DE3047177C2 - "Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren" - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren, insbesondere zur Anwendung in der medizinischen Diagnostik, mit einer auf eine vorwählbare Schnittfläche eines Objektes ausrichtbaren Schnittbildmechanik, bei der von wenigstens einem fokussierten Schallkopf abgestrahlte Schallbündel mit Hilfe mechanisch bewegter Teile über die Schnittflache verstellbar und die Schallköpfe fokussiert sind, so daß das von ihnen abgegebene Schallbündel in einem bestimmten nur über einen Bruchteil der Tiefe der abzutastenden Schnittfläche reichenden Arbeitsbereich eingeschnürt ist, wobei zur Darstellung des Schnittbildes, die zu den ausgesandten Schallirnpulsen einlangenden Signale auf einem Bildschirm an einer dem Ort ihrer Entstehung geometrisch zugeordneten Stelle darstellbarsind.

Durch die Fokussierung wird das vom Schallkopl

^b5 abgestrahlte Schallbündel mehr oder weniger stark eingeschnürt und erhält somit einen kleineren Durchmesser als ein Schallbündel vom gleichen nicht fokussierten Schwinger. Es ergibt sich dadurch cm

besseres Seitenauflosungsvermögen. Die Fokussierung kann mechanisch durch eine Linse bzw. durch einen gekrümmten Schwinger oder elektronisch durch sogenannte »Phased-Array« (phasenverschobene Erregung meist ringförmig ausgebildeter Schwingsrzonen) erfolgen. Ein prinzipieller Nachteil fokussierter Schallköpfe besteht darin, daß die Einschnürung des Schallbündels nur in einem bestimmten Tiefenbereich, also in einem bestimmten Abstand vom Schwinger auftritt und nur über eine bestimmte Länge reicht, das Schallbündel ig außerhalb dieses Bereiches aber stärker als ein normales Schallbündel divergiert, also schlechtere Eigenschaften als ein von einem nicht fokussierten Schallkopf abgestrahltes Schallbündel aufweist

Je kleiner die Brennweite bei der Fokussierung ist, desto kürzer wird die Zone, in der die Einschnürung des Schallbündels auftritt. Bei kurzen Brennweiten liegt die Fokussierungszone nahe am Schallkopf; bei längeren Brennweiten erhält man zwar eine größere Länge der Fokussierungszone, doch beginnt diese auch erst in einem größeren Abstand vom SchaJIkopf, wobei sich nur eine relativ geringe Einschnürung, also keine entscheidende Verbesserung des Seitenauflösungsvermögens ergibt. Es ist daher bisher nicht möglich, ein System zu schaffen, bei dem durch Fokussierung über die ganze Tiefe eines darzustellenden Schnittbildes eine Verbesserung des Seitenauflösungsvermögens erzielt wird.

Zur Beseitigung der genannten Schwierigkeiten wurden schon verschiedene Abhilfen vorgeschlagen, die im Prinzip immer auf einer bifokalen oder multifokalen Ausbildung der Schallköpfe bzw. der den Schallköpfen vorgeordneten Linsen beruhen. Nach einer bekannten Ausführung wird ein einfach fokussierter Schallkopf vorgesehen, bei dem der Schwinger in ringförmige Zonen unterteilt ist, die einzeln oder gemeinsam erregt werden können, wodurch es möglich wird, die Zone höchster Empfindlichkeit und damit auch die Zone der größten Einschnürung des Schallbündels an verschiedene Stellen des Schallbündels zu legen. Man kann mit dieser Ausführung also wahlweise in einem bestimmten Tiefenbereich eines Schnittbildes ein verbessertes Seitenauflosungsvermögen erzielen, hat aber in den übrigen Tiefenbereichen des Schnittbildes das durch die Fokussierung bedingte verschlechterte Seitenauflösungsvermögen hinzunehmen. Der beschriebene Effekt, der eine Verlagerung der Zone höchster Empindlichkeit ermöglicht, kann durch Verwendung einer bifokalen Schallinse verstärkt werden.

Es wurde auch schon eine Konstruktion vorgeschlagen, bei der mit einer bifokalen Fokussierung des Schallkopfes gearbeitet wird, wobei beide Schallbündel aber gleichzeitig erzeugt werden, wobei man von der irrigen Ansicht ausgeht, daß das eine mehrfach gekrümmte Wellenfront erzeugende Schalibündel an jeder Stelle des resultierenden Schallfeldes einen Durchmesser aufweist, der dem jeweils auf Grund der Fokussierung vorhandenen kleineren Schallbündeldurchmesser entspricht. Aus diesem Fehlschluß heraus wird angenommen, daß sich eine Einschnürungszone ergibt, deren Länge der Summe der Einschnürungszonen der beiden EinzelschiUlbündel entspricht. Tatsächlich besitzt aber das resultierende Schallfeld an jeder Stelle jenen Durchmesser, der dem Durchmesser des an dieser Stelle größeren Schallbündels entspricht. In allen Fällen ist es auch durch die Fokussierung praktisch unmöglich, eine Zone verbesserter Eigenschaften unmittelbar am Schallkopf selbst beginnen zu lassen.

