DE2924194B1 - Ultraschallgeraet fuer Sektorabtastung - Google Patents

Description

• Durch die US-PS 35 47 101 ist bereits ein Ultraschallgerät bekannt, das zur Sektorabtastung dient. Dementsprechend umfaßt dieses Gerät auch eine Antriebseinheit, mit deren Hilfe ein Ultraschallkopf geschwenkt werden kann. werden kann. Bei dieser Antriebseinheit handelt es sich jedoch speziell um einen Reibriemenantrieb, der also einen Elektromotor umfaßt, der mit einer Rotationsachse versehen ist, die an ihrem unteren Ende eine erste Riemenscheibe aufweist. Diese erste Riemenscheibe ist über einen Riemen mit einer zweiten Riemenscheibe verbunden, die am einen Ende jenes drehbaren Trägerschaftes angeordnet ist, der am anderen Ende den Ultraschallabtastkopf trägt. Als Antriebssystem zur Durchführung der Sektorschwenkbewegung dient demnach ein normaler Reibriemenantrieb. Vorliegende Erfindung geht jedoch aus von einem Ultraschallgerät für Sektorabtastung, bei dem die Schwenkbewegung des Ultraschallkopfes durch Schubkurbelantrieb getätigt werden soll. Schubkurbelantriebe haben nun aber gewöhnlich einen sinusförmigen Verlauf der Schwenkgeschwindigkeit des Ultraschallkopfes innerhalb des Winkelbereiches zur Folge. Dies bedeutet jedoch, daß im Winkelmittelbereich der Ultraschallkopf rascher geschwenkt wird als in den Außenbereichen. Ist die Folgefrequenz der Ultraschallimpulse konstant, so ergibt sich im Mittenbereich des Abtastsektors des geschwenkten Ultraschallstrahles also eine geringere Informationsdichte als in den Randbezirken. Dies ist unerwünscht, da sich normalerweise gerade auf den Mittenbereich das Hauptinteresse der Diagnostik konzentriert. Durch die DE-PS 14 66 912 ist bereits ein Ultraschall-Untersuchungsgerät für medizinische Diagnostik vorbekannt, bei dem ein Ultraschallkopf in der Brennlinie eines Parabelreflektors angeordnet ist. Bei Rotation des Schallkopfes um die Brennlinie und Aussendung von Ultraschallimpulsen in Richtung auf den Parabelreflektor ergibt sich nach Reflexion am Parabelreflektor ein Ultraschallaustritt in zueinander parallelen Zeilen. Der Einsatz des Parabelreflektors bringt es nun mit sich, daß bei gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit des rotierenden Ultraschallkopfes der am Reflektor reflektierte Strahl der Ultraschallimpulse senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung in den Randbezirken der Parabel mit größerer Geschwindigkeit als mit Mittelteil der Parabel parallel zu sich selbst verschoben wird. Dies hat zur Folge, daß die Informationsdichte im Mittenbereich der Parabel größer ist als in den Randbezirken. Zur Erzielung einer gleichförmigen Verschiebegeschwindigkeit auch des Ultraschallstrahles ist demnach zwischen rotierenden Ultraschallkopf und Antriebsmotor ein mechanisches Übersetzungsgetriebe angeordnet. Dieses umfaßt gemäß den Ausführungsformen der Fig. 7 bis 9 der DE-PS 14 66 912 scheiben- oder stabartige Drehkörper, von denen einer auf der Seite des Antriebes mit einem Führungsstift versehen ist, der in einen radialen Führungsschlitz des Drehkörpers auf der Abtriebsseite eingreift. Die Drehachsen der Drehkörper liegen auf solch geringem Abstand zueinander, daß beide noch innerhalb des vom Führungsstift des Antriebsdrehkörpers um dessen Drehachse beschriebenen Kreises liegen. Bei gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers mit Führungsstift wird am Drehkörper mit radialem Führungsschlitz eine solch ungleichförmige Rotationsbewegung erzeugt, die über eine Welle am rotierenden Ultraschallkopf zu einer Verzögerung der Verschiebegeschwindigkeit in den Randbezirken