DE2811544A1

DE2811544A1 - Ultraschallsender oder -empfaenger und ultraschalldiagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE2811544A1
Application number: DE19782811544
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Iinuma
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1978-09-21
Also published as: GB1587893A; DE2811544B2; JPS53114282A; FR2384269B1; US4234940A; FR2384269A1; JPS6150621B2; DE2811544C3

Description

Henkel,Kem,FBBer&Hän₂eI Patentanwälte

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tokyo öhibaura Electric Co., Ltd.

^J Tel.: 089/982085-87 Kawasaki-shi, Japan Telex: 0529802 hnkfd Telegramme: ellipsoid

ί6. März 1978

Ultraschallsender oder -empfänger und Ultraschalldiagnosevorrichtung

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsender oder -empfänger des elektronischen Abtasttyps, bei dem eine akustische Welle elektronisch abgetastet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Vorrichtung mit Segmentabtastung und Verbund- bzw. Mischabtastung, bei welcher die azimutalen Richtungen der Übertragung oder des Empfangs einer akustischen Welle durch Phasensteuerung während der elektronischen Abtastung der akustischen Welle geändert werden.

Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, mit denen Ultraschallimpulse in Geweben und in die Grenzschichten zwischen zwei verschiedenen Gewebearten abgestrahlt werden, die jeweils eine andere akustische Impedanz besitzen und die Impulse reflektieren. Die Echosignale werden dann für die Abbildung verschiedener Flächen oder Ebenen des Gewebes und für eine Diagnose bezüglich erkrankter Bereiche des Gewebes benutzt.

Das bei dieser Vorrichbungsart angewandte Verfahren wird als Impulsreflexionsverfahren bezeichnet.

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Bei diesem Verfahren werden Ultraschallimpulse mit einer Frequenz von 2-10 MHz über Wandlerelemente in das Gewebe abgestrahlt, und die von einer Gewebegrenzschicht reflektierten akustischen Wellen werden zu Diagnosezwecken abgegriffen. Dieses Verfahren variiert je nach der jeweiligen Anzeigeanordnung. Insbesondere werden im Fall eines A-Oszülators (A scope) die reflektierten Wellen als Amplitudenänderung auf einer Kathodenstrahlröhre betrachtet, während sie im Falle des B-Oszillators (B scope) als zweidimensionale tomographische Bilder wiedergegeben werden, die durch Änderung der Helligkeit einer Kathodenstrahlröhre durch Steuerung des Ultraschallwellenstrahls über eine Ebene der zu untersuchenden Gewebestruktur mittels entsprechender Bewegung eines Wandlers dargestellt werden. Außerdem variiert dieses Verfahren je nach dem jeweiligen Abtastsystem. Bei Linearabtastung wird ein Ultraschallstrahl in einem Parallelformat geführt, während er beim Segmentabtastsystem in einem Kreissegmentformat gesteuert wird. Beim Verbund- oder Mischabtastsystem sind das Linear- und das Segmentabtastsystem miteinander kombiniert.

Eine solche Ultraschallsender- und -empfangervorrichtung auf der Grundlage des Impulsreflexionsverfahrens wird derzeit für die Diagnose bezüglich des Vorliegens oder Fehlens von Blutungen im Gehirn aufgrund einer Kopfverletzung, verschiedenen Tumorarten sowie für die Gallensteindiagnose und in der Geburtshilfe und -Vorsorge angewandt. Dabei eignet sich insbesondere das Segmentabtastsystem für die Erzeugung tomographischer Bilder des Herzens. Infolgedessen besteht ein großer Bedarf für Ultraschallsender · und-empfänger, die sich für den praktischen Einsatz eignen.

Wenn bei einer Ultraschallsende- und -empfangsvorrichtung vom elektronischen Abtasttyp Impulse mit Verzögerungszeiten entsprechend (n-1)^sin0, (n-2)£sinO, ... 0 (mit θ = Azimut-

C C

winkel in Radianten (RAD) eines Ultraschallstrahls, d = Mitten-

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abstand zwischen benachbarten Wandlerelementen, c = Schallgeschwindigkeit (1500 m/s) im Medium, η = Zahl der Wandlerelemente) an eine Anzahl von Wandlerelementen angelegt v/erden, die eine Wandlerelementreihe oder -batterie bilden, richten sich die Vellenfronten der von den betreffenden Wandlerelementen erzeugten Ultrasciiallimpulse auf einer geraden Linie A-A1 gemäß Fig. 1 aus, so daß ein Ultraschalls tr aiii oder -bündel in Richtung θ übertragen wird.

Beim Empfang kommen die von den Zielflächen in Richtung der Sendeimpulse zurücklaufenden Echos zu verschiedenen Zeiten an den Wandlerelementen an. Dies macht eine Verzögerung der Empfangssignale nötig, damit die effektive Ausrichtung oder Anordnung der Wandlerelementreihe beim Empfang der Anordnung beim Aussenden entspricht.

Wenn daher die von den jeweiligen Wandlerelementen empfangenen Echosignale durch einen Summierverstärker in Phase summiert v/erden, nachdem sie einer Zeitverzögerung entsprechend derjenigen bei den ausgesandten Impulsen unterworfen worden sind, können die in der Richtung Q empfangenen akustischen Wellen als starkes Signal oder als summiertes Echosignal aus einer gewünschten azimutalen Richtung oder Orientierung abgegriffen werden. Dieses Signal wird durch einen Verstärker verstärkt, durch eine Signalverarbeitungs- bzw. -prozessorschaltung verarbeitet und durch eine Anzeigevorrichtung wiedergegeben.

Bei der Segmentabtastung werden die Größen der an jedes Wandlerelement angelegten relativen Verzögerungszeiten sequentiell variiert, um die Abtastung durch Änderung der azimutalen Richtung 0 der Übertragung oder des Empfangs des Ultraschallstrahls durchzuführen.

Bei der Segmentabtastung ist es daher wesentlich, jedes Wandlerelement einer Verzögerungszeit der richtigen Größe zu unterwerfen.

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Zur Änderung der Azimutrichtung des Ultraschallstrahls muß die Verzögerungsschaltung die Zeitverzögerung in den einzelnen Wandlerelementen ändern bzw. variieren. Da zudem das Echosignal die variable Verzögerungsschaltung als elektrisches Analogsignal durchläuft, muß diese Schaltung eine analoge Verzögerungsschaltung sein. Als Beispiel für eine Verzögerungskette, die diese Bedingung erfüllt, sei eine LC-Verzögerungs ke tte ge nannt.

Es wurde daher versuchsweise eine angezapfte bzw_o mit Abgriff versehene LC-Verzögerungskette verwendet, doch ist der Fehler in der Verzögerungszeit bei einer solchen Verzögerungskette so groß, daß diese in der Praxis nicht brauchbar ist. Wenn die angezapfte (tapped) LC-Verzögerungskette so ausgelegt wird, daß sie aufgrund einer Verkleinerung des Fehlers eine genaue Verzögerungszeit gewährleistet, wird sie außerordentlich sperrig und sehr teuer.

Wenn die Verzögerungszeit genau eingestellt ist, wird der Frequenzgang unregelmäßig, während der Verzögerungszeitfehler groß wird, wenn der Frequenzgang zu flach gestaltet wird.

