitlich verschobenen Sendesignalen im wesentlichen in einer Abtastebene, asphärisch (d. h. nicht in einem Punkt, sondern annähernd in einer geraden Strecke entlang der Hauptstrahlungsrichtung) fokussiert wird, entlang der Hauptstrahlungsrichtung anr.ähemd gleichmäßig zu verteilen, indem den Wandlerelementen Sendersignale verschiedener Amplituden zugeführt werden. Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß die Seitenmaxima der Strahiungscharakteristik die Erzielung einer höheren Querauflösung beeinträchtigen. Der Versuch, dennoch eine höhere Querauflösung zu erreichen, indem beim Empfang eine dynamische Fokussierung verwendet wird, erfordert, wie oben erwähnt, eine erhebliche Erhöhung des Schaltungsaufwands und damit eine entsprechende Verteuerung des

5n Ultraschall-Bildgeräts.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. ein Ultraschall-Bildgerät zu schaffen, das mit möglichst kleinem Aufwand die Erzielung einer für die medizinische Ultraschalldiagnostik ausreichen den Querauflösung Ober die ganze Untersuchungstiefe ermöglicht

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß mit einer geringen zeitlichen Verschiebung der Sende- und/oder Echosignale gegeneinander das durch die Wandlergruppe erzeugte Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene und Ober die ganze Untersuchtungstiefe nur schwach fokussiert wird, und

daß zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik nie Amplitude der Sende- bzw. der Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit

einem Gewichtsfaktor gewichtet wird, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist.

Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß mit einem Gerät der eingangs genannten Art durchgeführt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Sendesignalgenerator und dem Echosignalempfänger die Sendebzw. Echosignale zeitlich nur gering verschoben werden,

daß die gesendeten Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene und über die ganze Untersuchungstiefe schwach fokussiert werden, und

daß der Sendesignalgenerator und/oder der Echosignalempfänger Mittel zur Gewichtung der Sende- bzw. Echosignale eines Wandlerelementes oder einer EIementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder Eieineiiiuiiiergruppe vom der rviiiie der Waiiuiergruppe ist, zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik enthalten.

Durch das obige Verfahren bzw. das entsprechende Bildgerät ist es möglich geworden, mit geringem Aufwand eine ausreichende Querauflösung über die ganze Untersuchungstiefe, d. h. auch im Nahfeld, zu erzielen.

Bei einem abgewandelten Verfahren ist vorgesehen,
daß mit einer geringen zeitlichen Verschiebung der Sende- und/oder Echosignale gegeneinander das durch die Wandlergruppe erzeugte Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene asphärisch fokussiert wird,
daß das Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die Empfangscharakteristik auch in zur Abtastebene senkrechten Ebenen asphärisch fokussiert wird, und
daß zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik die Amplitude der Sende- bzw. der Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet wird, der eine Funktion des Abstandtj, des Wandiereiemenies oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist.

Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß mit einem Gerät der eingangs genannten Art durchgeführt, das dadurch gekennzeichnet ist,

daß mit dem Sendesignalgenerator und dem Echosignalempfänger die Sende- bzw. Echosignale zeitlich nur so gering verschoben werden, daß die gesendeten Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene asphärisch fokussiert werden,

daß der Querschnitt der Abstrahlfläche der Wandleranordnung in jeder zur Abtastebene senkrechten und zum Ultraschall-Strahlenbündel parallelen Ebene eine Krümmung besitzt, wodurch die Abstrahlfläche das Ultraschall-Strahlenbündel und die entsprechende Empfangscharakteristik auch in diesen Ebenen asphärisch fokussiert, und

daß der Sendesignalgenerator und/oder der Echosignalempfänger Mittel zur Gewichtung der Sende- bzw. Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder Elementuntergruppen von der Mitte der Wandlergnippe ist, und zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik enthalten.

Durch das letztgenannte, abgewandelte Verfahren bzw. das entsprechende Gerät ist es möglich geworden, j mit geringem Aufwand eine — im Vergleich zum erstgenannten, erfindungsgemäßen Verfahren — höhere Querauflösung über einen großen Teil der ganzen Untersuchungstiefe zu erzielen.

