DE2945793A1 - Ultraschall-abbildungsvorrichtung - Google Patents

Ultraschall-abbildungsvorrichtung

Info

Publication number
DE2945793A1
DE2945793A1 DE19792945793 DE2945793A DE2945793A1 DE 2945793 A1 DE2945793 A1 DE 2945793A1 DE 19792945793 DE19792945793 DE 19792945793 DE 2945793 A DE2945793 A DE 2945793A DE 2945793 A1 DE2945793 A1 DE 2945793A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit
transducer
group
imaging device
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19792945793
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Cribbs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Western Atlas Inc
Original Assignee
Litton Industrial Products Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Litton Industrial Products Inc filed Critical Litton Industrial Products Inc
Publication of DE2945793A1 publication Critical patent/DE2945793A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8977—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using special techniques for image reconstruction, e.g. FFT, geometrical transformations, spatial deconvolution, time deconvolution
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52044—Scan converters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52053—Display arrangements
    • G01S7/52057—Cathode ray tube displays
    • G01S7/5206—Two-dimensional coordinated display of distance and direction; B-scan display

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Abbildungsvorrichtung der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art.
Ultraschall-Abbildungsvorrichtungen dieser Art erzeugen ein sogenanntes B-Rasterbild, das heißt eine zweidimensionale Abbildung einer durch ein Objekt gehenden Ebene. Dieses B-Rasterbild hat einen Graupegel, welcher der jeweiligen Intensität der von entsprechenden Stellen reflektierten Ultraschallechos entspricht. Ein zu untersuchendes Objekt wird mit Ultraschallimpulsen durchstrahlt, und Unregelmäßigkeiten sowie Diskontinuitäten in dem Objekt führen zu entsprechenden Echos, die in elektrische Signale umgesetzt werden, welche nach Verarbeitung das B-Rasterbild ergeben.
Bei der herkömmlichen B-Rasterbildmethode wird ein schmaler Strahl in das abzugebende Objekt abgegeben und der Wandler dabei mechanisch so fixiert, daß die Strahl-r mitte in einer Ebene bleibt. Es werden im allgemeinen kurze Impulse abgegeben, jedoch können sie breitbandig sein. Auf der Bildoberfläche entsteht ein gerades Linienraster . Es beginnt bei der maßstablichen Wandlerposition gleichzeitig mit der Impulsaussendung vom Wandler. Das Raster schreitet in der maßstablichen Strahlrichtung mit einer Geschwindigkeit fort, die der Hälfte der maßstablichen Schallgeschwindigkeit in dem zu untersuchenden Objekt entspricht. Durch die vom Wandler empfangenen Echos wird das Raster intensiviert und mit bleibenden Markierungen im B-Rasterbild versehen.
030021/0859
ORIGINAL INSPECTED
EPL 76-5
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER LlttOn
Bekanntlich hängt bei derartigen Ultraschallsystemen oder Radargeräten der Auflösungsbereich von der Signalbandbreite ab, und die Breitenauflösung richtet sich nach dem Abstrahl- und Empfangswinkel von Antenne bzw. Wandler. In Verbindung mit Fig. 1 können bei gleicher Querposition zwei Targets oder Ziele mit einem Entfernungsunterschied AR aufgelöst werden, wenn
AR= V
2B '
10
Darin ist V die Ausbreitungsgeschwindigkeit und B die Bandbreite des Signals bzw. Impulses.
Gemäß Fig. 2 können zwei Targets in der gleichen Entfernung dann aufgelöst werden, wenn ihr seitlicher Abstand mindestens
_ 1.22 VX
Af
Darin ist X die Entfernung zwischen Wandler und Target, f die Signalfrequenz, A der öffnungswinkel oder Durchmesser von Wandler bzw. Antenne, und V die Ausbreitungsgeschwindigkeit .
Dabei ist zu beachten, daß S nicht kleiner als AR sein darf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ultraschall-Abbildungsvorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, die eine hohe Auflösung besitzt.
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung besteht darin, daß ein Ultraschallstrahl die gesamte Bildebene "ausleuchtet", und die Bewegungsbahn des Wandlers kann willkürlich gewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den Wandler über eine komplexe Oberfläche eines zu untersuchenden und darzustellenden Gebietes hinwegzubewegen. Das abgegebene Signal kann ein kurzer Impuls oder ein anderes breitbandiges Signal sein.
Bei einer ersten erfindungsgemäßen Methode der Signalverarbeitung wird ein kreisförmiges Raster erzeugt, welches an der maßstablichen Position des zylindrischen Wandlers gleichzeitig mit der Impulsaussendung beginnt. Während sich der Impuls radial ausbreitet, expandiert auch das kreisförmige Raster im Maßstab mit der halben Schallgeschwindigkeit. Bei Verwendung kurzer Impulse werden die Hüllkurven der empfangenen Echos abgetastet und differenziert. Die benutzte Aufzeichnungsoberfläche wird anfänglich auf einen mittleren Grauton eingestellt, und wenn der gewonnene Signalwert positiv ist, schreibt der Rasterstrahl einen Kreisbogen. Ist das Ergebnis negativ, dann wird ein Kreisbogen gelöscht. Auf diese Weise wird ein Bild erstellt.
