DE3048527C2

DE3048527C2 - Einrichtung zur digitalen Ansteuerung eines Ultraschall-Applikators

Info

Publication number: DE3048527C2
Application number: DE19803048527
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ing.(grad.) 8520 Erlangen Naefe; Helmut Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Rost
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1984-02-02
Also published as: DE3048527A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur digitalen Ansteuerung eines Ultraschall-Applikators, der einen Schallkopf mit einer Mehrzahl von Wandlerelementen umfaßt, die in vorgegebener Konfiguration nebeneinander angeordnet sind, mit Ansteuerschaltern zum Ansteuern der Wandlerelemente und mit einem digitalen Steuerglied zum Einschalten ausgewählter Ansteuerschalter.

Eine solche digitale Steuereinrichtung ist aus der DE-OS 28 54 749 bekannt. Diese Steuereinrichtung umfaßt ein einziges digitales Steuergerät, dessen Innenaufbau nicht näher erläutert ist. Das Steuergerät wirkt auf eine Multiplex-Schalteranordnung ein, die den einzelnen Wandlerelementen einer Ultraschall-Wandleranordnung vorgeschaltet ist. Es ist festzuhalten, daß bei der bekannten Steuereinrichtung eine sequentielle Ansteuerung, das heißt ein aufeinanderfolgendes Schließen einzelner Schalter, nicht dagegen eine Ansteuerung

in Gruppen vorgesehen ist

Ultraschall-Steuereinrichtungen für einen Schallkopf aus einer Mehrzahl von Wandlerelemeaten, die in vorgegebener Konfiguration nebeneinander angeordnet sind, mit Ansteuerschaltern zum gruppenweisen Ansteuern von Wandlerelementen und mit Aktiviergliedern für die Ansteuerschalter sind beispielsweise aus der DE-AS 26 28 492, DE-AS 26 43 918 und DE-OS 26 45 738 vorbekannt In allen drei Fällen ergibt sich durch gruppenweise Ansteuerung und lineare Fort- w schaltung einer Gruppe Abtastung im B-Mode. Die Einrichtung nach der DE-OS 26 45 738 kombiniert dabei die Linearfortschaltung mit einem Doppelschwenk der Ultraschallabtastung zwischen zwei Verschiebetakten, so daß sich bei einer vorgegebenen Zahl von Verschiebeschritten die doppelte Zahl an Ultraschailabta&tzellen ergibt Das Ergebnis der Abtastung ist ein B-Schnittbild.

