DE2815549A1

DE2815549A1 - Verfahren und vorrichtung zur zerstoerungsfreien pruefung, insbesondere eingriffslosen untersuchung

Info

Publication number: DE2815549A1
Application number: DE19782815549
Authority: DE
Inventors: Ronald A Haverl; Philipp J Quedens; Milton Stoller
Original assignee: Mediscan Inc
Current assignee: SmithKline Instrument Inc
Priority date: 1977-07-11
Filing date: 1978-04-11
Publication date: 1979-02-01
Also published as: JPS54152378A; GB1591685A; FR2397665A1; JPS5448988A; NL7807355A

Description

PATENTANMELDUNG

MEDISCAN₇ INC.

45 South Satellite Road

South Windsor, Connecticut

USA

Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere eingriffslosen Untersuchung.

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NACHQHRSICHT

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere eingriffslosen Untersuchung innerer Körperschichten, vornehmlich weicher Körpergewebe und -organe, mittels Ultraschall. Sie hat speziell Bezug auf medizinische Ultraschallausrüstungen, insbesondere Impuls-Echo-Abtastvorrichtungen. Sie betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Obschon nicht darauf beschränkt, eignet die vorliegende Erfindung sich ganz besonders für die Anwendung in der diagnostischen Medizin. Geräte und Techniken zur eingriffslosen Untersuchung von weichen Organgeweben sind naturgemäss von besonderem Interesse. Die gegenwärtig bekannten Verfahren zur "Abbildung" von weichen Organgeweben sind die Röntgenstrahlen, Nuklearmedizin, Thermographie und, jedoch in geringerem Ausmass, Ultraschalldiagnostik. Hierzu ist festzustellen, dass Nuklearmedizin kein eingriffsloses Verfahren darstellt, Thermographie nur begrenzte Möglichkeiten bietet und der mittels konventioneller Röntgenstrahlen zu erzielende Informationsgrad ebenfalls begrenzt ist, da Röntgenstrahlen sich nicht gut für die Abbildung weicher Gewebe eignen. Desweiteren sind, mit Ausnahme von Ultraschalldiagnostik, Einschränkungen bei Abbildungsverfahren zu machen in Bezug auf Wiederholungen der Untersuchung bei unklaren Ergebnissen derselben. Im Falle der Nuklearmedizin z.B. kann es erforderlich werden, dass bei einer ergebnislosen oder unbefriedigenden Radioisotop-Abtastung den Patienten zu wiederholten Malen Radioisotop injiziert werden muss. Es kommt hinzu, dass Radioisotop-Abbildungsverfahren und Röntgenstrahlen sehr kostspielige Verfahren sind.

Die Ueberschalldiagnostik weckt immer grosser werdendes Interesse auf Grund ihrer Gefahrlosigkeit für den Patienten und der Abbildungsmöglichkeit von weichen Organgeweben, welche letztere mit keinem anderen Verfahren realisierbar ist. Die Ultraschalldiagnostik hat deshalb Eingang gefunden in der Obstretik und Gynäkologie, Kardiologie, Neurologie, Ophtalmologie und Urologie sowie ebenfalls in andere medizinische Disziplinen, wo das Abtasten und Abbilden der inneren Körperorgane von Interesse ist.

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In manchen Fällen können nichteingriffs lose Verfahren zur Untersuchung des Herzens, wie etwa Herzkatheterisierung und Angiographie, durch Ultraschallverfahren ersetzt werden. Die Ultraschalldiagnostik findet ebenfalls Anwendung bei der Diagnostik von Mitralstenosis. Trotz der weitgestreuten Anwendungsmöglichkeiten der Ultraschalldiagnostik scheiterte bisher eine noch konsequentere Anwendung derselben an der Unzulänglichkeit der Ultraschallgeräte nach dem Stand der Technik.

Die Geräte zur Ultraschalldiagnostik arbeiten entweder nach dem Echolotverfahren oder dem Dopplereffekt. Das Echolotverfahren, welches hauptsächlich für das Abtasten und Abbilden von weichen Körpergeweben verwendet wird, impliziert das Aussenden von kurzen Ultraschallimpulsen und die Aufnahme der von den anatomischen Strukturen im Körperinnern reflektierten Echos. Da das Zeitintervall zwischen der Aussendung eines Impulses und der Wiederkehr desselben als Echo Funktion der Entfernung der anvisierten Organstruktur vom elektromechanischen Wandler ist, liefert ein "Echogramm" sowohl ein Bild des Objektes als auch eine graphische Darstellung von Lageänderungen des Objektes. Die Wirkungsweise der Ultraschalldiagnostik beruht also auf der Reflexion von Ultraschallwellen an den verschiedenartigen Gewebestrukturen im Körperinnern. Bei einer Aenderung der Impedanzcharakteristik am Uebergang von einer Gewebestruktur zu einer anderen wird ein Bruchteil der einfallenden Energie reflektiert, wobei die Impedanz definiert ist als das Produkt der Gewebedichte und der Schallgeschwindigkeit. Obschon die weichen Gewebestrukturen entsprechenden Echos sehr kleine Amplituden haben, können sie doch in einem ausreichend empfindlichen Empfänger registriert werden. Die nichtreflektierten Schallwellen dringen tiefer in das Gewebe ein und werden gegebenenfalls aus grösseren Eindringtiefen reflektiert. Die maximale Eindringtiefe ergibt sich durch den Dämpfungsgrad, welche die Ultraschallwellen beim Durchqueren der Gewebe erfahren, wobei dieser Dämpfungsgrad definiert ist als die Intensitätsabnahme des Schallimpulses pro Wegeinheit bei seiner Fortpflanzung im Medium und den dabei entstehenden Energieverluste_nals Folge von Absorption und Streuung.

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Ultraschall-Diagnostikgeräte arbeiten mit einem elektromechanischen Wandler, welcher elektrische Signale in akustische Impulse umsetzt, welche letztere in die Gewebe des Patienten übermittelt werden. Der elektromechanische Wandler kann auch eine Doppelfunktion haben und als Empfänger dienen zum Empfangen der aus dem Körperinnern des Patienten reflektierten Ultraschallimpulse. Die in den Ultraschall-Körperabtastgeräten verwendeten Wandler sind meist piezoelektrische Elemente und bestehen unter anderem aus keramischem Material, wie z.B. aus synthetischem Blei-Zirkon-Titanat. Ein solches Ueberschall-Diagnostikgerät begreift ebenfalls einen Schwingungs erreger zum Erstellen der Impulsfolgefrequenz und einen linearen Leistungsverstärker welcher den Wandler über einen Ankupplungskreis erregt. Ein Entkuppler ermöglichst es, den Wandler sowohl als Sender als auch als Empfänger zu verwenden. Die empfangenen Impulse, d.h. die aus dem Körperinnern des Patienten reflektierten Echos, werden in bekannter Weise in elektrische Signale umgewandelt, welche elektronisch weiterverarbeitet und auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden. Die Abbildung auf einem Bildschirm geschieht normalerweise mittels einer Kathodenstrahlröhre, wobei der den Wandler steuernde Schwingungserreger ebenfalls zur Erzeugung einer Zeitbasisspur für die Abbildungsvorrichtung verwendet v/erden kann.

Damit das Gerät ein Maximum von Informationen liefert, müssen zweidimensionale Bilder von verschiedenen Organen oder interessierenden Körperregionen erzeugt werden. Dies wird erreicht durch Abtastbewegungen, wobei der Wandler hin und her bewegt wird, !lach dem Stande der Technik besteht die gebräuchlichste Methode des Abtastens im Kontaktabtasten, bei welchem der Wandler direkt auf die Haut des Patienten gelegt und schrittweise bewegt wird. Die erhaltene Information muss durch koordinierte Bewegungen des Wandlers optimiert werden, um ein aussagekräftiges Bild zu erhalten. Die Bedienungsperson muss entsprechend eine sehr grosse Gewandheit im Umgang mit dem Gerät haben um mit dieser bekannten Gerätebauart eine erfolgreiche Ultraschalluntersuchung durchführen zu können, wobei immer noch die Reproduzierbarkeit eines

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Untersuchungsergebnisses ausserordentlich schwierig war, da eine solche weitestgehend von der genauen Lage abhängig war, in welcher die Bedienungsperson den Wandler plazierte.

Die hohen Ansprüche, welche an die Gewandheit der Bedienungsperson gestellt werden mussten, sowie die ausserordentlich grosse Schwierigkeit in der Reproduzierung von Untersuchungsergebnissen waren zum Teil eine Folge der kleinen Abmessungen der verwendeten Kontaktwandler,wobei diese kleinen Abmessungen wiederum durch die Notwendigkeit bedingt waren, den Wandler möglichst eng an den Hautkonturen anliegen zu lassen. Die Ultraschall-Körperabtastgeräte nach dem Stande der Technik waren, auf Grund der Verwendung von Kontaktwandlern kleiner Abmessungen, ebenfalls durch ihre langsame Arbeitsweise gekennzeichnet, da das Auffinden der interessierenden Körperstelle erst nach einer Reihe von mit Irrtümern behafteten Abtastversuchen möglich war. Es muss bemerkt werden, dass die Kleinheit der Wandler, die Langsamkeit der Prozedur und die Schwierigkeit der Reproduzierbarkeit auch dem Umstand zugeschrieben werden müssen, dass die Wandler nach dem Stande der Technik und die zugehörigen Gerätschaften der Möglichkeit ermangelten, den Ultraschallenergiestrahl über die gesamte interessierende Gewebetiefe zu fokussieren sowie ebenfalls der Möglichkeit, die gewünschte Stelle leicht mit dem Schallstrahl anzuvisieren.

Ultraschall-Diagnostikgeräte nach dem Stande der Technik waren ebenfalls gekennzeichnet durch ein ungenügendes Auflösungsvermögen über den gewünschten Untersuchungsbereich im Körper; dieser Untersuchungsbereich liegt normalerweise in der Grössenordnung von 20 cm.Praktisch bedeutet dies, dass ein Ultraschall-Diagnostikgerät im Stande sein muss, Echtζeitaufnahmen von hoher Auflösung zu liefern. Die hierzu nötigen Merkmale, welche sich nur durch Minimisierung der Strahlbreite und der Nebenkeulen ergeben, hatte der Stand der Technik nicht aufzuweisen. Eine weitere Unzulänglichkeit der bisher bekannten Ultraschall-Körperabtaster ergab sich aus ihrem geringen dynamischen Umfang. Die refelktierten Echos von dem in den Körper entsandten Signal können über eine Bandbreite von 100 Dezibel variieren. Es ist

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nicht möglich die einer 100 dB Bandbreite entsprechenden 10 Grautöne zu registrieren. Es ist deshalb nach dem Stand der Technik üblich, die von den Echos erzeugten Signale durch die Verwendung von logarithmischen Verstärkern oder durch einfache Zeitgewinnkompensationskreise zu komprimieren. Durch diese Komprimierungsverfahren nach dem Stand der Technik ging jedoch ein grosser, in den empfangenen Signalen enthaltener Informationsgehalt verloren.

Wie schon kurz weiter oben vermerkt wurde, konnten die bisher benutzten Wandler nicht elektronisch fokussiert werden zwecks Erzielung von unterschiedlichen und einstellbaren Untersuchungstiefen. Die bisherigen Wandler waren durchwegs von flacher Bauart, hatten demnach keinen natürlichen Brennpunkt, und wiesen entsprechend grosse Seitenkeulen auf, welche Störsignale von achsabseits liegenden Zielen lieferten, wodurch auch Unklarheiten in der Entfernungsmessung auf Grund der unterschiedlichen Weglängen für Echos vom gleichen Objekt auftraten.

Zur Vermeidung der Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Gattung vorzuschlagen, welches klare und eindeutige Bilder des anvisierten Körperbereichs zu liefern verbürgt, bei leichter Reproduzierbarkeit der Resultate, schnellerer Arbeitsweise und mit weniger Ansprüchen an die Geschicklichkeit der Bedienungsperson. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung, insbesondere eingriffslosen Untersuchung innerer Körperschichten mittels Ultraschall, gekennzeichnet durch verschiedene Etappen und Massnahmen bei der Betätigung eines elektromechanischen Wandlers in der Weise, dass ein intermittierender Ultraschallenergiestrahl vorgewählter Brennweite erzeugt wird, dass dieser Ultraschallenergiestrahl in das zu untersuchende Objekt gerichtet wird, wobei der Brennpunkt des Strahles sich innerhalb des Objektes befindet, dass der Strahl mit einer ersten Geschwindigkeit abtastet in der Weise, dass der Strahlbrennpunkt einen Objektsektor bestimmter Tiefe bestreicht, wodurch Echos vom Objekt aufgefangen werden, welche

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Funktion unterschiedlicher Impedanz für den Durchtritt von Ultraschallenergie an unterschiedlichen Objektstrukturen sind, dass die aufgefangenen Echos bildlich dargestellt werden, dass der Strahl bei der Echoabbildung eines interessierenden Objektbereichs dieses erneut abtastet, und dass bei diesem neuerlichen Abtasten der Strahl auf eine Mehrzahl von unterschiedlichen Brennweiten eingestellt wird.