Mit den Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen ίο 5—7 und 12—15 werden außerdem Ultraschall-Strahlenbündel bzw. Empfangscharakteristiken erzeugt, die annähernd eine kegelförmige Wellenfront aufweisen. Dadurch wird eine starke Bündelung des Ultraschail-Slrahlenbündels bzw. der Empfangschanikteristik über ι ι eine relativ große Tiefe erreicht.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Heschreibu.ig von bevorzugten Ausführungsformen hervor.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen einige .'" AuMÜiii ungsueispifle der i-'riiriduiig eriäuieri.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wandlereinrichtung des vorstehend erwähnten Ultraschall-Bildgerätes gemäß dem Stand der Technik,

F i g. 2 zeigt die im Querschnilt schematisch darge-

r> stellte Form der Strahlungscharakteristik 23 einer erfindungsgemäßen Wandlergruppe im Vergleich zur Strahlungscharakteristik 22 einer Wandlergruppe der Wandlereinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnilt einer id bevorzugten Ausführungsform der Wandleranordnung 38 der Wandlereinrichtung 11 in F i g. I,

Fig. 4 zeigt eine Rückansicht einer erfindungsgemäßen Wandlergruppe 21 mit 4 Wandlerelementen,

Fi g. 5 zeigt Diagramme der Sendesignale 41, 42, die r> erfindungsgemäß der, Elektrodensegmenten 31 — 34 der Wandlergruppe 21 in F i g. 3 zugeführt werden,

Fig.6 zeigt schematisch, anhand eines parallel zur

Q5-Ebene in Fig. 1 liegenden Querschnitts, eine zur schwachen Fokussierung des Ultrasohall-Strahlenbündels in (J-Richtung geeignete Form der Abstrahlfläche 37 der Wandleranordnung 38 gemäß F i g. 3,

F i g. 7 zeigt eine Rückansicht einer Ausfihrungsform der Wandleranordnung 3e gemaij F i g. 3, mit welcher Ausführungsform die mit der konkaven Abstrahlfläche gemäß Fig. 6 erreichte schwache Fokussierung in (^■Richtung mit einer flachen Abstrahlfläche erzielt wird,

Fig.8a, Sb, Bc zeigen eine vorteilhafte Gestaltung von Wandlergruppen 71, 72, 73, die zyklisch nacheinander ausgewählt werden.,

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

F i g. 9b zeigt im Querschnitt die Form der Abstrahlfläche der Wandlergruppe 91 gemäß F i g. 9a.

Fig. 10 zeigt Diagramme der Sendesignale, die erfindungsgemäß den Elektrodensegmenten 92—98 der Wandlergruppe 9t gemäß F i g. 9a zugeführt werden,

F i g. 1 la zeigt eine Rückansicht einer Wandlergruppe mit 7 Elektrodensegmenten, die in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildgerätes verwendet wird,

F i g. 1 Ib zeigt im Querschnitt eine bevorzugte Form

der Abstrahlfläche der Wandlergruppe gemäß F i g. 11 a,

Fig. 12 zeigt Diagramme der Sendesignale, die

erfindungsgemäß den Elektrodensegmenten 112—118

der Wandlergruppe lit gemäß Fig. 1 ΐa angelegt werden,

Fig. 13 zeigt ein schematisches Blockdiagramm iur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildgerätes,

Fig. 14 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Sendesignalgenerators 133 im Gerät nach Fig. 13,

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

Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des Echosignal-Empfängers 143 im Gerät nach F ig. IJ,

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

Fig. 18 und 19 dienen zur Erläuterung der Bemessung einer erlindungsgemälien Wandlergruppe und ihrer Elemente.

Wie in F i g. 1 gezeigt, besteht die Wandlereinrichuing 11 des bekannten Ultraschall-Bildgeräts (amerikanische Patentschrift Nr. 38 81 466) 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 Grupppen von Λ-Elementen ist in Längsrichtung um Ö-Elemente ^on dem On der unmittelbar vorhergehenden Gruppe verschoben. Die Verschiebung des Ultraschall-Strahlenbündels 13 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 unfokussiertes Ultraschall-Strahlenbündel 13 erzeugt, da sämtliche Α-Elemente der Wandlergruppe gleichzeitig zur Impulsabgabe angeregt werden. Die unfokussierte Strahlungscharakteristik 22 des Ultraschall-Strahlenbündels 13 in F i g. 1 ist in F i g. 2 dargestellt.

In Fig. 1 wird ein orthogonales Koordinatensystem durch 3 Pfeile Q, L und 5 definiert. Der Pfeil L liegt entlang der Längsachse der Abstrahlfläche der Wandlereinrichtung 11. Der Pfeil 5 liegt parallel zur Hauptachse des Ultraschallstrahlenbündels 13. Der Pfeil Q liegt senkrecht zu der durch die Pfeile L und 5 definierten Ebene. Die Lage der in den Figuren dargestellten Querschnitte und Ansichten wird anhand dieses Koordinatensystems definiert.

