DE2920828A1

DE2920828A1 - Ultraschall-abbildungssystem

Info

Publication number: DE2920828A1
Application number: DE19792920828
Authority: DE
Inventors: William Ernest Engeler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-11-29
Also published as: NL7904074A; NL186879C; GB2022253A; JPH024292B2; FR2426914A1; GB2022253B; JPS555687A; DE2920828C2; FR2426914B1; US4154113A; NL186879B

Description

. 9355

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA Ultraschall-Abbildungssystem

Die Erfindung betrifft Ultraschall-Abbildungssysteme und Geräte und bezieht sich insbesondere auf Anordnungen zur Signalverarbeitung in derartigen Systemen und Geräten·

Ultraschall-Abbildungsgeräte oder Anordnungen zum Abbilden von Gegenständen, z.B. Körpergeweben im menschlichen Körper enthalten im allgemeinen eine Anordnung von Sendewandlern und eine Anordnung von Empfangswandlern. Die Wandler bestehen aus piezoelektrischen Materialien, die Ultraschall bei elektrischer Erregung abstrahlen und umgekehrt auch ein elektrisches Signal bei auftreffendem Ultraschall liefern. Die Sende- und Empfangsanordnungen können identisch sein. Die Resonanzfrequenzen der Wandler der Sende- und Empfangsanordnungen sind im wesentlichen identisch. Die Wandler der Sendeanordnung werden der Reihe nach durch elektrische Impulse erregt, die Ultraschallimpulse erzeugen, die auch als Schallstöße oder Stoßwellen bezeichnet werden können und in der Sprache des Ursprungslandes gewöhnlich als "bursts" bezeichnet werden. Diese Ultraschallimpulse bestehen aus einigen Schwingungen der Resonanzfrequenz des Wandlers. Die Ultraschallimpulse werden in den Raum oder den Gegenstandsbereich abgestrahlt, der die Anordnung umgibt. Die Ultraschallimpulse, die auf Gegenstandspunkte in dem Gegenstandsbereich auftreffen, erzeugen Echos, die reflektiert werden und von den Wandlern der Empfangsanordnung aufgenommen werden und in ihr Echosignale erzeugen, die üblicherweise eine Dauer von wenigen Schwingungen haben. Die Echos von den Gegenstandspunkten treffen an den Empfangs-

909848/0817'

wandlern zu verschiedenen Zeiten ein, da die Laufzeiten des Echos von dem Gegenstandspunkt zum Wandler verschieden groß sind. Man hat die Echosignale, die von den Empfangswandlern erzeugt werden, entsprechend verzögert, so daß alle Echosignale, die von einem bestimmten Gegenstandspunkt ausgehen, gleiche Phase haben und hat sie dann kohärent addiert. Das Summensignal wird dann gleichgerichtet und auf einem Sichtgerät sichtbar gemacht.

Die physikalischen Abmessungen von Ultraschallwandlern machen es schwierig, eine Resonanzgüte Q von weniger als etwa zwei oder drei zu erreichen. Der Ultraschallimpuls besteht, selbst wenn ein-Impulstreiber bei dem Wandler benutzt wird, gewöhnlich aus einer Anzahl von Schwingungen. Bei einem mit Abtastung arbeitenden Datensystem ist eine Abtastung mit einer Frequenz erforderlich, die ein Mehrfaches der Resonanzfrequenz des Wandlers ist. Hierdurch werden lange Hochgeschwindigkeitsschieberegister erforderlich, um die benötigten Verzögerungen zu liefern und um eine kohärente Addition der empfangenen elektrischen Signale durchführen zu können. Die Genauigkeit der Zeitverzögerung muß dabei mindestens etwa einem Viertel bis zur Hälfte einer Schwingungsdauer der Resonanzfrequenz betragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultraschall-Abbildungsgerät der beschriebenen Art zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen getroffen werden.

Zur Ausführung der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Ultraschallimpuls vorgegebener Frequenz erzeugt und in einen Gegenstandsbereich einstrahlt. Eine Wandleranordnung ist vorgesehen, die die Ultraschall-

809848/0817

ORIGINAL INSPECTED

9355

echos aufnimmt, welche von dem Ultraschallimpuls erzeugt werden, der auf Punkte des Gegenstandes im Gegenstandsbereich auftrifft. Jedes Echo von einem Punkt des Gegenstandes erzeugt in den Wandlern eine Gruppe von elektrischen Signalen und zwar je ein elektrisches Signal in jedem Wandler. Die Zeit des Auftretens jedes der elektrischen Signale hängt von dem Abstand zwischen dem betreffenden Wandler und dem betreffenden Punkt des Gegenstandes ab. Es sind nun Demodulationseinrichtungen für die elektrischen Signale vorgesehen, welche die von den Wandlern kommenden Signale demodulieren und jedes der elektrischen Signale mit einem ersten und zweiten demodulierenden Signal von im wesentlichen der gleichen Frequenz wie die oben erwähnte vorbestimmte Frequenz mischen, wobei jedoch eine 9O°-Phasenverschiebung besteht, um eine Anzahl von jeweils zwei demodulierten Signalen, d.h. von Signalpaaren, zu erhalten. Es sind ferner Verzögerungseinrichtungen vorgesehen, die jedes Paar von demodulierten Signalen um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögern, welches dem Abstand zwischen jeweils einem Wandler und einem Gegenstandspunkt entspricht, so daß jedes Paar von ersten und zweiten demodulierten Signalen gleichzeitig auftritt* Eine erste Addierschaltung ist vorgesehen, um die verzögerten ersten demodulierten Signale zu addieren, so daß ein erstes Summensignal gebildet wird. Eine zweite Addierschaltung ist vorgesehen, um die verzögerten zweiten demodulierten Signale zu addieren, um ein zweites Summensignal zu bilden. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die ein resultierendes Signal bilden, das eine monotone Funktion der Summe des Quadrates des ersten Summensignals und des Quadrates des zweiten Summensignals ist.

909848/0817

9355

Die Merkmale der Erfindung und ihrer Weiterbildung sind in den Kennzeichen der Ansprüche angegeben. Die Erfindung selbst sowie der Aufbau der Anordnung und die Wirkungsweise derselben gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, in der auch die Vorteile angegeben sind und in der ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben wird.

F i g . 1 ist ein Blockschaltbild, welches die Arbeitsweise der Ultraschall-Abbildungsanordnung veranschaulicht;

F i g . 2 ist ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Anordnung wiedergibt und zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung benutzt wird;

F i g . 3A bis 3L sind Diagramme, welche die Amplitude von Spannungssignalen in Abhängigkeit von der Zeit darstellen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 2 auftreten und zu dem I-Kanal gehören. Die Punkte, an denen die Signale der Fig. 3A bis 31« im Blockschaltbild der Fig. 2 erscheinen, sind in Fig. 2 durch entsprechende Buchstaben bezeichnet;

F i g . 4A bis 4L sind Diagramme von Spannungssignalen, welche die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung der Fig. 2 darstellen und die zu dem Q-Kanal gehören. Fig. 4M ist ein Diagramm des resultierenden Signals, das aus den Signalen 3L und 4L gebildet wird. Die Punkte, an denen die Signale der Fig. 4A bis 4M dem Blockschaltbild der Fig. 2 auftreten, sind in Fig. 2 durch entsprechende Buchstaben mit Apostroph bezeichnet und

F i g . 5 ist ein ausführliches Blockschaltbild der Ultraschall-Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung.

9 09848/081T

9355

In Fig· 1 ist ein Blockschaltbild einer Ultraschall-Abbildungsanordnung 10 gemäß der Erfindung dargestellt. Die Ultraschall-Abbildungsanordnung 10 enthält eine ■Wandleranordnung 11, eine Diplexschaltung 12, einen Sender 13 und einen Empfänger 14· Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Wandleränordnung 11 eine geradlinige Anordnung und enthält eine Anzahl von gleich beabstandeten Wandlern 15, deren. Abstand von Mitte zu Mitte d beträgt· Die Wandleranordnung dient dabei sowohl als Sendeanordnung als auch als Empfangsanordnung. Der Sender 13 erzeugt eine Folge von elektrischen Impulsen 16, die über die Diplexschaltung 12 den Wandlern 15 zugeführt werden· Die Ultraschallimpulse, die in den Wandlern 15 erzeugt werden, werden in einen Gegenstandsbereich in der Nähe der Anordnung ausgestrahlt. Die Ultraschallimpulse werden bei dieser Anordnung in einen vorbestimmten Azimutbereich je nach der linearen Zeitfolge der Impulse 16 ausgestrahlt. Die Intensitätsänderung oder Amplitude der Ultraschallimpulse in Azimutrichtung um den Mittelpunkt der Anordnung wird auch als Strahl der Anordnung oder Strahlungskeule bezeichnet· Der Strahl 17 der Anordnung 11 hat eine Achse 18, die einen Winkel θ mit der Senkrechten 19 auf dem Mittelpunkt der Anordnung 11 einschließt· Die Beziehung zwischen den Zeitverzögerungsschritten T^, die der Reihe nach zu jedem i-ten Signal von dem einen Ende (i~1) der Anordnung bis zum anderen Ende (i«n) addiert werden, um exakt die Laufzeitdifferenzen zu kompensieren, die bei ebener Wellenausbreitung auftreten, ist durch die folgende Beziehung gegeben:

g - (i-1)d sin θ

Wobei c die Geschwindigkeit des Ultraschalls in dem Ge genstandsbereich neben der Anordnung ist·

