DE2851417A1

DE2851417A1 - Ultraschall-diagnosegeraet

Info

Publication number: DE2851417A1
Application number: DE19782851417
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fukukita; Akira Fukumoto; Masami Kawabuchi; Kiyotaka Nagai; Jun-Ichi Sato
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1979-12-06
Also published as: JPS54155683A; CA1129984A; DE2851417C2; US4224829A; JPS6242616B2; GB2021767A; GB2021767B

Description

Ultraschall-Diagnosegerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Diagnosegerät mit B-Abtastung (Winkel-Entfernungs-Darstellung), das auf einer Kathodenstrahlröhre bildliche Darstellungen von zweidimensionalen Querschnitten durch einen biologischen Körper ergibt, um Informationen über die innenstruktur des Körpers zu gewinnen.

In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen, die bei der medizinischen Diagnose verwendeten Ultraschall-Verfahren zu verbessern. Während sich als diagnostisches Hilfsmittel für einige Teile des Körpers das (eindimensionale A-Abtastungs-Verfahren (Entfernungs-Darstellung) als sehr brauchbar erwiesen hat, hat diesem gegenüber in verschiedener Hinsicht das zweidimen-

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sionale B-Abtast-Verfahren (Winkel-Entfernungs-Darstellung) Vorteile gezeigt. Bei einem bekannten B-Abtast-Verfahren wird ein .von J. C. Sommer in "Ultrasonics", Juli 1962, Seiten 153 bis 159 beschriebener Sektor-Abtaster verwendet, bei welchem ein von einer geraden Aufreihung elektromechanischer Wandler ausgesendeter Strahl um einen Winkel mittels einer elektrisch veränderbaren Verzögerungsschaltung abgelenkt wird, mit der eine als Funktion der Zeit veränderbare Verzögerungszeit herbeigeführt wird. Diese Sektorabtastung ermöglicht es, Ultraschall-Energie durch enge Abstände zwischen den Knochenstrukturen benachbarter Rippen hinduch in das Herz zu senden, um dessen vertikale Querschnitte zu untersuchen.

Bei einem weiteren B-Abtast-Verfahren wird ein Linear-Abtaster gemäß der Beschreibung in der US-PS 3 881 466 verwendet, bei welchem ein von einer gewählten Gruppe von Wandlern gesendeter Ultraschall-Strahl linear durch eine gerade Aufreihung dieser Wandler hindurch verschoben wird. Die bekannten Abtaster haben sich jedoch hinsichtlich der Auflösung und des Signal/Störungs- Verhältnisses als nicht zufriedenstellend erwiesen.

In der US-Patentanmeldung No. 807 600 vom 17. Juni ^ 1977 ist ein piezoelektrischer Wandler beschrieben, der einen keramischen ebenen Körper mit einem Breite/Dicke-Verhältnis von 0,8 oder weniger aufweist, der einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten hat, der nahe dem Koppluagskoeff izienten k-,·, oder k¹-,^ für Breitendehnungs-

schwingung liegt. Dieser Wandler ergibt eine Schwingungsart, die aufgrund der im Vergleich zu den bekannten Wandlern geringen Breite frei von unerwünschten Schwingungen in der wirksamen Frequenzbandbreite ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

kompaktes, einfach zu handhabendes Diagnosegerät mit Ii-

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nearer- B-Abtastung zu schaffen, das eine klare bildliche Darstellung von zweidimensionalen Querschnitten eines lebenden Organs ergibt.

Erfindungsgemäß ist die Verwendung einer geraden Aufreihung piezoelektrischer Wandler gemäß der vorstehend genannten US-Patentanmeldung in Verbindung mil- einer elektronischen Ansteuerungsschaltung vorgesehen , die an einer gewählten Gruppe von Wandlern die Aussendung von Ultraschall-Impulsen zur Bildung eines Ultraschall-Strahls freigibt und die Lage des Strahls im Ansprechen auf einen Taktimpuls durch die Aufreihung von Wandlern hindurch verschiebt. Die Ansteuerschaltung enthält eine Phasen- und Amplituden-Abstufungsschaltung, die bewirkt, daß die Ultraschall-Impulse unter VerzögerungsIntervallen innerhalb des Taktintervalls aufgeteilt und amplitudenmoduliert sind, so daß die ausgesandten Ultraschall-Wellen in Phase und Amplitude so abgestuft sind, daß der Strahl bzw. das Strahlenbündel durch die volle Tiefe des untersuchten Körpers hindurch zu einem schmalen Strahlenbündel bzw. einer schmalen Keule geformt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild des Ultraschall-Diagnosegeräts.

