DE2654280C3

DE2654280C3 - Elektronisch abgetastete Ultraschall- Abbildung

Info

Publication number: DE2654280C3
Application number: DE2654280A
Authority: DE
Inventors: Rainer Reinach Fehr; Pierre-Andre Dr. Münchenstein 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: 1985-10-24
Also published as: FR2334117A1; NL7612852A; DE2660208B2; DD129376A5; DE2654280A1; GB1570879A; NL176207C; DE2654280B2; FR2445545B1; DE2660888C3; SE8000837L; GB1570880A; SE421032B; FR2445545A1; DK538076A; DE2660208C3; JPS5268492A; DK146227C; US4242912A; IT1070826B

Description

5 6

Es ist außerdem bekannt, daß bei einem Gerät mit ehe der Wandlergruppe 91 gemäß F i g. 4,

einer linearen Anordnung von Wandlerelementen zwar F i g. 6 zeigt Diagramme der Sendesignale, die erfin-

eine Verringerung der Seitenmaxima im Fernfeld durch dungsgemäß den Elektrodensegmenten 92—98 der

eine Gewichtung der Amplitude der Sendesignale er- Wandlergruppe 91 gemäß F i g. 4 zugeführt werden,

zielt werden kann, das dabei aber eine Verbreiterung 5 Fig,7 zeigt eine Rückansicht einer Wandlergruppe

des Hauptstrahls im Fernfeld auftritt (J.C. Somer, »Elek- mit 7 Elektrodensegmenten, die in einer bevorzugten

tronic sector scanning for Ultrasonics Diagnosis«, Ultra- Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschall·

sonic, Juli 1968, S. 153—159). Daß im Nahfeld, das vom Bildgerätes verwendet wird,

Fernfeld physikalisch erheblich verschieden ist, und das F i g. 8 zeigt im Querschnitt eine bevorzugte Form

ein wichtiger Teil des untersuchten Bereichs ist, der io der Abstrahlfläche der Wandlergruppe gemäß F i g. 7,

Strahl durch diese Maßnahme schmäler wird, läßt sich F i g. 9 zeigt Diagramme der Sendesignale, die erfin-

daraus nicht herleiten. dungsgemäß den Elektrodensegmenten 112—118 der

Es ist ferner bekannt, eine starke Fokussierung der Wandlergruppe 111 gemäß F i g. 7 angelegt werden,

gesendeten Ultraschallwellen in der Abtastebene mit Fig. 10 zeigt «in schematisches Blockdiagramm zur

einer schwachen Fokussierung dieser Wellen in zur Ab- 15 Erläuterung einer bevorzugten AusfUhrungsform des

tastebene senkrechten Ebenen zu kombinieren (Kos- erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildgerätes,

soff, Ultrasonic Research in Medicine in Australia — a F i g. 11 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des

review, Ultrasonics International 1973 Conference Pro- Sendesignalgenerators 133 im Gerät nach F i g. 10,

ceedings, S. !99—205). Die Fokussierung in der Abtast- Fig. 12 zeigt Diagramme des vom Taktgeber 131

ebene ist stark und wird elektronisch mittels verzöger- 20 (F ig. 10) erzeugten Taktimpulses 132 und der gepulsten

ter Ansteuerung der Wandlerelementen erzielt Die Fo- Sinuswelle 162, die vom Taktimpuls abgeleitet wird,

kussierung in zur Abtastebene senkrechten Ebenen ist F i g. 13 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung des

schwach und wird durch eine Krümmung der Abstrahl- Echosignal-Empfängers 143 im Gerät nach F i g. 10,

fläche der Wandlerelemente erzielt F i g. 14 zeigt das Prinzip einer bevorzugten Ausfüh-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein 25 rungsform der Elementauswahlantricbsschalter 138 im Verfahren bzw. ein Ultraschall-Bildgerät zu schaffen. Gerät nach Fig. 10.(Der Übersicht halber wird hiermit

das mit möglichst kleinem Aufwand die Erzielung einer dieses Prinzip für eine Wandlergruppe mit nur 4 EIe-

für die medizinische Ultraschalldiagnostik guten Quer- mentep erläutert, obwohl das Gerät nach F i g. 10

auflösung über die ganze Untersuchungstiefe ermög- Wandiergruppen mit je 7 Elementen verwendet),