909848/0817

9355

Indem die Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Erregerimpulsen fortschreitend geändert wird, wird der Winkel θ auf der einen Seite der Senkrechten 19 schrittweise verändert, und der ausgesandte Strahl derart gesteuert, daß der Reihe nach Abtastzeilen, die das Bild zusammensetzen, erzeugt werden. Auf der anderen Seite der Senkrechten 19 wird die Zeitfolge der Erregerimpulse 16 umgekehrt, so daß die Wandler in umgekehrter Reihenfolge erregt werden. Die Echos, die durch die Ultraschallimpulse erzeugt werden, welche auf einen Gegenstand im Gegenstandsbereich auftreffen, z.B. auf einen Gegenstandspunkt 20, werden von den Wandlern 55 infolge der Unterschiede der Laufzeit vom Gegenstandspunkt 20 bis zu den Wandlern zu verschiedenen Zeitpunkten wahrgenommen. Die Echosignale, die in den Wandlern 15 durch die Echos erzeugt werden, gelangen über die Diplexschaltung 12 zu dem Empfänger 14, indem sie auf einen etwa konstanten Pegel verstärkt werden. Um die elektrischen Signale, die aus den Echos erzeugt werden, gleichzeitig zu addieren, werden Zeitverzögerungen in die Signalverarbeitungskanäle des Empfängers eingeführt, die mit den Wandlern 15 verbunden sind. Im Falle einer linearen oder geradlinigen Anordnung kann die Verzögerung, die in federn Kanal, der einem Wandler zugeordnet ist, eingeführt wird, in zwei Komponenten unterteilt werden. Die eine Komponente ist eine Strahlsteuerungszeitverzögerung und die andere Komponente ist eine Fokussierzeitverzögerung. Die Strahlsteuerungsverzögerungen für den Empfang sind die gleichen wie die Strahlsteuerungszeitverzögerungen für die Sendung. Bei dem oben erwähnten vorgeschlagenen Gerät werden Fokussierzeitverzögerungen in Abhängigkeit von dem Abstand in jeden Kanal eingeführt, um die Laufzeitdifferenzen von einem Gegenstandspunkt bis zu den verschiedenen Wandlerstellungen der Anordnung auszugleichen. Die Fokussierverzögerungsinkremente oder Schritte für jeden Wandler sind durch die Gleichung

909848/0817

gegeben, wobei a der halbe Apertur abstand der Anordnung und R der Brennpunktabstand oder die Entfernung des Gegenstandspunktes ist, ferner

c = die Geschwindigkeit des .Ultraschalls in dem Gegenstandsbereich,

"^k = der Abstand vom Mittelpunkt der Anordnung bis zum k-ten Element und

T_k = .die Zeitverzögerung, die dem Signal von dem k-ten Element zugeordnet ist, um die elektrischen Signale, die von einem Echo an dem Gegenstandspunkt, z»B. dem Gegenstandspunkt 20, erzeugt werden, kohärent zu addieren»

Es sei darauf hingewiesen, daß das Ultraschallecho zuerst an dem mittleren Wandler der Anordnung ankommt und zuletzt an den Endwandlern, so daß die größte Verzögerung für das Echosignal des in der Mitte befindlichen Wandlers vorgesehen wird. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Verzögerung für das Echosignal von einem Wandler mit dem Kosinusquadrat des Strahlwinkels sich ändert, wenn die scheinbare Breite der Apertur sich mit dem Kosinus des' Strahlwinkels θ ändert. Der Empfangsbrennpunkt kann dynamisch geändert werden, um dem Bereich, aus dem Echos während der Echoaufnahmeperiode empfangen werden, zu folgen. Die Impulse 16 werden periodisch mit einer Geschwindigkeit wiederholt, die als Wiederholungsfrequenz der Impulse bezeichnet wird, so daß entsprechende Echoimpulse von

909848/0817

einem Gegenstandspunkt auf jeden der Wandler auf treffen, die dann Echosignale in den Kanälen des Empfängers erzeugen. Dadurch daß fortschreitend die Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Erregerimpulsen geändert wird und daß fortschreitend die Zeitverzögerung in Zuordnung zu den empfangenen Signalen geändert wird, ändert sich der Winkel θ des Strahls 17 schrittweise. Die am Ausgang des Empfängers auftretenden Signale werden auf einem (nicht dargestellten) Oszillographen sichtbar gemacht und liefern eine Darstellung des Gegenstandsbereichs, der z.B. ein Teil eines menschlichen Körpers sein kann. Es können auch andere Wandleranordnungen benutzt werden, vorausgesetzt, daß die erforderliche Zeitverzögerungskompensation vorgesehen ist, um die Echos, die von einem Gegenstandspunkt herrühren, kohärent zu addieren.

909848/0817

Fig· 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Verarbeitung von Echosignalen in einer Ultraschall-Äbbildungsanordnung gemäß der Erfindung. Das Gerät enthält eine Anordnung 11 von Wandlern 15, die im wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist die Anordnung 11 als geradlinige Anordnung dargestellt, sie kann aber auch eine andere geeignete Form aufweisen. Der Punkt 20 stellt einen Gegenstandspunkt in einem Gegenstandsbereich dar, der die Anordnung umgibt. Ein Impuls von mehreren Ultraschallschwingungen, der von der Anordnung erzeugt wird, trifft auf den Gegenstandspunkt 20 auf und erzeugt ein Echo. Man kann annehmen, daß der Impuls, der von mehreren Wandlern der Anordnung erzeugt wird, im Mittelpunkt der Anordnung entsteht. Das Echo wird von verschiedenen Wandlern der Anordnung zu verschiedenen Zeiten aufgenommen, je. nach dem Abstand zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem betreffenden Wandler. Ein Echo erzeugt also eine Gruppe von Echosignalen in den Wandlerelementen und zwar je eines in jedem Wandler. Es wird nun die Verarbeitung der Echosignale beschrieben, die in den Wandlern 15-1 und 15-2 erzeugt werden. Die an den anderen Wandlern erzeugten Echosignale werden in ähnlicher Weise verarbeitet. Der Wandler 15-1 liegt im Mittelpunkt der Anordnung und der Wandler 15-2 etwas oberhalb der Mitte der Anordnung. Die Linie 21 stellt die Bahn des Echos dar, das von dem Gegenstandspunkt 20 zum mittleren Wandler 15-1 läuft. Die Linie 22 stellt die Bahn des Echos dar, das von dem Gegenstandspunkt 20 =-.zum Wandler 15-2 läuft.

Das in dem Wandler 15-1 erzeugte Echosignal wird als Echosignal Nr. 1 bezeichnet und das Echosignal des Wandlers 15-2 als Echosignal Nr. 2. Die Echosignale Nr. 1 und 2 sowie die weiteren Echosignale, die in den anderen Wandlern der Anordnung erzeugt werden, werden in einem Signalverar-. beitungskanal verarbeitet, der als I-Kanal bezeichnet wird. Jeder der I-Kanäle dient zur Demodulation, Filterung und

909848/081?

Verzögerung. Jedes der Echosignale Nr. 1 und 2 sowie die anderen Echosignale, die in den anderen Wandlern der Anordnung erzeugt werden, werden auch in einem Q-Signalverarbeitungskanal verarbeitet und zwar ebenfalls demoduliert, gefiltert und verzögert. Das in federn der Q-Ka- · näle benutzte demodulierende Signal hat eine 90°-Phasenbeziehung gegenüber dem demodulierenden Signal, das bei der Demodulation in dem I-Kanal benutzt wird. Die verzögerten Signale in den !-Kanälen werden kohärent addiert, um ein erstes Summensignal zu erhalten und die verzögerten Signale in den Q-Kanälen werden ebenfalls kohärent addiert, um ein zweites Summensignal zu erhalten. Aus dem ersten Summensignal' und dem zweiten Summensignal wird ein resultierendes Signal gebildet, welches die Reflektion von dem Gegenstandspunkt 20 darstellt.

Es wird nun auf die Diagramme der Fig. 3A bis 3L Bezug genommen. Die Punkte, an denen die Signale der Fig. 3A bis 3L in dem Blockschaltbild der Fig. 2 auftreten, sind in Fig. 2 durch den Buchstaben des betreffenden Signals bezeichnet. Das Echosignal Nr. 1, das in dem Wandler 15-1 erzeugt wird, ist in Fig. 3A dargestellt. Die Spitze des Echosignals Nr. 1 tritt in einem Zeitpunkt t.. nach dem Zeitpunkt t_Q auf, der die Spitze der von der Anordnung ausgestrahlten Ultraschallschwingung bezeichnet. Die Zeit des Auftretens t-j der Spitze des Echosignals Nr. 1 hängt von dem Abstand 21 zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem Wandler 15-1 ab. Das Echosignal Nr. 1 wird einem ersten Demodulator 25 zugeführt, dem von einem Generator 26 ein erstes demodulierendes Signal Nr. 1 nach Fig. 3B zugeführt wird. Das erste demodulierende Signal Nr. 1 und die anderen ersten demodulierenden Signale, auf die in der Beschreibung Bezug genommen wird, haben eine Grundfrequenz, die im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz des Wandlers ist. Während der Schwingungsverlauf des ersten demodulierenden Signals als Sinuswelle dargestellt ist, können

909848/0811

auch andere Schwingungsverläufe, z.B. Rechteckwellen, benutzt werden. Das erste demodulierende Signal Nr. 1 hat eine Phasenverzögerung gegenüber dem Echosignal Kr. 1, die mitöj bezeichnet ist. Der erste Demodulator 25 liefert an seinem Ausgang ein erstes demoduliertes Signal Nr. 1 nach. Fig. 3E, welches das Produkt des Echosignals Nr. 1 und des ersten demodulierenden Signals Nr. 1 darstellt. Das erste demodulierte' Signal Nr. 1 wird einem Tiefpaßfilter zugeführt, das die Hülle der Schwingung nach Fig. 3G bildet. Eine Verzögerungsleitung 38 verzögert das ausgesiebte erste demodulierte Signal Nr. 1 um einen vorbestimmten Betrag, so daß in ähnlicher Weise verarbeitete I-Kanalsignale von anderen Wandlern der Anordnung im gleichen Zeitpunkt auftreten und daher kohärent addiert werden können. Das verzögerte ausgesiebte erste demodulierte Signal Nr. 1 ist in Fig. 3J dargestellt und wird als erstes verzögertes Signal Nr. 1 bezeichnet. ' ■ ■...