der Parabel führt. Die Verzögerung der Verschiebung in den Randbezirken bewirkt einen Angleich an die langsamere Verschiebungsgeschwindigkeit im Mittenteil des Parabelreflektors und es ergibt sich somit im wesentlichen gleichförmige Informationsdichte. Beim eingangs genannten Ultraschallgerät für Sektorabtastung mit Schubkurbelantrieb ergibt sich jedoch ein anderes Problem. Hier wird aufgrund der Sinusbewegung der Schubkurbel der Ultraschallkopf im Mittenbereich des Winkelbereiches rascher geschwenkt als in den Außenbereichen. Zur Erzielung gleichförmiger Ablenkbewegung muß also die sinusförmige Geschwindigkeit der Ablenkung in den Randbezirken des Sektorfeldes gegenüber einer gewählten Geschwindigkeit im Mittenbereich angehoben werden.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, für ein Ultraschallgerät speziell für Sektorabtastung mit Schubkurbelantrieb ein solches Übersetzungsgetriebe zu bauen, das im vorstehenden Sinne also eine Erhöhung der sinusförmigen Schwenkgeschwindigkeit in den Randbezirken des Abtastsektors zur Erzielung optimaler konstanter Informationsdichte im gesamten Abtastsektor gewährleistet.
• Die Aufgabe wird bei einem Ultraschallgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Ultraschallkopf und Schubkurbel ein Übersetzungsgetriebe mit wenigstens zwei um je eine separate Schwenkachse innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereiches schwenkbaren Schwenkkörpern vorhanden ist, von denen einer an der zugehörigen Schwenkachse den Ultraschallkopf trägt und von denen, wie an sich für Drehscheiben mit Volldrehung bekannt, wenigstens ein Schwenkkörper eine sich radial erstrekkende Führung für einen am anderen Schwenkkörper angeordneten Führungsstift aufweist, wobei jedoch speziell der Schwenkkörper auf der Antriebsseite der Schubkurbel mit der Führung versehen ist, während jener Schwenkkörper, der auf der Abtriebsseite den Ultraschallwandler trägt, den Führungsstift beinhaltet, und wobei die Schwenkachse des Schwenkkörpers auf der Antriebsseite in Abstand zur Schwenkachse des Schwenkkörpers auf der Abtriebsseite jenseits jenes Kreisbogens liegt, den der Führungsstift bei Schwenkung des ihn tragenden Schwenkkörpers um dessen Schwenkachse beschreibt Das Übersetzungsgetriebe sorgt dafür, daß die Sinusauslenkung des Schubkurbelantriebes in eine Trapezform umgewandelt wird. Die Trapezform der Winkelgeschwindigkeit des Ultraschallkopfes bewirkt jedoch weitgehend gleichmäßige Schwenkbewegung des Schallkopfes über den gesamten Winkelbereich des Abtastsektors. Die Informationsdichte ist damit über den gesamten Abtastsektor optimal.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird bezüglich des Schwenkkörpers auf der Abtriebsseite der Abstand zwischen Führungsstift und Schwenkachse größer gewählt als der Abstand zwischen Führungsstift und Schwenkachse des Schwenkkörpers auf der Antriebsseite, betreffend eine solche Relativstellung beider Schwenkkörper, bei der beide Schwenkachsen und der dazwischenliegende Führungsstift auf einer Geraden liegen. Die beiden Abstände sollten ferner in bevorzugter Ausführungsform in einem bestimmten Verhältnis R2/R1 zueinander stehen, das für einen Winkelbereich von etwa 800 des Abtastsektors im Bereich 1,3 bis 1,4 liegt, vorzugsweise 1,34 beträgt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist dann zur Änderung des Winkelbereiches, insbesondere zu schmaleren Sektoren, das Verhältnis R 2/R 1 aus beiden Abständen durch Änderung des Abstandes zwischen den Schwenkachsen beider Schwenkkörper aufgrund Verschiebung der Achsen relativ zueinander änderbar.