In vielen praktischen Anwendungsfällen kann das Raster wegen der endlichen Bandbreite der Ablenkschaltung nicht schnell genug hergestellt werden. In diesem Fall müssen die Echos entweder in einem analogen oder einem digitalen Speicherregister gespeichert und mit einer Geschwindig-
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
keit in die Schreib-ZLöschelektronik eingetaktet werden, die für die Bildherstellung realisierbar ist.
Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Methode der Signalverarbeitung werden der gleiche Wandler mit gleicher Strahlausbreitungs- und Impulsform verwendet. Die Bildherstellung erfolgt jedoch in zwei Schritten. Beim ersten Schritt wird die differenzierte Umhüllende in einen Speicher eingeschrieben.
10
Wenn der Speicher ein Rasterbildumsetzer ist, dann entspricht die Horizontal-Rasterposition der Anzahl der seit Beginn der Abtastung ausgesandten Impulse. Das Vertikalraster beginnt gleichzeitig mit der Impulsaus-Sendung und schreitet vertikal im wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit fort.
Bei jedem Impuls werden die Horizontal- und Vertikalkoordinaten des Wandlerzentrums in Digitalkoordinaten umgewandelt und in einem Digitalspeicher gespeichert. Ein Raster zum Auslesen dieser Daten wird auf folgende Weise erzeugt:
Der Graupegel des Bildes in kartesischen Koordinaten (x, y) in der dargestellten Bildebene wird bestimmt durch Integration des Ausgangs des die Daten überquerenden Leserasters. Dieses Leseraster bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit in Horizontalrichtung über die Daten hinweg. Die Vertikalposition des Leserasters beträgt zum Zeitpunkt des η-ten Impulses nach Beginn der Datensammlung
V = V(x-x ) + (y-y„) η * η η
35
030021/0859
TCR MEER - MÜLLER STEINMEtSTER
EPL 76-5 Litton
Darin sind χ und y die x/y-Koordinaten des Wandlers zum Zeitpunkt den η-ten Impulses.
Die x- und y-Koordinaten des Bildes werden auf Fernsehformat umgesetzt. Das integrierte Signal moduliert die Intensität der Bildoberfläche, und so entsteht das gewünschte Bild.
Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung aufweisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
eine isometrische Darstellung eines untersuchten Körpers,
Fig. 1B einen Schnitt durch die Abbildungsebene von Fig. 1A,
eine graphische Darstellung von erfindungsgemäß auf eine Speicheroberfläche geschriebenen Daten,
Fig. 3 ein Impulsdiagramm zu empfangenen Echos,
und 4B Perspektivdarstellungen von in Verbindung mit dem Bildwiedergabesystem verwendeten Wandlern,
ein Blockschaltbild eines Bildwiedergabesystems, Fig. 6 eine andere Art des Einschreibens von Daten in
eine Speicheroberfläche, und
Fig. 7 und 8 Blockschaltbilder verschiedener Schaltungen zum Auslesen von Daten aus der Speicheroberfläche gemäß Fig. 6.
30
Fig. 1A
Fig. 1B
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4A
Fig. 5
Fig. 6
Bei der Untersuchung eines in Fig.1A perspektivisch und in Fig. 1B geschnitten dargestellten Objektes 16, welches ein Target 10 in einer Ebene 12 enthält, wird ein Wandler 14 von einer Position 1 auf einer Oberflächen-
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
bahn 18 über die Objektoberfläche bis zu einer Position geführt und gibt dabei Ultraschallimpulse ab. Diese Impulse breiten sich kreisförmig in einer Ebene aus, in deren Mitte der Wandler liegt. Bei Position 1 kommt ein Echo nach einer Laufzeit von
T =
zu dem Wandler zurück. In dieser Gleichung ist d.. die Entfernung vom Wandler zum Reflektor, und V die Schallausbreitungsgeschwindigkeit. Das in Position 1 zurückkehrende Echo enthält lediglich die Information, daß sich ein Reflektor irgendwo in einem Kreis mit dem Radius d1 befindet, dessen Mitte in Position 1 liegt, bezogen auf kartesische Koordianten (x. , y.,).