Das Echosignal Nr. 2 des Wandlers 15-2 ist in Fig. 3C dargestellt. Die Spitze des Echosignals Nr. 2 tritt in einem Zeitpunkt t^ nach dem Zeitpunkt t_Q auf, der die Spitze des von der Anordnung ausgestrahlten Ultraschallimpulses bezeichnet. Die Zeit des Auftretens t₂ der Spitze des Echosignals Nr. 2 hängt von dem Abstand 22 zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem Wandler 15-2 ab. Das Echosignal Nr. 2 wird einem Demodulator 31 zugeführt, der von einer Signalquelle 32 ein erstes demodulierendes Signal Nr. 2 nach Fig. 3D erhält. Das erste demodulierende Signal Nr. 2 hat eine -Phasennacheilung gegenüber dem Echosignal Nr. 2, die mitcv bezeichnet ist, wobei die gleiche Phasenverzögerung benutzt wird wie beim Echosignal Nr. 1 und dem ersten demodulierenden Signal Nr. 1. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird die Phase des ersten demodulierenden Signals Nr. 2 gegenüber der Phase des ersten demodulierenden Signals Nr. 1 um einen Betrag geändert, der von der Laufzeitdifferenz der Bahnen· 21 und 22 abhängt. Das erste de-

909848/0817

-14- 2320828

modulierte Signal Nr. 2, das in Fig. 3F dargestellt ist, tritt am Ausgang des ersten Demodulators 31 auf und stellt das Produkt des Echosignals Nr. 2 und des ersten demodulierenden Signals Kr. 2 dar. Nach der Aussiebung durch das Tiefpaßfilter 33 erhält man die Hülle des ersten demodulierten Signals Nr. 2 nach Fig. 3H. Das erste demodulierte Signal Nr. 2 wird durch eine Verzögerungsleitung 34- so verzögert, daß es im gleichen Zeitpunkt auftritt wie das verzögerte gefilterte erste demodulierte Signal Nr. 1 und die anderen verzögerten gefilterten ersten demodulierten Signale des I-Kanals. Das verzögerte gefilterte erste demodulierte Signal Nr. 2 ist in Fig. 3K dargestellt und wird als erstes verzögertes Signal Nr. 2 bezeichnet.

Das erste verzögerte Signal Nr. 1 und das erste verzögerte Signal Nr. 2 werden in einem Addierverstärker 35 addiert, um ein erstes Summensignal nach Fig. 3L zu bilden. Die in jedem der anderen Wandler der Anordnung erzeugten Signale werden in ähnlicher Weise verarbeitet und addiert, wie durch den Pfeil 36 angedeutet ist, um am Ausgang des Addierverstärkers 35 ein Signal Ί. I großer Amplitude zu erhalten, das Beiträge oder Anteile von allen Echosignalen enthält, die in den Wandlern der Anordnung für das erste Summensignal gebildet werden.

Es wird nun auf die Fig. 4A bis 4M Bezug genommen. Der Punkt des Auftretens eines Signals der Fig. 4A bis 4M im Blockschaltbild der Fig. 2 ist in Fig. 2 durch einen Buchstaben bezeichnet, der mit einem Apostroph versehen ist.

Das Echosignal Nr. 1, welches in dem Wandler 15-1 erzeugt wird, ist in Fig. 4A dargestellt. Wie in Verbindung mit Fig. 3A erwähnt wurde, tritt die Spitze des Echosignals Nr. 1 in einem Zeitpunkt t., auf, der nach dem ZeIt-

909848/081T

punkt t_Q liegt, an dem die Spitze des ültraschallimpulses ausgestrahlt wird. Die Zeit des Auftretens t^ der Spitze des Echosignals Nr. 1 hängt von dem Abstand 21 zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem Wandler 15-1 ab. Das Echosignal Nr. 1 wird einem zweiten Demodulator 41 zugeführt, dem eine Signalquelle 42 ein zweites demodulierendes Signal Nr. 1 nach Fig. 4B zuführt. Das zweite demodulierte Signal Nr. 1 und die anderen zweiten demodulierten Signale, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, haben eine Grundfrequenz, die im wesentlichen gleich der Resonanzfrequenz der Wandler ist. Während die Schwingungsform der zweiten demodulierenden Signale als .Sinusform dargestellt ist, können auch andere Schwingungsformen, z.B. Rechteckschwingungen, benutzt werden. Das zweite demodulierende Signal Nr. 1 ist so eingestellt, daß es eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem ersten demodulierenden Signal Nr. 1 hat, d.h., daß"es um c^.+ 90° gegenüber der Phase des Echosignals Nr. 1 nacheilt. Der zweite Demodulator 41 erzeugt an seinem Ausgang ein zweites demoduliertes Signal Nr. 1 nach Fig. 4E, das dem Produkt des Echosignals Nr. 1 und des zweiten demodulierenden Signals Nr. 1 entspricht. Das zweite demodulierte Signal Nr. 1 wird dem Tiefpaßfilter 43 zugeführt, das die Hüllenkurve nach Fig. 4G liefert. Die Verzögerungsleitung 44 verzögert das zweite demodulierte Signal Hr. 1 um einen vorbestimmten Betrag, so daß ähnlich verarbeitete GHKanalsignale von anderen Wandlern der Anordnung im gleichen Zeitpunkt auftreten und daher kohärent addiert werden können. Das verzögerte gefilterte zweite demodulierte Signal Nr. 1 ist in Fig. 4J dargestellt und als zweites verzögertes Signal Nr. 1 bezeichnet.

Das Echosignal Nr. 2 des Wandlers 15-2 isu-'inTFig." 4C dargestellt. Wie in Verbindung mit Fig. 3C erwähnt wurde, tritt die Spitze des Echosignals Nr. 2 in einem Zeitpunkt tp nach dem Zeitpunkt t_Q auf, in dem die Spitze der Ultraschallimpulse durch die Anordnung ausgestrahlt wird. Die

90 9848/0817

Zeit des Auftretens t₂ der Spitze des Echosignals Nr. 2 hängt von dem Abstand 22 zwischen dem Gegenstandspunkt und dem Wandler 15-2 ab. Das Echosignal Nr. 2 wird einem zweiten Demodulator 45 zugeführt, der von einer Signalquelle 46 ein zweites demodulierendes Signal Nr. 2 nach Fig. 4D erhält. Das zweite demodulierende Signal Nr. 2 ist so eingestellt, daß es um 90 gegenüber der. Phase des ersten demodulierenden Signals Nr. 2 nacheilt und eine Phasenverzögerung d> + 90° gegenüber dem Echosignal Nr. hat. Das zweite demodulierte Signal Nr. 2 nach Fig. 4F tritt am Ausgang des zweiten Demodulators 45 auf und stellt das Produkt des Echosignals Nr. 2 und des zweiten demodulierenden Signals Nr. 2 dar. Das zweite demodulierte Signal Nr. 2 wird einem Tiefpaßfilter 47 zugeführt, das die Hülle des zweiten demodulierten Signals Nr. 2 nach Fig. 4H liefert. Eine Verzögerungsleitung 48 bewirkt eine vorbestimmte Verzögerung des ausgesiebten zweiten demodulierten Signals Nr. Z, so daß ähnlich verarbeitete Q-Kanalsignale von anderen Wandlern der Anordnung im gleichen Zeitpunkt auftreten und daher kohärent addiert werden können. Das verzögerte ausgesiebte zweite demodulierte Signal Nr. 2 ist in Fig. 4k dargestellt und wird als zweites verzögertes Signal Nr. 2 bezeichnet.

Das zweite verzögerte Signal Nr. 1 und das zweite verzögerte Signal Nr. 2 werden in einem Addierverstärker 49 addiert und liefern ein zweites Summensignal nach Fig. 4L. Die in jedem der anderen Wandler der Anordnung erzeugten Echosignale werden in ähnlicher Weise verarbeitet und addiert, wie dies durch den Pfeil 50 angedeutet ist, um am Ausgang des Addierverstärkers 49 ein Signal Σ Q großer Amplitude zu erzeugen, welches die Beiträge von allen Echosignalen darstellt, die in den Wandlern der Anordnung für das zweite Summensignal erzeugt werden.