• Die Änderung kann in besonders einfacher Weise durch Veränderung des Teilabstandes R 1 zwischen Schwenkachse des antriebsseitigen Schwenkkörpers und Führungsstift des abtriebsseitigen Schwenkkörpers erfolgen. Zur Eingrenzung des Winkels auf Werte zwischen 100 bis 400 sollte der Teilabstand R 1 bis etwa auf 1/6 seines obigen Optimalwertes kürzbar sein. Der Abstand ist in besonderer Weise während der Sektorabtastung änderbar, insbesondere durch Ein- und Wiederausschalten eines entsprechenden motorischen Getriebes. Damit ist eine dynamische Anpassung der Gestalt des Abtastsektors an unterschiedliche physiologische gegebenheiten während der Untersuchung ständig möglich.
• Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen.
• Es zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Ultraschallgerät gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine teilperspektivische Darstellung eines Ultraschallgerätes entsprechend Fig. 1.
• In den F i g. 1 und 2 ist ein Ultraschallkopf 1 an einer Schwenkachse 2 schwenkbar gehaltert. Die Schwenk- achse 2 ist mit einem Schwenkarm 3 verbunden, der am nicht mit der Schwenkachse 2 verbundenen Ende einen Führungsstift 4 trägt. Der Führungsstift 4 sitzt längsverschiebbar in einem Schlitz 5 eines zweiten Schwenkkörpers 6, der um eine Schwenkachse 7 schwenkbar ist. Am äußersten oberen Ende dieses Schwenkkörpers 6 greift in einem Anlenkpunkt 8 eine Schubstange 9 an, die von einem Motor 10 betätigt wird, der sich mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit u dreht. Die Schubstange 9 samt Motor 10 stellen also einen Schubkurbelantrieb für den Schwenkkörper 6 dar.
• Der Schwenkkörper 6 auf der Antriebsseite und der mittels Führungsstift 4 in den Führungsschlitz 5 des ersten Schwenkkörpers 6 eingreifende Schwenkarm 3 als Schwenkkörper auf der Abtriebsseite bilden zusammen ein Ubersetzungsgetriebe für den Ultraschallkopf 1. Der spezielle Aufbau dieses Übersetzungsgetriebes bringt es mit sich, daß beim Schwenken des Schwenkkörpers 6 in einem Winkelbereich der Führungsstift 4 durch Längsverschiebung im Schlitz 5 in der in F i g. 1 dargestellten Weise entlang einem Kreisbogen geschwenkt wird. Dieser Kreisbogen weist einen Radius R 2 (etwa Länge des Schwenkarmes 3) auf und hat die Schwenkachse 2, an der der Ultraschallkopf 1 gehaltert ist, als Mittelpunkt. Aufgrund der so erzwungenen Schwenkbewegung des Schwenkarmes 3 wird auch der Ultraschallkopf 1 um die Schwenkachse 2 geschwenkt.
• Es ergibt sich ein Abtastsektor 11 mit dem Winkel W, der durch die Randungen 11 und 13 eingegrenzt ist. Mit 14 ist ein Ultraschallabtaststrahl bei Mittenstellung des Ultraschallkopfes 1 im Abtastsektor 11 angedeutet. In dieser Mittenstellung des Schallkopfes befinden sich Schwenkachse 2 des Schwenkarmes 3, Führungsstift 4 und Schwenkachse 7 des antriebsseitigen Schwenkkörpers 6 auf einer Geraden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt der Führungsstift 4 auf dieser Geraden zwischen der Schwenkachse 2 und der Schwenkachse 7. Die Schwenkachse 7 befindet sich also jenseits des Kreisbogens, den der Führungsstift 4 bei Schwenken des Schwenkarmes 3 beschreibt. Der Abstand des Führungsstiftes 4 in dieser