DE2950461A1

DE2950461A1 - Fokussierschaltung fuer ein ultraschall-abbildungssystem

Info

Publication number: DE2950461A1
Application number: DE19792950461
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fukukita; Ryobun Tachita
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1980-06-26
Also published as: DE2950461C2; JPS6227824B2; US4330875A; FR2445969A1; JPS5584154A; FR2445969B1

Description

Fokussierschaltung für ein Ultraschall-

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Ultraschall-Abbildungssysteme und insbesondere auf eine Empfangseinheit des Abbildungssystems, die Reflexionen von Ultraschallwellen aus inneren Teilen eines Körpers mit unterschiedlichen akustischen Eigenschaften empfängt. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf das Fokussieren einer Wandleranordnung auf einen Summierpunkt dadurch, daß die unterschiedlichen Ankunftszeiten der Reflexionen der Ultraschallwellen an den Wandlern kompensiert werden.

Bei einem Ultraschall-Abbildungssystem wird eine Anordnung aus piezoelektrischen Wandlern mit dem menschlichen Körper in Berührung gebracht und zur Übertragung von Schallwellen in den Körper elektrisch mit Hilfe kurzer Impulse mit Ultraschall-Frequenz gespeist. Die relativen Zeitpunkte der übertragung der Ultraschall-Impulse werden so gewählt, daß die akustischen bzw. Schallwellen für einen jeden Impuls zu einem Strahl geformt werden, der sich in irgendeine gewünschte Richtung erstreckt, und aufeinanderfolgend so verändert, daß der Strahl abgelenkt wird, so daß ein Sektor überstrichen wird. Bei der Fortpflanzung

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der Schallwellen durch das Körpergewebe hindurch wird ein Teil der akustischen Energie reflektiert, sobald die Schallwellen auf Gewebe mit abweichenden akustischen Eigenschaften treffen. Da die Abstände zwischen irgendeinem Reflexionspunkt und den verschiedenen Empfangs-Wandlern gewöhnlich verschieden sind, treffen die Reflexionswellen bzw. Reflexionen an den Wandlern zu verschiedenen Zeiten ein. Es ist daher notwendig, zwischen den jeweiligen Wandlern kompensierende bzw. ausgleichende Verzögerungen und einen Summierpunkt bzw. Summierknoten vorzusehen, an dem von den Wandlern abgegebene entsprechende elektrische Signale so kombiniert werden, daß die Gesamtzeit zwischen der Reflexion einer Schallwelle an der Reflexionsstelle und der Ankunft der entsprechenden elektrischen Signale an dem Summierknoten unabhängig von dem diesbezüglich verwendeten Wandler gleich ist.

In der US-PS 4 116 229 ist die Verwendung einer Haupt-Verzögerungsleitung, die so angezapft ist, daß ein in eine jeweilige Anzapfung eingegebenes Signal eine jeweils unterschiedliche Verzögerung erfährt, sowie einer Mehrzahl von Stufungs-Verzögerungselementen mit kleinen veränderbaren Verzögerungsgrößen beschrieben. Ein jedes veränderbare Stufungs-Verzögerungselement ist zwischen einen oder mehrere der Wandler und eine gewählte Anzapfung an der Haupt-Verzögerungsleitung geschaltet. Die Anzapfungen der Haupt-Verzögerungsleitung werden über die kleinen veränderbaren Stufungs-Verzögerungselemente mit den Wandlern über ein Schaltnetzwerk so verbunden, daß die Anordnung längs eines gewünschten Abtastwinkels bzw. einer gewünschten Richtung fokussiert wird, wobei die kleinen veränderbaren Verzögerungen während einer Abtastung in dieser Richtung so verändert werden, daß sich der Brennpunkt oder Scharfeinstellungspunkt der Anordnung

von einer minimalen zu einer maximalen Entfernung verschiebt. Die Verzögerungen zwischen aufeinanderfolgenden Anzapfungen der Haupt-Verzögerungsleitung haben einen

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festen Wert und bilden die minimale Verzögerung, die der kleinsten Brennpunkt-Entfernung entspricht. Aufgrund der festen Werte der Haupt-Verzögerungsleitung entstehen jedoch Schwierigkeiten bei der genauen Festlegung der Verzögerungsgröße zwischen irgendwelchen zwei aufeinanderfolgenden Wandlern. Da ferner die Stufungs-Verzögerungsleitung für einen jeden Wandler vorgesehen sein muß, ist die notwendige Gesamt-Verzögerungsgröße beträchtlich, wenn eine große Anzahl von Empfangs-Wandlern verwendet wird.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, eine einzige Verzögerungsleitung mit einer Mehrzahl von Summierverstärkern und einer Mehrzahl von zwischen aufeinanderfolgende Summierverstärker geschalteten veränderbaren Verzögerungselementen zu verwenden. Zum jeweiligen Verbinden der Wandler mit gewählten Summierverstärkern werden im Ansprechen auf Schaltsteuersignale durchgeschaltete Verbindungen hergestellt. Die Verzögerungsgröße eines jeweiligen veränderbaren Verzögerungselements kann auf genaue Weise im Ansprechen auf ein veränderbares Verzögerungssteuersignal so verändert werden, daß die von den Wandlern abgegebenen Signale an dem Ausgang der Verzögerungsleitung in Phase bzw. gleichphasig eintreffen. Die bei einem jedem veränderbaren Verzögerungselement notwendige maximale Verzögerungsgröße entspricht der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wandlern entstehenden maximalen Verzögerungsgröße, so daß daher die Gesamt-Verzögerungsgröße verringert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur beschrieben, die schematisch die Empfangs-Wandler mit zugeordneten Zwischenverbindungs-Schaltern darstellt, welche die Wandler mit gewählten Summierverstärkern