909848/0817

Das erste Summensignal am Ausgang des Addierverstärkers 35 und das zweite Summensignal am Ausgang des Verstärkers 49 werden einer Schaltung 51 zugeführt, die ein resultierendes Signal erzeugt, das eine monotone Funktion der Summe des Quadrates des ersten Summensignals und des Quadrates des zweiten Summensignals Ist. Die Schaltung liefert ein resultierendes Signal, das proportional der Quadratwurzel der Summe aus dem Quadrat des ersten Summensignals und dem Quadrat des zweiten Summensignals ist. Die Schaltung 51 liefert ein resultierendes Signal, dessen Amplitude unabhängig von der Phaseneinstellung der ersten demodulierenden Signale mit Bezug auf die betreffenden Echosignale sind und ebenfalls unabhängig von der Einstellung der zweiten demodulierenden Signale im Verhältnis zu den betreffenden Echosignalen, da jedes zweite demodulierende Signal eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber einem zugehörigen ersten demodulierenden Signal hat. Dieses Ergebnis ist ohne weiteres verständlich, wenn man das folgende Beispiel betrachtet. Da das erste demodulierende Signal Nr. 1 der Fig. 3B eine Phasennacheilung gegenüber dem Echosignal Nr. 1 der Fig. 3Aum^° hat, ist die Spitzenamplitude des ersten demodulierten Signals der Fig. 3E gleich dem CosinuscO mal dem Maximalwert, den das erste demodulierte Signal Nr. 1 je nach der Situation haben kann, in der das erste demodulierende Signal Nr. 1 der Fig. 3B sich in Phase mit dem Echosignal Nr. 1 der Fig. 3A befindet. Da das zweite demodulierende Signal Nr. der Fig. 4B dem Echosignal Nr. 1 um (ck + 90°) nacheilt, kann die Amplitude des zweiten demodulierten Signals Nr. 1 der Fig. 4E den Wert Cosinus (bC + 90°) mal der maximalen möglichen Amplitude haben, die das zweite demodulierte Signal Nr. 1 je nach der Lage haben kann, in der das zweite demodulierende Signal Nr. 1 sich In Phase mit dem Echosignal Nr. Λ befindet. Um den Maximalwert des ersten demodulierten Signals Nr. 1 zu erhalten, ist es lediglich notwendig, die Quadratwurzel der Summe der Quadrate des

80984-8/0 8Ί 7

ersten demodulierten Signals Nr. 1 und des zweiten demodulierten Signals Nr. 1 zu bilden. Da der Wert vcos α* + cos (d/ + 90°) unabhängig vonck ist und gleich 1 ist, ist es klar, daß der Maximalwert des ersten demodulierten Signals proportional der Spitze des Echosignals Nr. 1 ist. Da Jedes der anderen Echosignale in der gleichen Weise verarbeitet wird, ist es klar, daß das für das obige Beispiel dargestellte Ergebnis auch für das erste Summensignal -2I und für das zweite SummensignalSlQ gilt. In Fig. 3A bis 3D sind die Phasenverschiebungen oder Winkelsummen als 60° dargestellt. In Fig. 4A bis 4D ist der Winkel du mit 60° angegeben. Indem man zwei I- und Q-Kanäle für die Verarbeitung jedes Echosignals benutzt, erhält man ein resultierendes Signal, das unabhängig von dem Winkel o\» ist. Um jedoch eine Auslöschung zu .verhindern, wenn die Summensignale gebildet werden, muß der WinkelcO für jedes erste demodulierende Signal und ein zugehöriges Echosignal im wesentlichen der gleiche sein. Dieses Ergebnis wird dadurch erreicht, daß die Phase jedes ersten demodulierenden Signals mit bezug aufeinander so gewählt ist, daß die Beziehung jedes ersten demodulierenden Signals mit bezug auf ein entsprechendes Echosignal im wesentlichen die gleiche ist. Die Phaseneinstellung jedes ersten demodulierenden Signals ist unabhängig von dem Abstand zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem betreffenden Wandler. Da jedes zweite demodulierende Signal eine 90°-Phasenverschiebung mit bezug auf das erste demodulierende Signal hat, erhält man automatisch die richtige Phasenbeziehung für jedes der zweiten demodulierenden Signale.

Im folgenden wird nun. näher erläutert, wie das Gerät auf Gegenstandspunkte in der Nähe des Gegenstandspunktes 20 anspricht. Wenn man in Fig. 2 einen Nachbarpunkt 35 betrachtet, der den gleichen Abstand von der

909848/0817

- 19 - 2920826

Anordnung wie der Gegenstandspunkt 20 hat, aber seitlich gegenüber dem Gegenstandspunkt 20 auf einem Bogen versetzt ist, dessen Mittelpunkt im Wandler 15-1 liegt, so erhält man eine Bahn zum Wandler 15-1 von gleicher Länge und das Signal, das von dem Nachbarpunkt 55 ankommt, hat den gleichen Phasenwinkel ck gegenüber der demodulierenden Schwingung, die in dem Demodulator 25 für das Signal vom Punkt 20 benutzt wird. Die Signale der anderen Wandler, ζ*B. eines Wandlers 15-2, kommen - jedoch mit ·. ; Verschiedenen Phasenverschiebungen an, im Vergleich zu dem Signal von Punkt 20, weil die Abstände 161 und 162 nicht die gleiche Länge haben. Der Phasenwinkel zwischen dem Signal, das vom Punkt 55 den Wandler 15-2 erreicht und das demodulierende Signal, welches dem ersten Demodulator 31 zugeführt wird, haben daher nicht den gleichen Winkel cO . Der tatsächliche Phasenver schi ebungsxfinkel ändert sich daher mehr oder weniger gleichförmig mit der Lage des Wandlers. Für jeden einzelnen Wandler ändert sich daher die Ausgangsgröße des betreffenden Demodulators nach Amplitude und Polarität je nach der Lage des Wandlers* Diese Änderungen in Größe und Vorzeichen werden in den Tiefpaßfiltern 27 und 33 und den Verzögerungsleitungen 28 und 34 aufrecht erhalten. In dem Addierverstärker 35 werden die Signale, die von allen Wandlern herkommen, algebraisch addiert und da sie mehr oder weniger gleichförmig nach Größe und Polarität schwanken, ist der Nettoanteil der Echosignale, die von einem Echo des Nachbarpunktes 55 herrühren, sehr klein. Eine ähnliche Betrach- tung führt dazu, daß auch die Echosignale von dem Gegenstandspunkt 55, die in den Q-Kanälen verarbeitet werden, hinsichtlich ihres Beitrags zur Ausgangsgröße des Addierverstärkers sehr klein sind.Wenn man daher eine kohärente Phasendemodulation der Echosignale in Verbindung mit der Verzögerung und Addition der demodulierten Signale benutzt, ergibt sich eine vorzügliche Abweisung von Echosignalen von Punkten in der Nähe des Gegenstandspunktes 20,

909848/0817

- 20 - 292052a

und man erhält eine hohe Auflösungsgenauigkeit. Echosignale, die in der Wandleranordnung durch Gegenstandspunkte erzeugt werden, die sich in der Bereichszone des eingestellten Gegenstandspunktes "befinden, jedoch demgegenüber versetzt sind, werden im Mittel am Ausgang des Addierverstärkers ausgeglichen infolge der kohärenten Phasendemodulation und der kohärenten Summenbildung. Die Empfindlichkeitskurve der Anlage gegenüber Echos, die im Azimut von dem Brennpunkt versetzt sind, wird als Empfangsstrahl bezeichnet. Da außerdem- die Ultraschallimpulse in Form eines schmalen Strahles ausgestrahlt werden und auch die von den Wandlern der Anordnung aufgenommenen Echos verzögert und addiert werden, so daß sie einem schmalen Strahl entsprechen, liefert eine Winkelabweichung eines Gegenstandspunktes von der Achse des Strahls Echos am Yideoausgang, die stark gedämpft sind und zwax sowohl, weil die volle Intensität des Strahles nicht auf-einen derartigen Gegenstandspunkt gerichtet ist als auch weil der Empfangsstrahl nicht auf einen derartigen Gegenstandspunkt orientiert ist.

Um eine richtige'Arbeitsweise des-Geräts mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung zu erreichen, sollte die Phasenlage ^jedes ersten demodulierenden Signals mit bezug auf die Phasenlage eines zugehörigen Echosignals im wesentlichen die gleiche für alle Signalpaare sein. Die Phasenlage der zweiten demodulierenden Signale ist durch die Phasenlage der ersten demodulierenden Signale bestimmt. Ein Gegenstandspunkt in einer anderen Entfernung würde eine andere relative Phasenlage der ersten demodulierenden Signale erfordern und auch der zweiten demodulierenden Signale, um eine günstigste Ausgangsgröße am Ausgang der Additionsverstärker 35 und 49 zu erreichen. Für kleine Abweichungen der Entfernung von der Entfernung des Gegenstandspunktes 20 ändern sich die Phasenerfordernisse der ersten demodulierenden Signale und der zweiten demodulie-

90 9 8 48/0817

ORIGINAL INSPECTED

renden Signale nicht so weit, daß sich eine bemerkenswerte Abweichung der Arbeitsweise von derjenigen Arbeitsweise ergibt, die man erhält, wenn ideale relative Phasenlagen benutzt werden. An einem Punkt, der jedoch in der Entfernung von dem Gegenstandspunkt 20 hinreichend abweicht, können die sich ändernden Beziehungen der Laufzeiten zu den Wandlern einen Grenzwert erreichen und es ist dann notwendig, eine neue Gruppe von relativen Phasenbeziehungen für die ersten und zweiten demodulierenden Signale vorzusehen, uai annähernd ideale Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Diese neue Gruppe von relativen Phasenbeziehungen würde für einen Bereich gelten, über den hinaus eine weitere Gruppe von Phasenbeziehungen geschaffen werden müßte. Wenn die Ultraschallimpulse tiefer in den Gegenstandsbereich eindringen, muß der anvisierte Gegenstandspunkt den Impulsen nachfolgen, indem die Phasenbeziehungen der demodulierenden Signale in einzelnen Schritten oder kontinuierlich eingestellt werden. Die Art und Weise, in der die Phasenlagen der ersten und zweiten demodulierenden Signale neu eingestellt werden können, um den verschiedenen Ansprüchen für die relative Phaseneinstellung zu entsprechen, vriLrd in Verbindung mit dem Blockschaltbild der Fig. 5 näher erläutert.

