DE2920828C2 - Ultraschall-Abbildungssystem - Google Patents

Description

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aus (»Ultrasonic Imaging Using Two-Dimensional sind daher breitere Wandleranordnungen und größere

Transducer Arrays« von W. L Beaver, et al, aus »Car- Sektorwinkel möglich, d. h. es ergibt sich eine erhöhte

dio-cascular Imaging and Image Processing« Theorie Auflösung über ein weiteres Gesichtsfeld. Bei Benut-

und Praxis, 1975, Band 72, veröffentlicht von der Society zung einer kohärenten Phasendemodulation der Echosi-

of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Palos Ver- 5 gnale in Verbindung mit deren Verzögerung und Addi-

dos Estates, California) bekannt tion, entsprechend der Erfindung, ergibt sich darüber

Da die CCD-Verzögerungsleitungen dieser bekann- hinaus eine vorzügliche Abweisung von Gegenstands-

ten Anordnungen einen Aufbau haben, der sowohl be- punkten, die in der Nachbarschaft eines abzubildenden

züglich der Bandbreite als auch der Zeitverzögerungs- Gegenstandpunktes liegen.

genauigkeit begrenzt ist ist bei diesen Anordnungen die io Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren

Resonanzfrequenz der Wandler und für einen gegebe- 1 bis 5 näher erläutert

nen Sektorwinkel die Apertur der Wandleranordnung F i g. 1 ist ein Blockschaltbild, welches die Arbeitswei-

beschränkt Daher haben diese bekannten Ultraschall- se der Ultraschall-Abbildungsanordnung veranschau-

Abbildungssysteme, die eine direkte Verarbeitung der licht;

Echosignale einer Wandleranordnung in Signalverar- 15 Fig.2 ist ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der

beitungsvorrichtungen mit Verzögerungsleitungen kei- Anordnung wiedergibt und zur Erläuterung der Grund-

ne ausreichende Auflösung oder keinen genügend wei- lagen der Erfindung benutzt wird;

ten Sektorwinkel oder beides. F i g. 3 A bis 3L sind Diagramme, welche die Amplitu-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ultra- de von Spannungssignalen in Abhängigkeit von der Zeit schall-Abbildungssystem anzugeben, bei dem die Auflö- 20 darstellen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung

sung des Systems verbessert werden kann und die Reso- nach F i g. 2 auftreten und zu dem 1-Ys aal gehören. Die

nanzfrequenz der Wandler erhöht werden kann, ohne Funkte, an denen die Signale der F*g. 3a bis 3L im

die Breitbandanforderungen der Verzögerun_e3einrich- Blockschaltbild der F i g. 2 erscheinen, sind in F i g. 2

tung zu beeinträchtigen. durch entsprechende Buchstaben bezeichnet;

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im 25 Fi g. 4A bis 4L sind Diagramme von Spannungssigna-Anspruch 1 angegeben. len, welche die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit

Zur Ausführung der Erfindung ist eine Vorrichtung an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung vorgesehen, die einen Ultraschallimpuls vorgegebener der F i g. 2 darstellen und die zu dem <?-Kanal gehören. Frequenz erzeugt und in einen Gegenstandsbereich ein- F i g. 4M ist ein Diagramm des resultierenden Signals, strahlt Eine Wandleranordnung ist vorgesehen, die die 30 das aus den Signalen 3L und 4L gebildet wird. Die Punk-Ultraschallechos aufnimmt welche von dem Ultra- te, an denen die Signale der F i g. 4A bis 4M dem Blockschallimpuls erzeugt werden, der auf Punkte des Gegen- schaltbild der F i g. 2 auftreten, sind in F i g. 2 durch entstandes im Gegenstandsbereich auftritt Jedes Echo von sprechende Buchstaben mit Apostroph bezeichnet und einem Punkt des Gegenstandes erzeugt in den Wand- F i g. 5 ist ein ausführliches Blockschaltbild der Ultralern eine Gruppe von elektrischen Signalen und zwar je 35 schall-Abbildungsar.ordnung gemäß der Erfindung,
ein elektrisches Signal in jedem Wandler. Die Zeit des In F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ultraschall-AbAuftretens jedes der elektrischen Signale hängt von bildungsanordnung 10 gemäß der Erfindung dargestellt, dem Abstand zwischen dem betreffenden Wandler und Die Ultraschall-Abbildungsanordnung 10 enthält eine dem betreffenden Punkt des Gegenstandes ab. Es sind Wandleranordnung 11, eine Diplexschaltui.g 12, einen nun Demodulationseinrichtungen für die elektrischen 40 Sender 13 und einen Empfänger 14. Bei dieser Ausfüh-Signale vorgesehen, welche die von den Wandlern korn- rungsform der Erfindung ist die Wandleranordnung 11 menden Signale demodulieren und jedes der elektri- eint geradlinige Anordnung und enthält eine Anzahl sehen Signale mit einem ersten und zweiten üemodulie- von gleich beabstandeten Wandlern 15, deren Abstand renden Signal von im wesentlichen der gleichen Fre- von Mitte zu Mitte d beträgt. Die Wandleranordnung quenz wie die oben erwähnte vorbestimmte Frequenz 45 dient dabei sowohl als Sendeanordnung als auch als mischen, wobei jedoch eine 90°-Phasenverschiebung Empfangsanordnung. Der Sender 13 erzeugt eine Folge besteht um eine Anzahl von jeweils zwei demodulierten von elektrischen Impulsen 16, die über die Diplexschal-Signalen, d. h. von Signalpaaren, zu erhalten. Es sind tung 12 den Wandlern 15 zugeführt werden. Die Ultraferner Verzögerungseinricntungen vorgesehen, die je- schallimpulse, die in den Wandlern 15 erzeugt werden, des Paar von demodulierten Signalen um ein vorbe- 50 werden in einen Gegenstandsbereich in der Nähe der stimmtes Zeitintervall verzögern, welches dem Abstand Anordnung ausgestrahlt. Die Ultraschallimpulse werzwischen jeweils einem Wandler und einem Gegen- den bei dieser Anordnung in einen vorbestimmten Azistandspiinkt entspricht so daß jedes Paar von ersten mutbereich je nach der linearen Zeitfolge der Impulse und zweiten demodulierten Signalen gleichzeitig auf- i€ au. gestrahlt. Die Intensitätsänderung oder Amplitutritt. Eine erste Adriierschaltung ist vorgesehen, um die 55 de der Ultraschallimpulse in Azimutrichtung um den verzögerten ersten demodulierten Signale zu addieren, Mittelpunkt der Anordnung wird auch als Strahl der so daß ein erstes Summensignal gebildet wird. Eine Anordnung oder Strahlungskeule bezeichnet. Der zweite Addierschaltung ist vorgesehen, um die verzö- Strahl 17 der Anordnung 11 hat eine Achse 18, die einen gerten zweiten demodulierten Signale zu addieren, um Winkel θ mit der Senkrechten 19 auf dem Mittelpunkt ein zweites Summensignal zu bilden. Ferner sind Ein- μ der Anordnung 11 einschließt Die Beziehung zwischen richtungen vorgesehen, die ein resultierendes Signal bit- den Zeitverzögerungsschritten T_h die der Reihe nach zu den, das eine monotone Funktion der Summe des Qua- jedem /-ten Signal von dem einen Ende (i— J) eier Andrates des ersten Summensignals und des Quadrates des Ordnung bis zum anderen Ende (V= n) addiert werden, zweiten Summensignals ist. um exakt die Laufzeitdifferenzen zu kompensieren, die