Weitere Merkmale des Verfahrens gehen aus den Kennzeichen der Ansprüche 2 bis 8 hervor.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung begreifend einen elektromechanischen Wandler in Form eines piezoelektrischen Kristalls zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet durch eine Anzahl koaxialer, kreisringförmiger Elektroden an wenigstens einer der Oberflächen dieses Kristalls, wodurch der Wandler beim Anlegen von elektrischen Signalen an genannten Elektroden einen gebündelten Schallstrahl erzeugt, durch ein Gehäuse, an welchem der Wandler befestigt ist und welches mit einer Austrittsöffnung für den vom Wandler erzeugten Schallstrahl versehen ist, wobei dieses Gehäuse einen nicht-gradlinigen Weg für den Schallstrahl zwischen dem Wandler und der Austrittsöffnung definiert, durch ein erstes flexibles Glied zum Verbinden der Gehäuseaustrittsöffnung mit dem Testobjekt, durch eine Flüssigkeitsfüllung in genanntem Gehäuse, wobei diese Flüssigkeitsfüllung als Uebertragungsmedium für den Ultraschallstrahl vom Wandler zu diesem ersten flexiblen Glied fungiert, durch einen im Gehäuse angebrachten akustischen Spiegel zwischen. dem Wandler und der Gehäuseaustrittsöffnung, wobei dieser akustische Spiegel den vom Wandler erzeugten Schallstrahl in Richtung der Gehäuseaustrittsöffnung reflektiert, durch einen Empfänger, welcher elektrisch mit dem Wandler verbunden ist und auf elektrische Signale anspricht, welche vom Wandler beim Empfang von Echos von den abgetasteten und in Bezug auf Echobildung unterschiedlich reagierenden Körperstruktüren erzeugt werden, wobei der Empfänger diese elektrischen Signale in einen Informationsgehalt aufweisende Ausgangssignale verarbeitet, durch an den

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Luplänger angeschlossene Mittel, wolcno auf die Ausgangssignale uuH Lnpfängers ansprechen und rim. Liidlicho vriederg abe von abget_a.;t.r-tc:i. OL jchtr-onen liefern , aurch ni\>.\ Steuersignale at g.-Jende Erregervoi^ichtung, unu durch Mittel zur Uebermittlung der von dieser Errcger^orrichtung abgegebenen Steuer-Eignale an die kreisringförmigen Elektroden des Wandlers.

Weitere Merkmale der Vorricntung ergeben sich aus untenstehenden Ausführungen und aus den Kenmreicnen der Ansprüche 10 bis A¹J.

Die Vorrichtung ist unter anderem durch die Möglichkeit gekennzeichnet, den Ultraschallenergiestrahl dynamisch zu fokussieren und den Strahl in mehreren , unterschiedlichen Gev/ebetiefen abtasten zu lassen, und zwar ohne dass hierfür der Ultraschallwandler gegenüber dem zu untersuchenden Körper eine Lageänderung erfahren müsste. Es kommt hinzu, dass das dynamische Fokussieren und die Mehrsehicntabzastung die Reproauzierbarkeit der Untersuchungsresultato gewährleisten, da diese Resultate nicht wie bisher gänzlich von einer bestimmten örtlichen Plazierung des Wandlers durcn die Bedienungsperson abhängig sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Ultraschallstrahl in einer vorgewählten Eindringtiefe fokussiert und sodann mit einer ersten Geschwindigkeit entlang einer Linie oder einer Mehrzahl von parallelen Linien abtasten gelassen. Sobald ein interessierender Bereich erfasst wird, wird der Strahl veranlasst diesen Bereich nochmals abzutasten, wobei dia Strahlbrennweite variiert wird.

Es ist auch möglich in Anwendung des Verfahrens die Vorrichtung mit einem Wandler mit natürlicher Brennweite zu versehen, d.h. einem passend geformten piezoelektrischen Kristall, welcher aktiv angetrieben wird.

Gernäss einem weiteren Aspekt ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines abtastenden Energiestrahls zur zerstörungsfreien Prüfung, bzw. eingriffslosen Untersuchung und einen elektromechanischen Wandler begreifend solcherart ausgeführt, dass der Wandler auf elektrische Steuer- bzw. Antriebssignale zur Erzeugung von Ultraschallenergie anspricht und die so erzeugte Ultra-

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schallenergie in Form eines eine Achse aufweisenden Strahles abgestrahlt wird, wobei ein im Wege des Ultraschallenergiestrahls befindlicher Reflektor die vom Wandler abgestrahlte Energie umlenkt. Hierbei bildet die Achse durch den -Mittelpunkt des Reflektors mit der Achse des Ultraschallenergiestrahls eine Gabel. Es sind Mittel vorgesenen, um den Reflektor in mindestens einer ersten Richtung um den Schnittpunkt genannter Achsen schwenken zu können, v/odurch der Ultraschallenergiestrahl einen bestimmten Bereich entlang einer Linie abtastet.

Der Reflektor kann ein steuerbarer akustischer Spiegel sein, welcher in geeigneter Weise gelagert ist um in beliebige Richtungen geschwenkt werden zu können. Die Lagerung des Reflektors begreift auch einflexibles Glied zur Abdichtung gegen die Flüssigkeit, in welcher die Ultraschallenergie sich zwischen dem Wandler und einem Prüfobjekt fortpflanzt. Die Reflektorlagerung begreift auch ein an der Rückseite des Spiegels befestigtes Glied mit einer tragenden Fläche in Kugelabschnittform. An diesem kugelförmigen Lagerglied befindet sich ein Antriebsbolzen, welcher mit der einen Extremität eines Schwenkarms im Eingriff steht, welch letzterem eine wippende Bewegung vermittelt wird, wodurch der Spiegel solcherart hin und her geschwenkt: wird, dass der Ultraschallstrahl entlang einer Linie abtastet. Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung sind auch Mittel vorgesehen, um die Abtastlinie in Querrichtung zu verschieben indem die Länge des Schwenkarms verändert wird. Das Abtasten entlang einer Linie geschieht insbesondere schrittweise, die Querverschiebung der Abtastlinie zur Durchführung einer Mehrzeilenabtastung ebenfalls vorzugsweise in Schrittform.

Gemäss einem weiteren Aspekt weist die Prüfungs- und Untersuchungsvorrichtung Mittel auf, um den Steuersignalen für den elektrisch angetriebenen Wandler eine bestimmte Wellenform mit minimaler Seitenkeulenbildung zu vermitteln, sowie Mittel, um diese Antriebssignale auf den Wandler zu übertragen.

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In Fortführung des Erfindungsgedankens v/ird der Wandler der Ultraachall-Körperabtastvorrichtung mit ein-^r Spannung, oder Spannungen, von ganz bestimmter Wellenform betrieben. Dies im Gegensatz zum Stand der Technik nach welchem die WandLerkris ta lie stosserregt werden und mit ihrer Eigenfrequenz sch.-/ingc-n. Die Erfindung sieht vor, dass die Antriebsspannung, oder JLe Antriebsspannungen, für den Wandler im Verfolg der vorgewählten Wellenform zuerst graduell bis zu einem Maximalwert ansteigen und anscnliessend graduell abnehmen. Besonders gute Resultate wurden erzielt mit einer Antriebsspannung von angenähert Gauss-Wellenform.

In einer bestimmten Ausführung ist auf dem Kristall des Wandlers eine Anzahl von ringförmigen koaxialen Elektroden vorgesehen, welche individuell mittels der vorgewählten Spannungswellenform angetrieben werden. Durch Aenderung der relativen Erregungszeiten der verschiedenen Elektroden dieser Anordnung kann die Brennweite des abgestrahlten Ultraschallstrahles verändert werden. Durch Veränderung der Frequenz des Antriebssignals für die Wandlerelektroden kann das Auflösungsvermögen oaer die Eindringtiefe des Ultraschallstrahles optimiert werden. Vollständigkeitshalber sei bemerkt, dass die Wandlerbrennweice auch durch andere Mittel als durch Veränderung der relativen Erregungszeit für die Elektroden realisiert werden kann.

Vorzugsweise wird die Antriebsspannung, oder die Antriebsspannungen, für den Wandlerkristall durch ein periodisches Signal erzeugt, welches in der Weise moduliert wird, dass eine Hüllkurve mit der gewünschten Wellenform entsteht. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt wenn solche modulierte Signale einem Wandlerkristall mit natürlicher Brennweite zugeführt wurden, d.h. einem Wandler, welcher nicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, eine ebene Abstrahlflache aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1, die perspektivische Gesamtansicht einer ersten Ausgestaltung eines Ultraschall-Körperabtastgeräts;

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Figuren 2A und 2B, die Vorderansicht- bzw. einen Schnitt uurch cine erste Ausgestaltung eines WandJerkrist-alls - zur "alternativen--"Verwendung im Apparat nach Figur 1; -. . : -.- .

." Figur--.3,..- die Rückansicht einer zweiten Ausgestaltung reines. Wandl^rkx-istalls zur alternativen Verwendung im Apparat nach Figur 1; - " . -..-■■ . . -

...'Figuren "4A und 4B,.eine Vorder-, bzw. eine Rückansicht einer v/eiteren -!Ausgestaltung eines Wandlerkristalis zur. alternativen Verwendung im Apparat nach Figur 1; : .. ,. Figur 5, einen Längsschnitt, durch den Wandlerkopf des . . Apparate:= nach Figur" If. . . . _"■ ". ...-"- . .

Figuren 6 und. 7, eine Draufsicht, bzw. eine Seitenansicht des Steuerinechanismus-für die Abtastbewegungen des Ultraschall— Strahls dm Apparat nach Figur 1; .. . . . . . ...

■;■-.- " Figuren SA. bis 8C, das Funktio.nsblockdiagraiiim eines elektrischen Steuerkreises"für den Apparat nach Figur 1; -

■■"Figur-9, die scheinatische Illustrierung der elektrischen Fokussierung eines Ultraschallwandlers; . .-..-."

.. Figur 10, sich, gemäss dem Steuerschaltkreis nach Figur 8 ergebende Wellenformdiagramme. . . ._ ...

In den Figuren-sind gleiche Teile mit gleichen. Referenzzahlen versehen. . - .. " "■■

,Die Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Ul.traschallgerätes zum Abtasten innerer Körperschichten. Das Abtastgerät . ; begreift einen pauschal mit 10 bezeichneten Abtastkopf in welchen .-ein..-Wandler und Mittel zum Steuern des vom-Wandler erzeugten -

untergebracht sind. .
Abtaststrahls. Vorzugsweise wird ein Wandler mit verhältnis-. ; .

massig grosser Äbstrahlflache verwendet. Desweiteren ist der verwendete Wandler dadurch gekennzeichnet, dass er eine natürliche .Brennweite aufweist. Da ein grossflächiger Wandler sich nur unvollkommen den Körperkonturen des Patienten anpasst, müssen flexible Glieder vorgesehen werden um die Ultrasehallenergie vom Wandler in den Körper des Patienten zu übertragen. In der gezeigten Ausgestaltung besteht das Uebertragungsglied aus einer elastischen Blase 12, welche mit Wasser und/oder einer anderen

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Flüssigkeit mit niedriger Schallabsorption gefüllt ist. Wie aus Figur 5 zu ersehen ist, ist die Frontfläche des eigentlichen Wandlerelements in diese Flüssigkeit in der Blase 12 eingetaucht. Dies bietet den wichtigen Vorteil eine Hochgeschwindigkeits-Sektorabtastung zu ermöglichen, ohne die Lage des Abtastkopfes gegenüber dem Körper des Patienten zu verändern. Durch das Vorsehen eines Zwischenraumes zwischen dem Wandler und dem Körper des Patienten ist es auch möglich, den Ultraschalienergiestrahl direkt in Hautnähe des Patienten fokussieren zu lassen.