Will man bei der Untersuchung von Objekten die der Oberfläche nahen Bereiche mit einem fokussierten Schallbündel untersuchen, so muß man zwischen Schwinger und Objektoberfläche eine Vorlaufstrecke anordnen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschallgerätes der genannten Art, das es ermöglicht, Schnittbilder mit erhöhten Seitenauflösungsvermögen über ihren ganzen Tiefenbereich zu erzeugen.

Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß die Länge des jeweiligen Arbeitsbereiches des bzw. der Schallköpfe kleiner ist als die Tiefe des darzustellenden Schnittbildes bzw. der dazu abgetasteten Schnittfläche und daß bei aufeinanderfolgenden Abtastungen die Arbeitsbereiche der die Schnittfläche abtastenden Schallbündel durch verschiedene Fokussierung der sie erzeugenden Schallköpfe und verschieden große, in den Schallweg eingeschaltete Vorlaufstrecken auf verschiedene Tiefenzonen der Schnittfläche einstellbar sind, daß eine Auswahleinrichtung vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines Teilbildes nur die aus der jeweils vom Arbeitsbereich erfaßten Tiefenzone einlangenden Echos der Bildschirmdarstellung so zuführt, daß auf dem Bildschirm die aus den bei den aufeinanderfolgenden Abtastungen erhaltenen Teilbilder zu einem Gesamtschnittbild zusammengesetzt sind.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Ultraschallgerätes besteht darin, daß vollständige Schnittbilder mit erhöhtem Auflösungsvermögen dargestellt werden können.

Bevorzugte Ausführungsformen entnimmt man den Unteransprüchen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es notwendig, auf die entsprechenden quantitativen Zusammenhänge bei fokussierten Schallköpfen einzugehen, da darüber noch keine ausreichende Fachliteratur existiert. Ferner müssen einzelne Begriffe genau definiert werden, da auch in der Definition in der vorhandenen Literatur Unklarheiten bestehen bzw. verschiedene einander sogar widersprechende Bezeichnungen üblich sind. Die entsprechende Klarstellung wird im Rahmen der folgenden Zeichnungsbeschreibung vorangestellt, woran erst die Beschreibung von Ausführungsbeispielen und weiterer Vorteile und Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes anschließt,

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 zur Erklärung der physikalischen Zusammenhänge eine einfache Näherungskonstruktion, die es gestattet, das Schallfeld eines fokussierten Schallkopfes mit ausreichender Genauigkeit anzugeben,

F i g. 2 ein Diagramm, das für zwei verschiedene Schwinger die Arbeitsbereiche zeigt, die sich bei verschiedener Brennweite und Nahfeldiänge ergeben, wobei auf der Abszisse die Entfernung vom Schwinger und auf der Ordinate die Brennweite aufgetragen wurde,

F i g. 3 schematisch im Schnitt die Schniubildmechanik eines erfindungsgemäßen Gerätes, wobei die abgetasteten Schnittflächenbereiche angedeutet wurden,

F i g. 4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Gerätes nach F i g. 3.

F i g. 5 ein Blockschaltschema des Gesamtgerätes und

F i g. 6 wieder in schematisch vereinfachter Darstellungsweise den Hauptteil einer mit einem Rad versehenen Schnittbildmechanik in Ansicht.

Nach F i g. 1 wird ein fokussierter Schallkoof durch

einen gekrümmten Schwinger 1 angedeutet. Die Brennweite dieses Schallkopfes entspricht dem Krümmungsradius des Schwingers 1 und der Brennpunkt F liegt somit im Krümmungsmittelpunkt. Bei Verwendung einer Schallinse an Stelle des gekrümmten Schwingers kann man die Brennweite nach den aus der Optik bekannten Formeln errechnen und somit die Lage des Brennpunktes bestimmen. In der Literatur wird manchmal bei fokussierten Schallköpfen die Stelle des größten Schalldruckes als Brennpunkt bezeichnet. Diese Stelle ist aber mit dem vorstehend definierten und den physikalischen Gesetzen entsprechenden Brennpunkt F nicht identisch. Das Schallfeld des fokussierten Schallkopfes 1 kann man in einer durchaus ausreichenden Näherungskonstruktion dadurch bestimmen, daß man zunächst von den Rändern des Schwingers 1 ausgehend, Strahlen 2a, 2b durch den Brennpunkt F zeichnet und dann von der Mitte des Schwingers 1 aus Strahlen 3a, 3b im öffnungswinkel des nicht fokussierten Schallbündels dieses Schwingers im Fernfeld aufträgt. Dieser Öffnungswinkel für das nicht fokussierte Schallbündel im Fernfeld errechnet sich nach der Formel