In besonderen Fällen ist es erwünscht, daß neben der Darstellung im B-Mode auch noch eine Darstellung entlang wenigstens einer tinzelnen Zeile, z. B. im TM-Mode oder auch im Α-Mode, möglich ist. Als Beispiel sei die Untersuchung des Herzens genannt. Die Darstellung im B-Mode ermöglicht es, Lage und Gestalt des Herzens abzubilden, wobei das Herz aber im Normalfall nur ruhend dargestellt werden kann. Das B-Bild gibt also bestenfalls Anhaltspunkte hinsichtlich des Bewegungsablaufes; der Bewegungsablauf selbst ist aber nicht darstellbar. Um diesen Bewegungsablauf genau erfassen zu können, ist eine Untersuchung nach jn einem TM-Verfahren, bei dem der Bewegungsablauf als Funktion der Zeit in Form einer Kurve dargestellt wird, erforderlich. In anderen Fällen wieder wird sich eine Darstellung im Α-Mode empfehlen. Dabei ist es möglich, die Bewegung nur eines bestimmten Teiles des Herzens, z. B. einer Herzklappe, darzustellen oder zu registrieren. Eine Steuereinrichtung für einen Ultraschall-Applikator. der eine Abtastung wahlweise im B-Mode und im TM-Mode oder auch Α-Mode erlaubt, ist z. B. durch die DE-AS 25 44 095 bekannt. Bei dem dabei verwendeten Schallkopf handelt es. sich jedoch um einen mechanisch angetriebenen Sektorscanner. Dieser Schallkopf besteht nicht aus einer Mehrzahl von Wandlerelementen; er ist also nicht so aufgebaut und wird auch nicht gruppenweise so gesteuert, wie jeweils der Schallkopf nach den voranstehend genannten Druckschriften.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für einen Ultraschall-Applikator der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß so eine gruppenweise Ansteuerung sowie, vorzugsweise im Zeitmultiplexbetrieb, eine sehr rasche wechselweise Abtastung sowohl im B-Mode und als auch entlang wenigstens einer einzelnen Zeile, insbesondere im TM-Mode oder Α-Mode, möglich ist. Der technische Aufwand soll dabei gering sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Ansteuerung der Wandlerelemente in Gruppen von vorgegebener Anzahl das Steuerglied eine Anzahl von digitalen Aktiviergliedern umfaßt, daß to jedes Aktivierglied einen ersten Digitaleingang mit einer ersten Zahl von Digitalsteuerleitungen für die Zuleitungen erster digitaler Signalwerte und einen zweiten Digitaleingang mit einer zweiten Zahl von Digitalsteuerleitungen für die Zuleitung zweiter digita- b5 ler Signalwerte besitzt, daß an die ersten Digitaleingänge der Digitalsteuerglieder eine Kombination aus ersten digitalen Signalwerten gelegt ist, die für die anzusteuernde Gruppe ein Grobfenster mit einer Fensterbreite definieren, welche größer ist als die Anzahl der anzusteuernden Wandlerelemente der Gruppe, und daß an die zweiten Digitaleingänge der Digitalsteuerglieder Kombinationen aus zweiten digitalen Signalwerten gelegt sind, die innerhalb des Grobfensters jeweils die genaue Position der anzusteuernden Gruppe steuerbar iestlegen.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ermöglicht den Einsatz eines sogenannten Ultraschall-Arrays in optimaler Weise für den gewünschten Zweck. Gemäß dieser Steuereinrichtung kann nämlich aus der Gesamtzahl aller Wandlerelemente eine beliebige Elementgruppe lediglich über ein einfaches digitales Adreßwort angewählt und zur Aussendung und zum Empfang von Ultraschallsignalen aktiviert werden. Die Möglichkeit der freien Anwahl erlaubt es, daß wechselweise Gruppen für die Abtastung im B-Mode und wenigstens eine einzige beliebige Gruppe für Abtastung wenigstens entlang einer einzigen Zeile, d. h. im TM-Mode oder Α-Mode, angesteuert werden können. Beide Abtast-Modes sind also, wie erwünscht, im Zeitmultiplexbetrieb darstellbar. Selbstverständlich können beide Modes aber auch getrennt durchgeführt werden.

Die Aufttilung der Ansteuerung auf zwei Digitaleingänge ermöglicht es, daß die Anzahl der digitalen Bausteine und die Anzahl der Steuerleitungen so aufeinander abgestimmt werden können, daß sich ein Optimum ergibt. Bei relativ geringer Zahl von digitalen Bausteinen im Innern der Steuereinrichtung für den Applikator wird aufgrund der relativ niedrigen Zahl benötigter Steuerleitungen auch der Querschnitt des Applikatorkabels klein. Der Applikator, der mit einer Steuereinrichtung gemäß der Erfindung betrieben wird, läßt sich also besonders gut handhaben, da er selbst nicht nur relativ leicht und wenig sperrig ist, sondern weil sein Kabel zusätzlich auch noch recht flexibel ist.

Die Aufgabe der freien Anwahl einer Elementengruppe könnte im Prinzip auch durch die Methoden des parallelen oder des sequentiellen Zugriffs gelöst werden. Beim parallelen Zugriff kann direkte digitale Dekodierung eingesetzt werden. Vorteil dieser Lösung wäre eine besonders geringe Anzahl benötigter Steuerleitungen. Bei einer Gesamtzahl der Wandlerelemente des Ultraschall-Arrays von z. B. m = 72 würden nur insgesamt sechs Steuerleitungen benötigt werden. Nachteilig ist aber der hohe Aufwand an benötigten Bauteilen; bei der genannten Gesamtzahl aller Wandlerelemente und einer einzustellenden Fensterbreite von 8 bit würden z.B. zur direkten Dekodierung etwa 125 ODER-Gatter benötigt. Eine weitere Möglichkeit des parallelen Zugriffs ist die Dekodierung mit digitalem Speicher, z. B. mittels ROM oder PROM. Diese Methode benötigt ebenfalls eine sehr geringe Zahl von Steuerleitungen. Nachteilig wären aber die hohen Kosten für die Speicherelemente, die in einer besonders verlustleistungsarmen Technologie aufgebaut sein müßten. Im Falle der Anwendung der Methode des sequentiellen Zugriffs brauchte nur die Lage der Elemtntengruppen direkt dekodiert zu werden, während die Lage des Fensters in den entsprechenden Eleruantgruppen durch taktweises Verschieben eines digitalen Wertes in einem Schieberegister festgelegt wird. Der Vorteil wäre ein relativ geringer Aufwand an Steuerleitungen und an Bauelementen. Nachteilig wäre aber, daß die Einschaltzeit groß (τ_Οη »1 μβεΰ) und die Schaltung insgesamt während der Verschiebung des digitalen Wertes besonders störanfällig ist.