Die angegebenen synchronen Demodulatoren er- 65 bei ebener Wellenarsbreitung auftreten, ist durch die

möglichen es, daö die Resonanzfrequenz der Wandler folgende Beziehung gegeben;
ohne Beeinträchtigung der Breitbandanforderungen der
Verzögerungseinrichtungen erhöht werden kann. Es

I i

wobei c die Geschwindigkeit des Ultraschalls in dem Gegenstandsbereich neben der Anordnung ist.

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 15 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 jedem 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

2Rc

H"

cos² θ

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

c = die Geschwindigkeit des Ultraschalls in dem Gegenstandsbereich,

Xi — der Abstand vom Mittelpunkt der Anordnung bis zum Jt-ten Element und

Tk = die Zeitverzögerung, die dem Signal von dem k-ten Element zugeordnet ist, um die elektrischen Signale, die von einem Echo an dem Gegenstandspunkt, z. 3. 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 werdti, um dem Bereich, aus dem Echos wäh rend der Echo.xufnahmeperiode 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 einem Gegenstandspunkt auf jeden der Wandler auftreffen, 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.

Fig.? zeigt ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Verarbeitung von Echosignalen in einer Ultraschall-Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung. Das Gerät

jo 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 kanr annehmen, daß der Impuls, der von mehreren Wandlerr der Anordnung erzeugt wird, im Mittelpunkt der Anordnung entsteht. Das Echo wird von verschiedener Wandlern der Anordnung zu verschiedenen Zeiten aufgenommen, je nach dem Abstand zwischen dem Gegen- Standspunkt 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 Echo.'gnale 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 Echcs 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 de:

Wandlers 15-2 als Echosignal Nr. 2. Die Echosignale Nr. 1 und 2 sowie die weiteren Echosignale, die in der anderen Wandlern der Anordnung erzeugt werden werden in einem Signalverarbeitungskanal verarbeitet der als /-Kanal bezeichnet wird. Jeder der /-Kanäle dient zur Demodulation, Filterung und Verzögerung Jedes der Echosignale Nr. 1 und 2 sowie die anderer Echosignale, die in den anderen Wandlern der Anordnung erzeugt werden, werden auch in einem Q-Signal-

verarbeitungskanal verarbeitet und zwar ebenfalls demoduliert, gefiltert und verzögert. Das in jedem der Q-Kanäle benutzte demodulierende Signal hat eine 90°-Phasenbeziehung gegenüber dem demodulierenden Signal, das bei der Demodulation in dem /-Kanal 5 benutzt wird. Die verzögerten Signale in den /-Kanälen werden kohärent addiert, um ein erstes Summensignal zu erhalten und die verzögerten Signale in den Q-Kan&- len 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 Cegenstandspunkt 20 darstellt.

Es wird nun auf die Diagramme der Fig.3A bis 3L Bezug genommen. Die Punkte, an denen die Signale der F i g. 3A bis 3L in dem Blockschaltbild der F i g. 2 auftreten, sind in F i g. 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 fi nach dem Zeitpunkt fo auf, der die Spitze der von der Anordnung ausgestrahlten Ultraschallschwingung bezeichnet. Die Zeit des Auftretens fi 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 Beschreibun" 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 auch andere Schwingungsverläufe, z. B. Rechteckwellen, benutzt werden. Das erste demodulierende Signal Nr. 1 hat eine Phasenverzögerung gegenüber dem Echosignal Nr. I₁ die mit λ bezeichnet ist. Der erste Demodulator 25 liefert an seinem Ausgang ein erstes demoduliertes Signal Nr. 1 nach F i g. 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 27 zugeführt, das die Hülle der Schwingung nach Fig.3G bildet. Eine Verzögerungsleitung 28 verzögert das ausgesiebte erste demodulierte Signal Nr. 1 um einen vorbestimmten Betrag, so daß in ähnlicher Weise verarbeitete /-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 F i g. 3C dargestellt Die Spitze des Echosignals Nr. 2 tritt in einem Zeitpunkt h nach dem Zeitpunkt fo auf, der die Spitze des von der Anordnung ausgestrahlten Ultraschallimpulses bezeichnet. Die Zeit des Auftretens h der Spitze des Echosignals Nr. 2 hängt von dem Abstand 22 zwischen dem Gegenstandspunki 20 und dem Wandler 15-2 ab. Das Echosignal Nr. 2 wird einem Demodulator 31 zugeführt, der von einer Signalquelle 32 ein erstes demodulierendes Signaj Nr. 2 nach F i g. 3D erhält. Das erste demodulierende Signal Nr. 2 hat eine Phasennacheilung gegenüber dem Echosignal Nr. 2, die mit χ 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 demodulierte Signal Nr. 2. das in F i g. 3F dargestellt ist, tritt am Ausgang des ersten Demodulators 31 auf und stellt das Produkt des Echosignals Nr. 2 und des ersten demodulierenden Signals Nr. 2 dar. Nach der Aussiebung durch das Tiefpaßfilter 33 erhält man die Hülle des ersten demodulierten Signals Nr. 2 nach F i g. 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 /-Kanals. Das verzögerte gefilterte erste demodulierte Signal Nr. 2 ist in F i g. 3K dargestellt und wird als erstes ver2:ögertes 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 Surnmensignal nach F i g. 3L zu bilden. Di« 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 2 / 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 F i g. 4A bis 4M Bezug genommen. Der Punkt des Auftretens eines Signals der F i g. 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 Echosignais Nr. i in einem Zeitpunkt fi auf, der nach dem Zeitpunkt ίο liegt, an dem die Spitze des Ultraschallimpulses ausgestrahlt wird. Die Zeit des Auftretens U der Spitze des Echosignals Nr. 1 hängt von dem Abstand 21 zwischen dem Gegenstandspunkt 20 und dem Wandler 15-1 ab. Das Echosignal Nr. J wird einem zweiten Demodulator 41 zugeführt, dem eine Signalquclle 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 Sint,sform 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 λ+90° gegenüber der Phase des Echosignals Nr. 1 nacheilt. Der zweite Demodulator 41 erzeugt an seinem Ausgang ein zweites demoduliertes Signal Nr. 1 nach F i g. 4E, das dem Produkt des Echosignals Nr. 1 und des zweiten demodulierendes Signals Nr. 1 entspricht. Das zweite demodulierte Signal Nr. 1 wird dem Tiefpaßfilter 43 zugeführt das die HüIIenkurve nach Fig.4G liefert. Die Verzögerungsleitung 44 verzögert das zweite demodulierte Signal Nr. 1 um einen vorbestimmten Betrag, so daß ähnlich verarbeitete Q- Kanalsignale von anderen Wandlern der Anordnung im gleichen Zeitpunkt auftreten und daher kohärent ad-