Beispielsweise sei angenommen, daß der Abstand zwischen be·? nachbarten Wandlerelementen d = 0,5 mm, die Zahl der Wandlerelemente η = 32, der azimutale Winkel des Ultraschallstrahls Q = 0,5 - 40° und die Verzögerungszeit zwischen den Wandlerelementen 3 ns bis 6,6 us betragen. Das Verhältnis zwischen der kleinsten und der größten Verzögerungszeit beträgt daher 2000. Da die Verzögerungszeit in einem Bereich dieser Breite liegt, v/ird sie als Quanten-Verzögerungs zeit (quantum delay time) angegeben. Das Verfahren der Quantelung der Verzögerung wird speziell auf dem Gebiet der Radargeräte angewandt, insbesondere bei einem Phasenreihenantennensystem (phased array antenna system) ο.dgl. Genau genommen ist im Fall der Antenne das Quantenziel nicht die Verzögerung, sondern die Phase, was dem Fachmann bekannt sein dürfte. Die Quantelung bei einer

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Antenne der angegebenen Art ist von Skolnik in "Radar Handbook", herausg. von HcGraw-Hill Inc.. 1970, S. 11-35 und 11-43, im einzelnen beschrieben.

Wenn die Quanten-Verzögerungszeit als "C ausgedrückt wird, können alle erforderlichen Verzögerungszeiten gequantelt und mit Näherungswerten austauschbar sein, die ganzzahlige Vielfache von V darstellen. Die Quanten-Verzögerungs zeit fsollte weniger als 1/10 bis 1/20 der Periode T_Q (Reziprokwert der Frequenz f₀) des Ultraschallimpulses betragen. Infolgedessen muß der Absolutfehler der Verzögerungszeit bei der Verzögerungsschaltung kleiner sein als T_q/10-Tq/20.

Wenn beispielsweise die Frequenz des Ultraschallimpulses gleich ±q - 2,5 MHz ist und der Absolutfehler der Verzögerungszeit Tq/16 entspricht, so beträgt die Periode T_Q = 400 ns, so daß weniger als T_Q/16 = 25 ns für den Fehler der Verzögerungszeit erforderlich sind. Ausgedrückt als relativer Fehler, ergibt sie/ die zulässige Fehlerzeit zu

6ÖÖÖ ns

mn -

Die Relativfehlergenauigkeit einer handelsüblichen LC-Verzögerungskette zur Gewährleistung einer Verzögerungszeit in der Größenordnung von einigen MikroSekunden beträgt normaler weise etwa ±2°/o^±5%. Bei dieser Genauigkeit ist der Fehler der Verzögerungszeit somit so groß, daß die Gewinnung tomographiscj-er Bilder hoher Güte aufgrund der Fehler in der azimutalen Richtung der Übertragung oder des Empfangs des Ultraschallstrahls und auch aufgrund der großen Nebenkeule (side lobe) schwierig ist, welche die Übertragung oder den Empfang des Ultraschallstrahls in vom Hauptstrahl abweichenden Richtungen angibt.

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Im Fall des Ultrascliallempfängers mit Ve r zöge rungs schaltungen, die angezapfte LC-Verzögerungsketten umfassen, wurde bereits vorgeschlagen, eine Anzahl von Verzögerungsschaltungen gemäß Fig. 2 in Kaskade zu schalten, um ein reflektiertes Mischsignal zu erhalten.

In diesem Zusammenhang sei auf die Arbeit "Receiving System of Electronic Sector Scanning System", hinterlegt bei der Japan Ultrasound Medical Society, Mai 1976, verwiesene

Bei diesem System werden von ¥andlerelementen T^, T₂ . <.* T_n empfangene, reflektierte akustische Wellen summiert, indem sie durch Verzögerungsschaltungen D^, D₂ < >.. D und Summierverstärker SA^, SA₂ ... SA geleitet werden, und dann gemäß Fig. 2 nach Helligkeitsmodulation über einen Verstärker 12 und eine Signalprozessorschaltung 13 an einer Anzeigevorrichtung 14 angezeigt bzw. wiedergegeben«, Bei dieser Vorrichtung werden die Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen D^, D₂ ... D-J jeweils gleich eingestellt, so daß ein Ultraschallstrahl in Richtung 0 (Ul traschall-Azimutriclitung) erhalten wird.

Da der azimutale Winkel bzw. Azimutwinkel θ variiert_s variieren die Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen D^, D_{2 o}»o D j, zur Durchführung der Abtastung.

Bei dieser Vorrichtung ist es schwierig, die Absolutwerte oder -größen der Verzögerungszeiten genau abzugleichen.

Aus diesem Grund kann die Azimutrichtung beim Empfang von der richtigen Richtung der Zielfläche verschieden sein.

Wenn daher bei dieser Vorrichtung verschiedene Verzögerungsschaltungen für Übertragung und Empfang der akustischen Welle verwendet werden, weichen die Azimutrichtungen bei Übertragung und Empfang häufig voneinander ab, wodurch die Strahlbreite

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beträchtlich vergrößert wird. Obgleich in Fig. 2 nicht dargestellt, ist es dabei nötig, Pufferverstärlcer zwischen benachbarte Verzögerungsschaltungen zu schalten.Da solche Verstärker zusätzliche Zeitverzögerungen einführen, müssen weitere Korrektur-Verzögerungsschaltungen zwischen die ¥andlerelemente T^, T₂ ... T und die Summierverstärker SA₁, SA₂ ... SA zum Kompensieren dieser Verzögerungszeiten eingeschaltet werden, so daß zahlreiche Schaltkreise nötig sind. Da zudem zahlreiche Verzögerungsschaltungen, etwa 16 oder 32 Schaltungen, in Kaskade geschaltet sind, wird der Frequenzgang der Verzögerungsschaltungen D^ , D₂ ... D -j erheblich verschlechtert, so daß die Erzielung einer flachen Frequenzgangkurve unmöglich wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Ultraschallsenders oder -empfängers, der unter Vermeidung der Nachteile des Stands der Technik ausreichend genaue Verzögerungszeiten gewährleistet und mit dem die Azimutrichtung des Ultraschallstrahls für eine bzw. in bezug auf eine Zielfläche genau gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird also eine Ultraschallsender- oder -empfangervorrichtung geschaffen, bei welcher zwei variable bzw. regelbare Verzögerungsschaltungen angezapfte bzw. Abgriff-Verzögerungsleitungen, die eine Ordnungsverzögerungszeit (ordinal delay time) erzeugen, Übertragungsschalter, welche die Anzapfungen durch Umschalten der Steuerklemmen der Verzögerungsleitungen wählen, und einen an die Steuereingangsklemmen der Übertragungsschalter angeschlossenen Speicher umfassen. Im Speicher entspricht jede Adresse den Azimutwinkeln der Übertragung oder des Empfangs des Ultraschallstrahls, und die Informationen bezüglich der Verbindung zwischen den Übertragungsschaltern und den Steuerklemmen der Verzögerungsleitungen

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werden gespeichert, während durch das Ausgangssignal der Abtaststeuerschaltung die Information aus dem Speicher ausgelesen und an die Übertragungsschalter angelegt wird, so daß die Verzögerungsschaltungen den Wandlerelementen genügend genaue (close enough) Verzögerungszeiten liefern, um die vorbestimmten Azimutrichtungen der Übertragung oder des Empfangs des Ultraschallstrahls zu erhalten.

