DE2719130B2 - Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen, das Ultraschallsende- und -empfangseinrichtungen, einen um eine Achse drehend oder schwenkend antreibbaren Schallkopf und eine Schnittbildeinrichtung zur Zuordnung der aus zu ausgesandten Schallimpulsen empfangenen Echos gebildeten Signale zu entsprechenden Adressen auf einer Schnittbildanzeigeeinrichtung, insbesondere einem Bildschirm aufweist.

Mit allen bekannten Ultraschallgeräten ist zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die Abtastung und Darstellung eines einzigen Schnittes nach einer bestimmten Schnittebene möglich, wobei die dargestellte Schnittebene durch die Achse des Schwingers (Abstrahlachse) und ihre Bewegungsrichtung gegeben ist. Praktisch wird durch das vom Schwinger abgcstrahlte Schallbündel ein scheibenförmiger, also ein bestimmtes Volumen aufweisender Teil des Patienten abgetastet. Die Darstellung und Auswertung erfolgt aber nur bezogen auf die von der Schwinger- und damit Sciiallbündelachse bestimmte Ebene.

Bisher wird meist ein schwenkend antreibbarer Schallkopf vorgesehen, wenn das Schallbünde¹ direkt, also mit praktisch vernachlässigbar kleiner Vorlauf-Strecke in die jeweils abzutastende Schnittebene eingeleitet wird. Ein drehender Antrieb des Schallkopfes wird meist dann vorgesehen, wenn das Schallbündel über eine Vorlaufstrecke, deren Länge größer ist als dann die ausnützbare Eindringtiefe des Schallbündels in die Schnittebene, eingeleitet wird. Dabei wird der Schallkopf vorzugsweise zwischen der Aufsai/slelle und einem Reflektor, meist einem Parabolreflektor, angeordnet und sein Schwinger bzw. seine Schwinger werden nur dann aktiviert, wenn sie gegen den Re-

flektor weisen. Es wird dadurch eine Abtastung des jeweils untersuchten Bereiches bei parallel zu sich selbst über die Schnittfläche verstelltem Schallbündel erzielt.

Schließlich ist es auch bekannt (DE-OS 1 566 128), sogenannte Multieleinent-Schallköpfe zu verwenden. Diese besitzen viele in einer Reihe angeordnete Schwinger, die alle auf den Untersuchungsbereich aufgesetzt werden müssen und nacheinander aktiviert werden, iG daß das Schallbündel wieder über die durch die Aufsatzstellung des Multielement-Schwingers gegebene Schnittfläche verstellt wird. Aus physikalischen Gründer- muß bei einer bestimmten erwünschten Eindringtiefe eine bestimmte Mindestfläche des Multielement-Schwingers aktiviert sein. Um trotz dieser Bedingung eine feinstufigere Verstellung des Schallbündels zu erzielen, ist es bekannt, dem Multielement-Schwinger die geforderte Mindestbreite zu geben, die beispielsweise 8 mm beträgt, den Schwinger aber der Länge nach viel feinstufiger in Einzelelemente zu unterteilen, wobei die Breite eines Einzelelements dann nur mehr 0,5 mm beträgt. Es wird jeweils eine Gruppe dieser Einzelelemente gleichzeitig erregt, so daß ein quadratischer Bereich des Multieiement-Schwingers aktiviert wird, der die geforderte Mindestfläche aufweist. Dadurch, daß man die Elemente an den Enden der aktivierten Grupi c einzeln zu- und abschaltet, wird praktisch erreicht, daß der Vorschub des Schallbündels über die Schnittfläche nur in der Elementbreite entsprechenden Schritten erfolgt. Für die gruppenweise Aktivierung kommen mechanische oder elektronische Schalter in Frage. Es ist auch eine Konstruktion bekannt, bei der die Aktivierung der Einzelelemente des Multielement-Schwingers über Fotowiderstände erfolgt, die in gleicher Teilung wie die Schwingerelemente an der Rückseite des Schallkopfes in einer Trommel angeordnet und mit den ihnen entsprechenden Schwingerelementen über Aktivierungsleitungen verbunden sind, wobei in der Trommel eine Lichtquelle mit einer drehend angetriebenen Blende vorgesehen ist, so daß jeweils die von einem durch die Blende bestimmten Lichtsektor getroffenen Fotowiderstände die mit ihnen verbundenen Elemente des Multielement-Schwingers aktivieren.