Im Vergleich zu all diesen Methoden vereinigt die vorliegende Erfindung sämtliche Vorteile und vermeidet gleichzeitig alle Nachteile. Lediglich die Erfindung erlaubt also optimale Anwendung des neuen Abtastprinzips.

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

F i g. 1 ein Ultraschall-Array im Prinzipaufbau, so wie es in Verbindung mit der Erfindung eingesetzt werden soll,

F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild,

Fi g. 3 eine erste Möglichkeit für den inneren Aufbau eines Ultraschall-Applikators gemäß F i g. 2,

F i g. 4 eine zweite Möglichkeit für den inneren Aufbau eines Ultraschall-Applikators gemäß F i g. 2,

F i g. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild.

Die Fig. 1 zeigt ein Ultraschall-Array 1, das aus insgesamt z=3 Reihen oder Zeilen von auf einem Trägerteil 2 nebeneinander angeordneten Wandlerelement 3 aufgebaut ist. Die Zahl der Wandlerelemente 3 in einer Reihe beträgt m. Der Abstand der einzelnen Wandlerelemente untereinander beträgt Am und der Abstand der Reihen voneinander Az. Aus der Gesamtzahl /77 ■ ζ aller Elemente ist gemäß der Erfindung eine beliebige Wandlerelementgruppe, ζ. B. die zusammenhängende Gruppe mit π ■ ζ Elementen, frei auswählbar. Durch Längsverschiebung einer beliebigen Gruppe ergibt sich Abtastung im B-Mode. Bei Auswahl einer einzigen Gruppe ergibt sich Abtastung z. B. im TM-Mode oder Α-Mode. Abtastungen in anderen Modes, ζ. B. auch im Ultraschall-Doppler-Mode, sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Anwahl einer zusammenhängenden Wandlerelementgruppe speziell in der Weise, daß alle Elemente der anzuwählenden Gruppe über die ihnen zugeordneten Ansteuerschalter mit logisch »HIGH« angewählt werden. Die Ansteuerschalter für die restlichen (rn-n)z Wandlerelemente liegen hingegen auf logisch »LOW«. Nach diesem Prinzip lassen sich abhängig vom Integrationsgrad von z. B. Dickschichtschaltern zwei Lösungen angeben. Die Lösung der Fig. 2 bis 4 basiert auf Dickschichtschaltern mit V-MOS-Transistoren (vier Schalter pro Dickschicht-Chip). Die Lösung der F i g. 5 basiert hingegen auf höher integrierbaren Dickschichtschaltern. z.B. in SIP-MOS-Technologie. die einen integrierten RESET-Eingane beinhalten.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 2 bezieht sich im besonderen auf ein einzeiliges Ultraschall-Array. Die Zahl der Zeilen beträgt also z= 1. Dies ist jedoch nur ein mögliches Ausführungsbeispiel; bei Anwendung auf ein mehrzelliges Ultraschall-Array müßte entsprechend für jede weitere Zeile eine Schaltungsanordnung gemäß der Fig.2 eingesetzt werden. Das einzeilige Ultraschall-Array besteht ferner gemäß der Fig.2 aus insgesamt m=72 einzelnen Wandlerelementen. Diese Gesamtzahl m der Wandlerelemente ist in insgesamt /■=9 feste Gruppen von jeweils /J=8 Einzelelementen unterteilt