diert 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 ist in F i g. 4C dargestellt. Wie in Verbindung mit F i g. 3C erwähnt wurde, tritt die Spitze des Echosignals Nr. 2 in einem Zeitpunkt t₂ nach dem Zeitpunkt ίο auf, in dem die Spitze der Ultrascriallimpulse durch die Anordnung ausgestrahlt wird. Die Zeit des Auftretens fj 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 zweiten Demodulator 45 zugeführt, der von einer Signalquelle 46 ein zweites demodulierendes Signal Nr. 2 nach F i g. 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 λ+90° gegenüber dem Echosignal Nr. 2 hat.

crtc Signal Nr2 nach Fig gleich dem Cosinus λ mal dem Maximalwert, den das erste demodulierce Signal Nr. I je nach der Situation haben kann, in der das erste demodulierende Signal Nr. 1 der F i g. 35 sich in Phase mit dem Echosignal Nr. I der Fig.3A befindet. Da das zweite demodulierende Signal Nr. 1 der Fig.4B dem Echosignal Nr. I um (λ+ 90°) nacheilt, kann die Amplitude des zweiten demodulierten Signals Nr. 1 der F i g. 4E den Wert Cosinus (λ+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. 1 befindet. Um den Maximalwert des ersten demodulierten Signals Nr. 1 zu erhalten, ist es lediglich notwendig, die Quadratwurzel der Summe der Quadrate des ersten demodulierten Signals Nr. 1 und des zweiten demodulierten Signals Nr. 1 zu bilden. Da der Wert

tritt

Das zweite uemcdulicrtc Signs! Nr.
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. 2, 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 F i g. 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 F i g. 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 2 Q großer Amplitude zu erzeugen, welches die Beiträge νυιΐ allen Echosignalen darstellt, die in den Wandlern der Anordnung für das zweite Summensignal erzeugt werden.

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 Phaseneinsteliung 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 demoduläerende Signa! Nr. 1 der F i g. 3B eine Phasennacheilung gegenüber ctem Echosignal Nr. 1 der F i g. 3A um λ° hat, ist die Spitzenamplitude des ersten demodulierten Signals Nr. 1 der F i g. 3E

■'cos aH-cos*'x + 9(r>

unabhängig von α 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 £/ und für das zweite Summensignal ^Q gül. 'ⁿ Fig.3A bis 3D sind die Phasenverschiebungen oder Winkelsummen als 60° dargestellt. In F i g. 4A bis 4D ist der Winkel λ mit 60° angegeben. Indem man zwei /- und (^-Kanäle für die Verarbeitung jedes Echosignals benutzt, erhält man ein resultierendes Signal, das unabhängig von dem Winkel λ ist. Um jedoch eine Auslöschung zu verhindern, wenn die Summensignale gebildet werden, muß der Winkel χ für jedes erste demodulierende Signal und ein zugehöriges Echosignal im wesentlichen der gleiche sei. 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 gif ^:che 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 F i g. 2 einen Nachbarpunkt 55 betrachtet, der den gleichen Abstand von der 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 Phasennwinkel λ gegenüber der demodulierenden Schwingung, die in dem Demodulator 25 für das Signal vom Punkt 20 benutzt wird. Die Signale der anderen Wandler, z. B. eines Wandlers 15-2, kommen jedoch mit verschiedenen Phasenverschiebungen an, im Vergleich zu dem Signal von

α Punkt 20, weil die Abstände 161 und 162 nicht die gleiche Länge haben. Der Phasenwinkel zwischen dem Signal, das von Punkt 55 den Wandler 15-2 erreicht und das demodulierende Signal, welches dem ersten Demo-

dulator 31 zugeführt wird, haben daher nicht den gleichen Winkel λ. Der tatsächliche Phasenverschiebungswinkel 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 Betrachtung 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, 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 Phasenmodulation 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 aduicFt Wcrucfi, 50 udu Sie einem 5ΟιιΓΏ5ι£Γι otrah! entsprechen, liefert eine Winkelabweichung eines Gegenstandspunktes von der Achse des Strahls Echos am Videoausgang, die stark gedämpft sind und zwar 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 F i g. 2 dargestellten Schaltung zu erreichen, sollte die Phasenlage jedes ersten demedulierenden 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 demodulierenden 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, um 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, wird in Verbindung mit dem Blockschaltbild der F i g. 5 näher erläutert.

Die Steuerung eines Empfangsstrahls in einer besiiii'uuicfi Richtung, wie ζ. D. entlang der Linie 21, erfor dert außer der Auswahl der richtigen Phasenbeziehungen der demodulierenden Signale auch, daß die Zeitverzögerungen in jedem der /- und Q-Kanäle entsprechend der Gleichung (1) für eine geradlinige Wandleranordnung gewählt werden. Um einen bestimmten Gegenstandspunkt in der Richtung des gesteuerten Empfangsstrahls anzuvisieren, ist jeder /-Kanal und jeder (J-Kanal außerdem mit einer entsprechenden Fokussierverzögerung 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 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 Giuppen von ersten demodulierenden Signalen und zweiten demodulierenden Signalen werden mit der entsprechenden relativen Phasenlage, wie oben beschrieben, erzeugt Außerdem werden die Steuerungsverzögerungen in den /-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 Abiastweisen 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.