Bei medizinischen Untersuchungen nach dem Ultraschall-Schnittbildverfahren ist es häufig für die Erstellung einer Diagnose erforderlicii, mehrere Schnittbilder in verschiedenen Schnittebenen anzufertigen. Wie ermähnt, können die bekannten Geräte aber nur gleichzeitig eine Schnittfläche bestreichen. Man muß deshalb bisher dann, wenn man verschiedene Schnittbilder erhalten oder die Lage der Schnittebene im Objekt verändern will, den aufgesetzten Schallkopf von Hand aus oder über die Schnittbildmecha.iik entsprechend umsetzen und auf die neue Schnittebene einstellen. Es müssen also bisher komplizierte Um Justierungen der Schnittbildmechanik vorgenommen werden, wobei sich weitere Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß es besonders bei nachgiebigen Körpern, also bei der medizinischen Unter- ι suchung weicher Körperpartien, sehr schwierig ist, beim Umsetzen ties Schallkopfes wieder den vorher in einer anderen Schnittebene dargestellten Bereich /u treffen, also /.. B. zu einem im Querschnitt dargestellten Organ od. dgl. einen exakten Längsschnitt > darzustellen. Für die Herstellung paralleler Schnittbilder hat man zwar Schnittbildmcchaniken entwikkclt. bei denen der Schallknnf in Penan bekannten Stufen in parallel zueinander liegenden Spuren verschoben wird, doch ist auch hier ein Umsetzen des Schallkopfes zwischen den einzelnen Schnitten erforderlich, wobei sich Ankoppelungsschwierigkeiten, ■ Verlagerungen von Organen usw. zwischen den einzelnen Schnittbildabtastungen ergeben können. Es ist also bisher mit Geräten der gegenständlichen Art unmöglich, ohne Veränderung der Grundeinstellung des Schallkopfes praktisch gleichzeitig und ohne Zwischenspeicherung zwei oder mehrere Schnittbilder aus verschiedenen wählbaren Schnittebenen zu erhalten und so u. a. einen bestimmten Volumenbereich im Objekt, der ein Vielfaches der schon erwähnten, einer Schnittebene zugeordneten »Scheibe« des Objektes beträgt, rasch in verschiedenen Schnittebenen durchzumustern und dann Einstellungen auf besonders interessante Schnittebenen vorzunehmen.

Zur Ortung einzelner Reflexionsflächen in einem Körper ist es bei einer für die Schnittbilddarstellung ungeeigneten Konstruktion schon bekannt, einzelne Schallköpfe auf einem Längsträger anzuordnen und diesen Längsträger seinerseits schrittweise verstellbar auf einer zur Abstrahlrichtung der Tastköpfe konkaven Führungsbahn zu lagern. Auf einem zu dem genannten Träger senkrechten Träger sitzen Empfängerköpfe. Die Sender werden nacheinander erregt. Daraus, welcher Sender eben erregt wurde, und welcher Empfänger zu diesem Sendeimpuls Echo empfangen hat, soll über einen Rechner ermittelt werden, wo die diese Echos erzeugende Reflexionsstelle in einem untersuchten Körper liegt. Es sei noch einmal betont, daß diese Konstruktion für eine Schnittbilddarstellung ungeeignet ist und daß hier die Senderachsen auf eine einzige, horizontale Ebene und die Empfängerachsen auf einer dazu senkrechten, vertikalen Ebene ausgerichtet sind, wobei sich die Achsen von Sendern und Empfängern an keiner Stelle schneiden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Untersuchungsgerätes, das es ermöglicht, verschiedene Schnittebenen ohne Änderung der Aufsetzlage ties Schallkopfes auszuwählen und darzustellen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schallkopf mehrere, in Richtung seiner Dreh- bzw. Schwenkachse gegeneinander versetzte Einzelschwinger besitzt, die bei angetriebenem Schallkopf mit ihren Achsen in mehreren getrennten Schnittflächen gleichzeitig ein bestimmtes Volumen des Patienten bestreichen, wobei eine Wähleinrichtung vorgesehen ist, mit deren Hilfe aus dem Volumen durch Auswahl der Einschaltzeiten, Einschaltreihenfolge und Einschaltdauer der einzelnen Schwinger eine Schnittfläche ausgewählt werden kann, die normal, parallel oder schräg zur Achse liegt, welche Wähleinrichtung die Schwinger nur in jener Stellung aktiviert bzw. mit der Anzeigeeinrichtung verbindet, in der ihre Achsen in der gewählten Schnittebene liegen.

Mit dem Gerät wird ein größeres, aus vielen je einem Schwinger zugeordneten Einzelscheibcn zusammengesetztes Volumen abgetastet, wobei aber Bilder nur aus der eingestellten Schnittebene erzeugt werden. Nach einer Weiterbildung können auch mehrere verschiedene Schnittebenen ausgewählt und die aus ihnen erhaltenen Schnittbilder gleichzeitig dargestellt werden. Die Auswahl der Schnittebenen erfolgt durch elektrische Maßnahmen, und es ist daher möglich, die ausgewählten Schnittebenen innerhalb des erfaßten V'eirhes heiiehiu 711 verstellen, ohne ι_]·^Ί.ί3