Eine in Fig. 2 dargestellte Speicheroberfläche 20 ist zum Einschreiben eines Bildes in mittlerem Grauton präpariert. Das Bild beginnt mit dem Beschreiben eines Kreisbogens 22 auf der Oberfläche einer Speicherröhre vom Radius r1 und Mitte x1, y', wobei r'=Cr, x'=Cx, Y'=Cy usw. ist. C ist ein Maßstab zum Ausfüllen der Speicheroberfläche mit dem Bild. Der Schreibstrahl ist so eingestellt, daß der bereits vorhandene 50%-ige Grauton nur um wenige Prozent ansteigt. Ein zweiter Kreisbogen 24 mit gleichem Mittelpunkt, aber einem größeren Radius r'+Ar' wird dann gelöscht, wobei der Strahl so eingestellt ist, daß der gleiche Grautonanteil gelöscht wie beim ersten Kreisbogen geschrieben wird. Die Differenz zwischen den beiden Kreisbögen Ar' ist ziemlich beliebig, jedoch erzielt man bei den meisten modernen Ultraschallsystemen die beste Auflösung bei einer Wellenlänge .
030021/0859
TCR MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER
EPL 76-5
Litton
- 10 -
Der Schreib-VLOsch-Intensitatspegel wird durch die Echoamplitude bestimmt. Ein typisches Echo zeigt Fig.3. Eine Umhüllende 32 des Signals wird geformt und graphisch differenziert, siehe Kurve 34. Der Bereich über der Null-Linie 36 von Fig. 3 ist dem Schreibpegel des Bogens 22 von Fig. 2, und der Bereich unterhalb der Null-Linie 36 von Kurve 34 dem Löschpegel zugeordnet.
Ein in Verbindung mit der Erfindung benutzter Wandler 40 ist gemäß Fig. 4 entweder ein piezoelektrischer Zylinder 42 oder ein ähnlicher Zylinderabschnitt 44. Der Zylinder hat zur Abgabe des Ultraschallsignals aus seiner Bildebene in den interessierenden Bereich etwa folgende Länge: L=RX.
Darin ist R der Columinier-Abstand von dem Wandler und λ die Schallwellenlänge.
Die Dicke 46 des Wandlers entspricht etwa einer halben Wellenlänge, und die Mitte des Wandlers ist mit einem schallabsorbierenden Material 48 gefüllt.
Wenn der Wandler eine Flüssigkeit durchstrahlen und beiderseits der Schallausbreitungsbahn ein Bild aufnehmen soll, dann kann er die Form des Zylinders 42 haben. Die abgeschnittene Zylinderform 44 wird verwendet, wenn das zu ermittelnde Objekt einseitig der Schallausbreitungsbahn liegt.
Im Betrieb gibt der Wandler Impulse mit konstanter Folge pro Bewegungsstrecke ab. Gute Resultate werden bei etwa 1000 Impulsen pro Bild erzielt, das ergibt 1000 Schreibund 1000 Lösch-Kreisbögen pro Target. Die in Fig. 2 dargestellten Kreisbögen gehören zu drei typischen Impulsen.
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
- 11 -
Jedes Echo wird wie vorstehend beschrieben behandelt. Die Schreib-Kreisbögen 26 und 28 haben ihre Mitten bei entsprechend gelegenen Focalpositionen 2 und 3, und ihr Radius ist gleich dem Abstand zwischen der Wandler-Focalposition und dem Reflektor. Die Löschkreisbögen 26' und 28' sind ähnlich Kreisbogen 24. Sämtliche Schreibkreise schneiden sich auf der Speicheroberfläche 20 an einer dem Target 10 entsprechenden Position, und dies ergibt einen weißen Punkt. Aufgrund von Löschmarken kann um diesen Punkt herum ein schwarzer Bereich gebildet sein. Alls übrigen Teile des Schirms bzw. der Speicherfläche, wo sich Lösch- und Schreib-Markierungen gegenseitig auslöschen, bleibt ein mittlerer Grauton. Am Ende können je ein Lösch- und ein Schreibkreis übrig bleiben, aber die stören nicht, weil sie den durchgehenden Grauton nur um wenige Prozent verändern. Vorzugsweise wird der Lesestrahl so justiert, daß mittleres Grauschwarz und Weiß = Weiß ist. So wird nur der über mittlerem Grau liegende Bildabschnitt betrachtet.
20
Der erwähnte weiße Punkt entspricht dem Target, und mehrere vorhandene Targets werden entsprechend dargestellt. Auch ein nicht-punktförmiges ausgedehntes Target wird entsprechend abgebildet, weil dann die Tangente des Schreib-Kreisbogens an dem Target "abrollt" und nicht durch den Löschkreis ausgelöscht wird. So entsteht ein Querschnittsbild.
Bei der zuvor beschriebenen Ein-Schritt-Methode wird vorzugsweise ein System der in Fig. 5 als Blockschaltbild dargestellten Art verwendet, jedoch können mit Hilfe von Digitalelementen und entsprechenden Techniken auch gleichwertige Systeme geschaffen werden.