licht 30 Fig. 15 und 16 dienen zur Erläuterung der Bemes-

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in sung einer erfindungsgemäßen Wandlergruppe und ih- Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst rer Elemente. Ein Ultraschall-Bildgerät zur Durchführung dieses Wie in F i g. 1 gezeigt, besteht die Wandlereinrichtung Verfahrens ist in Anspruch 2 gekennzeichnet 11 des bekannten Ultraschall-Bildgeräts (amerikanische Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den 35 Patentschrift Nr. 38 81 466) aus einer festen länglichen Unteransprüchen. Reihe aus aneinander angrenzenden Wandlerelementen Durch das Verfahren nach Anspruch 1 bzw. das ent- IZ Die Wandlerelemente dieser bekannten WanJlerein-

sprechende Bildgerät nach Anspruch 2 ist es möglich richtung werden in aufeinanderfolgende Gruppen von

geworden, mit geringem Aufwand eine für die medizini- A zueinander benachbarten Wandlerelementen aufein-

sche Ultraschalldiagnostik ausreichende Querauflösung 40 anderfolgend zu Impulsen angeregt Jede der aufeinan-

über die ganze Untersuchungstiefe, insbes. in deren im derfolgenden Gruppen von Α-Elementen ist in Längs-

Nahfeld liegenden Bereich, zu erzielen. richtung um ^-Elemente von dem Ort der unmittelbar Mit den weiteren Maßnahmen zur Phasenverschie- vorhergehenden Gruppe verschoben. Die Verschiebung

bung und zur Krümmung der Abstrahlfläche werden des Ultraschall-Strahlenbündels 13 erfolgt in Richtung

außerdem Ultraschall-Strahienbündel bzw. Empfangs- 45 des Pfeils L, wie dies von der Reihe der strichlierten

Charakteristiken erzeugt, die annähernd eine kegelför- Rechtecke 14 wiedergegeben wird, welche die momen-

mige Wellenfront aufweisen. Dadurch wird eine starke tane zeitliche Lage des Strahlenbündels 13 nach glei-

Bündelung des Ultraschall-Strahlenbündels bzw. der chen Zeitintervallen geben. Es sei darauf hingewiesen, Empfangscharakteristik über eine relativ große Tiefe daß jede Wandlergruppe der bekannten Wandlerein-

erreicht 50 richtung 11 ein unfokussiertes Ultraschalf-Strahlenbün-

V/eitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden del 13 erzeugt da sämtliche Α-Elemente der W-\ndler- Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung gruppe gleichzeitig zur Impulsabgabe angeregt werden,

von bevorzugten Ausführungsformen hervor. In Fig. 1 wird ein orthogonales Koordinatensystem

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen einige durch 3 Pfeile Q, L und 5 definiert Der Pfeil L liegt Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert 55 entlang der Längsachse der Abstrahlfläche der Wand-

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wand- lereinrichtung 11. Der Pfeil S liegt parallel zur Hauptlereinrichtung des vorstehend erwähnten Ultraschall- achse des Ultraschallstrahlenbündels 13. Der Pfeil Q Bildgeräte gemäß dem Stand der Technik, liegt senkrecht zu der durch die Pfeile L und S definier-

F i g. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer ten Ebene. Die Lage der in den Figuren dargestellten Ausf ührungsform der Wandleranordnung 38 der Wand- ω Querschnitte und Ansichten wird anhand dieses Koordi-

leremrichtung 11 in F i g. 1, natensystems definiert

Fig.3 zeigt eine Rückansicht einer Wandlergruppe Fig.2 zeigt in einem Teilquerschnitt den Aufbau ei-

21 mit 4 Wandlerelementen. ner bevorzugten Wandleranordnung 38 zur Durchfüh-

F i g. 4 zeigt eine Rückansicht einer Wandlergruppe rung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Wandler-

91, die 7 Elektrodensegemente enthält und in einer Aus- 65 anordnung besteht aus einer ganzen Elektrode 36, die

führungsform des erfindungsgemäßen Uitraschail-Biid- geerdet ist und deren eine Fläche 37 als Abstrahlfläche

gerätes verwendet wird. verwendet wird, einer piezoelektrischen Schicht 35 und

F i g. 5 zeigt im Querschnitt die Form der Abstrahlflä- aus Elektrodensegementen 31—34, deren Rückansicht

in F i g. 3 gezeigt wird.

