DE2841694C2 - Verfahren und Anordnung zum Abtasten und Abbilden mittels Ultraschallwellen - Google Patents

Description

für die Verarbeitung

strahlen, und

Fig. 12 eine Anordnung
erhaltener Signale.

F i g. 1 zeigt eine zweidimensionale elektroakustische Umwandlungseinrichtung mit der üblichen Bezeichnung »Wandlermosaik«. Diese Einrichtung ist mit in Fig. 1 nicht dargestellten elektronischen Organen für die Abtastung und Fokussierung verbunden. Diese Einrichtungsart ist an sich bekannt Deswegen wird nachstehend nur eine nähere Erläuterung gegeben werden, soweit sie für ein besseres Verständnis notwendig ist

Die elektroakustische Umwandlungseinrichtung hat die Form einer Platte 1, auf der Wandler in mehreren Zeilen 3 angeordnet sind.

Diese Wandler können durch kleine, einzeln metallisierte Oberflächenelemente gebildet werden, die auf einer der Hauptflächen der piezoelektrischen Platte 1 angebracht sind (im allgemeinen durch einen piezoelektrischen keramischen Werkstoff gebildet), während die andere Hauptfläche der Platte 1 normalerweise vollständig metallisiert ist

Jeder Wandler ist mit einem Anschlußdraht versehen. Die Anzahl der Anschlußdrähte ist also gleich der Anzahl von Wandlern plus einen Anschlußdraht für die metallisierte Rückseite der Platte t.

Die in F i g. 1 dargestellte elektroakustische Umwandlungseinrichtung hat also die Form einer Matrix von Wandlern, die η Zeilen und m Spalten enthält. Diese Matrix ist rechteckig (n<m).

In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung bestand die Matrix aus /7=32 Zeilen und /77= 144 Spalten, so daß sie 4608 Wandler enthielt.

F i g. 1 veranschaulicht ebenfalls das benutzte Abtastverfahren. Da jeder Wandler einen Anschlußdraht besitzt, ist es möglich, für ein Zeitintervall At bestimmte Wandler des Mosaiks mit elektrischen Organen für Abtastung und Fokussierung zu verbinden. Diese Wandler bilden im Mosaik eine Abtastzone. Für ein erstes Zeitintervall Λ fi besteht die Abtastzone aus dem rechteckigen Bereich 2 in F i g. 1.

Nur die Wandler der Zone 2 sind im Zeitintervall Au wirksam. Anschließend wird im folgenden Zeitintervall Ah die Abtastzone durch einen gleich großen rechteckigen Bereich gebildet, der um einen Spaltenabstand in Richtung der Pfeilspitze F verschoben ist, die die zur Längsrichtung des Mosaiks parallel verlaufende Abtastachse darstellt.

Durch diese aufeinanderfolgenden Verschiebungen verschiebt sich die Abtastzone 2 über die ganze Oberfläche des Mosaiks in einem Zeitraum T, dessen Dauer beispielsweise 60 bis 80 Millisekunden beträgt. Dies wiederholt sich in den folgenden Zeiträumen T.

Die Verschiebung der Abtastzone 2 über das Mosaik wird von der Bildung der Abtastfläche 4 begleitet, die parallel zur Längsrichtung des Mosaiks und also zur Abtastachse verläuft und das Mosaik in zwei gleiche Teile teilt.

Die Fläche 5 ist die Symmetriefläche der Abtastzone und steht senkrecht auf der Abtastachse.

Im erwähnten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung bestand die Abtastzone 2 aus n' = 32 Zeilen und m'= 32 Spalten von Wandlern. Die in einer Reihe angeordneten Wandler in der Abtastzone bilden eine geschlossene Gruppe, und alle Gruppen zusammen bilden ein geschlossenes rechteckiges Gebiet.

F i g. 2 veranschaulicht das benutzte Verfahren für die Fokussierung.

Zur Vereinfachung der Erläuterung des Verfahrens zeigt F i g. 2 ein Mosaik oder ein Teil eines Mosaiks, das nur 16 Reihen von Wandlern enthält (R 1 bis R 8 und R 101 bis R 108).