Fig.3 zeigt in einem Teilquerschnitt den Aufbau einer bevorzugten Wandleranordnung 38 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Wandleranordnung besteht aus einer ganzen Elektrode 36, die geerdet ist und deren eine Fläche 37 als Abstrahlfläche verwendet wird, einer piezoelektrischen Schicht 35 und aus Elektrodensegmenten 31 —34, deren Rückansicht in F i g. 4 gezeigt wird.

Es geht aus der vorangehenden Erläuterung der Wandleranordnung 38 hervor, daß die erfindungsgemäßen Wandlerelemente 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.

Die mit der vorliegenden Erfindung erzielte Wirkung, d. h. die Erzielung einer höheren Queraufk.sung wird hauptsächlich durch eine neue Funktionsweise der Wandlereinrichtung erzielt. Diese wird zunächst anhand der F i g. 2,4 und 5 näher erläutert.

Fig. 4 zeigt Elektrodensegmente 31—34 einer Erfindungsgemäßen Wandlergruppe 21. Zur Erzeugung eines erfindungsgemäüen Ultraschall-Strahlenbündels werden an den Elektrodensegmenten 31—34 die in F i g. 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 fokussiertes Ultraschall-Strahlenbündel 23 (Fi g. 2) erzeugt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht nur die Sendesignale, sondern auch die mit den einzelnen Wandlerelementen der Wandergruppe empfangenen Echosignale gegeneinander zeitlich verschoben. Die in F i g. 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 MH/) 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 Beirieb der Wandlergruppe 21 erzielte Wirkung kann durch folgende zusätzliche Maßnahmen verbessert werden:

1) Es hat sich als günstig erwiesen, für die .iußeren Elemente der Wandlergruppe folgende Kombinationen der Phasenvoreilung zu wählen:

Scndesianale

hchosmnai

Entweder
oder

ca. 90°

:a. 45°

ca. 45
ca.

Durch diese verschiedenen Werte der Phasenvoreilung für die Sende- und Echosignale wird die ίο erfindungsgemäße Strahlungscharaktenstik 23 (F i g. 2) über eine gewisse Tiefe noch schmäler.

2) Es ist erforderlich, eine Gewichtung der Sende- bzw. der Echosignale vorzunehmen. Wie in F i g. 5 gezeigt, werden dabei die inneren Elektrodensegmente 32, 33 mit dem Sendesignal der größeren Amplitude S₀ angeregt. Ähnlicherweise 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 (^-Richtung in F i g. 1 schwach zu fokussieren, ζ. Β. indem eine Wandleranordnung mit einer schwach gekrümmten Abstrahlfläche 37 Is. F i g. 6) verwendet wird.

Die schwache Fokussierung in der (^-Richtung kann auch elektronisch erreicht werden. Dazu wird eine

Wandleranordnung wie in F i g. 7 verwendet, bei der jedes der Elektrodensegmente in (^-Richtung in 3 Segmententeile a, b und c unterteilt ist. Wie aus F i g. 7 ersichtlich, werden nur die schraffierten Teile der Elektrodensegmente zum Senden bzw. zum Empfang verwendet. Dabei werden die inneren Segmentteile 320, 33Z) mit dem Sendesignal 41 und die übrigen aktiven Segmentteile mit dem Sendesignal 42 angeregt. Dieiie Lösung ist elektronisch aufwendiger als eine Wandlereinrichtung mit gekrümmter Abstrahlfläche, erfordert i» jedoch nur eine Wandleranordnung mit einer flachen Abstrahlfläche, die billiger ist. .

Bei der bekannten Wandlereinrichtung 11 gemäß F i g. 1 kann das Ultrasehall-Strahlenbündel 13 nach jeder Sende-Empfangs-Periode um die Breite eines Wandlerelements 12 verschoben werden. Die Linienzahl im Bild und die Auflösung könnten jedoch erhönt werden, wenn das Ultraschall-Strahlenbündel jeweils um weniger verschoben würde, z. B. eine halbe Elementbreite. Dies kann natürlich durch Halbierung :o der Elementbreite erreicht werden. Diese Lösung führt aber *ur doppelten Zahl von Elementen und entsprechend größerer Komplexität.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (F i g. 8a, 8t> und 8c), wird die Verschie- 2~> bung des Ultraschall-Strahlenbündels um eine halbe Elementbreite dadurch erreicht, daß nacheinander ausgewählte Wandlergruppen 71, 72, 73 abwechselnd eine gerade und eine ungerade Anzahl Wandlerelemenite enthalten, wobei die aufeinanderfolgenden Wandler- so gruppen abwechselnd durch Verringerung der Anzahl Elektrodensegmente in einer Richtung und durch Erhöhung der Anzahl Elektrodensegmente in der entgegengesetzten Richtung gebildet werden. Die Amplituden und Phasen der Sendesignale bzw. der ii zeitlich verschobenen Echosignale werden so gewählt, daß unabhängig von der Anzahl Elemente der Wandlergruppe die Form des Ultraschall-Strahlenbüridcls möglichst gleich bleibt. Die folgenden Kombinationen von Amplituden und Phasen ergeben z. B. bei der -ti. abwechselnden Verwendung von 4 und 3 Elementen eine sehr ähnliche Strahlform:
Mit 4 Elementen

