DE2949991C2

DE2949991C2 - Vorrichtung zur Ultraschall-Abtastung

Info

Publication number: DE2949991C2
Application number: DE19792949991
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE2949991A1

Description

Wellenbereichen der Übertragungsfunktion Vorzugs- 40 Sinne aktivierbar ist, daß er in jedem einzelnen

weise eines einzigen Wandlers übereinstimmen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Abtastkopf (1—9) mehrere Schichten (2, 3, 4) Schwingermaterial umfaßt, die einzeln oder in Zusammenfassung die Sender für die ausgewählten Frequenzbänder des Frequenzspektrums darstellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Schichtung aus mehreren Sendeschichten (2, 3, 4), vorzugsweise unter Einschluß eines Anpassungsmaterials (5), eine Empfangsschicht (6) folgt, die vorzugsweise zum Untersuchungsobjekt hin wieder durch eine Anpassungsschicht (7) abgedeckt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeschichten aus Piezokeramik und die Empfangsschicht aus PVF2-Folie gefertigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzspektrum für eine insgesamt abzutastende Objekttiefe von 0 bis ca. 20 cm für etwa 0 bis 4 cm ein Frequenzband um 10 MHz, für ca. 4 bis 8 cm ein Frequenzband um 5 MHz und für ca. 8 bis 20 cm ein Frequenzband um 2 MHz als Mittenfrequenzen umfaßt.

Sende-/Empfangszyklus ein Sende-Frequenzspektrum abstrahlt, das aus einer Reihe einzelner kurzer Hochfrequenzimpulse besteht, wobei jeder Hochfrequenzimpuls ein ausgewähltes Frequenzband umfaßt derart, daß im Sende-Frequenzspektrum für einen oberflächennahen Tiefenbereich ein Frequenzband mit hohen Frequenzen und für Bereiche zunehmender Tiefe Frequenzbänder mit entsprechend stufenweise niedrigeren Frequenzen aneinandergereiht sind, und daß im auf die Auswertung von Laufzeiten ausgerüsteten Empfangskreis die Empfangsfilter auf die Frequenz der ausgewählten Frequenzbänder des Sende-Frequenzspektrums abgestimmt sind.

Die Vorrichtung nach der Erfindung erlaubt verbesserte Auflösung, insbesondere auch Sende- und/oder Empfangsfokussierung in unterschiedlichen Tiefenbereichen, bei geringem technischen Aufwand und vernachlässigbarem Zeitverlust gegenüber konventionellen Systemen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Frequenzbänder des Frequenzspektrums vom Ultraschall-Abtastkopf für jeden einzelnen Sende-/ Empfangszyklus in direkter zeitlicher Aufeinanderfolge oder gleichzeitig abgestrahlt werden. Die Frequenzbänder können dabei im Spektrum auch mit dem Grundwellenbereich sowie Oberwellenbereichen der Übertragungsfunktion des Wandlers in Übereinstimmung gebracht sein, so daß man mit einem einzigen

Wandler auskommen kann. In besonderer Realisierung der Erfindung sollte der Ultraschall-Abtastkopf jedoch aus mehreren Schichten Schwingermaterial bestehen, die einzeln oder in Zusammenfassung die Sender für die ausgewählten Frequenzbänder des Frequenzspektrums abgeben.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. ι ο

Die Figur zeigt die Erfindung in einem Prinzipschaltbild.

In der Figur ist der Ultraschall-Abtastkopf ein Ultraschall-Array, das ein übliches Trägermaterial 1 umfaßt, auf dem insgesamt drei Schichten 2, 3 und 4 Schwingermaterial aufgebracht sind. Auf die dritte Schicht Schwingermaterial folgt über eine erste Anpassungsschicht 5 eine Empfangsschicht 6, auf die wiederum eine zweite oder abschließende Anpaßschicht 7 folgt. Die Sendeschichten 2,3 und 4 sind vorzugsweise aus Piezokeramik gefertigt, und die Empfangsschicht 6 besteht in bevorzugter Weise aus PVF₂-FoHe. Die Anpassungeschicht 5 dient zur nicht gestuften kontinuierlichen Anpassung der Empfangsschicht 6 an die Sendeschichten 2, 3, 4 und die Anpassungsschicht 7 entsprechend zur nicht gestuften kontinuierlichen Anpassung der vorausgehenden Empfangsschicht 6 an das Untersuchungsobjekt, insbesondere ein Körpergewebe. Sämtliche Sendeschichten 2, 3, 4 sowie auch die Empfangsschicht 6 sind mit aufgebrachten Elektroden 8 versehen, die zum Anschluß des Sende- bzw. Empfangskreises dienen. Die einzelnen Abstrahlflächen ües Arrays sind mit 9a,9betc. bezeichnet.

Der Sendekreis umfaßt drei Sendegeneratoren 10,11 und 12, die bei Anschaltung an einzelne Sendeschichten 2, 3, 4 mittels Sendeschalter 13, 14, 15 Aktivierungsimpulse zur Abstrahlung eines Frequenzspektrums mit Frequenzbändern um 2 MHz, 5 MHz und 10 MHz zuleiten. Die Frequenzbänder können unmittelbar nacheinander, sie können aber auch gleichzeitig abgestrahlt werden.

Der Empfangskreis umfaßt neben einem Empfangsschalter 16 einen Empfangsverstärker 17, auf den Empfangsfilter 18,19 und 20 folgen. Diese Empfangsfüter 18—2G sind einzeln auf die Sendv:frequenzbänder um 2 Mhz, 5 MHz und 10 MHz relativ schmalbandig abgestimmt Die Ausgänge der Empfangsfilter 18—20 sind mittels eines Abtastschalters 21 zeitlich nacheinander mit (im einzelnen nicht näher dargestellten) weiterverarbeitenden Bauelementen wie Bildspeicher mit nachfolgendem Bildgerät od. dgL über eine Leitung 22 verbindbar.

Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich in einfacher Weise erhöhte Auflösung, insbesondere im Zusammenhang mit Sende- und/oder Empfangsfokussjerung, in der Weise, daß unmittelbar zeitlich nacheinander oder gleichzeitig durch Betätigung der entsprechenden Sendeschalter 13, 14, 15 einzelne Schwingerschichten 2, 3, 4 oder Kombinationen davon zur Aussendung der schmalbandigen 2 MHz-, 5 MHz und 10 MHz-Impulse aktiviert werden. Die 10 MHz-Impulse bewirken dabei Fokussierung im Bereich von ca. 0 bis 4 cm, die 5 MHz-Impulse Fokussierung im Bereich von ca. 4 bis 8 cm und die 2 MHz-Impulse Fokussierung im Bereich von ca. 8 bis 20 cm. Durch Trennung der Empfangsechosignale über die Empfangsfilter 18, 19 und 20 wird somit der erste hautnahe Bereich entsprechend 10 MHz mit hoher Auflösung, der zweite 3ereich für mittlere Tiefen mit erhöhter Auflösung gemäß 5 MHz und der dritte und tiefstliegende Bereich mit guter Auflösung gemäß 2 MHz dargestellt.

Die Aussendung des Frequenzspektrums erfolgt für jeden einzelnen Sende/Empfangszyklus, so daß innerhalb jedes einzelnen Sende/Empfangszyklus innerhalb dreier Bereiche fokussiert werden kann. Ein Zeitverlust gegenüber konventionellen Systemen entsteht praktisch nicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ultraschall-Abtastung eines Untersuchungsobjektes nach dem Puls-Echo-Verfahren mit einem Ultraschall-Abtastkopf, der in einem Sende- und in einem Empfangskreis eingeschaltet ist, wobei wenigstens der Sendekreis ein System unterschiedlicher Sendefrequenzen und vorzugsweise auch Mittel zur Sendefokussierung in unterschiedlichen Tiefen des Untersuchungsobjektes und der Empfangskreis Empfangsfilter für unterschiedliche Empfangsfrequenzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Abtastkopf (1 bis 9) vom Sendekreis (10 bis 15) in dem Sinne aktivierbar ist, daß er in jedem einzelnen Sende/Empfangszyklus ein Sende-Frequenzspektrum abstrahlt, das aus einer Reihe einzelner kurzer Hochfrequenzimpulse besteht, wobei jeder Hochfrequenzimpuls ein ausgewähltes Frequenzband umfaßt derart, daß im Sende-Frequenzspektrum für einen oberflächennahen Tiefenbereich ein Frequenzband mit hohen Frequenzen und für Bereiche zunehmender Tiefe Frequenzbänder mit entsprechend stufenweise niedrigeren Frequenzen aneinandergereiht sind, und daß im auf die Auswertung von Laufzeiten ausgerüsteten Empfangskreis die Empfangsfilter (18 bis 20) auf die Frequenz der ausgewählten Frequenzbänder des Sende-Frequenzspektrums abgestimmt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbänder des Frequenzspektrums vom Ultraschall-Abtastkopf (1—9) für jeden einzelnen Sende-/Empfangszyklus in direkter zeitlicher Aufeinanderfolge oder gleichzeitig abgestrahlt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzbänder im Spektrum mit dem Grundwellenhereich und den Ober-Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ultraschall-Abtastung eines Untersuchungsobjektes nach dem Puls-Echo-Verfahren mit Ultraschall-Abtastkopf, der in einem Sende- und in einem Empfangskreis eingeschaltet ist, wobei wenigstens der Sendekreis ein System unterschiedlicher Sendefrequenzen und vorzugsweise auch Mittel zur Sendefokussierung in unterschiedlichen Tiefen des Untersuchungjobjektes und der Empfangskreis Empfangsfilter für unterschiedliche Empfangsfrequenzen aufweist

Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die US-PS 38 15 409 bekannt Bei dieser Vorrichtung wird ein in der Frequenz gewobbeltes Sendesignal durch eine Linse, deren Brennweite mit der Frequenz des Sendesignals variiert, in ein Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Durch die Brennweitenvariation ergeben sich für unterschiedliche aufeinanderfolgende Sendefrequenzen unterschiedliche Fokustiefen. Die reflektierten Ultraschall-Wellen werden einer Filteranordnung aus Bandpässen zugeleitet, die im Frequenzdurchlaßbereich dynamisch zeitlich nacheinander an die unterschiedlichen Tiefenbereiche angepaßt werden, aus denen Echosignale empfangen werden. Die bekannte Anordnung, die nach dem sogenannten Chirp-Verfahren arbeitet, ist relativ kompliziert im Aufbau und in der Funktionsweise.

Aus der US-PS 29 21 465 ist eine weitere Vorrichtung bekannt, die ebenfalls nach dem Chirp-Verfahren mit Frequenzmodulation arbeitet. Auch bei dieser Vorrichtung wird die Tiefeninformation durch Frequenzmessungen aus den Echosignalen gewonnen. Auch diese Vorrichtung besitzt einen verhältnismäßig komplizierten und aufwendigen Aufbau.

Aufgabe folgender Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die mit einfachen Mitteln eine verbesserte Auflösung, insbesondere im Zusammenhang mit Sende- und/oder auch Empfangsfokussierung, erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ultraschall-Abtastkopf vom Sendekreis in dem