■ . Fig. 2 ist eine Darstellung von Einzelheiten

einer Sendereinheit des Geräts nach Fig.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Auswirkung einer Phasenabstufung auf .die Strahlenbündelbreite.

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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Auswirkung einer Amplitudenabstufung auf die Strahlenbündelbreite.

Fig. 5 ist eine Darstellung von Einzelheiten

einer Empfangereinheit des Geräts nach Fig. 1.

Fig. 6 ist eine Darstellung von Einzelheiten einer Sichtanzeigeeinheit des Geräts nach Fig.

Fig. 7 zeigt die Arbeitskennlinie einer Verstärkungssteuerschaltung der Einheit nach Fig. 6.
15

Das in Fig. 1 gezeigte Ultraschall-Diagnosegerät bzw. -System weist eine Wandlereinheit 10 mit einer Anordnung bzw. Aufreihung von 128 piezoelektrischen Ultraschall-Elementen für die Aussendung von Ultraschallimpulsen und den Empfang der rückkehrenden Echosignale auf.

Eine Mehrzahl von Analog-Multiplexern bzw. Analog-Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-16 ist vorgesehen, die jeweils acht AusgangsanSchlüsse haben, welche mit den einzelnen Wandlerelementen in der Weise verbunden sind, daß die Ausgangsanschlüsse No. 1 der Multiplexer 11-1 bis 11-16 jeweils mit den Wandlerelementen No. 1 bis 16,die Ausgangsans'ehlüsse No. 2 jeweils mit den Elementen No. 17 bis 32 usw. verbunden sind, so daß die Ausgangsanschlüsse

No. 8 jeweils mit den Elementen 113 bis 128 verbunden on

sind. Ferner sind Zähler 12-1 bis 12-16 vorgesehen, die nacheinander im Ansprechen auf ein von einem 16-Bit-Schieberegister 13 abgegebenes Ausgangssignal geschaltet werden, das im Ansprechen auf von einer Taktquelle bzw.

einem Taktgenerator 14 empfangene Taktimpulse mit einer 35

Wiederholungsfrequenz von 3 bis 4 kHz erzeugt wird , die

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T von der Tiefe eines zu untersuchenden Körpers abhängt.

Das Ausgangssignal des Schieberegisters wird entsprechend den Taktimpulsen von der am weitesten links dargestellten Bit-Stufe bis zur am weitesten rechts dargestellten Bit-Stufe verschoben, bis die am weitesten rechts liegende Bit-Stufe für das 16. Bit erreicht ist, woraufhin dieser Vorgang wiederholt wird, bis alle Zähler 12 mittels eines Rücksetzsignals gelöscht werden, das mittels eines Rücksetzzählers 18 erzeugt wird, wenn dieser den 128. Taktimpuls empfängt. Nach dem Rücksetzvorgang wird der Betriebsablauf erneut wiederholt. Im Ansprechen auf ein jeweiliges Eingangssignal aus dem Schieberegister ergibt jeder Zähler ein Ausgangssignal, das eine Binärdarstellung der Anzahl der empfangenen Impulse in 3 Bits ist.

Die 3-Bit-Binärdarstellung bezeichnet eine entsprechende Adresse bzw. einen gewählten Ausgangsanschluß der acht Ausgangsanschlüsse des zugeordneten Multiplexers. Jeder Multiplexer bildet daraufhin einen Signalzugangsweg oder Signalzugriffsweg von einem Eingangsanschluß IN zu dem gewählten Ausgangsanschluß, um das zugeordnete Wandlerelement einzuschalten; dieser Zugangsweg wird bis zum nächsten Taktimpuls beibehalten. Die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Multiplexer werden in Aufeinanderfolge von der am weitesten links liegenden bis zu der am weitesten rechts liegenden Bit-Stelle geschaltet, so daß im Ansprechen auf einen 16. Taktimpuls die Wandlerelemente No. 1 bis No. gleichzeitig geschaltet werden und im Ansprechen auf einen 17. Taktimpuls der ZShler 12-1 sein binäres Ausgangssignal wechselt, während die anderen Zähler unverändert blei-

ben, so daß die Wandlerelemente No. 2 bis No. 17 gleichzeitig eingeschaltet werden. Dieser Betriebsvorgang wird bis zum Auftreten des 128. Taktimpulses wiederholt, auf den hin die Wandlerelemente No. 113 bis No. 128 gleichzeitig eingeschaltet werden. Daraus ist ersichtlich, daß im Ansprechen auf einen jeweiligen Taktimpuls einer der