	/ Amplitude	Element	32	33	33	34
	1 Phase	31	1		I	0,5
	I Amplitude \ Phase	0,5	0°	0°	90°
	Mit 3 Elementen	90°	1 0°	1 0°	0,5 45°
Empfang		0,5 45°
			Element
		32		34

Senden

Empfang

( Amplitude
I Phase

ί Amplitude
\ Phase

1
45°

I
22,5°

1
0°

45°

1
22,5°

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird zunächst anhand der F i g. 9a, 9b und 10 beschrieben. Es ist bekannt (schweizerische Patentschrift Nr. 5 43 313), 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 Uliraschallwandler abgestrahlt. Eine kegelförmige Abstrahlfläche kann erfindungsgemäß approximiert werden, indem man für die Sendesignale 101 — 104 in Fig.9a für die zeitlich verschobenen Echosignale 202—203 (Fig. 16) eine lineare Zunahme des PhasenwinkeSs φ mit der Entfernung der Wandlerelemente 92—98 von der Mitte der Wandlergruppe vorsieht. Fig. 10 zeigt diese lineare Zunahme des Phasenwinkels φ. Mit der in Fig.9b anhand eines Querschnitts gezeigten Formgebung der Abstrahlfläche 37 wird eine lineare Zunahme des Phasenwinkels der abgestrahlten Ultraschallwellen ebenfalls in der Q-Richtung erreicht. Die gestrichelte Linie 107 in F i g. 9a stellt den Ort konstanter Phase auf der Abstrahlfläche der Wandlereinrichtung dar, wobei zur Vereinfachung eine Phase angenommen wurde, die sich kontinuierlich in der L-Richtung ändert und nicht schrittweise wie im vorliegendem Ausführungsbeispiel. Während bei einer kegelförmigen Wellenfront der Crt konstanter Phase ein Kreis ist, handelt es sich hier um gerade Abschnitte 107.

Eine bessere Approximation einer kegelförmigen Wellenfront kann mit der anhand der F i g. 11 a, 11 b 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 Wandlerelemente in der Mitte der Wandlergruppe quadratisch und am Rand linear. Eine entsprechende Phasenabhängigkeit in der (^-Richtung wird mit der in Fig. lib anhand eines Querschnitts der Wandleranordnung gezeigten Formgebung der Abstrahlfläche 34 erzielt. Die Hyperbel ist eine bevorzugte Kurve für die Linie 37 in Fig. 11b. 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 F i g. 1 la gezeigte Ort konstanter Phase 106 abgerundete Ecken aufweist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die ausstrahlenden Wandlergruppen der Ausführungsbeispiele gemäß Fig.9a und 11a eine größere Fläche als beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 haben. Durch diese größere Fläche wird eine entsprechend größere Fläche wird eine entsprechend größere öffnung erzielt, die nötig ist, um eine bessere Auflösung zu erreichen.

Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist es auch bei den letztgenannten Ausführungsformen von Vorteil, daß der innere Teil der ausstrahlenden Wandlergruppe mit einer größeren Amplitude sendet, bzw. das beim Empfang die dort empfangenen Echosignale mit einem größeren Gewichtskoeffizienten multipliziert werden. Dadurch wird das Nahfeld verbessert.

Die Bemessung der Wandlergruppen 21 und dei Wandlerelemente 31 —34 gemäß F i g. 4 zur Erzeugung eines schwach fokussierten Ultraschall-Strahlenbündels 23 gemäß Fig.2 wird zunächst anhand der Fig. 18 und 19 erläutert. Kennzeichnend für eine gute schwach fokussierende Wandlergruppe ist, daß ihre Breite wunc Länge / 15 bis 30 Wellenlangen betragen. Dei Krümmungsradius R (Fig. 19) der Wellenfront wire ungefähr gleich der halben Tiefe des zu untersuchender Körpers gewählt, vorzugsweise etwas kleiner. Für eint Wandlergruppe mit 4 Wandlerelementen wird dif Breite der individuellen Wandlerelemente so gewählt

daB 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. Fig. 18 und 19). Wie in Fig. 18 dargestellt, senden die zwei inneren Elemente der Wandlergruppen mit der Phase 0° und die beiden äußeren Elemente mit der Phase 90°. Aus F i g. 19 und dem Sehnensatz erhält man

i/f = 2R- I (1)

i/, = die lateraleVerschiebung, die zu der gewünschten

Phasenverschiebung von 90 fuhrt,
R = der Krümmungsradius der Wellenfront, und
I = die Distanz, die eine Phasenverschiebung von

90 entspricht.
Im vorliegenden Fall

'-f

mit /. = die Wellenlänge.