Der Abtastkopf 10 ist an der freien Extremität eines pauschal mit 14 bezeichneten Gelenkarms montiert. Dieser Gelenkarm 14 ist solcherart ausgebildet, dass der Abtastkopf 10 gehoben, gesenkt und auf die Tragsäule 16 für den Arm 14 hin bewegt oder davon entfernt, sowie um die Achse der Tragsäule 16 geschwenkt werden kann. Der Abtastkopf 10 hat demnach sechs Freiheitsgrade, sodass jeder erdenkliche Punkt im zu untersuchenden Körper anvisiert werden kann und Objekte wie etwa Venen in ihrem Verlauf durch den Körper verfolgt werden können. Der Abtastkopf 10 ist mittels eines Gabelpaares 22, 24 am Arm 14 montiert, wodurch der Kopf eine gewisse Bewegungsfreiheit gegenüber dem Arm 14 erhält und damit der Kontakt zwischen der Blase 12 und dem Körper des Patienten optimiert werden kann. Am Arm 14, unmittelbar oberhalb des Kopfes 10, ist auch eine Bedienungstafel 18. montiert. Durch Betätigen der Tasten dieser Bedienungstafel 18 kann der Untersuchende den Abtastmodus des im Kopf 10 befindlichen Wandlers wählen und insbesondere die Abtastgeschwindigkeit, den abzutastenden Bezirk sowie die Abtasttiefe. Der Untersuchende kann ebenfalls vermittels der Bedienungstafel 18 photographische Aufnahmen von interessierenden Bereichen veranlassen. Die Bewegungen des Kopfes 10 werden physisch durch den Untersuchenden gesteuert, d.h. die Stellung des Abtastkopfes in Bezug auf den Körper des Patienten wird manuell geändert durch Verlagerung des Abtastkopfes mittels Handgriffen 20, 20'.

Ein Monitor 26, etwa ein konventionneller Fernsehempfänger, ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, an der Tragsäule für den Armmechanismus 14 montiert. Der Monitor 26 ist entsprechend

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orientiert, dass dem Untersuchenden ein Bild des gerade abgetasteten Bezirks dargeboten wird, wodurch er in der Lage ist zu beurteilen, ob der Abtastkopf sich in der richtigen Stellung befindet; das Bild liefert ebenfalls Informationen um gegebenenfalls den Abtastmodus zu ändern, zum Beispiel von einer schnellen zu einer langsamen Abtastung, und zum Betätigen der Kamera,

Die zur Funktion des Abtastapparates notwendigen Netzgeräte und Steuerschaltungen und ebenfalls die Schaltkreise zur Verarbeitung der empfangenen Signale sind in zwei Gerätescnränken 23 und 30 untergebracht. Der Geräteschrank 23 begreift unter anderem eine Hauptschalttafel, ein "A"- Abtast-Anzeigegerät welches normalerweise ^elne Braunsche -Röhre sein wird. Die Abtastwiedergaberöhre 32 zeigt die vom im Kopf 10 untergebrachten Wandler gelieferten Echosignale an, d.h. das Wiedergabegerät 32 zeigt die Echoamplitude über der Zeit (Tiefe) an, Die A-Abtastanzeige liefert der Bedienungsperson Informationen, welche an erster Stelle dazu verwendet werden, die Verstärkerkreise des Gerätes so einzustellen, dass gleiche Signalamplituden angezeigt werden für Echos, welche aus den verschiedenen Abtasttiefen aufgefangen werden. Die A-Abtastanzeige liefert sodann Informationen, welche auf Lichtbildern nicht leicht ^2U erkennen sind, wie etwa die Grosse der empfangenen Echos. Eine solche Information kann bei der Auslegung des Untersuchungsresultates von Interesse sein. Auf Grund der beim Beginn der Untersuchung vom Bildscnirm 32 gelieferten Informationen adjustiert die Bedienungsperson eine Zeitverstärkersteuerung, faktisch eine Kurvenverlaufssteuerung. Der Geräteschrank 30 enthält eine weitere Braunsche Röhre und eine Fernsehkameraröhre, welche zum Erzeugen und Uebertragen eines zweidimensionalen Bildes zurück zum Fernsehmonitor 26 dienen. Das auf der ßraunschen Röhre im Geräteschrank 30 angezeigte Signal ist das verarbeitete, vom Wandler erhaltene Rohsignal, sodass ein zweidimensionales Körperabtastbild erhalten wird. Eine Lichtbildkamera 34 ist im Geräteschrank 30 montiert, sodass bestimmte Abtastbilder festgehalten werden können; hierzu maclt die Kamera 34 auf ein Kommando von der Steuertafel 18, wie weiter oben beschrieben, eine Aufnahme des Bildes auf dem Schirm der Braunschen Röhre.

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In den Figuren 2 bis 4 sind verschiedene Wandler dargestellt, wie sie zur Durchführung der Erfindung verwendet werden können. Die Wandler bestehen aus einem Plättchen oder einer Scheibe aus piezoelektrischem Material, normalerv/eise einem keramischen Werkstoff wie Blei-Zirkonat-Titanat, und weisen vorzugsweise das gemeinsame Merkmal einer konkaven Front- oder Emissionsfläche auf mit einer konvexen Rückseite, wie aus Figur 23 zu ersehen ist. Diese Wandler können jedoch auch aus einem flachen Kristall bestehen, deren Frontfläche eine konkave akustische Linse zugeordnet ist. In diesem Falle wird die Linse normalerweise aus Kunststoff bestehen mit einem geeigneten Füllstoff zur Gewährleistung der gewünschten Fortpflanzungsgeschwindigkeit. Das Linsenmaterial sollte auch einen Absorptionskoeffizienten von Null aufweisen, eine auf diejenige des Kristalls abgestimmte Impedanz und einen Refraktionsindex welcher nicht eins ist.Die in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendeten Wandler haben in kennzeichnender Weise einen Brennpunkt in der Entfernung von 30 cm vom Wandlermittelpunkt. Für die Energiebeaufschlagung der Wandler mit einem elektrischen Signal zur Erzeugung eines Schallimpulses müssen die beidseitigen Flächen der keramischen Scheibe ganz oder teilweise mit einem elektrischleitenden Material beschichtet sein. Das Vorhandensein von solchen Elektroden in elektromechanischen Wandlern erlaubt ebenfalls das Auffangen von elektrischen Signalen ,welche vom piezoelektrischen Werkstoff als Reaktion von auf dieses Material in Funktion der empfangenen Echos ausgeübten Drücken erzeugt werden.

Figur 2 zeigt eine Wandlerelektrodenausgestaltung, welche sich besonders gut zur bildlichen Wiedergabe von Gewächsen eignet. In der Ausgestaltung nach Figur 2 ist die ganze Frontfläche der abgestimmten piezoelektrischen Platte 40 mit einer Schicht aus leit_enci_em Material 42, wie aus Figur 2B zu ersehen ist, belegt. Wie deutlich in Figur 2B zu erkennen ist, ist die Rückseite der Platte 40, mit Ausnahme von zwei ringförmigen Bezirken, ebenfalls vollständig mit dem Elektrodenmaterial beschichtet, wie bei 4 angedeutet. Die zwei ringförmigen Bezirke definieren in ihrem Mittelpunkt zwei getrennte Elektroden 44 und 46. Die Elektrode

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ist in der Achse des Wandlers angeordnet, während die Elektrode 4 6 gegenüber dieser Achse versetzt ist. Diese zwei separaten Elektroden 44 und 46 treten nur beim Empfang in -Funktion.

= In Figur 3 ist die Ansicht einer Elektrodenausgestaltung dargestellt, welche sowohl für die Front- als auch die Rückseite der gewölbten piezoelektrischen Platte Anwendung finden kann. . Die Elektrodenplatte nach Figur 3 1st gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von konzentrischen Ringen 49 aus Elektrodenmaterial ausserhalb der Plattenachse, wobei diese Ringe aus leitendem Material an den gegenüberliegenden Seiten des Wandlers miteinander fluchten. Die Verwendung einer Mehrzahl von konzentrischen Ringen aus Elektrodenmaterial, zumindest auf der Rückseite der piezoelektrischen Platte, gestattet eine elektronische Fokussierung des Wandlers, wodurch die Untersuchungstiefe um den Bereich der natürlichen Brennweite des Wandlers herum variiert werden kann ^ In der Ausgestaltung nach Figur 3 ist darüberhinaus der äussere Elektronenring 47 segmentartig ausgeführt. Diese Segmentringelektrode dient ausschliesslich zu Empfangszwecken. Es wurde festgestellt, dass zur Erzielung optimaler Ergebnisse der Durchmesser des Ringes' 47 kleiner als zehn Mal die Wellenlänge der übermittelten Ultraschallenergie sein und vorzugsweise etwa drei Wellenlängen betragen soll. ° - " ■-...."

^: Als Alternative zu der Elektrodenanordnung nach Figur 3 ist es möglich, einen ringförmigen Blei-Zirkonat-Titanat-Kristall zu· verwenden, mit einem Durchmesser entsprechend der halben Wellenlänge des übertragenen Ultraschallsignals, auf welchem die segmentförmigen Elektroden angeordnet sind. In diesem Falle würde ein gesonderter Uebertragungswandler auf der Achse dieses ringförmigen

"Wändlers angeordnet werden.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Wandlers für die Verwendung in der beschriebenen Apparatur. In dieser Ausgestaltung nach Figur 4 ist, wie aus Figur 4A ersichtlich, die ganze Frontfläche der abgestimmten oder fokussierten piezoelektrischen' Platte mit Elektrodenmaterial beschichtet. Die-Rückseite des Wandlers (Figur 4B) ist in punkto Elektrodenanordnung

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identisch mit derjenigen nach Figur 3, mit der Ausnahme, dass hier keine segmentierte äussere Elektrode vorgesehen ist. Die Brennweite des Wandlers nach Figur 4 kann elektronisch im Bereich der natürlichen Brennweite variiert werden.

Die separaten Elektroden gemäss Ausgestaltung nach Figur können auch bei den anderen besprochenen Ausgestaltungen vorgesehen werden.

Beim Betrieb des Gerätes zum Abtasten von Körperinnenschichten mittels Ultraschallimpulsen, insbesondere bei der B-Abtastung wobei das Ziel darin besteht, Reflexionspunkte mittels einer Bildröhre deutlich darzustellen, wird vom piezoelektrischen Wandler ein kurzer Impuls von Ultraschallenergie in Form eines enggebündelten Strahles in den Körper geschickt. Auf seinem Weg durch den Körper trifft dieser Strahl auf Gewebestrukturen und Trennschichten zwischen solchen Gewebestrukturen, welche einen Teil der einfallenden Energie Zurückstreuen. Die zurückkehrenden Signale oder Echos werden in elektrische Signale zurückverwandelt mittels eines Wandler-Empfängers welcher dasselbe Element wie der Senderwandler sein kann. Die Natur der in Richtung des Empfängerwandlers zurückgestreuten Echos ist ausserordentlich verschieden und hängt von der Natur der reflektierenden Gewebe ab. Eine im Vergleich zu der Wellenlänge der einfallenden Ultraschallenergie kleine Gewebestruktur wird die Energie etwa gleichmässig in alle Richtungen streuen, es wird also diffuse Reflexion vorliegen. Hingegen werden grosse flache Gewebestrukturen wie ein Spiegel reagieren und die einfallende Fnergie in einer Richtung reflektieren, sodass also hier ordentliche, d.h. Spiegelreflexion vorliegt. Im allgemeinen ergeben Körpergewebe eine Kombination von diffuser und Spiegel-Reflexion. In dieser Untersuchungstechnik wurde immer schon gewünscht, die von der diffusen Reflexion herrührenden Signale auf Kosten derjenigen von der Spiegelreflexion zu verstärken. Durch eine solche Verstärkung der von der diffusen Reflexion herrührenden Signale erhält man ein besseres Bild, da normalerweise die Spiegelechos um eine oder zwei Grössenordnungen stärker sind als diejenigen von der

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diffusen Reflexion. Die Verstärkung dieser Diffusreflexionssignale konnte bisher in ültraschalldiagnosegeraten für medizinische Zwecke nicht erfolgreich realisiert werden, zum Teil weil die starken Spiegelechos die schwächeren Streuechos "übertönen" und verwischen, und zwar sowohl was die Eindringtiefe d.h. die Reichweite,anbelangt, als auch die Azimutrichtungen. Dieses Verwischen der Streuechos ist zum Teil eine Folge des Vorhandenseins von Seitenkeulen in den übertragenen Signalen und damit in den Echos. Solche Seitenkeulen ergeben sich notwendigerweise durch Randeffekte bei einem durch Beugung begrenzten Energiestrahl. Ultraschall-Richtdiagramme haben demgemäss nicht nur eine zentrale Hauptkeule, durch welche der grösste Teil der Energie zurückkehrt, sondern auch Seitenkeulen durch welche achsenferne Signale eintreten können. Ist die Hauptkeule auf ein schwaches Echo hin gerichtet, so kann ein stärkeres achsenfernes Signal, wie ein Spiegelecho, in die Seitenkeulen eintreten und das schwache Signal verwischen welches sich auf der Achse befindet. Es muss auch bemerkt werden, dass sehr starke Echos die an die Wandler-Empfänger angeschlossenen Verstärker sättigen können mit der Folge eines "Ueberstrahlens" des Bildes der Braunschen Röhre und damit eines Verwischens schwacher Signale. Die Erfindung sieht vor, die Streureflexionssignale durch Verwendung eines separaten Empfängers in Form eines segmentierten Ringes zu verstärken. Wie bei der Beschreibung der Figur 3 schon gesagt wurde, kann der den Empfänger darstellende Elektrodenring in einzelne Elemente unterteilt werden, indem der äussere Elektrodenring an beiden Seiten des Wandlers in Form von Segmenten ausgeführt wird. Die Elektroden sind zyklisch miteinander verbunden, d.h. eine erste rückwärtige Elektrode ist mit einer zweiten Frontelektrode verbunden, die zweite rückwärtige Elektrode mit einer dritten Frontelektrode, usw. Die Elektroden sind auf diese Weise gleichsinnig in Reihe elektrisch miteinander verbunden. Wenn reflektierte Energie gleichmässig von der ganzen Oberfläche des Ringes empfangen wird, Merkmal einer diffusen Reflexion, so werden sich addierende Spannungen erzeugt. Ein Spiegelecho hingegen wird, wenn überhaupt, den Elektrodenring nur in einem oder zwei Bereichen, wo Empfängerringsegmente vorhanden sind , treffen. So wird, wenn beispielsweise der Empfänger zehn Elemente aufweist, ein diffuses Echo eine zehn Mal grössere Spannung erzeugen als ein gleichgrosses Spiegelecho, welches nur auf ein einziges Segment

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trifft.