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Die Art und Weise, in der die relativen Phasen der gnale einem bestimmten Wandler zugeordnet wird, muß ersten demodulierenden Signale und der zweiten demo- sich mit dem Abstar.dsbereich ändern, von dem die dulierenden Signale während der Empfangsperiode der Echos empfangen werden, um eine kohärente Demodu-Echos aus einem Gegenstandbereich eingestellt werden lation zu erhalten und ist auch eine Funktion der Rich- und die Art und Weise, in der die relativen Phasenlagen 5 tung des Empfangsstrahls. Es wurde oben darauf hingeder ersten demodulierenden Signale und der zweiten wiesen, daß die Verzögerungen, die in jedem der Signaldemodulierenden Signale in Abhängigkeit von der Ent- Verarbeitungskanäle notwendig sind, um eine kohärente fernung geändert werden, um eine kohärente Demodu- Addition zu erreichen, auch eine Funktion der Richtung lation aufrechtzuerhalten, werden in Verbindung mit des Empfangsstrahls sind. Es muß also für jede Stellung F i g. 5 beschrieben. Die Art und Weise, in der die Zeit- 10 des Empfangsstrahls ein besonderer Satz von Phasendaverzögerungen der /- und (P-Kanäle eingestellt werden, ten an die demodulierenden Schaltungen aller Kanäle um Empfangsstrahlen unter verschiedenen Winkeln zu geliefert werden sowie ein besonderer Satz von Zeitvererhalten, die auf verschiedene Entfernungen fokussiert zögerungsdaten an die Verzögerungsleitungen von alwerden, sollen ebenfalls in Verbindung mit F i g. 5 erläu- len Kanälen. Im allgemeinen ist bei einer linearen Antert werden. 15 Ordnung die Phasenbeziehung nach Gleichung (l)unab-F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ultraschall-Ab- hängig vom Abstand und hängt nur vom Strahlwinkel bildungsaiiordnung 60, die in Verbindung mit F i g. 2 be- ab, jedoch sind die Phasenbeziehungen nach Gleichung schrieben worden ist. Die Schaltelemente der F i g. 5, die (2) vom Abstand abhängig und daher auch zeitabhängig, mit denen der F i g. 2 Obereinstimmen, haben die glei- so daß eine Folge von zeitabhängigen Änderungen der chen Bezugszeichen. Ein Sender 61 liefert Impulse der 20 Phasenbeziehungen notwendig ist. Dies wird durch den gewünschten Dauer und Zeitlagc an die Wandler der Fhasenschiuprpian verwirklicht. Ein besonderer paargeradlinigen Anordnung 11, um einen Sendestrahl zu weise ausgebildeter Plan von Phasenschlupfdaten muß bilden, der nach einer Anzahl von verschiedenen Rieh- vorgesehen werden, er kann jedoch auch angenähert tungen ausgestrahlt werden kann. Jeder Richtung des werden durch einen einzigen Satz von Phasenschlupfda-Strahls ist eine Strahlzahl zugeordnet Strahlzahlen zur 25 ten, vorausgesetzt, daß diese verschiedene Werte für Steuerung der Richtung des Sendestrahls werden dem verschiedene Richtungen haben. Auf diese Weise wird Sender 61 von einer Strahlzahlsteuerungsschaltung 62 die gesamte Phasenbeziehung in einen Teil unterteilt, rugeführt Die Frequenzen zur Betätigung des Senders der nur von dem Strahlwinkel abhängt und einen ande-61 und der Strahlzahlsteuerung 62 werden von Fre- ren Teil, der parametrisch vom Strahlwinkel abhängt, quenzsyntheseschaltungen 63 und 64 geliefert die mit 30 aber andererseits nur vom Entfernungsbereich abhäneinem Hauptoszillator 65 verbunden sind. gig ist. Der Teil der Phasenbeziehung, der nur vom Win-Eine Anzahl von Vorverstärkern 66 sind je mit einem kel abhängt, wird durch eine Phasenvoreinstellung wirk-Wandler und einem zugehörigen Paar von /- und Q-Si- sam gemacht Die Phasenvoreinstellungsdaten werden gnalverarbeitungskanälen verbunden, um Echosignale für jede Strahlzahl abgeleitet und in einem Phasenvorgewünschter Amplitude zur Verarbeitung zu liefern. Ei- 35 einstellungsspeicher ROM 71 gespeichert (ROM bene Verstärkungssteuerungsschaltung 67 liefert ein Aus- deutet: Read Only Memory). Die Kanalverzögerungsgangssignal an jeden der Vorverstärker 66, um die Am- daten werden für jede Strahlzahl abgeleitet und in eiplituden der Echosignale von den verschiedenen Wand- nem Verzögerungsspeicher 73 RAM (RAM bedeutet: ler der Anordnung 11 als Funktion der Entfernung zu Random Access Memory) gespeichert. Die Phasenvergleichmäßigen, um die Verarbeitung zu erleichtern. 40 schlupfdaten werden für jede Strahlzahl abgeleitet und Die Verstärkungssteuemngsschaltung 67 wird nach je- in einem Phasenschlupfspeicher ROM 72 festgehalten, dem ausgestrahlten Ultraschallimpuls durch ein Strahl- Wie oben erwähnt, können die Phasenschlupfdaten zu Startsignal aktiviert, das von einer Strahlstartschaltung einem einfachen Plan vereinfacht werden, wenn dieser 68 geliefert wird und mit den Impulsen des Senders 61 Plan mit verschiedenen Geschwindigkeiten bei versynchronisiert ist Das Strahistartsignal wird auch dazu 45 schiedenen Winkeln ausgelesen wird, verwendet, um die Voreinstellung der Phasenlagen der Im folgenden wird beschrieben, wie diese verschiede-/- und OSignalgeneratoren der Anordnung einzuleiten, nen Arbeitsweisen verwirklicht werden. Zuerst soll die wie weiter unten noch erläutert wird. Die /- und Q-Si- Art und Weise behandelt werden, in der die relativer gnalgeneratoren 65 liefern die Ausgangsgrößen, die von Phasen der ersten und zweiten demodulierenden Signadem ersten demodulierenden Signalgenerator 25 und so Ie in den verschiedenen Kanälen voreingestellt werden dem zweiten demodulierenden Signalgenerator 41 der um eine kohärente Demodulation für einen Empfangs-F i g. 2 geliefert werden. Der /- und Q-Signalgenerator strahl bestimmter Nummer zu erreichen. Die ersten und 76 liefert die Ausgangsgrößen, die von dem ersten de- zweiten demodulierenden Signale für die Echosignale modulierenden Signalgenerator 26 und dem zweiten de- von dem Wandler 15-1 werden von dem /- und C-Simodulierenden Signalgenerator 25 geliefert werden. Ei- 55 gnalgenerator 75 geliefert. Die ersten und zweiten dene Empfangsstartschaltung 69, die mit den Impulsen des modulierenden Signale für d ;e Echosignale von dem Senders 61 synchronisiert ist, liefert ein Signal zum Aus- Wandler 15-1 werden von dem /- und ζί-Signalgeneralösen des Emplianges, das dem Strahlstartsignal nach- tor 76 geliefert. Jedes der ersten und zweiten demodufolgt und das dazu benutzt wird, eine Phasenschlupffol- lierenden Signalle in jedem der Kanäle kann auf eine vor ge für die Signalverarbeitungskanäle zu steuern, die den ao acht Stellungen vorangestellt werden, die gegeneinan· verschiedenen Wandlern der Anordnung zugeordnet der um 45° versetzt sind. Der Generator 75 steht untei sind, wie weiter unten noch näher erläutert wird. der Steuerung sines Binärzählers 77, der eine Teilung Es wurde schon oben darauf hingewiesen, daß die durch acht bewirkt. Der Generator 76 steht unter dci anfängliche Einstellung der relativen Phasenlage der er- Steuerung eines Binärzählers 78 mit einem Teilungsversten und zweiten demodulierenden Signale für jedes 65 hältnis I : 8. Irgendeine der acht möglichen Phasenlager Echosignal der Anordnung Il eine Funktion der Rieh- von jedem der durch acht teilbaren Zähler wird dadurch lung des Empfangsstrahls ist. Die Art und Weise, in der erhalten, daß der durch acht teilbare Zähler durch ein die Phase der ersten und zweiten demodulierenden Si- entsprechendes Drei-Bit-Wort voreingestellt wird. Die