Wählt man nun R-SO mm (annähernd die halbe Tiefe des untersuchten Körpers) und λ = 0,75 mm (diese Wellenlänge entspricht einer Frequenz von 2 MHz) so erhält man d\ =5,48 mm. Wählt man die Elementbreite zu s mm, so hat die Mitte des äußeren Elements den Abstand d2 = 6 mm von der Mitte der Wandlergruppe. Dieser Wert von Ch entspricht ungefähr der oben berechneten Distanz d\.

Fig. 13 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildgerätes, welches zum Senden und Empfangen Wandergruppen mit je 7 Wandlerelementen verwendet, wie in Fig. Ha dargestellt. Im Blockschaltbild gemäß Fig. 13 bedeuten 38 die Wandleranordnung gemäß F i g. 3,131 einen Taktgeber, 132 ein vom Taktgeber 13t abgegebenes Taktsignal. 133 ein Sendesignalgenerator, 134 Sendesignale, die vom Sendesignalgenerator 133 über Leitungen 135 Elementauswahl-Antriebschaltern 138 zugeführt werden, 136 einen mit dem Taktgeber 131 verbundenen Elemcntzähler und Dekoder zur Steuerung der Elementauswahl-Antriebsschalter 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 Signalaufbereiters 147, 151 einen X-Ablenkugsgenerator, 154 ein von diesem Generator abgegebenes Ablenksignal, 152 einen V-Stufenfunktionsgenerator, 155 ein von diesem Generator abgegebenes Stufenfunktionssignal und 156 einen Wiedergabeoszillographen mit drei Eingängen X, Kund Z.

Der Taktgeber 131 erzeugt periodische Taktimpulse 132, die das Senden eines Ultraschallsignals und die Erzeugung der nötigen Synchronisationssignale auslösen. Im Sendesignal-Generator 133 werden vier elektrische Sendeimpulse 121 — 124 (s. Fig. 14) erzeugt. Drei dieser Sendesignale 122, 123, 124 eilen vor, entsprechend einer Phase des Trägersignals von +30°, -I-100° und -)-180° gegenüber einem Signal 121, dessen Phase mit 0° bezeichnet wird. Diese Sendesignale werden auf die Leitungen 134 gegeben. Im Block 138 (Elementauswahl-Antriebschalter) werden diese Sendesignale auf sieben Versorgungsleitungen gegeben, auf denen die Sendesignale die Phasen +180°, +100°, + 30°, O=, +30°, +100°, +180° haben. Der Elementzähler und Decoder 136 schaltet über die Elementauswahlantriebsschalter 138 die gewünschten sieben Elemente ein, sowohl für Senden wie für Empfang. Nach jedem Puls wird die Konfiguration gemäß Fig. lla 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 ,^e Signale verschieden verzögert und mit verschiedenen Gewichtsfaktoren multipliziert und dann addiert. Das Ausgangssignal 144 des Echosignalempfängers geht durch den zeitempfindiichen 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.

Der X-Ablenkungsgenerator 151 erzeugt eine Spannung, die proportional zur Zeit ist, die seit dem Senden des letzten Pulses verstrichen ist. Der V-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 Fig. 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.

Fig. 16zeigt 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 Elementauswahlantriebsschalter 138 im Gerät nach Fig. 13 wird zunächst anhand der F i g. 17 erläutert. Der Übersicht halber wird hiermit dieses Prinzip für eine Wandlergruppe mit nur 4 Elementen erläutert, obwohl das Gerät nach Fig. 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 Fig. 5 und die zwei äußeren Elemente (z. B. 31 und 34 der Gruppe I) mit dem Sendesignal 42 gemäß Fig. 5 angesteuert. In Fig. 17 sind die Wandlerelemente durch ihre entsprechenden Elektrodensegmente 31, 32, 33, etc. dargestellt. Die Wandlerelemente sind über eine Schalteranordnung 191 zyklisch an 4 Versorgungslinien 192—195 angeschlos-