Im folgenden sind bevorzugte Ausfülirungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen?

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der elektronischen Segmentabtastung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bisherigen Segmentabtastung-Ultras challdiagnosevorrichtung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Aus fülirungs form der Erfindung in Anwendung auf eine Ultraschalldiagnosevorrichtung ,

E'ig. 4 ein Blockschaltbild einer Sender- und Empfänger-Wellensteuers chaltung,

Fig. 5a bis 5f Zeitdiagramme für die Sender- und Empfängerliellensteuerschaltung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Abtaststeuerschaltung, Fig. ? ein Schaltbild eines Teils der Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 8a eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischem dem Ablenkwinkel θ des Ultraschallstrahls und den Adressen einer Speichervorrichtung entsprechend dem Ablenkwinkel Θ,

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Fig. Sb eine graphische Darstellung der Beziehung zv/ischen dem Ablenkwinkel θ und der Verzögerungszeit der einzelnen Ifandlerelemente,

Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Art der Speicher der Kombinationen von Anzapfungen angezapfter Verzögerungsleitungen in einer Festwertspeiche rvorrichtung und

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden ist eine Ultraschallsender- und -empfängervorrichtung zur Verwendung bei einer Ultraschalldiagnosevorrichtung beschrieben.

Gemäß Fig. 3 sind 32 Ivandlerelemente TR₁ - TR₃₂ für die Übertragung von Ultraschallimpulsen und zum Empfang von reflektierten Ultraschallwellen in einer Linie bzw. Reihe angeordnet. Obgleich nicht dargestellt, sind die einzelnen ¥andlerelemente über Leitungen mit den Ausgangsklemmen von Treiberimpulsgeneratoren DP^ - DP^2 sowie mit den Eingangsklemmen von Begrenzern L^ - L^₂ verbunden. Die Ausgangsklemmen dieser Begrenzer L₁ - L^₂ sind dabei an die Eingangsklemmen von entsprechenden Vorverstärkern PA₁ - PA^₂ angeschlossen. Die Ausgangsklemmen dieser Vorverstärker PA₁ - PA^₂, die Ausgangsklemme eines Bezugssignalgenerators 31 und die Eingangsklemmen von Verzögerungsschaltungen DC₁ - DC^₂ sind mit jeweils zugeordneten Analogschaltern S₁ - S₃₂ einer Schaltergruppe 35 varbunden. In Abhängigkeit von einem von einer Sender- und Empfänger-Wellensteuerschaltung 36 gelieferten Steuersignal v/erden die einzelnen variablen bzw. regelbaren Verzögerungsschaltungen DC₁ - DC-^₂ mit Bezugs impuls en von einem Bezugssignalgenerator 31 oder mit reflektierten Ultraschallsignalen beaufschlagt, v/elche durch Vorverstärker PA₁ - PA^₂ hindurchge-

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laufen sind. Die Analogschalter SW₁ - SW,₂ ^der Schalter gruppe 37 werden durch das Ausgangssignal der Wellensteuerschaltung 36 gesteuert, um im Gleichlauf bzw. Takt mit den Schaltern S₁ S^p ^^er Schaltergruppe 35 umgeschaltet zu werden*, Wenn daher die Eingangs klemmen der Ve r zöge rungs schaltungen DC₁ - DC^₂ mit der Ausgangsklemme des Bezugssignalgenerators 31 verbunden sind, werden ihre Ausgangsklemmen auf die Eingangsklemmen von Treiberimpulsgeneratoren DP₁ - ^DP32 ^umS^escl^ial'^fce'^t» während dann, wenn die Eingangsklemmeη der Verzögerungsschaltungen DC₁ - DCU₂ mit den Ausgangsklemmen der jeweiligen Vorverstärker PA., - PA^₂ verbunden sind, die Ausgangsklemmen dieser Verzögerungsschaltungen DC₁ - DCUp über Widerstände R₁ - R^₂ mit der Eingangsklemme eines Verstärkers 32 verbunden werden.

Im folgenden ist die Beziehung zwischen der Sender- und Empfänger-Wellensteuers chaltung 36 "und den Schaltergruppen 35 und erläutert. Gemäß Fig. 4 ist insbesondere eine Ausgangsklemme des Bezugssignalgenerators 31 mit der Eingangsklemme eines monostabilen Multivibrators 41 verbunden, während seine andere Ausgangsklemme an den Analogschalter S₁ der Schaltergruppe 35 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme des monostabilen Multivibrators · 41 ist mit der Steuerklemme des Analogschalters S., verbunden. Für den Schalter der Art gemäß Fig. 4 eignet sich der von der Firma Siliconix Inc. als Typ SPOT vertriebener Analogschalter (DG186). Die Ausgangsklemme des monostabilen Multivibrators 41 ist über einen Umsetzer 45 mit der Steuerklemme eines Analogschalters SW₁ der Schaltergruppe 37 verbunden. Weiterhins sind die Sammelklemmen der Analogschalter S₁ und SW₁ an die Verzögerungsschaltung DC₁ angeschlossen.

Nach der Erläuterung der Ausbildung der Wellensteuerschaltung 36, der Analogschalter S₁ - S₃₂ sowie der Schalter SW₁ - SW₃₂ der Schaltergruppen 35 bzw. 37 ist im folgenden die Arbeitsweise der Sender- und Empfänger-Wellensteuerschaltung 36 anhand der Fig. 5a bis 5f näher beschrieben.

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Wenn das vom Bezugssignalgenerator 31 erzeugte Ausgangssignal gemäß Fig. 5a den hohen Pegel annimmt, geht das Ausgangssignal des Multivibrators 41 gemäß Fig. 5b auf den hohen Pegel über, während der obere Kontakt I des Analogschalters S₁ gemäß Fig. 5e in den Einschaltzustand übergeht, so daß der Analogschalter S₁ auf den oberen Kontakt I umschaltet. Das Ausgangssignal des Umsetzers 45 geht dagegen gemäß Fig. 5f auf den niedrigen Pegel über, so daß der Analogschalter SW₁ auf den unteren Kontakt II umgeschaltet wird. Infolgedessen liefert der Treiberimpulsgenerator DP₁ einen Impuls der Art gemäß Fig. 5c. Wenn ein Empfangswellensignal gemäß Fig. 5d an den Vorverstärker PA₁ angelegt wird, geht das Ausgangssignal des monoätabilen Multivibrators 41 auf den niedrigen Pegel über, während das Ausgangssignal des Umsetzers 45 den hohen Pegel annimmt. Infolgedessen werden der Analogschalter S₁ auf den unteren Kontakt II und der Analogschalter SW₁ auf den oberen Kontakt I umgelegt.

Die empfangenen Ultraschallsignale werden durch die Widerstandskreise (R₁, Rp ... R_n) summiert bzw. addiert, durch den Verstärker 32 verstärkt und dann von der Signalprozessorschaltung 33 abgegriffen. Aufbau und Arbeitsweise der Signalpro zes so rs chaltung 33 sind von P.N.T.Wells in "Physical Principle of Ultrasonic Diagnosis", Academic Press (1969), S. 108, Fig. 4 und 12, im einzelnen beschrieben.

Das durch die Signalprozessorschaltung 33 verarbeitete Signal wird auf der Anzeigevorrichtung 34 wiedergegeben.

Die Betriebszeit der Wellensteuerschaltung 36, der Abtaststeuerschaltung 38, der Signalprozessorschaltung 33 und der Anzeigevorrichtung 34 wird durch das von der Bezugssignalgenerators chaltung 31 erzeugte Signal gesteuert. Die durch die Verzögerungsschaltungen DC₁ - DC^₂ gewährleisteten Verzögerungszeiten für die Eingangesignale werden durch die Abtaststeuer-

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schaltung 38 gesteuert, die in ihrer einfachsten Form gemäß Fig. 6 durch Binärzähler 61 und 62 gebildet wird.

Beam Aussenden von akustischen Wellen und Empfangen der Echosignale von 256 verschiedenen Azimutrichtungen besteht die einfachste Konstruktion aus zwei Binärzählern 61 und 62, die jeweils vier in Reihe geschaltete Bits enthalten und deren Ausgänge an 8-Bit-Eingangsklemmen r* - r_Q eines Festwertspeichers 63 angelegt sind. Wenn ein vom Bezugssignalgenerator 31 erzeugter Frequenzimpuls an die Binärzähler 61 und angelegt wird, zählen diese nacheinander bzw. einzeln hoch, um Wiederholungen der Codes 00000000, 00000001, 00000010 11111111 als die Adressen des Festwertspeichers 63 zu bezeichnen, wodurch 256 Abtastzeilen bezeichnet bzw. festgelegt werden. Für die 4-Bit-Binärzähler 61 und 62 eignet sich der von der Firma Texas Instrument Co, unter der Bezeichnung SN74193 vertriebene Binärzähler.

Im folgenden ist die Art der Einstellung der Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen DC^ - DC^₂ durch das Ausgangssignal der Abtaststeuerschaltung 38 anhand von Fig. 7 unter beispielhafter Bezugnahme auf eine Verzögerungsschaltung DC^ für einen Kanal erläutert.

Gemäß Fig. 7 weist die Verzögerungsschaltung DC₁ eine erste und eine zweite angezapfte bzw. mit Abgriff versehene LC-Verzögerungsleitung mit 16 Ausgangsabgriffen, zwei identische Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und 74 mit jeweils 16 Eingangsklemmen, die an die 16 Ausgangsklemmen der Verzögerungsleitung angeschlossen sind und einer Ausgangsklemme, einen Festwertspeicher 63 j der mit vier Steuereingangsklemmen A^ - A und B-, - Br der Umschalter 73 bzw. 74 verbunden ist, sowie einen zwischen die Ausgangsklemme des ersten Umschalters 73 und den Eingang der zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung 72 eingeschalteten Pufferverstärker 75 auf. In der Praxis sind

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die durch die strichpunktierten Linien umrissenen Schaltkreiselemente tatsächlich auf derselben gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet.

Die erste LC-Verzögerungsleitung 71 besitzt zwischen den Anzapfungen eine Verzögerungszeit von 25 ns, so daß ihre Verzögerungszeit durch Betätigung des ersten Übertragungs- bzw. Umschalters 73 in einem Bereich von 0 - 75 ns variiert werden kann und ihr Fehler ±10 ns für die maximale Verzögerungszeit von 375 ns beträgt. Der relative Fehler in der Verzögerungszeit beträgt ±2,7/6, und eine Verzögerungsleitung mit einer solchen Genauigkeit läßt sich ohne weiteres herstellen.

Die zv/eite angezapfte LC-LVerzögerungsleitung 72 besitzt zwischen ihren Abgriffen bzw. Anzapfungen eine Verzögerungszeit von 380 ns, was praktisch der maximalen Verzögerungszeit der ersten LC-Verzögerungsleitung 71 entspricht. Der Fehler in der Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen der Verzögerungsleitung 72 beträgt etwa ;M0 ns, und er ist in einem Bereich von 0 - 5,7/us variabel. Die Verzögerungsleitung 72 besitzt für die längste Verzögerungszeit von 5,7 Ms einen Fehler von ±150 ns, d.h. einen relativen Fehler von ±2,6$. Eine derartige Verzögerungsieitund läßt sich ebenfalls leicht herstellen.

Für die beiden Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und 74 eignet sich der von der Firma Siliconix Inc. unter der Bezeichnung DG506 hergestellte Umschalter. Das Umschalten der jeweiligen Schalter C* - C^g und D^ - D^g (entsprechend den Ausgangsanzapfungen der Verzögerungsleitung) der Umschalter 73 und wird durch ein Binärsignal gesteuert, das vom Festwertspeicher 63 den Steuereingangsklemmen A^ - A^ und B^ - Βλ zugeführt wird.

Der Inhalt dieser Speichervorrichtung wird wie folgt eingeschrieben:

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Die optimalen Verzögerungszeiten vierden nach einer Gleichung entsprechend den jeweiligen Azimutwinkeln der Übertragung und des Empfangs des Ultraschallstrahls vorherbestimmt, und die jeweiligen Adressen des Festwertspeichers werden so ausgelegt, daß sie den betreffenden speziellen Winkeln der Richtungen bei der Übertragung und beim Empfang der akustischen ¥elle entsprechen«, Eine Steuerinformation wird in die Festwertspeichervorrichtung eingeschriebenj wodurch die beiden Umschalter 73 und 74 derart gesteuert werden, daß die erste und die zweite LC~Verzögerungsleitung 71 bzw« 72 jeweils eine Verzögerungszeit liefert, die möglichst dicht an der optimalen Verzögerungszeit liegt.

Obgleich in den unmittelbar vorangehenden Ausführungen nur auf die Verzögerungsschaltung DC₁ Bezug genommen wurde, gilt dasselbe auch für die anderen Verzögerungsschaltungen DC₂ - ^DC

Da die Verzögerungszeiten zwischen den Anzapfungen der angezapften Verzögerungsleitungen 71 und 72, wie erwähnt, Fehler besitzen, die von den verwendeten Verzögerungsleitungen abhängen, kann der Inhalt des Festwertspeichers 63 desselben Kanals je' nach der verwendeten LC~Verzögerungsleitung verschieden sein.

Bei der dargestellten Vorrichtung, bei welcher der Ultraschall in 256 verschiedenen Richtungen θ ausgesandt und empfangen wird, legt beispielsweise die Abtaststeuerschaltung 38 an den Festwertspeicher 63 der betreffenden Verzögerungsschaltung/DCj - DC^2 ein aus acht Bits bestehendes Binärsignal entsprechend den jeweiligen Winkeln von Θ,, pg - ~®128 (^-^nsS^e~ samt 256 Winkel) an. Jeder Festwertspeicher liefert die Steuereingangssignale, die in den betreffenden Adressen gespeichert, an die Steuereingangsklemmen des ersten und des zweiten Umschalters 73 bzw. 74, wodurch die Verzögerungs-Schaltungen DC,, - ^DC32 ^{so an}S^es'^teuer'^l:' werden, daß Verzöge-

rungszeiten gewährleistet werden, die am dichtesten an der richtigen Verzögerungszeit liegen, welche für die Übertragung und den Empfang der Ultraschallwelle in den bezeichneten Richtungen erforderlich ist.