speziellen Lage zur Schwenkachse 7 beträgt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, R 1. Wie aus beiden Figuren deutlich hervorgeht, ist der Abstand R 2 größer als der Abstand R 1. Das Verhältnis R 2/R 1 aus beiden Abständen definiert nun je nach gewähltem Wert einen bestimmten Schwenkwinkelbereich ip des Ultraschallkopfes 1. Im vorliegenden Falle ist für einen Schwenkwinkelbereich von etwa kr=80" das Verhältnis R 2/R 1=1,34 gewählt. Ausgehend von diesem Verhältnis läßt sich jedoch, wie wiederum in Fig. 2 durch den Verschiebepfeil 17 angedeutet, der Abstand der Schwenkachse 7 des antriebsseitigen Schwenkkörpers 6 in Richtung auf die Schwenkachse 2 des Schwenkarmes 3 auf der Abtriebsseite verkürzen. Damit wird der Abstand R 1 der Schwenkachse 7 zum Führungsstift 4 verkürzt. Die Anordnung der Fig. 1 und 2 ist so konzipiert, daß der Teilabstand R 1 bis etwa auf 1/6 seines Optimalwertes kürzbar ist Hierdurch wird eine Eingrenzung des Winkels qp auf Werte im Bereich 100 bis 400 erreicht. Mit dem Gerät nach den F i g. 1 und 2 läßt sich also der Abstand noch während der Sektorabtastung ändern, so daß also bei ununterbrochenem Abtastvorgang der Sektor an möglicherweise veränderte physiologische Gegebenheiten, die eine Verengung und anschließend evtl. wieder eine Erweiterung des Sektors erfordern, jederzeit optimal anpaßbar ist. Die in F i g. 2 nur prinzipiell durch den Bewegungspfeil 17 angedeutete Möglichkeit der Abstandsveränderung wird in der Praxis durch ein entsprechendes motorisches Getriebe vorgenommen werden, das beispielsweise zwischen den Drehlagern 15 und 16 für die Schwenkachsen 2 und 7 im Sinne einer Verkürzung des Abstandes R 1 angreift. Die Eintastung auf erwünschte Sektorwinkel kann durch Ein- und Wiederausschalten des motorischen Getriebes geschehen.
• Die spezielle Konzeption des Übersetzungsgetriebes gewährleistet, daß bei Antrieb des Schwenkkörpers 6 durch die Schubkurbel 9 des Schubkurbelantriebes 9, 10 die an sich hierdurch hervorgerufene Schwenkbewegung mit sinusförm ger Winkelgeschwindigkeit sp in eine Schwenkbewegung des Ultraschallkopfes 1 umgewandelt wird, die einen trapezförmigen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit (p aufweist. Damit ist gemäß der Erfindung erreicht, daß die an sich sinusförmige Schwenkgeschwindigkeit in den Randbezirken des Abtastsektors gegenüber einer gewählten Schwenkgeschwindigkeit im Mittenbereich erhöht ist, wodurch gewährleistet ist, daß die Informationsdichte im gesamten Abtastsektor bei Abtastung mit dem Ultraschallkopf optimal konstant ist.
• Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 und 2 ist, wie dargelegt, die Führung 5 des antriebsseitigen Schwenkkörpers 6 als Schlitz ausgebildet, in den der Führungsstift 4 in Längsrichtung des Schlitzes verschiebbar eingreift. Ebensogut ist jedoch eine Modifizierung des Ausführungsbeispiels dahingehend möglich, daß die Führung ein Längsstab ist, der in eine Bohrung eines drehbaren Führungsstiftes entlang dieser Bohrung verschiebbar eingreift. Da eine solche Ausführungsform im Prinzip lediglich die Umkehr des Eingriffsprinzips der F i g. 1 und 2 darstellt, ist auf #eine gesonderte Abbildung verzichtet.