Die Steuerung eines Empfangsstrahls in einer bestimmten Richtung, wie z.B. entlang der Linie 21, erfordert außer der Auswahl der richtigen Phasenbeziehungen der demodulierenden Signale auch, daß die Zeitverzögerungen in jedem der I- und Q-Kanäle entsprechend der Gleichung (1) für eine geradlinige Wandleranordnung gewählt werden. Um einen bestimmten Gegenstandspunkt in der Richtung des gesteuerten Emp—■ fangsstrahls anzuvisieren, ist jeder I-Kanal und jeder Q-Kanal außerdem mit einer entsprechenden Fokussierungsverzögerung versehen, wie dies in Verbindung mit Gleichung (2) beschrieben wird.

Um die Fokussierung beizubehalten, wenn Echos von entfernteren Gegenstandspunkten empfangen werden, können die Fokussierungsverzögerungen in Abhängigkeit von der Entfernung

90 9 8k8/0817

- ZZ -

2920826

verändert werden.

Aufeinanderfolgende Echos, die von aufeinanderfolgenden Gegenstandspunkten aufgenommen werden, die fortschreitend in größeren Entfernungen von der Anordnung liegen, erzeugen aufeinanderfolgende Gruppen von elektrischen Signalen in den Wandlern der Anordnung 11. Aufeinanderfolgende Gruppen von ersten demodulierenden Signalen und zweiten demodulierenden Signalen werden mit der entsprechenden relativen Phasenlage, wie oben beschrieben, erzeugt. Außerdem werden die Steuerungsverzögerungen in den I-Kanälen und den Q-Kanälen in der oben beschriebenen Weise geändert. Die resultierenden Signale, die an. dem Ausgang der Schaltung 51 auftreten, enthalten Elemente, die den Echos von den aufeinanderfolgenden Gegenstandspunkten entsprechen.

Eine Anzahl oder ein Satz von Ultraschallimpulsen kann der Anordnung zugeführt werden, um eine Anzahl oder einen Satz von Echosignalen und eine Anzahl oder einen Satz von resultierenden Signalen am Ausgang der Schaltung 51 zu erhalten. Außerdem können die Winkel des Sendestrahls und des Empfangsstrahls nach jedem Impuls schrittweise verändert werden, so daß eine Abtastung von dem einen äußersten Winkel auf der einen Seite der Anordnung bis zum anderen äußersten Winkel auf der anderen Seite erfolgt und entsprechende resultierende Signale erhalten werden. Die resultierenden Signale können dann nach verschiedenen Abtastweisen auf einer Sichtvorrichtung sichtbar gemacht werden, um eine sichtbare Darstellung der Struktur des Körpergewebes innerhalb des Bildfeldes zu geben. Genügend hohe Wiederholungsgeschwindigkeiten können dabei benutzt werden, um auch eine visuelle Darstellung von Gegenstandsbewegungen in dem menschlichen Körper zu liefern.

Die Art und Weise, in der die relativen Phasen der ersten demodulierenden Signale und der zweiten demodulie-

909848/0817

renden Signale während der Empfangsperiode der Echos aus. einem Gegenstandsbereich eingestellt werden und die Art und "Weise, in der die relativen Phasenlagen der ersten. demodulierenden Signale und der zweiten demodulierenden Signale in Abhängigkeit von der Entfernung geändert werden, um eine kohärente Demodulation aufrechtzuerhalten, werden in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben. Die Art und Weise, in der die Zeitverzögerungen der I- und Q-Kanäle eingestellt werden, um Empfangs strahlen unter verschiedenen Winkeln zu erhalten, die auf verschiedene Entfernungen fokussiert werden, sollen ebenfalls in Verbindung mit Fig. 5 erläutert werden.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ultraschall-Abbildungsanordnung 60, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben worden ist. Die Schaltelemente der Fig. 5, die mit denen der Fig. 2 übereinstimmen, haben die gleichen Bezugszeichen. Ein Sender 61 liefert Impulse der gewünschten Dauer und Zeitlage an die Wandler der geradlinigen Anordnung 11, um einen Sendestrahl _^; zu Mlden_f der nach einer Anzahl von verschiedenen Richtungen ausgestrahlt werden kann. Jeder Richtung des Strahls ist eine Strahlzahl zugeordnet. Strahlzatilen zur Steuerung der Richtung des Sendestrahls werden dem Sender 61 von einer Strahlsahlsteuerungsschaltung 62 zugeführt,, Die Frequenzen zur Betätigung des Senders 61 und der Strahlzahlsteuenang werden von Frequenzsyntheseschaltungen 63 und 64 geliefert, die mit einem Hauptoszillator 65 verbunden sind.

Eine Anzahl von Vorverstärkern 66 sind je mit einem Wandler und einem zugehörigen Paar von I- und Q-Signalverarbeitungskanälen verbunden, um Echosignale gewünschter Amplitude zur Verarbeitung zu liefern. Eine Verstärkungssteuerungsschaltung 67 liefert ein Ausgangssignal an jeden der Vorverstärker 66, um die Amplituden der Echosignale von den verschiedenen Wandler der Anordnung 11 als Funktion der Entfernung zu vergleichmäßigen, um die Verarbei-

909848/0817

2320828

tung zu erleichtern. Die VerstärkungsSteuerungsschaltung 67 wird nach jedem ausgestrahlten Ultraschallimpuls durch ein Strahlstartsignal aktiviert, das von einer Strahlstartschaltung 68 geliefert wird und mit den Impulsen des Senders 61 synchronisiert ist. Das Strahlstartsignal wird auch dazu verwendet, um die Voreinstellung der Phasenlagen der I- und Q-Signalgeneratoren der Anordnung einzuleiten, wie weiter unten noch erläutert wird. Die I- und Q-Signalgeneratoren 65 liefern die Ausgangsgrößen, die von dem ersten demodulierenden Signalgenerator 25 und dem zweiten demodulierenden Signalgenerator 41 der Fig. 2 geliefert werden. Der I- und Q-Signalgenerator 76 liefert die Ausgangsgrößen, die von dem ersten demodulierenden Signalgenerator 26 und dem zweiten demodulierenden Signalgenerator 25 geliefert werden. Eine Empfangsstartschaltung 69, die mit den Impulsen des Senders 61 synchronisiert ist, liefert ein Signal zum Auslösen des Empfanges, das dem Strahlstartsignal nachfolgt und das dazu benutzt wird, eine Phasenschlupffolge für die Signalverarbeitungskanäle zu steuern, die den verschiedenen Wandlern der Anordnung zugeordnet sind, wie weiter unten noch näher erläutert wird»

Es wurde schon oben darauf hingewiesen, daß die anfängliche Einstellung der relativen Phasenlage der ersten und zweiten demodulierenden Signale für jedes Echosignal der Anordnung 11 eine Funktion der Richtung des Empfangsstrahls ist. Die Art und Weise, in der die Phase der ersten und zweiten demodulierenden Signale einem bestimmten Wandler zugeordnet wird, muß sich mit dem Abstandsbereich ändern, von dem die Echos empfangen werden, um eine kohärente Demodulation zu erhalten und ist auch eine Funktion der Richtung des Empfangs Strahls, Es wurde oben darauf hingewiesen, daß die Verzögerungen, die in jedem der Signalverarbeitungskanäle notwendig sind, um eine kohärente Addition zu erreichen, auch eine Funktion der

9098A8/0817

-25- 2320828

Richtung des Empfangsstrahls sind. Es muß also für jede Stellung des Empfangsstrahls ein besonderer Satz von Phasendaten an die demodulierenden Schaltungen aller Ka- näle geliefert werden sowie ein besonderer Satz von Zeitverzögerungsdaten an die Verzögerungsleitungen von allen Kanälen. Im allgemeinen ist bei einer linearen Anordnung die Phasenbeziehung nach Gleichung (1) unabhängig vom Abstand und hängt nur vom Strahlwinkel ab, jedoch sind die Phasenbeziehungen nach Gleichung (2) vom Abstand abhängig und daher auch zeitabhängig, so daß eine Folge von zeitabhängigen Änderungen der Phasenbeziehungen notwendig ist. Dies wird durch den Phasenschlupfplan verwirklicht. Ein besonderer paarweise ausgebildeter Plan von Phasenschlupf daten muß vorgesehen werden, er kann jedoch auch angenähert werden durch einen einzigen Satz von Phasenschlupfdaten, vorausgesetzt, daß diese verschiedene Werte für verschiedene Richtungen haben. Auf diese Weise wird die gesamte Phasenbeziehung in einen Teil unterteilt, der nur von dem Strahlwinkel abhängt und einen anderen Teil, der parametrisch vom Strahlwinkel abhängt, aber andererseits nur vom Entfernungsbereich abhängig ist. Der Teil der Phasenbeziehung, der nur vom Winkel abhängt, wird durch eine Phasenvoreinstellung wirksam gemacht. Die Phasenvoreinstellungsdaten werden für jede Strahlzahl abgeleitet und in einem Phasenvoreinstellungsspeicher ROM gespeichert. (ROM bedeutet: Read Only Memory). Die Kanalverzögerungsdaten werden für jede Strahlzahl abgeleitet und in einem Verzögerungsspeicher 73 RAM (RAM bedeutet: Random Access Memory) gespeichert. Die Phasenschlupfdaten werden für jede Strahlzahl abgeleitet und in einem Phasenschlupfspeicher ROM 72 festgehalten. Wie oben erwähnt, können die Phasenschlupfdaten zu einem einfachen-Plan vereinfacht werden, wenn dieser Plan mit verschiedenen Geschwindigkeiten bei verschiedenen Winkeln ausgelesen wird.

