DE3110521A1 - Anlage zur darstellung von ultraschallvorgaengen auf bildschirmen - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Echtzeitanzeige von Ultraschallechographen, insbesondere betrifft die Erfindung die Echtzeitanzeige von ültraschallechographen, bei welchen ein optisches Bild aus einem akustischen Bild in einem Wiederaufbaumedium unter Verwendung akustisch-optischer Verfahren ausgeformt wird.

Die Erfindung offenbart vor allem einen ültraschallechographen, der ein erstes Feld oder eine erste Matrize von Wandlern aufweist, die an den zu prüfenden Gegenstand gekoppelt sind. Die Matrize empfängt in Abhängigkeit von der an dem Gegenstand übertragenen Ultraschallenergie Echosignale, welche akustisch reflektierende Flächen im Gegenstand anzeigen. Die empfangenen Echosignale werden durch die Empfangselemente der Matrize oder des Feldes in elektrische Signale umgesetzt, die in einer gegenläufigen Zeitintervallschaltung verarbeitet werden und dann dazu dienen, ein zweites Feld oder eine zweite Matrize von mit einem Aufbaumedium gekoppelten Wandlern zu beaufschlagen. Die durch die zweite Matrize übertragenen Ultraschallsignale erzeugen in Abhängigkeit vom den gegenläufigen Zeitintervallsignalen im Wiederaufbaumedium ein nachgebildetes oder wiederhergestelltes akustisches Bild der akustischen Reflexionsflächen des Gegenstandes. Ein optisches Bild des wiederaufgebauten akustischen Bildes erhält man dann mit Hilfe von akustisch-optischen Vorrichtungen, wie einem Schlierengerät.

Wie nachstehend näher erläutert wird, lassen sich zeitgleiche oder isochrone Bilder gewinnen, d.h. Bilder, bei welchen das gesamte

akustische Bild gleichzeitig im Wiederaufbaumedium erscheint, das durch eine Lichtquelle impulsgesteuert wird, um ein optisches Bild des akustischen Feldes zu erhalten oder, um anisochrone Bilder zu schaffen, bei welchen sich das Bild in verschiedenen Tiefenschichten des Wiederaufbaumediums als Funktion der Zeit ausformt, wobei das Wiederaufbaumedium durch eine Lichtquelle abgetastet wird, um ein optisches Bild des akustischen Feldes zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Anordnung dient mit geringfügigen Änderungen sowohl für die Impuls-Echo- als auch die Dopplerbildformung. Außerdem kann gleichzeitig mit dem Echtzeitbild ein M-Schirmbild angezeigt werden. Die M-Abtastzeile kann unter Verwendung herkömmlicher phasengesteuerter Matrizentechniken von derselben Empfangsmatrize abgeleitet werden, wobei dieselben Übertragungsimpulse, die beim Echtzeitbild verwendet werden, um einen Ultraschallempfangsstrahl in der Richtung für die M-Schirmbildausformung zu erzeugen.

Infolge der hohen Abtastgeschwindigkeit der Einzelbilder, welche die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet, lassen sich im wesentlichen gesprenkelte Hintergründe oder Vergrießungen vermeiden. Sprenkelmuster bei Bildformungsgeräten werden im einzelnen in dem

*) Artikel "Acoustic Speckle: Theory and Experimental Analysis"von John G. Abbott und F.L. Thurstone, Ultrasonic Imaging, Bd.1, No.4, Okctober 1979, S.303-324, Academic Press, New York und London besprochen.

*) (Akustische Flächen: Theorie und Versuchsanalyse).

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Auf dem früheren Stande der Technik, besonders in der US-Patentschrift No. 4 174 634: "Echographic Device for the Real-Time Display of Internal Discontinuities of a Test Object" (Echograph für die Echtzeitanzeige von inneren Sprungstellen eines Untersuchungsgeqenstandes) wurden akustische Linsen und Spiegel eingesetzt, um ein akustisches Bild in einem Wiederaufbaumedium zu schaffen. Durch Verwendung einer akustischoptischen Bildformungsvorrichtung wurde das akustische Bild im Wiederaufbaumedium in optische Darstellung umgewandelt. Die frühere Anordnung weist mehrere Nachteile auf, insbesondere, daß die Bildgröße verkleinert wird, wobei jedoch die Auflösung durch die Wellenlänge der ursprünglichen Ultraschallfrequenz begrenzt wird, die übertragen und empfangen wird. Die Länge des Weges im Wasser bewirkt sowohl eine Verringerung der Bildauflösung als auch der Empfindlichkeit, weil akustische Energie im Quadrat der Weglänge abgeleitet oder vernichtet wird.