Es geht aus der vorangehenden Erläuterung der Wandleranordnung 38 hervor, daß die Wandlerelemente gemeinsame Tei'e, 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 dener die zeitlich verschobenen Sendesignale angelegt und aus denen Echosignale entnommen werden können. Jedes Elektrodensegment definiert also ein Wandlerelement.

Die mit der vorliegenden Erfindung erzielte Wirkung, d. h. die Erzielung einer höheren Querauflösung wird hauptsächlich durch eine neue Funktionsweise der Wandlereinrichtung erzielt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nicht nur die Sendesignale, sondern auch die mit den einzelnen Wandlerelementen der Wandlergruppe empfangenen Echosignale gegeneinander zeitlich verschoben, wobei die Sendesignale bzw. die zeitlich verschobenen Echosignale der äußeren Elemente 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 Eleltrodensegmenten der aufeinanderfolgenden Wandlergruppen zugeführt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird zunächst anhand der F i g. 4, 5 und 6 beschrieben. Es ist bekannt (schweizerische Patentschrift Nr. 5 43 313), daß eine gute Bün telung 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 F i g. 4 für die zeitlich verschobenen Echosignale 202—208 (F i g. 13) eine lineare Zunahme des Phasenwinkels φ mit der Entfernung der Wandlerelemente 92—98 von der Mitte der Wandlergruppe vorsieht. Fig.6 zeigt diese lineare Zunahme des Phasenwinkel φ. Mit der in F i g. 5 anhand eines Querschnitts gezeigten Formgebung der Abstrahlfläche 37 wird eine lineare Zunahme des Phasenwinkels der abgestrahlten Ultraschallwellen ebenfalls in der (^-Richtung erreicht Die gestrichelte Linie 107 in Fig.4 stellt den Ort konstanter Phase auf der Abstrahlfläche der Wandlereinrichtung dar, wobei nur 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 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 F i g. 7, 8 und 9 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 Q-Richtung wird mit der in F i g. 9 anhand eines Querschnitts der Wandleranordnung gezeigten Formgebung der Abstrahlfläche 34 erzielt Die Hyperbel ist eine bevorzugte Kurve für die Linie 37 in F i g. 8. 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. 7 gezeigte Ort konstanter Phase 106 abgerundete Ecken aufweist.

Es ist 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 Wandlerelemente wird nun anhand eines konkreten Beispiels erläutert (s. F i g. 15 und 16). Wie in F i g. 15 dargestellt, senden die zwei inneren Elemente der Wandlergruppen mit der Phase 0° und die beiden äußeren Elemente mit der Phase 90°. Aus

is F i g. 16 und dem Sehnensatz erhält man

d]=2R- Δ

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

mit/i = die Wellenlänge.

Wählt man nun R = 80 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 4 mm, so hat die Mitte des äußeren Elements den Abstand d-i = 6 mm von der Mitte der Wandlergruppe. Dieser Wert von Eh entspricht ungefähr der oben berechneten Distanz d\.
Fig. 10 zeigt das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Uitraschall-Bildgerätes, welches zum Senden und Empfangen Wandlergruppen mit je 7 Wandlerelementen verwendet, wie in F i g. 7 dargestellt Im Blockschaltbild gemäß Fig. 10 bedeuten 38 die Wandleranordnung gemäß Fig. 2, 131 einen Taktgeber, 132 ein vom Taktgeber 131 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 Elementzähler und Dekoder zur Steuerung der Elementauswahl-Antriebsschalter 138,142 Echosignale, die von einer Wandlergsuppe abgegeben werden. 143 einen Echosignalempfänger, 144 das kombinierte Echosignal am Ausgang des Echosignalempfängers, 145 einen zeitempfindliehen Verstärker, 146 einen Detektor, 147 einen Signalaufbereiter, 151 einen ^-Ablenkungsgenerator, 154 ein von diesem Generator abgegebenes Ablenksignal, 152 einen y-Stufenfunktionsgenerator, 155 ein von diesem Generator abgegebenes Stufenfunktionssignal und 156 einen Wiedergabeoszillographen mit drei Eingängen X, YwaZ.