sin α = 1,22 · —

Das Schallbündel des fokussierten Schallkopfes folgt der Einhüllenden aus den Strahlen 2a, 2b, 3a, 3b, die Einhüllende des Schallfeldes folgt vom Schwinger an den konvergierenden Strahlen 2a, 2b, dann den divergierenden Strahlen 3a, 3b und schließlich den divergierenden Strahlen 2a, 2b. Damit wird die Zone der verbesserten Eigenschaften durch die Punkte A, E begrenzt, in denen sich jeweils die Strahlen 2 und 3 schneiden. Der Bereich a zwischen den Punkten A und E stellt den »Arbeitsbereich« des fokussierten Schallkopfes dar. Auf Grund der geometrischen Verhältnisse, wie sie in F i g. 1 veranschaulicht wurden, ergeben sich für die Abstände der Punkte A und E vom Schwinger 1 folgende Näherungsformeln:

A =

E =

D² + 2,44 · λ ·/

/D²

D² - 2,44 · λ f

45

50

Dabei bedeuten

D = Durchmesser des Schwingers, λ = Wellenlänge,
f = Brennweite.

Aus diesen Formeln ergibt sich, daß es prinzipiell unmöglich ist, daß der Anfang des Arbeitsbereiches den Wert A = 0 und das Ende Feinen endlichen Wert besitzt. Die mathematisch mögliche Lösung für A = O bedeutet, daß /"=0 oder D=O werden müßten, was physikalisch sinnlos ist. Mathematisch wäre in diesem Fall auch £=0.

In Fig. 2 sind die geschilderten Zusammenhänge noch einmal im Diagramm veranschaulicht, wobei der einfacheren Darstellung halber als Kurven die Nahfeldlängen Ni, N2 von zwei verschiedenen Schallköpfen als maßgebende Parameter angedeutet wurden und dargestellt ist, wie sich der jeweils nutzbare Arbeitsbereich in seiner Länge und in seinem Abstand vom Schwinger in Abhängigkeit von der Brennweite verändert. Zwischen den schon definierten Größen und der Nahfeldlänge besteht mathematisch der Zusammenhang

N = 0,25 · J£

Je näher der Anfangspunkt A an den Schallkopf heranrückt, desto kürzer wird in beiden Fällen die Länge des Arbeitsbereiches a.

Aus den geschilderten Zusammenhängen ergibt sich, daß es unmöglich ist, einen Schallkopf so zu fokussieren, daß sein Arbeitsbereich von 0 bis zur gewünschten maximalen Tiefe des darzustellenden Schnittbildes, beispielsweise 300 mm, reicht. Wenn man einen Schallkopf baut, dessen Arbeitsbereich die gewünschte Länge, beispielsweise 300 mm aufweist und eine Vorlaufstrecke vorsieht, um mit dem Beginn des Arbeitsbereiches in die Nähe der Objektoberfläche zu gelangen, kommt man zu sehr langen Brennweiten, bei denen die erzielbare Einschnürung des Schallbündels verhältnismäßig gering ist.

Wie schon erwähnt wurde, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, Schallköpfe mit Arbeitsbereichen zu verwenden, deren Länge kleiner ist als die Tiefe des darzustellenden Schnittbildes und die Schnittfläche in ihrer gesamten Tiefe mit auf verschiedene erfaßte Tiefenzonen eingestellten Arbeitsbereichen abzutasten. Grundsätzlich kann man die Einstellung auf verschiedene Tiefenzonen mit nur einem Schallkopf und verschieden großen Vorlaufstrecken oder mit mehreren Schallköpfen erreichen, wobei im letzteren Fall den einzelnen Schallköpfen verschieden lange Vorlaufstrekken zugeordnet sind. Die Verwendung kürzerer Arbeitsbereiche hat den zusätzlichen Vorteil, daß hier stärker eingeschnürte Schallbündel auftreten, die durch die Fokussierung erzielten Vorteile wirksam werden und überdies mit verhältnismäßig kurzen Vorlaufstrekken gearbeitet werden kann, wodurch sich ein handlicherer Aufbau für das Gesamtgerät ergibt.

Bei einem Gerät nach den F i g. 3 bis 5 ist in einem Gehäuse 4 eine Schnittbildmechanik untergebracht. Das Gehäuse 4 ist mit einer schalleitenden Flüssigkeit gefüllt und weist an seiner Unterseite ein beispielsweise von einer Membrane gebildetes, schalldurchlässiges Fenster 5 auf. Die Verwendung einer aus einer elastischen Folie gebildeten Membran für das Fenster 5 ermöglicht eine Anpassung an die Oberflächenform des untersuchten Objektes.