909848/081T

- 26 - 292082a

Im folgenden wird beschrieben, wie diese ver- . schiedenenArbeitsweisen verwirklicht werden. Zuerst soll die Art und Weise behandelt werden, in der die relativen Phasen der ersten und zweiten demodulierenden Signale in den verschiedenen Kanälen voreingestellt werden, um eine kohärente Demodulation für einen Empfangsstrahl bestimmter Nummer zu erreichen. Die ersten und zweiten demodulierenden Signale für die Echosignale von dem Wandler 15-1 werden von dem I- und Q-Signalgenerator 75 geliefert. Die ersten und zweiten demodulierenden Signale für die Echosignale von dem Wandler 15-2 werden von dem I- und Q-Signalgenerator 76 geliefert. Jedes der ersten und zweiten demodulierenden Signale in jedem der Kanäle kann auf eine von acht Stellungen voreingestellt werden, die gegeneinander um 45° versetzt sind. Der Generator 75 steht .unter der Steuerung eines Binärzählers 77, der eine Teilung durch acht bewirkt. Der Generator 76 steht unter der Steuerung eines" Binärzählers 78 mit einem Teilungsverhältnis 1 : 8. Irgendeine der acht möglichen Phasenlagen von jedem der durch acht teilbaren Zähler wird dadurch erhalten, daß der durch acht teilbare Zähler durch ein entsprechendes Drei-Bit-Wort voreingestellt wird. Die Drei-Bit-Worte werden dem Phasenspeicher ROM 71 entnommen. Für jede Strahlzahl sind mehrere Drei-Bit-Worte in dem Speicher ROM 71 gespeichert, wobei jedes Wort die Phaseneinstellung eines betreffenden I- und Q-Signalgenerators darstellt. Beim Auftreten einer Strahlzahl auf der Leitung 74 des Strahlzahlsteuergerätes 62 wird der Speicher ROM 71 angesteuert, um die richtige Voreinstellung der durch acht teilbaren Zähler für alle Kanäle zu liefern. Beim Auftreten eines Strahlstartsignales an der Strahlstartschaltung 68 werden die Binärzähler 77 und 78 betätigt. Impulse, die mit einer achtmal größeren Frequenz als die Frequenz der Echosignale der Wandler auftreten, werden auch den Zählern 77 und 78 über entsprechende Sperrtore 81 und 82 von einer Frequenzsyntheseschaltung 83 zu-

909848/0817

geführt, deren Eingang an den Hauptoszillator 65 angeschlossen ist» Nachdem ein Ultraschallimpuls in einer Richtung, die durch eine Strahlzahl definiert ist, ausgestrahlt worden ist, wird eine Information von dem Blasenspeicher ROM 71 jedem der 8-Bit-Binärzähler zugeführt, der einem betreffenden Signalverarbeitungskanal zugeord- net ist, um erste und zweite demodulierende Signale der richtigen Phasenlage mit bezug auf die ersten und zweiten demodulierenden Signale in den anderen Kanälen zu bilden, um eine kohärente Demodulation der Echosignale in dem Anfangsabstandsbereich des Gegenstandsbereiches zu ermöglichen. Da alle Kanäle die gleichen Taktimpulse erhalten, wird eine Differenz der voreingestellten Phasenzählung, die am Beginn einer Abtastung vorhanden ist, während dieser Abtastung aufrecht erhalten.

Es wurde oben darauf hingewiesen, daß, um die richtige relative Phasenlage der ersten und zweiten demodulierenden Signale in den verschiedenen Verarbeitungskanälen mit bezug aufeinander zu liefern, es notwendig ist, die Phasenlage jedes der ersten und zweiten demodulierenden Signale mit dem Abstand zu ändern, um die richtige gegenseitige Phasenlage aufrecht zu erhalten. Die Art und Weise, in der die Phasenlage der ersten und zweiten demodulierenden Signale jedes Kanales sich mit der Entfernung ändert, hängt von der Strahlzahl ab, d.h. von der Winkelörientierung des Strahls und auch von der Position des Wandlers in Beziehung zu der Mitte der Wandleranordnung. Der Betrag, um den die Phase der ersten und zweiten demodulierenden Signale eines Kanals in Abhängigkeit von der Entfernung geändert werden muß, um die kohärente Demodulation der Echosignale zu erreichen, kann für den Fall einer linearen Anordnung aus der Gleichung (2) abgeleitet werden. Die Zeitverzögerung Tj₅. ist eine Funktion des Abstandes R, des besonderen Wandlerelementes x_k und des Winkels Θ, den der Strahl mit der Senkrechten auf der Anordnung einschließt.

909848/0817

232082a

Die Zeitverzögerung T_k kann in eine Phasenabhängigkeit bei der Resonanzfrequenz des Wandlers gebracht werden, indem diese unabhängige Variable durch eine Schwingungsperiode bei der Resonanzfrequenz des Wandlers geteilt wird· Die •Phasenänderung, die für ein gegebenes Wandlerelement x_fc erforderlich ist, ändert sich umgekehrt mit dem Bereich R oder der Zeit oder proportional dem Quadrat des Cosinus Θ. •Die Art und Weise, in der diese Beziehung benutzt wird, um einen Phasenschlupf in Abhängigkeit von der Entfernung für jeden Signalverarbeitungskanal zu liefern, wird nun erläutert. Der Phasenschlupf der ersten und zweiten demodulierenden Signale eines Signalverarbeitungskanals wird dadurch gebildet, daß ein Impuls aus einer Folge von Impulsen gelöscht oder gesperrt wird, die den Binärzählern, d.h. den Zählern 77 und 78, zugeführt wird und zwar von der Frequenzsyntheseschaltung 83 über Sperrtore, wie die Tore 81 und 82. Jedes der Sperrtore erhält eine Folge von Bits aus dem Phasenschlupfspeicher ROM 72. Jedesmal wenn eine Änderung eines Bits zu seinem Komplementwert eintritt oder umgekehrt, wird ein Impuls durch das Sperrtor daran gehindert, zu dem Binär zähler zu gelangen, so daß ein Phasenschlupf von 4-5° in dem Binärzähler verursacht wird. Der Phasenschlupf speicher ROM 72 ist mit einer Folge von Worten an aufeinanderfolgenden Adressen versehen. Die Zahl der Bits in jedem Wort ist gleich der Zahl der Kanäle in der Anordnung, .

909848/0817

Gleich numerierte Bits in aufeinanderfolgenden Worten werden der Reihe nach einem entsprechenden Sperrtor in Übereinstimmung mit der Zählung des Adressenzählers zugeführt. Der Adressenzähler 86 ist über ein Tor 87 mit einer Frequenzsyntheseschaltung 88 verbunden, die unter' der Steuerung des Hauptoszillators 65 steht. Die Frequenzsyntheseschaltung 88 liefert ein Ausgangssignal einer Frequenz, die eine Funktion der Strahlzahl ist, die von der Strahlzahlsteuerung 62 geliefert wird. Die Frequenz' des Ausgangssignals der Frequenzsyntheseschaltung 88 ist proportional dem cos θ Faktor der Gleichung (2). Das Tor 87 sperrt den Durchgang des Ausgangssignals der Frequenzsyntheseschaltung 88 zu dem Adressenzähler 86, be-¹ vor ein Startempfangssignal von der Startempfangsschal- . tung 69 auftritt. Beim Auftreten des Startempfangssignals am Tor 87 wird die Ausgangsgröße der Frequenzsyntheseschaltung 88 dem Adressenzähler 86 zugeführt. Die Geschwindigkeit, mit der der Adressenzähler 86 die Adressen durchläuft, hängt von der Frequenz ab, die von der Frequenzsyntheseschaltung 88 geliefert wird. Für einen Strahl, der senkrecht auf der Anordnung steht, würde die von der Frequenzsyntheseschaltung 88 gelieferte Frequenz einen Wert haben, der einer bestimmten Zählgeschwindigkeit entspricht· Für einen Strahl, der von der Senkrechten um einen Winkel θ abweicht, würde die Frequenz um den Faktor cos θ erhöht. Der Adressenzähler 86 würde dann mit schnellerer Geschwindigkeit arbeiten, und die Übergänge im Bitvorzeichen der Worte des Phasenschlupf Speichers 72 wurden mit einer höheren Geschwindigkeit auftreten, so daß eine Änderung der Phase durch den Binärzähler schneller bewirkt wird. -

Die Art und Weise, in der Zeitverzögerungen in jedem der I-Kanäle und jedem der Q-Kanäle vorgesehen sind, um eine kohärente Addition der