Jedes Viereck des Mosaiks stellt einen Wandler dar. Die Fokussierung erfolgt durch dii Gruppierung der Wandler in konzentrischen Fokussierungskonfigurationen. Nach einem bekannten Prinzip fordert die Fokussierung die Verwendung von Wandlern, die in Form konzentrischer Ringe angebracht sind. Da das Wandlermosaik hier durch viereckige Wandler gebildet wird, wird die reine Ringform ungefähr angenähert In F i g. 2 sind konzentrische Kreise und Kreisbogen angegeben, die Ringe oder Ringteile begrenzen, die ungefähr kreisförmig sind und aus schraffiert dargestellten Wandlern bestehen. Die Fokussierung erfolgt auf gleiche Weise wie mit in reiner Ringform angebrachten Wandlern, und der Wirkungsgrad der Fokussierung ist dabei ungefähr gleich. Die Kreisbogen 221 und 222 begrenzen den äußersten Fokussierungsring. Das Viereck 220 bildet eine Annäherung der zentralen runden Scheibe in einem System ringförmiger Wandler. Auf gleiche Weise wie bei dieser runden Scheibe muß das Viereck 220 nicht nur Ultraschallimpulse aussenden, die Echosignale bilden, sondern ebenfalls derartige Impulse empfangen. In Fig. 2 ist ebenfalls ein Zwischenring von Wandlern dargestellt, der durch die Kreise 223 und 224 begrenzt wird. Alle diese Ringe (oder Ringteile) bilden zusammen eine konzentrische Fokussierungskonfiguration.

Zu jedem Zeitpunkt liegt die Fokussierungskonfiguration innerhalb der oben beschriebenen Abtastzone 2, die ebenfalls in F i g. 2 dargestellt ist und sich in Richtung der Pfeilspitze F verschiebt. Für einen möglichst vorteilhaften Gebrauch der Oberfläche der sich verschiebenden Abtastzone ist es vorteilhaft, über einige vollständige Ringe im zentralen Teil dieser Zone und über eine bestimmte Anzahl von Kreisbögen zu verfügen, die nur Ringteile im restlichen Tei! der Oberfläche der Abtastzone begrenzen.

Schließlich stellt Fig.2 die Art der gegenseitigen Verbindung der Wandler durch Schaltorgane dar, die anhand nachstehender Figuren beschrieben werden.

Zur Bildung der konzentrischen Fokussierungskonfigurationen werden die Wandler auf bestimmte Weise

♦5 für ein Zeitintervall At-, verbunden. Anschließend werden im folgenden Intervall Ah die Wandler auf eine andere Weise gruppiert sein, um erneut konzentrische Fokussierungskonfigurationen zu bilden. In nachstehender Beschreibung wird reihenweise beschrieben, wie die

so Wandler im Intervall Au miteinander verbunden werden.

In der Reihe R\ sind die Wandler 225 und 225' durch Multiplexschalter-Anordnungen miteinander verbunden, die weiter unten beschrieben werden. Dies ist auch der Fall für die Wandler 227 und 227' sowie für die Wandler 229 und 229'.

Allgemeiner: Es sind alle Wandler, die zu dem gleichen Ring oder dem gleichen Ringteil gehören, miteinander im Intervall Au verbunden; es handelt sich beispielsweise um die Wandler 229 und 229', 228 und 228' usw. Im Intervall Al₂ ist die Abtastzone 2 um den Abstand einer oder mehrerer Spalten verschoben. In diesem Zeitintervall werden die gleichen konzentrische? Fokussierungskonfigurationen wie im Zeitintervall Au gebildet. Diese Konfigurationen sind um den gleichen Abstand wie die Abtastzone 2 verschoben. Auf diese Weise verschiebt sich die Abtastzone allmählich über die ganze Länge des Mosaiks.

Die noch zu beschreibenden Multiplexschaltci -Anordnungen werden zunächst Verbindungen zwischen ausgewählten Wandlern einer gleichen Reihe herstellen (beispielsweise zwischen den Wandlern 229 und 229' im Zeitintervall Δt\). Durch Verschiebung der Anschlüsse (229 wird beispielsweise 229' und 229' wird 230') wird es möglich sein, die Abtastzone 2 zu verschieben (beispielsweise um einen Spaltenabstand). Anschließend werden Verbindungen zwischen den Anschlüssen von Wandlern verschiedener Reihen hergestellt. Dadurch werden die erwähnten Fokussierungsringe gebildet. Auf diese Weise werden beispielsweise die Wandler 229 + 229' auf der Reihe R 1 mit den Wandlern 228 + 228' auf der Reihe Λ 101 verbunden, usw. Für die Herstellung von Anschlüssen kann also die symmetrische Position in bezug auf die Symmetriefläche 5 (siehe Fig. 1), die in der Mitte der Abtastzone liegt und senkrecht auf der Abtastachse F steht, ausgenutzt werden. In der weiteren Beschreibung werden die Bezugsziffern der Wandler, wenn nicht anders erwähnt, mit einem Strichindex oder mit einem obengestellten Querstrich versehen, wenn es sich um Wandler handelt, die rechts von der Symmetriefläche 5 liegen und nicht mit einem Strichindex oder mit einem Inversionsstrich versehen werden, wenn die betreffenden Wandler links von der Symmetriefläche liegen.

Für die Verwirklichung der gegenseitigen Verbindungen kann jetzt die Symmetrie zwischen den Wandlern ausgenutzt werden, die an beiden Seiten der Abtastfläche 4 liegen (siehe F i g. 1).