Im Gehäuse 4 ist ein Schallkopfträger 6 angeordnet, der über eine nicht dargestellte Antriebseinrichtung um eine Achse 7 oszillierend antreibbar ist. Im Schallkopfträger sind zwei Schallköpfe 8 und 9 angeordnet, die beide als fokussierte Schallköpfe ausgebildet sind.

Der Schallkopf 8 ist innerhalb des Gehäuses 4 gegen einen als Spiegel 10 angedeuteten Reflektor gerichtet. Entsprechend der Momentanlage wurde die am Reflektor gebrochene Achse 8' des abgestrahlten Schallbündels eingezeichnet. Das vom Schallkopf 8 abgestrahlte Schallbündel wird am Spiegel reflektiert und tritt über das Fenster 5 in das zu untersuchende Objekt aus. Die Grenzen des Schwenkbereiches wurden, bezogen auf die Achse 8' des Schallbündels, durch die Linien 11,12 angedeutet, deren entsprechend den Reflexionsgesetzen am Spiegel 10 gebrochene Verlängerungen 11,12a die Ränder des vom Schallkopf 8 erfaßten Schnittflächenbereiches bestimmen. Die Fokussierung des Schallkopfes 8 ist so gewählt, daß der

Beginn seines Arbeitsbereiches nach der zwischen dem Schallkopf und dem Fenster 5 liegenden Vorlaufstrecke etwa mit dem Fenster 5 zusammenfällt. Das Ende des Arbeitsbereiches des Schallkopfes 8 wurde durch eine Linie 13 angedeutet.

Der zweite fokussierte Schallkopf 9 strahlt praktisch direkt zum Fenster 5 und damit in das zu untersuchende Objekt ein. Seine Schallbündelachse 9' wird zwischen den Grenzen 14, 15 hin- und herbewegt. Der Arbeitsbereich des Schallkopfes 9 beginnt bei der Linie 16 und endet bei der Linie 17. Durch eine noch näher zu beschreibende Auswahleinrichtung werden für den Bildaufbau grundsätzlich nur Signale verwendet, die aus den jeweiligen Arbeitsbereichen zwischen 5 und 13 bzw. 16 und 17 stammen. Zwischen den Linien 13 und 16 liegt ein Überlappungsbereich der beiden Arbeitsbereiche. Innerhalb dieses Überlappungsbereiches wird eine Umschaltgrenze 18 vorgesehen, die vorzugsweise mit Hilfe einer Auswahleinrichtung zwischen den Grenzwerten 13 und 16 verstellbar ist. Bildteile, die oberhalb der Umschaltgrenze 18 liegen, werden vom Schallkopf 8 gezeichnet, wogegen Bildteile unterhalb der Grenze 18 vom Schallkopf 9 gezeichnet werden. Die vorzugsweise vorgesehene Verstellmöglichkeit für die Grenze 18 hat den Zweck, die Darstellung kleinerer Gebilde im Überlappungsbereich zwischen 13 und 16 über nur einen Schallkopf zu ermöglichen.

Die Schallköpfe 8 und 9 werden abwechselnd betrieben, damit sie sich nicht, gegenseitig stören. Es ist dabei ein rascher Wechsel in der Form möglich, daß aufeinanderfolgende Sendeimpulse abwechselnd verschiedenen Schallköpfen zugeführt werden. Man kann aber auch sowohl den Hin- als auch den Rücklauf der Schallköpfe 8,9 zum Senden und Empfangen ausnützen und dabei während der einen Bewegungsrichtung nur den einen und während der anderen Bewegungsrichtung nur den anderen Schallkopf betreiben. Bei schnellerem Wechsel und Betrieb der Schallköpfe beim Hin- und Rücklauf kann es zu einer Unscharfe wegen der nicht ganz zu vermeidenden Hysteresis der oszillierenden Bewegung, der sich eine Rüttelbewegung der Mechanik überlagern könnte, kommen. Bei einem nur beim Hin- und Rücklauf wechselnden Betrieb können Unscharfen nur an der Grenze 18 zwischen den beiden Bildbereichen auftreten.

Der zu der letztgenannten Betriebsweise gehörige Zeitplan ist in F i g. 4 veranschaulicht.