Es ist natürlich auch möglich , anstatt alle Elemente in Serie zu schalten, jedes Paar von Front- und Rückelektrode an einen separaten Verstärker anzuschliessen und die verstärkten Signale in gewünschter Weise weiterzuverarbeiten. Beispielsweise könnten die verstärkten Signale aller Elektroden gemittelt werden um ein Resultat zu ergeben, welches das gleiche wäre wie dasjenige einer Serienschaltung. Auch könnten, wenn eine differenziertere Signalweiterverarbeitung gewünscht wird, alle mit ungefähr der gleichen Stärke empfangenen Echosignale für die Bildanzeige durchgelassen werden, während die Bildanzeige gesperrt würde, wenn eine grosse Diskrepanz in der Amplitude der am Segmentring empfangenen Signale auftreten würde.

Gemäss einer anderen Ausführung, mit welcher aussergewöhnlich gute Resultate erzielt worden sind, werden die Elektrodenringe der beiden Wandlerausführungen nach den Figuren 3 und 4 sowohl als Wandler- als auch als Empfangselemente verwendet. Die Verwendung sämtlicher Elektrodenringe für die Fokussierung im Wandlerbetrieb und für den Empfang ist besonders bei der Benutzung der Bauart nach Figur 4 von Vorteil.

In Figur 5 ist der Wandlerteil des Kopfes 10 des Ueberschall-Diagnosegerätes nach Figur 1 im Schnitt dargestellt. Die Hauptelemente dieser Wandlerbaugruppe sind der Schallgenerator und ein Abtastspiegel. Der Schallgenara tor begreift einer, fokussierten piezoelektrischen Kristall 40; der Spiegel ist mit der Referenzzahl 50 bezeichnet. Schallgenerator und Spiegel sind in einem Gehäuse 52 montiert, welches vorzugsweise aus einem Elastomer besteht oder aus einem anderen Kunststoff mit geeigneten Schallabsorptionskennzeichen. Das untere Ende des Gehäuses 52 (gemäss seiner in Figur 5 gezeigten Lage) wird mit dar Blase 12 verbunden, welche letztere ihrerseits mit dem Körper des Patienten in Kontakt gebracht wird. Das Gehäuse 52 wird mit einer geeigneten Schallübertragungsflüssigkeit gefüllt, in weLche die Front- oder Abstrahlfläche des Kristalls 40 und die Vorderfläche des Spiegels 50 eintauchen. Das zylindrische Unterteil des Gehäuses 52, durch welches der Ultraschallstrahl hindurchgeschickt und die Echos

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empfangen werden, ist, wie gezeigt, mit Rippen 54 versehen. Zweck". dieser Rippen 54 ist dLe Unterdrückung von Streurefiexionen, besonders von Seitenkeulen im vom Kristall 40 abgegebenen Signal. Ein Ring 5 6 welcher die Eintrittsöffnung für den schwenkbaren Spiegel 50 nach dem Hohlraum des Gehäuses 52 hin definiert,, dient ebenfalls zur Unterdrückung von Streureflexionen und von Randreflexionen des Spiegels 50. _ ■

In seiner Mittellage steht der Spiegel 50 winklig in Bezug zur Achse des zylindrischen Unterteils des Gehäuses 52, bzw..zu dessen Eintrittsöffnung, um auch Körperstreureflexionen auszuschalten, welche durch Verformungen der Blase 12 entstehen könnten. Der optimale Winkel X zwischen der Vorderfläche des Spiegels 50 in seiner Ruhelage und der Achse des scnallübertragendan Durchgangs im Gehäuse 52 wurde mit 15 als optimalem Wert gefunden. Der Mittelpunkt des Spiegels 50 liegt immer auf der verlängerten Achse durch das Zentrum des Wandlers 40.

Der Schallgenerator begreift ausser dem Kristall 40 einen Halter 120 für diesen Kristall. Der Halter 120 ist mit einem/Material 122 gefüllt, welches die von der Rückseite des . Kristalls abgestrahlte Energie absorbiert. Der Halter 120 nimmt '_-' auch die Leiter zu den Kristallelektroden auf und die nötigen Isolierungen, sowie Summierungs- und Vorverstärkerschaltkreise. -. Ein individueller Pulsgenerator, bestehend aus einer elektrischen Energiequelle niedriger Impedanz ist in herkömmlicher Weise direkt ^τ mit, jedem Elektrodenring des Wandlers verbunden. Beim Wandler nach Figur 4 sind alle Elektrodenringe ebenfalls an einen Summierungsschaltkreis angeschlossen, welcher .seinerseits mit einem Vorverstärker gekuppelt ist.

In der gezeigten Ausführung besteht der Spiegel 50 aus einer ebenen Scheibe aus rostfreiem Stahl. Der Spiegel ist mit Hilfe; eines geeigneten Klebemittels an einer Membrane 64 befestigt. Diese Membrane 64 ist, wie ersichtlich, an ihrer Peripherie ein-

- gespannt und fungiert solcherart als Abdichtung für das Gehäuse 52. Die Rückseite des Spiegels 50 ist mit Hilfe passender Mittel starr an einem halbkugelförmig geformten Glied 66 befestigt, welches ;als Kugelgelenk fungiert, wobei die vorerwähnte verlängerte

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Achse des Wandlers 40 durch den Mittelpunkt dieses Kugelgelenkes geht. Das Kugelglied 66 wirkt mit Lagerflächen an einer Supportplatte 67 zusammen, wobei die Membran 64 zwischen dieser Platte 67 und dem Gehäuse 52 eingespannt ist. Das Kugelglied 66 ist mit einem Ansatz versehen, an welchem eine Betätigungsstange 68 angreift. Der Stange 68 werden Bewegungen vermittelt, welche Abtastbewegungen des Spiegels 50 im Gefolge haben. Die Bewegungen der Betätigungsstange 68 werden, wie noch weiter unten bei der Besprechung der Figuren 6 und 7 zu erwähnen sein wird, durch einen Antriebsmechanismus gesteuert, von welchem ein Teil bei 70 dargestellt ist.

In den Figuren 6 und 7 ist der Antriebsmechanismus für den Spiegel 50 dargestellt, welcher unter anderem einen ersten oder Primärmotor 72 begreift, vorzugsweise als Schrittmotor ausgeführt, und einen zweiten Motor 74 zur Neigungssteuerung, welcher ebenfalls ein Schrittmotor sein kann. Der Motor 72 treibt eine Scheibe 86 über ein Kraftübertragungssystem begreifend eine Scheibe 76, Riemen 78 und 84 und eine Vorgelegewelie 80. Zwei Vorgeiegescheiben sind auf der Welle 80 unterhalb einer Supportplatte 81 montiert, während eine Schwungscheibe 82 oberhalb der Platte 81 auf der Welle 80 montiert ist. Die Scheibe 86 ist auf einer drehbaren Welle 88 aufgekeilt, auf welcher ebenfalls zwei nsteinandergekoppelte Nocken 90 und 92 montiert sind. Man hat zwei Nocken, deren Erhebungen einander direkt gegenüber liegen, vorgesehen und kann damit auf die Verwendung einer Feder verzichten, welche sonst die Exzenterrollen gegen die Nocken drücken müsste. Durch die Verwendung von zwei gekuppelten Nocken oder Exzentern 90 und 92 kann der Antriebsmotor 72 kleiner gehalten werden; dies gilt besonders bei hohen Drehzahlen bei welchen die Exzenterrollen zum Abheben von den Nocken neigen.

Das Zusammenspiel zwischen Nocken und Exzenterrollen kann deutlich aus Figur 5 ersehen werden. Die Exzenterrollen 94 und 96 sind an den einen Extremitäten von Armen 98 bzw. 100 montiert und wirken mit den Nocken 90 bzw. 92 zusammen. Die anderen Extremitäten der Arme 98 und 100 sind an einem senkrecht hierzu orientierten Betätigungsarm 102 befestigt. Am Arm 102 ist ein weiterer Betätigungsarm 103 (teilweise in Strichlinien dargestellt) in

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geeigneter Weise gelagert. Der Arm 103 folgt allen Querbewegungen des Arms 102, kann jedoch auch Längsbewegungen, d.h. Bewegungen in Richtung seiner Achse, in Bezug auf den Arm 102 ausführen. Beim Betätigen des primären Abtastmotors 72 werden die Nocken 90 und 92 in Rotation versetzt und damit der Betätigungsarm 102 in eine schwingende Bewegung, wobei dieser Arm 102 um einen Drehzapfen 104 schwingt. Diese schwingende Bewegung des Arms 102 wird mittels einer an der Extremität des Armes 103 vorgesehenen Verbindungsöse 70' auf die Antriebsstange 68 für den Spiegel übertragen. Auf diese Weise wird die Drehbewegung des primären Antriebsmotors 72 in eine Kippbewegung des Spiegels 50 verwandelt, wobei jeder Punkt desselben eine leicht bogenförmige Bahn beschreibt. Diese Spiegelbewegung wiederum hat ein Hin- und Herwandern des Brennpunktes des Ultraschallstrahls entlang einer Linie in bestimmter Tiefe im Körper des Patienten im Gefolge, wobei diese Tiefe durch die natürliche Brennweite des Kristalls 40 gegeben ist oder aber eine . durch die elektronische Fokussierung des Wandlers vorgewählte Tiefe sein kann.

Um die Abtastlinie im Körper des Patienten, ausgehend von der Lage des Gerätes gemäss Figur 6, nach links oder nach rechts zu verlegen, wird die Stellung eines Schwenkarms 106 durch das Betätigen des Schrittmotors 74 verändert, wobei der Antrieb des Schwenkarms 106 durch den Motor 74 über eine Schnecke 108 und ein Schneckenrad 110 erfolgt und der Schwenkarm 106 sich um einen Drehzapfen 112 dreht. Die der Verbindungsöse 70' gegenüberliegende Extremität des Armes 103 ist mit einer Auflagsfläche 113 versehen, welche am Schwenkarm 106 hin und herwandert, wenn der

der Arme
Arm 103 den Schwingbewegungen 102 folgt. Wird der Schwenkarm 106 verstellt, so wird die Abtastlinie verlagert indem der Spiegel 50 in im wesentlichen senkrechter Richtung zu der Abtastlinie gekippt wird, welche letztere durch die Bewegungsrichtung des von den Nocken 90 und 92 angetriebenen Armes 102 bestimmt ist.

Eine geschlitzte Scheibe 114 (Figur 7) ist auf der Welle 88 befestigt und läuft mit dieser um. Ein pauschal mit der Referenzzahl 116 bezeichneter photoelektrischer Sensor, begreifend eine Lichtquelle und ein hierauf ansprechendes Detektorelement, ist entsprechend montiert um das Vorbeilaufen des Schlitzes, oder der

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Schlitze, in der Scheibe 114 zu erfassen. Die vom Detektor 116 erzeugten Signale dienen zur Synchronisierung des Schirmbildes mit der Stellung des Spiegels 50.

In Figur 8 ist ein Schaltkreis-Blockdiagramm eines Steuersystems für eine bevorzugte Ausgestaltung der beschriebenen Apparatur dargestellt. Das Steuersystem nach Figur 8 ist für ein Zusammenwirken mit einem Wandler des Typs nach Figur 4 bestimmt, bei welchem die Kristallfrontfläche gänzlich mit einem elektrischleitenden Werkstoff beschichtet ist und die Kristalirückseite mit Elektroden versehen ist in Form einer Mehrzahl von konzentrischen Ringen, wobei die Steuerung nach Figur 8 spezifisch zum Betreiben eines Wandlers mit elf solcher Elektrodenringe gedacht ist. Ein stark schematisierter Schnitt der Elektrode ist in Figur 9 dargestellt, während die Figur 10 ein Wellenformdiagramm ist mit Angabe der Spannungen, welche an verschiedenen Punkten innerhalb des Steuerkreises nach Figur 8 auftreten.