sen. Diese vier Versorgungslinien sind über eine Schalteranordnung 196 an zwei Versorgungslinien 197, 198 angeschlossen, an denen die Sendesignale 41,42 mit den in Fig.5 gezeigten Amplituden und phasen liegen. In F i g. 17 sind Schalterstellungen für zwei aufeinanderfolgende Wandlergruppen I (durchzogen) und II (gestrichelt) gezeigt. Die Steuerung der Schalteranordnung 191 bedarf keiner Erklärung. Zur Steuerung einer neuen Gruppe II nimmt bei der Schalteranordnung 196 jeder Schalter (z. B. 213) die Stellung eh, 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 Fig. 17 doppelt ausgeführt werden mit separaten Versorgungslinien für Senden und Empfang.

Hierzu 11 BIntt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, bei welchem Verfahren nacheinander zyklisch ausgewählte Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung dazu dienen, ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige elektrische Sendesignale zu erzeugen, die den Wandlerelementen zugeführt werden, das Ultraschall-Strahlenbündel im wesentlichen in einer Abtastebene 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, tad bei dem zur Fokussierung die den Wand'crc'cmcntcn oder E'ernentuntergrüppen zugeführten Sendesignale und/oder die von den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich so verschoben werden, daß bei benachbarten Wandlerelementen das Sendesignal für das bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Element oder der Elementuntergruppen, das/die von der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt,

dadurch gekennzeichnet,
daß mit einer geringen zeitlichen Verschiebung der Sende- und/oder Echosignale gegeneinander das durch die Wandlergruppe (21) erzeugte Ultraschall-Strahlenbündel (23) bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtasteuene und über die ganze Untersuchungstiefe nur schwach fokussiert wird, und

daß zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik die Amplitude der Sende- bzw. der Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet wird, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist.

2. 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, bei welchem Verfahren nacheinander zyklisch ausgewählte Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung dazu dienen, ein Uhraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige elektrische Sendesignale zu erzeugen, die den Wandlerelementen zugeführt werden, das Ultraschall-Strahlenbündel im wesentlichen in einer Abtastebene 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, bei dem die zur Fokussierung den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen zugeführten Sendesignale und/oder die von den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen ab

gegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich so verschoben werden, daß bei benachbarten Wandlerelementen das Sendesignal für das bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt,

dadurch gekennzeichnet,

daß mit einer geringen zeitlichen Verschiebung der Sende- und/oder Echosignale gegeneinander das durch die Wandlergruppe (91) erzeugte Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene asphärisch fokussiert wird,

daß das Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die Empfangscharakteristik auch in zur Abtastebene senkrechten Ebenen asphärisch fokussiert wird, und
daß zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik die Amplitude der Sende- bzw. der Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet wird, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelemenles oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist.

3. Ultraschall-Bildgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit
einem Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Takisignals;

einer Wandlereinrichtung, die aus einer festen länglichen Reihe aneinander angrenzender Wandlerelemente besteht und mit der ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige, vom elektrischen Taktsignal abgeleitete Sendesignale erzeugbar, das Ultraschall-Strahlenbündel im wesentlichen in einer Abtastebene in einem heterogenen Körper übertragbar, Echos die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden aufnehmbar, und ein elektrisches Echosigna! im Ansprechen auf die empfangenen Echos erzeugbar sind;

einer mit dem Taktgeber, mit der Wandlereinrichtung und mit einer Anzeigeinrichtung verbundnen Elementzähler-Auswahleinrichtung, welche dazu dient, Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung nacheinander zyklisch auszuwählen, zur Erzeugung des Ultraschall-Strahlenbündels die Sendesignale den Wandlerelementen der jeweils ausgewählten Gruppe zuzuführen, 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;
einem zwischen dem Taktgeber und der Elementzähler-Auswahleinrichtung eingeschalteten Sendesignalgenerator, der dazu dient, zum Fokussieren aus dem vom Taktgeber abgegebenen Taktsignal gegeneinander zeitlich verschobene Sendesignale für die Wandlerelemente oder Elementuntergruppen der jeweils ausgewählten Wandlergruppe abzuleiten, und

einem zum Fokussieren zwischen der Elementzähler-Auswahleinrichtung und der Anzeigeeinrichtung eingeschalteten Echosignalempfänger, der dazu dient, die von den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen der Wandlergruppe abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich zu verschieben,
wobei der Phasenwinkel (φ) der Sende- bzw. der

zeitlich verschobenen Echosignale durch eine Funktion des Abstandes des entsprechenden Wandlerelementes von der Mitte der Wandlergruppe so bestimmt ist, daß bei benachbarten Wandlerelementen oder Elementuntergruppen das Sendesignal bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Wandlerelement oder von der Elementuntergruppe, das/die von der MiUe der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt,
dadurch gekennzeichnet,

daß mit dem Sendesignalgenerator (133) und dem Echosignalempfänger (143) die Sende- bzw. Echosignale zeitlich nur gering verschoben werden, daß die gesendeten Strahlenbündel (23) bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene und über die ganze Untersuchungstiefe schwach fokussiert werden, und

daß der Sendesignalgenerator und/oder der Echosignalempfängcr Mittel zur Gewichtung der Sendebzw. Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist, und zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakieristik enthalten.