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 Sendeimpuise 121—124(s. Fig. ii) erzeugt Drei dieser Sendesignale 122,123,124 eilen vor, entsprechend einer Phase des Trägersignals von +30°, +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°, 0°, +30°, +100°, +180° haben. Der Elementzähler und Decoder 136 schaltet über die Elementauswanlantriebsschalter 138 die gewünschten sieben Elemente ein, sowohl für Senden wie für Empfang. Nach jedem Puls wird die Konfiguration gemäß F i g. 7 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.

Der A"-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 Sendesignalgenerators 133 wird zunächst anhand der F i g. 11 und 12 erläutert Der Taktimpuls 132 löst einen gepulsten Hochfrequenzgenerator 161 aus, dessen Ausgangssignal 162 (gepuistes Trägersignä!) 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

F i g. 13 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 Elementauswahlantriebsschalter 138 im Gerät nach F i g. 10 wird zunächst anhand der F i g. 14 erläutert Der Übersicht halber wird hiermit dieses Prinzip für eine Wandlergruppe mit nur 4 Elementen erläutert, obwohl das Gerät nach F i g. 10 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 einem Sendesignal 41 und die zwei äußeren Elemente (z. B. 31 und 34 der Gruppe I) mit einem Sendesignal 42 angesteuert In Fig. 14 sind die Wandlerelemente durch ihre entsprechenden Elektrodensegmente 31,32,33, etc. dargestellt Die Wandlerelemente sind über eine Schalteranordnung 191 zyklisch an 4 Versorgungslinien 1S2—135 angeschlossen. Diese vier Versorgungslinien sind über eine Schieberanordnung 196 an zwei Versorgungslinien 197, 198 angeschlossen, an denen die Sendesignale 41, 42 liegen. In F i g. 14 sind Scha! Erstellungen 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 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 Fig. 14 doppelt ausgeführt werden mit separaten Versorgungslinien für Senden und Empfang.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von Querschnittsbildern für die medizinische Ultraschall-Diagnostik 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, be· dsm die zur Fokussierung den Wandlerelementen oder Elementuntergruppen 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 der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat, in der Phase voreilt, wobei die zeitliche Verschiebung der Sende- i^d/oder Echosignale zwischen benachbarten Wandlerelementen einer Gruppe ein Bruchteil einer Periode der gesendeten Ultraschallfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Verschiebungen so gewählt sind, daß das durch die Wandlergruppe (91) erzeugte Ultraschall-Strahlenbündel bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene in einer Brennlinie fokussiert wird,

daß das Ultraschall-Strahleiibündel bzw. die Empfangscharakteristik auch in zur Abtastebene senkrechten Ebenen in der Brennlinie fokussiert wird, und

daß 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 und in der Mitte der Wandlergruppe am größten ist 5t/

2. Ultraschall-Bildgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch l,mit

einem Taktgeber zur Erzeugung eines impulsartigen elektrischen Taktsignals;

einer Wandlereinrichtung, die aus einer festen länglidien 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 we- eo sentlichen in einer Abtastebene in einem heterogenen Körper übertragbar, Echos aufzunehmen, die von einer Diskontinuität im Körper reflektiert werden, und ein elektrisches Echosignal im Ansprechen auf die empfangenen Echos 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 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, daß die Querschniusstruktur des heterogenen Körpers wiedergibt;
einem zwischen dem Taktgeber und der Elementzähler-Auswahleinrichtung eingeschalteten Sendesignalgenerator, der dazu dient, zum Fokussieren aus dem vom Taktgeber abgegebene» 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 Echosignaienjpiär.ger, der dazu dient, zum Fokussieren 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 Wandlerelements 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 Elemehtuntergruppe, das/ die von der Mitte der Wandlergruppe den größeren Abstand hat/haben, in der Phase voreilt, wobei die mit dem Sendesignalgenerator (133) und dem Echosignalempfänger (143) durchgeführte zeitliche Verschiebung der Sende- bzw. Echosignale zwischen benachbarten Wandlerelementen einer Gruppe ein Bruchteil einer Periode der gesendeten Ultraschallfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Verschiebungen so gewählt sind, daß die gesendeten Strahlenbündel (23) bzw. die entsprechende Empfangscharakteristik in der Abtastebene in einer Brennlinie fokussiert wird,

daß der Querschnitt der Abstrahlfläche (37) der Wandleranordnung in jeder zur Abtastebene senkrechten und zum Ultraschall-Strahlenbündel prallelen Ebene eine Krümmung aufweist, durch die die Abstrahlfläche das Ultraschall-Strahlenbündel und die entsprechende Empfangscharakteristik auch in diesen Ebenen in der Brennlinie fokussiert, und
daß der Sendesignalgenerator und/oder der Echosignalempfänger Mittel zur Gewichtung der Sendebzw. Echosignale eines Wandlerelementes oder einer Elementuntergruppe mit einem Gewichtungsfaktor enthalten, der eine Funktion des Abstandes des Wandlerelementes oder der Elementuntergruppe von der Mitte der Wandlergruppe ist und in der Mitte der Wandlergruppe am größten ist

3. Gerät nach Anspruch 2, 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 Wandlergruppe linear zunimmt

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel (φ) der Sendesignale

S 3 4

Γ: (121 — 124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosi- wert sind.

" _;S gnale (202-208) stufenweise und annähernd nach Es ist auch bekannt (US-PS 38 81 164), daß die Breite ίΚ einer Hyperbelfunktion mit der Entfernung des ent- des mit einer länglichen, aus nebeneinanderliegenden y sprechenden Wandlerelementes (112—118) oder der Wandierelementen bestehenden Wandleranordnung in K Elementuntergruppe von der Mitte der Wandler- 5 einer Abtastebene erzeugten Ultraschall-Strahlenbün- r gruppe zunimmt dels dadurch verringert werden kann, daß die Wandlero

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- elemente mit zueinander zeitlich verschobenen Sendesi-•Λ net, daß der Phasenwinkel (φ) der Sendesignale gnalen angesteuert werden. Dieses Prinzip wird in eifg (121—124) bzw. der zeitlich verschobenen Echosi- nem bekannten Ultraschall-Bildgerät der eingangs be- '?',. gnale (202—208) stufenweise mit der Entfernung des io schriebenen Art (US-PS 39 19 683) angewendet, bei |; entsprechenden Wandlerelementes (112—118) oder dem das von jeder Wandlergruppe erzeugte Ultraf| der Elementuntergruppe von der Mitte der Wand- schaltfeld bzw. die entsprechende Empfangscharakteri-H lergruppe zunimmt, wobei die Zunahme gegen die stik schwach fokussiert wird. 3ei diesem bekannten Ge-PK Mitte der Wandlergruppe quadratisch und an den rät sind weder eine Gewichtung der Amplitude der Sen-It Randzonen linear ist 15 de- und/oder Echosignale, noch Sendesignale mit gell

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- genseitigen Phasenverschiebungen vorgesehen, die von |5 net, daß in einem Querschnitt, der in einer zur Längs- denjenigen verschieden sind, die zwischen den korre-I^ achse (L) der Abstrahlfläche der Wandlereinrich- spondierenden Echosignalen vorgesehen sind. Ein gell tung senkrechten Ebene (Q, S) liegt die Abstahlflä- wichtiger Nachteil dieses bekannten Geräts liegt darin, Sj ehe (37) als annähernd V-förmige Linie erscheint 20 daß der dejnit erzeugte Ultraschallstrahl im Nahfeld g

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- relativ breit ist Es ist deshalb mit cV^em Gerät in der |y net daß die V-förmige Linie aus zwei geradlinigen Regel nicht möglich, eine für die medizinische Ultrap Segementen (108,109) besteht schalldiagnostik ausreichende Querauflösung in dem im |f

8. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- Nahfeld liegenden Bereich der Untersuchungstiefe zu Il net daß die V-förmige Linie (127,128) annähernd die 25 erzielen.

¥■ Form einer Hyperbel hat Es is* auch ein gleichartiges Ultraschall-Bildgerät bell kannt (FR-PS 22 55 612), bei dem zeitliche Verschiebun-