Im Diagramm 19 ist dabei der Bewegungsablauf des Schallkopfträgers 6 dargestellt. Es handelt sich vorzugsweise um eine harmonische Schwingung, da hier die kleinsten Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte auftreten, im Diagramm 20 ist ein Maßstab für die zeitliche Wiederholung der Sendeimpulse dargestellt. Der besseren Übersichtlichkeit halber wurde gegenüber dem Diagramm 19 nur etwa jeder hundertste Sendeimpuls im Diagramm 20 dargestellt. Dabei wurde die weitere Vereinfachung getroffen, daß die Sendeimpulse 20 mit gleichen Zeitabständen dargestellt sind, obwohl es in vielen Fällen günstiger sein kann, die Abgabe der Sendeimpulse vom Bewegungsablauf des Schallkopfträgers her zum Beispiel wegabhängig zu steuern, um trotz einer ungleichförmigen Bewegung des Schallkopfträgers eine gleichmäßige Rasterdichte bei der Abtastung der Schnittfläche zu erzielen.

Im Diagramm 21 wurden die Öffnungszeiten eines t>5 Gatters angedeutet, das nur während seiner Öffnungszeit von den Schallköpfen empfangene und vom Verstärker entsprechend verstärkte Echosignale durchläßt, somit praktisch verhindert, daß ein Schallkopf Echos, die nicht aus dem Arbeitsbereich stammen, an die Einrichtung zur Bilddarstellung weiterleitet. Das öffnen des Gatters erfolgt in dem Intervall zwischen den Zeiten 7Ί und T2 eine bestimmte Zeit nach Aussendung eines Sendeimpulses, wobei die Verzögerung im Zeitintervall Γ3 bis T4 einen anderen Wert aufweisen kann. Auch die Öffnungszeit der Gatter kann im Zeitintervall 7Ί bis T2 anders als im Zeitintervall Γ3 bis 7*4 gewählt werden und kann vorzugsweise überdies (siehe F i g. 3) durch Einstellen der Grenze 18 zumindest zwischen den durch 13 und 16 bestimmten Grenzwerten variiert werden. Das Diagramm 22 zeigt schließlich die Stellung eines Umschalters an, der in seinem oberhalb der durchgehenden Linie angedeuteten Schaltzustand den einen Schaükopf 8 oder 9 und in seinem anderen Schaltzustand zwischen den Zeiten 7"3 und 74 den anderen Schallkopf mit dem Ultraschallgerät verbindet.

In F i g. 5 sind im Blockschaltschenia die wesentlichen Teile des mit einer Einrichtung gemäß den F i g. 3 und 4 ausgestatteten Ultraschallgerätes veranschaulicht. Bei der einfachsten Form ist ein Taktgeber 23 vorhanden, der über Leitungen 24, 25 einerseits einen Kippgenerator 26 für die Zeitablenkung und anderseits einen Sender 30 triggert. Der Senderblock 30 enthält auch den Empfänger und die gesamte für die Signalaufbereitung benötigte Elektronik, also Einrichtungen zum Tiefenausgleich, zur Schwellwertbestimmung, Demodulation, Siebung usw. Die Signale des Senders 30 gelangen über eine Leitung 27 zu einem elektronischen Umschalter 28, der sie nach dem Zeitplan 22 (F i g. 4) wahlweise auf die beiden Leitungen 29,31 verteilt, so daß sie innerhalb der Schnittbildmechanik 4 wechselweise den beiden Schallköpfen 8 oder 9 zugeführt werden. Die vom jeweils aktivierten und über den Schalter 28 mit dem Sender 30 verbundenen Schallkopf 8 oder 9 empfangenen Echoimpulse gelangen vom Schallkopf zurück zum Sender 30, werden dort aufbereitet und auf eine Leitung 32 gelegt, die über ein Gatter 33 führt, welches seinerseits über ein verstellbares Verzögerungsglied 34 vom Taktgeber 23 gesteuert wird und die im Diagramm 21 angedeuteten Öffnungszeiten aufweist. Zusätzlich wird die Verzögerungszeit von der Schnittbildmechanik 4 her über z. B. auf die Bewegungsrichtung des Teiles 6 empfindliche Fühler, deren Signale über Leitungen 35, 36 an das Verzögerungsglied 34 gelegt werden, eingestellt, so daß sich beim Hin- und Rücklauf des Teiles 6 verschiedene Verzögerungszeiten ergeben. Eine weitere Stellmöglichkeit zur Einstellung der Grenze 18 kann ebenfalls vorgesehen werden.

Die vom Gatter 33 durchgelassenen Echoimpulse werden auf eine Leitung 37 gelegt und dienen zur Hellsteuerung des Elektronenstrahles auf einen Bildschirm 38.