einer veränderbaren Verzögerungsleitung verbinden.

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Gemäß der Figur sind mehrere Wandler T₁, T_,... T jeweils mit Verzögerungsleitungs-Steuerschaltern S₁, S_, ... S-, zum jeweiligen Anschließen des Wandlers an eine veränderbare Verzögerungsleitung 10 verbunden. Die Schalter S₁ bis S., sind mit Ausgangsanschlüssen versehen, die an Summierverstärker bzw. Addierer ADD₁ bis ADD... so angeschlossen sind, daß die Ausgangsanschlüsse des Schalters S₁ jeweils mit den ersten Eingangsanschlüssen der Addierer ADD₁ bis ADD_n verbunden sind, die Ausgangsanschlüsse des Schalters S₂ jeweils mit den zweiten Eingängen der Addierer ADD₁ bis ADD_n verbunden sind .... und die Ausgangsanschlüsse des Schalters S_n jeweils mit dem N-ten Eingängen der Addierer ADD₁ bis ADD_n verbunden sind. Die veränderbare Verzögerungsleitung 10 weist eine Mehrzahl von veränderbaren Verzögerungselementen VDL₁ bis VDL auf, die so zwischen aufeinanderfolgende Addierer ADD geschaltet sind, daß das Verzögerungselement VDL₁ zwischen den Ausgang des Addierers ADD₁ und einen Eingang des Addierers ADD₂ geschaltet ist usw. Die Steuerungs-

Schalter S₁ bis S_n sind jeweils mit Steuereingängen versehen, die an jeweilige Anschlüsse einer Schaltsteuereinheit 12 angeschlossen sind, welche ein Festspeicher ist, der im Ansprechen auf Taktimpulse adressiert wird. Jeder Steuerungs-Schalter kann einen Analog-Multiplexer aufweisen, der jeweilige Binär-Adreßdaten aus dem Festspeicher empfängt, um damit eine Schaltverbindung zwischen dem zugeordneten Wandler T und dem Eingang eines gewählten Addierers ADD herzustellen, wodurch während einer Abtastung in einer vorgegebenen Richtung jeder Wandler mit irgendeinem der Addierer verbunden wird.

Jedes veränderbare Verzögerungselement bzw. Verzögerungsglied VDL weist eine digital veränderbare Verzögerungsschaltung auf, die in Abhängigkeit von aus einer

Verzögerungsleitungs-Steuereinheit 14 zugeführten binären

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Daten dem Eingangssignal eine vorbestimmte Verzögerung erteilt. Die Verzögerungsleitungs-Steuereinheit 14 kann gleichfalls einen Festspeicher aufweisen, der im Ansprechen auf die gleichen Taktimpulse wie die der Schaltsteuereinheit 12 zugeführten so adressiert wird, daß er die veränderbaren Verzögerungsdaten zum Anlegen an eine jeweilige veränderbare Verzögerungsschaltung erzeugt. Daher werden während einer Abtastung in der vorgegebenen Richtung die Verzögerungsgrößen im Hinblick auf diese Richtung festgelegt und die Wandler jeweils mit den gewählten Addierern verbunden.

Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung dienen die Wandler T als Empfangs-Wandler zur Umsetzung der reflektierten akustischen Wellen in entsprechende Signale und zum Anlegen dieser Signale an die zugeordneten Steuerungs-Schalter S. Durch geeignete Herstellung von Verbindungen zwischen den Wandlern und den Addierern und durch geeignete Festlegung der jeweiligen Verzögerungen in der Verzögerungsleitung 10 kann die Anordnung aus den Wandlern T auf irgendeinen Punkt entlang einer vorgegebenen Richtung fokussiert werden. Damit ergibt für eine bestimmte Richtung die veränderbare Verzögerungsleitung 10 eine vorbestimmte Verzögerung für den jeweiligen Wandler.

Ein Vorteil des Systems bzw. der Schaltung liegt darin, daß die Stufungs- oder Zuwachs-Größen der Verzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Wandlern mit einer

verhältnismäßig kleinen Gesamt-Große der Verzögerung genau gesteuert werden können. Dies beruht darauf, daß unter Steuerung der Verzögerungsleitungs-Steuereinheit 14 ein jedes der Verzögerungselemente VDL einen beträchtlichen Bereich an Verzögerungen zuläßt.