Außer dem erwähnten Patent umfassen frühere Veröffentlichungen die US-Patentschrift 4 006 627 mit dem Titel "High-Speed Ultrasonic Echo-Tomographie Device"(Ultraschallgerät zur Echotomographie) . Nach dieser Patentschrift werden Ultraschallsignale an ein Wiederaufbaumedium aus kristallinem Material geleitet. Nach der US-Patentschrift No. 4 157 665 "Formation of Acoustic Images" (Ausformung von akustischen Bildern} werden die empfangenen Signale in einer Anlage verarbeitet, die aus einem HF-Oszillator besteht, der eine Schwebungsfrequenz abgibt, wodurch ein Streustrahl in einen bildformenden Sammelstrahl in Wiederaufbaumedium umgesetzt wird.

Bei allen vorstehend beschriebenen früheren Anordnungen findet kein zeitlicher Gegenlauf der echoabhängigen elektrischen Signale statt. Bei der Erfindung werden die aus Echos im Prüfgegenstand entstehenden und echoabhängigen elektrischen Signale verarbeitet und seriell einem Speicher eingegeben, der einem jeden Wandler der Empfangsmatrix zugeordnet ist. Die Signale werden dann vom Speicher in gegenläufiger zeitlicher Ordnung abgerufen, d.h. daß das letzte seriell in den Speicher eingegebene Signal als erstes wieder abgerufen wird. Die abgerufenen Signale werden weiterverarbeitet und schließlich in zugeordneten Wandlern der Wiederaufbaumatrix eingespeist. Die akustisch an ein Wiederaufbaumedium gekoppelte Wiederaufbaumatrix überträgt an das Medium Signale akustischer Energie, die auf die zeitgegenläufigen echoabhängigen elektrischen Signale ansprechen. Je nach dem Wiederaufbaumedium, werden Schlieren-, Bragg-, Brechungsindexmessung (Interferometrie) oder andere akustisch-optische Umwandlungsverfahren verwendet, um ein optisches Bild aufzubauen. Optische Bildformungsverfahren sind bekannt und beschrieben, beispielsweise in dem Buch "Biomedical Ultrasonics" von P.N.T. Wells, 1977, Academic Press, S. 98-106, in dem Artikel "A New Ultrasonic Focusing System for Materials Inspection" {Eine neue Ultraschallfokussiereinrichtung für die Werkstoffprüfung) von P.D. Hanstead, J.Phys.D: All.Phys., Bd. 7, 1974, S.226-241 und im britischen Patent 1,364,254 "Improvements in Ultrasonic Inspection" (Verbesserungen der Ultraschallprüfung).

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich die gespeicherten Daten vom Speicher schneller auslesen als in den Speicher eingeben. Die Daten können auch mit der gleichen Geschwindigkeit

oder mit einer langsameren Geschwindigkeit ausgelesen als eingegeben .

Bei einem abgeänderten Ausführungsbeispiel der Erfindung können Bilder mit Dopplereffekt gewonnen werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Farbbilder möglich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Ultraschall-Echtzeitbildformungsanlage mit einem gegenläufigen Zeitspeicher zu schaffen. Erfindungsgemäß soll eine Ultraschall-Echtzeitbildformungsanlage mit verringerter Flecken- und Störmusterbildung erstellt werden. Weiter soll nach der Erfindung die erforderliche Zeit für den Zugriff zu einer Datensprosse oder einem Einzelbild verkürzt werden. Die sich daraus ergebende Erweiterung der Informationsbandbreite kann auf verschiedene Weise verwendet werden, z.B. zur Erhöhung der zeitlichen Auflösung,Herabsetzung der Fleckenbildung oder auch zur Gewinnung von Echtzeit-Dopplereffektbildern. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll eine Ültraschall-Echtzeitbildformungsanlage geschaffen werden, die eine Wiederaufbau-Wandlermatrix sowie ein Wiederaufbaumedium aufweist, bei welcher echoabhängige elektrische Signale aus einem Speicher in zeitlich gegenläufiger Ordnung mit der gleichen Geschwindigkeit, mit höherer Geschwindigkeit oder niedrigerer Geschwindigkeit ausgelesen werden als die Eingabegeschwindigkeit der Daten in den Speicher. Schließlich soll erfindungsgemäß eine Ultraschall-Echtzeitbildformungsanlage mit einem Speicher geschaffen werden, von dem echoabhängige elektrische Signale in zeitlich gegenläufiger Reihenfolge und mit einer Geschwindigkeit abgerufen werden, die zur Ausformung eines iso-

chronen Bildes In einem Wiederaufbaumedium erforderlich ist.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teiles der Anordnung der Fig.1,