Für die Horizontal- und Vertikalablenkung des Elektronenstrahles dient ein Bildcomputer 39, der einerseits über die Leitung 40 vom Kippgenerator 26 Zeitablenksignale und anderseits von der Schnittbildmechanik 4 über Leitungen 41, 42 Signale erhält, die die jeweilige Relativstellung des abtastenden Schallkopfes 8 oder 9 in der Schnittfläche angeben. Signale über die Leitung 41, die die Bewegungsrichtung angeben, können der Bildsynchronisierung dienen. Aus den Signalen ermittelt der Bildcomputer 39 Ablenkspannungen, die dem Bildschirm über Leitungen 43, 44 zugeführt werden. Man kann über die Leitung 42 im einfachsten Fall nur Einzelimpulse führen, die jeweils dann auftreten, wenn das Schallbündel einen bestimmten

Weg zurückgelegt hat. Diese Signale werden im Bildcomputer 39 gezählt und verarbeitet. Es können nun wenigstens theoretisch durch Störimpulse Zählfehler auftreten, die zu einem Wegtriften des Bildcomputers gegenüber der tatsächlichen Stellung des Schallkopfträgers 6 führen könnten. Mit Hilfe der Synchronisierimpulse über 41 werden in diesem Fall die Zähler im Bildcomputer auf einen Sollwert gestellt und daher nach jeder halben Bewegungsperiode des Schallkopfträgers synchronisiert.

Das bisher beschriebene Gerät kann auf verschiedene Weise abgewandelt und erweitert werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Schon nach F i g. 3 wäre es möglich, nur einen einzigen Schallkopf zu verwenden, seinen Schwenkbereich aber von 11 bis 15 zu vergrößern, so daß er einmal direkt und dann über die Vorlaufstrecke in das zu untersuchende Objekt einstrahlt.

Nach Fig.6 ist an Stelle eines oszillierenden Schallkopfträgers 6 nach F i g. 3 ein Rad 45 vorgesehen, das in gleichförmiger Bewegung rotierend antreibbar ist. Im Rad sind Schallköpfe in zwei, die Schallköpfe 8a bis 86 und 9a bis 9b umfassenden Gruppen angebracht, wobei die Schallköpfe 8a usw. wieder über eine Vorlaufstrecke und die Schallköpfe 9a usw. unmittelbar in ein zu untersuchendes Objekt abstrahlen. Die Schallköpfe der einzelnen Gruppen sind mit Ringleitungen 45, 46 verbunden. Die Verbindung dieser sich mit dem Rad drehenden Ringleitungen mit den festen vom Gerät kommenden Zuleitungen kann über (nicht gezeichnete) rotierende Transformatoren oder Schleifringe erfolgen, wobei es in letzterem Fall möglich ist, die Ringleitungen gleich als entsprechende Schleifringe auszubilden.

In den Verbindungsleitungen liegen Schalter 47a bis d und 48a bis d, die als Magnetschalter ausgeführt sein können und durch in verschiedenen Abständen von der Drehachse des Rades angeordnete Magnete 49, 50 betätigbar sind. Die Magnete 50 bestimmen jeweils den Winkelbereich 51 bzw. 52 der Drehung des Rades, währenddem ein am Magnet vorbeilaufender Schalter geschlossen wird, also der am Schalter liegende Schallkopf aktiviert ist. Die Anordnung der Schallköpfe 8a, 9a usw. am Rad 45 ist so zu treffen, daß jeweils nur ein Schallkopf aktiviert ist. Der Teilungswinkel 53 zwischen zwei Schallköpfen der gleichen Gruppe 8 oder 9 muß wenigstens gleich der Summe der öffnungswinkel 51 und 52 sein. Der Winkel 54 zwischen zwei benachbarten Schallköpfen verschiedener Gruppen muß gleich oder kleiner als der Winkel 55 zwischen den Rändern 14, 11a der benachbarten erzeugten Schalifelder sein. Der Vorteil der Verwendung eines Rades 45 besteht darin, daß wegen der gleichförmigen Bewegung kaum zum Rütteln führende Massenkräfte auftreten können und daß man auch bei konstanter Impulsfolgefrequenz eine gleichmäßige Rasterdichte erhält. Es werden allerdings mehrere Schallköpfe benötigt, die innerhalb einer Gruppe in ihren gesamten Eigenschaften, also auch hinsichtlich der Fokussierung, sorgfältig aufeinander abgestimmt sein müssen. Der Teilungswinkel 53 und vorzugsweise auch die Winkel 51, 52 werden so gewählt, daß ihr ganzzahliges Vielfaches den Wert 360° ergibt, damit zwischen aufeinanderfolgend erzeugten Teilbildern kein Leerlauf stattfindet. In F i g. 6 wurde eine vereinfachte Darstellung gewählt. Man kann an Stelle der Magnetschalter auch optische Schalter oder vorprogrammiert schließbare Schalter verwenden.