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Multiplexer 11-1 bis 11-16 seinen Zugangsweg auf den nächsten Zugangsweg wechselt, so daß eine Gruppe von aufeinanderfolgend angeordneten sechzehn Wandlerelementen während des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen gleichzeitig eingeschaltet wird und die eingeschaltete Gruppe um die Breite eines Wandlerelements nach rechts zu verschoben wird.

Ferner ist eine zweite Gruppe von Analog-Multiplexern bzw. Analog-Durchschalteinrichtungen 15-1 bis 15-16 vorgesehen. Jeder dieser Multiplexer 15 hat einen einzigen Ausgangsanschluß, der mit dem jeweiligen Eingangsanschluß IN der Multiplexer 11-1 bis 1.1-16 verbunden ist, und einen Satz von 16 Signaleingangsanschlüssen, die als Vielfach mit den Signaleingangsanschlüssen der anderen Multiplexer 15 geschaltet und mit den Ausgangsanschlüssen eines Senders 16 verbunden sind. Diese Multiplexer empfangen jeweils einzeln einen 4-Bit-Adressiercode aus einem Festspeicher 17, um Verbindungen zwischen den Ausgangsanschlüssen des Senders 16 und den eingeschalteten Elementen aus den Wandlerelementen zu bilden. Wie nachstehend erläutert wird, erzeugt der Sender 16 einen Satz von Ultraschallimpulsen, die in der Weise amplitudenmoduliert und phasenverschoben sind, daß sich an dem Hauptstrahl eine Amplituden- und Phasen-Verjüngung bzw. -Stufung ergibt, so daß die ausgestrahlte Strahlbreite mit einem Brennpunkt in einer gewählten Tiefe von der Eintrittsfläche weg verengt ist. Der als Speichereinheit dienende Festspeicher 17 ist so programmiert, daß er für jede Gruppe eingeschalteter Wandlerelemente an den eingeschalteten Wandlerelernenten die Aussendung von Ultraschallimpulsen mit der gleichen Richtcharakteristik ermöglicht.

Im Ansprechen auf jeden Taktimpuls aus dem Taktgenerator 14 wird ein Satz von 16 Ultraschallimpulsen erzeugt, die in den untersuchten Körper gesandt werden;

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innerhalb des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen werden die Rückkehrsignale mittels der eingeschalteten Wandlerelernente empfangen und an eine Empfängereinheit bzw. einen Empfänger 19 angelegt. Wie noch beschrieben wird, werden die empfangenen Signale entsprechend einem vorgewählten Muster phasenverschoben und amplitudenmoduliert und dann an eine Sichtanzeigeeinheit 20 angelegt.

In der Fig. 2 sind Einzelheiten des Senders 16 mit einem Datenwähler 21 gezeigt, der Taktimpulse aus einer Taktquelle bzw. einem Taktgenerator 27 erhält, welcherTaktimpulse von dem ersten Taktgenerator 14 aufnimmt, um im Ansprechen auf jeden Taktimpuls aus dem Taktgenerator 14 eine Folge von Taktimpulsen höherer Wiederkehrgeschwindigkeit mit 20 ns-Intervallen zu erzeugen, und der die schnelleren Taktimpulse bzw. die Taktimpulse höherer Frequenz dem als Zeitsteuerschaltung dienenden Datenwähler 21 zuführt. Dieser Datenwähler emp-^ fängt auch Zeitsteuerungssignale aus einer Zentraleinheit 22 eines üniversalrechners. Der Datenwähler 21 gibt mit Intervallen, die durch die Steuersignale aus der Zentraleinheit 22 bestimmt sind, ein Freigabesignal an einen aus einer Mehrzahl von impulsgesteuerten bzw. impulsgetakteten Oszillatoren 23-1 bis 23-16 ab. Diese Zeitsteuerung wird in der Weise bewerkstelligt, daß der als Speichereinheit dienende Festspeicher 17 so programmiert wird, daß der Datenwähler 21 ein Ausgangssignal bei einer vorbestimmten Anzahl der Taktimpulse höherer Frequenz erzeugt. Die Zeit-

Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Freigabe- oder Einschaltimpulsen sind daher ein ganzzahliges Vielfaches der 20 ns-Dauer. Die Verzögerungszeit Ti für einenjeweils eingeschalteten Wandler dzw. ein derartiges Wandlerelement wird durch die folgende Gleichung bestimmt,

^OJ bei welcher der Zusatz "i" eine ganze Zahl im Bereich von

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1 bis 16 ist und die Lage des Wandlers in Bezug auf eine Bezugslage darstellt:

Ti = —
¹¹ C

wobei C die Schallgeschwindigkeit im menschlichen Körper ist,

η die Anzahl gleichzeitig eingeschalteter Wandler zur Bildung eines Hauptstrahls ist (bei diesem

Ausführungsbeispiel· gl·eich 16 ist), F der Brennpunktabstand des Hauptstrahls ist und d der Mittenabstand zwischen den Wandlern ist.

Die Oszillatoren 23 werden durch die Freigabe- bzw. Einschaltimpulse aus dem Datenwähler 21 so geschaltet, daß ein Satz von 16 Signalbündeln mit Ultraschallfrequenz erzeugt wird, die an jeweilige Amplitudenmodulatoren 24-1 bis 24-16 angelegt werden, um zur Schaffung der Amplitudenstufung an dem Hauptsendestrahl bzw. der Hauptsendekeule in Übereinstimmung mit Spannungsausgangssignalen aus Digital-Analog- bzw. D-A-Umsetzern 25-1 bis 25-16 amplitudenmoduliert zu werden, die zur Aufnahme von Bewertungsfaktoren darstellenden Daten geschaltet sind, welche in dem Festspeicher 17 gespeichert sind. Die amplitudenmodulierten Signale werden über Pufferverstärker an die Eingangsanschlüsse der Multiplexer 15 angelegt. Diese Amplituden'Phasenstufung ergibt eine Strahlenbündel- bzw. Keulenbreite, wie sie in Fig. 3 graphisch als Funktion

^ου der Tiefe von der Oberfläche des untersuchten menschlichen Körpers weg dargestellt ist. Die Kurve A zeigt die Richtcharakteristik des Geräts bei einem Brennpunktabstand F von 70 mm, während die Kurve B die Richtcharakteristik mit dem Brennpunktabstand "oo" darstellt. Wie aus der

Fig. 3 ersichtlich ist, besteht bei dem Strahlenbündel im

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Bereich von Tiefen von weniger als 40 mm die Tendenz zu einer Breite, die größer als die bei größeren Tiefen ist. Diese Strahlenbündelverbreiterung im Bereich geringer Tiefe wird durch die Amplituden- und Phasenstufung in der Empfängereinheit 19 kompensiert.

Zur Bildung einer Verteilung der Bewertungsfaktoren kann eine Vielzahl von Verfahren in Betracht gezogen werden. Beispielsweise werden die Bewertungsfaktoren aufgrund eines Tschebyscheff-Polynoms verteilt. Die Fig.4 zeigt die Auswirkung der Verteilung nach dem Tschebyscheff-Polynom auf die Strahlenbündelbreite des phasengestuften Strahls als Funktion der Tiefe von der Eintrittsfläche weg, wobei die Vertikalachse die Strahlenbündel- bzw. Keulenbreite bei den -2OdB-Punkten darstellt, während die horizontale Achse die Tiefe darstellt. Die Kurve A zeigt die Charakteristik eines phasengestuften Strahls ohne Amplitudenstufung, während die Kurven B, C und D die Charakteristiken von Strahlenbündeln mit Phasen- und

^zu Amplitudenstufung mit unterschiedlichen Nebenkeulen-Pegeln zeigen. Gemäß der Darstellung sind im Vergleich mit der Kurve A die Kurven B, C und D im Hinblick auf die Bereiche geringer Tiefe und großer Tiefe vorteilhaft.