030021/0859
■■ifIf·1··
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
- 12 -
10
Ein wesentliches Element der Erfindung ist die Oberfläche, auf der das Bild entsteht. Es wird entweder ein einseitiger (ein Strahl für das Schreiben, Löschen und Lesen), oder ein doppelseitiger (Schreib- und Löschstrahl auf einer Seite der Schreiboberfläche, und Lesestrahl auf der anderen Seite) Abtastwandler benutzt. Wenn auf einen Lesestrahl verzichtet wird, kann eine Speicheroszillographenröhre mit selektiver Löschmöglichkeit verwendet werden, jedoch haben Röhren dieser Art derzeit eine zu geringe Auflösung und Dynamik im Graubereich, sie ergeben keine Bilder mit hoher Qualität. Dem Stand der Technik gemäß kann ein Digital-Abtastwandler verwendet werden.
Bei diesem Abtastwandlertyp wird die Schreiboberfläche auf einem Fernseh-Monitor dargestellt, in dem man dem System einen Befehl "Fernseh-Darstellung" gibt.
Mit Hilfe eines Fernseh-Schreibkommandos wird die Video-Eingangsspannung so eingestellt, daß der Bildschirm einen mittleren Grauton zeigt, wie er für die Schreiboberfläche benötigt wird. Der Schreibvorgang erfolgt im Standard-Fernsehraster, und durch Defokussierung des Schreibstrahls wird vermieden, daß einzelne Rasterlinien sichtbar sind.
Der gemäß Fig. 5 erfindungsgemäß benutzte Wandler 120 gibt einen im wesentlichen zylindrischen Strahl ab und kann einen piezoelektrischen Zylinder enthalten, wie oben beschrieben. Der Wandler kann intern oder extern fokussiert sein; ein externer Fokus wird bevorzugt, wenn beispielsweise in einem Medium wie Wasser ein Objekt wie Stahl dargestellt werden soll. In diesem Falle wird der Fokuspunkt vorzugsweise in den Grenzbereich zwischen beiden Medien gelegt.
030021/0859
TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER
EPL 76-5 L·?tton
- 13 -
Im vorliegenden Fall hat der Wandler 120 entsprechend einer Resonanz bei 2 MHz einen Radius von etwa 12,5mm und eine Länge von etwa 25mm. Der in Fig.4 dargestellte Wandler 48 erzeugt einen Strahl 50, der hauptsächlich zwischen zwei senkrecht zur Wandlerachse verlaufenden Ebene liegt, und der Strahl hat eine endliche Breite senkrecht zu der Ebene. Die Axiallänge des Wandlers wird nach oben angegebenen Gesetzen festgelegt.
Das in Fig. 5 dargestellte Bildwiedergabesystem enthält Elemente aus handelsüblichen Ultraschallanlagen: Binen Impulsgeber 102, einen Taktgeber 104, einen Empfänger 106 mit Verstärker, eine Verstärkungsregelung 108, einen Sägezahngenerator 110 und eine oszillographische A-
15 Anzeige 112.
Zusätzlich ist ein Rastergenerator zur Erzeugung von x- und y-Ablenksignalen während der Bildformung vorhanden, und dieser wird gebildet durch einen langsamen Sägezahngenerator 122, einen Reziprokwert-Generator 124, einen zweiphasig spannungsgesteuerten Oszillator 126, einen Wandler-Positionsmelder 128, eine Vervielfacherschaltung 100 und eine Additionsschaltung 132.
Der Wandler-Positionsmelder 128 gibt zwei den kartesischen Koordinaten des Fokuspunktes des Wandlers proportionale Spannungen ab. Im einfachsten Falle wird der Wandler entlang einer Leitspindel bewegt, die jeweilige Position ist dann die x-Koordinate, während sich die y-Koordinate nicht ändert. Die Anzahl der Impulse pro zurückgelegter Streckeneinheit des Wandlers muß annähernd konstant sein. Zu diesem Zwecke werden die Impulse mit einer konstanten Impulsfolge abgegeben und der Wandler mit konstanter Geschwindigkeit
35 bewegt.
030021/0859
TCR MEER - MÜLLER . STEINMEISTER
EPL 76-5 Litton
- 14 -
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Spannungen zum Positionieren des Schreib- und Löschstrahls von links nach rechts zwischen -0,5V bis +0,5V, und für die Auslenkung des Videostrahls von unten nach oben von -0,4V bis +0,4V gewählt. Während die Leitspindel den Wandler von links nach rechts bewegt, gibt der Positionsmelder ein Signal von +0,4V bis -0,4V ab, während eine Spannung von +0,3V für die y-Koordinate konstant bleibt, weil sämtliche Targets unterhalb der Abtastlinie liegen.
Der langsame Sägezahngenerator 122 erzeugt eine ansteigende Spannung, welche die Entfernung von der Mitte des Wandlers bis zu dem abzubildenden Punkt repräsentiert.