4. Ultraschall-Bildgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit
einem Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Taktsignals;

einer Wandlereinrichtung, die aus einer festen länglichen Reihe aneinander angrenzender Wandlerelemente besteht, und dazu dient, ein Ultraschall-Strahlenbündel im Ansprechen auf impulsartige, vom elektrischen Taktsignal abgeleitete Sendesignale zu erzeugen, das Ultraschall-Strahlenbündel im wesentlichen in einer Abtastebene in einen heterogenen Körper zu übertragen, Echos aufzunehmen, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf uie empfangenen Echos zu erzeugen:
einer mit dem Taktgeber, mit der Wandlereinrichtung und mit einer Anzeigeeinrichtung verbundenen Elementzähler-Auswahleinrichtung, weiche dazu dient. Gruppen von aneinander angrenzenden Wandlerelementen der Wandlereinrichtung nacheinander zyklisch auszuwählen, zur Erzeugung des Ultiaschall-Strahlenbündels die Sendesignale den Wandlerelementen der jeweils ausgewählten Gruppe zuzuführen, und die mit dieser Gruppe erzeugten Echosignale an die Anzeigeeinrichtung zu übertragen, welche dazu dient, die Ecnosignale in ein sichtbares Bild umzuwandeln, das die Querschnittstruktur des heterogenen Körpers wiedergibt;
einem zwischen dem Taktgeber und der Elementzähler-Auswahleinrichtung eingeschalteten Sendesignalgenerator, der dazu dient, zum Fokussieren aus dem vom Taktgeber abgegebenen Taktsignal gegeneinander zeitlich verschobene Sendesignale für die Wandlerelemente oder Elementuntergruppen der jeweils ausgewählten Wandlergruppe abzuleiten, und

einen zwischen der Elementzähler-Auswahleinrichtung und der Anzeigeeinrichtung eingeschalteten Echosignalempfänger, der dazu dient, zum Fokussieren die von dcii Wandlerelementen oder Elementuntergruppen der Wandlergruppe abgegebenen Echosignale gegeneinander zeitlich zu verschieben,

wobei der Phasenwinkel («■) der Sende- bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale durch eine Funktion des Abstandes des entsprechenden Wandlerelementes von der Mille der Wandlergruppe so bestimmt ist, daß bei benachbarten Wandlerelementen oder Elementuntergruppen das Sendesignal bzw. das zeitlich verschobene Echosignal von dem Wandlerelement oder von der Elementuntergruppe, das/die von der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreili,
dadurch gekennzeichnet,

daß mit dem Sendesignalgenerator (133) und dem Echosignalempfänger (143) die Sende- bzw. Echosignale zeitlich nur so gering verschoben werden, daß das gesendete Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene asphärisch fokussiert wird,

daß der Querschnitt der Abstrahlfläche (37) der Wandleranordnung in jeder zur Abtastebene senkrechten und zum Ultraschall-Strahlenbündel parallelen Ebene eine Krümmung auf.iist, wodurch die Abstrahlfläche das Ultraschall-Strah enbündel und die entsprechende Empfangscharakteristik auch in diesen Ebenen asphärisch fokussiert, und
daß der Sendesignalgenerator und/oder der Echosigr !empfänger Mittel zur Gewichtung der Sendebzw. Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder Elementuntergruppen von der Mitte der Wandlergruppe ist. zur Optimierung der Form des gesendeten Strahlenbündels bzw. der Empfangscharakteristik enthalten.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel (φ) der Sendesignale (101 — 104) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale stufenweise mit der Entfernung des entsprechenden Wandlerelementes (92-98) oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wa.idlergruppe linear zunimmt.

6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichiiet, daß der Phasenwinkel {ψ) der Sendesignale (121-124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale (202 — 208) stufenwiese und annähernd nach einer Hyperbelfunktion mit der Entfernung des entsprechenden Wandlerelementes (112—118) oder der Elementuntergruppen von der Mitte der Wandlergruppe zunimmt.