Es wurde schon erwähnt, daß die Schallköpfe 8,9 bzw. 8a, 9a usw. fokussiert sind. Es ist aber auch möglich. Schallköpfe mit unterschiedlicher Frequenz zu verwenden. Die Schallwellen des Schallkopfes, dessen Arbeitsbereich den oberen Teil des Schnittbildes erfaßt, laufen zum großen Teil über die Vorlaufstrecke, so daß man durch geeignete Ausbildung dieser Vorlaufstrecke eine nur geringe Schwächung vor dem Eintritt der Schallwellen in die Schnittfläche erzielt. Die Schallwellen des anderen Schallkopfes durchlaufen vor dem

ίο Erreichen des Arbeitsbereiches stark absorbierendes Gewebe. Man kann daher jeweils für den Schallkopf. der die oberflächennahe Zone der Schnittfläche erfaßt. eine höhere Frequenz als für den anderen Schallkopf vorsehen, wodurch sich in diesem Teil des Schnittbildes ein besseres Tiefenauflösungsvermögen ergibt. Bei der Ausführung nach F i g. 6 kann man analog zu der beschriebenen Variante zu Fig.3 auch nur eine Schallkopfgruppe vorsehen und die Schallköpfe dieser Gruppe sowohl beim Durchlaufen des Winkelbereiches 51 als auch beim Durchlaufen des Winkelbereiches 52 aktivieren.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die darzustellende Schnittfläche nicht nur in zwei, sondern in drei oder mehrere Tiefenzonen aufzuteilen und enispiechend Schallköpfe mit verschieden langen Vorlaufstrekken zu verwenden. Bei der Ausführung nach F i g. 3 könnte die zweite Vorlaufstrecke an der vom Reile¹.!τ 10 abweisenden Seite des Trägers 6 vorgesehen und das FensterS entsprechend vergrößert werden.

Im Zusammenhang mit Fig. 5 wurde eine Ausführung beschrieben, bei der über den Taktgeber 23 eine konstante Impulsfolgefrequenz bestimmt wird. Besonders bei einer ungleichförmigen Bewegung der Schailköpfe bei der Abtastung der Schnittfläche kann man auch zur Bestimmung der Schallimpulsfolge des jeweils aktivierten Schallkopfes einen Auslöseimpulse für die einzelnen Schallimpulse erzeugenden Geber vorsehen. der einerseits über auf die Relativstellung bzw. Bewegungsrichtung der Schallköpfe empfindliche I ..igo- bzw. Richtungsfühler insbesondere im Sinne einer Auslösung der Impulse nach gleichen Wegstrecken der Schallbündclvcrstcllung innerhalb einer Ticfcri7O",.: i;;,d anderseits über dem jeweils eingestellten Arbeitsbereich entsprechende Signale aktivierbar ist. so daß man die Schnittfläche nach einem vorgewählten Programm abtastet. Der Geber kann einen über die Signale der Lage- bzw. Richtungsfühler und die dem eingestellten Arbeitsbereich zugeordneten Signale auf verschiedene Schußfolgen einstellbaren vorprogrammierten Teil aufweisen. Zur Verbesserung der Gesamtdarstellung. beispielsweise zur Erzielung eines flackerfreien Bildes. ist es auch, wie an sich bekannt, möglich, Hie Hpm Bildaufbau dienenden Signale zunächst in einem Zwischenspeicher zu speichern und erst von diesem auf den Bildschirm abzufragen, wobei das Einschreiben in den Speicher entsprechend dem Auftreten der Signale nach einem anderen Programm als die Abfrage erfolgen kann, so daß beispielsweise eine Abfrage nach der Fernsehnorm möglich ist und auch die Möglichkeit besteht, den Speicher öfters abzufragen, als Einschreibevorgänge des gesamten Schnittbildes stattfinden, um z. B. bei für ihr Entstehen längere Zeiten benötigenden Schnittbildern ein flackerfreies Bild zu erzielen. Für normale medizinische Untersuchungen wird es trotzdem möglich, mehrere vollständige Schnittbilder in der Sekunde zu erzeugen, so daß bewegte Schnittbilddarstellungen möglich sind.