Der zweiphasige Oszillator 126 erzeugt zwei Sinusspannungen, die 90° außer Phase liegen und auf diese Weise in Verbindung mit x- und y-Ablenkschaltungen ein kreisförmiges Raster ergeben. Für kleine Durchmesser muß die Kreisfrequenz hoch, und für große Kreise niedrig sein, um eine konstante Schwenkrate auf der Schreiboberfläche zu erzielen. Dies wird erreicht durch Erzeugung einer 1/V proportionalen Spannung, mit welcher die Frequenz des zweiphasigen Oszillators 126 kontrolliert wird. Bei 180 wird der Ausgang dieses Oszillators durch die ansteigende Spannung von dem langsamen Sägezahngenerator 122 multipliziert, um ein dieser ansteigenden Spannung proportionales Kreisraster zu erzielen.
Die den x- und y-Wandlerpositionen proportionale Spannung vom Positionsmelder 128 wird dann bei 132 zu den Sinusschwingungen des Oszillators 126 addiert, und
030021/0859
EPL 76-5
TER MEER MÜLLER - STEINMEISTER LlttOIl
- 15 -
294S793
die so gebildeten Signale sind expandierende Kreise, deren Mittelpunkte der x-/y-Position des Wandlers entsprechen. Diese Signale bilden die x- und y-Ablenksignale während der Bildformung.
Das von dem untersuchten Körper empfangene Echosignal durchläuft einen Hüllkurvenabtaster 140 und eine Differenzierstufe 142, um die in Fig.3 dargestellten Signale zu erhalten.
10
Die Intensitäts-(z)Achse des System-Abtastwandlers wird durch das empfangene Echo gestaltet, welches im Hüllkurvenabtaster ermittelt wird. Dieser löst ein Schreibkommando für einen Kreis aus. Nach einer Wartezeit wird ein Löschkreis ausgelöst. Dämpfungsglieder in den Schreib- und Löschleitungen gleichen diese Signale so aus, daß durch Schreiben und Löschen gleiche Effekte erzielt werden.
Der Impulstaktgeber 104 ist nicht kritisch, die Impulsfolge muß nur niedrig genug sein, damit Entfernungs-Zweideutigkeiten vermieden werden. Beim vorliegenden Beispiel wurden 1000 Impulse pro Sekunde benutzt.
Der Impuls löst den schnellen Sägezahngenerator 110 aus, dessen Särezahnausgangsspannung 110a mit dem Ausgang des langsamen Sägezahngenerators 122 verglichen wird. Bei Übereinstimmung wird eine Komparator-Schreib/Lösch-Sequenz aufgezeichnet. Da das Echo bei jedem Sendevorgang nur für eine Entfernung ausgewertet wird, müssen mehrere hundert Impulse in jeder Wandlerposition ausgesandt werden.
030021/0859
EPL 76-5 Litton
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
- 16 -
Im Rahmen der Erfindung sind gegenüber dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel viele Abwandlungen möglich. Durch Speicherung der empfangenen Echos in einen Speicher ist eine schnellere Bilddarstellung möglich.
Dann hätten der langsame und der schnelle Sägezahn die gleiche Folgefrequenz. Die Hiederholgeschwindigkeit für den langsamen Sägezahn wäre begrenzt durch die Grenz-Schwenkgeschwindigkeit des Abtastwandlers. Beispielsweise bei einer Frequenz-Grenze von 50OkHz sowie 500
Entfernungsauflösungselementen sowie Impulsen von 500
Wandlerpositionen würde dann jedes Raster einen Zeitraum von 6 Sekunden und nicht von 6 χ 500 = 3000 Sekunden beanspruchen .
Bei dem oben erwähnten Zwei-Schrittverfahren sind
Wandler, Strahlform. Signal und Abtastbahn die gleichen wie beim Ein-Schrittverfahren. Das Aufzeichnungsraster für die Ultraschalldaten erzeugt kein Bild, sondern einen Zwischenspeicherbereich. Die Daten werden durch einen Leserasterstrahl gelesen, verarbeitet und dann auf einen zweiten Abtastwandler als Bild umgesetzt. Der Vorteil des Zwei-Schrittverfahrens liegt darin, daß die Daten schnell gesammelt und in einem einfachen Format aufgezeichnet werden können.
Beim ersten Schritt werden die Daten in dem in Fig. 6 dargestellten Format auf die Aufzeichnungsoberfläche geschrieben. Die Horizontalrasterposition H entspricht der Anzahl der seit Beginn der Datensammlung ausge sandten Impulse. Ein Vertikal-Sägezahn startet bei der Impulsabgabe und wandert in Vertikalrichtung proportional zur Schallgeschwindigkeit aus. Bei der Erzeugung des Bildes werden etwa 1000 Impulse ausgesandt. Die dabei benutzte Schaltung ist in Fig. 7 in Form eines Block-
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEIfMMEISTER
EPL 76-5
Litton
- 17 -
Schaltbilds dargestellt. Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist hier keine Oberflächenvorbereitung notwendig. Solange kein Echo vorliegt, verbleibt ein konstanter Pegel in einem mittleren Grauton. Bei einem Positiv-Ergebnis erscheint ein helleres, und bei einem negativen Ergebnis ein dunkleres Schreibsignal als mittleres Grau.