In der F i g. 2 sind die r= 9 einzelnen Elementgruppen £1 bis £8, £9 bis £16 etc bis £65 bis £72 am oberen Figurenrand angedeutet Jeder Gruppe ist eine Kombination aus Ansteuerschaltern 4 bis 12 zugeordnet, wobei jede Kombination 8 Schalter umfaßt. Als Aktivierglieder zur Aktivierung der Schalter gemäß der Erfindung dienen im vorliegenden Fall insgesamt neun 8-bit D-Register 13 bis 21 mit Clear-Eingängen CLR und Clock-Eingängen CK. Die Clock-Eingänge CK werden von einem gemeinsamen Taktsignal ΓΛ/Crangesteuert. Die Register 13 bis 21 umfassen auch eine der Zahl π der Elemente pro Gruppe entsprechende Zahl von π=8 Dateneingängen D und /7=8 Datenausgängen Q. Wie

ίο der Terminus D-Register schon besagt, arbeiten diese Register 13 bis 21 mit parallelem Datentransfer.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird die Fensterbreite eines Grobfensters durch eine Kombination aus digitalen Signalwerten CLR1 bis CLR9 an den Clear-Eingängen CLR der Register 13 bis 21 eingestellt. Die Fensterbreite ist dabei gemäß der Erfindung größer als die Zahl /7=8 der Gruppe anzusteuernder Wandlerelemente. Sie ist in bevorzugter Ausführungsform doppelt so breit, d. h. sie hat den Betrag 2/7. Da zur Ansteuerung eines einzelnen Wandlerelementes 1 bit benötigt wird, umfaßt das Datenwort zur Ansteuerung des Grobfensters insgesamt 2/7= 16 bit.

In der vorliegenden Ausführungsform werden stets n = 8 Schalter mit logisch »HIGH« und /7=8 Schalter mit logisch »LOW« angesteuert. Somit ergibt sich in diesem Datenwort zur Einstellung des Grobfensters die zweite Datenhälfte in einfacher Weise durch Invertierung der ersten Datenhälfte. Zu diesem Zweck ist ein Inverter 22 vorgesehen, dem ein Datenmuster D1 bis D 8 zugeführt wird. Er bildet hieraus die zweite Datenhälfte D1 bis D 8. Es gilt also:

oder in allgemeiner Form
D_n+1 = DVmItV=! (l)/7.

Die Steuerung für Abtastung im B-Scan geschieht dann z. B. wie folgt:

Der Datentransfer erfolgt grundsätzlich über jeweils zwei Register. Die restlichen (r—2) = 7 Register werden über Clear-Signale auf logisch »LOW« gehalten. Es sei angenommen, daß beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 die Scan-Richtung von links nach rechts verläuft. In diesem Falle befinden sich die Clear-Signale CLR 1 und CLR 2 zu Beginn jeder Abtastung auf logisch »HIGH«. Alle anderen Clear-Signale CLR 3 bis CLR 9 liegen auf logisch »LOW«.

Mit einer binären EINS als z. B. logisch »HIGH« und mit einer binären NULL als z. B. logisch »LOW« ergibt sich dann beispielsweise folgendes Muster:

CLRX CLRl CLRZ CLRA CLRS CLRi CLRl CLRt CLR9

0 0

Innerhalb dieses so ausgewählten Grobfensters erfolgt nun die Auswahl einer bestimmten Gruppe und die Gruppenfortschaltung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Datenmustern D1 bis D 8.

Das Datenmuster Di bis D 8 hat z. B. zu Beginn der Abtastung das folgende Format:

Dl Dl

D3 DA

DS

D6

Dieses Datenmuster liegt zu Beginn also an den Dateneingängen D der fünf Register 13, 15. 17, 19 und 21 an. _ _

Das invertierte Datenmuster Dt bis IX hat das folgende Format:

Dl

DU M

DS

Dl

O O

Dl	Dl	D3	DA	DS	D6	Ü7	m
O	1	1	1	1	1	1	1
Öl	Ία.	Ία	M	Ö5	Ö6	Dl	AB

Mit dem kurz darauf auftretenden zweiten Clock-Puls TAKT v/erden jetzt diese binären Muster Di bis DS und D1 bis Z? 8 übernommen. Da wieder nur CLR 1 und CLR 2 auf logisch »HIGH« liegen, werden jetzt über die Schalter 4 und 5 die acht Wandlerelemente £2 bis £9 aktiviert Die Gruppe der Wandlerelemene ist also um ein Wandlerelement nach rechts verschoben oder weitergewandert

Der dritte Schritt ergibt das folgende Datenmuster:

Dl Dl Dim DS D€ Dl D*

0 0 111111

DX Dl

Dieses invertierte Datenmuster liegt an den Dateneingängen Ddervier Register 14,16,18,20.