dazu ein Umsetzen des Schlaukopfes erforderlich ist. Damit können die Schnittbilder aus verschiedenen Ebenen bei exakt gleichbleibenden Untersuchungsbedingungen hergestellt und bei Ableitung mehrerer Schnittbilder sogar praktisch gleichzeitig und unter gleichen Bedingungen erhaltene Bilder unmittelbar miteinander verglichen werden. Ferner ist es bei aufgesetztem Schallkopf möglich, durch einfaches Verstellender Auswahleinrichtung die dargestellte Ebene zu verschieben und damit eine schnelle Durchmusterung des erfaßten Volumens zu erhalten. Eine weitere Mögiichkeit besteht darin, mit der Auswahleinrichtung die dargestellte Schnittebene, deren Grundeinstellung durch eine Ersteinstellung bestimmt wurde, parallel zu sich selbst zu verschieben, so daß praktisch bei der Bilddarstellung der Eindruck entsteht, daß das untersuchte Objekt normal zur dargestellten Schnittebene durchfahren wird.

Der Schallkopf kann als Walze ausgebildet sein, auf deren Mantel die Einzelschwinger längs einer Schraubenlinie angeordnet sind. Diese Walze kann an einem Ankopplungsstück lagern, mit dem sie unmittelbar auf das Objekt aufgesetzt wird. Vorzugsweise werden die Schwinger grundsätzlich nur dann aktiviert, wenn sie zum Ankopplungsstück weisen, so daß der Schall mit möglichst kurzer Vorlaufstrecke in das untersuchte Objekt eingeleitet wird.

Unter »Schwinger« ist jeweils ein für die Abgabe und den Empfang eines Schallimpulses aktivierbares Element zu verstehen. Es kann sich hier um einen einteiligen Einzelschwinger, aber auch um eine jeweils gleichzeitig aktivierbare Gruppe bei Multi-Element-Schwingern handeln. Ferner kann ein Schwinger auch aus anderen Gründen, z. B. zur Erzielung einer Fokussierung, zur Ermöglichung der Einstellung verschiedener Nahfeldbereiche und zur Vermeidung von Minimas der Empfindlichkeit im Schallstrahl, mehrteilig ausgeführt sein. Bei Multi-Element-Schwingern ist es möglich, die Lage des durch die eingeschaltete Elementgruppe bestimmten Schwingers relativ zum J Schallkopf durch Zu- und Abchalten von Randelementen zu verändern. Der Einfachheit halber wird in der nachfolgenden Beschreibung immer nur von Schwingern gesprochen, ohne noch einmal auf die möglichen Ausführungsformen einzugehen. -

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 schematisiert im Schaubild eine Anordnung zur Erläuterung des Grundprinzips des erfindungsgemäßen Gerätes,

Fig. 2 bis 4 Abwicklungen des Mantels verschiedener Schallköpfe,

Fig. 5 eine mögliche Ausbildung einer Steuereinrichtung für einen Schallkopf,

Fig. 6 eine Steuerungsmöglichkeit eines Einzelschwingers,

Fig. 7 und 8 mögliche Verkopplungen der Schalter t der Einzelschwinger in der Walze, und

Fig. 9 ein Blockschaltschema eines erfindungsgemäßen Gerätes.

Nach Fig. 1 sind auf einer sich um die Λ-Achse drehenden, einen Mehrfachschallkopf bildenden Walze 1 ti mehrere Schwinger 2a bis Id angebracht, die nach einem bestimmten Programm mit einem Ultraschallgerät verbunden bzw. von ihm getrennt werden können. Jc nachdem, welcher Schwinger wie lange mi dem Gerät verbunden ist, entstehen verschiedene Schnittbilder aus verschiedenen Ebenen. Wird ζ. Β ein Schwinger während einer Walzendrehung um 90'

' ununterbrochen mit dem Ultraschallgerät verbunden so entsteht ein Schnittbild aus einer Schnittebene, die senkrecht zur Λ-Achse liegt und beispielsweise durcl die Ebene 3 angedeutet ist. Durch Wechsel des angeschalteten Schwingers läßt sich die Schnittebene ir Richtung der x-Achse parallel zu sich selbst verschieben, wobei diese Verschiebung allerdings nicht kontinuierlich erfolgen kann, sondern nur in Stufen, derer Größe dem Abstand zweier benachbarter Schwingel in Α-Richtung entspricht. Die Dichte der Abtastung

< innerhalb der Schnittebene wird durch die Impuls-Folgefrequenz und die Drehgeschwindigkeit dei Walze 1 bestimmt. Würde man hingegen immer nui jenen Schwinger, der sich im Augenblick in der tiefsten Stellung befindet, kurzzeitig mit dem Ultraschallgerät verbinden, so erhielte man das Schnittbild aus einer in «-Richtung liegenden Ebene 4. Durch ein zeitliches Verschiebendes Augenblickes der Anschaltung der einzelnen Schwinger, könnte diese Schnittebene aus der gezeichneten Lage um die χ-Achse geschwenkt werden. Der Zeilenabstand entspricht wiederum dem Abstand der Schwinger in Jt-Richtung. Im gezeichneten Prinzip wäre dieser Abstand natürlich viel zu groß, um ein geschlossenes Bild der Schnittfläche zu erhalten, weshalb eine später noch zu besprechende Schwingeranordnung verwendet wird. Die Walze 1 kann in einem Gehäuse gelagert sein, das an der Stelle, an der es das zu untersuchende Objekt berührt, ein schalldurchlässiges Fenster besitzt. Der Schallübergang zwischen der sich drehenden Walze (Schallkopf) und dem ruhenden Gehäuse, das auch noch weitere Schalteinrichtungen beinhaltet, wird durch die Füllung mit einer schalleitenden Flüssigkeit bewirkt.