Die Abtastebene des Wandlers wird in kartesischen Koordinaten χ und y dargestellt. Die Position des Focuspunktes des Wandlers beim η-ten Impuls heißt χ und y . Diese Koordinaten werden gespeichert und bei fortschreitender Abtastung in einen Speicher gegeben. Der n-te Speicherplatz enthält diese Koordinaten χ und y . 15
Beim Auslesen dieser gespeicherten Daten aus dem Speicher wird ein Leseraster benutzt, welches die Daten horizontal mit einer konstanten Geschwindigkeit abtastet. Werden die Bildelemente (Pixel) eines Bildortes χ und y erzeugt, dann ist die Vertikalposition des Leserasterstrahls bei der i-ten Echoposition
y± = (X-X1) + (V-Y1) .
Dieses Leseraster wird erzeugt durch eine in Fig. 8 dargestellte Schaltung. Eine Zeitgeberschaltung 202 erzeugt einen Impuls für jedes Bildelement und steuert damit einen Taktgeber 204 an, welcher die x- und y-Positionen der Wandlerbahn vom Speicher 206a bzw. 206b abruft.
Gleichzeitig erzeugt ein Sägezahngenerator 208 eine Sägezahnspannung zur Horizontalablenkung des Strahls, die so synchronisiert wird, daß bei Erzeugung einer dem i-ten Speicherimpuls entsprechenden Spannung die Werte x. und y. aus dem Speicher kommen.
030021/0859
TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER
EPL 76-5
Litton
Die Position des abzubildenden Bildelementes wird durch x- und y-Sägezahngeneratoren 210, 212 erstellt. Umfaßt das Bild Ν·Μ Bildelemente bzw. Pixels, dann geben die beiden x- und y-Sägezahlgeneratoren 210, 212 unter Ansteuerung durch den schnellen Sägezahngenerator 208 ihre N-bzw. M-Sägezähne ab, und wenn der y-Sägezahngenerator einen Sägezahn vollendet, ist das Bild vollständig.
Die x- und y-Positionen des Bildelementes werden durch eine Subtraktionsstufe 214 von den x- und y-Positionen des Wandlers subtrahiert, und diese Signale werden in eine arithmetische Schaltung 220 eingegeben, welche die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate zieht.
Dieses etwa maßstabsgerechte Signal erzeugt die y-Ablenkung.
Der Intensitätsausgang 222 des Bildumsetzers wird von einer dem mittleren Grautonpegel entsprechenden Spannung 224 abgezogen und das Ergebnis für einen dem schnellen Sägezahngenerator 208 entsprechenden Zeitraum durch einen Integrator 228 integriert. Der so gebildete Integrationswert wird zur Intensitätsmodulation der Intensitätsachse des das Bild enthaltenden Rasterbild-
25 Umsetzers 230 benutzt.
30
030021/0859

Claims (7)

NTANWÄ LTE lNIAINWALIt 29 A 5793 TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER B*lm Europäischen Patenlaml zugelassene Vertreter Prof. Representatives before the Europeen Patent Offlee - Mandatalres agrees pres !'Office europeen des brevets Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipl.-Ing. F. E. Müller Siekerwall 7 Triftstrasse 4, Siekerwall 7, D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1 Gdt/hm"5 13· member 1979 LITTON INDUSTRIAL PRODUCTS, INC. 360 North Crescent Drive Beverly Hills, California 90210 U.S.A. Ultraschall-Abbildungsvorrichtung Priorität: 13. November 1978 - U.S.A. - Ser.No. 959,565 PATENTANSPRÜCHE
1. "Ultraschall-Abbildungsvorrichtung zur Untersuchung eines Gebietes, mit einem breitbandige Energieimpulse in das Gebiet abstrahlenden und reflektierte Echowellen von in dem Gebiet vorhandenen Objekten empfangenen Wandler, der durch eine Führungseinrichtung auf einer gewünschten Abtastbahn in der Nähe des zu untersuchenden Gebietes bewegt wird, gekennzeichnet durch - eine Schaltung (106 ...) zur Abgabe und Aufzeichnung einer ersten Signalgruppe in Abhängigkeit von den reflektierten Echowellen,
030021/0859
ORIGINAL INSPECTED
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
Litton EPL 76-5
- eine Schaltung (128 ...) zur Abgabe und Aufzeichnung einer zweiten Signalgruppe in Abhängigkeit von der Position des Wandlers (42; 48) auf seiner Abtastbahn (18),
- eine Einrichtung an dem Wandler (42; 48) zur Ausbildung eines Energiestrahlwinkels (50) von der Art, daß das gesamte zu untersuchende Gebiet (16) von allen Positionen des Wandlers im Verlauf der Abtastbahn (18) bestrichen wird,
- eine Anordnung (z.B. 110, 112 ...) zur maßstabsgerechten Darstellung von in dem zu untersuchenden Gebiet vorhandenen Objekten (10) in bezug auf Länge und Breite auf einer Anzeigeoberfläche (z.B. 20), und
- eine die ersten und zweiten Signalgruppen erarbeitende und in der verarbeiteten Form der Darstellungsanordnung zuführende Schaltung (140...).