F i g. 3 zeigt eine erste Multiplexschalter-Anordnung, die durch Schalter gebildet wird, die durch Vertauschung die Verbindungen mit der. Wandlern einer Reihe (beispielsweise der Reihe R 1) herstellen, die in der Abiasvzone liegen und eine Gruppe bilden. Das Schaltbild nach F i g. 3 stellt das erwähnte Ausführungsbeispiel des Mosaiks dar (/7=32, m=144). Die Abtastzone 2 ist nach diesem Ausführungsbeispiel ein viereckiges Gebiet von 32 χ 32 Wandlern.

Die in F i g. 3 dargestellte Multiplexschalter-Anordnung enthält 32 analoge Muitiplexschalter (mit der Bezeichnung »CAM«). Jeder dieser Schalter besitzt 8 Wähleingänge, einen gemeinsamen Eingang und 3 Steueranschlüsse. Die Schalter sind vorzugsweise Zweirichtungsschalter, d. h. Signale können sowohl vom gemeinsamen Eingang zu einem der Wähleingänge als auch umgekehrt durchgelassen werden. Sie sind paarweise derart gruppiert, daß die Wähleingänge eines Schalterpaares mit neun Wandlern verbunden sind. Die 32 Schalter C4 M sind also mit den den

32

x 9 = 144

Wandlern einer Mosaikreihe verbunden. Die Wirkung der ersten Muitiplexschalter-Anordnung ist wie folgt: In einem Interval j At ist der gemeinsame Eingang 1 bis 16 bzw. T bis Ϊ6 jedes Schalters CAM mit einem der Wähleingänge dieses Schalters derart verbunden, daß die 32 gemeinsamen Eingänge stets mit 32 Wandlern mit laufenden Nummern verbunden sind, sei es, daß die Reihenfolge der Wandlernummern nicht gleich der der Nummern der gemeinsamen Eingänge zu sein braucht Diese 32 Wandler bilden also eine geschlossene Gruppe. Eine Wiedergabe dieser Anordnung ist in der Tabelle nach Fig.4 für die Intervalle At\ bis Atu gegeben. Die Tabelle zeigt nur, welche Wandler jeweils mit den gemeinsamen Eingängen 1 bis 16 verbunden sind. Der mit einem gemeinsamen Eingang χ verbundene Wandler kann gefunden werden, wenn zu der Nummer des mit dem gemeinsamen Eingang χ verbundenen Wandlers 16 addiert wird (x= 1 bis 16).
F i g. 3 zeigt, daß die Nummern zweier Wandler des Mosaiks, die mit zwei aufeinanderfolgenden Schaltklemmen verbunden sind, einen Unterschied von 16 aufweisen. Die Wähleingänge des Schalters mit gemeinsamem Eingang 1 sind beispielsweise mit den ι ο Wandlern 1,17,33,49,65,81,97,113 und 129 verbunden. Nach dem ausgewählten Ausführungsbeispiel hat das Wandlermosaik die Abmessungen 144x32. Es werden also 32 erste Multiplexschalter-Anordnungen wie die nach Fig.3 benötigt, um alle Verbindungen mit den ! 5 Wandlern der 32 Reihen herzustellen.

Insgesamt haben diese 32 ersten Multiplexschalter-Anordnungen also 144x32=4608 Wähleingänge und 1024 ( = 32x32) gemeinsame Eingänge. Die in einem Intervall At mit diesen gemeinsamen Eingängen verbundenen Wandler bilden die Abtastzone.

Die Steuersignale an den Steueranschlüssen A, B und C eines Schalters CAM bestimmen, welcher Wähleingang dieses Schalters mit dem gemeinsamen Eingang verbunden ist. Diese Steuersignale sind Binärsignale, die durch ein in F i g. 9 dargestelltes Steuerorgan erzeugt werden, dessen Wirkung weiter unten beschrieben wird. Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß die ersten Multiplexschalter-Anordnungen bestimmen, welche Wandler zu jederh Zeitpunkt einen Teil der Abtastzone bilden. Die Reihenfolge der Wandler entspricht dabei nicht immer der Reihenfolge der gemeinsamen Klemmen, mit denen sie verbunden sind. Eine Anzahl zweiter Multiplexschalter-Anordnungen, von denen F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel darstellt, dient zum Herstellen von Verbindungen zwischen Wandlern, die in der Abtastzone und geographisch symmetrisch in bezug auf die Symmetriefläche 5 dieser Zone liegen. Diese Verbindungen werden zwischen gemeinsamen Eingängen der ersten Multiplexschalter-Anordnungen hergestellt, die, wie bereits bemerkt wurde, auf ungeordnete Weise mit Wandlern des Mosaiks verbunden sind.