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Drei-Bit-Worte werden dem Phasenspeicher ROM 71 Binärzählern, d.h. den Zählern 77 und 78, zugeführt wird

entnommen. Für jede Strahlzahl sind mehrere Drei-Bit- und zwar von der Frequenzsyntheseschaltung 83 über

Worte in dem Speicher ROM 71 gespeichert, wobei Sperrtore, wie die Tore 81 und 82. Jedes der Sperrtore

jedes Wort die Phaseneinstellung eines betreffenden /- erhält eine Folge von Bits aus dem Phasenschlupfspei-

und Q-Signalgenerators darstellt Beim Auftreten einer 5 eher ROM 72. Jedesmal wenn eine Änderung eines Bits

Strahlzahl auf der Leitung 74 des Strahlzahlsteuergerä- zu seinem Kompiementwert eintritt oder umgekehrt,

tes 62 wird der Speicher ROM 71 angesteuert, um die wird ein Impuls durch das Sperrtor daran gehindert, zu

richtige Voreinstellung der durch acht teilbaren Zähler dem Binärzähler zu gelangen, so daß ein Phasenschlupf

für alle Kanäle zu liefern. Beim Auftreten eines Strahl- von 45° in dem Binärzähler verursacht wird. Der Pha-

startsignals an der Strahlstartschaltung 68 werden die 10 senschlupfspeicher ROM 72 ist mit einer Folge von

Binärzähler 77 und 78 betätigt Impulse, die mit einer Worten an aufeinanderfolgenden Adressen versehen,

achtmal größeren Frequenz als die Frequenz der Echo- Die Zahl der Bits in jedem Wort ist gleich der Zahl der

signale der Wandler auftreten, werden auch den Zählern Kanäle in der Anordnung.

77 und 78 über entsprechende Sperrtore 81 und 82 von Gleich numerierte Bits in aufeinanderfolgenden Wor-

einer Frequenzsyntheseschaltung 83 zugeführt, deren 15 ten werden der Reihe nach einem entsprechenden

Eingang an den Hauptoszillator 65 angeschlossen ist Sperrtor in Übereinstimmung mit der Zählung des Nachdem ein Ultraschallimpuls in einer Richtung, die Adressenzählers 86 zugeführt Der Adressenzähier 86

durch eine Strahlzahl definiert ist, ausgestrahlt worden ist über ein Tor 87 mit einer Frequenzsynthesestiv.ltung

ist wird eine Information von dem Phasenspeicher 88 verbunden, die unter der Steuerung des Hauptoszil- |

ROM 71 jedem der 8-Bit-Binärzähler zugeführt der ei- 20 lators 65 steht Die Frequenzsyntheseschaltung 88 lie- |

nem betreffenden Signalverarbeitungskanal zugeordnet fert ein Ausgangssignal einer Frequenz, die eine Funk- |

ist um erste und zweite demoduüerende Signale der tion der Strahizahi ist, die von der Strahizahisteuerung |

richtigen Phasenlage mit Bezug auf die ersten und zwei- 62 geliefert wird. Die Frequenz des Ausgangssignals der jj

ten demodulierenden Signale in den anderen Kanälen Frequenzsyntheseschaltung 88 ist proportional dem f

zu bilden, um eine kohärente Demodulation der Echosi- 25 cos² θ Faktor der Gleichung (2). Das Tor 87 sperrt den $

gnale in dem Anfangsabstandsbereich des Gegen- Durchgang des Ausgangssignals der Frequenzsynthese- |

Standsbereiches zu ermöglichen. Da alle Kanäle die glei- schaltung 88 zu dem Adressenzähler 86, bevor ein Start-

chen Taktimpulse erhalten, wird eine Differenz der vor- empfangssignal von der Startempfangsschaitung 69 auf- S

eingestellten Phasenzählung, die am Beginn einer Abta- tritt Beim Auftreten des Startempfangssignals am Tor f

stung vorhanden ist während dieser Abtastung aufrecht 30 87 wird die Ausgangsgröße der Frequenzsymheseschal- |

erhalten. tung 88 dem Adressenzähler 86 zugeführt Die Ge- f

Es wurde oben darauf hingewiesen, daß, um die richti- schwindigkeit mit der der Adressenzähler (16 die Adres- |

ge relative Phasenlage der ersten und zweiten demodu- sen durchläuft hängt von der Frequenz ab, die von der I

lierenein Signale in den verschiedenen Verarbeitungs- Frequenzsyntheseschaltung 88 geliefert wird. Für einen

kanälen mit Bezug aufeinander zu liefern, es notwendig 35 Strahl, der senkrecht auf der Anordnung steht würde I

ist die Phasenlage jedes der ersten und zweiten demo- die von der Frequenzsyntheseschaltung 88 gelieferte

dulierenden Signale mit dem Abstand zu ändern, um die Frequenz einen Wert haben, der einer bestimmten Zähl- r

richtige gegenseitige Phasenlage aufrecht zu erhalten. geschwindigkeit entspricht. Für einen Strahl, der von

Die Art und Weise, in der die Phasenlage der ersten und der Senkrechten um einen Winkel θ abweicht, würde

zweiten demodulierenden Signale jedes Kanals sich mit 40 die Frequenz um den Faktor cos² θ erhöht. Der Adres-

der Entfernung ändert, hängt von der Strahizahi ab, d. h. senzähler 86 würde dann mit schnellerer Geschwindig-

von der Winkelorientierung des Strahls und auch von keit arbeiten, und die Übergänge im Bitvorzeichen der

der Position des Wandlers in Beziehung zu der Mitte Worte des Phasenschlupfspeichers 72 würden mit einer

der Wandleranordnung. Der Betrag, um den die Phase höheren Geschwindigkeit auftreten, so daß eine Ände-

der ersten und zweiten demodulierenden Signale eines 45 rung der Phase durch den Binärzähler schneller bewirkt

Kanals in Abhängigkeit von der Entfernung geändert wird.