Wenn also nach jeweils kurzer Gatter-Laufzeit ein Datenwort DX bis DS, Di bis DS bereitgestellt ist, bewirkt der dann auftretende Clock-Puls TAKT mit seiner positiven Flanke die Übernahme dieses Datenworts vom Eingang D der Register 13 bis 21 zu den Registerausgängen Q. Dies gilt jedoch nur für jene Register 13 bis 21, deren Clear-Signale auf logisch »HIGH« liegen. Alle anderen Register, deren Clear-Signale auf logisch »LOW« liegen, führen keinen Datentransfer durch.

Im vorliegenden Fall liegen beim Beginn der Abtastung die Clear-Signale CLR1 und CLR 2 auf logisch »HIGH«. Damit transferiert also das Register 13 seinen Block Di bis DS aus binären EINSEN zum Ausgang Q und von dort zum Schalter 4. Der Schalter 4 aktiven daraufhin die Wandler-Elemente Ei bis ES im Sinne des Sendens und Empfangens von UltraschallsignaIen_:_Das Register 14 transferiert hingegen einen Block ZTl bis DS binärer NULLEN. Die Ansteuerschalter 5 liegen weiterhin auf logisch »LOW«, und die Elemente £9 bis £16 werden nicht aktiviert.

Nach diesem ersten Taktschritt zu Beginn einer jeden Abtastung, bei dem also an den Eingängen der Register 13 bis 21 die zuvor beschriebenen Binärmuster D1 bis D 8 und ZTl bis DS gebildet werden, folgt ein zweiter Taktschritt. Mit diesem zweiten Taktschritt ergeben sich dje beiden folgenden neuen Binärmuster D1 bis D S und D Ibis D S:

Π3

DS Db

Dl

Im dritten Taktschritt werden jetzt die acht Elemente £3 bis £10 aktiviert. Die angesteuerte Wandlerelementgruppe ist also erneut um einen Schritt nach rechts gewandert.

ίο Dieser Vorgang wiederholt sich nun schrittweise bis zum zehnten Takt. Mit dem neuten Takt geht das Clear-Signal CLR 1 auf logisch »LOW«; dafür wird jetzt das Clear-Signal CLR 3 zusätzlich zum Clear-Signal CLR 2 auf logisch »HIGH« geschaltet Das Grobfenster wird damit durch Aktivierung der Register 14 und 15 um eine Gruppenbreite in den Bereich der beiden Wandlerelementgruppen £9 bis £16 und £17 bis £24 verschoben. Ab dem neuten Takt können also auch Elemente der Gruppe £ 17 bis £24 über das Register 15 mit den zugehörigen Ansteuerschaltern 6 aktiviert werden.

Der beschriebene Anwahl- und Weitertaktvorgang für eine Elementengruppe wiederholt sich so lange, bis die Gruppe über die gesamte Länge des Ultraschall-Arrays durchgetaktej ist. Anschließend beginnt der ganze Vorgang von vorn.