Claims (12)

1. Patentansprüche: 1. Ultraschallgerät für Sektorabtastung mit Ultraschallkopf, der durch Schubkurbelantrieb mit bestimmter Winkelgeschwindigkeit um eine Schwenkachse innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereiches periodisch schwenkbar gehaltert ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zwischen Ultraschallkopf (1) und Schubkurbel (9) ein Übersetzungsgetriebe mit wenigstens zwei um je eine separate Schwenkachse (2 bzw. 7) innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereiches (# bzw. qp) schwenkbaren Schwenkkörpern (3 bzw. 6) vorhanden ist, von denen einer (3) an der zugehörigen Schwenkachse (2) den Ultraschallkopf (1) trägt und von denen, wie an sich für Drehscheiben mit Volldrehung bekannt, wenigstens ein Schwenkkörper eine sich radial erstreckende Führung für einen am anderen Schwenkkörper angeordneten Führungsstift aufweist, wobei jedoch speziell der Schwenkkörper (6) auf der Antriebsseite der Schubkurbel (9) mit der Führung (5) versehen ist, während jener Schwenkkörper (3), der auf der Abtriebsseite den Ultraschallwandler (1) trägt, den Führungsstift (4) beinhaltet, und wobei die Schwenkachse (7) des Schwenkkörpers (6) auf der Antriebsseite in Abstand (R 1 + R 2) zur Schwenkachse (2) des Schwenkkörpers (3) auf der Abtriebsseite jenseits jenes Kreisbogens liegt, den der Führungsstift (4) bei Schwenkung des ihn tragenden Schwenkkörpers (3) um dessen Schwenkachse (2) beschreibt.
2. 2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des Schwenkkörpers (3) auf der Abtriebsseite der Abstand (R 2) zwischen Führungsstift (4) und Schwenkachse (2) größer gewählt ist als der Abstand (R 1) zwischen Führungsstift (4) und Schwenkachse (7) des Schwenkkörpers (6) auf der Antriebsseite, betreffend eine solche Relativstellung beider Schwenkkörper (3, 6), bei der beide Schwenkachsen (2, 7) und der dazwischenliegende Führungsstift (4) auf einer Geraden liegen.
3. 3. Ultraschallgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Winkelbereich (q) von etwa 800 des Abtastsektors (11) das Verhältnis (R 2/R 1) aus beiden Abständen im Bereich 1,3 bis 1,4 liegt, vorzugsweise 1,34 beträgt.
4. 4. Ultraschallgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung des Winkelbereiches (p), insbesondere zu schmaleren Sektoren, das Verhältnis (R 2/R 1) aus beiden Abständen durch Änderung des Abstandes (R 1+ R 2) zwischen den Schwenkachsen (2, 7) beider Schwenkkörper (3, 6) aufgrund Verschiebung (17) der Achsen relativ zueinander änderbar ist.
5. 5. Ultraschallgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung durch Veränderung des Teilabstandes (R 1) zwischen Schwenkachse (7) des antriebsseitigen Schwenkkörpers (6) und Führungsstift (4) des abtriebsseitigen Schwenkkörpers (5) erfolgt.
6. 6. Ultraschallgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilabstand (R 1) bis etwa auf 1/6 seines Optimalwertes (Anspruch 3) kürzbar ist.
7. 7. Ultraschallgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abstandsverkürzung des Abstandes (R 1) auf etwa 1/6 des Optimalwertes eine Eingrenzung des Winkels im Winkelbereich zwischen 10 bis 40° erreichbar ist.
8. 8. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand während der Sektorabtastung änderbar ist, insbesondere durch Ein- und Wiederausschalten eines entsprechenden motorischen Getriebes.
9. 9. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jene Relativstellung, bei der die Schwenkachsen (2, 7) und der dazwischenliegende Führungsstift (4) auf einer Geraden liegen, die Mittenstellung des Ultraschallkopfes (1) in jenem Ultraschallabtastsektor (11) festlegt, der durch die Schwenkbewegung des Ultraschallkopfes (1) um die Schwenkachse (2) des abtriebsseitigen Schwenkkörpers (3) vorgegeben ist.
10. 10. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkkörper (3 bzw. 6) des Übersetzungsgetriebes beliebig Scheiben-, Scheibensegment- oder auch Stabform aufweisen können.
11. 11. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) des antriebsseitigen Schwenkkörpers (6) ein Schlitz ist, in den der Führungsstift (4) in Längsrichtung des Schlitzes verschiebbar eingreift.
12. 12. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung ein Längsstab ist, der in eine Bohrung eines drehbaren Führungsstiftes entlang dieser Bohrung verschiebbar eingreift.

    Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallgerät für Sektorabtastung mit Ultraschallkopf, der durch Schubkurbelantrieb mit bestimmter Winkelgeschwindigkeit um eine Schwenkachse innerhalb eines vorgebbaren Winkelbereiches periodisch schwenkbar gehaltert ist.