Das Steuersystem nach Figur 8 begreift Schaltkreise um die Elektrodenringe auf dem Wandlerkristall in der richtigen Reihenfolge zu zünden und auf diese Weise die gewünschte Brennweite des abgegebenen Ultraschallstrahls herbeizuführen. Mit dem in Figur 8 gezeigten Steuerschaltkreis können sechs Zonen, d.h. Brennweiten, gewählt werden, wobei die Brennweite Z 3 die natürliche Brennweite des gewölbten Wandlerkristalls ist. Werden sämtliche elf Elektrodenringe gleichzeitig erregt, so weist der resultierende Ultraschallenergiestrahl die natürliche Brennweite Z3 des Wandlers auf. Der Steuerschaltkreis in der bevorzugten Ausführung der Erfindung begreift ebenfalls Mittel zur Wahl verschiedener Betriebsarten, Mittel zur Steuerung der Ultraschallabtastung wie weiter oben beschrieben, sowie Mittel zur Verarbeitung und bildlichen Anzeige und/oder Aufnahme empfangener Echos

Die verschiedenen Teilsysteme des Steuerkreises nach Figur 8 sprechen auf die Ausgänge eines Datenerfassungs- und Wiedergabetaktgebeis 200 an (Figur 8B). Der Taktgeber 200 erhält als Eingangssignale die Ausgangssignale eines Taktschrittgenerators 202 und ein Ausgangssignal von einem Betriebsart-Selektorkreis 204. Der Taktgeber 200 unterteilt die Ausgangssignale des Taktschrittgenerators 202 um in der richtigen Reihenfolge Taktimpulse

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zur Steuerung von Spannungsanstiegsgeneratoren 210 (Figur 8A), 244 (Figur 8C) und 272 (Figur 8D) abzugeben, und steuert die Messfolge eines Analog-Digital-Umformers 258 (Figur 8C). Der Taktgeber 200 erzeugt ebenfalls den sechs möglichen Abtasttiefen oder Brennweitenbereichen entsprechende Torsteuerungssignale für einen Brennweiten-Selektorkreis 206. Diese Torsteuerungssignale haben die Form von sechs Folgesteuerungsimpulsen gleicher Grosse.

Der Betriebsart-Wahlkreis 204 (Figur 8B) kann einen Speicher mit einer Flip-Flop Schaltung haben, welche gemäss der von der Bedienungsperson gewählten Betriebsart eingestellt wird. Der Selektor für "Suchabtastung (EXPLORE)/Feinabtastung (QUALITY)" gibt der Bedienungsperson die Möglichkeit beim Abtastvorgang zwischen einer Echtzeit- oder Suchabtastung zu wählen, bei welcher der Strahl mit einer ersten und verhältnismässig grossen Geschwindigkeit abtastet, und einer Feinabtastung, bei welcher der Ultraschallstrahl mit einer zweiten, geringeren Geschwindigkeit abtastet. Auf diese Weise kann nach der Entdeckung eines interessierenden Bezirkes durch Echtzeitabtastung eine Feinabtastung des gleichen Bereiches eingeleitet werden. Ein von einer Taste "Speichern/Nichtspeichern" (HOLD/UNHOLD) betätigter Schaltkreis, welcher Im Rahmen der vorliegenden Ausführungen nicht näher beschrieben zu werden braucht, stoppt bei seiner Ansteuerung das Speichern weiterer Informationen im Speicher, welcher den Empfänger-Wiedergabeteil des Systems begreift. Ein von/einer Taste "Aufnahme" (TAKE) betätigter Schaltkreis steuert die Funktion einer Kamera 34, mit welcher Momentaufnahmen gemacht und damit bleibende Aufzeichnungen der Abtastbilder erstellt werden können. Ein von einer Taste "Feldabtastung" (SECTIONS) betätigter Schaltkreis erzeugt ein Torsteuersignal zum Ansteuern des Motors 74, mit welchem die Mehrzeilenabtastung durchgeführt wird. Die Schalter zum Ansteuern des Betriebsart-Selektors 204 sind am Schaltbrett 18 (Figur 1) angebracht.

Betätigt die Bedienungsperson die Taste "Suchabtastung", so findet die Inbetriebnahme des Steuersystems in bekannter Weise statt,worauf. der Taktgeber 200 Folgesteuerungs-Torsignale an den

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Abtastzonenselektorkreis 206 abgibt, so wie vorstehend beschrieben. Der Abtastzonenselektorkreis 206 erhält als zweites Eingangssignal ein solches, welche durch Betätigen einer Steuertaste in Form eines Druckknopfes erzeugt wird ; am Steuerbrett 18 ist eine Mehrzahl dieser Steuertasten vorgesehen, darunter je eine gesonderte für jede der sechs möglichen Strahlbrennweiten. Der Abtastbereichselektorkreis 206 begreift einen Zähler, Tore und Relais welche auf Erhalt der beiden Eingangssignale ein digital-kodiertes Ausgangssignal abgeben entsprechend dem betätigten Abtastzonenselektorknopf dieses digital-kodierte Abtastzonensignal geht als Eingangssteuersignal an einen Abtastzonensteuerkreis 208 (Figur 8A). Der Abtastzonensteuerkreis 208 kann einen Digital-Analog-Funktionsgeber aufweisen, welcher eine gleichbleibende Ausgangsspannung erzeugt, deren Höhe der gewählten Abtastzone entspricht.

Die Ausgangsspannung des Abtastzonensteuerkreises 208 dient als Eingangssignal für den Spannungsanstiegsgenerator 210, wobei letzterer vom Taktgeber 200, wie weiter oben beschrieben, ein als Startsignal dienendes Torsignal empfängt. Der Spannungsanstiegsgenerator 210 begreift einen konventionell gesteuerten Kippspannungsgeber, welcher eine Spannungswelle in Sägezahnform erzeugt mit einer Steilheit, welche entsprechend dem Pegel der Eingangssignaie variiert, d.h., dass die Steilheit der Ausgangsspannung des Spannungsanstiegsgenerators 210 vom Eingangssignal bestimmt wird, welches der Spannungsanstiegsgenerator vom Abtastzonensteuerkreis 208 erhält. In Figur 1OA sind drei verschiedene Steilheiten der Ausgangssignale des Spannungsanstiegsgenerators dargestellt, welche Abtastzonen oder Strahibrennweiten Zl, Z3 und Z6 entsprechen.

Der Kippspannungsausgang vom Spannungsanstiegsgenerator 210 geht als Eingangssignal an eine Mehrzahl von identischen Spannungsvergleicherkreisen 212, deren Anzahl der"Anzahl von Elektrodenringen auf dem Wandler.entspricht. Ein jeder der Spannungsvergleicher 212 ist entsprechend geschaltet für den Empfang einer Eingangsvorspannung Vi bis Vn. Die Vorspannungen werden rr.it dem Momentanwert des Spannungsanstiegs vom Generator 210 in αen Vergleichern 212 verglichen. Die Vorspannungen oder

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Vergleicherpegel sind ebenfalls in Figur 1OA dargestellt. Sobald das Ausgangssignal des Spannungsanstiegsgenerators den Pegel der Vorspannungsvergleicher erreicht, gibt jeder Vergleicher individuell Torsignale an einen zugeordneten monostabilen Verzöger ungsmul ti vibrator 214 ab. Wie in Figur .10B angegeben, haben die Verzögerungsmultivibratoren vorgewählte Perioden. Wie aus vorstehenden Erläuterungen klar hervorgeht, ist die Torsteuerungszeit der Multivibratoren 214 Funktion der Steilheit des durch den Generator 210 erzeugten Spannungsanstiegs.

Jeder der Verzögerungsmultivibratoren 214 ist mit einem separaten Wellenformgenerator verbunden; einer der elf identischen Generatoren der gezeigten Ausgestaltung ist in Figur 8A pauschal mit 216 bezeichnet. Zweck der Wellenformgeneratoren ist das Erzeugen eines Impulses elektrischer Energie von vorgewählter Frequenz, z.B. 2,5 MHz, und das Modulieren dieses gemäss einer Gausschen Hüllkurve zu modulieren. Jeder der Wellenformgeneratoren 216 begreift einen Rechteckwellenoszillator 217 welcher von der Rückflanke des vom Verzögerungsmultivibrator 214, an welchen der Wellenformgenerator angeschlossen ist, erzeugten Ausgangsimpulses in Betrieb gesetzt wird. Der Oszillator 217 erzeugt ein Rechteckwellen-Ausgangssignal, welches dem Eingang eines Vorwärts-und Rückwärtszählers 218 zugeführt wird.Der Zähler 21c erzeugt seinerseits ein Eingangssignal für einen Dekoder 220. Dieser, welcher z.B. ein solcher wie der Dekoder Type 7442 von Texas Instruments sein kann, hat vier mit dem Zähler 218 verbundene Eingänge und, im gezeigten Ausführungsbeispiel, sechs Ausgänge, welche.über ein Widerstandsnetz mit den Widerständen Rl bis R6 mit den Eingängen von zwei Summierverstärkern 224 und ·■ 22 6 verbunden sind. Die Summierverstärker summieren den Strom durch die Gruppe von Widerständen, an welche der Verstärkereingang angeschlossen ist, und erzeugen ein Ausgangssignal in Funktion dieses Stromes. Die Ausgangssignale von den Summierverstärkern 224 und 226 gehen als Eingangssignale an einen Differentialverstärker 228. Der Wellenformgenerator 216 begreift ebenfalls einen Dividierkreis 222 für die Teilung durch zwei, welcher ein Signal vom Dekoder 220 zurück zum Zähler 218 zur Steuerung der Zählrichtung erzeugt. Die Figur IOC zeigt die Wellenform des am Ausgang ;

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des Differentialverstärkers 228 erscheinenden Signals. Wie ersichtlich, hat dieses Signal eine Gaussche Hüllkurve, d.h. dass das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 228 allmählich bis zu einem Maximalwert ansteigt und dann ebenso wieder abnimmt. Der Verlauf der Hüllkurve ist Funktion der Stärke der Widerstände Rl bis R6 und der Art und Weise, wie sie zwischen den Dekoder 220 und den Summierverstärkern 224 und 226 eingeschaltet sind.

Es ist zu bemerken, dass, wie sinnbildlich in Figur 8A dargestellt ist, die Frequenz des Oszillators 217 variiert werden kann. Auf diese Weise wird es möglich, die Antriebs frequenz für den Wandler zu verändern und diejenige zu wählen, welche ein Optimum an Auflösungsvermögen oder eine maximale Eindringtiefe des Strahls ergibt. Die Verwendung eines Wandlers ist möglich, wenn ein Kristall mit niedrigem Q-Faktor in Verbindung mit einem stark gedämpften System eingesetzt wird.

Die Ausgangssignale der Wellenformgeneratoren 216, wovon deren elf in der beschriebenen Ausführung vorgesehen sind, werden separaten Steuerverstärkern zugeführt. Diese Steuerverstärker sind in Figur 8A pauschal mit 230 bezeichnet und begreifen Linearverstärker mit regelbaren Rückkopplungswiderständen, wodurch der Verstärkungsgrad der Verstärker individuell regulierbar ist. Die Ausgänge der Steuerverstärker 230 werden individuell mit den zugehörigen Elektrodenringen des Wandlers verbunden; der Wandler ist in Figur 8A mit 232 bezeichnet. Aus dem gleichzeitigen Studium der Figuren 8 bis 10 gent hervor, dass bei der Wahl einer bestimmten Abtastzone durch das Betätigen eines dem Abtastzonen-Selektorkreises 206 zugeordneten und am Steuerbrett 18 angeordneten Steuerknopfes der relative Zündzeitpunkt der Elektrodenringe am Wandler 232 einander gegenüber verändert wird, wodurch die Brennweite oder Eindringtiefe des Ultraschallenergiestrahles verändert wird. Die Unterdrückung von Seitenkeulen wird begünstigt, wenn die Elektroden durch Verstärkungsregelung der Steuerverstärker "abgeschattet" werden, d.h. dass das Auftreten von Seitenkeulen durch Apodisation minimisiert wird, indem unterschiedlich hohe Steuerspannungen an den Elektrodenringen angelegt werden.