Man erhält also die erwünschte zeilenweise Abtastung und damit die Darstellung im B-Mode. Wird dabei im Clock-Takt jede Elementengruppe nur einmal im Sinne des Sendens und Empfangens von Ultraschallsignalen aktiviert, so ergibt sich ein Abtastfeld aus insgesamt (m—n)-M Ultraschallzeilen. Das Echobild am Bildschirm des Oszillographen kann dann ebenfalls aus nur 64 Einzelzeilen bestehen oder es kann bei Doppelschreibung jeder Zeile insgesamt 128 Bildzeilen umfassen. Besser ist es jedoch, wenn zwischen zwei Clock-Takten die jeweilige Elementengruppe wenigstens zweimal im Sinne des Sendens und Empfangens von Ultraschallsignalen aktiviert wird. Hierbei kann gleichzeitig ein Strahlschwenk durchgeführt werden, so wie dies beim Gerät der DE-OS 26 45 738 der Fall ist. Das Ergebnis ist dann ein Zeilenfeld von maximal 2(m-n) unterschiedlicher. Ultraschallzeilen. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 erhält man also bei dieser bevorzugten Anwendungsart während eines Abtastvorganges insgesamt 128 Ultraschallzeilen. Die Zahl der Bildzeilen am Bildschirm des Oszillographen beträgt entsprechend ebenfalls 128. Eine weitere Möglichkeit, die Zeilenzahl zu erhöhen, besteht darin, daß ein »Halbschrittverfahren« entsprechend DE-AS 26 28 492 angewendet wird. In diesem Falle entfällt der Inverter 22 und das Signalmuster D i bis D 8 muß dem Bedürfnis entsprechend frei programmierbar sein.

Das Array der Fig.2 kann, was die Zahl der Elemente betrifft beliebig erweitert werden (z. B. für Sonder-Arrays für die Gynäkologie). Mit neun zusätzlichen n-bit Registern ist dann eine Gesamtzahl von

Wandlerelementen ansteuerbar. Die Clear-Signaie brauchen lediglich um ρ erweitert zu werden, während die Datenmuster Dl bis DS bei gleichbleibendem η erhalten bleiben.
Soweit die Abtastung im B-Mode.

Soll nun aber ein Untersuchungsobjekt auch noch zusätzlich entlang wenigstens einer einzelnen Zeile abgetastet werden, z. B. zum Zwecke der Darstellung im TM-Mode oder Α-Mode, so wird durch entsprechende

Programmierung der Clear-Signale CLR 1 bis CLR 9 und der Digitaldaten Di bis DS eine beliebige Blockkombination für jeweils zwei der Register 13 bis 21 an der erwünschten Stelle des Ultraschall-Arrays selektiert. In dem so ausgewählten Fenster kann dann wieder mittels einer bestimmten Signalkombination D 1 bis D 8 ein beliebiges Elementmuster ausgewählt werden. Ist beispielsweise der Aufbau einer TM-Zeile im Bereich der Elemente £33 bis £48 erwünscht, so wird über CLR5 und CL/?6 = »HIGH« sowie CLR 1 bis CLR4 und CLRl bis CL/?9 = »LOW« mittels der Register 17 bis 18 ein Fensterblock für die Schalter 8 und 9 gebildet. Durch entsprechende Positionierung eines Blockes aus acht binären EINSEN über D1 bis DS innerhalb des Blockfensters kann dann zwischen den Elementen £33 und £48 die gewünschte Position der TM-Zeile eingestellt werden. Dasselbe gilt selbstverständlich für Abtastung im Α-Mode oder z. B. im Doppler-Mode. Das Blockfenster bewirkt also die Grobeinstellung des Ortes der Zeile. Die Feineinstellung des Ortes erfolgt dann über D1 bis D S.

Die Wechsel zwischen Abtastung im B-Mode und Abtastung im TM-Mode oder Α-Mode (oder auch Doppler-Mode) erfolgen im vorliegenden Fall im Zeitmultiplexbetrieb. Damit ergibt sich eine besonders hohe Abtastfrequenz für bewegte Objekte, so daß auch sehr schnelle Bewegungsvorgänge (z. B. die der Herzklappen) im TM-Mode unter gleichzeitiger Beobachtung des B-Bildes dargestellt werden können. B-Bild und TM-BiId können nebeneinander oder ineinander geschachtelt auf demselben Bildschirm dargestellt werden. Die Abtastfrequenz f_A für das TM-Bild beträgt maximal

Ia "γ/ζ,

im Gegensatz zum Stand der Technik, mit dem maximal

Λ =

2(m-n)