Die in Fig.5 dargestellte zweite Multiplexschalter-Anordnung enthält 16 analoge Muitiplexschalter ■»5 CAM 1 bis CAM 16, deren Wähleingänge auf die in der Figur dargestellte Weise mit den gemeinsamen Eingängen mit geraden Nummern der Schalter der ersten Multiplexschalter-Anordnung verbunden sind. Es ist z. B. so, daß der gemeinsame Eingang 16 des ersten so Organs mit einem Wähleingang der Schalter CAM9,10, 11,12,13,14,15 und 16 verbunden ist. Dagegen sind die gemeinsamen Eingänge des ersten Organs, die ungerade Nummern tragen, direkt mit den gemeinsamen Eingängen der Schalter CAM des zweiten Organs gemäß F i g. 5 verbunden.

Fig.6 gibt ein Beispiel der Verbindungen, die das zweite Organ zwischen den gemeinsamen Eingängen des ersten Organs herstellen kann.

Allgemein kann gesagt werden, daß die zweite Multiplexschalter-Anordnung jeden gemeinsamen Eingang mit einer ungeraden Nummer der ersten Anordnung mit einem gemeinsamen Eingang mit einer geraden Nummer derart verbinden kann, daß die beiden auf diese Weise miteinander verbundenen Wandler symmetrisch in bezug auf die Symmetriefläche 5 der Abtastzone liegen. Selbstverständlich müssen dazu in einem anderen Zeitintervall At andere Verbindungen hergestellt werden, was wiederum durch die Änderung

der Kombination von Steuersignalen an den Steueranschlüssen A, B und C erfolgt. An den gemeinsamen Eingängen der zweiten Multiplexschalter-Anordnungen werden also Reihe für Reihe Verbindungen mit Wandlern erhalten, die in der Abtastzone und geographisch symmetrisch in bezug auf die Mittelfläche 5 dieser Zone liegen. Diese Anschlüsse zwischen Wandlern werden auf ungeordnete Weise erhalten, d. h. die Reihenfolge der Wandler braucht der Reihenfolge der gemeinsamen Eingänge nicht zu entsprechen. Es ist nämlich so, daß die gemeinsamen Eingänge 1 und 16 nicht notwendigerweise mit benachbarten Wandlern übereinstimmen. Es ist daher notwendig, über eine Anzahl dritter Multiplexschalter-Anordnungen gemäß F i g. 7 zu verfügen, wobei diese dritten Anordnungen die Funktion der Wiederherstellung der Reihenfolge der Anschlüsse zwischen den permutierten symmetrischen Wandlern haben. Dadurch wird es möglich, die Anschlüsse in einer Reihenfolge von den äußeren zu den inneren Wandlern der Abtastzone oder umgekehrt zu ordnen.

Die dritte Anordnung, die in F i g. 7 dargestellt ist, wird ebenfalls durch identische analoge Multiplexschalter gebildet (oder gleichartige Schalter), wie sie für die Multiplexschalter-Anordnung nach F i g. 3 und 5 benutzt und auf gleiche Weise vom Steuerorgan gesteuert werden, das weiter unten beschrieben wird. Die zur Bildung einer dritten Multiplexschalter-Anordnung verwendeten Schalter haben vorzugsweise je 16 Wähleingänge. Es ist ebenfalls möglich, die Anzahl der Wähleingänge je Schalter durch Vergrößerung der Anzahl benutzter Schalter herabzusetzen.

Die Wähleinpänge der 16 Schalter, die die dritte Schaltanordnung bilden, sind mit Buchstaben bezeichnet (F i g. 7) Die Multiplexschalter-Anordnung ermöglicht es, den Eingang χ oder TT, der den zentral liegenden Wandlern der Abtastzone entspricht, mit dem Wahleingang a und dann immer weiter auswärts liegende Wandlerpaare hintereinander mit den Wähleingängen b, c,d... zu verbinden, bis die äußersten Wandler mit dem Wähleingang ρ verbunden sind. Die gemeinsamen Eingangsklemmen der Schalter der dritten Anordnung sind gemäß F i g. 7 mit den ungeordneten gemeinsamen Eingängen mit ungeraden Nummern der zweiten Anordnung verbunden. Die Steueranschlüsse A, B, C, D der Schalter der dritten Organe erhalten wie die Steuereingänge der zweiten und ersten Organe Steuersignale, die aus dem weiter unten beschriebenen Steuerorgan herrühren.

F i g. 8 zeigt ein Verbindungsorgan, in dem alle 16x16 Anschlüsse »a«, »£κ<... »ρ« zusammenkommen, die aus einer vorangehenden dritten Mu'.tiplexschalter-A.nordnung herrühren und auf einer gleichen Reihe liegenden Wandlern (beispielsweise der Reihe Ri) des Mosaiks entsprechen. Dieses Verbindungsorgan verringert alle erwähnten Anschlüsse »a« bis »p« auf 16 Anschlüsse, indem Anschlüsse mit gleichen Buchstaben »a«, »Zx<... »p« miteinander verbunden werden.