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Wie aus Figur 8B hervorgeht, geht ein weiteres Ausgangssignal des Taktgebers 200 als Eingangssteuersignal an einen Schrittmotor-Steuerkreis 234, welcher die - Steuersignale für den Schrittmotor 72 (Figur 6) erzeugt. Die Schrittmotorsteuerung 234 kann ein handelsüblicher Schaltkreis sein, welcher auf die vom Taktgeber 200 empfangenen Steuersignale anspricht und den Rotor-des Schrittmotors 72 veranlasst eine bestimmte Winkeldrehung -auszuführen. In der Betriebsart "Suehabtastung" dreht der Rotor des Motors.72 sich jeweils um einen Schritt bei jedem Kipp des Spannungsanstiegsgenerators 210. In der Betriebsart "Feinabtastung" vollführt der Rotor des Motors 72 auf Grund der Beeinflussung der Äusgängssignale des Taktgebers 200 durch die Betriebsartsteuerung 204 jeweils einen Schritt nach jeder sechsten Zündung des Wandlers 232. Wie weiter oben in den Kommentaren zu Figur 7 dargelegt wurde, ist : die Ausgangswelle des Schrittmotors 72 mit einem Indexsignalgeber, bestehend aus einer Zahnscheibe 114 und einer Sensoreinrichtung 116, gekoppelt. Das Ausgangssignal des Indexsignalgebers wird als Synchronisiersignal an einen Schrittzähler 240 zurückgekoppelt. Die MotorSteuerimpulse von der Schrittsteuerung 234 werden dem Zähler 240 als Eingangssignale zugeführt. Da deren Anzahl zur Vollführung der Abtastung eines: kompletten Sektors bekannt ist, kann der Zähler 240 Informationen liefern über den Kippwinkel <X des Spiegels 50 und damit über die Richtung des Ultraschallenergiestrahls, insbesondere ob dieser sich in der linken oder rechten Hälfte des abzutastenden Sektors befindet.. Auf Grund der bei der Beschreibung der figuren 5 und dargelegten Wirkungsweise des Antriebs ist es nicht notwendig, den Schrittmotor 72 vor der Auslösung der Zündung des Wandlers 232 zu reversieren, um die gewünschte Abtastschwenkbewegung des Spiegels 50 herbeizuführen.

Soll Mehrzeilenabtastung erfolgen, so betätigt die Bedienungsperson die Taste "Feldabtastung" am Steuerbrett 18, wodurch der Betriebsartwähler 204 veranlasst wird,- ein entsprechendes Signal an die Schrittmotorsteuerung 242 für den Motor 74 abzugeben. Die Motorsteuerung 242 erhält als Eingangssignal ,

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ebenfalls ein "Sektorende"-Signal von dem dem Motor 72 zugeordneten Schrittzähler 240. Weitere Eingangssignale für die Schrittmotorsteuerung 242 sind ein Signal von einem Schrittzähler 246 sowie Signale herrührend von Drehknöpfen am Kontrollbrett 18, wodurch die Bedienungsperson in die Lage versetzt wird, manuell den Abstand zwischen den Zeilen oder Sektoren und die Anzahl der gewünschten Zeilen zu steuern. Die Schrittsteuerung 242 veranlasst, auf Erhalt eines entsprechenden Signals von der Betriebsartsteuerung 204 und dem Auslöse- oder "Sektorende"-Signal vom Schrittzähler 240, den Schrittmotor 74 schrittweise vorzurücken, wobei die Schrittgrösse durch die Drehknopfeinstellung am Steuerbrett bestimmt ist. In der gleichen Weise wie für den Schrittmotor 72 erzeugt der Indexgeber 114 bis 116 ein Synchronisiersignal, welches auf den Zähler 246 zurückgekoppelt werden kann; dieser Zähler 246 erhält ebenfalls Motorsteuerimpulse von der Schrittsteuerung 242. Der Zähler 246 liefert der Steuerung 242 ein Signal in Funktion der Stellung seines Rotors und damit in Funktion der Winkelstellung r\. des Spiegels 50, welche Winkelstellung in der Steuerung 242 mit der durch die Drehknöpfe eingestellten, gewünschten Endstellung verglichen wird.

Weitere Einzelheiten der Schaltung sind in den Figuren 8C und 8D gezeigt. Sämtliche Elektrodenringe am Wandler 2 32 sind an den Eingang eines Vorverstärkers 250 für AnfangsSignalverstärkung angeschlossen. Die Ausgangssignale des Vorverstärkers 250 werden dem Eingang eines regelbaren Verstärkers 252 zugeführt. Der regelbare Verstärker 252 ist mit einer Intensitätsbegrenzungssteuerung ausgerüstet, z.B. in Form eines Potentiometers. Der Verstärker 252 erhält ebenfalls ein Zeitsteuerungseingängssignal vom Spannungsanstiegsgenerator 244. Der Spannungsanstiegsgenerator 244 begreift einen steuerbaren Kippspannungsgenerator. Die Steilheit der Ausgangsspannung des Generators 244 wird von der Bedienungsperson durch Betätigung einer Mehrzahl von Potentiometereingängen gewählt. Der Spannungsanstiegsgenerator 244 erhält in der weiter oben beschriebenen Weise ein Startsignal vom Taktgeber 200 und erzeugt ein Ausgangssignal, welches den Verstärkungsgrad des Verstärkers 252 zum Teil in Funktion der verflossenen

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Zeitspanne seit der letzten Zündung am Wandler 232 variiert. Der Arbeitsbeginn des Spannungsanstiegsgenerators 244 ist gegenüber demjenigen des Spannungsanstiegsgenerators 210 (Figur 8A) um einen Betrag verzögert, welcher der von der vom Wandler erzeugten Ultraschallenergie benötigten Zeit zum Erreichen der Hautlinie des Patienten entspricht. Durch Regulieren der Eingänge zum Spannungsanstiegsgenerator 244 kann die Bedienungsperson den Verstärkungsgrad des Verstärkers 252 so einstellen, dass die Amplitude der empfangenen Echos entsprechenden Signale Funktion der von der Ultraschallenergie zurückgelegten Entfernung ist, d.h. dass solche Signale, welche eine grössere Entfernung zurückgelegt und damit eine grössere Abschwächung erfahren haben, verstärkt werden im Vergleich zu Echos aus geringeren Tiefen. Der Ausgang des Spannungsanstiegsgenerators 244 kann bis zu vier unterschiedliche Steilheiten aufweisen, damit die Möglichkeit besteht, eine Echosignalverstärkung zu realisieren, welche eine Bildanzeige mit dem grössten Informationsgehalt gewährleistet.

Der Ausgang des Verstärkers 252 ist an einen Detektor angeschlossen. Der Detektor 256 erzeugt seinerseits einen Eingangsspannungspegel für einen Analog-Digital-Konverter 258, welcher in Funktion der Stärke der empfangenen Echos variiert und dabei der im Verstärker 252 durchgeführten Verstärkungskompensation Rechnung trägt. Der Konverter 258 tastet unter der Einwirkung von Zeitsignalen vom Taktgeber 200 in vorgewählten Intervallen, z.B. jede Mikrosekunde, den Ausgang- des Detektors 256 ab. Sowie (j_er Analog-Digital-Konverter 258 abgetastet wird, wird ein digital-kodiertes Signal entsprechend dem Momentanwert der Eingangsspannung zum Konverter 258 an einen Leitungspuffer abgegeben.

Der Puffer 260 begreift einen Zwischenspeicher für 4 χ bits. Der Puffer 260 sammelt die erhaltenen Daten welche anschliessend, gesteuert von einem Lade- und Entladesteuerkreis 260, einem dynamischen Speicher 264 zugeführt werden, welcher z.B. mit einem Serienschieberegister ausgestattet sein kann.

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Die Lade- und Entladesteuerung 260 steuert ebenfalls die Datenausgabe vom Speicherkreis 264 zu einem Grauskala-Kodeumformer 266. Die EingangsSteuersignale zur Lade- und Entladesteuerung, welche lediglich aus einer Mehrzahl von Torsteuerungskreisen zu bestehen braucht, werden vom Schrittzähler 240 und vom Zonensteuerkreis 206 hergeleitet. Die vom Zähler 240 dem Eingang des Lade- undEntladesteuerkreises 2 zugeführten Impulse bestimmen im Puffer 260 die Adresse, unter welcher die abgetasteten Daten gespeichert werden. Die vom Zonensteuerkreis 206 dem Lade- und Entladesteuerkreis 2 62 zugeführten Signale steuern das Laden und Entladen vom Puffer 260 und Speicher 264. Die gespeicherten Daten werden vom Puffer 260 in den Speicher 264 transferiert und zwar beim "Suchabtastbetrieb" jeweils nach Empfang aller von einer einzigen Zündung des Wandlers 232 herstammenden Echos, und im "Feinabtastbetrieb" nach jeweils sechs Impulsen.

Im nachfolgenden soll der Unterschied zwischen den Betriebsarten "Suchabtastung" und "Feinabtastung" noch näher erläutert werden. In der Betriebsart Feinabtastung rufen die durch den Betriebssteuerkreis 204 an den Eingang des Zonenselektorkreises 206 gelieferten Impulse, bzw. Steuersignale, einen Serienbetrieb der den Druckknopfwahlschaltern des Zonenselektorkreises zugeordneten Kontakten hervor. So wird z.B. in dieser Betriebsart "Feinabtastung" der Zonenselektorkreis serienweise Ausgangssignale nach dem Zonensteuerkrris 208 abgeben, entsprechend den sechs möglichen Brennweiten des Ultraschallenergiestrahles. Wie schon weiter oben erwähnt, erzeugt der Zonenselektorkreis 206 ebenfalls ein Steuersignal, welches der Lade- ind Entladesteuerung 262 die Wahl der Betriebsart "Feinabtastung" anzeigt. Dieses der Betriebsart "Feinabtastung" entsprechende Eingangssignal zur Lade- und Entladesteuerung veranlasst diese zur Erzeugung eines Signals, welches einen Eingang zum Leitungspuffer 260 nur zu Zeitpunkten ermöglicht, welche dem Empfang von Echos aus der von der automatischen Vorsteuerung gewählten Zone entsprechen. Dies bedeitet, dass

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bevor der Spiegel 50 des dargestellten Ausgestaltungsbeispiels in seine nächste Stellung gebracht wird, der Wandler 232 sechs Mal gezündet wird, dass für jeden dieser Impulse von Ultraschallenergie der Zeitpunkt der Abgabe von Steuersignalen an die Ringelektroden des Wandlers variiert wird und auf diese Weise jeder Impuls von Ultraschallenergie in einer unterschiedlichen Tiefe fokussiert wirdDie aus der der momentanen Stranlbrennweite entsprechendenZone aufgefangenen Echos, und nur diese, werden in den Leitungspuff er 260 eingespeist und wenn alle den Echos aus den sechs Zonen entsprechenden Signale in den Leitungspuffer 260 eingespeist worden sind, wird der Spiegel 50 in seine nächste Stellung gebracht und die gespeicherte information aus dem Leitungspuffer 260 in den Speicher 264 transferiert Aus der beschriebenen Funktionsweise des Gerätes geht hervor/dass mit der Erfindung die Möglichkeit einer Schnellabtastung und damit der Lieferung einer Echtinformation gegeben ist mit Hilfe eines Ultraschallenergiestrahls von fester, jedoch von der Bedienungsperson wählbaren Brennweite. In dieser Betriebsart "Suchabtastung", können Bewegungen wie etwa das Pulsieren der Blutgefässe auf dem Fernsehmonitorschirm 26 beobachtet werden. Wenn auf die Betriebsart "Feinabtastung" umgeschaltet wird, so wird die Abtastgeschwindigkeit des Strahls vermindert um zu ermöglichen, dass die Brennweite des Strahls automatisch verändert wird wenn der Wandler eine bestimmte Anzahl von Zündungen vollführt entsprechend der Anzahl der ansteuerbaren Fokuszonen, bevor der Strahl in seine nächste Stellung in der Abtastzor>e gebracht wird.

Da photographischer Film nicht linear ist, jedoch das Erzeugen gleichmässiger Schattenstufen für die verschiedenen empfangenen Echopegel wünschenswert ist, wird der Grauskala-Kodeumformer 266 benutzt. Der Umformer -2 66 erzeugt eine Uebertragungsfunktion wodurch die vom Speicherkreis. 264 abgegebene Information in Form von vier Bits in solche von sechs Bits umgewandelt wird entsprechend 64 diskreten Grautönen. Die · digitale Äusgangsinformation vom Umformer 266 geht an einen Digital-Anälog-Umformer 268. Der Ausgang dieses Umformers fungiert als Exngangsmodulationssignal für ein im Geräteschrank 30 untergebrachtes Oszilloskop 270.