Jz

erreichbar ist. /zist dabei die Ultraschall-Zeilenfrequenz. Die F i g. 3 und 4 zeigen zwei mögliche Realisierungen des Innenaufbaues von Applikatoren 23 und 27. In der Fig.3 befindet sich die Clear-Logik im Innern des Appjikators 23. Die zweite Hälfte des Datenwortes D1 bis D 8 wird ebenfalls mittels eines Inverters im Innern des Applikators erzeugt. Im einzelnen umfaßt der Applikator 23 die Bausteine 24,25 und 26. Der Baustein 24 umfaßt acht einzelne Inverter (ζ. Β. 74 LS 04). Das Bauteil 25 ist eine Clear-Logik, die aus drei Einzelinvertern (z. B. 74 LS 04), zwei ODER-Bausteinen (z. B. 74 LS32) und drei UND-Bausteinen (z.B. 74 LS 11) besteht. Der Baustein 26 beinhaltet die neun D-Register

ίο (z. B. 74 LS 273). Bei dieser Realisierungsform der F i g. 3 beträgt der Gesamtaufwand im Applikator also zwölf Steuerleitungen und sechzehn ICs.

In der F i g. 4 ist die Clear-Logik in das Gerät verlegt. Der Gesamtaufwand im Applikator beträgt achtzehn Steuerleitungen und elf ICs. Der Baustein 28 im Applikator 27 umfaßt wieder acht Einzelinverter (z. B.

74 LS 04) und der Baustein 29 beinhaltet wieder insgesamt neun D-Register (z. B. 74 LS 273).

Die F i g. 5 zeigt eine Anwendung der Erfindung auf ein Array mit einer Gesamtzahl von m= 192 Elementen. Die Zahl der Gruppen beträgt r=8, wobei jede Gruppe n=24 Elemente umfaßt. Ist ein zusätzlicher RESET-Eingang bei den Schaltern einintegriert, so kann ein Teil der Ansteuerung auf den Schalter-Chip verlagert werden.

Bei hochintegrierten Schaltern, z. B. in SIPMOS-Technologie, ist dies bereits heute zufriedenstellend realisiert. Mit einem zusätzlichen RESET-Eingang R ist es möglich, nicht angewählte Elemente abzuschalten. Das dynamische Taktsignal wird nicht benötigt. Die Ansteuerlogik beschränkt sich auf das Bereitstellen des Datenmusters und der RESET-Signale. In der Fig.5 bezeichnen die Bauteile 30 bis 36 die Schalter auf der Hochfrequenzseite; die Bauteile 37 bis 43 bezeichnen hingegen die eigentlichen Ansteuerglieder mit den RESET-Eingängen. Die Erzeugung des Datenmusters und der RESET-Signale wird zweckmäßig mit PROM's (32x8), die im Applikator integriert sind, realisiert. Die Zahl der Steuerleitungen reduziert sich auf insgesamt acht Zur Ansteuerlogik werden bei der PROM-Lösung

to insgesamt sieben PROM's mit der Organisation 32 χ 8 benötigt.

