DE2851004A1

DE2851004A1 - Ultraschallwandlersonde

Info

Publication number: DE2851004A1
Application number: DE19782851004
Authority: DE
Inventors: Jun Raymond S Connell; John M Santacroce
Original assignee: SmithKline Instrument Inc
Current assignee: SmithKline Instrument Inc
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1978-11-24
Publication date: 1979-06-07
Also published as: CA1101980A; DE2851004B2; GB2008754A; JPS5493882A; US4149419A; AU4190878A; FR2409742A1

Description

DEÄ-14372 -6-

BESCHREIBÜNG

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallwandlersonde zum. Senden und Empfangen von Ultraschallenergie zu einem abzutastenden Körper und von diesem zurück, und insbesondere eine Sonde, die sich für ein Ultraschallsektorabtastsystem eignet.

Neuerdings hat die Ultraschallabtastung von Bereichen des menschlichen Körpers auf weiten Gebieten Anwendung gefunden. Zu den Vorteilen solcher Abtastsysteme gehört es, daß die erforderliche Energie niedrig ist, wodurch die Möglichkeit reduziert wird, daß ein Patient verletzt wird. Es gibt keine Strahlungsnebeneffekte. Ein Eindringen in den Körper erfolgt nicht.

Es ist bekannt, da bei solchen Systemen die Ultraschallenergie in einem Impulsstrahl gesendet wird, auf den jeweils eine relativ' lange Pause folgt, während welcher nicht gesendet wird. Während dieser Pause wird die Impulsenergie durch den Körper durchgelassen. Immer dann, wenn ein Energieimpuls auf eine Grenzfläche zwischen zwei Stoffen trifft, die einen unterschiedlichen akustischen Scheinwiderstand haben, wird ein Teil der Ultraschallenergie reflektiert. Ein Teil der reflektierten Energie kehrt als Echo zu dem sendenden Wandler zurück. Der Strahl erzeugt zusätzliche Echos von tieferen Zwischenflächen. Die Kristalle, die als sendende Wandler dienen, dienen auch als empfangende Wandler und wandeln die reflektierte Ultraschallenergie in elektrische Signale um. Diese Signale werden verstärkt und als statische oder dynamische Muster auf einer Kathodenstrahlröhre dargestellt. Dabei wird die relative Stellung der Trennflächen bzw. Zwischenflächen in dem Körper aufgezeigt.

Eine spezielle Art einer verwendeten Abtastungseinrichtung ist ein Sektorabtaster. Ein Sektorabtaster hat im allgemeinen einen Ultraschallwandler, nämlich ein Piezoelement, das mit einem Antrieb versehen ist. . Der Antrieb bewegt den Wandler, der

909823/064S

DEA-143 72 -7-

insgesamt die Form eines flachen kreisförmigen Gegenstandes hat, in einer Bogenabtastbewegung vor und zurück. Während dieses Vorgangs wird der Wandler mit Hochspannungsimpulsen bei Impulswiederholungswerten in der Größenordnung von 3000 Hz angesteuert. Diese Impulse führen dazu, daß das Piezoelement mechanisch überschwingt, wodurch hochfrequente Schallwellen in einem Strahl emittiert werden. Wenn der Wandler abtastet, bildet er eine Vielzahl von fächerförmigen oder sektorförmigen Strahlen. Die Strahlen treffen auf die Struktur in dem Körper auf. Wenn Unterschiede im akustischen Scheinwiderstand vorliegen, wird Energie teilweise zum Wandlerelement zurückreflektiert, wodurch der Wandler mechanisch in Schwingung gebracht wird. Zu diesem Zeitpunkt wirkt das Wandlerelement wie ein Empfänger und wandelt diese mechanischen Schwingungen in elektrische Energie um. Diese Energie wird verstärkt und weiterverarbeitet, so daß sie auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt werden kann.

Die mechanische Antriebsanordnung treibt nicht nur den Wandler sondern hat auch Einrichtungen zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals, welches die Wandlerposition darstellt. Das elektrische Ausgangssignal aus dem Antrieb wird verarbeitet und zur Erzeugung horizontaler und vertikaler Signale verwendet, um die vertikalen und horizontalen Ablenkschaltungen einer Kathodenstrahlröhre zu erregen. Die Signale aus dem Ultraschallwandler werden dazu verwendet, die Stärke des Strahls der Kathodenstrahlröhre zu steuern. Das erhaltene Bild ist eine sektorförmige Wiedergabe der inneren Organe des Körpers.