^ In der Fig. 5 ist die Empfängereinheit 19 in Einzelheiten gezeigt. Innerhalb des Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Taktimpulsen der Taktquelle bzw. des Taktgenerators 14 wird die ausgesendete Ultraschallenergie von im Körper des Patienten vorhandenen Diskontinui-

täten reflektiert und mittels der Wandler erfaßt, die die zurückkehrende Energie in elektrische Signale umsetzen, welche über die Multiplexer 11 an die Empfängereinheit bzw. den Empfänger 19 angelegt werden. Die Rückkehrsignale werden an eine Mehrzahl von Phasenschiebern 30-1

bis 30-16 angelegt, in welchen sie Phasenverschiebungen

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entsprechend der vorstehend beschriebenen Gleichung (1) unterzogen werden. Dies wird mittels einer Mehrzahl von D-A-Umsetzern 31-1 bis 31-16 erzielt, die auf gleiche Weise wie die unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebenen mit der Zentraleinheit 22 verbunden sind. In diesem Fall wird jedoch der Brennpunktabstand F so gewählt, daß die Strahlenbündelbreite für Tiefen von weniger als ungefähr 40 mm verringert wird. Die phasenverschobenen Signale werden dann an Ämplitudenmodulatoren 32-1 bis 32-16 angelegt, in welchen die Signale in Übereinstimmung mit über D-A-Umsetzer 33-1 bis 33-16 geleiteten Befehlen aus der Zentraleinheit 22 in der Weise amplitudenmoduliert werden, daß die Empfangsöffnungsweite der Wandlereinheit 10 als Funktion der Zeit verändert wird, um einen verringerten Nebenkeulenpegel zu erzielen, so daß das Auflösungsvermögen in seitlicher Richtung verbessert wird. Die phasen- und amplitudenmodulierten Signale werden an einen Addierer 34 und von diesem an die Sichtanzeigeeinheit 20 angelegt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 6 wird das Ausgangssignal der Empfängereinheit 19 an einen Regelverstärker 40, von dort an ein Bandpaßfilter 41 und ferner über einen logarithmischen Verstärker 42 an einen Detektor bzw. Gleichrichter 43 angelegt. Eine Taktimpulsquelle bzw. ein Taktimpulsgenerator 44 dient zur Zufuhr von Taktimpulsen zu einer Verstärkungsregelschaltung 45, die im Ansprechen auf einen von dem Taktimpulsgenerator 44 zugeführten Taktimpuls ein gemäß der Darstellung in Fig.7 als Funktion der Zeit verändertes Spannungssignal erzeugt. Der Zweck hierfür liegt darin, die als Funktion der Tiefe exponentiell ansteigende Dämpfung des ausgesandten Ultraschalls zu kompensieren. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel, bei dem die Ultraschallfrequenz 2,5 MHz ist, ist der Regelverstärker 40 so ausgelegt, daß er einen

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\ Regelbereich von 60 dB hat, um den bei einer Tiefe von 200 mm auftretenden Verlust zu kompensieren, da im menschlichen Körper ein Ultraschall mit der Frequenz 1 MHz beim Durchlaufen einer Strecke von 10 mm einen Verlust bzw. eine Dämpfung von 1 dB erfährt. Das Bandpaßfilter 41 ist zum Abhalten von Störungen auf die Frequenz des Ultraschalls abgestimmt. Der logarithmische Verstärker 42 dient als Signalkompressor, um den Dynamikbereich des Signals so zu verringern, daß er mit dem Dynamikbereich einer Kathodenstrahlröhre 46 übereinstimmt.

Das Taktsignal aus dem Taktimpulsgenerator 44 wird auch an einen Bezugssignalgenerator 47 angelegt, der so ausgelegt ist, daß er einen Satz unterschiedlicher Bezugssignale wie Markiersignale, Horizontal- und Vertikal-Austastsignale und Grauskalensignale erzeugt. Diese Signale werden in einem Addierer 48 algebraisch mit dem Ausgangssignal des Gleichrichters 43 kombiniert, mittels eines Verstärkers 49 verstärkt und an das Steuergitter der Ka-

2" thodenstrahlröhre 46 angelegt. Der Taktimpuls aus dem Taktimpulsgenerator 44 wird auch an eine Horizontal- und Vertikal-Ablenkschaltung 50 zur Bildung eines Rechteckrasters an dem Kathodenstrahlröhren-Bildschirm angelegt.

^ ■ Einzelheiten der piezoelektrischen Wandler bzw. Wandlerelemente sind in der US-Patentanmeldung 807 600 vom 17. Juni 1977 beschrieben. Jeder der Ultraschall-Wandler weist ein Paar von piezoelektrischen Elementen auf, die jeweils eine rechteckige Platte eines aus Pb(Mg₁ /₃ ^NL>2/3⁾⁰3' ^pbTi03 ^und PbZrO₃ gebildeten Keramikmaterials sind, wobei an der vorderen und der hinteren Fläche jeweils ein vorderer bzw. ein hinterer Elektrodenfilm befestigt ist. Die piezoelektrische Platte wird in Richtung der Dicke polarisiert, hat ein breite/Dicke-Ver-

hältnis, das gleich oder kleiner als 0,8 ist, und einen

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beachtlich großen elektromagnetischen Kopplungskoeffizienten k₃₃ oder k'₃₃ in Richtung ihrer Dicke. Mit jedem dieser Kopplungskoeffizienten hat das piezoelektrische Element im wesentlichen keine Nebenschwingungsarten. Die Elektroden sind senkrecht zur Polarisationsrichtung angeordnet. An einer der Elektroden ist ein Impedanzanpassungselement befestigt. Die piezoelektrischen Elemente gemäß der Beschreibung in dieser vorstehend genannten US-Patentanmeldung benötigen nur eine sehr geringe Antriebsleistung. Dies erlaubt die Verwendung integrierter CMOS-Halbleiterelemente für die Multiplexer 11 und 15, was zum Ergebnis hat, daß die Steuerschaltung kompakt wird. Dies wiederum ermöglicht es, einen Teil der Steuerschaltung oder die ganze Steuerschaltung in einem Gehäuse zusammen mit der Wandlereinheit 10 unterzubringen und folglich die Anzahl der Verbindungsleitungen zwischen der Ultraschallsonde und der Sichtanzeigeeinheit wesentlich zu verringern, so daß daher der Diagnosevorgang erleichtert wird.

Mit der Erfindung ist ein Ultraschall-Diagnosegerät angegeben, das eine lineare Anordnung bzw. Aufreihung von piezoelektrischen Wandlern oder Platten mit einem Breite/Dicke-Verhältnis von weniger als 0,8 sowie eine Steuerschaltung aufweist, die einen Sender und einen Empfänger enthält. Der Sender hat eine Mehrzahl von Sendekanälen mit jeweils einem Festoszillator zur Erzeugung eines Ultraschallimpulses im Ansprechen auf ein Taktsignal. Die Gruppe derartiger Ultraschallimpulse wird über ein Durchschaltnetzwerk an eine gewählte Gruppe aufeinanderfolgend angeordneter piezoelektrischer Wandler angelegt, um in einen menschlichen Körper einen Strahl bzw. ein Strahlenbündel von Ultraschallenergie zu senden. Jeder der Ultraschallimpulse wird in Bezug auf die Ultraschallimpulse der anderen Sendekanäle phasenverschoben und

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amplitudenmoduliert, um eine Phasen- und Amplitudenstufung herbeizuführen, die ein enges Strahlenbündel durch die Tiefe des Körpers hindurch ergibt. Die von Diskontinuitäten bzw. Sprungstellen zwischen unterschiedlichen Geweben zurückgewarfene Ultraschallenergie wird von den Wandlern erfaßt und über das Durchschaltnetzwerk dem Empfänger zugeführt, in welchem jedes der Rückkehrsignale' in Bezug auf die anderen Signale zur Bildung eines Ausgangssignals phasenverschoben und amplitudenmoduliert wird, das an einem Kathodenstrahlröhren-Bildschirm dargestellt wird.

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Claims

Patentansprüche

1.) Ultraschall-Diagnosegerät, gekennzeichnet durch eine .Reihe aufeinanderfolgend angeordneter plattenartiger piezoelektrischer Elemente (10), die jeweils ein Breite/ Dicke-Verhältnis, das gleich oder kleiner als 0,8 ist, und in Richtung der Dicke einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten haben, der nahe an dem Kopplungskoeffizienten k^3 oder k'^-j der Breitendehnungsschwingung liegt, eine Taktimpulsquelle (14), ein erstes Durchschaltnetzwerk (11), das zur Bildung von Zugangswegen zwischen einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen und einer Gruppe aufeinanderfolgend angeordneter Elemente der piezoelektrischen Elemente zu deren Erregung im Ansprechen auf jeden der Taktimpulse eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen hat, die jeweils mit den piezoelektrischen Elementen verbunden sind, eine Einrichtung (12), die an dem ersten Durchschaltnetzwerk die Bildung der Zugangswege in der Weise bewirkt, daß die Gruppe der erregten piezoelektrischen Elemente im Ansprechen auf jeden der Taktimpulse um mindestens ein piezoelektrisches Element verschoben wird, ein zweites Durchschalt-

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netzwerk (15), das zur Bildung von Zugangswegen zwischen seinen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen, die mit den Eingangsanschlüssen des ersten Durchschaltnetζwerks verbunden sind, und eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen hat, einen Sender (16), der eine Einrichtung (17, 21, 22, 25, 27) zur Erzeugung einer Folge von Zeitsteuerungssignalen im Ansprechen auf jeden der Taktimpulse und einer Mehrzahl von Amplitudensteuersignalen sowie eine Mehrzahl jeweils mit den Eingangsanschlüssen des zweiten Durchschaltnetzwerks verbundener Übertragungskanäle hat, von denen jeder einen Oszillator (23), der auf jeweils eines der Zeitsteuersignale durch Erzeugung eines Ultraschall-Impulses anspricht, und einen Amplitudenmodulator (24) aufweist, der die Amplitude des Ultraschallimpulses entsprechend jeweils einem der Amplitudensteuersignale moduliert, eine Einrichtung (17), die zum Anlegen der Ultraschallimpulse an die jeweils zu erregenden piezoelektrischen Elemente am zweiten Durchschaltnetzwerk die Bildung der Zugangswege verursacht, einen Empfänger (19), der eine Einrichtung (17, 22, 31, 33) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Phasensteuersignalen und einer Mehrzahl von zweiten Amplitudensteuersignalen sowie eine Mehrzahl von Empfangskanalen hat, die zur Aufnahme mittels der erregten piezoelek-

^ΔΌ trischen Elemente empfangener Signale mit den Eingangsanschlüssen des ersten Durchschaltnetzwerks verbunden sind, wobei jeder der Empfangskanäle einen Phasenschieber (30), der dem erfaßten Signal entsprechend jeweils einem der Phasensteuersignale eine Phasenverschiebung erteilt/und einen Amplitudenmodulator (32) aufweist, der die Amplitude des phasenverschobenen Signals entsprechend jeweils einem der zweiten Amplitudensteuersignale moduliert, und eine Sichtanzeigeeinheit (20), die auf das Ausgangssignal

des Empfängers anspricht.
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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der piezoelektrischen Elemente (10) einen Körper aus einem keramischen Material, das durch Anlegen eines elektrischen Felds polarisierbar ist, ein Paar von Plattenelektroden, die an einander gegenüberliegenden Seiten des keramischen Körpers senkrecht zur Polarisationsrichtung befestigt sind, und ein Impedanzanpassungselement aufweist, das an einer der Elektroden angebracht ist.
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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Pb(Mg^y₃Nb₂Z₃)O₃, PbTiO₃ und/ oder PbZrO₃ enthält.

4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Durchschaltnetzwerk (11) eine der Anzahl der piezoelektrischen Elemente (10) der erregten Gruppe gleiche Anzahl von Analog-Multiplexern aufweist, von-denen jeder die gleiche Anzahl von Ausgangsanschlüssen hat, wobei die entsprechenden Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Multiplexer mit jeweils aufeinanderfolgenden Elementen der piezoelektrischen Elemente verbunden sind.

■ ** .

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Durchschaltnetzwerk (15) eine der Anzahl der Analog-Multiplexer des ersten Durchschaltnetzwerks (11) gleiche Anzahl von Analog-Multiplexern aufweist, von denen jeder mit einem Ausgangsanschluß an den· Eingangsan-Schluß des entsprechenden Multiplexers des ersten Durchschaltnetzwerks angeschlossen ist und mit einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen mit den Eingangsanschlüssen der anderen Multiplexer des zweiten Durchschaltnetzwerks verbunden ist.

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6. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Durchschaltnetzwerk (11) mit der Reihe von piezoelektrischen Elementen (10) in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht ist.

7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Durchschaltnetzwerk aus integrierten CMOS-Halbleiterelementen gebildet ist.

8. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgleichseinrichtung (40, 45), die den exponentiell ansteigenden Verlust an von den piezoelektrischen Elementen in einen zu untersuchenden menschlichen Körper gesandter Ultraschall-Energie kompensiert.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichseinrichtung einen durch das Ausgangssignal des Empfängers (19) angesteuerten Regelverstärker (40) und eine Generatoreinrichtung (45) aufweist, die im Ansprechen auf jeden der Taktimpulse ein Amplitudenmodulier-Signal zur Steuerung der Verstärkung des Regelverstärkers erzeugt.

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