1/enn beispielsweise ein Ultraschallstrahl gemäß Fig. 8a von einer Reihe oder Batterie von Wandlerelementen TR,, - TR-, _o in Richtung 6^₂₈ ausgesandt wird und die Wellenempfangsrichtwirkung in dieser betreffenden Richtung liegt (im folgenden als "Ablenkung in Richtung von θ-^δ" bezeichnet), liefert die Abtaststeuerschaltung 33 ein Ausgangssignal 00000000. Zu diesem Zeitpunkt wird in dieser Adresse des Festwertspeichers 63 ein Steuersignal gespeichert, das einen bestimmten der beiden Umschalter 73 und 74 angibt bzw. darstellt, welcher die Verzögerungszeit liefert, die am dichtesten an der zu diesem Zeitpunkt erforderlichen Verzögerungszeit liegt.

Wenn die Ablenkung gemäß Fig. 8b in Richtung Ö-j_2s erfolgt, ist die am Wandlerelement TR^ wirksame Verzögerungs zeit am größten. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Festwertspeicher 63 der Verzögerungsschaltung DC, ein Steuersignal, welches selektiv die Schalter C|g und D^g der beiden Umschalter 73 und 74 anschaltet.

Da jedoch die beiden angezapften LC-Verzögerungsleitungen 71 und 72 die vorstehend genannten Fehlergrößen besitzen, ist es nicht immer sicher, daß die Verzögerungsleitungen 71 und 72 der Verzögerungsschaltung DC₁ beim Umschalten der Stellungen der Schalter C,g und D^g die Verzögerungszeiten liefern, die am dichtesten an der optimalen Verzögerungszeit liegen.

Da die beiden Verzögerungsleitungen 71 und 72, wie beschrieben, Verzögerungszeitfehler von weniger als ±150 ns besitzen, ist es nötig, Zeiten zu bemessen bzw. zu bestimmen, wenn die Schalterklemmen der Umschalter 73 und 74 mit den Anzapfungen

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der Verzögerungsleitungen 71 und 72 verbunden sind, um in den den betreffenden Yfinkeln entsprechenden Adressen des Festwertspeichers Kombinationen der Anzapfungen der Analogschal ter zu speichern, welche Verzögerungszeiten liefern, die am dichtesten an den für die betreffenden VJinkelrichtungen erforderlichen Verzögerungs zeiten liegen»

VJenn zur Segmentabtastung eine elektronische Fokussierung (vgl. US-PS 3 914 683) hinzugefügt wird, entspricht die erforderliche Verzögerungszeit der durch die strichpunktierte Linie in Azimutrichtung GL₂n gemäß Fig. 8b dargestellten Größe, Obgleich durch elektronische Fokussierung bewirkte Verzögerungszeiten allgemein zur elektronischen Abtastung hinzugefügt v/erden, ist im folgenden nur die Verzögerungs zeit zur Gewährleistung der Richtwirkung (directivity) näher beschrie= ben.

Venn eine Verzögerungsschaltung mit einer Kombination aus dem den erwähnten Inhalt speichernden Festwertspeicher 63, der angezapften LC-Verzögerungsleitung und dem Umschalter für die Verzögerungssehaltung DC, verwendet wird, werden die erforderlichen Verzögerungszeiten mit ausreichend hoher Genauigkeit in bezug auf die Adressen des Festwertspeichers geboten, und zwar unabhängig von einer mangelhaften Genauigkeit der LC-Verzögerungsleitung selbst.

Die zu wählende Schalterklemmenzahl der Übertragungs- bzw„ Umschalter wird auf die im folgenden beschriebene Weise im Festwertspeic .ter 63 gespeichert.

Gemäß Fig. 9 sind Verzögerungsschaltungen DC₁ - ^DC32» ähnliche 3chaltkreiselemente, ein Impulsgenerator 91, ein Zählerkreis I (92), ein Zählerkreis II (93) und ein Oszillograph vorgesehen. Die Adressen des Festwertspeichers 100 v/erden (jeweils) durch acht Bits gebildet, und seine Ausgänge bestehen aus (jeweils) 10 Bits.

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Das Umschalten der 32 ochaltklemmen der übertragungs- bzw. Umschalter 96 und 97 wird durch Eingangesignale von fünf Bits gesteuert. Zwischen den ersten Umschalter 96 und die angezapfte Verzögerungsleitung 99 ist ein Pufferverstärker 95 eingeschaltet.

Die beiden angezapften Verzögerungsleitungen 98 und 99 sind jeweils mit 32 Anzapfungen bzw. Abgriffen versehen. Die Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen der ersten Verzögerungsleitung 98 beträgt 6,25 ns, während die zweite Verzögerungsleitung 99 eine solche von 200 ns besitzt. Die Verzögerungszeit dieser Verzögerungsleitung ist außerdem mit praktisch keinem Fehler behaftet. Für den vorgesehenen Zweck können Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen verwendet werden.

Die erforderlichen, mit ausreichend hoher Genauigkeit durch die beiden Verzögerungsleitungen 90 und 99 gelieferten Verzögerungszeiten werden am Oszillographen 94 dargestellt bzw. wiedergegeben. Die Anzapfungen der beiden angezapften LC-Verzögerungsleitungen 71 und 72 v/erden dabei so gewählt, daß sie Verzögerungszeiten derselben Größe liefern.

Ein Impulsgenerator 91 liefert eine Impulsreihe mit einer V/iederholungsfrequenz von beispielsweise 1 kHz. Der erste Zählerkreis 92 umfaßt acht Bits, und sein Inhalt wird durch einen von Hand betätigbaren Schalter Jeweils um einen Schritt fortgeschaltet, um die Adressen der Festwertspeicher 100 und 63 zu bezeichnen bzw. zu wählen. Der Festwertspeicher 100 speichert die Adresse einer Schalterklemme, die eine Verzögerungszeit liefert, welche der von jeder Adresse geforderten Verzögerungszeit am besten entspricht.

Zunächst setzt der erste Zählerkreis I (92) die Adresse des Festwertspeichers 100 auf 00000001. Zu diesem Zeitpunkt gehen

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die Klemmen der Übertragungs- bzw. Umschalter 96 und 97» die durch den Ausgang des Festwertspeichers entsprechend dieser Adresse 00000000 gesteuert werden, auf den Einsehaltzustand über.

Der vom Impulsgenerator 91 erzeugte Impuls wird durch die Verzögerungsleitungen 93 und 99 um die richtige Verzögerungszeit verzögert und am Oszillographen 94 dargestellt.

Sodann wird die,Zahl der Zählungen des Zählers II (93) von Hand so eingestellt, daß deram Oszillographen über die Verzögerungsleitungen 71 und 72 angezeigte Impuls dem über die Verzögerungsleitungen 98 und 99 gelieferten Impuls überlagert ist, worauf die Zählung dieses Zählerkreises 93 dann, wenn diese Impuls koinzidieren, in einer Adresse des Festwertspeichers 63 gespeichert wird. Anschließend wird der Schalter des Zählerkreises I (92) zur Bezeichnung der nächsten Adresse 00000001 der Festwertspeicher 100 und 63 betätigt. Auf dieselbe Weise werden passende Größen in den Festwertspeicher eingeschrieben. Die Speichervorrichtung, in welche passende Größen bzw. Werte für die zu diesem Zeitpunkt verwendeten Verzögerungsleitungen 71 und 72 an den 256 eingeschrieben sind, wird in der Vorrichtung gemäß Fig. 3 zusammen mit den Übertragungs- bzw. Umschaltern 73 und Ik sowie den zu diesem Zeitpunkt benutzten Verzögerungsleitungen 71 und 72 verwendet. Der beschriebene Vorgang wird mit einer Häufigkeit entsprechend der Zahl der Verzögerungsschaltungen, d.h. 32-mal, wiederholt, und die Festwertspeicher, welche die Informationen in ihren Adressen speichern, werden an die Verzögerungsschaltungen angeschaltet bzw. angekoppelt.