Nach den Fig. 2 und 4 sind die Schwinger jeweils längs Schraubenlinien am Schallkopf 1 angeordnet. Fig. 2 zeigt zunächst die Ausgangssituation. Die Schwinger la bis Ig sind in einer Schraubenlinie angebracht, wobei sechs Schwinger dargestellt wurden. Damit ließe sich die Schnittebene 3 in sechs Stufen verstellen. Das Schnittbild aus der Schnittebene 4 würde jedoch nur mit sechs Zeilen geschrieben, was für eine geschlossene Darstellung nicht ausreicht. Um die Zeilenfolge dichter zu gestalten, müssen die Abstände benachbarter Schwinger in x-Richtung kleiner gewählt werden. Da sie aus schall-physikalischen Bedingungen nicht beliebig klein gemacht werden können, werden zwei mögliche Wege aufgezeigt, die in Fig. 3 und 4 dargestellt sind.

In Fig. 3 erfolgt die Anordnung der Schwinger 2 wiederum nach einer Schraubenlinie, die jedoch gegenüber Fig. 2 eine viel kleinere Steigung besitzt. Im gezeigten Beispiel wurde die Steigung im Verhältnis 1:3 reduziert, in der Praxis wird dies viel stärker sein. Im gleichen Maß, wie die Steigung reduziert wird, steigt die Liniendichte in bezug auf das aus der Schnittebene 4 erzielbare Bild an. Um die gleiche Ausdehnung des Bildes aus dieser Ebene in A-Richtung wie bei dem Schallkopf nach Fig. 2 zu erhalten, ist es jetzt jedoch notwendig, mehrere Walzenumdrehungen durchzuführen. Für das gezeichnete Beispiel würde das bedeuten, daß bei jeder Umdrehung der Walze ein Schnitt senkrecht zur jc-Achse angefertigt werden kann, jedoch drei Umdrehungen für einen

Schnitt in der λ-Achse erforderlich sind. Es ist jedoch möglich, die Schwingeranordnung so zu wählen, daß auch das Schnittbild aus der Ebene 4 bei einer Umdrehungvollständig mit entsprechend dichter Zeilenfolge geschrieben wird. Fig. 4 zeigt dafür ein Beispiel. Die Schraubenlinien besitzen die gleiche Steigung wie in Fig. 2, jedoch wird hier eine dreigängige Schraube gewählt, wobei in den einzelnen Schraubenlinien die Schallköpfe in .v-Richtung um ein Drittel der Ganghöhe gegenüber dem vorhergehenden Schraubengang versetzt sind. Es würde hier die gleiche Zeilendichte wie bei der Walze nach Fig. 3 entstehen, doch können beide Bilder (aus der x- und y-Ebene) mit einer einzigen Drehung vollständig geschrieben werden.

Auch hier muß darauf hingewiesen werden, daß in der Zeichnung der besseren Übersicht halber die Verhältnisse gegenüber der Wirklichkeit verzerrt und schlechter dargestellt sind. Ein konkretes Beispiel soll praktisch mögliche Werte aufzeigen. Besitzt die Walze 1 einen Durchmesser von 15 cm, was in der Praxis erforderlich ist, um keine zu starke Krümmung der Oberfläche zu erhalten, und soll die Hubhöhe in jc-Richtung ebenfalls 15 cm betragen, so ergibt sich die Länge einer Schraubenlinie, die die Walze einmal umschlingt, wie dies Fig. 2 entspricht, mit etwa 47 cm. Entlang dieser Linie können neunundzwanzig Schwinger mit 15 mm Durchmesser angebracht werden. Dies führt dazu, daß der Sprung in x-Richtung von Schallkopf zu Schallkopf etwa 5 mm beträgt. Ordnet man die Schallköpfe entsprechend Fig. 3 oder Fig. 4 an, so verringert sich die Sprunghöhe und damit der Zeilenabstand auf etwa 1,7 mm. Da der wirksame Durchmesser des Schallbündels bereits erheblich größer ist als die Sprunggröße, wäre eine weitere Verringerung der Sprunggröße nicht sinnvoll und brächte zwar vielleicht infolge der dichteren Zeilenfolge ein schöneres, aber auf keinen Fall ein aussagekräftigeres Bild. Die Erfordernisse bezüglich einer entsprechenden dichten Zeilenfolge sind also innerhalb der sinnvollen Grenzen durchaus realisierbar.