$i gen zwischen den den Wandlerelementen zugeführten

ff: Sendesignalen angewendet werden. Dabei wird aber ein jSyi 30 Ultraschall-Strahlenbündel erzeugt da& bereits im Nah- |^:? Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung feld breiter als die Breite der Abtastfläche der ausstrah- |i von Querschnittsbildern mit einem nach dem Impuls- lenden Wandlergruppen ist so daß damit keine höhere :■; echoverfahren arbeitenden Ultraschall-Bildgerät ge- Querauflösung als mit einer nicht fokussierenden Wands' maß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Ultra- lergruppe gleicher Breite erzielbar ist
j;:; schall-Bildgerät zur Durchführung des erfindungsgemä- 35 Es ist ferner bekannt sowohl beim Senden wie beim ■[';; ßen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von An- Empfang einen stark forkussierten Ultraschallstrahl zu 7C Spruch 2. verwenden, wobei aber innerhalb der Untersuchungs- ;,,"; Für die Erzeugung von Ultraschall-Abbildungen (ins- tiefe mehrere Brennpunkte nacheinander auftreten i\ bes. für die Erzeugung von Querschnittsbildern) wird im (Kossoff, Ultrasonic Research in Medicine in Australia allgemeinen ein Ultraschallwandler mechanisch bewegt 40 — a Review, Ultrasonics International 1973 Conference Dies hat verschiedene Nachteile. Wird der Wandler von Proceedings, S. 199—205). Diese sogenannte dynami-Hand bewegt, so ist die Abtastung langsam und vom sehe Fokussierung erfordert einen relativ großen Schal-Geschick der Bedienungsperson abhängig. Wird der tungsaufwand.

Wandler durch einen Motor bewegt so ist im allgemei- Es ist im weiteren vorgeschlagen worden (F. L Thur-

nen ein Wasserbad notwendig, das relativ schwer ist. 45 stone und O.T. von Ramm, »Electronic beam scanning Die zusätzliche Wegstrecke durch das Wasserbad führt for ultrasonic imaging«, Proceedings of the 2nd World zudem zu einer Reduktion der maximal möglichen Bild- Congress on Ultrasonic, in Medicine, Rotterdam, 4.-8. frequenz. Juni 1973; M. de Vlieger, Ed. Excerpta Medica Amster-

Um diese Nachteile zu beheben, wurden daher Ultra- dam 1974; American Elsevier Publishing Company, Inc.

t: schall-Bildgeräte mit elektronischer Abtastung entwik- 50 New York, S. 43—48), die Amplitude eines von einer

:£^; kelt, bei denen der Ultraschallstrahl mit der Zeit linear länglichen, festen Anordnung von Wandlerelementen

Ji? verschoben wird. erzeugten Ultraschalifeldes, das durch Ansteuerung der

Ή Es ist ein Ultraschall-Bildgerät bekannt (US- Wandlerelemente mit zueinander zeitlich verschobenen

f.-, PS 38 81 466), bei dem die Wandlereinrichtung ein Ul- Send'istgnalen im wesentlichen in einer Abtastebene,

ψ traschall-Strahlenbündel erzeugt wobei die Querauflö- 55 asphärisch (d. h. nicht in einem Punkt, sondern annä-

v sung ausschließlich durch die Frequenz der gesendeten hemd in einer geraden Strecke entlang der Hauptstrch-

i|; Ultraschallwellen und die Breite der Abstrahlfläche der lungsrichtung) fokussiert wird, entlang der Hauptstrah

j|j Wandlerelemente bestimmt wird, die Ultraschallwellen lungsrichtung annähernd gleichmäßig zu verteilen, in-

f 1 gleichphasig gesendet, und zwischen den Echosignalen dem den Wandlerelementen Sendesignale verschiede-

!■; keine Phasenverschiebung vorgesehen ist Eine Verbes- 60 ner Amplituden zugeführt werden. Dieser Vorschlag hat

I; serung der Querauflösung des bekannten Geräts durch den Nachteil, daß störende Seitenmaxima der Strah-

M Verkleinerung der Breite der Wandlerelemente kann lungscharakteristik auftreten und deshalb die Erzielung

Il nur bis zu einer bestimmten Grenze erzielt werden, die einer höheren Querauflösung beeinträchtigea Der Ver-

|ϊ durch die minimale Breite des Ultraschall-Strahlenbün- such, den Effekt der Seitenmaxima zu reduzieren, indem

~i dels gegeben ist. Obwohl die mit dem bekannten Gerät es beim Empfang eine dynamische Fokussierung verwen-

U erzeugten Querschnittbilder relativ deutlich sind, hat det wird, erfordert, wie oben erwähnt eine erhebliche

■ sich in der Praxis geze'st, daß für manche Anwendun- Erhöhung des Schaltungsaufwandes und damit eine ent-

ij gen noch höhere Werte der Querauflösung wünschens- sprechende Verteuerung des Ultraschall-Bildgeräts.