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Figur 8d zeigt die Schaltkreise für die Synchronisierung des Schirmbildes mit dem Abtasten des Ultraschallstrahls. Der Wiedergabesteuerkreis für das Bild begreift einen Spannungsanstiegsgenerator 272, welcher Start-Steuerimpulse vom Taktgeber 200 erhält. Die vom Generator 272 erzeugte Kippspannung geht, als erster Eingang an zwei Analogmultiplizierschaltungen 274 und 276. Der Steuerkreis zur Bildwiedergabe begreift auch einen programmierten Mikrospeicher 278, welcher Signale von dem dem Schrittmotor 72 zugeordneten Zähler 240 erhält. Als Antwort auf die vom Zähler 240 abgegebenen Ausgangssignale, welche kennzeichnend sind für die momentane Winkelstellung -\ des Spiegels in Bezug auf seine Ausgangs- oder Nullstellung, gibt der Speicher 278 zwei digitale Signale ab entsprechend dem Sinus, bzw. dem Kosinus des momentanen Spiegelwinkels Λ . Diese Sinus- und Kosinussignale werden in Digital-Analog-Umformern 280, bzw. '282 in analoge Signale umgeformt und als zweite Eingänge den Multiplizierschaltungen 274, bzw. 276 zugeführt. Im Gefolge hiervon erzeugt die Multiplizierschaltung 274 ein Ausgangssignal, dessen Grosse mit dem Produkt des Sinuswertes des Momentanwinkels -X vom Spiegel 50 und dem verflossenen Zeitintervall seit Abtastbeginn variiert. In ähnlicher Weise erzeugt die Multiplizierschaltung 27 6 ein Ausgangssignal entsprechend dem Produkt des Kosinuswertes des Spiegelwinkels s{ und dem verflossenen Zeitintervall. Die Ausgangssignale der Multiplizierschaltung 276 gehen an einen Verstärker 284 und dessen Ausgänge wiederum steuern die X-Ablenkung des Oszilloskops 270. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 27 4 wird, in Abhängigkeit von der Einstellung eines Schaltersteuerkreises 286, entweder einem "rechte Hälfte"-Verstärker 288 oder einem "linke Hälfte"-Verstärker 290 zugeführt. Der Schaltersteuerkreis 286 wird vom Ausgang des Zählers 240 gesteuert und gewährleistet, dass das geeignete Verstärkerausgangssignal verwendet wird um das benötigte Y-Ablenkungssignal für das Oszilloskop 270 als Funktion der Stellung des Spiegels 50 zu erhalten. Figur 8D deutet die Anzeigenomenklatur an und zeigt die Notwendigkeit der Verwendung eines Schaltersteuerkreises 286 und von Verstärkern 288 und 290 um auf dem Bildschirm des Oszilloskopen 270 eine gute Wiedergabe der Abtastebene zu erhalten .Das

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Ausgangssignal der Verstärker 288, bzw. 290 wird als Y-Achsen-Ablcnkungssignal dem Oszilloskopcn 270 zugeführt.

In Figur 8C ist eine Fernsehkamera 292 dargestellt, welche im Geräteschrank 30 untergebracht ist und über eine Aufspaltplatte 294 das auf dem Bildschirm des Oszilloskopen 270 erscheinende Bild beobachtet. Das Ausgangssignal der Kamera 292 geht an den Fernsehmonitor 26 (Figur 1).

Die Standbildkamera 34 ist ebenfalls, unter Zwischenschaltung der Aufspaltplatte 294, auf das Bild des Oszilloskopen 270 gerichtet. Durch Betätigen der Taste "Aufnahme" am Betriebsart-Selektorkreis 204 kann die Bedienungsperson den Verschluss der Kamera 34 zur Aufnahme eines Lichtbildes jedesmal dann betätigen, wenn interessierende Details auf dem Fernsehmonitor erscheinen; diese bleibenden Aufnahmen ermöglichen dann ein nachträgliches Studium. Die Kamera ist mit einem automatischen Filmtransport ausgestattet, welcher jeweils nach dem Betätigen des Verschlusses in Funktion tritt.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur zerstörungsfreien Ultraschallprüfung, insbesondere eingriffslosen Untersuchung eines Objektes, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromechanischer Wandler in der Weise betätigt wird, dass ein intermittierender Ultraschallenergiestrahl vorgewählter Brennweite erzeugt wird, dass dieser Ultraschallenergiestrahl gegen das zu untersuchende Objekt gerichtet wird, wobei der Brennpunkt des Strahls sicn innerhalb des Objektes befindet, dass der Strahl mit einer ersten Geschwindigkeit abtasten gelassen wird in der Weise, dass der Strahlbrennpunkt einen Objektsektor bestimmter Tiefe bestreicht, wodurch Echos vom Objekt aufgefangen werden, welche Funktion unterschiedlicher Impedanz für den Durchtritt von Ultraschallenergie an unterschiedlichen Objektsstrukturen sind, dass die aufgefangenen Echos bildlich dargestellt werden, dass der Strahl bei der Echoabbildung eines interessierenden Objektberaiches veranlasst wird, diesen erneut abzutasten, und dass bei diesem neuerlichen Abtasten der Strahl auf eine Mehrzahl von unterschiedlichen Brennweiten eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anvisieren des zu untersuchenden Objektes durch den Ultraschallenergiestrahl die Massnahme begreift, den Strahl durch ein flüssiges Medium hindurch zu leiten und dieses flüssige Medium mit dem zu untersuchenden Objekt in Verbindung zu bringen indem ein flexibles Glied, welches das flüssige Medium zum Teil begrenzt, in Kontakt mit der Objektoberfläche gebracht wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtasten und das erneute Abtasten die Massnahme begreift, einen nichtlinearen Weg zwischen dem Wandler und dem zu untersuchenden Objekt vorzusehen, in diesen nichtlinearen Weg einen vom Strahl beaufschlagten akustischen Spiegel zu bringen und die Winkelstellung dieses Spiegels zu variieren.

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4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Variieren der Spiegelwinkelstellung während der Ultraschallabtastung mit einer ersten Geschwindigkeit die Massnahme begreift, den Spiegel in einer ersten Richtung schrittweise um eine Achse zu schwenken wobei der Brennpunkt des Ultraschallstrahls eine Linie innerhalb des Objektes beschreibt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel schrittweise in einer zweiten Richtung geschwenkt wird, welche im wesentlichen senkrecht zu genannter ersten Richtung verläuft, wobei die vom Strahlbrennpunkt beschriebene Linie verschoben und damit ein bestimmter Bereich innerhalb des Objektes abgetastet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erneute Abtasten durch den Ultraschallstrahl die Massnahme begreift, das Schwenken des abtastenden Strahles mit einer zweiten Geschwindigkeit, welche niedriger als genannte erste Geschwindigkeit ist, durchzuführen und zwar ebenfalls schrittweise.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtasten mit unterschiedlichen Brennweiten die Massnahme begreift, die Brennweite zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen bei der mit der zweiten Geschwindigkeit erfolgenden Abtastung zu verändern.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung der Untersuchungsprozedur die Frequenz der erzeugten Ultraschallenergie variiert wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 mit einem elektromechanischen Wandler in

Form eines piezoelektrischen Kristalls gekennzeichnet

durch eine Anzahl koaxialer, kreisringförmiger Elektroden (49) an wenigstens einer der Oberflächen dieses Kristalls (40), wodurch der Wandler beim Anlegen von elektrischen Signalen an genannten Elektroden (49) einen gebündelten Schallstrahl erzeugt, durch ein Gehäuse (52) , an welchem der Wandler befestigt ist und welches mit einer Austrittsöffnung für den vom

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Wandler erzeugten Schallstrahl versehen ist, wobei dieses Gehäuse (52) einen nichtgradlinigen Weg für den Schallstrahl zwischen dem Wandler und der Austrittsöffnung definiert, durch ein erstes flexibles Glied (12) zum Verbinden der Gehäuseaustrittsöffnung mit dem Testobjekt, durch eine Flussigkeitsfüllung in genanntem Gehäuse (52), wobei diese Flussigkeitsfüllung als Uebertragungsmedium für den Ultraschallstrahl vom Wandler zu diesem ersten flexiblen Glied (12) fungiert, durch einen im Gehäuse (52) angebrachten akustischen Spiegel (50) zwischen dem Wandler und der Gehäuseaustrittsöffnung, wobei dieser akustische Spiegel (50) den vom Wandler erzeugten Schallstrahl in Richtung der Gehäuseaustrittsöffnung reflektiert, durch einen Empfänger, welcher elektrisch mit dem Wandler verbunden ist und auf elektrische Signale anspricht, welche vom Wandler beim Empfang von Echos von den abgetasteten und in Bezug auf Echobildung unterschiedlich reagierenden Körperstrukturen erzeugt werden, wobei der Empfänger diese akustischen Signale in einen Informationsgehalt aufweisende Ausgangssignale verarbeitet, durch an den Empfänger angeschlossene Mittel, welche auf die Ausgangssignale des Empfängers ansprechen und eine bildliche Wiedergabe von abgetasteten Objektzonen liefern, durch eine Steuersignale abgebende Erregervorrichtung, und durch Mittel zur Uebermittlung der von dieser Erregervorrichtung abgegebene Steuersignale an die kreisringförmigen Elektroden (49) des Wandlers.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerkristall (40) entsprechend geformt ist, um eine natürliche Brennweite aufzuweisen.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale abgebende Erregervorrichtung eine Mehrzahl von Signalgebern (2Ib)begreift, wobei die Anzahl dieser Signalgeber die gleiche ist wie diejenige der Ringelektroden am Wandlerkristall.
12. Vorrichtung nach Ansoruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der genannten Signalgeber Mittel zur Erzeugung eines Signals mit einer bestimmten Wellenform begreift, und Mittel

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zum selektiven Variieren der Zeitdauer dieses Signals bestimmter Wellenform, wodurch die relative Einwirkdauer der Signale auf die Ringelektroden variiert werden kann und damit die Brennweite des ültraschallenergiestrahls.
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des Strahls im Bereiche seiner natürlichen Brennweite variierbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung von Signalen mit bestimmter Wellenform jedes einen Oszillator(217)begreift und einen Modulator zum Modulieren der Ausgangssignale dieses Oszillators zwecks Erzeugung einer Hüllkurve in Form einer Welle, welche allmählich bis zu einem bestimmten Maximalwert ansteigt und anschliessend allmählich abfällt.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum selektiven Variieren der Zeitdauer genannter Signale von bestimmter Wellenform jedes einen Torsignalgeber(214)begreift zur Erzeugung eines Torsignals zur Steuerung der Abgabe eines Signals durch genannten Oszillator, und Mittel (212) zum Erzeugen eines Steuersignals für diesen Torsignalgeber, wobei genannte Steuersignale manuell regelbar sind zum Verändern der Zeitdauer der Torsignale.
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsfrequenz eines jeden der genannten Oszillatoren verändert v/erden kann.
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 16, gekennzeichnet durch Mittel zum Verstellen des akustischen Spiegels (50) um den Brennpunkt des ültraschallenergiestrahls entlang einer Linie abtasten lassen zu können.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verstellen des akustischen Spiegels (50) um der. Mittel zum Kippen des Spiegels begreifen, durch welche der Ultraschallenergiestrahl veranlasst wird,in einer ersten Richtung entlang einer Linie abzutasten, und zweite Mittel zum Kippen des Spiegels in einer zweiten Richtung im wesentlichen senkrecht zur ersten, wodurch genannte Abtastlinien verschoben werden.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass der äussere Ring der am Wandler angebrachten ringförmigen Elek troden(49)aus Segmenten(47)besteht,wobei der Durchmesser dieses segmentierten Elektrodenringes kleiner ist als zehn Wellenlängen der Frequenz der erzeugten Ultraschallenergie.
20. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung und eingriffslosen Untersuchung von Objekten, begreifend einen elektromechanischen Wandler mit einem piezoelektrischen Kristall zum Erzeugen eines Ultraschallenergiestrahls bei elektrischer Anregung dieses Kristalls, tragende Elemente für den Wandler, wodurch die erzeugte Ultraschallenergie einem zu untersuchenden Körper übermittelt werden kann, einen Empfänger, welcher elektrisch mit dem Wandler verbunden ist und auf vom Wandler erzeugte elektrische Signale anspricht, wenn der Wandler aus dem Körper zurückkehrende Ultraschallenergie empfängt, welche von dort von Grenzschichten zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Ultraschall-Uebertragungseigenschaften reflektiert wurden wobei genannter Empfänger die elektrischen Signale in ein einen Informationsgehalt aufweisendes Ausgangssignal verarbeitet,und Mittel für den aktiven Antrieb des Wandlerkristalls, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines Ausgangssignals variabler Frequenz mit einer bestimmten Wellenform, und Mittel zur Brennweitenänderung des Wandlers.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel für den Wandler einen frequenzveränderlichen Oszillator(217)zur Erzeugung periodischer Ausgangssignale als Antwort auf Torsignale begreifen, einen auf die Ausgangssignale des Oszillators ansprechenden Modulator zur Erzeugen amplitudenmodulierter Signale, welche allmählich von einem Minimal- zu einem Maximalpegel hin ansteigen und anschliessend allmählich wieder auf einen Minimalpegel abfallen, Mittel zum Uebertragen dieser amplitudenmodulierter Signale an den Wandler, und Mittel zur Erzeugung von Torsteuersignalen für genannten Oszillator.
22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass am Wandlerkristall eine Anzahl von ringförmigen Elektroden (49)angeordnet ist und dass die amplitudenmodulierten Signale jeweils bestimmten Elektroden dieser elektrodenanordnung zugeführt werden.