Bei einer Zwischenspeicherung und bei einer

Programmierung der Schußfolge kann man dafür Sorge tragen, daß Ecken in der Außenkontur des dargestellten Gesamtschnittbildes, in F i g. 3 also die Ecken zwischen den Linien 11a und 15 bzw. 12a und 14 weitgehend ausgeglichen werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   I. Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren, mit einer auf eine vorwählbare Schnittfläche eines Objektes ausrichtbaren Schnittbildmechanik, bei der vcn wenigstens einem Schallkopf abgestrahlte Schallbündel mit Hilfe mechanisch bewegter Teile über die Schnittfläche verstellbar und die Schallköpfe fokussiert sind, so daß das von ihnen abgegebene Schallbündel in einem bestimmten, nur über einen Bruchteil der Tiefe der abzutastenden Schnittfläche reichenden Arbeitsbereich eingeschnürt ist, wobei zur Darstellung des Schnittbildes die zu den ausgesandten Schallimpulsen einlangenden Signale auf einem Bildschirm an dem Ort ihrer Entstehung geometrisch zugeordneter Stelle darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufeinanderfolgenden Abtastungen die Arbeitsbereiche der die Schnittfläche abtastenden Schallbündel durch verschiedene Fokussierung der sie erzeugenden Schallköpfe (8, 9, 8a, 9a...) und verschieden große, in den Schallweg eingeschaltete Vorlaufstrekken (Strecke 8 bis 5) auf verschiedene Tiefenzonen (5 bis 13 bzw. 16 bis 17) der Schnittfläche einstellbar sind, daß eine Auswahleinrichtung (33, 34) vorgesehen ist, die zur Erzeugung eines Teilbildes nur die aus der jeweils vom Arbeitsbereich erfaßten Tiefenzone einlangenden Echos der Bildschirmdarstellung so zuführt, daß auf dem Bildschirm (38) die aus den bei den aufeinanderfolgenden Abtastungen erhaltenen Teilbilder zu einem Gesamtschnittbild zusammengesetzt sind.
2. 2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Untersuchung oberflächennaher Bereiche für wenigstens einen Schallkopf (8, 9b) bzw. eine Abstrahlrichtung dieses Schallkopfes in der Schnittbildmechanik eine definierte Vorlaufstrecke (Strecke 8 bis 5) und für wenigstens einen weiteren Schallkopf (9, 9a) bzw. eine weitere Abstrahlrichtung des Schallkopfes keine bzw. vernachlässigbar kleine Vorlaufstrecken vorgesehen sind.
3. 3. Ultraschallgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittbildmechanik (4) wenigstens zwei der gemeinsamen Schnittfläche zugeordnete, fokussierte Schallköpfe (8, 9) und für wenigstens den einen von ihnen eine definierte Vorlaufstrecke (8 bis 5) enthält und daß eine gemeinsame Antriebseinrichtung (6,45) zur Abtastverstellung der Schallköpfe (8, 9, 8a, 9a, ...) selbst oder vom in den Vorlaufstrecken angeordneten Reflektoren (10) vorgesehen sind.
4. 4. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Relativstellung bzw. Bewegungsrichtung der Schallköpfe empfindlicher Lage- bzw. Richtungsfühler die wechselweise Aktivierung der Schallköpfe steuert.
5. 5. Ultraschallgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lage- bzw. Richtungsfühler (4, 28) zugleich mit einer Steuereinrichtung (39) zur Bestimmung der jeweiligen Lage der Echodarstellung am Bildschirm (38) verbunden ist.
6. 6. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schallköpfe (8, 9, 8a, 9a ...) unterschiedliche Betriebsfrequenzen aufweisen.
7. 7. Ultraschallgerat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Randbereiche (13 bis 16) der aufeinanderfolgend vom jeweils eingestellten Arbeitsbereich erfaßten Tiefenzonen (5 bis 13, 16 bis 17) der Schnittfläche überlappen und daß über die Auswahleinrichtung (34) im Überlappungsbereich eine Grenze (18) für die Darstellung von Echos aus der zu der einen oder anderen Zone gehörigen Abtastung einstellbar ist
8. 8. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Schallimpulsfolge des jeweils aktivierten Schallkopfes ein Auslöseimpulse für die einzelnen Schallimpulse erzeugender Geber vorgesehen ist, der einerseits über auf die Relativstellung bzw. Bewegungsrichtung der Schallköpfe empfindliche Lage- bzw. Richtur>gsfühler, insbesondere im Sinne einer Auslösung der Impulse, nach gleichen Verstellwegstrecken des Schallbündels innerhalb einer Tiefenzone und anderseits über dem jeweilig eingestellten Arbeitsbereich entsprechende Signale aktivierbar ist
9. 9. Ultraschallgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber einen über die Signale der Lage- bzw. Richtungsfühler und die dem eingestellten Arbeitsbereich zugeordneten Signale auf verschiedene Impulsfolgen der Schallköpfe einstellbaren vorprogrammierten Teil aufweist.
10. 10. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oszillierender Antrieb für den bzw. die Schallköpfe (8, 9) vorgesehen ist und der bzw. die Schallköpfe jeweils bei der einen Bewegungsrichtung im Sinne der Abtastung der einen und bei der anderen Bewegungsrichtung im Sinne der Abtastung der anderen Tiefenzone mit ihrem Arbeitsbereich aktivierbar sind.

    U. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallköpfe (8a, 9a...) auf einem in einer gleichförmigen Drehbewegung antreibbaren Rad (45) angeordnet sind.