Neben den vorstellend beschriebenen Möglichkeiten gibt es noch verschiedene andere Verfahren zum Einschreiben entsprechender Größen bzw. Werte in den Festwertspeicher 63» in den beispielsweise die durch Messung der Verzögerungszeit zwischen den

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7f _

einzelnen Anzapfungen (3- Daten für jeden Kanal) der anrezapften LC.-Verzögerungslcitunren 7'i und 72 erhaltenen Daten durc einen Rechner ausgewertet werden und das Ausgangssignal der- Re c line rc unmittelbar in den Festwertspeicher 63 einges c.' ir i e b e η v/i rd.

Die in den Fig. 3 und 7 dargestellte Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Bas Ausgangssigna 1 der Sende- und Znpfangs-V/ellens-euerschaltung-36 steuert die Schalter der Schaltergruppe Jr in der iveise an, daß sie auf ihre oberen Kontakte ungelegt werden, während die Schalter der Schalter gruppe 37 zum umschalten auf die unteren Kontakte angesteuert werden.

Die Abtaststeuerschaltung 33 erzeugt ein aus acht Zits bestehendes Signal entsprechend den Ultraschall-Azinutwinkel G,, _PP, und jeder Festwertspeicher 63 der einzelnen Verzögerungsschaltur.gen DC, - ΏΖ~~ bezeichnet dieselbe Adresse C3COCOC3. Das Aus gangs signal vor. Fes twertspei eher 63 bezeichnet eine Schalterlronbinaticn, die für die Verzögerungszeit an besten geeignet ist, welche den betreffenden V/andlerelenenten IR.^ -ΤΉ-,ρ ^^r ^^en ersten und den zweiten umschalter 73 bzw. 74 aufgeprägt wird. Die bezeichneten Klemmen der Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und 7k gehen auf den Einschaltzustand über, so daß der vom BezugsSignalgenerator erzeugte Impuls an die Treiberimpulsgeneratoren DP^ - DP₇₂ angelegt wird und mit geeigneter Verzögerungszeit durch die Verzögerungsschaltungen DC₁ - DC^₂ hindurchläuft, so daß die Wandlerelemente TR₁ - TR^ durch den von den Treiberimpulsgeneratoren DP₁ - DP^₂ erzeugten Treiberimpuls mit entsprechender Verzögerungszeit angesteuert v/erden. Da die Größe der Verzögerungszeit von der Verzögerungsschaltung DC₁ zur Verzögerungsschaltung DC^p abnimmt, v/erden die "andlerelement in der Reihenfolge von TR-p TR₁ angesteuert, so daß der Ultraschallstrahl in der Richtung

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BAD 0RS3INAL

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C₁-,.. ausgestrahlt wird.

Danach wird das Aus gangs signal der Y/ellensteuerschaltung 36 über die Schalter der Jchaltergruppen 35 und 57 an die oberen bzw. die unteren Kontakte angelegt. Die von den Y/andlerelementen TR.. - TR__O empfangenen, reflektierten Ultraschallsignale werden durch die Vorverstärker FA,, - FA--, verstärkt, durch die Vcrzögerungsschaltungen DC - DC_TO auf dieselbe '..'eise wie beim Ausstrahlen verzögert und dann summiert. Die Azimutsteuerung der empfangenen akustischen Y/elle erfolgt in dichtung G„₀₀.

Die Begrenzer L„ - L_TO begrenzen die an die Eingänge der Vorverstärker FA₁ - FA--, angelegten Hochsparmungs-.'jendeimpulse.

Das summierte Signal wird durch den Verstärker 32 verstärkt, von der Signalprozessorschaltung 33 abgegriffen und dann nach einer 'ielligkeitsnodulation auf der Anzeigevorrichtung ~ok als ein der Richtung 9._1OC entsprechendes Signal wiedergegeben.

Das Aus gangs signal von der './ellensteuerschaltung 36 läßt die Schalter der Schaltergruppen 35 und 37 auf die oberen bzw. die unteren Kontakte umschalten, während die Abtaststeuersc ".altung 3ß ein aus acht Bits bestehendes Signal 00000001 entsprechend Θ-107 ^er2euo^· Die zweckmäßigen Klemmen der beiden Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und Ik werden durch das Ausgangssignal des Festwertspeichers 63 gewählt, um eine Verzögerungszeit entsprechend der Übertragungsrichtung ©,-.-,r-, des Ultraschallstrahls zu erhalten.

Danach wird der vom üezugssignalgenerator 31 erzeugte Bezugsimpuls über die Verzögerungsschaltungen DC. - DC₇p an die betreffenden Treiberimpulsgeneratoren DP^ - DP₇^ angelegt, so dai3 die Wandlerelemente TR- - TR_?2 ^den Ultraschallstrahl in der Ric'.tung G^₀₇ ausstrahlen. Auf dieselbe l/eise erfolgt die

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Ultraschallabtastung bis zum Erreichen des "./inkels -Q^p₀.

Bei der dargestellten Aus führ ungs form bestellt die Verzögerungsschaltung aus einer ersten angezapften LC-Verzögerungsleitung mit kürzerer Gesamtverzögerungszeit und einer zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung mit einer Zwischenanzapfungs-Verzögerungszeit praktisch entsprechend der Gesamtverzögerungszeit der ersten Verzögerungsleitung und einer längeren Gesamtverzögerungszeit und außerdem einer niedrigeren Absolutgenauigkeit. Durch Verwendung der beiden Arten von angezapften LC-Verzögerungsleitungen kann die Zahl der Anzapfungen bzv/. Abgriffe im Vergleich zu dem Fall beträchtlich verringert v/erden, in welchem die Verzögerungsschaltung durch eine einzige angezapfte LC-Verzögerungsleitung gebildet wird.

Beispielsweise sind im Fall einer einzigen Verzögerungsleitung 256 Anzapfungen bzv/. Abgriffe erforderlich, um zwischen den Anzapfungen eine Verzögerungszeit von jeweils 25 ns und eine maximale Verzögerungszeit von 6,4 us zu gewährleisten, während bei Verwendung von zwei Verzögerungsleitungen nur 32 Anzapfungen nötig sind. Bei Verwendung von vier Verzögerungsleitungen verringert sich die Gesamtzahl der Anzapfungen auf 16. Durch eine zu große Zahl von Verzögerungsleitungen wird jedoch deren Anschluß schwierig. Bei Verwendung iron zwei Verzögerungsleitungen zur Lieferung von 256 Verzögenangs zeiten ergibt die Anordnung von 16 Anzapfungen bzv/. Abgriffen für jede Verzögerungsleitung eine kleinstmögliche Gesamtzahl von Anzapfungen.

Obgleich bei der vorstehend beschriebenen Ausführongsform die zweite angezapfte LC-Verzögerungsleitung der ersten angezapften Verzögerungsleitung nachgesehaltet ist, feinn diese Anschlußreihenfolge auch umgekehrt sein.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform ein und dieselbe Vor-

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richtung sowohl für das Aussenden als auch für das Empfangen der Welle benutzt wird, koinzidleren die Richtwirkungen bzw» Richtungen beim Senken und beim Empfang, wodurch ausgezeichnete Eigenschaften der Vorrichtung gewährleistet v/erden. Wenn die Bauteile gemäß Fig. 7 auf ein und derselben gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet sind, kann eine solche Anordnung als hochqualitative Verzögerungsleitung zur Erleichterung ihres Anschlusses betrachtet v/erden, weil die (betreffende) Adresse der Festwertspeicher (63) allen Verzögerungsschaltungen DC.» - DC-,ο gemeinsam ist. Da die Eichung bzw. der Abgleich der Verzögerungsschaltungen auf der Schaltungsplatte zusammen mit den verwendeten elektronischen Schaltungselementen erfolgt, ist der Genauigkeitsgrad der Verzögerungszeit hoch genug, wenn diese Bauteile in der Vorrichtung untergebracht sind. Außerdem kann der Frequenzgang der Verzögerungsschaltungen ohne weiteres auf bis zu 4 MHz erweitert werden.

Obgleich die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bei einer Ultraschalldiagnosevorrichtung mit Senderund Empfängerschaltungen verwendet wird, ist es ebenso möglich, die Erfindung nur auf eine Sendervorrichtung anzuwenden und ebenso eine Digitalvorrichtung als Sender zu benutzen und die Erfindung nur auf die Empfängervorrichtung anzuwenden.

Obgleich erfindungsgemäß weiterhin für die einzelnen Ultraschall-Wandlerelemente Treiberimpulsgeneratoren vorgesehen sind, ist es ebenso möglich, nur einen einzigen Treiberimpulsgenerator zu benutzen, und dessen Ausgangssignal an die einzelnen variablen Verzögerungsschaltungen anzulegen.

Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf ein Segmentabtastgerät begrenzt ist, sondern auch bei einer Kombination aus einem Linearabtast- und einem Segmentabtastgerät angewandt werden kann.

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Die Anwendung der elektronischen Fokussierung auf die beschriebene Ultrasclialldiagnosevorrichtung bietet den großen Vorteil, daß tomographische Bilder mit hoher Güte erzeugt werden können.

Selbst wenn die benutzte angezapfte Verzögerungsleitung eine gewöhnliche VerzögerungsZeitgenauigkeit besitzt, die für die Lösung der Erfindungsaufgäbe ungenügend ist, läßt sich erfindungsgemäß eine ausreichend genaue Verzögerungszeit ohne Beeinträchtigung des Frequenzgangs erreichen, während es ebenfalls möglich ist, die Ultraschallwellen für die gewünschte Azimutrichtung beim Senden und Empfangen der Ultraschallwelle mit genügend großer Genauigkeit zu steuern.

T7enn als beschriebene Verzögerungsleitung eine angezapfte LC-Verzögerungsleitung verwendet wird, kann darüber hinaus ohne weiteres ein dynamischer Bereich (Steilheit) von über 100 dB erreicht v/erden, so daß sich die Schaltkreiselemente und die peripheren Geräte wesentlich vereinfachen lassen. Da die Verzögerungsleitung ausschließlich durch die Adresse der Speichervorrichtung bestimmt wird und die Adresse für alle Kanäle gemeinsam gilt, kann die Zahl der Verbindungsleitungen beträchtlich verringert und dadurch die gesamte Steuerschaltung vereinfacht werden. Da die Einstellung für jeden einzelnen Kanal erfolgen kann, läßt sie sich sehr einfach durchführen.

Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Unregelmäßigkeit im Verzögerungszeitfehler vorhanden, so daß die Quantelung v/ahlfrei wird. Hierdurch wird die Regelmäßigkeit des Quantelungsfehlers ausgeschaltet. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Quantelungs-Nebenkeule verkleinert werden kann.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung keinesfalls auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt

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ist, vielmehr sind innerhalb des Rahmens der Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Änderungen möglich.

Fig. 10 veranschaulicht beispielsweise eine abgewandelte Ausführ ungs form der Erfindung, bei welcher eine Verzögerungsschaltung DC* durch zwei angezapfte LC-Verzögerungsleitungen 101 und 102 mit jeweils 16 Ausgangsanzapfungen, zwei identischen Übertragungs- bzw. Umschaltern 103 und 104 mit jeweils 16 Eingängen, die an die 16 Ausgangsanzapfungen der Verzögerungsleitungen angeschlossen sind, eine an die vier oteuereingangsklemmen A^ - A^ und B^-Br dieser Umschalter angeschlossene Speicherverklinkung 105 und einen Pufferverstärker 106 gebildet wird, der zwischen die Ausgangsklemme des ersten Umschalters 103 und die Eingangsklemme der zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung 102 eingeschaltet ist„ Diese Bauteile sind sämtlich auf derselben gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet .

Die Abtaststeuerschaltung 110 umfaßt eine Richtungsbezeichnungs- bzw. -kennschaltung 111, welche die Sende- und Empfangsrichtung der Ultraschallwelle bezeichnet, einen programmierbaren Festwertspeicher (PROI-I) 112, dessen Inhalt aktualisiert v/erden kann und in welchem die Zahlen der Schalter gespeichert sind, welche Verzögerungszeiten liefern, die genügend dicht an den Verzögerungszeiten für die betreffenden Verzögerungsschaltungen DC₁ - DC^2 unter Verwendung der durch die Richtungskennschal tung bezeichneten Richtung liegen, und eine Einschreibverklinkungskennschaltung 112, welche die Daten in eine Verklinkungsschaltung 105 auf jeder bzw. der betreffenden Schaltungsplatte bei jedem Frequenzimpuls einschreibt. Das Ausgangssignal des Speichers 112 wird an die Eingangsklemme der Speicherverklinkung 105 der betreffenden Verzögerungsschaltungen DC^ - DC-^p angelegt. Bei der beschriebenen Abtaststeuerschaltung 110 liefert die Richtungskennschaltung 111 ein aus acht Bits bestehendes Signal 00000000 entsprechend dem Azimutwinkel

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der Ultraschallwelle, während der programmierbare Festwertspeicher 112 eine Kombination von zu wählenden oclialterzahlen der betreffenden Verzöge rungs schaltungen DC, - DC^ ^an die .Jpeicherverklinkung dieser Versögerungsschaltunken anlegt. In Abhängigkeit vom Takt- bzw. Frequenzimpuls des Bezugssignalgenerators 31 wird das Ausgangssignal der Einsehreibverklinkungskennschaltung 114 an die opeicherverklinkung 105 angelegt, um das Ausgangssignal des Speichers 112 in die .'Jpeicherverklinkungsschaltung 105 einzuschreiben.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird die zu wählende Anzapf- bzw. Abgriffstellung der angezapften Verzögerungsleitung aller Verzögerungsschaltungen in eine einzige Festwertspeichervorrichtung eingeschrieben. Jede Verzögerungsschaltung läßt sich leicht und kostensparend herstellen, da die in der Festwertspeicherschaltung gespeicherte Abgriffposition durch die 3peicherverklinkungsschaltung beibehalten v/erden kann. Außerdem werden durch Änderung bzw. Abwandlung des Inhalts der einzigen Festwertspeichervorrichtung eine Änderung der Abtastrichtung, die Gewährleistung einer Verzögerung für die Fokussierung und die Hinzufügung einer Verzögerung für andere Zwecke vereinfacht.