Bei einem anderen bekannten System, mit welchem eine Realzeituntersuchung von inneren Organen des Körpers, beispielsweise des Herzens, möglich.ist, wird ein Katheter verwendet, welches eine rotierende Spitze mit einer Vielzahl von Wandlern hat. Die Wandler sind selektiv an einen Impulsgeber angeschlossen, um Ultraschall in den Körper zu senden und Echos daraus zu empfangen. Die Echoimpulse werden verarbeitet und einer Kathodenstrahlröhre zu-

909823/0646

DEA-14372 -8-

geführt, wodurch man sequentielle Darstellungen des Bereichs mit einer Geschwindigkeit erhält, die von der Drehgeschwindigkeit des Wandlers abhängt, wobei die Auflösung von der Impulsgeschwindigkeit abhängt.

Man hat bereits eine rotierende Wandlersonde mit einem Kopf für die Aufnahme der Antriebseinrichtung vorgeschlagen, zu der Kegelräder, Kommutierungseinrichtungen mit Schleifkontakten und Positionsfühleinrichtungen in Form einer Lichtquelle und einer Fotodiode gehören. Obwohl die Sonde dieses Vorschlags zufriedenstellend ist, ist durch die Antriebseinrichtung aufgrund des Eingriffs der Kegelradzähne ein Zittern festzustellen. Außerdem unterliegen die Schleifkontakte einem Verschleiß.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb in der Schaffung einer demgegenüber verbesserten Ultraschallwandlersonde.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sonde erreicht, die ein Rotorgehäuse, einen Rotor mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Wandlern für die Drehung innerhalb des Gehäuses und eine Welle aufweist, die von dem Gehäuse ausgeht. Weiterhin ist eine Antriebsanordnung mit einer Kommutierungs- bzw. Wendeeinrichtung und einer Positionsanzeigeeinrichtung vorgesehen, die das Gehäuse aufnimmt und den Rotor antreibt, den Wandlern die elektrische Energie zuführt und davon trennt und die Stellung des Rotors anzeigt. Schließlich weist die Sonde Einrichtungen auf, die lösbar an der Antriebsanordnung für den Antrieb des Rotors anbringbar sind.

Erfindungsgemäß wird eine Sonde mit Wandlern geschaffen, die auf einem riemengetriebenen Rotor sitzen, der in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet ist. Die ültraschallwandlersonde sorgt für den wirksamen Fluß von Ultraschallenergie zwischen den Wandlern und dem zu untersuchenden Körper. Weiterhin ist mit der Sonde

809823/064 5
ORIGINAL INSPECTED

DEA-14372 -9-

ein fortlaufendes Festellen der Lage des Wandlerrotors möglich, wobei die Wandlerposition durch ein Servosystem genau steuerbar ist. Die Sonde hat einen Rotor mit einer Vielzahl von Wandlerelementen, die an dem Rotor sitzen, der seinerseits in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet isb, sowie eine Dynamo toreinrichtung zum Herstellen und Trennen einer elektrischen Energiekoppelung mit und von den Wandlern.

Weiterhin hat die Ultraschallwandlersonde eine Vielzahl von Wandlern, die an einem Rotor sitzen, sowie sättigbare Spulen bzw. Drosseln zum wahlweisen Verbinden der Wandler mit zugeordneten elektrischen Schaltungen.

Schließlich ist bei der Sonde der Rotor in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet, das mit einem Fluid gefüllt ist, um eine Koppelung der Energie zwischen den Wandlern und dem Körper herbeizuführen, an dem das Gehäuse angelegt wird. Das Gehäuse ist dabei so gestaltet, daß der Einfluß der von den Gehäusewänden reflektieren Ultraschallenergie auf ein Minimum reduziert ist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Ultraschallwandlersonde mit einem abgedichteten Rotorgehäuse und einer Vielzahl von Wandlern, die auf einem Rotor sitzen, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der Rotor sitzt auf einer Rotorwelle, die sich durch das Gehäuse erstreckt. Eine Antriebsanordnung mit einer Einrichtung für die Kommutierung und die Lageanzeige nimmt das Gehäuse und die "Rotorwelle auf und dient für den Antrieb des Rotors, wobei die elektische Energie zu den Wandlern und von den Wandlern kommutiert und Winkelstellung des Rotors angezeigt wird. Eine einen Handgriff aufweisende Einrichtung für den Antrieb der Antriebsanordnung ist an der Antriebsanordnung so befestigt, daß das Rotorgehäuse und die Antriebsanordnung am Körper angeordnet und der Rotor gedreht werden kann, um ein Abtasten eines Sektors des Körpers durch die Wandler zu veranlassen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher

909823/0645

erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch eine Ausführungsform einer Ultraschallwandlersonde ,

Fig. 2 zeigt die Sonde von Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 2,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 2,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 2,

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines elektrischen Systems für den Einsatz zusammen mit der Sonde der Figuren 1 bis 7,

Fig. 9 in einem Zeitsteuerdiagramm die Wellenformen an verschiedenen Stellen des Systems von Fig. 8 und

Fig. 10 einen Schaltplan mit den Wandlern, dem Dynamotor, den sättigbaren Drosseln und der Positionsfühleinrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Sonde hat einen Handgriff 11, der lösbar an einem Abtastkopf 12 mittels eines Rings 13 befestigt ist, der Gewindegänge 14 für den Eingriff mit Gewindegängen 16 am Ende des Kopfs 12 aufweist, was in Fig. 2 gezeigt ist. In dem Handgriff sitzt in geeigneter Weise ein Motor 17 mit einer Welle 18, die sich durch ihn hindurch erstreckt und an einem runden Block gelagert ist, der am Ende des Handgriffs 11 festgelegt ist. Der

Θ09823/0645 '

DEA-14372 -11-

Block 19 wird dann an Ort und Stelle mittels einer Kreisplatte 21 und Schrauben 22 gehalten, wie dies aus Fig. 1 und 2 zu erstehen ist. Die Welle greift in die kreuzförmige Kupplung 20 ein und treibt diese an. Der Block 19 dient auch zum Befestigen der elektrischen Stecker 23 und 24 für den Eingriff in die Buchsenstecker 26 und 27, die an dem Gewindeblock 28 sitzen, der am Ende des Kopfes 12 angebracht ist. Der Block 28 hat im Abstand angeordnete Lager 29 und 31 mit einer Tellerfeder 32, welche sie voneinander wegdrückt, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Die Lager nehmen die Welle 34 auf.An einem Ende der Welle sitzt eine Scheibe 36. Am anderen Ende der Welle ist eine Kupplung 3 7 mit zwei Schlitzen vorgesehen, welche vier Finger 38 bilden, die sich in das kreuzartige Teil 20 erstrecken und darin eingreifen. Bei Erregung des Motors im Handgriff wird somit die Scheibe 36 am Ende des Kopfs gedreht.

Der Handgriff hat somit Einrichtungen zum Befestigen des Handgriffs am Kopf und zur Erzeugung einer mechanischen Verbindung zwischen dem Kopf und dem Antriebsmotor sowie einer elektrischen Verbindung zwischen einer dem Handgriff zugeordneten Ausrüstung und dem Kopf, was im Folgenden näher erläutert wird.

Der Abtastkopf hat ein drehendes Wandlergehäuse 41 und eine Antriebsanordnung 42. Das Wandlergehäuse 41 ist lösbar an der Antriebsanordnung durch Gewindegänge 43 gehalten. Das Gehäuse hat einen äußeren kegelstumpfförmigen Mantel 44 mit einer Verjüngung von etwa 5°. Der Mantel hat auf einer Stirnseite ein Lager 46, und am anderen Ende Gewindegänge 47 für die Aufnahme eines Verschlußstücks 48. Das Verschlußstück 48 trägt ein Lager 49 und eine Abdichtung 51 .

Die Rotorwelle 52 sitzt mit ihrem einen Ende im Lager 46, während sich ihr anderes Ende durch das Lager 49 erstreckt. Die Welle trägt eine drehbare Wandleranordnung mit einem Rotor 53 für die Halterung einer Vielzahl von Wandlern 54, beispielsweise im vorliegenden Fall vier Wandler mit 90°. Die Außenfläche eines jeden Wandlers ist konkav zur Erzeugung einer Fokuswirkung für die

009823/0645

DEA-14372 -12-

emittierte Ultraschallenergie. Das Verschlußstück hat Gewindeöffnungen 50 und 55, in denen Abdichtungsschrauben 60 und 65 aufgenommen sind, die zum Füllen des Innenraums des Gehäuses mit einem ultraschallübartragenden Fluid, wie Äthylenglykol und Wasser dienen. Diese Lösung, entspricht im wesentlichen dem Körper scheinwiderstand, wodurch die Ultraschallenergie in wirksamer Weise zum Körper wandert und davon zurückkehrt. Die becherförmigen Gehäusewände sind in einem Winkel geneigt oder verjüngen sich bezüglich der Wandler, um einen Nachhall aufgrund einer Energiereflexion von den Wänden auf ein Minimum zu reduzieren. Die Wandstärke entspricht im wesentlichen einer halben Wellenlänge bei der Ultraschallfrequenz, um den Durchlaß zu verbessern. Die Außen- und Innenflächen der Wand haben gemeinsame Mitten, wodurch die emittierte und empfangene Ultraschallenergie nicht gebrochen wird.

Die Antriebsanordnung hat ein Gehäuse 61, welches den Antrieb und die-Kommutierungs- und Positionierungseinrichtungen aufnimmt. Der Antrieb hat eine Spule 62, die an der Welle 52 mittels einer Stiftschraube 63 befestigt ist, was in Fig. 5 gezeigt ist. Ein Ende der Spule hat eine Scheibe 64 für die Aufnahme eines Riemens 66, der sich zum Handgriff über im Abstand angeordnete Leerlaufscheiben 67 und über die Treibscheibe 36 erstreckt. Wenn der Motor erregt ist, dient er somit zum Antrieb des Riemens, wodurch die Spule gedreht wird. Dadurch wird die Welle 52 angetrieben und der Rotor 53 mit den Wandlern 54 gedreht. Das andere Ende der Spule hat ein Gehäuse für eine Vielzahl von Sättigungsdrosseln 56, die in gleichem Abstand um den Umfang herum angeordnet und in Ausnehmungen 57 mittels einer Platte 58 gehalten sind, die an der Scheibenfläche befestigt ist. Die Sättigungsdrosseln sind jeweils in Reihe mit einem der Wandler geschaltet, wie dies im einzelnen in Fig. 10 gezeigt ist. Das andere Ende der Wandler und das andere Ende der Sättigungsdrosseln sind gemeinsam an Leitungen 71 bzw. 72 angeschlossen. Die Leitungen 71 und 72 sind mit den Enden der Primärwicklung 73 des Transformators 74 verbunden.

909823/064 5

DEA-14372 -13-

Die Primärwicklung 73 des Transformators befindet sich auf der Außenseite eines Hohlelements 76 und dreht sich mit dem Schaft und dem Rotor. Im Antriebsgehäuse sitzt auf einem Zylinder 77 eine ortsfeste Sekundärwicklung 75. Der Zylinder sitzt in dem Hohlelement für die Kupplung mit der Wicklung 73. Er hat sich nach außen zu dem Stecker 24 erstreckende Leitungen. Die Wicklungen 73 und 75 bilden einen rotierenden Transformator bzw. Dynamotor, wodurch elektrische Signale den Wandlern zugeführt oder davon abgeführt werden.

Erfindungsgemäß ist ein Permanentmagnet 80 vorgesehen, der ein Paar von im Abstand angeordneten Polstücken 78 und 79 hat, welche das ringförmige Halteteil gabelförmig umschließen. Die Enden der Polstücke erstrecken sich etwa 90° um den Umfang herum. Wenn jede Sättigungsdrossel 56 in das Magnetfeld kommt, das zwischen den Polstücken erzeugt wird, wird ihre Reluktanz verringert, so daß Signale frei zwischen den Wandlern durch die Wicklung 75 hindurchgehen können. Auf diese Weise werden mit der Sekundärwicklung des Transformators verbundene Signale von der Primärwicklung über die Sättigungsdrossel abgekoppelt, die eine niedrige Reluktanz für den zugeordneten Ultraschallwandler hat. Vorzugsweise erstreckt sich der Magnet über einen Winkel, der etwas kleiner als der Schaltbogen ist, um die Schaltüberlappung zwischen den Wandlern auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn beispielsweise vier Wandler verwendet werden, beträgt der Magnetbogen 90* weniger annähernd 7°, wodurch ein Abtastwinkel von im wesentlichen 83° erzeugt wird.

Der Antriebskopf hat weiterhin Einrichtungen zum Erzeugen von Signalen für die Position des rotierenden Wandlers, wodurch Signale für eine Servosteuerung erzeugt werden. Vorzugsweise haben die Ausgängssignale eine Dreieckswellenform. Die Signale werden mittels einer durchlässigen Scheibe 81 erzeugt, die eine Vielzahl konzentrischer undurchlässiger Ringe 82 aufweist, die daran durch Fotoätzung ausgebildet sind. Die Ringe 82 ändern sich in der Stärke von einer Stärke von im wesentlichen Null bis auf im we-

909823/064S

DEA-143 72 -14-

sentlichen die volle Stärke, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Der durchlässigen bzw. transparenten Scheibe 81 sind eine Lichtquelle 83 und ein Fotodetektor 84 zugeordnet, die auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die Signale von dem Fotodetektor werden somit ein Maximum, wenn die dünnen Abschnitte der Kreise das Licht auffangen. Sie werden ein Minimum, wenn die dicken Abschnitte der Kreise das Licht unterbrechen, um ein Dreieckswellensignal zu geben.

Erfindungsgemäß wird somit eine Wandlersonde mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern erreicht, die auf einem Rotor in einem durchlassenden Fluid sitzen und sich in einer Ebene drehen, die im wesentlichen parallel zu einer Ebene durch die Achse des Handgriffs ist. Die Drehsonde wird durch einen Riemen angetrieben, wodurch man einen weichen Antrieb erhält. Weiterhin sind Einrichtungen zum Kommutieren von Signalen zwischen einem Rotationstransformator und den Wandlern vorgesehen, wodurch die Notwendigkeit für Kontakte und Schalter beseitigt wird. Eine die Position feststellende Scheibe gibt eine elektrische Welle mit dreieckiger Wellenform ab.

Der in Fig. 8 schematisch gezeigte Wandler ist mit einem elektrischen System zur Erzeugung von Motorsteuersignalen und der Sektoranzeige verbunden.

Das Ausgangssignal des Fotowandlers 84 wird einer Motorsteuerung

87 zugeführt, an der auch über die Leitung 88 von einem Synchronisiergenerator 89 eine Bezugsfrequenz anliegt, wobei der Generator zum Synchronisieren des Betriebs des Gesamtsystems dient, was noch erläutert wird. Der Eingang des Synchronisiergenerators kommt von einem Systemtaktgeber 91, der ein Kristall zusammen mit geeigneten Teilern auf v/eisen kann, um eine S teuer frequenz für den Synchronisiergenerator 89 zu erzeugen. Der Ausgang der Leitung

88 kann beispielsweise ein 6o Hz Ausgangssignal sein, welches der Motorsteuerung zugeführt wird. Die Ausgangsimpulse aus dem

809823/0645

Fotowandler 8 4 werden in einem Servosystem für die Servosteuerung des Motors 17 und zum Steuern der Position des Rotors 53 verwendet, wodurch die Position des Wandlers genau bestimmt ISt₇ wenn sich der Rotor dreht. Den einzelnen Wandlern werden Ultraschallirapulse sequentiell mit einer hohen Geschwindigkeit so zugeführt, daß sie eine Vielzahl von Linien in einem Fächer oder Sektor abtasten können, wenn sich das Element dreht. Dies ist in der Figur schematisch gezeigt, in welcher die Wandler 54 so dargestellt sind, daß sie mit einer Seite mit einer gemeinsamen Eingangsleitung 72 verbunden sind, während die andere Seite durch die Wirkung der Sättigungsdrosseln mit Masse 71 verbindbar ist, wenn sich der Rotor dreht. Nur einer der Wandler ist während jeder 90°- Drehung angeschlossen. Die Anordnung ist so getroffen, daß, wenn der eine Wandler einaa 90⁹-Sektor abtastet, der nächste Wandler beginnt, den gleichen 90^e-Sektor in Folge abzutasten.

Der Synchronisiergenerator 89 führt über eine Leitung 91 Triggerimpulse zu einer Trennfläche 92, die einen geeigneten Sender und Empfänger 93 antreibt. Der Sender-Empfänger (Ekoline 20A/B) dient dazu, die Auslöseimpulse'zu empfangen und Ultraschallimpulse zu senden, die zu dem Wandler geführt werden. Der Wandler empfängt die Echos von den Zwischenflächen. Der Empfänger besitzt die gleiche und erzeugt Ultraschalldaten auf der Leitung 94. Die Ultraschalldaten auf der Leitung 94 werden einer Datenanpassung mit Verbundvideogenerator 96 sowie einem Datenanzeigeschalter 97 zugeführt. Am Anfang eines jeden Triggerimpulses führt der Synchroni siergenera tor 89 einen Synchronisierimpuls der Kippschaltung 98 zu, die dazu dient, eine Vielzahl von Sägezahnspannungswellen zu erzeugen, wie sie in Fig. 9C gezeigt sind. Die Sägezahnspannungswellen bilden die sogenannte "R"-Kippspannung, die in der beschriebenen Weise modifiziert wird. Zusätzlich dient der Synchronisiergenerator dazu, einen Triggerimpuls ansprechend auf das Ausgangssignal aus dem Fotowandler 84 zu erzeugen, um dadurch den Beginn eines Kippens bzw. Abtastens anzuzeigen. Dieser Triggerimpuls dient dazu, eine Sägezahnspannung, wie sie in Fig. 9B gezeigt ist, zu erzeugen, welche die Θ-Kippspannung bildet, die ebenfalls modifiziert wird. Die R- und Θ-Kippspannungen werden dann den X- und Y-

909823/06 4 5

DEA-14372 -16-

Vervielfachern 101 und 102 zugeführt, deren Ausgangssignale X = sin θ bzw. Y=R cos θ entsprechen. Dies ergibt die bei 103 gezeigte Ablenkung am Oszillographen mit einer 90"-Abtastung, wobei eine Vielzahl von Abtastlinien 104 jeweils beim Zuführen eines Impulses zum Wandler beginnt und jedes Feld oder Abtastung eine 90^c-Drehung des Wandlers darstellt. Die Anzahl der Linien ist deshalb direkt abhängig von der Frequenz der Ultraschallimpulse, die den Wandlern zugeführt werden. Die Ultraschalldaten in der Leitung 94 werden über den Anzeigeschalter dem Monitor über die Leitung 106 zugeführt und dienen zum Modulieren der Strahlstärke, wodurch die Abtastung entsprechend den Ultraschalldaten moduliert wird, die als Ergebnis der Reflexionen von den Zwischenflächen bzw. Trennflächen erhalten werden. Die Drehzahl des Rotors 53 bestimmt die Anzahl der Felder oder Anzeigen, die pro Umdrehung verfügbar sind, wenn die Anzahl der zugeführten Impulse die Anzahl der Linien bestimmt. Man sieht, daß die Impulsgeschwindigkeit durch die Tiefe begrenzt ist, die die Abtastung erreichen muß, da genügend Zeit zwischen den Impulsen vorhanden sein muß, um Echos aus den beobachteten tiefsten Abschnitten zu empfangen.

Die Synchronisiersignale aus dem Synchronisiergenerator 89, die sowohl den horizontalen als auch vertikalen Synchronisiersignalen entsprechen, die den Kippschaltungen bzw. Ablenkgeneratoren zugeführt werden, werden auch einer Datenanpassung 96 zugeführt. Die Datenanpassung empfängt auch die Ultraschalldaten. Das Gerät verarbeitet die Daten auf gleiche Weise für einen Fernsehverbundsignalgenerator. Man erhält an der Leitung 107 ein zusammengesetztes Videosignal. Das Signal ist in Fig. 9A gezeigt. Es hat vertikale Austastirapulse 111, horizontale Synchronisierimpulse 112 und die Ultraschalldatenangabe 113 für jede Abtastlinie.

Das Videoaufzeichnungsgerät kann ein herkömmliches Gerät, beispielsweise ein Sehraubenlinienabtastgerät sein, welches zum Aufzeichnen von Videosignalen dient. Die Drehung der Aufzeichnungsköpfe und die Bewegung des Bandes ist zum dem Zeitsteuersystem des Ultraschallabtastsystems synchronisiert, wodurch man eine

809823/0645

DEA-14372 -17-

Äufzeichnung der sequentiellen Informationsfelder erhält.

Während des Abspielens wird das zusammengesetzte aufgezeichnete Videosignal über die Leitung 114 einem Datensynchronisierseparator 116 zugeführt, der X- und Y-Synchronisierimpulse separiert und der Kippschaltung bzw. dem Ablenkgenerator 98 zuführt, der die geeigneten Ablenksignale über die Vervielfacher 101 und 102 zum Treiben der Ablenkschaltungen der Kathodenstrahlröhre erzeugt. Die separierte Ultraschalldatenangabe in der Leitung 117 wird dem Anzeigeschalter und direkt zur Videoanzeige in gleicher Weise wie die ursprünglichen Ultraschallimpulse für die Stärkemodulierung geführt. Somit ist die Abspielanzeige zur Originalanzeige identisch.

809823/0645

Leerseite

Claims

PATENTAN SP RÜCHE

1. Ultraschallv7andlersonde für Untersuchungen am lebenden Körper, gekennzeichnet durch eine Rotorwelle (52), einen Rotor (53) auf der Welle (52), eine Vielzahl von Ultraschallwandlern (54) mit einer sendenden und einer empfangenden Fläche an dem Rotor (53), wobei die Fläche vom Rotor radial nach außen gerichtet ist, ein abgedichtetes Gehäuse (41) für die Aufnahme des Rotors (53) und die Drehlagerung der Welle (52) mit einer dünnen Wand angrenzend an die Wandlerfläche zum Übertragen der Ultraschallenergie vom Wandler (54) weg und zu ihm hin, ein Koppelfluid, welches das Gehäuse (41) füllt und einen akustischen Scheinwiderstand hat, der insgesamt dem des zu untersuchenden Körpers entspricht, wodurch der Wandler (54) wirksam mit dem Körper gekoppelt wird, wobei

909823/0645

ORIGINAL INSPECTED

DEA-143 72 -2-

die Welle (52) einen Abschnitt hat, der sich aus dem abgedichteten Gehäuse (41) heraus erstreckt, durch eine Treibscheibe (54, 62), die auf der Weile (52) sitzt, und durch Antriebseinrichtungen mit einem Treibriemen (66) im Eingriff mit der Scheibe (64) zum Drehen der Welle (52) und des Rotors (53), so daß die Wandler (54) über einen vorgegebenen Winkel abtasten.

2. Ultraschallwandlersonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Sättigungsdrosseln (56) , von denen jeweils eine für jeden Wandler (54) in Reihe damit geschaltet ist, durch Einrichtungen (62) zum Halten der Sättigungsdrosseln (56) für eine Drehung mit der Welle (52) und
durch Einrichtungen (8 0) zur Erzeugung eines Magnetfelds für jede der Sättigungsdrosseln (56), wenn sie sich über einen
vorgegebenen Winkel drehen, wodurch die Sättigungsdrossel

(56) in den Magnetfeldern gesättigt wird und ihre Impedanz so absenkt, daß sie elektrische Signale durchläßt, sowie durch Einrichtungen (73, 75), die mit den Sättigungsdrosseln (56) verbunden sind und zum Zuführen und Empfangen von elektrischen Signalen zu und durch die Wandler (54) dienen, die den jeweiligen gesättigten Sättigungsdrosseln (56) zugeordnet sind.

3. Ultraschallwandlersonde nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine der Welle (52) zugeordnete Lageanzeigeeinrichtung mit einer transparenten Scheibe (81), die für die Drehung auf der Welle (52) sitzt, einer Vielzahl von

909823/0645

DEA-14372 -3-

konzentrischen lichtundurchlässigen Kreisen (82) auf der Scheibe (81), die ihre Breite ausgehend von einem breiten Abschnitt zu einem dünnen Abschnitt hin ändern, mit einer Lichtquelle (83), die auf einer Seite der Scheibe (81) angeordnet ist und einem Fotowandler (84), der auf der anderen Seite der Scheibe (81) angeordnet ist, um durch die Scheibe (81) von der Lichtquelle (83) hindurchgegangenes Licht zu empfangen, wodurch elektrische Signale erzeugt werden, die dem Licht entsprechen, das hindurchgegangen ist, wenn die breiten und schmalen Abschnitte das Licht auffangen.

4. Ultraschallwandlersonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Wand angrenzend an die Wandlerfläche in einem Winkel bezüglich der Fläche des Wandlers (54) geneigt ist, um die Auswirkung von Energiereflexionen von der Zwischenfläche zwischen dem Fluid und dem Fenster auf ein Minimum zu reduzieren.

5. Ultraschallwandlersonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand angrenzend an die Wandlerfläche auf einer konischen Oberfläche liegt und daß die Mitte der inneren und äußeren Flächen der Wand auf einer gemeinsamen Linie liegen, die mit der Drehachse der Wandler (54) zusammenfällt, wodurch die Parallaxe auf ein Minimum reduziert ist.

6. Ultraschallwandlersonde, insbesondere nach einem der vorher-

909823/0645

DEA-14372 -4-

gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Abtastkopf (12) mit einer Rotorwelle (52), einem Rotor (53) auf der Welle (52), einer Vielzahl von Ultraschallwandlern (54) auf dem Rotor (53), einem abgedichteten Gehäuse (41) für die Aufnahme des Rotors (53), wobei sich ein Ende der Welle (52) davon ausgehend erstreckt, durch eine Antriebsanordnung mit einem Gehäuse (61) zum Antrieb der Welle (52) zur Drehung des Rotors (53), wobei das Antriebsgehäuse (61) und das abgedichtete Gehäuse (41) eine Einrichtung (43) für ein lösbares Verbinden des Tastkopfs (12) an dem Antriebsgehäuse (61) aufweist, wodurch Tastköpfe (12) mit den gewünschten Eigenschaften mit dem Antrieb ausgewechselt werden können, und durch einen Handgriff (11), der dem Antriebsgehäuse (61) so zugeordnet ist, daß der Tastkopf (12) an dem zu untersuchenden Körper positioniert werden kann.

7. Ultraschallwandlersonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (52) zur Aufnahme einer Scheibe (64) dient und daß die Antriebseinrichtung einen Treibriemen (66) für den Eingriff an der Scheibe (64) hat, wenn der Tastkopf (12) an dem Antriebsgehäuse (61) befestigt ist.

8. Ultraschallwandlersonde nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine von der Welle (52) getragene Halterung (62) für die Sättigungsdrosseln (56) , die sich mit der Welle (52) drehen, wobei die Ultraschallwandler (54) erste und zweite

809823/06Λ6

DEA-14372 -5-

Klemmen haben, eine Sättigungsdrossel (56) mit ihrer einen Klemme mit der einen Klemme eines jeden der Wandler (54) verbunden ist und auf der Halterung (62) so sitzt, daß ihre anderen Klemmen gemeinsam verbunden sind, durch Einrichtungen (80) zur Erzeugung eines Magnetfelds zum Sättigen einer hindurchgehenden Drossel (56), wobei die Einrichtung in dem Gehäuse so angeordnet ist, daß sie mit jeder der Sättigungsdrosseln (56) zusammenwirkt, wenn sie sich durch das Feld hindurchdreht, und durch Einrichtungen (71, 72) zum Zuführen und Empfangen von Signalen zwischen der gemeinsamen Klemme der sättigbaren Drosseln (56) und der anderen Klemme der Wandler (54), wodurch der einer gesättigten Sättigungsdrossel (56) zugeordnete Wandler (54) mit der Einrichtung zum Zufuhren und Empfangen von Signalen verbunden ist.

9. ültraschallwandlersonde nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Dynamotor (73, 75) zum Koppeln der gemeinsamen Klemme der Sättigungsdrosseln (56) und der anderen Klemme der Wandler (54) mit den Einrichtungen zum Zuführen von Signalen zu den Wandlern (54) und zum Empfang von Signalen von den Wandlern.

909823/064S