2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung eine simultan mit der Sendeimpuls-Aussendung arbeitende Einrichtung zur Erzeugung eines kreisförmigen Rasters (z.B. 22), welches einen durch die zweite Signalgruppe definierten Mittelpunkt hat, und zur Ausbildung von Schreib- und Löschkreisen auf der Anzeigeoberfläche (20) in Abhängigkeit von der ersten Signalgruppe aufweist, wobei den Schreibkreisen (22...) positive und den Löschkreisen (24 ...) negative Signale zugeordnet sind.
3. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verarbeitungsschaltung einen Hüllkurvenabtaster (140), eine Hüllkurven-Differenzierstufe (142) und eine Schaltung zur Erzeugung eines kreisförmigen Rasters (z.B. 22) simultan mit der Sendeimpuls-Aussendung, welches einen durch die
030021/0859
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER
Litton EPL 76-5
zweite Signalgruppe definierten Mittelpunkt hat, und zur Ausbildung von Schreib- und Löschkreisen auf der Anzeigeoberfläche (20) in Abhängigkeit von der ersten Signalgruppe, wobei den Schreibkreisen positive Ableitungen und den Löschkreisen negative Ableitungen zugeordnet sind, aufweist.
4. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verarbeitungsschaltung eine Schaltung zur Speicherung der ersten Gruppe von Signalen und eine Schaltung zum Auslesen der gespeicherten Information, zur Erzeugung einer dritten Gruppe von Signalen und zum Zuführen dieser dritten Signalgruppe an die Anzeige (112) umfaßt.
5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung einen die Hüllkurve der ersten Gruppe von Signalen abtastende Schaltung, eine diese Hüllkurve differenzierende Stufe (z.B. 142), eine Schaltung zur Aufzeichnung und Speicherung der differenzierten Hüllkurve auf einem Rasterbildumsetzer, und eine in Abhängigkeit von der aufgezeichneten und gespeicherten Information ein Bild auf einem Rasterbildumsetzer (z.B. 160) erzeugende Schaltung.
6. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Anzeigeeinrichtung ein Rasterbildumsetzer (160) gehört.
7. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Speicherschaltung zur Speicherung der ersten Gruppe von Signalen einen Datenspeicher-Rasterbildumsetzer (z.B. 160) umfaßt.
030021/0859
DE19792945793 1978-11-13 1979-11-13 Ultraschall-abbildungsvorrichtung Withdrawn DE2945793A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/959,565 US4265121A (en) 1978-11-13 1978-11-13 High resolution ultrasound diagnostic apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2945793A1 true DE2945793A1 (de) 1980-05-22

Family

ID=25502147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19792945793 Withdrawn DE2945793A1 (de) 1978-11-13 1979-11-13 Ultraschall-abbildungsvorrichtung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4265121A (de)
JP (1) JPS5573251A (de)
CA (1) CA1131758A (de)
DE (1) DE2945793A1 (de)
FR (1) FR2441854A1 (de)
GB (2) GB2039042B (de)
NL (1) NL7908301A (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5818111A (ja) 1981-07-27 1983-02-02 Hitachi Ltd 超音波による板厚測定方法及び同装置
US4457311A (en) * 1982-09-03 1984-07-03 Medtronic, Inc. Ultrasound imaging system for scanning the human back
US4476873A (en) * 1982-09-03 1984-10-16 Medtronic, Inc. Ultrasound scanning system for skeletal imaging
US4454764A (en) * 1982-09-03 1984-06-19 Medtronic, Inc. Roller-ball ultrasonic imaging module
US4458689A (en) * 1982-09-03 1984-07-10 Medtronic, Inc. Ultrasound scanner with mapped data storage
US4489729A (en) * 1982-09-03 1984-12-25 Medtronic, Inc. Ultrasound imaging system
US4532617A (en) * 1982-09-29 1985-07-30 Baecker Donald Ray System for locating a towed marine object
US4604697A (en) * 1983-08-05 1986-08-05 Interspec, Inc. Body imaging using vectorial addition of acoustic reflection to achieve effect of scanning beam continuously focused in range
DE4229817C2 (de) * 1992-09-07 1996-09-12 Siemens Ag Verfahren zur zerstörungsfreien und/oder nichtinvasiven Messung einer Temperaturänderung im Inneren eines insbesondere lebenden Objektes