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23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verändern der Brennweite Mittel begreifen zum selektiven Einstellen der jeweiligen Zeitdauer der Erzeugung genannter amplitudenmodulierter Signale zwecks Veränderung der Wandlerbrennweite auf elektrischem Wege.
24. Vorrichtung zur Erzeugung eines Abtastenergiestrahls für zerstörungsfreie und eingriffslose Untersuchung begreifend einen Wandler, welcher auf elektrische Steuersignale zur Erzeugung von Ultraschallenergie anspricht, wobei die solcherart erzeugte Ultraschallenergie in Form eines Strahles mit einer Strahlachse abgestrahlt wird, einen im Weg des vom Wandler abgestrahlten Ultraschallenergiestrahls angeordneten Reflektor (50), wodurch die Ultraschallenergie auf eine erste Fläche des Reflektors (50) auftrifft und dadurch die Fortpflanzungsrichtung des Ultraschallenergiestrahls geändert wird, dadurch gekennzeichne' dass die Achse durch den Mittelpunkt des Reflektors (50) die Achse des Ultraschallenergiestrahls schneidet und dass Mittel vorgesehen sind, den Reflektor (50) in mindestens einer ersten Richtung um den Schnittpunkt beider Achsen zu schwenken, wodurch der Ultraschallenergiestrahl veranlasst wird, entlang einer Linie abzutasten.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schwenken des Reflektors (50) eine Schwenkbewegung dieses Reflektors (50) um den Schnittpunkt der genannten beiden Achsen hervorrufen.
26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schwenken des Reflektors (50) ein Lagerelement (66) begreifen, welches an einer zweiten, genannter ersten Fläche des Reflektors (50) gegenüberliegenden Fläche befestigt ist, eine Lagerplatte (67) mit einer Lagerfläche zum Zusammenwirken mit dem Lagerelement (66) , sowie an diesem Lagerelement (66) angreifende Antriebsmittel, welche dem Lagerelement (66) eine Bewegung vermitteln, wodurch der Reflektor (50) geschwenkt wird.

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27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schwenken des Reflektors

(50) einen Antriebsbolzen (68) begreifen, welcher an einer zweiten, genannter ersten Fläche des Reflektors (50) gegenüberliegenden Fläche befestigt ist, einen ersten Motor (72) und eine erste, mit dem Antriebsbolzen (68) verbundene und vom Motor (72) angetriebene Nockenanordnung, durch welche dem Antriebsbolzen (68) eine Schwenkbewegung vermittelt wird.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Schwenken des Reflektors (50) ein an genannter zweiten Fläche desselben angebrachtes Lagerelement (66), dessen tragende Fläche halbkugelförmig ausgebildet ist sowie eine Lagerplatte (67) mit einer mit dieser halbkugelförmigen Fläche zusammenwirkenden Lagerfläche begreifen, dass das eine Ende des Antriebsbolzens (68) am Lagerelement (66) befestigt ist, und dass der Antriebsbolzen (68) mit der Nockenanordnung in Wirkverbindung steht.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Achsen sich im Mittelpunkt der durch das halbkugelige Lagerelement (66) definierten Kugel schneiden und dass der Reflektor (50) um diesen Punkt geschwenkt wird.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine erste Nockenanordnung mit zwei gekoppelten Nocken (90, 91) welche vom genannten ersten Motor (72) angetrieben werden, durch zwei Nockenrollen (94, 96), welche den beiden gekoppelten Nocken (90, 92) zugeordnet sind,

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durch ein Armelement (98, 100, 102) an welchem die Nockenrollen (94, 96) gelagert sind, wobei das Armelement (98, 100, 102) in der Nähe seiner ersten Extremität in einem Drehpunkt (104) beweglich gelagert ist, um den Antriebsbewegungen der Nocken (90, 92) folgen zu können, und die zweite Extremität des Armelementes (98, 100, 102) mit dem An'triebsbolzen (68) verbunden ist.
31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 bis 30, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (52) in welchem der Wandler untergebracht ist, und welches eine Ausgangsöffnung für ültraschallenergie aufweist und einen Fortpflanzungsweg für die Ultraschallenergie durch ein flüssiges Medium hindurch zwischen dem Wandler und genannter Ausgangsöffnung definiert, und durch Mittel zur Lagerung des Reflektors (50) im Gehäuse (52), wobei der Reflektor (50) mindestens teilweise in die den Fortpflanzungsweg definierende Flüssigkeit eingetaucht ist und die Lagerung des Reflektors (50) am Gehäuse (52) eine Bewegung des Reflektors (50) erlaubt.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerungselemente für den Reflektor (50) ein flexibles, am Reflektor (50) befestigtes Glied (64) begreifen, welches als Abdichtung gegen Flüssigkeitsleckage aus dem Gehäuse (52) fungiert.

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33. Vorrichtung nach Anspruch 26 mit einem Wandler zum Erzeugen eines Ultraschallenergiestrahls, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel erste Mittel zum Hervorrufen einer Schwenkung des Lagerelementes (66) begreifen, wodurch der Strahl entlang einer Linie abtasten kann, und zweite Mittel zum Hervorrufen einer Schwenkung des Lagerelernentes (66) zwecks Verschiebung der Abtastlinie im wesentlichen senkrecht zu ihrem Verlauf, wodurch der Strahl flächig abtastet.
34. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkmechanismus einen Antriebsbolzen an einer zweiten,genannter ersten Seite des Reflektors (50) gegenüberliegenden Seite begreift, Armelemente (102, 103), welche mit einer ersten Extremität am Antriebsbolzen (68) angreifen und längenveränderlich sind, ein Lager (104) zur drehbaren Aufnahme der Armelemente (102, 103) in der Nähe ihrer zweiten Extremität, wobei das Lager (104) eine beschränkte Längsverschiebung mindestens eines Teils der Armelemente (102, 103) zwecks Veränderung deren effektiver Länge zulässt, einen ersten Motor (72) , einen ersten Nockentrieb(90,92,94,96) zum Betätigen der Armelemente (102, 103) und vom genannten ersten Motor (72) angetrieben, wobei der erste Nockentrieb(90,92,94,96) den Armelementen (102, 103) eine oszillierende Bewegung vermittelt, einen zweiten Motor

(74) und eine zweite, von diesem zweiten Motor (74) angetriebene Nockenanordnung (106, 113) wobei die zweite Nockenanordnung (106, 113) mit den Armelementen (102, 103) zusammenwirkt zum Verändern der Lage der ersten Extremität des Armelementes (103) entlang dessen Längsachse, wodurch der Antriebsbolzen (68) sich unter der Wirkung der Bewegung genannter ersten Nockenanordnung (90,92) in einer ersten Richtung bewegt ,und in einer zweiten Richtung, im wesentlichen senkrecht zu genannter ersten Richtung verlaufend unter der Wirkung der Bewegungen genannter zweiten Nockenanordnun (106, 113).
3 5. Vorrichtung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch ein Lagerelement (66) an einer zweiten, genannter ersten Seite des Reflektors (50) gegenüberliegenden Seite, wobei das Lagerelement (66) eine kugelig gewölbte Lagerfläche aufweist, eine

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Lagerplatte (67) mit einer entsprechend geformten und mit genanntGir Kugeligen LagerTitictye· (66) zusammenwirkende fläche, wobei die eine Extremität des Antriebsbolzens (68) am Lagerelement (66) angreift, der Bolzen (68) durcii eine Oeffnung in der Lagerplatte (67) hindurchtritt und dort von den Armelementen (102, 103) beaufschlagt wird.
36. Vorrichtung nach den Ansprüchen 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (50) aus einem ebenen Plattenspiegel besteht, wobei die Achse durch den Mittelpunkt des Reflektorspiegels (50) senkrecht zu seiner Oberfläche verläuft.
37. Vorrichtung nach den Ansprüchen 35 und 3g, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Achsen sich im Mittelpunkt der vom Lagerelement (66) definierten Kugel schneiden und dass der Reflektor (50) um diesen Mittelpunkt geschwenkt wird.
3 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 34 und 37, dadurch gekennzeichnet, dass genannter erster Nockentrieb aus zwei zusammengekoppelten Nocken (90, 92) besteht, welche letztere von genanntem ersten Motor (72) angetrieben werden, sowie aus zwei den zusammengekoppelten Nocken (90, 92) zugeordneten Nockenrollen (94, 96), welche ihrerseits mit den Armelementen (102, 103) in Wirkverbindung stehen.
39. Vorrichtung nach den Ansprüchen 27, 34 und 38 dadurch gekennzeichnet, dass genannter erster Motor (72) ein Schrittmotor ist, dass Mittel zur Erzeugung von Steuerimpulsen zum Betrieb dieses Schrittmotors (72) vorgesehen sind sowie Mittel zur Uebertragung der Wellenbewegung dieses ersten Schrittmotors (72) auf genannten ersten iiockentrieb (90, 92, 94, 96).
40. Vorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung des Gehäuses (52) eine Achse aufweist, deren Richtung in einer bestimmten Beziehung zu derjenigen der Achse senkrecht zur Oberfläche des Reflektors (50) in dessen nicht abgelenkter Stellung steht.

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41. Vorrichtung rrach den Ansprüchen 32 bis 39 _f dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (52) eine Austrittsöffnung mit einer Längsachse aufweist, Mittel zur Lagerung des Wandlers sowie Mittel (66, 67) zur schwenkbaren Lagerung des Reflektorspiegels (50) zwecks Veränderung von dessen Winkelstellung in Bezug auf die Bewegungsrichtung der auftreffenden und vom Wandler erzeugten Ultraschallenergie.
42. Ultraschalluntersuchungsvorrichtung mit einem elektrisch erregten elektromechanischen Wandler zur Erzeugung eines Ultraschallenergiestrahls und Mittel begreifend zur Erzeugung eines Steuersignals für den Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal eine bestimmte, eine möglichst geringe Seitenkeulenstrahlung ergebende Wellenform aufweist, sowie durch Mittel zum Uebertragen dieses Steuersignals an den Wandler.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42 ,dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erzeugen genannter Steuersignale einen Oszillator (217) begreifen Mittel zum Inbetriebsetzen dieses Oszillators, sowie Mittel zum Modulieren der Ausgangssignale dieses Oszillators zum Erzeugen eines periodischen Steuersignals, dessen Grosse allmählich bis zu einem Maximalwert zunimmt und anschliessend allmählich wieder abnimmt.
44. Vorrichtung nach Anspruch 43 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Modulieren ein periodisches Signal mit einer Hüllkurve erzeugen, welche einer Gauss-Kurve ähnelt.
45. Vorrichtung nach den Ansprüchen 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler einen piezoelektrischen Kristall begreift mit einer Anzahl von koaxialen Elektroden(49)an mindesten einer Seite des Kristalls(4O),und dass genannte Mittel zur Erzeugung von Steuersignalen Mittel begreifen zum Erzeugen einer Mehrzahl von AusgangsSignalen, deren Anzahl derjenigen der Elektrodenanordnung entspricht, wobei diese Ausgangssignale einzeln an die jeweiligen Elektroden(49) übertragen werden.

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4 6. Vorrichtung η ch den Ansprüchen 42 bis 45,

dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz genannter Oszillatoren verändert werden kann.
4⁷. Vorrichtung nach den Ansprüchen 43 bis 46, gekennzeichnet durch Mittel zum Verändern der Torzeit für die Funktion genannter Oszillatoren wodurch die Uebermittlung genannter Steuersignale an die koaxialen Elektroden (49) zwecks selektiver Regulierung der Brennweite des erzeugten Ultraschallenergiestrahls variiert werden kann.
4 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 43 bis 47,

dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Modulierungsmittel einen Zähler (218) begreift, welcher die periodischen Ausgangssignale eines der Oszillatoren als Eingangssignal erhält, wobei dieser Zähler eine Mehrzahl von ausgangsseitigen Anschlüssen hat,einen Dekoder(220). mit eingangsseitigen, an diese Zählerausgangsanschlüsse angeschlossene Eingangsanschlüsse, wodurch der Dekoder eine Mehrzahl von AusgangsSignalen erzeugt welche zanlenmässig in Funktion der verflossenen Zeitspanne seit der Torsteuerung Oszillators(217)in seinen Betriebszustand variieren, sowie Mittel(k24, 216) zum Summieren der Dekoderausgangssignale.
49. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 3 bis 46, gekennzeichnet durch Mittel zum individuellen Regulieren der maximalen Amplitude von mindestens einigen der von den Steuersignale erzeugenden Mitteln gelieferten Ausgangssignale.

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