7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel der Sendesignale (121 — 124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosignale (202-208) stufenweise mit der Entfernung de¹ entsprechenden Wandlerelementes (112-118) oder El'.rr.entuntergruppen von der Mitte der Wandlergruppe zunimmt, wobei die Zunahme gegen die Mitte der Wandergruppe quadratisch urd an den Randzonen linear ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendesignalgenerator (133) Sendesignale (121 — 124) verschiedener Amplitude abgibt, und daß die Sendesignale mit der größeren Amplitude den inneren Wandlerelementer. oder Elementuntergruppen der jeweils ausgewählten Gruppe (111) zugeführt werden.

9. Gerät nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der fichosignalempfänger (143) eine Gewichtungsschaltung (171-177) enthält, die dazu dient, die Amplituden der von den Wandlerele-

menten (112 — 118) oder Elementuntergruppen abgegebenen Echosignale (142) mit verschiedenen Gcwichtiingsfaktoren zu versehen, wobei die Echosignale von den inneren Wandlerelementen mit den größeren Gewichtsfakloren versehen werden.

10. Gerät nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Elementzähler-Auswahleinrichtung (136-138) nacheinander ausgewählten Wandlergruppen (71, 72, 73) abwechselnd eine gerade und eine ungerade Anzahl Wandlerelemente enthalten, wobei die aufeinanderfolgenden Gruppen abwechselnd durch Verringerung der Anzahl Wandlerelementc in einer Richtung und durch Erhöhung der Anzahl Wandlerelemcnic in der entgegengesetzten Richtung gebildet werden.

11. (jeriit nach Anspruch J. dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und die Breite der jeweils ausgewählten Wandlergruppe (21) etwa im Bereich /wischen I ^ri und 30 Wellenlängen liegen.

12. (ierät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Abstrahlfläche (37) der Wandlcreinrichtung (11) in jeder zur Abtastebene senkrechten und /um IJliraschall-Strahlcnbündel parallelen Ebene eine Krümmung besitzt, wodurch die Abstrühlfläehc das Ultraschall-Strahlcnbündel bzw. die entsprechende [-!mpfangscharaktcri.stik auch in solchen Ebenen schwach fokussiert.

1 3. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Querschnitt, der in einer zur Längsachse (l.)dcr Abstrahlfläche der Wandlereinrichtung senkrechten Ebene (Q. S) liegt, die Abstrahlfläche (37) als annähernd V-förmige Linie erscheint.

14. Gerät nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Linie aus zwei geradlinigen Segmenten (108,109) besteht.

!5. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Linie (127, 128) annähernd die Form einer I lyperbel hat.

16. Gerät nach den Ansprüchen 4 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Krümmung der Abstrah'fläche flache Wandlerelemente (31-34) vorgesehen sind, die entlang ihrer Längsachse in einen oberen, einen mittleren und einen unteren Teil (a. b. c) segmentiert sind, daß mit den oberen und untersten Teilen (a. c)dcr äußeren Wandlerelemente (31, 34) der ausstrahlenden Wandlergruppe (31 —34) weder gesendet noch empfangen wird, und daß die Sendesignale (42) für die oberen und untersten Teile (a. c) der inneren Wandlerelemente (32, 33) verglichen mit den Sendesignalen (41) für die mittleren Tene derselben Wandlerelemente phasenverschoben sind und/oder eine kleinere Amplitude haben.

17. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daü die zeitliche Verschiebung zwischen Sendesignalen für benachbarte Wandlerelemente oder Elementuntergruppen und/oder die zeitliche Verschiebung zwischen den zeitlich gegeneinander verschobenen Echosignalen von benachbarten Wandlerelementen oder Elementuntergruppe, die verschiedene Abstände von der Mitte der Wandlergruppe haben, einer Phasenverschiebung einer in jedem Sende- bzw. Echosignale enthaltenen hochfrequenten Trägerwelle entspricht, wobei der absolute Betrag dieser Phasenverschiebung im Bereich zwischen 30° und 180° liegt

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung in beiden Fällen annähernd einer Phasenverschiebung mit einem absoluten Betrag von 90" entspricht.

19. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verschiebung zwischen den Sendesignalen und die zeitliche Verschiebung zwischen den Echosignalen verschiedenen Phasenverschiebungen entsprechen.

20. Gerät nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch folgende Kombination der absoluten Beträge der Phasenverschiebung /.wischen Setidesignalen und zwischen den zeitlich gegeneinander verschöbe nen Echosignalen von benachbarten Wandlcrclcmenlcn oder Elcmentunlergruppcn.