US6185443B1 (en) 1997-09-29 2001-02-06 Boston Scientific Corporation Visible display for an interventional device
US8423110B2 (en) * 2002-01-09 2013-04-16 Boston Scientific Scimed, Inc. Imaging device and related methods
US10945706B2 (en) 2017-05-05 2021-03-16 Biim Ultrasound As Hand held ultrasound probe
US20230061122A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 Saudi Arabian Oil Company Convex ultrasonic sensor for weld inspection

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH318220A (de) * 1953-04-14 1956-12-31 Usag Ultraschall Ag Vorrichtung zur Prüfung von Werkstücken mit Ultraschall
US2864660A (en) * 1956-04-11 1958-12-16 Jr Harry M Seubert Internal combustion engine piston and oil ring for same
US3006994A (en) * 1957-01-26 1961-10-31 Grundig Max Television pickup camera with spiral scanning and beam intensity modulation proportional to deflection velocity
US3678737A (en) * 1969-06-12 1972-07-25 North American Rockwell Tubular transducer and dry couplant therefor
US3698051A (en) * 1970-02-06 1972-10-17 North American Rockwell Method of making an acoustical transducer
US3751712A (en) * 1970-04-29 1973-08-07 Hughes Aircraft Co Digital differential analyzer spiral scan generator
US3864660A (en) * 1973-09-10 1975-02-04 Rohe & 0 Scient Corp Ultrascope
US3864661A (en) * 1973-09-10 1975-02-04 Rohe & 0 Scient Corp Ultrascope
FR2252581B1 (de) * 1973-11-26 1978-01-06 Realisations Ultrasoniques Sa
US3980926A (en) * 1974-01-30 1976-09-14 Honeywell Inc. Spiral scan display apparatus with transient suppression means
US3974826A (en) * 1974-09-16 1976-08-17 Indianapolis Center For Advanced Research, Inc. Non-Profit Display circuitry for ultrasonic imaging
US4137775A (en) * 1975-10-02 1979-02-06 Emi Limited Ultrasonic apparatus
FR2331036A1 (fr) * 1975-11-04 1977-06-03 Cgr Ultrasonic Appareil d'echographie ultrasonore comportant un tube a memoire enregistreur
US4086818A (en) * 1977-02-24 1978-05-02 Smithkline Instruments, Incorporated Ultrasonic imaging apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
NL7908301A (nl) 1980-05-16
FR2441854A1 (fr) 1980-06-13
CA1131758A (en) 1982-09-14
GB2116716B (en) 1984-02-22
FR2441854B1 (de) 1983-06-24
GB2116716A (en) 1983-09-28
US4265121A (en) 1981-05-05
GB2039042B (en) 1983-08-17
JPS5573251A (en) 1980-06-02
GB2039042A (en) 1980-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2343721C2 (de) Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige eines Objektes und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP0000068B1 (de) Vorrichtung zur Ultraschalldarstellung mittels dynamischer Fokussierung
DE2457491C3 (de)
DE2900129C2 (de)
DE3805268A1 (de) Ultraschall-diagnosevorrichtung
DE3003967A1 (de) Ultraschallabbildungssystem
DE2457491B2 (de) Anordnung fuer ultraschallabtastung
DE2911957A1 (de) Ultraschallabtaster
DE2439231C2 (de) Sonargerät
DE2713087A1 (de) Verfahren zur verbesserung der aufloesung von ultraschallbildern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE3121513A1 (de) Impulsgesteuerte ultraschallabbildungs-einrichtung und -verfahren
DE2645738A1 (de) Ultraschallstrahlabtastung
DE2848467C3 (de) Ultraschall-Diagnosegerät
DE3522757A1 (de) Vorrichtung zum abbilden der inneren struktur eines koerpers mittels ultraschall und ultraschallumformeranordnung
DE2945793A1 (de) Ultraschall-abbildungsvorrichtung
DE2060934A1 (de) Holographische Aufzeichnungs- und Ausleseanordnung fuer Fournier-transformierte Informationen
DE4010367C2 (de)
DE2326441A1 (de) Isometrisches abbildungssystem
DE2543278A1 (de) Akustisches abbildungsgeraet mit grauskalenanzeige
DE3927308C2 (de)
DE2504988A1 (de) Akustisches mikroskop
EP0003595B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung und Aufzeichnung von Ultraschall-Schnittbildern
DE2455998A1 (de) Ultraschallsystem (ultraskop)
DE2845392A1 (de) System zur akustischen richtungs- und entfernungsbestimmung
DE3110521A1 (de) Anlage zur darstellung von ultraschallvorgaengen auf bildschirmen

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee