DE2822261A1

DE2822261A1 - Ultraschallabtasteinrichtung

Info

Publication number: DE2822261A1
Application number: DE19782822261
Authority: DE
Inventors: Terrance Dr Matzuk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2822261C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallabtasteinrichtung,
bei der ein Ultraschallwandler zur Bewegung auf eineinvorbestimmten Weg angeordnet ist, wobei die Antriebskraft durch eine Magneteinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Servosteuerung auf.
Die Anwendung von Ultraschalluntersuchungsverfahren hat im großen Maße Eingang gefunden, so auch in der medizinischen Diagnostik sowie Therapie. Bei der B-Abtastung in der Medizin wird ein den Ultraschall umsetzender Wandler akustisch mit einem Patienten oder eine Probe gekoppelt, und der Wandler wird längs eines linearen Weges mit transversalen Oszillationen oder Hin- und Herbewegungen des Wandlers während dieser linearen Bewegung verschoben, um eine "Sektorabtastung" zu erzeugen. Diese Wandlerbewegung wird manuell sowohl im Hinblick auf lineare als auch Winkelabtastbewegungen durchgeführt Ein derartiges Vorgehen findet seine Grenzen jedoch deshalb, weil das Verfahren sehr von der jeweiligen Bedienungsperson abhängt. Eine Bedienungsperson kann beispielsweise die Sonde erheblich schneller als eine andere über den zu untersuchenden Gegenstand oder das Werkstück führen, wodurch man dann ein dunkleres, weniger gut abgetastetes Bild erhält. Da sowohl die Grautonwiedergabe als auch die Auflösung bei der Ultraschallabtastung von entscheidender Bedeutung hinsichtlich Information und Verläßlichkeit der Information sind, sind derartige von der Jeweiligen Bedienungsperson abhängende Ergebnisse im höchsten Maße unerwünscht. Dementsprechend gingen die Anstrengungen dahin, die Abhängigkeit von der Bedienungsperson bzw. deren Geschicklichkeit bei der manuellen Handhabung zu vermeiden.
Die US-PS 3 690 311 beschreibt in diesem Zusammenhang die tompensation von Variationen bei von einer Bedienungsperson abhängigen Abtastsystemen durch entsprechende Einstellung der Impulswiederholungsraten, um eine verbesserte, gleichförmigere Anzeige herbeizuführen.
Es wurden bereits weitreichende mechanische Einrichtungen zur Bewegung eines Ultraschallwandlers im Hinblick darauf beschrieben, die erhebliche Abhängigkeit von manueller Handhabung zu eliminieren.
Die US-PS 3 927 661 beschreibt in diesem Zusammenhang eine Anzahl von Antriebseinrichtungen mit Gurtbändern und Scheiben zur Herbeiführung von Winkelpositionsänderungen bei einem Ultraschallwandler.
Es wird auf die Verwendung eines Galvanometers als Drehmomentiesser und mechanische Bänder hingewiesen. Zuzüglich zu der nicht ansustrebenden mechanischen Abhängigkeit weist die beschriebene Vorrichtung keine Rückkopplung der tatsächlichen Winkelposition auf.
In der US-PS 3 955 561 ist ein Getriebe zur Bewegung eines Wandlers erläutert, der in einem Gehäuse angeordnet ist, sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Wandlerposition. Eine Einstelleinrichtung zur Fehlerkorrektur, die auf eine direkte Wiedergabe der Winkelposition des Wandlers anspricht, liegt nicht vor. Ein ähnliches System ist darüberhinaus in der US-PS 3 974 826 beschrieben.
Aus der US-PS 3 784 805 geht eine Wandlerreihe hervor, die durch direkte Kupplung an eine Antriebseinheit rotiert wird.
In der US-PS 3 765 229 ist eine mechanische Einrichtung zum Antrieb eines Pendels beschrieben, an dessen unterem Ende eines Pendelarins ein Wandler angeordnet und so ausgebildet ist, daß er kurvenförmige, in einem Flüssigkeitstank angeordnete Blätter untersucht.
Auch die US-PS 3 406 564 beschreibt einen mechanischen Antrieb flir eine Wandlerbewegung. Es ist in diesem Zusammenhang auf einen Auflöser hingewiesen, der die Position des Wandlers während der Oszillation anzeigen soll. Auf die diesbezüglichen Einzelheiten ist Jedoch nicht eingegangen. Es ist kein Hinweis darauf vorhanden, daß eine Korrektur dann erfolgt, wenn das Signal von der gewünschten Position abweicht.
Auch wurde vorgeschlagen, anstelle einer mechanischen Bewegung -entweder handbetätigt oder maschinell - eine elektronisch geschaltete Reihe stationärer Wandler einzusetzen; vgl. zB. US-PS 3 789 833.
In dieser Patentschrift wird darauf hingewiesen, daß sowohl die translatorische als auch winkelige Hin- und Herbewegung einer Wandlersonde bei dieser Anordnung simuliert werden muß. Zu diesem Zwecke sind mehrere Reihen vorgesehen, von denen drei lineare Wandlerreihen nacheinander abgetastet werden, wobei jede Reihe längs unterschiedlicherWinkel abtastet. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie eine überaus große Zahl von Wandlern und elektrischen Schaltkreisen benötigt, um eine ausreichend große Anzahl manueller Suchwege und Winkel zu simulieren, wie sie in der Regel von Internisten während der Anfertigung eines manuellen Ultraschalltomogramms herangezogen bzw. durchgeführt werden.
Auch ist es bekannt, Realzeit phasenverschobene Reihen für Sektorabtasteinrichtungen zu benutzen, wobei rechtwinkelige Wandlerflächen zum Einsatz gelangen, die in eine Reihe stangenförmiger Wandlerelemente unterteilt wurden. In diese Wandlerelemente eingegebene elektrische Signale sowie wiederaufbereitete Signalechos von den Propen werden individuell durch mehrere digitalgesteuerte Schaltkreise verarbeitet. Zeitabhängige Zeitverschiebungen von addierten Rückkehrsignalen simulieren elektronisch die Wirkung eines Ossillierens oder Wobbeln der Wandlerfläche an der Probe. Oftmals erfolgt am Nonitor einer Kathodenstrahlröhre eine visuelle Anzeige.
Obgleich der Grund ftir diese elektronische Einrichtung in der Ineffizienz des mechanischen Substituenten der manuellen Wandlerbewegung liegt, weist das elektronische System dennoch ebenfalls Nachteile auf. Zum ersten läßt die Verläßlichkeit der digitalen Zeitverschiebungsschaltung zur Simulation der Wandlerosziallation zu wünschen Kbri; sie ist auch kostspielig und trägt zur weiteren Komplizierung des Systems bei. Der zweite wesentliche Nachteil ist in der Geschwindigkeitsbegrenzung zu sehen, mit der die Radiofrequenzwandlersignale digital umgesetzt und verarbeitet werden können.
Die grundsätzliche Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, ein Abtastsystem auf Ultraschallbasis zu schaffen, das einen wirksamen Substitutienten für die manuelle Bewegung eines Wandlers längs eines linearen und/oder hin- und hergehenden oder wobbelnden Musters beinhaltet. Die Bewegung des Wandlers auf einen vorbestimmten Weg soll nicht nur wirksam steuerbar sein, sondern auch über eine Servosteuerung die Genauigkeit dieser Bewegung bestätigen und eine Einrichtung zur Kompensation jeglicher Abweichung von der gewünschten Position beinhalten, sofern eine solche Abweichung auftritt. Die Erfindung soll deshalb ein zuverlässiges, genau gesteuertes System zur Ausführung einer hin- und hergehenden oder oszillierenden Bewegung des Wandlers längs eines vorbestimmten Weges schaffen. Bei der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung sollen Abtasteinrichtungen die tatsächliche Position des Wandlers überwachen. Eine Signalverarbeitungseinrichtung soll Korrektursignale aussenden, wenn die Position des Wandlers von der Soll-Position abweicht. Die Abtastvorrichtung soll zur Ausführung der Wandlerbewegung längs des vorbestimmten Weges eine magnetische Antriebseinrichtung aufweisen. Auch soll sie servogesteuert sein, wobei die beweglichen mechanischen Elemente geringe Trägheit aufweisen.
Grundsätzlich gilt auch die Überlegung, daß die zu schaffende Vorrichtung vergleichsweise wirtschaftlich herstellbar sein sowie zuverlässig arbeiten soll. Schließlich soll die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Realzeitabtastvorrichtung auf Ultraschallbasis mit visueller Anzeige sein.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung grundsätzlich dadurch gelöst, daß ein in einem Gehäuse vorgesehener Ultraschallwandler mittels einer magnetischen Einrichtung längs eines vorbestimmten Weges bewegbar ist. Eine elektrische Einrichtung ist zur Erregung des Wandlers oder Transducers und zum Empfang dessen Signale vorgesehen.
Die magnetische Einrichtung kann sowohl Permanent- als auch Elektromagneten aufweisen, wobei die elektrische Einrichtung zur Erregung der elektromagnetischen Einrichtung herangezogen wird. Zur Bestimmung der Position des Wandlers auf dem vorbestimmten Weg ist eine Positionsabtastungseinrichtung vorhanden. Auch ist eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Vergleich eines Signals der Positionsabtastungseinrichtung mit einem die gewünschte Position wiedergebenden Signal und zum Aussenden eines Positionskorrektursignals vorhanden, wenn eine Differenz zwischen der Ist- und Soll-Position existiert. Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wird der Wandler um eine Achse gedreht, die durch die Wandlereinheit verläuft. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Wandler inform eines Pendels angeordnet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, mehrerer Ausfilhrungsbeispiele, den Patentansprüchen sowie der schematischen Zeichnung. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Stirnansicht eines Teils einer Ausffshrung form der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung; Fig. 2 eine Seitenansicht von rechts der Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 längs der Linie 3-3; Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung entsprechend Fig. 1, jedoch mit modifizierter Spulenkonnstruktion; Fig. 5 eine larstellung einer anderen Ausbildung des Magnetteils; Fig. 6 ein AusfUhrungsbeispiel der erfindungsgernäßen Ultraschallabtastvorrichtung in einem abgedichteten Gehäuse; Fig. 7 eine Ausführungsform der Positionsabtasteinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 8 eine Draufsicht des Gegenstands der Fig. 7; Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der Positionsabtast- oder -erfassungseinrichtung; Fig. 9a eine Draufsicht des Gegenstands der Fig. 9; Fig. 1o einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ultraschallabtastvorrichtung; Fig. 11 einen Schnitt nach Linie 11-11 des Gegenstands der Fig. 10; Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 13 eine teilweise Ansicht eines Teils der Abtastvorrichtung gemäß Fig. 12; Fig. 14 einen Querschnitt der Antriebsspule und der Dauermagnetschiene längs Linie 14-14 der Fig. 12; Fig. 15 eine perspektivische Darstellung der Positionsabtastungseinriohtung nach Fig. 12; Fig. 16 ein Blockdiagramm einer AusfUhrungsform der elektrischen Stuereinrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 17 einen Schaltplan eines Ausfuhrungsbeispiels eines Hauptzeitmoduls gemäß der Erfindung; Fig. 18 Spannungs/Zeit-Kurven verschiedener Wellenbis formen des Hauptzeitmoduls; 21 Fig. 22 ein Ausftihrungsbeispiel eines Schaltplanes des Positionsabtastmoduls gemäß der Erfindung; Fig. 23 einen Schaltkreis des Diamant- Zeit mittelungs-und -haltemoduls gemäß der Erfindung; Fig. 24 eine Servoverstärkungs- und Entzerrungsschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 25 eine Verstärkungsschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 26 eine Schaltung eines Sektorprogrammierers gemäß der Erfindung; Fig. 27 eine Schaltung einer ausführungsform eines Zirpprogrammierers gemäß der Erfindung; Fig. 27a Spannungs/Zeit-Kurven des Zirpprogrammierers; bis 27c Fig. 28 eine Ausführungsform einer Zirpübertragungsschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 29 eine Ausführungsform einer Schaltung eines Zirpleistungsverstärkers gemäß der Erfindung; Fig. 30 eine Ausführungsform einer Empfängerschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 31 eine Ausführungsform einer zeitgesteuerten Verstärkungsmodulschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 32 Spannungs/Zeit-Kurven verschiedener Signale bis an verschiedenen Stellen innerhalb des zeit-35 gesteuerten Verstärkungsmoduls; Fig. 36 eine Ausführungsform einer Eompressionsfilterschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 37 Spannungs/Zeit-Eurven zur Darstellung von und Signaländerungen innerhalb der Sompressions-38 filterschaltung; Fig. 39 eine Ausführungsform einer Empfängerschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 40 eine Ausführungsform einer Schaltung eines Kontrastmoduls gemäß der Erfindung; Fig. 41 Spannungs/Zeit-Kurven von Signaländerungen bis in der Schaltung gemäß Fig. 40; 44 Fig. 45 eine Ausführungsform eines Schaltkreises des Videomoduls gemäß der Erfindung; Fig. 46 eine Ausführungsform eines Schaltkreises eines Sektoranzeigeabsuchgenerators gemäß der Erfindung; Fig. 47 Signaländerungen, die im Sektoranzeigeabsuch-und generator auftreten; 48 Fig. 49 eine Ausführung eines Schaltkreises einer Azimuthleistungseinheit gemäß der Erfindung; Fig. Soa eine Form der Azimuthsektordarstellung oder -an-und zeige; 50b Fig. 51 eine Ausführungsform eines Schaltkreises eines dynamischen Intensitätskompensators gemäß der Erfindung; Fig. 52 eine Ausführungsform der Sektordarstellung gemäß der Erfindung; Fig. 53 eine Ausführungsform eines Schaltkreises für ein Linienbreiten-Modul gemäß der Erfindung; Fig. 54 eine Ausführungsform einer Sektprdaratellung; Fig. 55 Spannungs/Zeit-Kurven von durch die erfin-und dungsgemäße Vorrichtung verarbeiteten Sig-56 nalen; Fig. 57 einen Schaltkreis einer Ausführungsform eines Markierungsgenerators gemäß der Erfindung; Fig. 58 Spannungs/Zeit-Kurven von mit der erfinbis dungsgemäßen Vorrichtung verarbeiteten Sig-60 nalen; Fig. 61 einen Teil einer Sektordarstellung oder Anzeige und Fig. 62 eine Ausführungsform eines Schaltkreises zur Kamerasteuerung gemäß der Erfindung.
Die vorstehend oder im folgenden verwendeten Ausdrücke"Testproben" oder "Proben" od. dgl. beziehen sich auf verschiedene mittels U1-traschallabtastung (B-Abtastung oder Durchleuchtung) zu untersuchende Probenarten, einschließlich Proben medizinischer Tests oder Untersuchungen, die direkt an einem Patienten oder Teilen eines menschlichen oder tierischen Körpers durchgeführt werden, und zwar unter Verwendung von Ultraschall; deagleichen auch im Hinblick auf eine therapeutische Behandlung. Aus gründen der klaren I)arstellung ist zwar im vorliegenden Fall insbesondere auf Ultraschallabtastvorrichtungen fUr medizinische Zwecke Bezug genommen. Es liegt jedoch auf der Hand, daß auch andere testprobe mit dem erfindungsgemäßen Gerät über den bevorzugten medizinischen Gebrauch hinaus behandelt werden können. Derartige andere Anwendungsfälle werden im vorliegenden Fall ausdrücklich in Rechnung gestellt.
In den Big. 1 bis 3 der Zeichnung ist eine Wandlereinheit und Antriebseinrichtung einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Ein fokussierter Wandler 2 ist mittels eines nicht gezeigten Klebers, wie Silikonzement od. dgl. an einem Permanent- oder Dauermagneten 4 angeordnet, um so eine Wandlereinheit zu bilden. Zwei Nadellager 8, io erstrecken sich im wesentlichen radial nach au-Ben bezüglich der Wandlereinheit. In der gezeigten Form sind die Nadellager 8, io am Permanentmagneten 4 im wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet. Lagerbügel 12, 14 sind inform elektrisch leitender Blattfedern vorgesehen. Ihr Oberteil ist an einem Gehäuse (in dieser Ansicht nicht gezeigt) befestigt, ihr Unterteil in haltendem und elektrisch leitendem Kontakt mit den Nadellagern 8, 10. Die Lagerbügel 12, 14 sind deshalb aus Blattfedern hergestellt, daß sie aus Gründen der mechanischen Lagerung der Dauermagnet-Wandlereinheit und wirksamen elektrischen Leitung fest mit den Lagern 8, 10 zusammenwirken. Der so angeordnete Wandler 2 kann bei Aufbringung eines entsprechenden Drehmomentes, vgl. den Pfeil in Fig. 1, um die durch die Nadellager 8, lo definierte Achse umlaufen oder sich um diese drehen.
Die Antriebseinrichtung weist ein Paar magnetischer Ankerpole 20, 22 auf, die jeweils mit Servoantriebsspulen 24, 26 versehen sind.
Die Spule 24 wird über zwei elektrische Leitungen 32 erregt, die Spule 26 über zwei elektrisehe Leitungen 34. Die Ankerpole 20, 22 können am (in dieser Ansicht nicht gezeigten Gehäuse) in herkömlicher Weise befestigt sein.
Die Ankerpole 20, 22 werden über die Spulen 24 bzw. 26 erregt, wobei die Pole eine vorgegebene Polarität annehmen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Pol 20 ein Südpol, der Pol 22 ein Nordpol. Das Zusammenwirken der Magnetfelder dieser Elektromagnete mit den Magnetfeldern des Dauermagneten 4 bewirkt an die Dauermagneten anzulegende Kräfte, um eine Drehung der Dauermagnet-Wandlereinheit um die Achse der Nadellager 8, io herbeizuführen.
Wenn elektrischer Strom irgendeiner Polarität durch die Spulen 24, 26 geleitet wird, tritt ein Drehmoment am Permanentmagneten 4 und Wandler 2 auf. Dieses Drehmoment ist proportional der Drehbeschleunigung der Permanentmagnet-Wandlereinheit. Die Drehgeschwindigkeit der Permanentmagnet-Wandlereinheit ist proportional dem ersten definierten Zeitintegral der Drehbeschleunigung. Die Winkelstellung wird deshalb proportional dem zweiten definierten Zeitintegral der Drehbeschleunigung. Im Ergebnis ist die Winkelstellung mathematisch in präziser Weise den an die Spulen 24, 26 angelegten Anfangsströmen verwandt. Die Beziehung kann durch folgende Gleichungen dargestellt werden: wobei Ti 1 Anfangszeit, 2 a Endseit, a - Beschleunigung des Wandlers, v 8 Geschwindigkeit des Wandlers, v0 = Anfangsgeschwindigkeit des Wandlers, x P Position oder Stellung des Wandlers und x0 I Anfangsposition des Wandlers An die Spulen 24, 26 wird Strom nicht nur zur Erzeugung der ersten Bewegungskraft für den Umlauf oder die Drehung der Permanentmagnet-Wandlereinheit angelegt, sondern auch - wie unten noch näher darzulegen sein wird - zur Korrektur von Abweichungen von der gewünschten, vorbestimmten Position des Wandlers.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wirkt der Dauermagnet 4 auch als Dämpfer, um das akustische Verhalten des Wandlers zu dämpfen.
In Fig. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform des in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 geschilderten Systems gezeigt. Anstelle des Spulenpaares 24, 26 ist eine einzelne Spule 38 um das rohrförmige magnetische Teil 45 gewickelt. Sie wird über Leitungen 40 erregt. Ein erster Ankerpol 42 weist ein sich in die Spule 38 erstreckendes Teil auf; desgleichen der zweite Ankerpol 44.
In Fig. 5 ist eine modifizierte Ausführungsform eines Elektromagnetteils in Ringform gezeigt. Es ist elektrisch an die Leitungen 40 gekoppelt und definiert eine Öffnung 52. Fig. 6 zeigt ein Gehäuse 58, das in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ultraschallabtastvorrichtung zum Einsatz gelangt. Grundsätzlich kann das Gehäuse als abgedichtete Umhüllung verstanden werden, die eine elektrische Komm unikation zwischen ihrem Inneren und dem sie umgebenden Äußeren ermöglicht. Das Gehäuse 58 besteht aus einer im wesentlichen kreisförmigen Behälterbodenwandung 60 und einer ringförmigen Seitenwandung 62, die mit einem Verschluß 64 zusammenwirkt. Die oberen Teile der Lagereinrichtung oder Lagerbügel 12, 14 sind mittels Schrauben oder Bolzen 66 an dem Verschluß 64 befestigt. Die oberen Erstreckungen der Ankerpole 2o, 22 (in dieser Ansicht nicht gezeigt) können auf die gleiche Weise an dem Verschluß 64 angeordnet sein. Letzterer ist mittels eines O-Ringes 72 gegenüber der Seitenwand 62 abgedichtet.
Diese Dichtung kann naturgemäß auch auf andere Weise vorgenommen werden. Die Bodenwandung 60 des Behälters besteht aus akustisch leitendem Material, da durch diese Wandung die Ultraschallwellen emittiert werden (und im Falle der B-Abtastung (B-Scan)) empfangen werden. Zur Erleichterung eines innigen akustischen Kontaktes mit der Probe unter Beibehaltung von Komfort im Falle der Behandlung eines Patienten ist ein kompressibles Silikonunterteil 74 an der Außenfläche der Bodenwandung 6o befestigt. Die Position der Probe 76 ist in der Fig. 6 grundsätzlich gezeigt. Das Gehäuse enthält eine (nicht gezeigte) Flüssigkeit, die akustisch leitfähig und vorzugsweise entweder sterilisiert oder antiseptisch ist.
Aus Fig. 6 geht weiter hervor, daß zur Erregung des Wandlers 2 und der Spulen 24, 26, 38 elektrische Energie im Gehäuse zur Verfügung stehen muß; auch müssen die elektrischen, zu den reflektierten, zum Wandler zurückgeführten äquivalenten Signalen tbertragen werden. Bevorzugt erfolgt dies durch Anordnung einer elektrischen Verbindung in der Abdeckung oder dem Verschluß 64. Eine elektrische Verbindungsleitung 80 endet in einer Steckdose 82, die auf einen Stecker 84 aufgesteckt werden kann, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Inneren der Ultraschallabtastvorrichtung und dem Gehäuseäußeren herzustellen.
Zur Erregung der Spulen 24, 26 und 38 können auf einfache Weise elektrisch leitende Mittel zur Befestigung des Oberteils der Pole 20, 22, 42 an dem Verschluß herangezogen und diese Befestigungsmittel mittels elektrische Leiter mit dem Stecker 84 verbunden werden.
Gleichermaßen können die elektrischen Signale zur Erregung des Wandlers und Ubertragung der elektrischen Äquivalente der 4;urückgeworfenen oder reflektierten Schallimpulse durch Befestigungsmittel 66 über zwei nicht dargestellte Leitungen zum Stecker 84 übertragen werden. In Verbindung mit diesem Aspekt des elektrischen Systems weist die Erfindung ein weiteres neuartiges Merkmal auf.
Elektrische Leitungen 88, 90, die in Fig. 6 schematisch gezeigt sind und aus Gründen der vereinfachten Darstellung in den Fig. 1 bis 3 weggelassen sind, bilden einen elektrisch leitenden Pfad zwischen den Nadellagern 8, 1o und dem Wandler 12, ohne daß in diesem Bereich flexible Drähte erforderlich wären.
In den Fig. lo und ii ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist besonders für derartige Untersuchungsverfahren geeignet, wie medizinische Biopsieverfahren, bei denen ein medizinisches Instrument durch die Abtastvorrichtung geführt werden imiß. Wie sich aus den Fig. io und 11 ergibt, ist ein Gehäuse 96, das grundsätzlich gleich dem Gehäuse 58 ausgebildet sein kann, mit einer Bodenwandung 98, die eine Öffnung 1oo aufweist, einer Seitenwandung 102 und einer rohrförmigen Innenwandung 104 versehen, die eine Ausnehmung 1o6 definiert, die vollständig durch das Gehäuse 96 verläuft. Die Funktionsteile der Ultraschallabtastvorrichtung können grundsätzlich in der gleichen Weise wie oben ausgebildet sein; einige Änderungen sind jedoch im Hinblick darauf durchgeführt, daß die im wesentlichen zentrale Ausnehmung 1o6 einbaubar ist. Der Wandleriio und der Permanent- oder Dauermagnet 112 sind ringförmig ausgebildet. Die Nadellager 114, 116 wirken mit Lagerteilen 118, 120 zusammen, und die Spule 122 regt die Ankerpole 124, 126 an. (Falls gewünscht, können wie gemäß Fig. 1 bis 3 zwei Spulen anstelle der Spule 122 verwendet werden.) Das Gehäuse 96 ist abgedichtet und nimmt eine Flüssigkeit 128 auf, die wiederum akustisch leitfähig und vorzugsweise entweder sterilisiert oder antiseptisch ist. Ein ringförmiger Verschluß oder eine solche Abdeckung 130 liegt über O-Ringe 136, 138 dichtend am Oberteil des Gehäuses 96 an. Die elektrischen Einrichtungen zur SignalUbertragung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des abgedichteten Gehäuses sind wiederum schematisch gezeigt. Hierzu ist ein Steckerstift 142 vorgesehen, der von einer Steckdose 144 aufgenommen wird, die ihrerseits an dem Kabel 146 angeordnet ist. Es sind entsprechende elektrische Verbindungen sowohl zur Erregung der Spule 122 und des Wandlers 11o als auch zur Rückführung der elektrischen Signale des Wandlers 11o vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1o und 11 kann das Gehäuse 96 auf vergleichsweise einfache Weise maschinell hergestellt werden oder anderweitig aus Schallwellen leitendem Kunststoff, wie ein fester Akrylkunststoff hergestellt sein, so daß die Ausnehmung oder Bohrung 106 sich vollständig durch das Gehäuse 96 erstreckt.
Die magnetischen Ankerpole 124, 126 haben vorzugsweise ringförmige Erstreckungen 148, 150, die an dem (nicht gezeigten Spulenträger), auf den die Spule 122 gewickelt ist, befestigt ist.
Bei Gebrauch der Ausführungsform nach den Fig. 1o und 11 wird die Unterfläche der Bodenwandung98 auf die Probe 152 gebracht, die zur Gründung einer eindeutigen Darstellung parallel angeordnet gezeigt ist. Das Instrument wird zur eindeutigen Identifizierung eines Organs, wie einer Niere, angeschaltet, worauf eine Biopsie- oder Aspirationsnadel (nicht gezeigt) manuell in die Ausnehmung 1o6 von deren oberem Ende aus eingeführt wird, um in die Probe 152 bewegt zu werden. Zusätzlich können die durch das Instrument gewonnenen Werte zur Führung der liefenpenetration der Nadel in die Probe herangezogen werden.
Gemäß den Fig. 1o und 11 ist die Ausnehmung 1o6 koaxial bezüglich der Längsmittelachse des Gehäuses vorgesehen. Die Ausnehmung kann jedoch auch an anderen Positionen vorgesehen sein. Beispielsweise kann sie radial versetzt bezüglich der Mittelachse vorgesehen sein.
Sie kann auch die Form eines oder mehrerer radial gerichteter Schlitze aufweisen, die in umfänglichen Ausnehmungen oder Unterbrechungen des Dauermagneten, des Wandlers und des Gehäuses, beispielsweise vorgesehen sind.
Beispiel I Im folgenden wird beispielsweise auf die zur Herstellung der U1-traschallabtastvorrichtung notwendigen Materialien näher eingegangen.
Das Gehäuse kann eine Bodenwandung aus akustisch durchlässigem Material, wie o,8 mm dickem, schwarzem, festem Vinyl, bestehen.
Die Seitenwandungen und die Abdeckungen können aus maschinell bearbeitetem Messing bestehen. Bodenwandung und Seitenwandung des Gehäuses müssen nicht notwendigerweise als Einheit ausgebildet sein. Ein Messingrohrabschnitt kann am unteren Ende mit einer daran befestigten Stirnplatte abgeschlossen sein. Auf der Innenseite der Vinylplatte können Beschichtungen vorhanden sein, wie eine Grundschicht aus Silberfarbe, beispielsweise Polycomp Silver Paint und eine äußere Kupferschicht, die durch Blektroplattieren mit einer Kupfersulphat und verdünnte Schwefelsäure aufweisenden Lösung aufgebracht ist. Die akustische Koppelungsflüssigkeit im Gehäuse ist Rizinusöl. Die Antriebsspulen, wie-die Spulen 24, 26, 38, 122 können aus etwa 400 - 800 Windungen Nr. 36 ML Magnetdraht hergestellt sein. Das Wandlerelement kann aus einer Bleimetaniobat-Wandlerscheibe mit 19 mm Durchmesser (wie sie von der Firma Klramos, Inc., Liston/Indiana, unter der Bezeichnung R 81 vertrieben wird) hergestellt sein. Sie wies ursprünglich eine Dicke von 1,6 mm auf, wurde dann auf o,7 mm Dicke abgeschliffen und sphärisch mit einer Brennweite von 15 cm geschliffen. Der Wandler kann wiederum mit Kupfersulphat und Schwefelsäure elektroplattiert sein. Als Kleber zur Befestigung des Wandlers am Permanentmagneten kann jedes akustisch leitende Material, das die geforderte einheitliche Bindung erbringt, Verwendung finden, beispielsweise eine Mischung im Volumenverhältnis von 1 : 1 eines klaren Silikonklebers (General Electric Clear Silicone Glue and Seal) und So Mikron Wolframkügelchen. Das Wolfram bewirkt eine Dämpfung des Wandlers. Der Permanentmagnet kann aus maschinenbearbeitbarem keramischen Magnetwerkstoff bestehen, wie Ferrit, beispielsweise das unter der Warenbezeichnung Ferrofluoidics vertriebene Material. Die Nadellager können aus Kupferdraht hergestellt sein. Ein normales Gehäuse für die Antriebaspulen 24, 26, 38 und 122 besteht aus zwei maschinell bearbeiteten schwarzen, festen Vinylschuhen von o,8 mm Dicke, die zur Aufnahme der Spulenwicklungen Schlitze an gegenüberliegenden Seiten aufweisen.
Die Befestigungsmittel sind normale Messingschrauben. Wahlweise kann auch zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen dem Äußeren des abgedichteten Gehäuses eine herkömmliche Jones-Steckerkombination verwendet werden.
Im folgenden wird nunmehr eine Ausführungsform der Wandlerpositionserfassungseinrichtung in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 näher untersucht. Der Wandler 158 ist an einem über ihm vorgesehenen Permanentmagneten 160 befestigt und so ausgebildet, daß er längs eines vorbestimmten oszilierenden Weges um die Achsen der Nadellager 162, 166 bewegt werden kann An der oberen Fläche 164 des Permanentmagneten 160 ist eine Fahne befestigt, die im wesentlichen senkrecht zu dieser oberen Fläche verläuft. Sie weist im wesentlichen Dreiecksform auf. Eine Lampe 174 oder eine andere Lichtquelle Wird durch nicht dargestellte Mittel eingeschaltet.
Ein Fototransistor 176, beispielsweise ein Fairchild iP-foo mit einer Anzahl elektrischer Leitungen 178 ist mit Abstand bezüglich der Lichtquelle 174 angeordnet. Dreht sich der Wandler 158 um die Nadellagerachse, so hat die Fahne 168 das Bestreben, unterschiedliche Lichtmengen auf den Fototransistor 176 auftreffen zu lassen, wodurch eine Situation herbeigeführt wird, bei der die vom Fototransistor 176 empfangene Gesamtillumination mit der tatsächlichen Winkelstellung des Wandlers korrespondiert. Diese Beleuchtungsstärke wird vom Fototransistor 176 in elektrische Signale umgewandelt, die, wie im folgenden noch zu beschreiben sein wird, zur Erzeugung einer Anzeige der tatsächlichen Position des Wandlers verarbeitet werden.
In den Fig. 9 und 9a ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wandlerpositionserfassungseinrichtung gezeigt. Hierbei sind feste elektrische Tastspulen 188, 190 jeweils so angeordnet, daß sie Wirbelstromfahnen 192, 194 umgeben. Diese Fahnen sind auf dem Permanentmagneten 186 angeordnet, der seinerseits am Wandler 184 befestigt ist. Letzterer ist so ausgebildet, daß er um die Nadellager 196 ozilliert. Da sich die Fahnen 192, 194 mit der Einheit Permanentmagnet/Wandler bei deren Drehung bewegen,und da die Spulen 188, 190 (durch eine nicht gezeigte herkömmliche Einrichtung) stationär angeordnet sind, stellt die Induktivität der Spulen 188, 190 eine Beziehung zur Winkelstellung des Wandlers 184 her. Die Fahnen 192, 194 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Obgleich eine einzige Fahne und Spule verwendet werden kann, ergeben sich verschiedene Vorteile, wenn wenigstens zwei derartige Bahnen/Spulen-Kombinationen zur Anwendung gelangen. Sind beide Fahnen 192, 194 in entgegengesetzter Stellung orientiert und werden sie durch Radiofrequenzströme angeregt, so führt ihre Verbindung mit der Differentialpoßitionsdetektorschaltung (die dem Fachmann bekannt ist) zu einer Ausgangsgleichspannung, die der Winkelstellung des Wandlers proportional ist. Die Anordnung zweier gegenüberliegender derartiger Kombinationen führt in Verbindung mit der erwähnten Schaltung zu einer verbesserten Linearität der Anzeige, die einem System mit einzigen Spule überlegen ist.
Beispiel II Es wird nunmehr auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel eines Fahnen/Spulen-Erfassungs- oder Abtastsystems eingegangen.
Die Fahnen können aus Aluminiumblech mit einer Dicke von o,5 mm hergestellt und wiederum mittels eines Klebers, wie dem oben erwähnten klaren Silikonkleber der Firma General Electric am Permanentmagneten befestigt sein. Das Gehäuse der Abtastspule kann auch einem Lucite-Stab mit 25,4 mm Durchmesser hergestellt sein. Die Radio- oder Hochfrequenzen bewegen sich im Bereich von o,2 bis 2,5 MHz bei o,2 bis 5,o Milliampère. Typische Induktivitätsbereiche bewegen sich von + o,o % bis 2o,o . Bei Tonstößen sollten die Spulen so ausgesteuert werden, daß Interferenzen mit vom Wandler 184 empfangenen akustischen Impulsen auf ein Mindestmaß verringert werden.
In den Fig. 12 bis 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ultraschallabtasteinrichtung gezeigt. Ein Gehäuse 200 weist hierbei eine Steckervorrichtung 202 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des abgedichteten Gehäuses auf. Ein verschwenkbar angeordneter Lagerblock 204 ist im Gehäuse befestigt und weist einen sich von ihm nach unten erstreckenden, im wesentlichen starren Stab 210 auf. Im Bereich des unteren Endes dieses Stabes 210 ist eine Spulenanordnung 212 vorgesehen, die aus einem Spulenträger 215 besteht, der den Spulendraht 216 aufnimmt und eine Spulenöffnung 218 definiert. Am unteren Ende der Spulenanordnung 212 ist ein fokusierter Wandler 220 vorgesehen. (Der Kleber, mit dem der Wandler 220 an der Spulenánordnung 212 befestigt ist, weist vorzugsweise wiederum Wolframpulver auf, das als Rückteil des Wandlers 220 dient.) ttber elektrische Leitungen 226, 228 wird die Spule 216 erregt. Die Erregung des Wandlers 220 erfolgt über elektrische Leitungen 230 und 232, über die gleichzeitig die elektrischen Signale geleitet werden, die in Beziehung zu der vom Wandler 220 empfangenen, reflektierten Schallenergie stehen. Die elektrischen Leitungen 226, 228, 230 und 232 sind vorzugsweise im Inneren der Säule 210 angeordnet und entweder direkt über flexible Drähte oder durch Lager im wn k 204 mit der Steckervorrichtung 202 elektrisch verbunden. Ein gebogener magnetischer Zentralpol 238, der, wie gezeigt, im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweist, ist in der Öffnung 218 der Spulenanordnung 212 vorgesehen, so daß dazwischen eine -Relativbewegung stattfinden kann, wenn der Wandler 220 längs seines vorbestimmten Weges bewegt wird, wie er durch den magnetischen Zentralpol 238 vorgegeben oder definiert ist. Serien von Permanentmagneten 240, 242 sind an gegenüberliegenden Seiten des magnetischen Zentralpols 238 angeordnet.
Während des Betriebs wird die Spule 216 über die elektrischen Leitungen 226, 228 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes erregt, das als Ergebnis der Anordnung der Spule 216 bezüglich der Permanentmagneten 238 eine Bewegung der Anordnung Wandler/Lager/Spule 212 längs des magnetischen Zentralpoles 238 bewirkt. Wenn die Spulenanordnung 212 eine der beiden Reihen von Permanentmagneten 240, 242 erreicht oder sich diesen annähert, so erzeugt die Positionserfassungseinrichtung (siehe unten) Signale, um die Bewegungarichtung der Spulenanordnung 212 längs des magnetischen Zentralpoles 238 umzukehren.
Gemäß Fig. 13 kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Gehäuse den magnetischen Wirkungsgrad der Abtastvorrichtung unterstützen. Hierbei ist durch Anordnung einer magnetischen Stirnwandung 246 und einer magnetischen Rtickwandung 248 ein Rückkehrweg für das magnetische Feld des magnetischen Zentralpols 238 vorgegeben.
Beispiel III Die folgenden Ausführungen stehen beispielsweise dafür, wie das Gehäuse als Teil des Weges des magnetischen Feldes dienen kann.
Um ein vergleichsweise großes Motordrehmoment zum Os&illieren des Wandlers 220 längs des durch den zentralen Magnetkern 238 definierten Bogens zu erhalten, der etwa 7,5 bis 1o cm betragen kann, und zwar innerhalb etwa 50 bis 1oo Millisekunden, sollte die Spule 216 in einem starken Gleichstrommagnetfeld vorgespannt werden.
Wenn die Wandungen 246, 248 aus magnetischem Material hinreichender Dicke bestehen (d. h. in der Größenordnung von etwa 1,3 bis 3,8 mm), um somit einen Fluß von etwa 3 ooo Gauß beispielsweise zu ermöglichen, kann das Gehäuse zur Rückführung der Magnetlinien des magnetischen Mittelpols bzw. Mittelstange 238 dienen. Die Magnetreihen oder -anordnungen 240, 242 erbringen die magnetische Vorspannung über die Lange des magnetischen Zentralstabes 238. Magnetspalte können klein, in der Größenordnung von etwa 6,4 mm gehalten werden.
Hierdurch erhält man eine energiereiche Magnetstruktur. Die Permanentmagneten 240, 242 stellen das magnetische Vorspannungafeld zur Erzeugung einer Wandlerbewegung bei Erregung der Spule 216 zur Verfligung.
Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ermöglicht große, reversible Winkelbeschleunigungen. Die bewegten Massen sind primär auf die Antriebsspulenanordnung 212, den Wandler 220, die Lagersäule 210 und den Lagerblock 204 beschränkt. Die dominierenden faktoren sind jedoch die Spulenanordnung 212 und Wandler 220, da bei der Kreisgeometrie das Trägheitsmoment proportional dem Quadrat des radialen Abstandes der Masse von dem Lagerblock 204 ist, und da nur der größte Radius, d. h. der des Wandlers 220 und der Spule 216 in starkem Maße beiträgt. Demgemäß ermöglicht der geschilderte Aufbau ein sehr geringes Gewicht der gesamten sich bewegenden Anordnung (die Spulenanordnung 212, der Wandler 220, die Säule oder der Stab 210 und der Lagerblock 204). Das Gesamtgewicht kann sich beispielsweise auf weniger als etwa 20 g belaufen. Die vergleichsweise geringen bewegten Massen ermöglichen die sich einstellende große Beschleunigung. Der untere Bereich des Pendels kann somit auf dem durch den magnetischen Zentralstab definierten Bogen mit Geschwindigkeiten von mehr als 10 Abtastausschlägen oder 5 vollständigen Zyklen pro Sekunde ozillieren.
Ansich kann das gesamte Gehäuse 220 mit einer akustisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt sein. Es wird jedoch bevorzugt, nur den unteren Bereich des Gehäuses bis auf eine Linie oberhalb des Wandlers 220 zu befüllen. Auf diese Weise dämpft die Flüssigkeit die Bewegung der Wandler/Lager/Spulen-Anordnung 212 praktisch nicht, obwohl dennoch eine Flüssigkeitskopplung bezüglich der unteren Wandung 250 des Gehäuses vorhanden ist. Als bevorzugtes Material für diese Verwendung kommt absoluter Äthylalkohol loo % infrage, da er verhältnismäßig niedrige Viskosität und hohen Widerstand sowie antis.ptische Eigenschaften für den Fall des Leckens des Gehäuses aufweist. Anstelle der Verwendung einer akustisch leitfähigen Flüssigkeit kann auch eine Anzahl dauermagnetischer Elemente wechselnder Polarität vorgesehen werden, vgl. die mit der Bezugsziffer 256 versehenen Elemente, die entweder an der oberen Fläche der unteren Gehäusewand 250 oder in dieser angeordnet sein können. Diese magnetischen Elemente können magnetische Gummielemente sein. Sie können auch dazu dienen, Ferrofluids aufzufangen. Die magnetischen Elemente 256 fangen Ferrofluide auf, stören jedoch nicht die Schallkopplung zwischen Wandler 220 und der Testprobe (in dieser Ansicht nicht gezeigt).
Bei dieser Ausfuhrungsform ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Wandlerpositionserfassungseinrichtung vorhanden. Gemäß den Fig. 12 und 15 ist eine Fahne 260, die aus ebenem Material besteht in im wesentlichen senkrechter Stellung bezüglich des Stabes 210 angeordnet und im wesentlichen parallel su dem magnetischen Zentragstab 238 ausgerichtet. Ein gebogener Spulenträger 262 weist eine Ananehxang 264 auf, in der der Stab 210 angeordnet ist. Der Spulenträger 262 ist weiterhin mit Abstand und überlappend bezAglich der Fahne 260 vorgesehen. Eine Positionsabtast- oder Erfassungsspule 266 ist auf dem Spulenträger angeordnet. Elektrische Leitungen 268, 270 dienen zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Gehäusestecker 202 und der Positionsabtastspule 266, um letztere zu erregen. Durch die Bewegung des Stabes während der Pendelschwingung oder -ozillation ändert die Fahne 216 die Induktivität der Spule 216 linear bezüglich der Bogenbewegung des Wandlers 22o längs des durch den magnetischen zentralen Stab 238 definierten Weges.
Der Wirkungsgrad der Positionserfassungseinriohtung kann durch die Verwendung von Zweierpulen und Zweierfahnen, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Ausnehmung 264 angeordnet sind, verbessert werden, und zwar aus den gleichen Gründen, wie in Verbindung mit Fig. 9 und 9a geschildert.
Die Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Signalverarbeitungseinrichtung gemäß der Erfindung. Ein Hauptzelt- oder -impulageber liefert zwei Arten von Taktimpulsen.
Der erste Taktimpuls ist ein aktiver Takt"-impuls, der zweite ein Positionserfassungstaktimpuls. Um an einem Beispiel die Verwendung der Signalverarbeitungseinrichtung besser erläutern ru können, werden für verschiedene Teile dieser Beschreibung zur Erläuterung der Takt- und anderer Eigenschaften des Systems lediglich beispielsweise spezielle Bezugsuiffern eingeführt, die Jedoch in keiner Weise die Erfindung einschränken sollen, es sei denn, das Gegenteil wäre ausdrücklich hervorgehoben. Der aktive Taktimpuls und der Position erfassungs- oder Abtastpuls kennen beispielsweise alle 370 Mikrosekunden wiederholt werden. Der aktive Taktimpuls bestimmt die Zeit (typischerweise 26o Mikrosekunden) zwischen der Initierung der übertragenen Wandlerwelle oder des Wandlerzirpens und der Warteseit, während der Reflektionen oder Echos aus der Testprobe zurückkehren. Der Positionserfassungstaktimpuls, der typischerweise etwa 8o Mikro sekunden betragen kann, tritt nach Abschalten des aktiven Taktimpulses auf und steuert die Positionserfassungsschaltung an oder versetzt diese in die Lage, um eine Anzeige der Wandlerwinkelposition ohne mit den sensitiven Empfängerfunktionen zu interferieren. Grundsätzlich kann die Signalverarbeitungaeinrichtung 80 interpretiert werden, daß sie aus einer Einrichtung sur irseugung eines Signals für die elektromagnetische Einrichtung zur Bewirkung einer regelmäßigen Bewegung des Wandlers auf seinem vorbestimmten Weg sowie einer Einrichtung zur Abtastung der Position des Wandlere und Korrektur dessen Bewegung besteht, wenn eine Abweichung von der vorbestimmten Winkelbewegung festgestellt wurde.
Die letztere Einrichtung besteht aus einer Einrichtung zur Erfassung der tatsächlichen Position des Wandlers und zum Vergleichen dieser Ist-Position mit dem Signal der gewUnechten Soll-Position, Darüberhinaus erseugt die elektrische Einrichtung elektrische Signale zur Erregung des Wandlers und zur Erzeugung rückgeführter Signal, die die von der Probe reflektierten akustishhen Wellen wiedergeben. Es ist eine Einrichtung zur Umsetzung der die reflektierten Signale wiedergebenden elektrischen Spannungen in die gewünschte Anzeigeform vorgesehen, beispielsweise als Video-Display, worauf noch bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen werden wird. Die Sektorprogrammierstufe 286 erseugt im wewesentlichen ein Ausgangssignal inform einer dreieckigen Welle, und zwar auf der Leitung 288. Dies führt zu einer Umkehrbewegung des Wandlers 306 längs seines Winkelweges. Während des Rampenteils der dreieckigen Welle wird der Wandler in eine erste Richtung bewegt, whhrend des Spannungsabfallteils der Wellenform bewegt sich der Wandler in entgegengesetzter Richtung.
Zum Hauptzeitgeber 28o wäre noch nachzutragen, daß das System, du die Wandlerabstrahlungen und den Reflektionsempfang steuert unabhängig von der Zeit der Positionsabtast- und Fehlerkorrektursyateme gehalten wird.
Das Positionsabtastmodul oder diese Stufe 282 wird nur während des Zeitraums aktiviert, während dem das Positionstaktsignal sich im "an"-Zustand befindet. Während dieser "an"-Zeit wird eine Anzeige der Winkelposition des Wandlers mittels der Sensorspule 498 abgenommen, und eine analoge Spannung wird nur während der "an"-Zeit des Positionstaktes vom Positionsabtastmodul 282 erhalten.
Diamant-Taktentnahme und -haltemodul 284 erhält über die Leitung 283 nur diejenigen Spannungsausgangssignale von dem Positionsabtstmodul 280, die während der "an"-Zeit des Positionstaktes oder Positionstores abgegeben werden; es mittelt die erhaltenen Signale, auf diese Weise eine sanft sich ändernde Spannung ru erhalten, die die aktuelle Winkelposition des Wandlers wiedergibt. Die Sektoren" programmierstufe 286 erzeugt ein rechteckiges Signal, das beisplelweise etwa 6,o V von Spitze zu Spitze bei 5 bis 13 Hz betragen kann.
Dieses Dreiecksignal dient als Hauptsteuerung der Wandlerbewegung und Wandlerposition im Vergleich mit dem vom Modul 284 abgegebenen Signal, das zur Aufbringung eines Korrekturfaktors dient. Du dreieckige Wellensignal wird ueber die Leitung 288 dem Servoverstärker und Entzerrer 290 zugeführt. Letzterer vergleicht das von der Stufe 286 erhaltene Signal mit der tatsächlichen Position, die in Be-Drehung zu dem von dem Modul 284 über die Leitung 292 erhaltenen Signal steht. Die Differenz beider Signale, die die Größe der Abweichung der Ist-Stellung des Wandlers von seiner Soll-Stellung wiedergibt, wie sie von der Sektorprogrammierstufe 286 angezeigt wird, wird verstärkt und über die Leitung 300 in den Servoleistungsverstärker 298 gegeben, der seinerseits der Antriebsspule 302 der Abtastvorrichtung 304 zum Antrieb des Wandlers 306 Strom zuführt.
Im Hinblick auf die elektrische Anregung des Wandlers 306 und des empfangs von reflektierten Signalen durchläuft das von der Hauptzeitstufe 280 ausgesandte aktive Taktsignal durch die Zirpprograimierstufe 314, den Zirpübertrager 324, den Zirpleistungsverstärker 330 und den Empfänger 340, von wo aus es in der im folgenden beschriebenen Weise zum Wandler 306 weitergeleitet wird. Die zum Wandler 306 zurückkehrenden, reflektierten akustischen Signale werden über die Leitung 846 zum Empfänger 340 zurückgeführt. Einzelheiten der Signalverarbeitung werden unten beschrieben. Das vom Wandler 306 zum Empfänger 340 zurückgeführte Signal wird nacheinander verarbeitet, um letstlich auf der Kathodenstrahlröhre 374 angezeigt zu werden.
Das aktive Taktsignal verläuft über, die Leitungen 312 und 316 zur Zirpprogrammierstufe. Es dient zur Initierung des Signalstakt aus auf der Leitung 318 inner der Progrannierstufe 314 und des Signale drehen aus auf der Leitung 320, ebenfalls hinter der Zirpprogrammierstufe 314. Diese beiden Signale gelangen in den Zirpübertrager 324 und bestimmen Längen- und Frequenzvariationen (Porm) der Zirpwellenform oder des Zirpsignals, das vom Zirpübertrager 324 über die leitung 326 nin Zirpleistungsverstärker 33o gefUhrt wird.
Das verstärkte, übertragene Zirpen wird über die Leitung 342 an den Em@änger 34o weitergeleitet und nicht direkt durch den Wandler kopf 3o6, da der Empfänger 340 eine Übertragunge/Empfänger-Schaltung (TR) enthält. Letztere isoliert (trennt ab) den Zirpleistungsverstärker 330 su Zeiten des Empfangs von reflektierten Signalen durch den Empfänger 340 vom Wandler 306. Das seit- oder taktgesteuerte Verstärkungemodul 344 steigert die Empfängerverstärkung schwacher reflektierter oder Ec@osignale proportional zur Wartezeit nach dem Zirpen. Der Kompressionsfilter 346 empfängt das Ausgangssignal des Empfängers 340 über die Leitung 348 und führt eine Analyse eines Jeden vom Patienten reflektierten Signales durch. Nachdem das Zirp-Signal akustisch auf den Patienten übertragen wurde, werden vielerlei reflektierte Zirpwellensignale gleichseitig empfangen, was dasu führt, daß Reflexionen eines jeden anatomischen Teils des Patienten sich in überaus verwirrender Weise überlagern. Der Xompresaionsfilter 346 eliminiert diese Überlappung und führt zu einer scharfen axialen (Tiefen-) Auflösung, Der Empfänger 350 erhält die Ausgangssignale des Kompressionsfilters 346 über die Leitung 352 und beine haltet eine herkömmliche Schaltung, mit der Radiofrequensmoden in A-Modensignale umgesetzt werden; sie erbringt die "Zurückweisungs-" Punktion, mit der verhindert wird, daß sehr kleine Reflektions-oder Echoamplituden im letztlich gewonnenen Ultraschallbild erscheinen.
Das Xontrastmodul oder die Kontrast stufe 36o empfängt über die Leitung 362 das Ausgangseignal des Empfängers 350 und bestimmt drei Typen von Videoanzeigekontrasten. Die erste Kontrastart ist der normale Grautonkontrast nach Art, wie er an einem Fernsehempfänger eingestellt wird. Die zweite Kontrastart ist eine axiale Randverstärkung, die die vertikale Auflösung des gezeigten Bildes schärft.
Diese Steigerung oder Verstärkung wird innen in der Kontrastetufe 360 vorgenommen. Die dritte Kontrastart ist die Azimuthrandverstärkung, die die horizontale Auflösung des gezeigten Bildes anhebt. Die Steuerfunktion für die Azimuthrandverstärkung ist im Kontrastmodul 360 vorhanden. Die tatsächliche Durchfuhrng der Azimuthrandverstärkung wird jedoch in der Azimuthleistungseinheit 364 vorgenommen, der die Ausgangssignale der Kontraststufe über die Leitung 366 zygeführt werden.
Die Ausgangssignale der Azimuthleistungseinheit dienen zum Antrieb des Sekundärjochs 372 der Kathodenstrahlenröhre 374, und zwar indirekt durch Weiterleiten der Ausgangsaignale der Azimuthleistungseinheit 364 durch das Linienbreitenmodul 368 über die leitungen 370 und 376.
Das Linienbreitenmodul 368 stellt für jede Abtastlinie der SeXtoranzeige einen gesteuerten Betrag horisontalen Astigmatismus ur Verfügung, damit bei "stärkerer Ausbreitung" der Linien unten am Sektor diese Linien auch "fetter" in Proportion zur Distanz längs der Abtastung in Richtung nach unten des angezeigten Bildes werden.
Diese "Keil-" Wirkung verbessert die Grautonkontinuität, ohne daß die Auflösung in der vertikalen Axialrichtung des angezeigten Bildes geopfert werden muß.
Die Videostufe 382 erhält die Bildinformation der Kontrast stufe 36o über die Leitung 384 sowie das ein Zentimeter Strichmarkierungssignale der Markierungsstufe 386 über die Leitung 388. Die Kombination von Bildsignal und Markierungs- oder Kennungssignal wird über die Leitung 392 auf die Gittersteuerung 39o der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 gegeben. Die Videostufe 382 enthält die notwendigen Steuerungen für Hauptkontrast, Helligkeit und Bildschärfe (Fokus), um das richtig eingestellte Bild an der Kathodenstrahlröhre erscheinen zu lassen; dies wie es herkömmlicherweise in einem Fernsehgerät erfolgt.
Das von der Haupttaktstufe 280 über die Leitung 312 abgegebene aktive Taktsignal und das von der Positionsabtaststufe 282 über die Leitung 596 abgegebene Theta Positionssignal steuern den Sektordisplaywobbelgenerator 398 an und versetzen diese in die Lage, Sägesahnauslenkungssignale zu erzeugen, die nach Verstärkung durch den Zeilenleistungsverstärker 400 und den Theta Leistungsverstärker 4o2 auf das Hauptjoch 404 der gathodecatrahlenröhre 374 gegeben werden, um daa Sektroformatabtastraster zu erzeugen. Das aktive Taktsignal wird über leitungen 312, 406 und 4o8 auf den Generator 398 gegeben. Die Ausgangssignale dieses Sektorwobbelgeneratore 398 werden über die leitung 412 auf den Zeilenleistungsverstärker und über die leitung 414 auf den Theta Leistungsverstärker 402 gegeben. Das Ausgangs signaL des Zeilenleistungsverstärkers 400 wird über die leitung 416 auf das Hauptjoch 404 der Kathodenstrahlröhre 374 gegeben, das Ausgangsaignal des Theta Leistungsverstärkers 402 über die Leitung 418 ebenfalls auf das Hauptjoch 404 der Kathodenstrahlröhre 474.
Dine dauernde Aufzeichnung der Anzeige der Kathodenstrahlröhre 374 erfolgt mittels einer Kamera 426, die mit einer Kamerasteuerung 428 versehen ist, die beispielsweise von der Firma Tektronix unter der Bezeichnung C 27" vertrieben wird, Die Kamerasteuerung 428 wird mittels eines Schalters 430, beispielsweise einem Fußschalter betätig. Die Anordnung der Kamera ist derart, daß die Kamerasteuerungsstufe oder das Kamerasteuerungsmodul 428 ein Triggersignal vom Sohalter 430 erhält und einen Stromimpuls erzeugt, dessen Dauer unabhängig von der Betätigungsdauer des Schalters 430 ist. Diese Strominpulse betätigen den elektronischen Verschluß der Kamera 426. Die Impulolänge ist in der Kamerasteuerung 428 programmierbar, damit die Belichtungszeit dem Film und der Brennweite angepaßt werden kann. Beispielsweise kann man bei einem Polaroidfilm Nr. 107 0,2 So.
kunden bei einer Brennweite von 3,5 belichten, Ein herkömmliches, regelbares Netzteil 432 ist über einen 8tokker 434 an eine @nergiequelle angeschlossen. Ee kann mit allen eine Stromversorgung benötigenden Stufen elektrisch verbunden werden.
Im Hinblick darauf, daß es sich bei diesem Netsteil um ein handelsübliches Gerät handelt, wird auf eine weitergehende Beschreibung verzichtet.
Ein Hochspannungsnetzteil 436 ist über die Leitung 438 an die Videostufe 382 und mittels der Leitung 448 an die Kathodenstrahlröhre@-anordnung 374 angelegt. Über die leitungen 442 und 444 ist ein regelbares 32 Volt Gleichstromnetzteil 44o mit dem Zeilenleistungsverstärker 400 und dem Theta Leistungsverstärker 442 verbunden. Anch diese Netzteile oder Versorgungsteile 436, 440 sind herkömmlich.
Die dynamische Intensitätsstufe 450 legt über das Kathodenstrahlröhrengitter 454 mittels der Leitung 456 eine Steuerspannung an.
Dies dient der Helligkeitssteigerung des Bildes, wenn sich der Sektor auf dem Bild von oben nach unten ausbreitet. Hierdurch wird ein Hellerwerden des Bildes dort vermieden, wo es "gebündelt" wird; d, h, oben am Anzeigeschirm 394. Die Zeilenauslenkungssi nale steuern diese dynamischen Intensitätsänderungen mittels der leitung 458.
Das Theta Positionssignal wird ebenfalls (über die Leitung 459) an das dynamische Intensitätamodul 450 angelegt, @damit die rechten und linken Ränder des Rasters während des kurzen Stoppens des Wandlers während der Umkehrung seiner dreieckförmigen Abtastmuster abg@dunkelt werden. Andernfalls wUrden während der verlangsamenden oszillierenden Geschwindigkeit des Wandler längs seines Weges an den linken und rechten Rändern des angezeigten Ultraschallbildes auf der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 helle Linien erscheinen.
Das Linienauslenkungssignal (Rampenform), das zitternde Wellenformamplitude vergrößert (moduliert), wenn die Kathodenstrahlröhre den Schirm 394 von oben nach unten abtastet, wird über die leitungen 412, 4,8 und 461 vom Generator 398 an das Linienbreitenmodul 968 angelegt Die von der Kontraststufe 360 sur Azimuthleistungseinheit 364 verlaufende leitung 366 läßt ein Videosignal gesteuerter Größe anlegen, um die Azimuthleistungseinheit 364 zu veranlassen, große Ströme zu erseugen (beispielsweise 0,2 Ampère), die den Punkt auf dem Sohirn 394 horizontal bewegen.
In der Fig. 17 ist besondere Ausführungsform eines bevorsugten Hauptseitgebers 280 ge@eigt. Die Arbeit@zyklusseit dieser Hauptseitetufe wird ton der Drossel 464 und den Kapasitäten 446 und 448 bestimmt. Der Feldef@ekttransistor 478 vervollständigt einen Colpitts-Bchwingkreis, der beispielsweise alle 370 Mikrosekunden eine @inusförmige Schwingungsperiode vervollständigt. Die Transistorichaltung 474 setst die Sinusschwingung in einen Impuls wt, der den monostabilen Multitibrator 476 zur Erseugung von Rechteckimpulsen einer Dauer von beispielsweise 136, 200 oder 266 Mikrosekunden aktiviert, und zwar Jeweils einmal während einer vollständigen Periode des Colpitts-Schwingkreises. Der Ausgang 478 des aktiven Taktes betätigt die aktiven Takterfordernisse des Ultraschallsystems und initliert ebenfalls den zweiten Impuls des monostabilen Multivibrators 484 des Positionstaktes. Dieser Multivibrator 484 erseugt das Positionstaktsignal am Ausgang 486.
Mit den Fig. 18 bis 21 wird die bei Betrieb der Haupttaktatufe 280 gem§ dem Beispiel nach Fig. 17 erseugte Wellenform einer näheren Betrachtung unterzogen. In der Fig. 18 ist die von dem Colpitts-Schwingkreis erzeugte sinusförmige Schwingung geneigt. Bei den gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schwingung eine Maximalamplitude von 5 V - entweder positiv oder negativ - auf und eine Schwingungs- oder Zyklusdauer von 370 Mikrosekunden. Fig. 19 neigt die vom Transistorschaltkreis 474 erseugte Impulsform. Diese Impulse haben eine Amplitude von + 5 V und treten alle 37o Mikrosekunden auf. Fig. 20 zeigt das Ausgangssignal des Multivibrators 476, welches wählbar bei 135, 20c oder 266 Mikrosekunden auftritt, wählbar durch Änderung des Wertes des Widerstandes 477. Die Vorderkante 479 des Signals 481 des Multivibrators 484 initiiert den Positionstaktimpuls 483 nach Fig. 21 des Multivibrators 484. GeaU diesem Beispiel werden die aktiven Taktseiten deshalb geändert, daß die aktiven Zeiten mit 136, 200 und 266 Mikrosekunden einem angezeigten Sektorbild von lo, 15 und 20 ca Tiefe in der zu untersuchenden Probe jeweils entsprechen können. Im Erge@nis wird bei diesen Ausführungsbeispiel die Systemseit geändert, um drei unterschiedliche Vergrößerungen des ge@eigten Bildes zu ermögliohren. In Verbindung mit den Fig. 16 und 22 wird nun ein@ bevorsugtes Ausfährungsbeispiel einer Positionsabtastufe 282 beschrieben.
Das von der Haupttaktstufe 280 ausgesandte Po@itionstaktaignal aktiviert die Positionsabtaststufe 282, wobei diese Aktivierung den Hartlay-Schwingkreis 490 einschaltet, der seinerseits beispielsweise während der "an"-Zeit des Positionstaktimpulses 10 V Signale von Spitse nu Spitze mit 2,o MHz erseugt. Die Dioden 492 und 494 wirken zur genauen Begrenzung der Amplitude der Schwingung zueammen. Der Transistor 496 wirkt als Radio- oder Hochfrequenzetromquelle, die die Wandlerkopf-Positionsabtastspule 498 über die leitung 396 (Fig.
16) erregt. Die Spule oder Induktion 502 sowie die Kapasität 504 wirken als Hochpaßfilter, der eine Interferenz zwischen Antriebsspulenspannungsaufnahme der Abtastspule 498 und erregendem Hochfrequenzstrom sowie der gewünschten Positionsabtastwirkung der Spule 498 verhindert. Die über die Spule 498 entwickelte Spannung hängt von Induktionsänderungen (beispielsweise in der Größenordnung von etwa 7 - lo Miorohnnries) in der Spule 498 abhängt, welche Änderungen aufgrund der Winkelbewegung des Wandlers 3o6 in der Wandlereinheit auftritt.
Die Diode 510 richtet die an der Spule 498 anliegende Hochfrequenzspannung gleich, du Widerstand/Kapazität-Netzwerk 512 glättet die gleichgerichteten Spannungen in der Winkelstellung des Wandlers 306 proportionale Gleichspannungen. Diese Spannungen bewegen sich beispielsweise in der Größenordnung von etwa o - 0,5 V von Spitze zu Spitze, und der Differentialverstärker 514 verstärkt diese Spannung änderungen auf gebräuchliche Werte, wie beispielsweise - 3 bis + 3 V Gleichspannung, Der Transistor 516 wirkt als Leitungstreiber sur Betätigung folgender Lastkreise. Ein Relais 518 (das aus Gründen der Klarheit in der Pig. 22 an drei Stellen gezeigt ist) trennt das richtige Positionseignal von den folgenden Lutkreisen ab und ersetzt es in den Lastkreisen jeweils bei Drücken des Kopfschalters 522 durch ein Imitations(Theta)bild- oder -rahmensignal 520. Dies erfolgt deshalb, daß mechanischer Verschleiß der Wandlerkopfeinheit vermieden wird, wenn sie sich nicht im Gebrauch befindet. Der Kopf Pa@t in einen kleinen Behälter, der den Schalter 522 dann aktiviert, wenn der Kopf sich nicht im Gebrauch befindet. Gleichseitig trennt das Relais 518 die Widerstände 524 zur Begrenzung des Antriebsspulenstroms von der Kopfeinheit oder Kopfanordnung ab, so daß sich der Kopf während der Ruhestellungen nicht unndtig erwärmt. Der Schaltkreis 526 überträgt den Zustand des Schalters 522 auf das Relais 518. Die Rückführleitung 528 mun Schalter 522 weist eine Verbindung zur Abtastung der Spule 498 auf, so daß im Palle eines Nichteinsteckens des Kopfes das Relais 518 in Leerlaufstellung geht und sämtliche elektronischen Schaltungen gegen den "kein Signal" Zustand geschützt sind, der ansonsten die Elektronik schädigen und ein Abbrennen des Phosph@rs des Bildschirms 394 der Kathodenstrahlröhre herbeiführen könnte, wenn das Sektorraster stoppt und falls eine helle Linie abgetastet werden würde.
Gemäß den Fig. 17 und 23 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Taktmittel- und -halteschaltkreises 284 geneigt. Diese Stufe ermöglicht es den am Eingang 540 anliegenden Signalen nur dann auch am Ausgang 542 ansuliegen, wenn der Positionstakt 524 vorhanden ist, beispielsweise mit + 5 V Gleichspannung. Schaltet eine solche Taktspannung am Positionstakteingang 544 dio Transistoren 546 und 548 an, so dient die nur Aktivierung der Stromquellen 550 und 552. Die Stromquelle 550 schaltet die obere Stromquelle 556 an, und der in der Regel beispielsweise etwa 5,0 Am betragende, von der Stromquelle 556 mr Verfügung gestellte Stroh ist den Strom der Stromquelle 552 entgegengesetzt gerichtet und gleicht diesen exakt aus, Diese entgegengerichteten Ströme interferieren nicht mit dem Signalübertragungsverfahren; derartige Stromquellen dienen vi@m@hr nur nur Aktivierung der Dioden 558 innerhalb des Diamenttores, damit jegliches bei 550 empfangene, über den Treibertransistor 560 weitergeleitete Eingangspositionssignal am Punkt 562 anliegt. Der Verstärker 564 erfaßt die am Punkt 562 anliegende@Spannung und treibt die mit den Ausgang 542 verbundenen Lastkreise an, während die Kapazitäten 566, 568 als Durchschnitte bildende Filter wirken, um aufeinanderfolgende durchschnittsbildende oder mittelnde Wirkungen herbeizuführen, die beim oben beschriebenen Beispiel alle 370 Mikrosekunden auftreten, um eine sanft variierende Ausgangsspannung zu erzeugen, die der relativ langsamen mechanischen Bewegung des Wandlers über einen Winkelweg folgt.
Gemäß den Fig. 16 und 24 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Servoverstärkungs- und Entzerrungestufe 290 näher erläutert.
Die über die leitung 292 an diese Stufe gelangenden Positionssignale werden von dem über die Leitung 288 ankommenden Wobbelsignal abgezogen. Diese Differennbildung wird im OperationsverstMrker 586 durchgeführt, und die erhaltene Differenz wird durch die in Tandemschaltung vorgeschene weiteren Operationsver.tärker 588 und 59o verstärkt. Widerstand/Kapasität-Netzwerke 592, 594 modifizieren das Frequenz- und Phasenansprechen der Operationsvertärker 588, 590, datt die ver@ollständigte Rückkopplungsschleife einschließlich des Wandlern 306 eine hinreichende Stabilität bekommt, so daß der Wandler 306 tatsächlich dem am Eingang 288 anliegenden SteuersignaI folgt und nicht in unkontrollierte mechanische Schwingungen ausbricht, Die Kapazitäten 596, 598 wirken als Tiefpaßfilter, die verhindern, daß Restspannungsschwingungen der Stufe 284 im gleichen Ausmaß verstärkt werden, wie das abgetastete, positive Gleichspannung@signal oben dieser Stufe 284. Zenerdioden 600, 602 redusieren die + 20 und - 20 Gleichspannungen beispielsweise auf + 15 und - 15 V.
Xn der Pig. 25 wird in Verbindung mit der Fig. 16 nunmehr ein bevorsugtes Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises des Servoleistungsverstärkers 298 beschrieben. Ders@lbe Schaltkreis kann für den Linien- oder Zeilenleistungsverstärker 400 und den Theta Leistungsverstärker 402 zum Einsat@ gelangen. Der Eingang 606 ist bezüglich der Nachstellung oder Zentrierung 608 versetzt, bevor ein Teil dieses Versetzungssignals am Potentiometer 61o abgegriffen wird.
Der Betrag der am Potentiometer 61o abgegriffenen Spannung bestimmt den Betrag des Stromausgangssignals bei 612. Die Last, die in der Regel aus der Wandlerantriebsspule oder einer der Auslenkungsjochspulen besteht, ist zwischen die Punkte 612 und 614 geschaltet. Der Widerstand 620 erzeugt einen Spannungsabfall von etwa 4 V von Spitze zu Spitze, dies wiederum nur als Beispiel, wobei die Ausgangsströme sich dann im Bereich von etwa 0,2 bis 1,o A bewegen. Der Spannungsabfall am Widerstand 620 wird um Differentialverstärker 622 zurückgeführt, der die Widerstandespannung 620 mit der bei 610 abgegriffenen Steuerspannung vergleicht. Die Differensßpannung liegt am Punkt 624 an und wird zu den Verstärkungstransistoren 630 zurückgeführt, um proportional zum Differenssignal am Punkt 624 Antriebsströme bei 612 zu erzeugen. Diese Schaltung bildet einen "komplementär-symmetrischen" Leistungsverstärker, wie er in ossilloskopisch-fotografischen Aufseichnung@systemen hoher Qualität mit Kathodenstrahlrören verwendet wird.
In der Fig. 26 wird in Verbindung mit der Fig. 16 eine Schaltung nur Verwendung in Verbindung mit der Sektorprogrammierstufe 286 gegeben, Diese Stufe kann ein herkömmlicher Generator fur dreieckförmige Signale oder Wellenformen nach Art eines Schmidt-Triggerintegrators sein. Des Ausgangsspannungszustand des Schmidt-Triggers 640 hängt vom Spannungseingang bei 642 ab. Wenn die Spannung bei 642 niedrig iet, beispielsweise + 2 V beträgt und auf beispielsweise + 6 V ansteigt, so leitet der zweite Transistor 644 Strom, und die Spannung am Punkt 644 wird dann niedrig, beispielsweise + 6 V. Steigt die Eingangsspannung am Punkt 642 Jedoch auf beispielsweise mehr als + 6 V an, so leitet der erste Transistor 648, und der zweite Transistor 644 schaltet ab. Die Spannung am Punkt 644 wird hoch und verbleibt auf dem hohen Niveau (zum Beispiel etwa + 20 V) bis die Eingangsspannung bei 642 auf + 6 - + 12 V zurückkehrt. Der Schmidt-Trigger wirkt als eine Art elektronischer "Kippschalter" in der Weise, daß zur Herbeiführung einer Änderung Jeder anliegende Eingangsspannungstrend seine Markierung des Ausgang@zustandes am Punkt 646 "überlaufen" muß. Befindet sich die Ausgangsspannung bei 646 auf einem niedrigen Niveau (beispielsweise etwa + 8 ?), so werden die Transistoren 656, 658 angesohaltet, und die obere Stromquelle 66o wird abgeschaltet. Während dieses Zustandes wird die untere Stromquelle 662 wirksam, und die Kapazität 660 entlädt. Die Transistoren 668, 670 verstärken den von der Kapazität 666 erhältlichen Strom, ohne daa über die Kapazität 666 anliegende Spannungssignal zu stören. Das am Punkt 672 anliegende Ausgangssignal kann sich nur soweit fortsetzen, bis die obere Stromquelle 660 aktiviert wird (oder abgeschaltet wird), und deshalb besteht die Ausgangsspannung am Punkt 672 aus einem dreiecksförmigen Signal mit geraden Flanken längs der geneigten Teile der Welle, und zwar wie im Einschub oberhalb des Punktes 672 bei der auftragung der Spannung gegen die Zeit gezeigt. Da Potentiometer 674 Bestimmt, welcher Anteil des Dreieckssignals zur Steuerung der Winkelposition des Wandlers 3o6 verwendet wird. Das Ausmaß der Wandlerauslenkung ist proportional dem Spannungsabgrtfi, der durch den Potentiometer 674 eingestellt wird. (Die Winkelauslenkung in Grad ist gleich dem Prosent@atz des Spannungsabgriffs mal der Spannung am Punkt 672.) Eine Spannungsabgriffseinstellung durch das Potentiometer 676 setzt den von beiden konstanten Stromquellen 662, 678 erhältlichen konstanten Strom auf beispielsweise etwa 1,5 - 6 mA fest. Die Strom quelle 662 entlädt die Kapasität 666 jedoch direkt, wobei sie jedoch die Aufladung indirekt durch die Stromquelle 66o beeinflußt.
Immer wenn der Transistor 658 leitet, wird die Stromquelle 66o abgeschaltet. Der Widerstand 686 ist geringer als der Widerstand 688 eingestellt, und zwar deshalb, daß die Größenordnung des von der oberen Stromquelle 660 erhaltenen Stromes (etwa 3 - 12 mA) doppelt so groß wie der von der unteren Stromquelle 662 erhältliche Strom ist.
Die vom Potentiometer 676 erhältliche Spannung steuert Jedoch die beiden Stromquellen 660, 662 in führender Weise. Diese Ströme sind auf große Beträge eingestellt, die Rechtecksignale wiederholen sich mit einer Frequenz von 14Hz (entsprechend 26 Rahmen pro Sekunde) im Bild; wenn diese Ströme auf niedrige Werte eingestellt sind, ao beträgt die Wiederholungsfrequenz etwa 5 Hz (ensprechend to Rahmen pro Sekunde) im Bild.
In der Pig. 27 wird nunmehr in Verbindung mit der Fig. 16 eine bevorsugte Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ru verwendenden Zirpprogrammierstufe 314 beschrieben0 Diese Stufe 314 empfängt die aktiven Taktsignale von der Hauptzeitstufe 218 über leitungen 312, 316 am Eingang 700. Die Zirpprogrammierstufe erseugt swei Arten von Ausgangssignalen. Die erste ist ein Zirpdauertaktimpuls, der am Ausgang 702 anliegt und beispielsweise etwa 4,5 Mikros@kunden beträgt, Dieses Signal wird über die leitung 318 an die @irpübertragungestufe 324 gegeben, Die andere Ausgangssignalart ist das @irpdrchsignal, das am Ausgang 704 nur Verfügung steht und an die Zirpübertragungsstufe 324 über die Leitung 320 gegeben wird. @ypische Wellenformen sind in den Fig. 27a, 27b und 270 gegeben. Das aktive Takteignal ist in der Fig. 27a gezeigt. Es weist im wesentlichen rechtwinkellige Wellenform mit beispielsweise einer Maximalamplitude von 5 V und einer Dauer von swischen 136 - 166 Mikrosskunden auf. Das Zirptaktsignal ist in Fig. 27b gezeigt und weist beispielsweise eine Dauer von etwa 4,5 Mikrosekunden und eine Maximalamplitude von 5 V auf. Das Zirpdrehsignal erg@@@ sich aus Fig. 270.
Es weist etwa gleiche Dauer wie das Zirptaktsignal auf, ist Jedoch nicht rechteckig. Die Zeitdauer, wenn der du Zirptakteignal, du am Ausgang 702 anliegt, vorhanden ist, besteht die Dauer der Zirpübertragung. Die Form des geneigten Teils des Zirpdrcheignals, das am Ausgang 7o4 anliegt, bestimmt, wie die Hochfrequenz innerhalb des Zirpens variiert. Die Momentanfrequenz im Zirpen ist direkt proportional der Höhe der Zirpdrchwelle. Eine gute Annäherung erhält an dann, wenn man 1,o V der Zirpdrehsteuerung am Punkt 704 mit jeweils jeder 1,0 MHz Frequenz anstieg der Hochfrequenzübertragung des Zirpens in Verbindung setzt.
Das am Eingang 700 empfangene aktive Taktsignal steuert den monostabilen Multivibartor 706 an, der die 4,5 Mikrosekunden ilapulse erzeugt. Ein für diesen Zweok einsetzbaren Multivibrator ist in der US-PS 3 964 296 beschrieben; andere derartige Stufen sind dem Paohmann bekannt. Das Ausgangssignal des Multivibrators 706 liegt am Punkt 702 an und steuert ebenfalls die Drehschaltung am Punkt 708 an. Zwischen dem Zirpen sind die Transistoren 71o, 712 normalerweise leitend, und somit schalten sie also die Stromquellen 714, 716 während dieser Ruhe ab. Es wird kein ladestrom über den Transistor 714 oder 716 an die Kapazität 718 abgegeben, und nur der Widerstand 720 bestimmt die durchschnittliche Rubespannung an der Kapazität 718.
Das Potentiometer 722 besteht das Ruhespannungeniveau der Kapasität 718 zwisohen dem Zirpen. Dieses Ruhespannungeniveau bestimmt die anfängliche Höhe der geneigten, am Ausgang 704 anliegenden Drehwellenform. Wird das Zirptaktausgangssignal am Ausgang 702 aktiv.
so aktiviert der Punkt 708 die Transistoren 724, 726 um die Stromquellen 714, 716 in die Lage su versetzen, bei der Ladung der Kapasität 718 gegeneinander su wirken. In Abhängigkeit von der Position des Abgreifers des Symmetriepotentiometers 728 wird entweder die obere Stromquelle 714 oder die untere Stromquelle 716 dominieren, und die Neigungsrichtung der Zirpdrchwellenform am Ausgang 704 wird entweder nach oben oder nach unten gerichtet sein. Die Dioden 730, 732 verhindern, daß das Drchausgangssignal in jeden Pall negativ wird. Der Transistor 724 ist lediglich ein Leitungstreiber, um den Lastkreis außerhalb der Stufe ansutreiben.
Die Zirpübertragungsstufe 324 arbeitet in gleicher oder identischer Weise wie die Sektorprogrammierstufs 286. Die Zirpübertragungsstufe 324 arbeitet jodoch in einem schr hohen Frequen@bereich, beispielsweise etwa bei 1 - 4 MHz.
In der Fig. 28 wird nunmehr in Verbindung mit der Pig. 16 eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Zirpübertragungsstufe 324 gegeben. Ist der Zirptakteingang 750 eingeschaltet, so trennt die Transistorschaltung 752 die Kapazität 754 von Erde ab, und die Ausgangssignale liegen dann am Ausgang 756 an. Das Rampenfunktionssteuerungsdrchsignal am Dreheingang 758 wird durch die Transistoren 76o verstärkt, und der Ausgang bei 762 programmiert die Stromquelle 764 derart, daß die die Kapazität 754 beeinflussenden Ladungs/Entladungs-Geschwindigkeiten von dem bei 758 empfangenen Drchsteuerungssignal sind. Die mit 766 bezeichneten Dioden und die Kapazität 768 arbeiten zur Kombination von übermäßigen Unstetigkeiten in Ausgangssignal innerhalb etwa 4,0 V von Spit@e su Spitze zusammen. Der Schmidt-Trigger 770 weist eine Schottky-Klemmdiode 772 auf, um den Trigger 770 in die Lage zu versetsen, mit sehr hohen Prequensen durch Verringern der Speicherseit im Transistor 774 zu arbeiten. Die Diode 786 trägt ebenfalls zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Schmidt-Triggers 770 durch Abtrennen der Basiskapasität des Transistors 788 vom Lasttransistor 774 während der Betriebsphase des Transistors 774 bei. Die Kapasität 790 ormöglicht es dem Schmidt-Trigger 770 durch Kompensation des Basiskapasitätseffekts des Transistors 774 schneller su arbeiten. Gleichermaßen kompensiert die Kapasität 792 die Versögerungsseit (beispielsweise etwa 0,2 Mikrosckunden) der Signalschaltung 752.
Es wird nunmehr auf die Fig. 29 eingegangen, die in Verbindung mit der Fig. 16 eine bevorsugte Ausführungsform einer Schaltung des Zirpleistungsverstärkers 330 wiedergibt. Der Zirpleistungsverstärker nach Fig, 29 arbeitet nach dem Prinzip einer zusammengesetzten Rückkopplung. Hierdurch erhält man eine maximale Gleichstromstabilität des Verstärkers unter Beibehaltung eines Frequenzansprechens und einer gesteuerten Verstärkung unabhängig ron den Lastzuständen.
Die am Punkt 8ao angelegte Spannung ist stark kapazitiv und bewegt sich beispielsweise im Bereich von 0,002 - o,oo4 Xikrofarad und wird durch den Wandler 306 und die Verbindungsleitung zwischen dem Punkt 800 und dem Wandler 306 bewirkt, Es können beispielsweise Treiberstörme in der Größenordnung einiger Ampère mit Hochfrequenzen im Bereich von etwa 1 - 4 MHz auftreten.
Das Signal der Zirpübertragungsstufe 324 wird über die Leitung 326 (Fig. 16) zum Punkt 8o2 übertragen. Dieser speist eine Seite des Differentialverstärkers 804, Das andere Signal am Punkt 806 ist eine tiefpaßgefilterte Version der durchschnittlichen Gleichspannungsaufteilung zwischen den Treibertransistoren 812, 814. Die Durchschnittsspannungsdifferenz zwischen den Punkten 802 und 806 wird im Differentialverstärker 804 verglichen. Dieser Vergleich über Rückkopplung stellt das Gleichspannungeniveau am Punkt 816 auf o,o V Gleichspannung. Die Rückkopplung über den Punkt 806 stcht in keiner Besiehung zu dem Vermögen, das Zirpsignal zu verstärken. Diese Rückkopplung "zentriert" nur den Vorspannungszustand des gesamten Verstärkers 804 und ermöglicht auf diese Weise, daß bei allen Eingangsfrequenzen eine maximal mögliche Aungangsspannung erreicht wird (beispielsweise etwa 36 V Spitzo zu Spitse), Die Ausgangstransistoren 818, 820 folgen der as Punkt 816 anliegenden Spannung, ausgenommen bei einem kleinen Betrag (beispielsweise etwa 1,2 V) an Nulldurchgangsstörung, die im Leistungsverstärker eingebaut ist im Himblick darauf, daß dieser Verstärker 804 keine kleinen Signal durchläßt, die Restschwingungen über die Energieversorgungsleitungen, wenn der Leistungsverstärker an sich abgeschaltet ist. Der Ausdruck "Nulldurchgangsstörung" besicht sich auf den Teil der zeichnerischen Auftragung von Spannung gen Zeit, in dem ein Teil der Welle bei Durchgang durch die Spannung o nicht verstärkt wird, d. h. wenn dieser Teil durch eine "tote Zone" im Verstärker verläuft. Des Netzwerk 826 weist ein zweites Rückkopplungsnetzwerk auf, das eine gleichförmige Verstärkung von beispielsweise etwa 10 zu 1 des Verstärkers 804 im Frequenzbereich von beispielsweise etwa o,5 - 6 MHz festlegt. Die Induktion 828 dieses Netzwerks 826 kompensiert den Verlust an Hochfrequenzwiedergabe, die besonders in den Transistoren 818, 820 auftritt, Die Verwendung des Notzwerkes 826 ermöglicht es, die Verstärkung des Leistungsverstärkers 804 Ünabhängigkeit von #nderungen von Wandler su Wandler, die als Last geschaltet sind, su machen. Auch erfihrt der Wandler eine piesoelektrische Rnsonangrarlation bei einer Ippedans im Bereich von 2,25 MHz, wobei das Netzwerk 826 diesen Effekt ebenfalls kompensiert. Als Transistoren 812, 814, 818 und 820 können Transistoren der Firma Motorola, Type MPSU56 und MPSU03 verwendet werden. Es handelt sich hierbei uol "Uniwatt"-Transistoren, die einen Kompromiß swischen Leistungsverarbeitung und Frequenswiedergabe ergeben.
Die Fig. 30 gibt wiederum in Verbindung mit der Fig. 16 ein Ausführungsbeispiel eines als Empfänger 340 verwendeten Schaltkreises wieder. Das Zirpsignal (chirp signal) des Zirpleistung@verstärkers 330 gelangt über die Leitung 342 an den Eingang 836 des Empfängers 340. Dioden 838 isolieren den Zirpleistungsverstärker gegen schwache Wandlerreflektionssignale (bei 844) der Untersuchungsproben. Die Dioden 840 schützen den Feldeffektransistor 842 gegen Hochspannungssirpsignals. Die Wandlerleitung ist am Punkt 844 angeschlossen, Dieser folgt mitteln einer Leitung 846, die den Wandler 3o6 mit dem Empfänger 340 verbindet (vgl. Fig. 16). Die Feldeffekttransistoren 842, 8*8 wirken gemeinsam als ein Differentialeingangsverstärker mit geringem Rauschen. Des Ausgangssignal des Verstärkers wird auf die Transistoren 850, 852 gegeben, die der Anfang oder die Eingangsstufe eines vierstufigen Differentialverstärkers bilden. Die Tran-@istoranordnung bei 854 wirkt als variable Konduktanzeinrichtung.
Ist die Leitfähigkeit des Transistors 854 groß, so ist die Verstärkung des ge@amten Empfängers 340 ebenfalls froß. Die Leitfähigkeit des Transistors 854 wird durch ein Eingangssignal von dem Modul 344 gesteuert, welches Signal über die Leitung 858 an den Punkt 856 des Empfängers 340 gelangt; siche auch Fig. 16. Die Hauptverstärkungssteuerung des Empfängers 340 ist ein Widerstand mit zwölf Wählstellungen, welcher grundsätslich mit 864 bezeichnet ist. Der Transistor 866 ist ein Leitungstreiberverstärker, der auf den Eingang des Impulskompressionsfilter 346 gelegt ist (Fig. 16). Eine große Ansahl der Schaltungen im Empfänger 340 ist differentiell ausgelegt, da diese Auslegung die Ansahl von Kapasitätskopplungen zwischen benachbarten Verstärkungsstufen auf ein Mindestmaß redusiert.
Diese Minimalisierung wird angestrebt, da ein sclchermaßen ausgelegter Empfänger sich schneller von dem großen Leitungs-" Ansturm" der Zirpübertragungsstufe 324 erholt. Ein anderer Vorteil bestcht darin, daß man einen schr empfindlichen Schaltempfänger durch Verwasfung einer größeren Ans@hl von Trensistoren ohne Transformatoren be@en kann, die auf magnetische Interferensen ansprechen könnten.
Ein derartiger Aufbau ist such schr wirtschaftlich, Im folganden wird nummchr anhand der Fig. 31 in Verbindung mit der Fig. 16 auf eine Ausführungsform einer Schaltung eingegangen, die als TOG-Stufe 344 (time-ocntrolled gain = seitgesteuerte Verstärkung) Verwendung findet. Das aktive Zeit- oder taktsignal der Hauptseitstufs 280 wird an die TOG-Stufe oder dieses Modul Überleitungen 312, 406 @6@ du dessen Eingang 872 angelegt, Die Transistorschaltung 874 @iffereusiert den Taktimpuls, so daß die vordere Kante des Taktimpulses eine beispielsweise 20 Mikrosskunden dauernde "an" Zeit des Multivibrators 876 initiiert. (Da säntliche Stufen des Multivibunters in wesentlichen identisch sein können, wurde die @elle 1 mit der De@ugssiffer 876 bessichnet; die Zellen 7 - 7 sind in gleicher Weise gezeigt und insgesant mit 880 besichnet.) Die Kapasität 878 veranlaßt den zweiten nonostabilen Multivibrator der Serie von siebe Multivibratoren sich in seine "an" Sellung während des fallenden Endes des Impulses des ersten Multivibrators 876 zu begeben. Auf diese Weise wird Jede der Multivibratorsellen 876, 880 aufeinander folgend aktiviert, um beispielsweise 20 Mikrosekunden wurde Impulse zu erseugen naoh Art der Fig. 32 - 35.
Fig. 32 zeigt das rechtwinkelige, aktive Takteingangswellensignal, du in der geneigten Form eine Maximalspannung von + 5 V aufweist.
Fig. 33 zeigt die differensierte Führungskante und die nachlaufende Führungskante (nicht existierend) des aktiven Taktimpulses. Ein derartig differensierter Impuls initiiert den ersten monostabilen 20 Mikro@@kundenimpuls 881 nach Fig. 34. Die Zellen von 880 (Fig.
31) erseugen die folge@den Impulse 883. Die Petentiometer 884, 886, 888 usw. greifen für jeden "am" Zustand der Zellen 876, 880 (Fig.
31) von - bis 5 V ab, was zu einer die Einstellungen der angrensenden Potentiometer 884 usw. in Erinnerung bringenden treppenartigen Wellenform führt. Die in Fig. 35 geseigte gefilterte Treppenfunktion gibt die glatt programmierbare TOG-Wellenformfunktion wieder.
Innerhalb jeder Multivibratorselle verbindet die Triggerkapasität 878 mit dem Punkt 882, wie dies beim Multivibrator 876 geseigt ist.
Die Serie der Potentiometer 884, 886, 888 usw. ergeben für jeden Multivibrator oder jede Multivibratorselle ein einsiges Potestiometer, wie dies oben angegeben wurde. Die Potentiom@ter mitteln die Höhe eines jeden Impulses eines jeden Multivibraters 876, 880. Im vorliegenden Beispiel sind sieben Potentiometer vorhanden, die jeden von sieben Impulsen antnchmen, wodurch man einen trsppenförmigen Impuls erhält. Die so orhaltene Wellenform wird am Punkt 890 geglättet, um einem graduell sich änderaden Signal bei 890 su entsprech@n, Ein derartiges Signal ist in Fig. 35 angsgeben, webei das treppenförmige Signal in Fig. 34 geseigt ist. Das Signal @@ Punkt 890 wird mittels des Verstärkers 892 verstärkt, und das letstlich am Ausgang 894 anliegende Ausgangssignal wird ein zeitgesteuertes Verstärkungssteuersignal, das über die Leitung 858 (Fig. 16) an den Empfänger 340 angelegt wird. Dieses Signal wächst grundsätzlich monoton an, um den über die Zeit ansteigenden Empfängerverstärkungsanforderungen zu entsprechen, und diese Zeit ist propor-Signal der Dicke der Probe, Alle sieben Potentiometer 876, 880 sind stufenlos verstellbar und auf einer bequem zur Ultraschallvorrichtung gelegenen Frontaplatte befestigt, so daß wachsende Verstärkungen eingestellt verden können, um den jeweiligen zu untersuchenden oder zu behandelnden Proben su entsprechen. Unterschiedliche Testprcben können unterschiedliche TCG-Einstellungen erforderlich machen, da verschiedene Testproben mehr Schall als andere absorbieren. Bei einen menschlichen Patienten können beispielsweise Variable wie Altersunterschied, Hydrationsgrad und Unterschiede im Muskelgewebe und in Fettschichten die Schallabsorptionskenngrößen ändern. Die Empfindlichkeit des Empfängers 340 wächst mit einer Rote von etwa 5 dl pro + 1,0 V Anwachsen des TCG-Steuersignals.
Ein TCG-Bereich von etwa 25 dB (0 bis + 5 V Gleichspannung) ist erreichbar.
In Fig. 36 ist nunmchr wiederum in Verbindung mit Fig. 16 eine Ausführungsform eines Chaltkreises gezeigt, der als Kompressionsfilt.r 346 Verwendung findet.
Der Kompressionsfilterschaltkreis gemäß Fig. 36 ist ein mchrfach abgegriffener Winerfilter, der im Hinblick auf eine Versögerungsleitung von beispielsweise 4 Mikrosekunden ausgelegt ist. Das von Empfänger 340 ankommende Signal wird am Punkt 900 angelegt und wird auf eine Spule mit 1 500 Windungen aus Mr. 30 Magnetdraht gegeben, der auf ein Luciterchr mit beispielsweise 25,4 mm Durchmesser und 610 mm Länge gewickelt ist. Das Rchr war anfänglich mit einer Halbkreiswicklung aus Aluminiumabfallreparaturband versehen. Dieses Band w@rde mit der elektrischen Erdung des Filtergehäuses verbunden.
Die Kombination aus Spule und Erde, die schematisch geneigt und mit der Bezugsziffer 902 versehen ist, bildet eine vier Mikrosekundenversögerungsleitung, die beispielsweise eine Stoßimpedans von 560 Ohm aufweist. Diese Leitung ist genau im Hinblick auf einen Nullreflexionekoeffizient mittels des Trinmers 904 abgestimmt. In der Regel sind etwa 8 bis 10 kapazitive Abgriffe 906 mittels zweier Wicklungen festen Nr. 22 verzinkten Kupferschaltdrahtes vorhanden, und jeder Abgriff ist so angeordnet, daß das Gehäuse für die gesamten Abgriffe an die Porn des übertragenen Zirpsignals erinnert. Der kapasitive Abgriff entnimmt das voll entwickelte Zirpsignal aus der Testprobe, wenn die gesamte Zirpreflektion die gesamte leitung besetzt und erseugt die größte Impulsausgangswellenform in der Zeit, während der der größte Teil des reflektierten Zirpens auf der Leitung ist. Das am Punkt 908 abnehmbare oder anliegende Signal stellt ein sehr kurzes Radiofrequenssignal dar, dessen Frequens der Mittel (Durchschnitts)-Zirpfrequens entspricht; die Signaldauer am Punkt 908 hängt von der Einstellung der Sammel- oder Entnahmepunkte 906 ab. Grundsätslich ist es möglich, die Länge des Originalsirpens von beispielsweise 4 Mikrosekunden auf etwa 1 bis 1,5 Mikrosekunden su komprimieren.
Wie in den Fig. 37 und 39 geseigt ist, erleidet das am Punkt 908 komprimierte Zirpen eine Lämpfung von otwa 10 zu 1 der Amplitude, da während des Entnahme- oder Mittelungsprozesses viele Kapasitäten einen Schunteffekt aufeinander ausüben. Die Fig. 37 zeigt das reflektierte Zirpen bei 900, während die Fig. 38 das bei 908 komprimierte Zirpen wiedergibt. Der Verstärker 910 Vergrößert die Amplitude auf etwa die Originalsignalsmplitude von etwa 5 bis 8 V Spitze zu Spitse, und das am Ausgangspunkt 912 anliegende Ausgang@@ignal treibt den Empfänger 350 über die leitung 352 an (vgl. Fig, 16)* Der Impuls und das Johnsonrauschen (termisches Rauschen) des Empfängers 340 ist su einen wesentlichen Grad (etwa 15) dß durch das Kompressionsfilter 346 gedämpft, da der Ausgang bei 912 (und die verbleibende Systemresonens) nunmchr derart vorgespannt ist, daß nur diejenigen bei 900 ankommenden Signale berücksichtigt werden, die den jeweiligen Impulskompressionskode befriedigen, der @@g an das ursprüngliche, übertragende Zirpen angenähert ist, das in der Regel als ein einsiger Tonstoß ansteigender Frequensen gewählt ist. Der Kompreseionskode wird durch den Drenausgang 704 der Zirpprogrammierstufe 314 bestimmt.
Fig. 39 beschreibt in Verbindung mit der Fig. 16 eine Ausführungsform des Empfängers 50, der gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangt. Das Ausgangssignal des Kompressionsfiltere 346 wird über eine Leitung 352 an den Eingangspunkt 926 des Empfängers 350 geleitet. Der Differentialverstärker 928 treibt die Primärwicklung des Transformators 930 an. Die Sckundärwicklung des Transformators 930 betätigt die Vollwellengleichrichterdioden 932. Die Hüllinformation wird mittels des Pi-Metswertiefpa@filters 934 vom Hochfrequenssignal getrennt. Das Sperrpotentiometer 936 legt eine gesteuerts Größe an entgegengesetzt gerichteter Vorspannung an die Gleichrichterdieden 932 an, damit kleine Hochfrequensspannungsamplituden (beispielswelse 0,1 bis 0,4 V Spitse zu Spitse) nicht durch die Gleichrichterst@fe hindurchlaufen.
Der Kmitterfolger 938 stallt den verstärkten Strom sur Verfügung, der notwendig ist, um den logarithmischen Diodenumsetser 940 anzutreiben. Die Spannung an diesem stellt eine komprimierte Wiedergabe in eine dynamischen Bereich des gleichgerichteten Signals des Filters 934 dar. Um die logarithmische Umsetzung zum gewünschten Ausgangssignal (0 bis +5 Volt Gleichspannung) wiederherzustellen, wird ein Differentialverstärker 942 verwendet. Die Spannung an 944 ist ein Videosignal, welches eine rohs Dildinformation der internen Anatomie des Patienten wiedergibt, im Falle es sich um einen menschlichen Patienten handelt. Cm zu verhindern, daß der Empfänger 350 tu anderen Zeiten als der Bild-@nzeigeseit (aus Gründen der richtigen Vergröserung) anspricht, wird das aktive Taktaignal an die Taktschaltung 946 angelegt, die den Ausgang des Verstärkers b42 derart ansteuert, daß er nur während der aktiven "an" Taktzeit wirksam ist (beim obigen Beispiel würde dies 136, 200 oder 266 Mikrosekunden sein). Das Taktsignal wird über die Leitungen 312, 406, 868 und 948 auf den Kmpfänger 350 gegeben. Der Empfänger 350 kann herkömmlich ausgebildet sein.
is wird nunmchr auf die Fig. 40, wiederum in Verbindung mit der Fig. 16 Bezug genommen, um eine Baschreibung einer Ausführungsform eines Schaltkreises zu geben, der in der Kontra@tstufe 360 verwendet wird. Das Videoausgangssignal des Empfängers 350 wird vom der Kontraststufs 360 durch die Leitung 362 am Funkt 962 empfangen.
Der Transistor 964 verstärkt den anliegenden Strom, um die Filter 966, 968 zu betreiben. Das Filte@ 966 ist ein Tiefpasfilter, das das Differensierglied 970 beaufschlagt. Miermit wird der @andp@@ auf etwa 1,0 MHz beispielsweise begr@@st bevor die Vorder- und rückseitige Kante der Videospannung differensiert wird. Des Filter 966 ist ein einfaches @eitversögerungsfilter, das sur richtigen Zeit die Originalvideospannung besüglich des differenzierten Signals am Pot@@tiometer 972 in Übereinstismung bringt. In Abhängig@eit von der Tiefe der Stellung des Abgreifers des Fotentiometers 972 wird mchr von den differensierten Videosignal den Origi@alvidessignal @uaddiert, die @@teren Abgreiferstellungen entsprechen der vergrößerten Axialkantenverstärkung. In den Fig. 41 bis 44 sind Beispiele von Signalformen wiedergegeben, die an Eintrittspunkt 962, Filter 966, Differenzierglied 970 und Potentiometer 972 auftreten. Die Steigung der Neigung der vorderen und hinteren Kanten des Videosignals am Potentiometer 972 soll hier durchgesteigert werden, wodurch die Schärfe des angezeigten Bildes in vertikaler Richtung angehoben wird. Ein Teil des ursprünglichen Videosignals, das an Punkt oder Eingang 962 angelegt ist, wird auf das Potentiometer 974 übertragen und dann abgegriffen. Der abgegriffene prosentuale Anteil des Videosignals wird durch den Transistor 976 verstärkt und stcht am Ausgang 978 zur Verfügung, um den "Verschiebe"-Asimuthkantenverstärkungsschaltkreis anzutreiben.
Das bei 980 anliegende Ausgangssignal wird auf die Videostufe 352 über die Leitung 384 übertragen (vgl. Fig. 161.
in der Fig. 41 ist das die Spannung wiedergebende Signal an Ausgang des Empfängers 350 gegen die Zeit aufgetragen, wie es in die Kontraststufe 360 an Punkt 962 eingegeben wird. Die Fig. 42 gibt das am Zeitverzögerungsfilter 966 austretende Bignal wieder.
Fig. 43 zeigt das Signal an Ausgangspunkt 972 der Differenzierstufe 970. Fig. 44 gibt das zusammengesetzte (summierte) zeitverzögerte Videosignal 9s6 und differenzierte Videosignal 972 wieder. Die relative Betonung der vorderen und der hinteren Kanten bezüglich des normalen (verzögerten) Videosignals wird durch die Einstellung des Potentiometers 972 überwacht. Die Zeitverzögerungsschaltungen 966 und 968 werden zurderartigen Phaseneinstellung des Differentiationsprozesses benutzt, daß eine nahezu symmetrische Kantenverstärkung sowohl vor als auch hinter jedem Videoimpuls eintritt.
Fig. 45 zeigt in Verbindung mit Fig. 16 eine Schaltung zur Verwendung als Videostufe oder Videomodul 382. Das Videoausgangssignal der Kontraststufe 360 wird am Punkt 986 über die Leitung 384 empfangen. Transistor 988 und 990 verstärkt die 5 V Spitze zu Spitze Videospannungssignale auf etwa 40 bis 50 V Spitze zu Spitze, und diese veratärkte Spannung wird über dam Funkt 992 dem Steuergitter G1 der Kathodenstrahlröhrenanordnung (C@T) 374 über die Leitung 392 zugeführt. Eine für den vorliegenden Zweck geeignete Kathodenstrahlröhre 374 ist die 5@HP@A Magnetauslenkungskathodenstrahlröhre mit elektrostatische Fokussierung. Ein Teil der +300 V Gleichspannung, die die Videostufe 382 betreibt, wird mittels des Potentiometers 996 bagegriffen, und der abgegriffene Teil der Spannung wird tibor den Punkt 998 auf die Fokuselektrode der Elektrodenstrahlrörenanordnung 374 über die Leitung 392 (Fig. 16) zugeführt. Der aktive Taktimpuls wird über die Leitung 312, 406, 868, 948 und 1003 auf den Punkt 1002 gegeben, um die Helligkeitsschaltung zu betreiben, Andernfalls kann der Strahlstrom abgeschaltet werden, so daß der Schirm der Kathodenstrahlröhre dunkel bleibt.
Gemäß Fig. 45 ist weiterhin an Punkt 1004 eine Verbindung vorhanden, mit der der Phosphoranteil der Kathodenstrahlröhre gegen Abbrand geschüt@t ist. Obgleich ein angezeigtes Bild sowohl aus einer Linienabtastung als auch Thetaabtastung bestcht (um einen kompletten sektor zu bilden), so muß doch wenigstens eine Form der Abtastung vorhanden sein, damit der Strahl der Kathodenstrahlröhre nicht an einem Punkt der Fläche des Schirms 394 der Kathodenstrahlröhre stillstcht, wodurch es zu einer Enerqiekonzentration im Bereich eines einzigen Punktes käme. Immer wenn der Vertikallinienteil der Bektorabtastung vorhanden ist, wird das Signal der Linienauslenkungsjochspule an die Punktklemme 1004 angelegt, wodurch die Spannung ei Punkt 1004 ein richtiges Arbeiten der Melligkeitsschaltung ermöglicht. Somit beruht die Helligkeitsschaltung im wesentlichen auf zwei Arten von Steuersignalen: (a) den aktiven Taktimpuls und (b) das Vorhandensein eines Spannung am Punkt 1004.
Liegen beide Spannungen an, so verringert das Helligkeitspotentiometer 1006 die Spannung am Punkt 1008, damit die Kathodenstrahlröhrenspannung bei 100@ nicht mchr als 50 v über der Durchschnittsspannung am Steuergitterpunkt 992 liegt. Selbetverständlich kann die Bedieaungsperson das genaue Abweichen der Spannung bei 1008 modifizieren, um die Durchschnittshelligkeit des Schi@ms der Kathodenstrahlröhre von einem Steuertableau einstellen zu können. Das Potentiometer 1010, das beispielsweise mittels eines Schraubendrchers verstellbar sein kann, bestimmt einen P@zentastz der Videospannung, die tatsächlich zum Anlegen an den Punkt 992 verstärkt wird. Auf diese Weise stellt das Potentiometer 1010 den Mauptkontrast des gesamten Abbildungssystems ein.
In der Fig. 46 ist nunmchr ia Verbindung mit Fig. 16 die Schaltung einer Ausführungsform des Sektoranzeigeabtastgenerators 398 gezeigt, wie er gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangt. Der aktive Takt-oder Zeitimpuls wird mittels der Leitungen 312, 406, 868 und 408 auf den Zingangspunkt 1020 gegeben, um auf diese Weise den gesamten Generator zu aktivieren. Zwei Arten von Ausgangssignalen werden durch den Generator 398 erseugt. Die erst. Dz erste Signalart ist eine sägesahnförmige Signalspannung, die beispielsweise etwa +2 bis « V betragen kann. Diese sägexahnspannung gibt das nach unten gerichtete Zeilenauslenkungssignal wieder. Die zweite Signalart, die beispielsweise im gleichen Spannungsbereich wie das erste Signal liegen kann, ist eine reversible Sägesahnsignalspannung, die den Thetaabtastteil des Ab- oder Auslenkungssignals wiedergibt. Die Kombination beider Ausgangssignale erseugt bei Verstärkung und Anlegen an des Auslenkungsjoch der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 das Scktoranseigerasterformat auf dem Schirm 394 der Kathodenstrahlröhre. Das aktive Taktsignal wird an Eingang 1020 angelegt und bewirkt ein Abschalten der Transistork@@mmerschaltung 1022, wodurch eise der drei Kapasitäten 1024 in die Lage versetzt wird, längs einer positiv verlaufenden linearen Flanke aufsuladen. Die Stromquelle 1026 stellt einen konstanten Ladestrom zur Verfügung und der Verstärker 1028 den nötigen Antriebsstrom für externe Lastkreise. Fig. 47 seigt die Auftragung der Spannung gegen die Zeit des aktiven Tastsignales am Eingang 1020, das Ausgangssignal am Verstärker 1021 ist im Fig. 48 wieder@egeben, Das aktive Taktsig@al @wird über die Leitung 1034 übertragen, um die Stewerschaltung 1078 @@ betreiben. Diese Schaltung aktiviert die Stromquellen 1038, 1040 und 1042 @@r währand der Zw@sch@@seiten, wenn die aktiven Taktimpulse aus@eschaltet sind. Während dieser "aus" Zeiten veranlaßt das Netzwerk 1044 (diamond gate) eine der drei Kapazitäten 1046 sich auf eine Spannung O V Gleichspannung zu entladen. Während der "ein" Zeit der am Punkt 1020 empfangenen aktiven taktimpulse ist jedoch eine der drei Kapazitäten 1046 frei, um sich längs linearer Rampen über die kompetitiven Stromquellen 1048, 1050 aufzuladen.
Das Winkelpositionssignal aus der Stufe 284 (Fig. 16) wird über die Leitung 1058 (Fig. 16) auf den punkt 1056 (Fig. 46) gegeben.
In Abhängigkeit von der Polarität und Größe des Signals bei 1056 dominiert entweder die Stromquelle 1048 oder 1050 bei der Bestimmung der Größe und Richtung der Rampe der ladenden Wellenform, die sich während der aktiven Taktzeit in einer der drei Kapasitäten 1046 aufbaut.
Das am Ausgang 1060 anliegende Thetasusgangssignal folgt somit den Positionssignal, damit das Signal bzw. die Welle bei 10.0 direkt der Winkelposition den Wandlers 306 ents@richt. Die Schaltung 1062 erzeugt ein Steuersignal auf der Leitung 1064, des den an der Stromquelle 1026 abnchmbaren Strom reduziert. Hierdurch wird der ange@eigte Sektor vertikal verkürst und der Radius am Boden so angenähert, daß das Sektorbildraster außen die Form eines "Tortenstücks" annimmt. Wäre dies nicht der Fall, so könnte die Bereichsposition des Testprobenbildes in der unteren linken sowie rrolrkn Eoke des Sektorbildes ver@errt werden. Die Wackelphasenkomp@@@@tions schaltung 1066 ist vorgeschen, daß nach links sowie nach rechts gehende Wander Tastbewegungen keine seitlich @@@weichenden @ilder arseugen. Die bei 1068, 1024 und 1046 qeseigten Nultipositionsschalter bewirken, das die Haupttaktstufs 280, die Linidn- oder Zeilenwellenform sowie die Thetawellenform die richtigen Proportiomen für beispielsweise die 10, 15 und 20 cm Vergrößerung bei der angezeigten @astergröße aufweisen.
In der Fig. 49 ist nummchr in Verbindung mit der Fig. 16 eine Schaltung gezeigt, die ale Asimuthleistungseinheit 364 zum @insats gelangt. Diese Stufe 364 erseugt im sekundären Auslenkungsjoch der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 einen verschiebenden Strom, der indirekt auf den Ausgang 1074 gegeben wird. Das Ansapfvideosignal der Kontraststufe 360 wird über die Leitung 366 (Fig. 16) auf die Azimuthleistungseinheit as lingang 1076 (Fig. 49) gegeben.
Die Transistoren 1078, 1080 und 1082 betreiben den Transistor 1084, damit eine Kopie des Videosignals existiert, um jeden der Widerstände 1086, 1008 zu durchlaufen. Hierdurch steht bei 1088 eine mit +Vcc (+20V) in Bezichung gesetzte Videotreibspannung und eine mit -Vcc (-20V) in Bezichung gesetzte Videotreibspannung bei 1086 zur Verfügung. Diese beiden Treibspannungen weisen entgegensetzte Polarität auf, und jede Spannung aktiviert die Stromquellen 1090 bzw. 1092. Let@tere können erhebliche Ströme, beispielsweise im Bereich von O bis 1 A abgeben, und zwar in Abhängigkeit von der Amplitude des am Eingang 1076 empfangenen Videosignals. Während einer bestimmten Zeit ist jeweils eine der Stromquellen 1090, 1092 aktiv.
Wenn sich die abgebildete oder angezeigte Sektorabtastung auf dem Schirm 394 von links nach rechts bewegt, ist die obere Strom quelle 1090 aktiv. Wachsende Intensität der Videosignale bewirkt, daß sich die Sektorabtastlinien in Richtung nach rechts "zusammenbündeln". Bewegt sich die Sektorabtastung jedoch nach linke, dann wird die untere Stromquelle 1092 nur Aktivierung der links zusammengeböndelten Abtastlinien aktiviert. Megen dieses Bündelus im Asimuth wird die Auflösungswirkung in A@imuthrichtung verstärkt.
Diese Konzepte sind in den Fig. 50a und 50b gezeigt. Die Abtastrichtung ist hierbei durch den über den Abtastlinien angezeigten Pfeil angegeben. Die Schaltung 1096 (Fig. 19) bewirkt den übergang und ermöglicht den aktiven Zustand entweder der Stromquelle 1090 oder 1092. Micht jedoc@ den gleichzeitigen Aktivierungssustand dieser beiden Quellen. Das Steuersignal für den übergang wird am Zingang 1098 vom Markierungsausgang der Sektorprogrammierstufs 286 über die Leitung 110 exhalten. Fig. 51 seigt in Verbindung mit Fig. 16 die Schaltung der dynamischen Intensitätsvergleichestufe 450.
Sie dient zur linstellung der Beschleunigungsspannung, die über die Leitung 456 an den G2 Eingang 454 der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 angelegt wird. Sie dient zur graduellen Steigerung der Intensität des gezeigten Kathodenstrahlbildes, wenn der Sektor sich von oben nach unten vergrößert oder auffächert. Diese Intensitätsmodulation führt zu einer gleichmäßigen Helligkeitsw@dergabe durch die Kathodenstrahlröhre. Bei dem fächerförmigen Beild gemäß Fig. 52 weist der insgesamt mit 1114 bezeichnete Sektor relativ gering Intensität im Vergleich mit dem mit 1116 bezeichneten Sektor auf. Das Linienauslenkungssignal des Sektorbildabtastgenerators 398 (Fig. 16) ist über die Leitungen 12, 458 an den sinkt 1108 angelegt und wird mittels der Transistoren 1110 und 1112 verstärkt, damit das Rampensignal von etwa +2 bis +4 V auf etwa beispielsweise +300 bis +350 V verstärkt wird.
Da die mechanische Bewegung des Wandlern 306 nicht eine qanz "Schärfe" dreieckige Welle oder ein solches Signal ergibt sondern vielm2hr abgerundete Ecken aufweist, sind vorsugsweise Mittel zur Verringerung der Intensität der linken und rechten Kanten des Sektorfächerrasters vorgeschen. Das von der Taktmittelungs- und Haltestufe 284 an 1118 angelegte Positionssignal (über die Leitungen 1058, 459) wird am Verstärker 1120 differenziert und gleichgerichtet.
Die Kanten oder Ränder der Sektorabtastung werden als negative Spannungsimpulse wiedergegeben, die die Intensität durch Kombination mit dem am Punkt 1122 anliegenden Liniensignal unterdrücke.
Fig. 53 gibt in Verbindung mit wiederung der Fig. 16 die Schaltung des Linien- oder Zeilenbreitenmoduls 368 wieder. Diese Stufe erzeugt einen am Punkt 1130 sur Verfügung stehenden Mochf@eque@@-zitterstrom, der über die Leitung 376 an das sekundäre Auslenkungsjech der Kathodenstrahlröhrenanordnung 374 angelegt wird. Hierdurch wird ein gesteuerter, horisontaler, astigmatischer @ffekt propertienal zur nach unten gerichteten Auslenkung längs des Sektorrasters er@eugt. Die Zittergeschwindigkeit ist so schnell (Eeispielsweise in der Größenordnung von 5,0 MHz), daß die Abtastlinie als glattes Band @unehmender Breite erscheint. Das Linienauslenkungssignal wird über die Leitung 461 (Fig. 16) an den Eingang t132 (Fig. 53) angelegt und dient zur Modulation der Rochfrequensspannung am Punkt 1136. Die keilförmige Kitterwirkung ist schem@tisch in der Fig. 54 Wiedergegeben. Das am Punkt 1132 anliegende Eingangssignal ist schematisch in Fig. 55, das am Funkt 1136 anliegende schematisch in Fig. 56 gezeigt. Die Zeit-@ebund wachsender Sitterwirkung entspricht den nach unten gerichteten, expandierenden Teilen des @ektorabtastrasters. Der Verstärker 1138 hebt das Signalniveau bei 1138 auf etwa 40 V Spitze zu Spitze bei 1130 an, was zu einem etwa 0,6 A Spitze zu Spitze Auslenkungsstrom in sekundären Auslenkungsjoch der Kathodenstrahlröhreneinrichtung 374 führt. Der Verschiebestrom aus der Asimuthleistungseinheit 364 wird auf den Punkt 1140 gegeben.
Der Oszillator 1142 erzeugt eine 5,0 MHz Zitterfrequenz. Der Verstärker 1144 bildet die konstante Hochfrequensatromquelle zur Versorgung des Modulationsteils 1136 durch Ändern der Referenzspannung an der Klemmdiode 1137.
In der Fig. 57 ist in Verbindung mit der Fig. 16 eine Schaltung zur Verwendung in Verbindung mit der Markierungsstufe 386 (Fig. 16) gezeigt. Der aktive Taktimpuls wird über die Leitungen 312, 406 an den liagang 1152 der Markierungsstufe gegeben. Hierdurch werden die Schwingungen des phasensynchronen Tonstoßgenerators 1154 aktiviert.
Die Impulsbildungeschaltung 1156 setzt die am Punkt 1151 auftretenden @inusförmigen Bchwingungen in kurse quadratische Impulse am Punkt 1160 um. Die Fig. 58 zeigt aktive Taktimpulse, die am Eingang 1152 empfangen werden. Das Ausgangssignal des Generators am Punkt 1158 ist in Fig. 59 qeseigt, der Ausgangsimpul@ bei 1160 ist in Fig. 60 qeseigt. Die Impulse am pumkt 1160 stchen am Punkt 1166 sur Verfägung und werden in die eine Mälfte des Mischverstärkers 1168 eingeführt. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers bei 1170 wird normalerweise mittels der Bchaltung 1172 geklammt plus dem Markierus@simpuls aus der Sckterprogrammierstufe 286 (Fig. 16), welch@@über die Leitung 1176 (Fig. 16) bei 1174 empfangen wird, bewirkt, daß die Schaltung 1172 Klemmwirkung aufgibt. Diese Freigabe tritt normalerweise an linken Rand des S@ktorrasters auf. In der Zwischenzeit dividiert die digital integrierte Teilung der 6,12 Zählschaltung 1178 und 1180 die Zählung durch drei, so daß an der Leitung 1180 für jeweils drei Triggerimpulse am Punkt 1160 ein Impuls zur Verfügung stcht. (Die integrierte Schaltung 1178 kann eine herkömmliche Schaltung TTL SN7492 sein).