werden muß, um die kohärente Demodulation der Die Art und Weise, in der Zeitverzögerungen in je-Echosignale zu erreichen, kann für den Fall einer linea- dem der /-Kanäle und jedem der Q-Kanäle vorgesehen ren Anordnung aus der Gleichung (2) abgeleitet werden. sind, um eine kohärente Addition der verarbeiteten Si-Die Zeitverzögerung 7j ist eine Funktion des Abstandes so gnale zu erreichen, wird im folgenden nk.ner erläutert. R, des besonderen Wandlerelements x_t und des Winkels Es wurde oben erwähnt, daß die Zeitverzögerungen, die Θ, den der Strahl mit der Senkrechten auf der Anord- in jeden Signalverarbeitungskanal vorgesehen werden nung einschließt. müssen, um eine kohärente Addition der verarbeiteten Die Zeitverzögerung 7* kann in eine Phasenabhän- Signale zu erhalten, eine Funktion der Winkelrichtung θ gigkeit bei der Resonanzfrequenz des Wandlers ge- 55 des Strahls oder der Strahlzahl ist Um entsprechende bracht werden, indem diese unabhängige Variable Verzögerungen zu erzielen, sind die Verzögerungsleidurch eine Schwingungsperiode bei der Resonanzfre- tungen in den /-Kanälen, z. B. die Verzögerungsleitunquenz des Wandlers geteilt wird. Die Phasenänderung, gen 28 und 34 und die Verzögerungsleitungen in dem die für ein gegebenes Wandlerelement x* erforderlich Q-Kanal, z. B. die Leitungen 44 und 48, von der zugeist, ändert sich umgekehrt mit dem Bereich R oder der 60 führten Frequenz abhängig. Wenn eine bestimmte Zeit oder proportional dem Quadrat des Cosinus Θ. Die Strahlzahl auf der Leitung 74 von dem Strahlzahlsteuer-Art und Weise, in der diese Beziehung benutzt wird, um gerät 62 erscheint, wird eine Gruppe von Frequenzen einen Phasenschluß in Abhängigkeit von der Entfer- den /- und Q-Verzögerungsleitungen zugeführt, um die nung für jeden Signalvcrarbeitungskanal zu liefern, wird Verzögerungen auf entsprechende Werte einzustellen, nun erläutert. Der Phasenschlupf der ersten und zweiten 65 damit die kohärente Addition bewirkt werden kann. Jedcmodulierenden Signale eines Signalverarbeitungska- de der /-Kanalverzögerungsleitungen und auch der Q-nals wird dadurch gebildet, daß ein Impuls aus einer Kanalverzögerungsleitungen liefert eine Steuerverzö-Folge von Impulsen gelöscht oder gesperrt wird, die den gerung und eine dynamische Fokussierungsverzöge-

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rung. Die Steuervorrichtungen sind far eine geradlinige wegen der dynamischen Fokussierung. Diese dynami-Anordnung durch Gleichung (1) gegeben. Die dynami- sehe Fokussierung leidet jedoch unter Verzerrungsfehschen Fokussierungen sind für den speziellen Fall durch lern, die in die CCD-Struktur durch die Zeitänderung Gleichung (2) angegeben. Frequenzabhängige Verzöge- der Taktgeber eingeführt werden, rungsleitungen, die frequenzabhingige Verzögerungen 5 Die CCD-Verzögerungsleitungen haben einen Aufliefern und die Bedingungen der Gleichungen (1) und (2) bau, der sowohl bezüglich der Bandbreite als auch der erfüllen, können so ausgebildet sein, wie dies in F i g. 9 Zeitverzögerungsgenauigkeit begrenzt ist Bei bekanneiner Veröffentlichung »Ultrasonic Imaging Using Two- ten Anordnungen beschränken diese Begrenzungen die Dimensional Transducer Arrays« von W. L Beaver, et al Resonanzfrequenz und für einen gegebener. Sektorwinin der Veröffentlichung »Cardiovascular Imaging and ίο kel die Apertur der Wandleranordnung. Diese bekann-Image Processing« Theorie und Praxis, 1975, Band 72, ten Anordnungen haben daher keine ausreichende Aufveröffentlicht von der Society of Photo-Optical Instru- lösung oder keinen genügend weiten Sektorwinkel oder mentation Engineers, Palos Verdös Estates, California, beides. Die gemäß der Erfindung angegebenen synchrobeschrieben ist In F i g. 9 dieser Veröffentlichung ist ei- nen Demodulatoren ermöglichen es, daß die Resonanzne Anzahl von Signalverarbeitungskanälen gezeigt, die 15 irequenz erhöht werden kann, ohne die Breitbandanfor-Echosignale einer Wandleranordnung verarbeiten. Je- derungen der CCD-Anordnungen zu beeinträchtigen, der der Kanäle enthält eine erste und eine zweite CCD- Man kann daher breitere Wandleranordnungen und Verzögerungsleitung zur Steuerung und eine dritte größere Sektorwinkel verwenden. Hieraus ergeben sich CCD-Verzögerungsleitung für die Fokussierung. Die die Vorteile einer erhöhten Auflösung über ein weites Längen der ersten Verzögerungsleitungen ändern sich 20 Gesichtsfeld der Körpergewebe, was für medizinische linear von einer Seite der Anordnung zur anderen, und diagnostische und andere Zwecke günstig ist die zweiten Verzögerungsleitungen haben ebenfalls Im folgenden wird die Wirkungsweise einer Anordverschiedene Längen in komplementärer Weise. Ein er- nung nach F i g. 5 während einer Impulsechoperiode ster Taktgeber liefert erste Taktfrequenzen an die er- oder Arbeitsperiode beschrieben. Kurz bevor die Erresten Verzögerungsleitungen, und ein zweiter Taktgeber 25 gerimpulse den Wandlern der Anordnung 11 von dem liefert zweite Taktfrequenzen an iie zweiten Verzöge- Sender 61 zugeführt werden, erscheint ein Strahlzahlsirungsleitungen. Die Gesamtzahl der Stufen in den er- gnal von der Strahlzahlsteuerung 62 auf der Leitung 74. sten und zweiten Verzögerungsleitungen jedes Kanals Das Strahlzahlsignal auf der Leitung 74 wird dem Senist die gleiche. Auf diese Weise sind die relativen Verzö- der 61 zugeführt und stellt die zugehörigen Zeitverzögerungen der Kanäle und dadurch der Winkel des Emp- 30 gerungen der Erregerimpulse ein, die von dem Sender fangsstrahls abhängig von den relativen Werten der 61 den Wandlern der Anordnung 11 zugeführt werden, Frequenz des ersten Taktgebers :jid der Frequenz des um einen Ultraschallstrahl zu erzeugen, der in die be-H zweiten Taktgebers. Wenn diese Frequenzen einander treffende Richtung weist, die durch die Strahlzahl gege- ; ■ gleich sind, wird der Empfangästrah' auf der Anordnung ben ist Das Strahlzahlsignal wird auch dem Phasenspei-'::} senkrecht stehen. Wenn die Frequenz des ersten Takt- 35 eher ROM 71 zugeführt und steuert die darin enthalteil gebers den einen Extremwert hat und die Frequenz des nen Adressen an. Die Daten werden den Zählern 77 und v_; zweiten Taktgebers den anderen Extremwert hat, ist der 78 zugeführt die mit den Verarbeitungskanälen verbun- ?i Empfangsstrahl nach der einen bzw. der anderen Seite den sind, um die Zähler auf einen Anfangswert zu brin-.f um den extremen Winkel gegenüber der Senkrechten gen, der dem winkelabhängifeen Teu der Phasenbezie- |; abgelenkt Die dritten Verzögerungsleitungen in jedem 40 hung der speziellen Anordnungsgeometrie entspricht der Kanäle sind mit einer Anzahl von Stufen versehen, Dies stellt sicher, daß die /- und <?-Signalgeneratoren 75 U die quadratisch von einem Mittelkanal abweichen, der und 76 die richtige Phasenlage zueinander haben, um eine maximale Zahl von Stufen an dem einen Ende und eine kohärente Demodulation der Echosignale der Ϊ: eine minimale Zahl von Stufen an dem anderen Ende Wandler der Anordnung aus einem nahen Sichtbereich ' ' hat Die dritte Verzögerungsleitung wird durch einen 45 zu ermöglichen. Das Strahlzahlsignal wird auch der Fredritten Taktgeber gesteuert, dessen Frequenz über die quenzsyntheseschaltung 88 zugeführt, so daß es eine Dauer eines Impulsechozyklus geändert wird, wie dies Phasenschlupffrequenz erzeugt, die der Strahlzahl zudurch Gleichung (2) gefordert wird, um die gewünschte geordnet ist. Das Strahlzahlsignal wird auch dem Verzödynamische Fokussierung zu liefern. Es kann also eine gerungsspeicher RAM 73 zugeleitet, um Zugriff zu den erste Gruppe von Verzögerungsleitungen, die je einen 50 Zeitverzögerungsfrequenzdaten /u haben, die der Fre- ; ersten, zweiten und dritten Abschnitt haben, als Verzö- quenzsyntheseschaltung 85 zugeführt werden, um eine gerungsleitung für die /-Kanäle der Anordnung dienen Gruppe von zwei Frequenzen, und zwar je eine für und eine zweite Gruppe von Verzögerungsleitungen, jeden Abschnitt der Verzögerungsleitungen zu bilden, die je einen ersten, zweiten und dritten Abschnitt haben Die Steuerungsverzögerungen werden in den Leitunfür die Verzögerungsleitung der Q-Kanäle der Anord- 55 gen 28, 34, 44 und 48 entsprechend dem Empfang in nung. Für jede Strahlzahl wird eine Gruppe von drei einer Strahlrichtung gebildet, die die gleiche Richtung Frequenzen festgelegt die den /- und Q-Verzögerungs- wie der Sendestrahl hat. Außerdem wird eine dynamileitungen der Kanäle zugeführt wird und die entspre- sehe Fokussierverzögerung in der Verzögerungsleitung chenden Verzögerungen liefert. Die Daten für die drei gebildet, die auf einen Wert im Nahfeld eingestellt ist Frequenzen jeder Strahlzahl sind in dem Verzögerungs- eo und mit wachsendem Abstand, aus dem Echos empfanspeicher RAM 73 gespeichert. Wenn der Speicher RAM gen werden, zunimmt, so daß eine kohärente Addition 73 durch eine Strahlzahl angesteuert wird, werden die der Echosignale in den Signalverarbeitungskanälen ausDaten der Gruppe von drei Frequenzen an die Fre- geführt werden kann.