Für die Erzeugung der Schnittbilder ist es notwendig, daß die einzelnen Schwinger in der sich drehenden Walze im richtigen Zeitpunkt an- bzw. abgeschaltet werden. Eine dafür geeignete Steuerung zeigen Fig. 5 und 6. Bei dem zu besprechenden Beispiel wird von der Verwendung von magnetisch zu steuernden Schaltern ausgegangen.

Fig. 5 zeigt wieder die Walze 1, die sich um die A--Achse dreht. Knapp über der Mantelfläche der Walze sind zwei Magnete angeordnet, die sich zwar nicht mit der Walze drehen, aber innerhalb gewisser Bereiche beweglich, d. h. einstellbar sind. Ein kammförmiger Magnet 5 liegt parallel zur Drehachse und kann um diese in einem Winkelbereich geschwenkt werden, der der Austrittsmöglichkeit des Schallbündels durch das Fenster im (nicht gezeichneten) Gehäuse entspricht. Ein zweiter Magnet 6 umfaßt einen Teil des Umfanges der Walze entsprechend dem Winkel des Austrittsfensters. Der Magnet 6 kann in axialer Richtung verschoben werden, wobei die Verschiebung jedoch in Stufen erfolgt, die so gewählt sind, daß sich der Magnet 6 immer auf einer Umfangslinie befindet, die durch eine Lücke im Kamm des Magneten 5 läuft. Ob die Magnete elektrisch erregt werden, oder ob es sich um Permanentmagnete handelt, ist ohne Bedeutung. Wichtig ist hingegen, daß der Kamm-Magnet 5 soviel Zähne aufweist, als Schwinger auf der Walze vorhanden sind.

Fig. 6 stellt einen Schnitt durch die Walze 1 dar. Jedem Schwinger 2 sind zwei Schalter 7 und 8 zugeordnet, die an verschiedenen Stellen des Umfanges in der Walze angeordnet sind und sich mit der Walze mitdrehen, so daß sie immer in der gleichen Winkelstellung zum Schwingerstehen. Außerdem sind beide Schalter, was in der Zeichnung nicht erkennbar ist, in axialer Richtung so versetzt, daß jeder Schalter nur von einem der genannten Magnete erregt werden kann. Der Schalter 7 kann z. B. nur vom Magnet 5 erregt werden, da er bezüglich des Magneten 6 immer vor oder hinter diesem Magnet vorbeiläuft. Umgekehrt kann der Schalter 8 nur vom Magnet 6 gesteuert werden, da er immer in den Lücken des Kammes des Magneten S durchläuft. Beim Drehen der Walze i wird der Schalter 8, der sich auf der Umfangslinie befindet, auf der im Augenblick der Magnet 6 steht, für die Dauer des Durchlaufes unter diesem Magnet geschlossen und der zugehörige Schwinger angeschaltet. Es entsteht ein Schnitt entsprechend der Schnittebene 3. Durch Verschieben des Magneten 6 läßt sich die Schnittebene verschieben, da dann eben ein entsprechend anderer Schallkopf angeschlossen wird. Analog dazu bestimmt abwechselndes Anschalten der verschiedenen Schwinger mittels des Magneten 6 die Schnittebene 4.

Es ist selbstverständlich möglich, die erforderlichen Schaltvorgänge auch durch andere als die hier beschriebenen Magnetschalter zu steuern, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung geändert wird. Es wäre so z. B. eine Betätigung der Schalter durch verstellbare Nocken oder durch Lichtstrahlen mittels Fototransistoren denkbar.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann es bei diesen Anordnungen der Schwinger vorkommen, daß sich zwei Schwinger gleichzeitig in einer Position befinden, in der sie die den beiden vorgewählten Schnittebenen zuzuordnenden Signale empfangen können. Beim Betrieb der beschriebenen Anordnung mit nur einem Ultraschallgerät muß durch einen entsprechend gesteuerten Umschalter dafür gesorgt werden, daß immer nur ein Schwinger mit dem Gerät verbunden wird, auch wenn sich gleichzeitig ein zweiter Schwinger in einer für die Aufnahme geeigneten Stellung befände. Dadurch wird aber die Kapazität der Schallkopfanordnung nicht voll ausgenützt. In einer Weiterbildung wurden Schaltungen entwickelt, die den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Schwinger gestatten. Dies sei an einem Beispiel für den Betrieb durch zwei Geräte erörtert, die praktisch gleichzeitig zwei Schwinger erregen. Dafür müssen jedoch folgende Maßnahmen beachtet werden:

1. Es darf nie vorkommen, daß ein Schallkopf gleichzeitig mit beiden Geräten verbunden ist, und

2. es muß dafür gesorgt werden, daß keine gegenseitige Störung eintritt, die vor allem dann zu erwarten ist, wenn zwei nahe beieinander liegende Schwinger erregt werden, so daß ein Schwinger auch die Echos empfangen kann, die vom Schallimpuls stammen, den der zweite Schwinger ausgesendet hat.