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Das aus den Schaltern S₁ bis S_n gebildete Schaltnetzwerk erlaubt es, irgendeinen beliebigen der Wandler mit irgendeinem beliebigen der Summierverstärker zu verbinden; dadurch können in manchen Fällen verschiedene Wandler an ein und demselben Summierverstärker angeschlossen werden, wodurch die Wandler die erwünschten Verzögerungsgrößen erhalten können. Es ist daher ersichtlich, daß mittels des Systems der Unterschied der Ankunftszeiten der Reflexionen der Ultraschallwellen von irgendeinem Brennpunkt bzw. Fokussierpunkt so kompensiert werden kann, daß die diesen Reflexionen entsprechenden elektrischen Signale an einem Ausgangsanschluß 16 des Addierers ADD., gleichphasig eintreffen, so daß an einem Bildschirm ein scharf begrenztes Bild erzeugt wird.

Mit der Erfindung ist eine Fokussierschaltung zum Fokussieren einer Anordnung von Wandlern eines Ultraschall-Abbildungssystems geschaffen, die eine veränderbare Verzögerungsleitung aus einer Mehrzahl von Summierverstärkern und einer Mehrzahl von veränderbaren Verzögerungselementen bzw. Verzögerungsgliedern aufweist, welche zwischen aufeinanderfolgende Summierverstärker geschaltet sind. Zum jeweiligen Anschließen der Wandler an angewählte Summierverstärker ist eine Mehrzahl von

^/J Schaltern vorgesehen. Das Verzögerungsausmaß eines jeweiligen veränderbaren Verzögerungsglieds wird einzeln für sich so gesteuert, daß die von den Wandlern erzeugten entsprechenden elektrischen Signale gleichphasig an dem

Ausgang der veränderbaren Verzögerungsleitung eintreffen. 30

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Claims

TlEDTKE - BüHLING - KlNNE

/^ ■ D . Dipl.-Ing. H. Tiedtke

V3RUPE " TELLMANN Dipl.-Chem. G. Bühling

2 9 5 0 A 6 1 Dipl.-Ing. R. Kinne

Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

__ Tel.: 089-5396 53

" ~ Jelfx.: 5-24 845 tipat

■,;■?;■' iW'¹.'· · ^r'"teab'le: Germaniapatent Münchäii

14. Dezember 1979 DE 0111 / case PG5O-7934

Patentansprüche

.„ Ultraschall-Abbildungssystem, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Wandlern (T), eine veränderbare Verzögerungsleitung (10) mit einer Mehrzahl von Summier-Zusammenführungen (ADD) und zwischen aufeinanderfolgenden Summier-Zusammenführungen liegenden veränderbaren Verzögerungselementen (VDL), eine Verbindungseinrichtung (12, S) zum jeweiligen Verbinden der Wandler mit gewählten Summier-Zusammenführungen und eine Steuereinrichtung·(14) zum jeweiligen Steuern der Verzögerungsgrößen der veränderbaren Verzögerungselemente.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (12, S) eine Mehrzahl von Schaltern (S) aufweist, die jeweils einen Eingangsanschluß, der an einen jeweiligen Wandler (T) angeschlossen ist, und eine Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen haben, die jeweils an die Summier-Zusammenführungen (ADD) angeschlossen sind, so daß jeder der Wandler mit irgendeiner der Summier-Zusammenführungen verbindbar ist.
3. Schaltung zum Fokussieren einer Anordnung von Wandlern auf einen Punkt längs einer vorgegebenen Richtung in bezug auf die Anordnung, gekennzeichnet durch eine veränderbare Verzögerungsleitung (10) mit einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Summier-Zusammenführungen (ADD)

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[VuI äc tu* O'ink (Munchon: r,\o &t f.l (JA) [ ¹R-.. Iner Hank (München) KIo 3iU9H44 Posisc.hüCk (Munchi-ni Kto 6/0 4.i 8o-l

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und einer Mehrzahl von zwischen aufeinanderfolgenden Summier-Zusammenführungen angebrachten veränderbaren Verzögerungselementen (VDL), eine Verbindungseinrichtung (12, S) zum jeweiligen Verbinden der Wandler (T) mit gewählten Summier-Zusammenführungen und eine Steuereinrichtung (14) zum jeweiligen Steuern der Verzögerungsgrößen der veränderbaren Verzögerungselemente.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (12, S) eine Mehrzahl von Vielstellenschaltern (S) mit jeweils einem Eingangsanschluß, der an jeweils einen der Wandler (T) angeschlossen ist, und mit jeweils einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen aufweist, welche jeweils an die Summier-Zusammenführungen (ADD) angeschlossen sind, so daß jeder der Wandler mit irgendeiner der Summier-Zusammenführungen verbindbar ist.

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