Es sei vemerkt, daß ein Kreis mit einer ersten Multiplexschalter-Anordnung, einer zweiten Multiplexschalter-Anordnung und einer dritten Multiplexschalter-Anordnung nicht nur die erforderlichen Verbindungen zwischen und mit den Wandlern einer gleichen Reihe des Mosaiks herstellen kann, sondern unter Berücksichtigung der Symmetrie in bezug auf die Abtastfläche 4 ebenfalls die Verbindungen mit den Wandlern einer zweiten Reihe (beispielsweise den Reihen Ri und Ä101 gemäß Fig.2) versorgen kann, wenn nur die beiden Reihen in bezug auf die Fläche 4 des Mosaiks symmetrisch sind. Man kann also durch das Anbringen einer direkten Verbindung zwischen den Wandlern zweier Reihen, die in bezug auf die Abtastfläche symmetrisch sind, mit 16 Ketten erster, zweiter und dritter Multiplexschalter-Anordnungen zum Abtasten und Fokussieren der Ultraschallwellen aus einem Mosaik mit 32 Reihen auskommen. Diese 16 Ketten, die je 16 Anschlüsse aufweisen, die mit Buchstaben »a« bis »p« bezeichnet werden, werden im Verbindungsorgan (F i g. 8) noch einmal miteinander verbunden, um die konzentrischen Fokussierungskonfigurationen zu bilden, die anhand der F i g. 2 beschrieben sind. Dazu enthält das Verbindungsorgan sechzehn Auswahlorgane S, eines für jedes Paar zueinander gehörender Reihen, wie R 1 und R 101. Ein jedes dieser Auswahlorgane kann einen oder mehrere der Anschlüsse a bis ρ mit einer von mehreren Ausgangsleitungen wie Ui verbinden. Es können beispielsweise 7 konzentrisehe Fokussierungskonfigurationen gebildet werden, die mit Fl bis Fl bezeichnet sind, für die 7 Ausgangsleitungen U\ bis Ul genötigt werden.

Wenn erneut das Beispiel der in F i g. 2 dargestellten konzentrischen Fokussierungskonfigurationen und insbesondere der Ring, der von den Kreisen 223 und 224 ungefähr begrenzt wird, herangezogen wird, ist es leicht, die Verbindungsformel für die Wandler der Abtastzone zu finden, die diesen Ring bilden. Zur Erläuterung der Bezeichnungen sei erwähnt, daß die Verbindung beispielsweise zwischen den vier Wandlern 229-229'-228'-228 der Reihen R1 und R101 (symmetrisch in bezug auf die Flächen 4 und 5 nach Fig. 1) mit aR\ bezeichnet wird. In dieser Bezeichnung sieht die Formel Fi, die die Verbindungen der Wandler bestimmt, die zum Ring zwischen den Kreisen 223 und 224 gehören, wie folgt aus:

(Das + -Zeichen symbolisiert eine Verbindung über die Ausgangsleitung Ui). Für den Fachmann ist es ein leichtes, auf diese Weise die Formeln herzuleiten, die die konzentrischen Fokussierungskonfigurationen seiner Auswahl definieren. Die von den Formeln Fi symbolisierten Verbindungen, die die Zusammensetzung der konzentrischen Fokussierungskonfiguration Fi definieren, sind in F i g. 8 dargestellt.

In jedem Zeitintervall Δ t ist es also durch eine Anzahl erster, zweiter und dritter Multiplexschalter-Anordnungen und durch einen mit einem Verbindungsorgan gebildeten Kreis möglich, die Fokussierung mit Hilfe von Fokussierungsringen zu verwirklichen, die ungefähr den konzentrischen Fokussierungskonfigurationen Fl... Fi... entsprechen, und zwar sowohl beim Ausstrahlen als auch beim Erhalten der Echosignale dadurch, daß die Schalter CAM in beiden Richtungen arbeiten können. Dazu muß dieser Kreis mit einer Sende- und Empfangseinrichtung und ebenfalls mit dem bereits erwähnten Steuerorgan verbunden werden.

Dieses in Fig.9 dargestellte Organ erzeugt mehrere binäre Steuersignale, die die Steuerung der CAM-Schalter der Multiplexschalter-Anordnungen ermöglichen.

Ein zentraler Taktgeber H erzeugt Impulse mit einer bestimmten festen Frequenz, die beispielsweise einige MHz betragen kann. Eine erste Teilerschaltung D1 (die durch 16 teilt) erzeugt an ihren vier Ausgängen die Binärsignale, die die Steuerung der CAM-Schalter der dritten Multiplexschalter-Anordnungen ermöglichen.

Anschließend wird das geteilte Taktsignal einer zweiten Teilerschaltung D 2 (die durch 8 teilt) zugeführt, deren drei Ausgangssignale A, Bund Can die Eingänge I von drei Schieberegistern SR 1, SR 2 und SR 3 gelangen. Die drei Schieberegister SR1, SR2, SR3 haben je 16 Ausgänge, an denen die48 Signale Λ I₁Bl, Cl usw. ... /4 16, B16, C16 für die Steuerung der ersten Multiplexschalter-Anordnungen erscheinen. Der Takteingang (Ci) der Schieberegister SR 1, SR 2 und SR 3 ist mit dem zentralen Taktgeber Hverbunden.

Fig. 10 zeigt eine vierte Multiplexschalter-Anordnung. Diese Anordnung verbindet elektrisch entweder Generatoren zum Erzeugen elektrischer Signale für die Erzeugung der ausgesandten Ultraschallstrahlen mit den Anschlüssen der ausgewählten Wandler oder diese Anschlüsse mit Anordnungen zur Speicherung und/oder für die Wiedergabe des empfangenen Ultraschallbildes. Einerseits ist die vierte Multiplexschalter-Anordnung dazu mit den Ausgangsleitungen Ui bis Un des Verbindungsorgans und andererseits mit einer Sendeeinrichtung und mit einer Empfangseinrichtung verbunden. Die mit der Sendeeinrichtung verbundenen Klemmen sind mit £.,, E₂... Ei... En und die mit der Empfangseinrichtung (Einrichtungen für die Speicherung und/oder die Wiedergabe des empfangenen Ultraschallbildes) verbundenen Klemmen sind mit REi, RE2 ... REi... REnbezeichnet.

Die vierte Multiplexschalter-Anordnung wird im wesentlichen durch Richtungskoppler SPl, BP2... BPi... BPn gebildet. Diese Richtungskoppler bilden Verbindungen, die nur Signale in den in Fig. 10 mit Pfeilspitzen bezeichneten Richtungen durchlassen. Auf diese Weise stellen die Klemmen E_h E₂... Ei... En für das vierte Schaltorgan Signaleingänge dar, während die Klemmen REi,RE2... REi...REn Ausgangsklemmen sind. Die Richtungskoppler BPi, BP2... BPn können auf verschiedene Weise gebildet sein. Sie können beispielsweise aus Umschaltern bestehen, denn die Sendesignale und die Empfangssignale werden in verschiedenen Zeitintervallen übertragen. Andere bekannte Richtungskoppler können ebenfalls sehr gut im Rahmen der Erfindung verwendet werden.

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Mosaiks über Ketten erster, zweiter und dritter Multiplexschalter-Anordnungen gesandt, um auf diese Weise Ultraschallwellen zu erzeugen. Diese Wellen werden durch verschiedene Hindernisse oder durch Unterschiede in den Brechungsindizes der von den Wellen durchflossenen Medien reflektiert; die erzeugten Echosignale werden in den gleichen Wandlern aufgefangen, die jetzt als Empfangswandler dienen.

F i g. 11 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Generators zum Erzeugen elektrischer Signale für die Erzeugung der ausgesandten Ultraschallstrahlen (Sendeeinrichtung). Diese Sendeeinrichtung hat eine bekannte Struktur, die dazu dient, eine Vorfokussierung der Signale an der Senderseite herzustellen. Ein Impulsgeber G erzeugt Impulsfolgen mit einer Frequenz von einigen MHz. Diese Impulse erfahren verschiedene progressive Verzögerungen in Verzögerungselementen G_u G₂... Gi... Gn. Die Ausgangsklemme jedes Verzögerungselements Gi ist mit der entsprechenden Eingangsklemme ff/des vierten Schaltorgans verbunden. Ein Impuls mit der größten Verzögerung erscheint also an der Ausgangsklemme der ersten Verzögerungsschaltung (E\) und wird der konzentrischen Konfiguration Fl in der Mitte der Abtastzone 2 zugeführt. Zuvor war ein etwas weniger verzögerter Impuls (Verzögerung 1) an der zweiten Klemme E₂ erschienen usw. bis zur Klemme η (En), an der der unverzögerte Impuls (Verzögerung n) erschienen war und auf die konzentrische Konfiguration Fn übertragen wird, die von der Mitte am weitesten entfernt ist.

Die Zunahme der Verzögerungen ist derart, daß ein umgekehrtes Proportionalitätsverhältnis zwischen den Verzögerungen und dem mittleren Durchmesser der

ίο Fokussierungsringe besteht, deren Form im Rahmen der Erfindung ungefähr von den konzentrischen Fokussierungskonfigurationen angenähert wird. Die Anzahl der Verzögerungselemente ist selbstverständlich höchstens gleich der Anzahl konzentrischer Fokussierungskonfigurationen. Je nach der gewünschten Güte der Fokussierung kann dasselbe Verzögerungselement, beispielsweise G 1, mit zwei (oder mehreren) konzentrischen Konfigurationen Fi, F₂... verbunden werden, wodurch die Anzahl der Verzögerungselemente herabgesetzt wird.

Ein Signalverarbeitungsorgan ist in Fig. 12 dargestellt. Dieses Organ enthält eine Anzahl analoger Verzögerungsschaltungen L\, L₂... Li... Ln, beispielsweise Schaltungen vom Typ üblicherweise mit PCCD oder CCD bezeichnet.

Der Eingang jeder Verzögerungsschaltung Li ist mit mindestens einer der Klemmen RE], RE₂ ■ ■ ■ REi... REn der vierten Multiplexschalter-Anordnung verbunden. Auf diese Weise erhalten die Eingänge der Verzögerungsschaltungen L/die Signale F/der Ausgangsleitungen ii/des Verbindungsorgans. Es ist selbstverständlich möglich, einer Verzögerungsschaltung Li mehr als ein Signal F/ zuzuführen, wie solches auch bei der Verbindung der Sendeeinrichtung mit den Eingängen Ei, E2... En beschrieben worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Anzahl von η Verzögerungsschaltungen Li herabzusetzen.

Sämtliche Ausgänge der Verzögerungsschaltungen Li sind mit den Eingängen 51 bis Sn eines Summenverstärkers A verbunden. Dieser Verstärker addiert also die Echosignale, die durch die Schaltungen Li verzögert worden sind. Das Signal, das als Ergebnis dieser

eine Einrichtung M für die Wiedergabe des empfangenen Ultraschallbildes erreichen kann. SV stellt also das Ultraschallbild eines mit Hilfe der Anordnung untersuchten Objekts dar. Die durch die Verzögerungsschaltungen bewirkten Verzögerungen sind ungefähr umgekehrt proportional dem Quadrat der mittleren Durchmesser der Fokussierungsringe, deren Form ungefähr durch die konzentrischen Fokussierungskonfigurationen angenähert wird. Sie können nach jeder Aussendung dementsprechend variiert werden, was normalerweise im Englischen mit »tracking focussing« bezeichnet wird.

Fig. 12 zeigt ebenfalls eine Einrichtung für die Erzeugung von Steuersignalen für die Verzögerungsschaltungen Li. Diese Einrichtung enthält einen Spannungsgeber 121, der von Impulsen aus dem Taktgeber //periodisch gesteuert wird und Spannungssignale erzeugt, die nach einer bestimmten Funktion L(t) in der Zeit schwanken, beispielsweise nach — (C= konstant). Diese Spannungssignale gelangen an η spannungsgesteuerte Oszillatoren VCOl, VCO2, VCOi... VCOn. Die ausgewählte Funktion L(t) ist von den Eingangskennlinien der Oszillatoren VCOi abhängig. Sie können beispielsweise ein Verzögerungssignal

erzeugen, das der Spannung umgekehrt proportional ist. Die Widerstände Al, R 2, Ri... Rn sorgen für die Verteilung der Spannungssignale auf die η Oszillatoren VCOi.

Das Signal SV kann auf einfache Weise einer Wiedergabeeinrichtung M vom herkömmlichen Typ

zugeführt werden, beispielsweise einem Fernsehmonitor, insofern die Abtastgeschwindigkeit der Abtastzone 2 an die genormten Eigenschaften des Monitors angepaßt ist. Diese Abtastgeschwindigkeit ist von der Frequenz des Taktgebers //abhängig.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abtasten und Abbilden mit Hilfe von Ultraschallwellen, wobei mehrere konzentrische Wandlerringe mit unterschiedlicher Verzögerung betrieben werden, derart, daß eine Fokussierung in zwei zueinander senkrechten Richtungen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Matrix von Wandlern die Kreisringe gebildet werden und zur Verschiebung des Abtastbereichs durch die Matrix durchgeschoben werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit folgenden Elementen versehen ist:

— einer Anzahl erster Multiplexschalter-Anordnungen (F i g. 3), die jeweils Schalter enthalten, die eine Verbindung mit einer geschlossenen Gruppe ausgewählter Wandler einer Zeile herstellen, wobei die Position der Gruppe in der Zeile derart variable ist, daß alle Gruppen zusammen eine in der Längsrichtung der Matrix verschiebbare, rechteckige Abtastzone (2) bilden;

— einer Anzahl zweiter Mulliplexschalter-Anordnungen (F i g. 5), die jeweils Schalter enthalten, die je zum gegenseitigen Verbinden zweier zu einer Gruppe gehörender Wandler eingerichtet ist, die symmetrisch in bezug auf die Mitte der Gruppe liegen;

— einer Anzahl dritter Multiplexschalter-Anordnungen (F i g. 7), die jeweils Schalter enthalten, die zum Verbinden eines von der zweiten Multiplexschalter-Anordnung gebildeten Wandlerpaares mit einem Anschluß aus einer Reihe eingerichtet sind, wobei die Reihenfolge des ausgewählten Anschlusses in dieser Reihe vom Abstand der Wandler des Paares zur Mitte der Gruppe bestimmt wird;

— einem Verbindungsorgan (F i g. 8), in dem die Anschlüsse mit gleicher Rangordnung von jeder dritten Multiplexschalter-Anordnung miteinander verbunden und weiterhin Verbindungen zwischen Anschlüssen verschiedener Gruppen derart vorhanden sind, daß in der Abtastzone ungefähr ringförmige, konzentrisch in bezug auf die Mitte der Abtastzone liegende Konfigurationen miteinander verbundener Wandler gebildet werden, die je mit einer Ausgangsleitung (Ui) des Verbindungsorgans verbunden sind.

Wiedergabe (A, M) ein Verzögerungselement (Gi bzw. Li) enthält

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Anordnung von Multiplexschaltern (Fig. 10) vorgesehen ist, in der Richtungskoppler (BPi) für die Verbindung der Ausgangsleitungen (Ui) des Verbindungsorgans entweder mit Ausgängen (£y eines Generators (G, Fig. 11) für die Erzeugung elektrischer Signale zwecks Aussendung von Ultraschallstrahlen, oder mit Eingängen (REi) einer Anordnung (A, M, F i g. 12) für die Speicherung und/oder Wiedergabe eines Ultraschallbildes vorgesehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen jeder Ausgangsleitung (Ui) und dem Generator (C) sowie die Verbindung zwischen jeder Ausgangsleitung (Ui) und der Einrichtung für die Speicherung und/oder

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten und Abbilden mittels ültraschallstrahlen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Ein solches Verfahren, das insbesondere für medizinische Anwendungen geeignet ist, ist aus der DE-OS 14 23 996 bekannt

Weiterhin ist aus der FR-PS 22 31 016 ein Verfahren bekannt, bei dem Ultraschallwellen durch aufeinanderfolgende Schalthandlungen an Wandlern eines mit einer Reihe von Ultraschallwandlern versehenen Meßkopfes ausgesendet und empfangen werden. Dabei ist es aber nur möglich, einen Ultraschallstrahl in einer Richtung fokussiert auszustrahlen und zu empfangen und mit diesem Strahl ein Objekt elektronisch abzutasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelfokussierung in zwei senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Hauptanspruch beschriebene Verfahren gelöst.

Um die Zeilen- und spaltenweise angeordneten Wandler der Matrix beim Durchschieben der Kreisringe zu aktivieren, ist eine\ relativ große Anzahl von Schaltern erforderlich. Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mit einer möglichst geringen Anzahl von Schaltern auskommt, ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Vorzugsweise enthält die Anordnung erfindungsgemäß eine vierte Multiplexschalter-Anordnung, die mit Richtungskoppler für die Verbindung der Ausgangsleitungen des Verbindungsorgans entweder mit Ausgängen eines Generators zum Erzeugen elektrischer Signale zwecks Aussendung von Ultraschallstrahlen oder mit Eingängen einer Anordnung zur Speicherung und/oder Wiedergabe eines Ultraschallbildes versehen ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform enthält die Verbindung zwischen jeder Ausgangsleitung und dem Generator sowie die Verbindung zwischen jeder Ausgangsleitung und der Anordnung zur Speicherung und/oder Wiedergabe ein Verzögerungselement.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine elektroakustische Umwandlungseinrichtung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung in der Perspektive,

F i g. 2 eine Draufsicht eines Teils der in F i g. 1 dargestellten Umwandlungseinrichtung,

F i g. 3 eine erste Multiplexschalter-Anordnung,

Fig. 4 eine Tabelle zur Veranschaulichung der Wirkung des ersten Schaltorgans,

Fig.5 die Struktur einer zweiten Multiplexschalter-Anordnung,

Fig. 6 ein Schema, das die Wirkung der zweiten Multiplexschalter-Anordnung veranschaulicht,

Fig. 7 die Struktur einer dritten Multiplexschalter-Anordnung,

F i g. 8 die Struktur einer Verbindungsanordnung,

F i g. 9 ein Steuerorgan,

Fi g. 10 eine vierte Multiplexschalter-Anordnung,

F i g. 11 einen Generator zum Erzeugen elektrischer Signale für die Erzeugung ausgesandter Ultraschall-