Die Lösung der ersten Forderung wurde durch eine Verkoppelung der Schalter in der Walze erreicht. Fig. 7 und 8 geben zwei verschiedene Lösungsmöglichkeiten an, die zwar den gestellten Forderungen entsprechen, aber doch unterschiedliche Wirkung haben. Die Anspeisung des Schallkopfes von zwei Ultra-

schallgeräten her erfolgt über rotierende Transformatoren 9 und 10, von denen nur die bewegliche Sekundärspule dargestellt ist, wogegen die feststehende Primärspule nicht gezeichnet ist. Zwei Schwingersind durch Kondensatoren 2a und 2fr symbolisiert. Jedem Schalikopf sind zwei hintereinanderliegende Schalter 11a und 12a bzw. 11fr und 12b zugeordnet, die analog der vorher beschriebenen Steuerung durch die zwei Magnete gesteuert werden. In der gezeigten Schaltung besitzen die Schalter 11a und 11fr die Priorität gegenüber den Schaltern 12a und 12fr. Ist einer der Schalter 11 geschlossen, was der linken Stellung entspricht, so ist der zugehörige Schwinger mit dem Transformator 9 verbunden, unabhängig davon, welche Stellung der Schalter 12 einnimmt. Nur wenn der Schalter 11 in der offenen Stellung ist, also rechts, kann eine Verbindung zum Transformator 10 hergestellt werden, wenn gleichzeitig der Schalter 12 - linke Stellung - geschlossen ist. Der Anschluß an den Transformator 9 wird also gegenüber dem Anschluß an 10 bevorzugt, da bei gleichzeitigem Schließen beider Schalter nur der Anschluß an den Transformator 9 erfolgt.

Fig. 8 stellt eine andere Schaltungsvariante dar, bei der beide Schalter 11,12, die diesmal nur für einen Schwinger 2 gezeichnet sind, gleichberechtigt sind. Wie man durch Verfolgen des Strompfades feststellen kann, wird bei dieser Schaltung der Schwinger nur dann angeschlossen, wenn sich ein Schalter in der »ein«- und der andere Schalter in der »aus«-Stellung befindet. Sind beide Schalter in »ein«-Stellung oder beide Schalter in »aus«-Stellung, so erfolgt kein Anschluß zu einem Transformator. Auch hier bedeutet die linke Schalterstellung »ein« und die rechte Stellung »aus«. Diese Schaltungsvariante besitzt einen besonderen Vorteil: Befindet sich ein Schalikopf genau in der Stellung, in der sein Schallbündel in der Schnittlinie der Bildebenen 3 und 4 liegt, werden entsprechend der beschriebenen Steuerung der Schalter beide Schalter in die »ein«-Stellung gebracht und damit entsprechend der angegebenen Schaltung der Schwinger abgeschaltet. Dies bedeutet, daß an dieser Stelle keine Signale gesendet und empfangen werden können. Es entsteht so in beiden Bildern eine »schwarze« Zeile, die die Schnittlinie der beiden Bildebenen in beiden Bildern zeigt.

Die Forderung nach Vermeidung einer gegenseitigen Störung läßt sich dadurch verwirklichen, daß beide Ultraschallgeräte über einen gemeinsamen Taktgeber so gesteuert werden, daß abwechselnd das eine und das andere Gerät arbeitet. In der Pause darf das jeweilige Gerät nicht nur nicht senden, sondern muß auch für den Empfang abgeschaltet sein. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man vor jedes Gerät einen elektronischen Schalter schaltet, der durch das zweite Gerät so gesteuert wird, daß er die Zuleitung zu den Schwingern unterbricht, wenn das zweite Gerät arbeitet. Obwohl durch den alternierenden Betrieb beider Geräte eine Gleichzeitigkeit im strengsten Sinne des Wortes nicht gegeben ist, kann man doch davon sprechen, da die bei den einzelnen Geräten aufeinanderfolgenden aktiven Phasen so kurz sind, daß sich in der Zwischenzeit der Schwinger um viel weniger als eine Bündelbreite bewegt hat, so daß weitgehend die gleichen Echoflächen erfaßt werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist der Antrieb der Schallkopf-Walze 1. Bei den bisher üblichen Schnittbild-Mechaniken wird der Antrieb von Hand aus oder durch einen frei laufenden Motor durchgeführt und die jeweilige Stellung der Anordnung durch entsprechende Weg- oder Winkelaufnehme'" abgeta-• stet, in elektrische Signale umgewandelt und an einen Adressen-Computer weitergeleitet, der die Adresse des jeweils anzuzeigenden Signals bestimmt. Da derartige Wegaufnehmer störanfällig sind, besonders wenn sie sehr schnell bewegt werden, wurde hier ein anderer Weg beschritten: Die Walze wird zwangsweise durch einen an und für sich bekannten Schrittmotor gedreht, der von einem Taktgeber mit Impulsen gesteuert wird, wobei der Motor sich bei jedem Impuls um einen bestimmten Winkelbetrag weiterdreht. Die

ι > Impulsfolgefrequenz wird dabei so hoch gewählt, daß es zu einer praktisch kontinuierlichen Bewegung der Walze kommt. Die gleichen Impulse die zur Steuerung des Schrittmotors verwendet werden, werden auch Adressen-Computern zugeführt und bewirken dort

-" eine der Walzendrehung entsprechende Verschiebung oder Verschwenkung der Bildzeilen. Da die einzelnen Steuerimpulse die Walze zwar rm einen bestimmten Winkel verdrehen, jedoch keinen Rückschluß auf die absolute Größe des Drehwinkels in bezug auf eine

-"· Ausgangsstellung zulassen, wird in der Walze ein Rückmeldeimpuls erzeugt, der immer dann abgegeben wird, wenn die Walze eine bestimmte Stellung eingenommen bzw. durchlaufen hat. Dieser Rückmeldeimpuls stellt die Adressen-Computer auf eine

ι» definierte Ausgangsstellung. Sollte daher beim Einschalten die Anfangsstellung der Walze mit den Adressen-Computern nicht übereinstimmen, so würde die erforderliche Synchronität spätestens im Laufe der ersten Umdrehung hergestellt werden. Das

f. gleiche tritt ein, wenn infolge irgendeiner Störung Adressen-Computer und Walze während des Betriebes außer Takt fallen. Auch wird im Laufe der nächsten Umdrehung die Synchronität wieder hergestellt. Der erforderliche Rückstellimpuls kann durch einen

w mechanischen Kontakt, aber auch über einen entsprechend auf- oder abgeblendeten Lichtstrahl oder auf andere Weise erzeugt werden.

Fig. 9 zeigt schließlich ds Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Taktgeber 13 er-

4". zeugt die zur Steuerung eines Schrittmotors und von Adressen-Computern 17a und 17b erforderlichen Impulse. Gleichzeitig werden diese Impulse einer Wippe 15 zugeführt, die sie abwechselnd Ultraschallgeräten 16α und 16fr zuleitet und so für den alternie-

.Ii renden Betriebder Geräte sorgt. Vor jedes Gerät 16a und 16fr ist eine Sperre 18a und 18fr geschaltet, die über Leitungen 22a und 22fr so gesteuert wird, daß sie die Verbindung zwischen 24a und 26a bzw. 24fr und 26b unterbricht, wenn das jeweils andere Gerät

■r> aktiviert ist.

Die Schall- und Echo-Impulse laufen über 26a bzw. 26fr zu Primärwicklungen von Transformatoren in der Schallkopf-Walze 21/1, die mit dem Schrittmotor 21/2 festverkuppelt ist. Der Schrittmotor 21/2 bezieht

hu die zu seiner Steuerung erforderlichen Impulse über eine Leitung 14fr vom Taktgeber 13. Die von der Schallkopf-Walze 21/1 ausgelösten Rückstellimpulse laufen über eine Leitung 27 zu den Adressen-Computern 17a und 17fr. In der Leitung zum Adressen-

h-. Computer 17a ist noch ein Untersetzer 20 vorgesehen, der folgende Aufgabe hat:

Bei einer Schallkoptanordnung gemäß Fig. 3 wird das in axialer Richtung liegende Schnittbild 4 erst

nach mehreren Umdrehungen der Walze vollständig geschrieben. Dementsprechend darf auch die Rückstellung des Adressen-Computers nicht bei jeder Drehung erfolgen, sondern erst nach so vielen Drehungen, als zum Schreiben des vollständigen Bildes notwendig sind. Die dafür erforderliche Reduzierung der Rückstellimpulse übernimmt der Untersetzer 20. Bei einer Schallkopfanordnung nach Fig. 4 wird das axiale Bild bei jeder einzelnen Umdrehung vollständig geschrieben, so daß hier nach jeder Drehung der Rückstellimpuls erfolgen müßte. Dementsprechend würde der Untersetzer 20 entfallen. Der Adressen-Computer erhält über 14a bzw. 146 die zur Zeilenfortschaltung erforderlichen Impulse. Über die Leitungen 23a bzw. 236 wird ein aus der Kippspannung der Ultraschallgeräte 16α bzw. 166 gewonnenes Zeitsignal zugeführt, das die Lager des über die gleiche Leitung eintreffenden Echosignals in der Zeile bestimmt. Die Adressen-Computer ermitteln aus diesen Signalen den Ort,

an dem das Echosignal in den Anzeige-Geräten 19« bzw. 196 aufgezeigt werden soll und leiten die dafür erforderlichen Werte über die Leitungen 25« bzw. 256 zu den Anzeigegeräten.