quenzsyntheseschaltung 85 geliefert, die dann eine ent- Kurz nachdem die Erregerimpulse des Senders 61 die

sprechende Gruppe von drei Frequenzen an alle Verzö- 65 Ultraschallimpulse hervorrufen, die von der Anordnung

gerungsleitungen der /- und Q-Kanäle abgibt, ein- 11 ausgehen, wird ein Strahlstartsignal erzeugt und der

schließlich, falls erwünscht, die Änderung der dritten Verstärkungsregelungsschaltung 61 zugeführt, die den

Taktgeberfrequenz während einer Impulsechopenode Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 66 in Abhängig-

keit 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 s und löst die /- und Q-Signalgeneratoren 75 und 76 aus, um /- und (^-Signale f"^r 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 Empfangsstartschaltung 69 gebil- det 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 Signals der Frequenzsyntheseschaltung 88 gegeben ist. Der Adressenzähler 86 durchläuft die Adressen des Phasenschlupfspeichers ROM 72 mit einer besonderen Geschwindigkeit die bewirkt, daß die Sperrtore 81 und 82 Impulse der Frequenzsyntheseschaltung 83 ausfallen lassen und damit die Phase der Binärzähler ändern. Der Phasenschlupf der Binärzähler ermöglicht es, daß die Phasenlagen der /- und (^-Signale aller Signalverarbeitungskanäle auf relativen Werten gehalten werden, die eine kohärente Demodulation der Echosignale ermöglichen, welehe von Echos herrühren, die an entfernteren Punkten der Anordnung reflektiert werden. Während einer Impulsechoperiode werden auch Daten des Verzögerungsspeichers RAM 73 geliefert, die bewirken, daß die Frequenz der Takisignaie, die dem dynamischen Fokussierabschnitt de*· 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 de;· Schaltung 51 zugeführt, die eine Ausgangsgröße entwickelt, die proportional der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Summensignale 21 und dem Quadrat der Summensignale 2 Q ^s'ⁿd-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 J₁Q- und J₁I-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 mög- b5 lieh, durch die Videosignale eine sichtbare Darstellung von Gegenstandspunkten zu erhalten, die Echos produzieren, welche in dem ve." dem Strahl abgetasteten Bereich liegen.

Die Wandler 15 der Anordnung 11 können eine beliebige Resonanzfrequenz haben. Verzugweise liegen die Resonanzfrequenzen der Wandler 15 zwischen 2.0 unJ 5,0 MHz. Die Frequenz der /- und £)-Signalgeneratoren 75 und 76 und auch die der Zahler 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 \is 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 Gegenstandsbereich, auf den der Ultraschall gerichtet ist Die Frequenzsynthoseschaltung 63 liefert eine entsprechende Frequenzinformation für die Erzeugung von Impulsen dieser Dauer und Wiederholungsgeschwi.idigkeit durch den Sender 61. Die Abfolge der Strahlzahlsteuerung 62 steht mit der Wiederholungsfrequenz der Erregerimpulse in Beziehung, und die Frequenzsyntheseschaltung 64 liefert d^her Frequenzen, die für diese Taktgabe geeignet sind. Die Frequenz am Ausgang der Frequenzsyntheseschaltung 88, die für die Phasenschlupfverarbeitung benutzt wird, liegt im Bereich der von der Frequenzsyntheseschaltung 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 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 CO 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 Anord nung 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 Ausführungsbeispiel beschrieben worden, bei dem es sich um die Abbildung vor 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 Gußstükken, benutzt werden kann.