Die Schaltung 1182 verzögert die erste Teilung dadurch drei zählungen der Schaltung 1178, damit die ersten drei 1,0 ca Markierungen an richtigen Ort erscheinen. Das Ausgangssignal der integrierten Schaltung an Punkt 1184 treibt di. rechte Hälfte des Mischverstärkers bei 1168. Das Ausgangssignal bei 1186 gibt eine Kombination von dunklen und hellen Punkten wieder, wie dies schamatisch ia Fig. 6t wiedergegeben ist; die Gesamtmarkierungsintensitäten werden durch die Einstellungen des Potentiometers 1187 überwacht.
In der Fig. 62 wird in Verbindung mit der Fig. 16 eine Schaltung wiedergegeben, die in Verbindung mit dem Kamor@system gesäß der Erfindung Verwendung findet. Die Kamerasteuerung 428 (Fig. 16) erzeugt einen Steuerzeitdauerstromimpuls für die Verschlußverbindung der Kamer@ 426 an den Punkten 1200 (Fig. 62). Wenn der Schalter 430 geschlossen ist, ist auch der Xontakt 1202 geschlossen, und die Schaltung 1404 steuert den monostabilen Multivibrator 1206 an, der dann einen Impuls von beispielsweise etwa 0,1 bis 0,7 Sekunden erseugt, dies in Abhängigkeit von der Einstellung des Fotentiometers 1208. Der Leistungsverstärker 1212 gibt einen 100 V Verschlußimpuls auf die Punkte 1200. Die Diode 1214 schützt den Transistor 1215 gegen die Rückführung der RMK des Verschlußsolenoiden. Die Schaltung 1216 erseugt eine Miederspannung (+ 6,0 V Gleichspannung) und die Hochspannung (+ 110 V Gleichspannung) sum Betrieb der Sigual (@mkt)-bzw. Leistungs (verschluß)-Schaltungen.
Die Dimensionen bilden an sich nicht Teil der vorliegenden Erfindung. in sei jedoch ausgeführt, daß das abgedichtete Gehäuse, in dem der Wandler angeordnet ist, zylindrisch ausger bildet sein kann mit einem Durchmesser von etwa 31,75 bis 4o,5 M und einer Höhe von etwa 44,5 bis 82,6 mit bei einem Gewicht von etwa 62,2 bis 248,8 g.
Die Erfindung beinhaltet eine Ultraschallabtastvorrichtung, bei der ein Ultraschallwandler mittels einer magnetischen Einrichtung über einen vorbestimmten Weg bewegt wird. Es ist eine Einrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Position des Wandlers auf dem vorbestimmten Weg vorhanden. Auch kann eine Einrichtung zur Xorresktur einer Abweichung von der gewünschten Position auf dem vorbestimmten Weg vorgesehen sein. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Verarbeitung der vom bewegten Wandler gelieferten Daten vorgesehen, um eine visuelle Realzeitanzeige oder jegliche andere gewünschte Form von Informationsanzeige zur Verfügung zu stellen, wie eine Speicherkathodenstrahlenröhre oder ein Druck in Form einer elektrostatischen festen kopie. Dies wird ohne Betonung entweder der manuellen Bewegung des Wandlers über eine Winkelbahn oder die Verwendung fester mechanischer Gelenke oder eines elektronischen Reihenwandlerersatzes hierfür erreicht. Als Ergebnis erhält man in wirtschaftlicher Weise eine effixiente Bewegung ii Verein mit einer servogesteuerten Positionsgenauigkeit. Auf Grund der geringen Trägheit der mechanischen Elemente, wie die Wandler-Parmanentmaqnetanordnung nach Fig. 1 bis 4, spricht das System überaus gut auf Bewegungssteuersignale an.
Aus Gründen einer möglichst einfachen Darstellung und Beschreibung der Zeichnual wrrrdur Orientierungswörter, wie vorne, hinten. oben, unten, links, rechts od. dgl. verwendet. Diese Verwendung erfolgt jedoch - sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben - lediglich im beschreibenden Sinne und keineswegs im Hinblick auf eine Bebremsung der Erfindung.
Die elektronischen Signalverarbeitungseinrichtungen (oder Teile davon) können auf bequeme Weise im abgedichteten Teil des Gehäuseinneren derart angeordnet werden, daß sie keinen störenden Kontakt mit des Fluid ii Gehäuse haben; sie können jedoch auch außerhalb des Gehäusen vorgesehen sein Gemäß der Erfindung ist ausdrücklich vorgeschen, daß die gesamte Einbeit aus in einem kleinen taschenlampenartigen Gehäuse angeordneten integrierten Schaltkreisen besteht, wobei das Gehäuse in der Hand gehalten werden kann und an einem Ende der die Winkelbewegung ausführende Wandler und au anderen Ende eine Kathodenstrahlröhra vorgesehen sind.
Weiterhin stellt die Erfindung auf wirtschaftliche Weise eine tragbar Ultraschallabtastvorrichtung zur Verfügung, mit der eine genau steuerbare Wandlerbewegung durchführbar ist, und die ia vielfältiger Weise neben ihrem Einsatzgebiet in Hospitälern, nämlich in Kliniken und medizinischen Pruen, Anwendung finden kann.
Das System kann für eine Vielzahl von sowohl medizinischen als auch nichtmedisinischen An@endungsfällen ausgebildet werden. Beispielsweise können auch automatische Einrichtungen zur Bewegung der Abtastvorrichtung längs eines linearen Weges vorgeschen sein, wobei der Wandler in der beschriebenen Weise auf einem vorbestimmtes Winkelweg bewegbar ist. lum Beispiel können auch sterilisierbare Köpfe im Falle der medizinischen Anwendung verwandet werden, wenn eine derartige Ausbildung erwünscht ist, beispielsweise ia der Opthamologie, der Arterienuntersuchung, der Kchokardeoqraphis sowie der Untersuchungen des Hers- und Atmungssystems bei Föten.
Ebenfalls wurde aus Gründen einer möglichst einfa@hen Darstellung auf die B-Ultraschallabtastverfahren besonders hingewisen. Es liegt jedoch auf der Hand, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache Weise für andere Verfahren einschließlich dr k Abtastverfahren angepa@t werde kann, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Grundaätzlich sei noch ausgeführt, daß die Erfindung anhand der vorstchenden Darlegungen zum allgemeinen Verständnis beschrieben wurde, daß aber dennoch zahlreiche Abänderungen ausführbar sind, ohne daß auch diese den Rah"en der Erfindung verlassen würden.
L e e r s e i t e

Claims

ULTRASCHALLABTASTEINRICHTUNG PATENTANSPRÜCliE 1 1. Ultraschallwandlervorrichtung, die in einem Gehäuse angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen in dem Gehäuse zur Ausführung einer Beugung auf eine vorbestimmten Weg vorgesehenen Ultraschallwandler (304), eine Magneteinrichtung zur Herbeiführung der Bewegung des Wandlers auf dem vorbestisten Weg und durch eine elektrische Einrichtung zur Erregung des Wandlers und zus Empfang von von diesem kommenden Signalen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (304) fokussierend ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (304) an eine Permanentmagneten angeordnet ist und daß die Anordnung Dauermagne/Wandler zur Ausführung einer Drehbewegung in eine Lager vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Halterung sit sich nach unten erstreckenden, an gegenüberliegenden Seiten der Anordnung P@rmanentmagnet/Wandler angeordneten, sich nach unten erstreckenden Aren und dadurch, daß das Lager die Arne kontaktiert und seinerseits von diesen gelagert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet derart an Wandler angeordnet ist, daß das akustische Verhalten des Wandlers dämpfbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung ein erstes Paar elektrischer Leitungen zur Verbindung des Wandlers Mit das Lager sowie ein iweitos Paar elektrischer Leitungen zur Verbindung der Halterung Mit don Xußeren des Gehäuses aufweist, wobei mit dem Lager Signale zus und von Wandler übertragbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager Nadellager aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadellager in wesentlichen an gegenüberliegenden Seiten des Dauermagneten angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die magnetische Einrichtung mindestens einen Elektromagneten mit Magnetelementen aufweist, von welchen Teilen in Bereich du Dauermagneten angeordnet sind, daß Spulen ii die Magnetel@@@nts gewickelt sind und daß die Spulen elektrisch erregbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennseichnet, das die Spulen in tor einer einzigen us beide magnetischen @l@@@nte gewickelts Spule ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennseichnet. daß die Spule als Spulenpa@x ausgebildet ist, wobei jeweils eine Sp@le us eines der Magnetelemente gewickelt ist.
12. Vorrichtung nach Mindestens einen der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Positionsabtasteinrichtung (282) mit einer Lichtquelle, sowie durch eine photosensitive Einrichtung und Mindestens eine derart angeordnete Fahne, daß die Bewegung des Wandlers auf dem vorbestimmten Weg die Lichtmenge ändert, die von der Lichtquelle auf die photosensitive Einrichtung strahlbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die photosensitive Einrichtung einen Phototransistor aufweist.
14. Vorrichtung nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahne an der Anordnung Dauermagnet/Wandler befestigt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen Wirbelstromfahnen sind, die variablen Induktionsspulen zugeordnet sind, wobei mit den Fahnen induzierte Wirbel-@@@öme sich mit Änderungen der Wandlerposition ändern.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Fahnen induzierbaren Wirbelströme durch Drehung der Anordnung Magnet/Wandler us das Lager änderbar sind.
17. Vorrichtung nach mindestens ein der Anspruche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine eindringende medisinische Vorrichtung ist, daß der Dauermagnet eine Ausnehmung aufweist, daß der Wandler eine Mit der Ausnehmung des Dauermagneten fluchtende weitere Auanchmung aufweist und ebenfalls das Gehäuse eine mit der Öffnung des Dauermagneten sowie des Wandlers fluchtende weitere öffnung, wobei eine Nadel oder ein anderes medi@inisches Instrument durch die Öffnungen führbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen des Dauermagneten, Wandlers sowie Gehäuses im wesentlichen koaxial zur mittigen Längsachse des Gehäuses angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen im wesentlichen radial orientierte Schlitze sind und letztere in umfänglichen Diskontinuitäten des Permanentmagneten, des Wandlers und des Gehäuses angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet und der Wandler im wesentlichen ringförmig ausgebildet sind und daß der die Ausnehmung definierende Teil des Gehäuses eine äußere Fläche aufweist, die innen mit Abstand zu den die Ausnehnungen in Dauermagneten und im Wandler definierenden Flächen angeordnet sind, wobei der Wandler auf dem vorbestimmten Weg nechanisch frei bezüglich des die Öffnung definierenden Teils drahbar ist.
21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse abgedichtet und die elektrische Einrichtung eine elektrische Verbindung zwischen dem Äußeren und dem Inneren des abgedichteten Gehäuses herstellt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Gehäuse eine Flüssigkeit enthält.
23. Vorrichtung nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch ein in Gehäuse angeordnetes Pendel mit einem Stab, der in Bereich seines einen Endes schwenkbar angeordnet ist, während an seinen anderen Ende eine elektrisch Spule und eine Spulenhalterung angeordnet it, dadurch daß der Wandler an der Spule angeordnet ist und daß der länglich ausgebildete Dauermagnet durch eine Ausnehmung der Spulenhalterung verläuft und schließlich dadurch, daß die Spule elektrisch erregbar ist, so daß eine Bewegung des Wandlers längs des durch den länglich ausgebildeten Dauermagneten dafinierten Weges herbeiführbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der länglich ausgebildete Dauermagnet im Bereich seiner Enden vergrößerte Bereiche aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine im Bereich des Wandlers angeordnete, akustisch durchlässige Wand aufweist und daß eine Anzahl von Dauermagneten zwischen dem Wandler und der Außenfläche der akustisch durchlässigen Wandung vorgesehen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Spule angeordnete Wandungen aus magnetischem Material aufweist.
27. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 15, 16 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stab eine nirbelstromfahne angeordnet ist und daß Induktionsänderungen der zugeordneten Positionsabtastspule über elektrische Leitungen in die Umgebung des Gehäuses leitbar sind.
28. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung zus Vergleich des Positionssignals der Positionsabtasteinrichtung mit eine Signal vorhanden ist, das eine Soll-Stellung des Wandlers anzeigt und ein Positionskorr@ktursignal an die lektromagnetische Einrichtung liefert, wenn zwischen beiden Signalen eine Different vorliegt.
29. Vorrichtung nach Mindestens eine der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch eine Haupttakteinrichtung (280) zur Erbeugung aktiver Taktsignale und von Positionstaktsignalen und daß die Positionssignale der Positionsabtasteinrichtung (282) zuleitbar sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Signalhandhabungseinrichtung zur Verarheitung der von der elektrischen Einrichtung erhaltenen elektrischen Signale vorhanden ist, welche reflektierten Ultraschallwellen entsprechen, die von einer Probe zum Ultraschallwandler zurückgelangen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalhandhabungseinrichtung eine visuelle Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, nit der ein visuelles Bild der Mit der Signal handhabungseinrichtung verarbeiteten Signale herstellbar ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Anzeigeeinrichtung eine Kathodenstrahlröhre aufweist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die visuelle Anzeigeeinrichtung eine Kamera aufweist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupttaktstufe eine Einrichtung zur Aussendung der aktiven Taktsignale während des Zeitraums zwischen der Initiierung der Aussendung von Ultraschallwellen durch den Wandler und da EMpfang wenigstens eines Teils der von der Testprobe reflektierten Ultraschallwellen aufweist sowie weiterhin eine Einrichtung lur Erzeugung der Positionstaktsignale nur während des Zeitrauas, während das die aktiven Taktsignale nicht erzeugbar sind, wobei die aktiven Taktsignale der Zeitdauer der Wandleraktivität beil Aussenden und EMpfangen der Ultraschallwellen entsprechen und wobei die Positionssignale die Winkelposition des Wandlers auf seinem vorbestimmten Weg nur dann bestimmen, wenn der Wandler keine Ultraschallwellen aussendet.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, das die elektromagnetische Einrichtung eine elektrisch erregbare Antriebsspule aufweist und die Signalverarbeitungseinrichtung mit der Erregungseinrichtung verbunden ist.
36. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverarbeitungseinrichtung eine Sektorenprogrammierstufe zur Erzeugung eines Steuerbefehls für die führende Bewegung des Wandlers zugeordnet ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsabtasteinrichtung Signale nur während des Zeitraums aussendet, während den sie von der Haupttaktstufe Positionstaktsignale erhält.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung Signale sowohl von der 8ektorprogrammierstufe und der Positionsabtasteinrichtung erhält.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine Einrichtung zum Vergleich der von der Sektorprogrammierstufe und der Positionsabtasteinrichtung erhaltenen Signale aufweist und ein Korrektursignal für die Erregungseinrichtung abgibt, wenn eine Differenz vorliegt.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die elktrom@gnetische Einrichtung eine elektrisch angeregte Antriebsspule aufweist, die den Wandler auf Grund eines Signals von der Signalverarbeitungseinrichtung über die Erregungseinrichtung versetzt.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsabtasteinrichtung ein Einrichtung zur Mittelung der von der Positionsabtasteinrichtung erhaltenen Signale zur Erzeugung eines weichvariierenden Sig@als aufweist, das die Winkelstellung des Wandlers wiedergibt und daß die Erregung einrichtung einen Verstärker zur Anlage eines Strons an die Antriebsspule aufweist, wobei der Verstärker auf Signale der Signalverarbeitungseinrichtung anspricht.
42. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung zur Erregung des Wandlers und zus Empfang von Signalen des Wandlers mit der Haupttaktstufe verbunden ist und von dieser aktive Taktsignale empfängt.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung eine auf den Empfang der aktiven Taktsignale der Haupttakteinrichtung ansprechende Einrichtung aufweist, um die Länge und Form der an den Wandler angelegten elektrischen Signale zu bestimmen.
44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung eine Einrichtung zur Verhinderung der Erregung des Wandlers während wenigstens eines Teils der Zeit dauer aufweist, während der er von der Probe reflektierte Ultraschall signale empfängt.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung eine Einrichtung zur Verhinderung der Einführung von Ultraschallechosignalen einer Amplitude unterhalb einer vorbestimmten Größe in die visuelle Anzeigeeinrichtung aufweist.