Sämtliche Clear- bzw. RESET-Signale und Datensignale Di bis DS bzw. Dl bis D 32 werden also vorzugsweise mittels Dekoderlogik aus dem Stand des Zeilenzählers im Ultraschallsteuergerät abgeleitet. Wie vorstehend erläutert, kann der Dekoder also entweder ganz oder nur teilweise im Applikator sitzen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur digitalen Ansteuerung eines Ultraschall-Applikators, der einen Schallkopf mit einer Mehrzahl von Wandlerelementen umfaßt, die in vorgegebener Konfiguration nebeneinander angeordnet sind, mit Ansteuerschaltern zum Ansteuern der Wandlerelemente und mit einem digitalen Steuerglied zum Einschalten ausgewählter Ansteuerschalter, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ansteuerung der Wandlerelemente (3) in Gruppen von vorgegebener Anzahl (n ■ z) das Steuerglied eine Anzahl von digitalen Aktiviergliedein (13 bis 21; 37 bis 43) umfaßt, daß jedes Aktivierglied (13 bis 21; 37 bis 43) einen ersten Digitaleisigang (CLR; R) mit einer ersten Zahl von Digitalsteuerleitungen für die Zuleitung erster digitaler Signalwerte (CLR 1 bis CLR 9; R 1 bis R 24) und einen zweiten Digitaieingang (D) mit einer zweiten Zahl von Digitalsteuerleitungen für die Zuleitung zweiter digitaler Signalwerte (D 1 bis DS, Dl bis ZTg; D1 bis D 32) besitzt, daß an die ersten Digitaleingänge der Digitalsteuerglieder (13 bis 21; 37 bis 43) eine Kombination aus ersten digitalen Signalwerten (CLR 1 bis CLR9; R 1 bis A4) gelegt ist, die für die anzusteuernde Gruppe ein Grobfenster mit einer Fensterbreite definieren, welche größer ist als die Anzahl (n ■ z) der anzusteuernden Wandlerelemente (3) der Gruppe, und daß an die zweiten Digitaleingänge der Digitalsteuerglieder (13 bis 21; 37 bis 43) Kombinationen mos zweiten digitalen Signal werten (Di bis DS, Di bis Ul) gelegt sind, die innerhalb des Grobfensters jeweils die genaue Position der anzusteuernden Gruppe steuerbar festlegen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Digitaleingang fCLR; R) eines jeden Aktiviergliedes (13 bis 21; 37 bis 43) jeweils mit einer einzigen ersten Digitalsteuerleitung verbunden ist, und daß jeweils über wenigstens zwei erste Digitalsteuerleitungen von nebeneinander angeordneten Aktiviergliedern (13 bis 21; 37 bis 43) ein Signalmuster zur Einstellung des Grobfensters gegeben wird, dessen Fensterbreite wenigstens doppelt so groß ist wie die Zahl der in der Gruppe anzusteuernden Wandlerelemente (3).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Eingang (D) eines jeden Aktiviergliedes (13 bis 21; 37 bis 43) jeweils mit einer Zahl von zweiten Digitalstueerleitungen verbunden ist, die wenigstens gleich ist der Anzahl von Wandlerelementen (3) in der anzusteuernden Gruppe.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktivierglieder (13 bis 21) D-Register dienen, deren Clear-Eingänge (CLR) die ersten Digitaleingänge und deren Dateneingänge (D) die zweiten Digitaleingänge bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenausgänge (Q)aer D-Register (13 bis 21) in Parallelformation zu den Ansteuerschaltern (4 bis 12) zur gruppenweisen Ansteuerung der Wandlerelemente (E 1 bis £72) führen, daß jedes D-Register (13 bis 21) einen Clock-Eingang (CK) besitzt, dem Clock-Impulse (TAKT) zugeführt werden, und daß jedes D-Register (13 bis 21) so ausgebildet ist, daß es aufgrund eines Clock-Impulses^ den zweiten digitalen Signalwert (DX bis DS; D1 bis D8), der gerade am Dateneingang (D)liegt, zum Datenausgang (Q) transferiert, wenn gleichzeitig im Clear-Eingang (CLR) ein Aktivierungssignal (CLR 1 bis CLR 9) anliegt

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fensterbreite von 2n, wobei η die Zahl der Wandlerelemente in der anzusteuernden Gruppe ist, die zweiten digitalen Signalwerte (Di bis DS, Di bis DTS) ein Datenmuster bilden, das insgesamt 2n Daten-bits umfaßt, wobei die zweite Hälfte der Daten-bits des Datenmusters zur ersten Hälfte der Daten-bits des Datenmusters invertiert ist

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß hei Erstreckung des Grobfensters über zwei Gruppen von Wandlerelementen (3) wechselweise immer zwei benachbarte D-Register (13 bis 21) mit Daten-bits (D 1 bis£>8) der ersten Hälfte und mit Daten-bits (Dl bis D S) der zweiten Hälfte des Datenmusters beaufschlagt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorgegebenes Muster von Daten (Di bis D S) zur Bildung der ersten Hälfte des Datenmusters einer ersten Auswahl von D-Registern (13, 15, 17, 19, 21) direkt und einer zweiten Auswahl dazwischenliegender Register (14, 16, 18, 20) zur Erzeugung der zweiten Hälfte des Datenmusters über einen Inverter (22) zugeleitet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Aktivierglieder (37 bis 43) mit integriertem RESET-Eingang (R) vorgesehen sind, wobei der RESET-Eingang den ersten Digitaleingang und der Dateneingang (D) den zweiten Digitaleingang bildet.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung «o ausgebildet ist, daß eine Darstellung im B-Mode und Abtastung entlang wenigstens einer einzelnen Zeile wechselweise im Zeitmultiplexbetrieb möglich ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung entlang einer einzelnen Zeile im TM-Mode, Α-Mode oder Doppler-Mode erfolgt.