Hierau j Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungssy- Patentansprüche: stem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bezieht sich insbesondere auf Anordnungen zur Signalver-

1. U'itraschall-Abbildungssystem mit einer Wand- arbeitung in derartigen Systemen und Geräten,
leranordnung, die Ultraschallechos aufnimmt, wel- 5 Ultraschall-Abbildungsgeräte oder Anordnungen ehe durch einen UltraschaLlimpuls vorbestimmter zum Abbilden von Gegenständen, z. 3. Körpergeweben Frequenz erzeugt werden, der auf Gegenstands- im menschlichen Körper enthalten im allgemeinen eine punkte in einem Gegenstandsbereich auftrifft, bei Anordnung von Sendewandlem und eine Anordnung dem jedes Echo von einem Gegenstandspunkt in den von Empfangswandlern. Die Wandler bestehen aus pie-Wandlern eine zugehörige Gruppe von elektrischen so zoelektrischen Materialien, die Ultraschall bei elektri-Echosignalen und zwar je ein elektrisches Signal in scher Erregung abstrahlen und umgekehrt auch ein jedem Wandler erzeugt, und bei dem die Zeit des elektrisches Signal bei auftreffendem Ultraschall liefern. Auftretens jedes der Echosignale von dem Abstand Die Sende- und Empfangsanordnungen können idenzwischen dem betreffenden Wandler und dem Ge- tisch sein. Die Resonanzfrequenzen der Wandler der genstandspunkt abhängt, und die Verzögerungsvor- 15 Sende- und Empfangsanordnungen sind im wesentlirichtungen aufweist, die diese elektrischen Echosi- chen identisch. Die Wandler der Sendeanordnung wergnale verzögern, so daß die von einem bestimmten den der Reihe nach durch elektrische Impulse erregt, die Gegenstandspunkt ausgehenden Echosignale kohä- Ultraschallimpuls erzeugen, die auch als Schallstöße rent in einer Addiervorrichtung addiert werden kön- oder StoBwellen bezeichnet werden können und in der nen, da du ichgekennzeichnet, 20 Sprache des Ursprungslandes gewöhnlich als »bursts«

bezeichnet werden. Diese Ultraschaüimpulse bestehen

a) daßDemodulationseinrichtungen(25,31,41,45) aus einigen Schwingungen der Resonanzfrequenz des vorgesehen sind, welche die von den Wandlern Wandlers. Die Ultraschallimpulse werden in den Raum kommenden Signale demodulieren und jedes oder den Gegenstandsbereich abgestrahlt, der die An-Signal mit einem ersten und zweiten demodulie- 25 Ordnung umgibt Die Ultraschallimpulse, die auf Gegenrenden Signal (35,3D, AB. AD), das praktisch die Standspunkte in dem Gegenstandsbereich auftreffen, ergleiche Frequenz wie die vorbestimmte Fre- zeugen Echos, die reflektiert werden und von den quenz hat, mischen, von denen das zweite de- Wandlern der Empfangsanordnung aufgenommen wermodulierende Signal (AB, AD) eine Phasenver- den und in ihr Echosignale erzeugen, die üblicherweise Schiebung von 90° gegenüber dem ersten de- 30 eine Dauer von wenigen Schwingungen haben. Die modulu/enden Signal (W, 3D) hat, so daß eine Echos von den Gegenstandspunkten treffen an den Gruppe von Paaren von demodulierten Signa- Empfangswandlern zu verschiedenen Zeiten ein, da die len(3££3F; 4F₁4/·} entsteht, Laufzeiten des Echos von dem Gegenstandspunkt zum

b) daß die Verzögerungseinr^htungen (28, 34,44, Wandler verschieden groß sind. Man hat die Echosigna-48) jedes Paar der demoaulierten Signale um 35 Ie, die von den Empfangswandlern erzeugt werden, enteine zugehörige vorbestimmte Zeit verzögern, sprechend verzögert, so daß alle Echosignale, die von die dem Abstand zwischen dem betreffenden einem bestimmten Gegenstandspunkt ausgehen, gleiche Wandler (15-1,15-2) und dem betreffenden Ge- Phase haben und hat sie dann kohärent addiert. Das genstandspunkt (20,55) entspricht, so daß jedes Summcnsignal wird dann gleichger-bhtet und auf einem Paar von ersten und zweiten demodulierten Si- 40 Sichtgerät sichtbar gemacht.

gnalen zur gleichen Zeit auftritt. Die physikalischen Abmessungen von Ultraschall-

c) daß die Addiervorrichtung Einrichtungen (25) wandlern machen es schwierig, eine Resonanzgüte Q enthält, welche die verzögerten ersten demodu- von weniger als etwa zwei oder drei zu erreichen. Der lierten Signale addieren, um ein erstes Summen- Ultraschallimpuls besteht, selbst wenn ein Impuistreiber signal (3Ljzu erzeugen, 45 bei dem Wandler benutzt wird, gewöhnlich aus einer

d) daß die Addiervorrichtung Einrichtungen (49) Anzahl von Schwingungen. Bei einem mit Abtastung enthält, die die verzögerten zweiten demodu- arbeitenden Datensystem ist eine Abtastung mit einer lierten Signale addieren, um ein zweites Sum- Frequenz erforderlich, die ein Mehrfaches der Resomensignal (AL)zn erzeugen, und nanzfreqenz des Wandlers ist. Hierdurch werden lange

e) daß Einrichtungen (51) zur Bildung eines resul- 50 Hochgeschwindigkeitsschieberegister erforderlich, um tierenden Signals (AM), das eine monotone die benötigten Verzögerungen zu liefern und um eine Funktion der Summe aus dem Quadrat des er- !.ohärente Addition der empfangenen elektrischen Sisten Summensignals und dem Quadrat des gnale durchführen zu können. Die Genauigkeit der Zeitzweiten Summensignals ist, vorgesehen sind. verzögerung muß dabei mindestens etwa ein Viertel bis

55 zur Hälfte einer Schwingungsdauer der Resonanzfre-

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- quenz betragen.

net, daß Einrichtungen (27, 33, 43, 47) zur Filterung Um den Frequenzbereich der Verzögerungseinrich-

jedes ersten und zweiten demodulierten Signals vor- tungen, die vorzugsweise aus CCD-Leitungen bestehen,

gesehen sind, die die Summenkomponente des Si- in einem derartigen System auf ein realisierbares Maß

gnals herausfiltern, wobei die Einrichtungen zur ω für die Abbildung von Gegenstandspunkten in verschie-

Verzögerung (28, 34, 44, 48) jedes ersten und zwei- denen Bereichen zu beschränken, wurde bereits (US-PS

ten demodulierten Signals die ausgesiebte DC-Ein- 40 58 003) die Benutzung von zwei Anordnungen von

hüllende des ersten und zweiten demodulierten Si- Verzögerungsleitungen vorgeschlagen,

gnals verzögert. Weiterhin sind frequenzabhängige Verzögerungslei-

65 tungen in Form von mehreren CCD-Leitungen, die die

Ultraschallechos um ein vorbestimmtes Zeitintervall

verzögern, welches dem Abstand zwischen jeweils einem Wandler und einem Gegenstandspunki entspricht.