909848/0817

-30- 2920026

verarbeiteten Signale zu erreichen, wird im folgenden näher erläutert. Es wurde oben erwähnt, daß die Zeitverzögerungen, die in jedem Signalverarbeitungskanal vorgesehen werden müssen, um eine kohärente Addition der verarbeiteten Signale zu erhalten, eine Funktion der Winkelrichtung θ des Strahls oder der Strahlzahl ist. Um entsprechende Verzögerungen zu erzielen, sind die Verzögerungsleitungen in den !-Kanälen,z.B. die Verzögerungsleitungen 28 und 34 und die Verzögerungsleitungen in dem Q-Kanal, z.B. die Leitungen 44 und 48, von der zugeführten Frequenz abhängig. Wenn eine bestimmte Strahlzahl auf der Leitung 74 von dem Strahlzahlsteuergerät 62 erscheint, •wird eine Gruppe von Frequenzen den I- und Q-Verzögerungsleitungen zugeführt, um die Verzögerungen auf entsprechende Werte einzustellen, damit die kohärente Addition bewirkt werden kann. Jede der I-Kanalverzögerungsleitungen und auch der Q-Kanalverzögerungsleitungen liefert eine Steuerverzögerung und eine dynamische Fokussierungsverzögerung. Die Steuervorrichtungen sind für eine geradlinige Anordnung durch Gleichung (1) gegeben. Die dynamischen Fokus sierungen sind für den speziellen Fall durch Gleichung (2) angegeben. Frequenzabhängige Verzögerungsleitungen, die frequenzabhängige Verzögerungen liefern und die Bedingungen der Gleichungen (1) und (2) erfüllen, können so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 9 einer Veröffentlichung "Ultrasonic Imaging Using Two-Dimensional Transducer Arrays" von W.L. Beaver, et al in der Veröffentlichung "Cardio-vascular Imaging and Image Processing" Theorie und Praxis, 1975, Band 72, veröffentlicht von der Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Palos Verdös Estates, California, beschrieben ist. In Fig. 9 dieser Veröffentlichung ist eine Anzahl von Signalverarbeitungskanälen gezeigt, die Echosignale einer Wandleranordnung verarbeiten. Jeder der Kanäle enthält eine erste und eine zweite CCD-Verzögerungsleitung zur Steuerung und eine dritte CCD-Verzögerungsleitung für

909848/0817

"1-

die Fokussierung. Die Längen der ersten Verzögerungsleitungen ändern sich linear von einer Seite der Anordnung zur anderen, und die zweiten Verzögerungsleitungen haben ebenfalls verschiedene Längen in komplementärer Weise» Ein erster Taktgeber liefert erste Taktfrequenzen an die ersten Verzögerungsleitungen, und ein zweiter Taktgeber liefert zweite Taktfrequenzen an die zweiten Verzögerungsleitungen, Die Gesamtzahl der Stufen in den ersten und zweiten Verzögerungsleitungen jedes Kanals ist die gleiche. Auf diese Weise sind die relativen Verzögerungen der Kanäle und dadurch der Winkel des Empfangs Strahls abhängig von den relativen Werten der Frequenz des ersten Taktgebers und der Frequenz des zweiten Taktgebers. Wenn diese Frequenzen einander gleich sind, wird der Empfangsstrahl auf der Anordnung senkrecht stehen. Wenn die Frequenz des ersten Taktgebers den einen Extremwert hat und die Frequenz des zweiten Taktgebers den anderen Extremwert hat, ist der Empfangsstrahl nach der einen bzw. der anderen Seite um den extremen Winkel gegenüber der Senkrechten abgelenkt. Die dritten Verzögerungsleitungen in jedem der Kanäle sind mit einer Anzahl von Stufen versehen, die quadratisch von einem Mittelkanal abweichen, der eine maximale Zahl von Stufen an dem einen Ende und eine minimale Zahl von Stufen an dem anderen Ende hat. Die dritte Verzögerungsleitung wird durch einen dritten Taktgeber gesteuert, dessen Frequenz über die Dauer eines Impulsechozyklus geändert wird, wie dies durch Glei chung (2) gefordert wird, um die gewünschte dynamische Fokussierung zu liefern. Es kann also eine erste Gruppe von Verzögerungsleitungen, die je einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt haben, als Verzögerungsleitung für die I-Känäle der Anordnung dienen und eine zweite Gruppe von Verzögerungsleitungen, die je einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt haben für die Verzögerungsleitung der Q-Kanäle der Anordnung. Für jede Strahlzahl wird eine Gruppe von drei Frequenzen festgelegt, die den I- und Q-

909848/0817 .

Verzögerungsleitungen der Kanäle zugeführt wird und die entsprechenden Verzögerungen liefert. Die Daten für die drei Frequenzen jeder Strahlzahl sind in dem Verzögerungsspeicher RAM 73 gespeichert. Wenn der Speicher RAM durch eine Strahlzahl angesteuert wird, werden die Daten der Gruppe von drei Frequenzen an die Frequenzsyntheseschaltung 85 geliefert, die dann eine entsprechende Gruppe von drei Frequenzen an alle Verzögerungsleitungen der I- und Q-Kanäle abgibt, einschließlich, falls erwünscht, die Änderung der dritten Taktgeberfrequenz während einer Impulsechoperiode wegen der dynamischen Fokussierung. Diese dynamische Fokussierung leidet jedoch unter Verzerrungsfehlern, die in die CCD-Struktur durch die Zeitänderung der Taktgeber eingeführt werden.

Die CCD-Verzögerungsleitungen haben einen Aufbau, der sowohl bezüglich der Bandbreite als auch der Zeitverzögerungsgenauigkeit begrenzt ist. Bei bekannten Anordnungen beschränken diese Begrenzungen die Resonanzfrequenz und für einen gegebenen Sektorwinkel die Apertur der Wandleranordnung. Diese bekannten Anordnungen haben daher keine ausreichende Auflösung oder keinen genügend weiten Sektorwinkel oder beides. Die gemäß der Erfindung angegebenen synchronen Demodulatoren ermöglichen es, daß die Resonanzfrequenz erhöht werden kann, ohne die Breitbandanforderungen der CCD-Anordnungen zu beeinträchtigen. Man kann daher breitere Wandleranordnungen und größere Sektorwinkel verwenden. Hieraus ergeben sich die Vorteile einer erhöhten Auflösung über ein weites Gesichtsfeld der Körpergewebe, was für medizinische diagnostische und andere Zwecke günstig ist·

909848/0817 qrigjnAL INSPECTED

Im folgenden wird die Wirkungsweise einer Anordnung nach Fig. 5 während einer Impulsechoperiode oder Arbeits-Periode beschrieben» Kurz bevor die. Erregerimpulse den Wandlern der Anordnung 11 von dem Sender 61 zugeführt werden, erscheint ein Strahlzahlsignal von der Strahlzahlsteuerung 62 auf der Leitung 74. Das Strahl zahlsignal auf der Leitung 74 wird dem Sender 61 zugeführt und stellt die zugehörigen Zeitverzögerungen der Erregerimpulse ein, die von dem Sender 61 den Wandlern der Anordnung 11 zugeführt werden, um einen Ultraschallstrahl, zu erzeugen, der in die betreffende Richtung weist, die durch die Strahlzahl gegeben ist. Das Strahlzahlsignal wird auch dem Phasenspeicher ROM 71 zugeführt und steuert die darin enthaltenen Adressen an. Die Daten werden den Zählern 77 und 78 zugeführt, die mit den Verarbeitungskanälen verbunden sind, um die Zähler auf einen Anfangswert zu bringen, der dem winkelabhängigen Teil der Phasenbeziehung der speziellen Anordnungsgeometrie entspricht. Dies stellt sicher, daß die I- und Q-Signalgeneratoren 75 und 76 die richtige Phasenlage zueinander haben, um eine kohärente Demodulation der Echosignale der Wandler der Anordnung aus einem nahen Sichtbereich zu ermöglichen. Das Strahlzahlsignal wird auch der Frequenzsyntheseschaltung 88 zugeführt, so daß es eine Phasenschlupf frequenz erzeugt, die der Strahlzahl zugeordnet ist. Das Strahlzahlsignal wird auch dem Verzögerungsspeicher RAM 73 zugeleitet, um Zugriff zu den Zeit- . Verzögerungsfrequenzdaten zu haben, die der Frequenzsyntheseschaltung 85 zugeführt werden, um eine Gruppe von zwei Frequenzen, und zwar je eine für jeden Abschnitt der Verzögerungsleitungen zu bilden. Die Steuerungsverzögerungen werden in den Leitungen 28, 34, 44 und 48 entsprechend dem Empfang in einer Strahlrichtung gebildet, die die gleiche Richtung wie der Sendestrahl hat. Außerdem wird eine dynamische Fokussierverzögerung in der Verzögerungsleitung gebildet, die auf einen Wert im Nahfeld eingestellt ist und mit wachsendem Abstand, aus dem Echos empfangen werden, zunimmt, so daß eine kohärente Addition der Echosignale in

909848/0817

den Signalverarbeitungskanälen ausgeführt werden kann.

Kurz nachdem die Erregerimpulse des Senders 61 die Ultraschallimpulse hervorrufen, die von der Anordnung 11 ausgehen, wird ein Strahl Startsignal erzeugt und der Verstärkungsregelungsschaltung 61 zugeführt, die den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 66 in Abhängigkeit vom Entfernungsbereich steuert, um die Amplituden der aufgenommenen Echosignale, die in den Wandlern der Anordnung erzeugt werden, zu vergleichmäßigen. Das Strahlstartsignal aktiviert auch die durch acht teilbaren Zähler 77 und 78, um die Zählung einzuleiten und löst die I- und Q-Signalgeneratoren 75 und 76 aus, um I- und Q-Signale für die verschiedenen Kanäle der Anordnung zu liefern^ um die verschiedenen Echosignale in diesen Kanälen kohärent zu demodulieren. Die Echosignale werden zuerst von Echos erzeugt, die von Gegenstandspunkten in dem Nahfeld der Anordnung herrühren. Die Steuerungs- und dynamischen Fokussierungsverzögerungen der Verzögerungsleitungen aller Kanäle sind so eingestellt, daß sie eine Verzögerung der demodulierten Signale hervorrufen, die am Ausgang des ersten und zweiten Demodulators aller Kanäle erscheinen, so daß sie gleichzeitig auftreten und in dem Additionsverstärker kohärent addiert werden können.