Der Begriff "Festwertspeicher" soll sowohl programmierbare als auch löschbare Festwertspeicher umfassen. Da die Inhalte der Festwertspeicher im allgemeinen je nach den Verzögerungsleitungen unterschiedlich sind, sind erfindungsgemäß der programmierbare oder der löschbare Festwertspeicher außerordentlich zweckmäßig.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können in den einzelnen Verzögerungsschaltungen verschiedene Arten von Speichervorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Festwertspeicher, Speicherverklinkungsschaltungen usw.

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Anstatt die Adresse der Festwertspeichervorrichtung durch acht Bits zur Bezeichnung der 256 Richtungen des Ultraschallstrahls zu bilden, läßt sich eine höhere Qualität der tornographischen Bilder bei einer Ultraschalldiagnosevorrichtung erreichen, welche die Ultraschallsender- oder -empfängervorrichtung umfaßt, bei welcher 256 Richtungen mit acht Bits aus zehn Bits codiert bzw. verschlüsselt sind, welche die Adresse des Festwertspeichers darstellen, während die beiden restlichen Bits als Fokussierungsinformation benutzt werden.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

2811S44

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.

. . , . _ Tel.: 089/982085-87

Kawasaki-S in, Japan Telex: 0529802 hnkld

■■ Telegramme: ellipsoid

16. März 1978

Patentansprüche

1./Ultraschallsender oder -empfänger, dadurch gekennzeich^v~ net, daß er eine Anzahl von Ultraschall-Wandlerelementen, die auf einer Linie angeordnet sind, mehrere variable Verzögerungsschaltungen zur Anlegung einer vorbestimmten Verzögerungszeit an Treibersignale zur Ansteuerung der YJandlerelemente oder an die von letzteren empfangenen Signale und eine Abtaststeuerschaltung zur Steuerung der Richtwirkung bzw. Richtung (directivity) beim Aussenden und Empfangen der Ultraschallwellen aufweist, daß jede variable Verzögerungsschaltung eine angezapfte bzw. mit Abgriff(en) versehene Verzögerungsschaltung und eine Speichervorrichtung aufweist, in welcher die Positionen der Anzapfungen der angezapfen Verzögerungsschaltung gespeichert sind, daß der Inhalt der Speichervorrichtung durch das Ausgangssignal der Abtaststeuerschaltung auslesbar ist und daß die Anzapfungen der angezapften Verzögerungsschaltung in einer Reihenfolge entsprechend dem Inhalt der Speichervorrichtung wählbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Verzögerungsschaltung angezapfte bzw. mit

vl/Bl/ro

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Abgriffen versehene Analogverzögerungsleitungen, Schalter zur selektiven Verbindung der Anzapfungen der Verzögerungsleitungen und einer Speichervorrichtung mit einer Vielzahl von Adressen aufweist, welche der durch die Abtaststeuerschaltung bezeichneten Richtung des Aussendens bzw. des Empfangs des Ultraschallstrahls entsprechen, und daß Positionen von Anzapfungsinformationen der angezapften Analogverzögerungsleitungen in jeder Adresse gespeichert sind, um eine Verzögerungszeit zu gewährleisten, die ausreichend dicht an der optimalen Verzögerungszeit für die Richtwirkung bzw. Richtung des Sendens oder des Empfangs der Ultraschallwellen entsprechend jeder Adresse der Speichervorrichtung liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften Analogverzögerungsleitungen, die Schalter und die Speichervorrichtung nebeneinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung eine erste Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend einer Quanten-Verzögerungszeit und eine zweite Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend der Gesamtverzögerungszeit der ersten Verzögerungsleitung und einer Gesamtverzögerungszeit, die größer ist als diejenige der ersten Verzögerungsleitung, und mit einer Verzögerungszeit aufweist, die zur Gewährleistung des maximalen Ablenkwinkels der Ultraschallwellen-Rich-jwirkung erforderlich ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung zwei Analogverzögerungsleitungen mit jeweils sechzehn Anzapfungen bzw. Abgriffen umfaßt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung eine LC-Verzögerungsleitung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Speichervorrichtung eine Fes twe ^speichervorrichtung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung eine programmierbare oder eine löschbare Festwertspeichervorrichtung ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung eine Speicherverklinkungsschaltung (memory latch circuit) ist.

10, Ul traschall diagnose vorrichtung, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere längs einer Linie angeordnete ultraschall -Wandlerelemente zum Aussenden und Empfangen von ultraschallwellen, durch eine oder mehrere Treiber-. schaltungen zur Ansteuerung der Wandlerelemente, durch eine Anzahl von variablen Verzögerungsschaltungen entsprechend den jeweiligen Ultraschall-Wandler elementen zur Aufprägung einer vorbestimmten Verzögerungszeit axif das Ausgangssignal der Treiberschaltungen und ein von den Wandlerelementen empfangenes Signal, durch eine Abtaststeiaerschaltung zur Anlegung von Signalen an die jeweiligen variablen Verzögerungsschaltungen zur Bezeichnung der Richtwirkung bzw, BieSitung des Aussendens oder Empfangens der Ultraschallwellen, durch eine Einrichtung zur Wiedergabe oder A-ufzeichnung des durch die variablen Verzögerungssehaltungen Mndurchgelaufenen Smpfangssignals der Ultraschall-Wandlerelemente, sowie dadurch, -daß die variable Verzögerungssehaltung eine angezapfte bzw. mit Abgriffen versehene Analogverzogerungsleitung, einen Schalter zur

selektiven Verbindung der Anzapfungen der Verzögerungsleitung und eine Speichervorrichtung mit einer Vielzahl von Adressen entsprechend den Richtungen beim Aussenden und Empfangen der Ultraschallwelle umfaßt, in welcher die Positionen der Anzapfungen der angezapften Analogverzögerungsleitung gespeichert sind, die eine Verzögerungszeit liefern, welche ausreichend dicht an der optimalen, die Richtwirkung beim Aussenden und Empfangen der Ultraschallwelle bestimmenden Verzögerungszeit liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung eine erste Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend einer Quanten-Verzögerungszeit und eine zweite Verzögerungsleitung mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend der Gesamtverzögerungszeit der ersten Verzögerungsleitung und einer Gesamtverzögerungszeit, die größer ist als diejenige der ersten Verzögerungsleitung, und mit einer Verzögerungszeit aufweist, die zur Gewährleistung des maximalen Ablenkwinkels der Ultraschallwellen-Richtwirkung erforderlich ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung zwei Analogverzögerungsleitungen mit jeweils sechzehn Anzapfungen bzw. Abgriffen aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapfte Analogverzögerungsleitung eine LC-Verzögerungsleitung ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung eine Festwertspeichervorrichtung ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung ein programmierbarer oder ein
löschbarer Festwertspeicher ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung eine Speicherverklinkungsschaltung aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften Analogverzögerungsleitungen, die Schalter und die Speichervorrichtung, nebeneinander angeordnet sind.

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