Die aufgeführte Schaltung könnte noch erweitert werden, indem man z. B. Zwischenspeicher vorsieht, die es gestatten, daß die darzustellenden Werte in einer anderen Reihenfolge für die Anzeige aufgerufen werden als sie empfangen werden. Derartige Maßnahmen sind als »Scan-Converter« hinreichend bekannt. Es wäre auch denkbar, die Schaltung durch Hinzufügen eines dritten Ultraschallgerätes so zu erweitern, daß auf dem zu diesem Gerät gehörigen Anzeigeteil ein C-BiId, als das jchnittbild einer Ebene, die zu den beiden vorhergehenden Ebenen senkrecht steht, aufscheint. Ferner kann durch andere Programmierung der Aktivierung der Schwinger auch eine schräg zur Achse χ verlaufende Schnittebene eingestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen, das Ultraschallsende- und -empfangseinrichtungen, einen um eine Achse drehend oder schwenkend antreibbaren Schallkopf und eine Schnittbildeinrichtung zur Zuordnung der aus ausgesandten Schallimpulsen empfangenen Echos gebildeten Signale zu entsprechenden Adressen auf einer Schnittbildanzeigeeinrichtung, insbesondere einem Bildschirm, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkopf (1) mehrere in Richtung seiner Drehbzw. Schwenkachse (x) gegeneinander versetzte Einzelschwinger (2a-2g) besitzt, die bei angetriebenem Schallkopf in mehreren getrennten Schnittflächen ein bestimmtes Volumen des Patienten bestreichen und daß eine Wähleinrichtung (5,6) vorgesehen ist, mit deren Hilfe aus dem Volumen durch Auswahl der Einschaltzeiten, Einschaltdauer und Einschaltreihenfolge der einzelnen Schwinger eine Schnittfläche ausgewählt werden kann, die normal, parallel oder schräg zur Dreh- oder Schwenkachse des Schallkopfes liegt, welche Wähleinrichtung die Schwinger nur in jener Stellung aktiviert bzw. mit der Anzeigeeinrichtung verbindet, in der ihre Achsen in der gewählten Schnittebene (3, 4) liegen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkopf (1) als Walze ausgebildet ist, auf dessen Mantel die Einzelschwinger (la bis Ig) auf einer Schraubenlinie angeordnet sind (Fig. 2).

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenlinie in mehreren Windungen um die Walze (1) führt (Fig. 3).

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger (2) längs der einzelnen Gänge einer mehrgängigen Schraubenlinie angeordnet sind (Fig. 4), wobei ihre Versetzung auf benachbarten Ganglinien vorzugsweise gleich dem Quotienten aus Ganghöhe und Gangzahl gewählt ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Walze (1)cin Schrittmotor (21/2) vorgesehen ist, zu dessen Aktivierung ein Taktgeber (13) dient, dessen Steuerimpulse zusätzlich die z. B. aus Adressencomputern bestehende Adressiereinrichtung der Anzeigeeinrichtung zeilen- oder spaltenweise weiterschalten, wobei vorzugsweise die Taktfrequenz hoch gewählt ist, so daß die Walze (1) eine praktisch kontinuierliche Drehbewegung ausführt.

ο. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze (21/1) am Ende jeder vollen Drehung einen Rückmelder betätigt, der einen gegebenenfalls über einen Untersetzer (20) zu der Adressiercinrichtung (17«, YIb) der Anzeigeeinrichtung geführten und diese in eine vorbestimmte Ausgangslage schaltenden Rückstcllimpuls erzeugt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schallkopf (1, 21/1) zwei oder mehrere auf verschiedene Schnittebenen einstellbare Ultraschallgerätc (16a, 16b) angeschaltet sind und ein Taktgeber

(13) vorgesehen ist, der die Geräte jeweils in bestimmter Reihenfolge für Senden und Empfang mit dem Schallkopf verbindet und während einer Einschaltdauer eines Gerätes die übrigen Geräte sperrt.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Taktgeber (13) zur Steuerung des Walzenantriebes (21/2), der Adressiere inrichtung (17a, YIb) und des Umschaltens der Ultraschallgeräte (16α, 16b) vorgesehen ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schwinger (2) in der Schallkopfwalze (1) für sich von außen betätigbare Schalter (7, 8, 12, 12a, 11, 11a, llfo) zugeordnet sind, über die der Schwinger aktivierbar bzw. bei Verwendung mehrerer Geräte (16a, 16b) die der gewählten Schnittebene des eben eingeschalteten Gerätes augenblicklich nicht zugeordneten Schwinger für Sendung und Empfang sperrbar sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Geräte (16a, 16f>) Anzeigeeinrichtungen zur Darstellung der Lage der in dem bzw. den anderen Geräten eingestellten Schnittebenen bzw. der Schnittlinie der auf diesem Gerät eingestellten Schni'.tebene mit den auf den anderen Geräten eingestellten Schnittebenen aufweist.