Kurz nach dem Strahlstartsignal wird ein Empfangsstartsignal durch die Empfangs start schaltung 69 gebildet und dem Tor 87 zugeführt, das geöffnet wird und es ermöglicht, daß das Signal am Ausgang der Frequenzsyntheseschaltung 88 dem Adressenzähler 86 zugeführt werden kann, so daß der letztere in einer Geschwindigkeit zählt, die durch die Frequenz des Signales der Frequenzsyntheseschaltung 88 gegeben ist. Der Adressenzähler 86 durchläuft die Adressen des Phasenschlupf Speichers ROM 72 mit einer besonderen Geschwindigkeit, die bewirkt, daß die Sperrtore 81 und 82 Impulse der Frequenzsyntheseschaltung 83 aus-

9098A8/0817

292Q828

fallen lassen und damit die Phase der Binärzähler ändern· Der Phasenschlupf der Binärzähler ermöglicht es, daß die Phasenlagen der I- und Q-Signale aller Signalverarbeitungskanäle auf relativen Werten gehalten werden, die eine ko-. härente" Demodulation der Echosignale ermöglichen, welche von Echos herrühren, die an entfernteren Punkten der Anordnung reflektiert werden. Während einer Impulsechoperiode werden auch Daten des Verzögerungsspeichers RAIi 73 geliefert, die bewirken, daß die Frequenz der Takt signale, die dem dynamischen Fokussierabschnitt der Verzögerungsleitung zugeführt werden, verändert werden, um Gegenstandspunkte, die von der Anordnung weiter entfernt sind, im Brennpunkt zu behalten. Die Echosignale von entfernteren Gegenstandspunkten werden in den Addierverstärkern 35 und 49 kohärent addiert. Die Signale der Addierverstärker 35 und 49 werden der Schaltung 51 zugeführt, die eine Ausgangsgröße entwickelt, die proportional der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Summensignale ΣI und dem Quadrat der Summensignale SlQ sind. Die Ausgangsgröße der Schaltung 51 kann als Videosignal bezeichnet werden und hat Amplitudenvariationen, die der Echostärke in verschiedenen Abständen als Funktion der Zeit entsprechen. Dieses Signal kann verschiedenartigen Sichtvorrichtungen, z.B. einem Oszilloskop, zugeführt werden, um die Amplitude der Signale als Funktion der Zeit darzustellen und eine sichtbare Wiedergabe der Gegenstandspunkte als Funktion der Zeit oder des Abstandes zu erhalten. Im Bedarfsfall können auch andere Kombinationen der *> Q~und 2 I-Signale für eine Sichtbarmachung hergestellt werden. ·

Die Impulsechoperiode für einen einzelnen Strahl kann mehrmals wiederholt werden, und dann kann der gleiche Kreislauf für andere Strahlzahlen der Reihe nach durchlaufen werden. Auf diese Weise ist es möglich, durch die Videosignale eine sichtbare Darstellung von Gegenstandspunkten zu erhalten, die Echos produzieren, welche in dem von dem. Strahl abgetasteten Bereich liegen.

909848/0817

292QW8

Die Wandler 15 der Anordnung 11 können eine beliebige Resonanzfrequenz haben. Vorzugsweise liegen die Resonanzfrequenzen der Wandler 15 zwischen 2,0 und 5,0 MHz» Die Frequenz der I- und Q-Signalgeneratoren 75 und 76 .und auch die der Zähler 77 und 78 sollten vorzugsweise im wesentlichen die gleichen sein wie die Resonanzfrequenz der Wandler 15. Die Frequenz am Ausgang der Frequenzsyntheseschaltung 83 ist achtmal so groß wie die Grundfrequenz der durch acht teilbaren Zähler und beträgt daher für eine Wandlerresonanzfrequenz von 2,25.MHz z.B. 18 MHz. Die von dem Sender erzeugten Impulse können eine Zeitdauer von etwa 2/US aufweisen, so daß Schwingungen von mehreren vollen Perioden in den Wandlern hervorgerufen werden. Die Wiederholungsfrequenz der Sendeimpulse, kann in der Größenordnung von 3 kHz liegen. Diese Frequenz steht in Beziehung zu der Eindringtiefe und Reflexion des Ultraschalls von Gegenstandspunkten im Gegenstandsbere.ich, auf den der Ultraschall gerichtet ist. Die Frequenzsyntheseschaltung 63 liefert eine entsprechende Frequenzinformation für die Erzeugung von Impulsen dieser Dauer und Wiederholungsgeschwindigkeit durch den Sender 61. Die Abfolge der Strahlzahlsteuerung 62 steht mit der Wiederholungsfrequenz der Erregerimpulse in Beziehung, und die Frequenzsyntheseschaltung 64 liefert daher Frequenzen, die für diese Taktgabe geeignet sind. Die Frequenz am Ausgang der Frequenzsyntheseschaltung 88, die für die Phas enschlupf verarbeitung benutzt wird, liegt im Bereich der von der Frequenzsynthese schaltung 83 gelieferten Frequenz· Vorzugsweise sollte dieser Frequenzbereich nicht das Videoband der Frequenzen oder einen Frequenzbereich einschließen, der dicht bei der Resonanzfrequenz der Wandler liegt. Die von der Frequenzsyntheseschaltung 85 gelieferte Frequenz, die zur Steuerung der Verzögerung der Verzögerungsleitungen benutzt wird, liegt im allgemeinen ziemlich weit über dem Frequenzbereich der Wandler, d.h. in der Größenordnung von 4,5 MHz oder darüber. Der Hauptoszillator 65 liefert

909848/0817

- 37 - 292082a

Frequenzen, die um ein Mehrfaches höher sein können als die höchste Frequenz, die in der Anordnung auftritt, damit die von den verschiedenen Frequenzsyntheseschaltungen gelieferten Frequenzen die richtigen Werte haben können.

Die lineare Anordnung 11 kann etwa 50 Wandlerelemente aufweisen, die je 0,25 mm in Längsrichtung "breit sind und einen Abstand von etwa 0,3 mm von Mitte zu Mitte in Längsrichtung haben.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einer geradlinigen Anordnung von Wandlern beschrieben worden. Es ist jedoch klar, daß die Erfindung auch bei Anordnungen nutzbar gemacht werden kann, die keine lineare Anordnung der Wandler enthalten, bei denen jedoch Zeitverzögerungen . erforderlich sind, um eine kohärente Addierung der von den Echos hervorgerufenen Signale zu bewirken.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Ausfüh- ,. rungsbeispiel beschrieben worden, bei dem es sich um die Abbildung von Körpergeweben in dem menschlichen Körper für diagnostische medizinische Zwecke handelt. Es ist jedoch klar, daß die Anordnung auch für andere Zwecke, z.B. zur Fehlerfeststellung in Gußstücken, benutzt werden kann.

909848/0817

eerse

it

Claims

PatenlcmwSIl· Br.-Ing. Wilhelm Beichel 6 Fianfc>ui1 a, M. 1 Parkairaite 13 2920828 GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA Patentansprüche

1. Ultraschall-Abbildungssystem mit einer Wandleranordnung, die Ultraschallechos aufnimmt, welche durch einen Ultraschallimpuls vorbestimmter Frequenz erzeugt werden, der auf Gegenstandspunkte in einem Gegenstandsbereich auftrifft, bei dem jedes Echo von einem Gegenstandspunkt in den Wandlern eine zugehörige Gruppe von elektrischen Echosignalen und zwar je ein elektrisches Signal in jedem Wandler erzeugt, und bei dem die Zeit des Auftretens jedes der Echosignale von dem Abstand zwischen dem betreffenden Wandler und dem Gegenstandspunkt abhängt,
g e k en nzeichnet durch

a) Demodulationseinrichtungen (25, 31, 41, 45), welche die von den Wandlern kommenden Signale demodulieren und jedes Signal mit einem ersten und zweiten demodulierenden Signal (3B, 3D, 4b, 4D), das praktisch die gleiche Frequenz wie die vorbestimmte Frequenz hat, mischen, von denen das zweite demodulierende Signal (4B, 4D) eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem ersten demodulierenden Signal (3B, 3D) hat, so daß eine Gruppe von Paaren von demodulierten Signalen (3E, 3F; 4E, 4f) entsteht,

b) Verzögerungseinrichtungen (28, 34, 44, 48), die jedes Paar der demodulierten Signale um eine zugehörige vorbestimmte Zeit verzögern, die dem Abstand zwischen dem betreffenden Wandler (15-1, 15-2) und dem betreffenden Gegenstandspunkt (20, 55) entspricht, so daß jedes Paar von ersten und zweiten demodulierten Signalen zur gleichen Zeit auftritt,

c) Einrichtungen (35), welche die verzögerten ersten demodulierten Signale addieren, um ein erstes Summensignal (3L) zu erzeugen,

d) Einrichtungen (49), die die verzögerten zweiten demodulierten Signale addieren, um ein zweites Summensignal (4L) zu erzeugen, und

909848/0817

9355 - 2 -

2020828

e) Einrichtungen (51) zur Bildung eines resultierenden Signals (4M), das eine monotone Funktion der Summe aus dem Quadrat des ersten Summensignals und dem Quadrat des zweiten Summensignals ist,

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (15) die gleiche Resonanzfrequenz haben und daß die vorbestimmte Frequenz die Resonanzfrequenz der Wandler ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wandler (15) vorgesehen sind, die die Ultraschallimpulse der vorbestimmten Frequenz erzeugen,

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (15), welche die Ultraschallimpulse erzeugen, in der Wandlergruppe enthalten sind, die die Ultraschallechos aufnimmt,

5. System nach Anspruch 3_f dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Wandler (15) zum Erzeugen des Ultraschallimpulses durch einen zugehörigen elektrischen Impuls erregt wird, um den Ultraschallimpuls zu erzeugen.

909848/0817