Fig. 3 eine Schemazeichnung eines anderen Teiles der Anordnung der Fig. 1,

Fig. 4 ein elektrisches Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung/

Fig. 5 eine Zeichnung eines Teiles der Ausführung der Fig. 1.

Fig. 6 eine Schemazeichnung mit einer Abänderung eines Teiles der in den Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung für den Einsatz bei einem, impulsgesteuerten Echographen. Die Matrix 1 aus elektroakustischen Empfangselementen 10 ist akustisch an einen Untersuchungsgegenstand oder ein Prüfobjekt gekoppelt. Mindestens ein Element 12 der Matrix ist ein übertragungselement oder ein Übertragungsempfangselement. Obzwar das Übertragungselement 12 in der Zeichnung in der Mitte längs der Matrix angeordnet ist, kann es zu beiden Seiten der Matrix, an einer beliebigen Stelle dazwischen oder sogar auch entfernt von der Matrix 1 angeordnet sein. Vorzugsweise wird das Übertragungselement 12 an einer Stelle angeordnet, an welcher die übertragene Ultraschallenergie nicht durch

ein nichtübertragendes Element blockiert wird. Wenn beispielsweise der Untersuchungsgegenstand ein menschliches Herz ist, wäre es zweckmäßig, das Element 12 an einer von einer Rippe oder einem Rippenknorpel entfernten Stelle anzuordnen. In einem normalen Ausführungsbeispiel enthält die Matrix 1 von 32 - 100 Elemente 10.

Ein Taktgeber 14 gibt Auslöseimpulse an einen Impulsgeber 18 ab, deren Frequenz von der Schallgeschwindigkeit im Prüfgegenstand und der maximalen Tiefe, die im Geqenstand untersucht werden soll, abhängt. Die Wiederholfrequenz der Auslöseimpulse liegt normalerweise im Bereich zwischen 100 Hz. und 2 kHz, wobei im Falle von Kardiologie bei Erwachsenen oder Magenechographie die bevor-

zugte Frequenz bei etwa 1 kHz liegt. Der Impulsgeber 18 gibt Ansteuerungsimpulse an das Übertragungselement 12 ab. Das übertragungselement 12 setzt die Ansteuerungsimpulse des Impulsgebers 18 in Ultraschallübertragungsimpulse um, die periodisch in den Untersuchungsgegenstand eingestrahlt werden, im allgemeinen um die gesamte Ebene des Untersuchungsgegenstandes zu beschallen. Beim Abhören einer akustischen Unterbrechung oder einer Grenze im Gegenstand (die auch als Reflexions-oder Streufläche bezeichnet wird), wird ein Teil der übertragenen Ultra-, schallimpulsenergie zurück auf die Empfangselemente 10 als Echosignale gestrahlt. Die empfangenen Echosignale werden durch die Empfangselemente 10 in echoabhängige elektrische Signale umgesetzt.

Die echoabhängigen elektrischen Signale werden einem Hochfrequenzverstärker 20 eingespeist, der jedem Empfangselement 10

der Matrix zugeordnet ist.

Eine erste zeitabhängige Verstarkungsregelschaltung 22 gibt ein Kompensationssignal an die einzelnen HF-Verstärker 20 ab, um deren Verstärkungsfaktor einzustellen, so daß Echosignale derselben Größe von den verschiedenen Tiefenschichten des Untersuchungsgegenstandes angeordnete Reflexionsflächen am Ausgang des HF-Verstärkers 20 dieselbe Amplitude aufweisen. Die Auslegung zeitabhängiger Verstärkungsregelschaltungen ist allgemein bekannt.

Das Ausgangssignal der einzelnen Verstärker 20 gelangt zeitabhängig an einen Speicher 24, in den jedes Ausgangssignal gleichzeitig zeitabhängig eingeschrieben wird. Je nach dem eingesetzten Speicher 24 kann ein Analog-Digitalumsetzer oder auch ein Steuerverstärker in den Kreis zwischen den Verstärker 20 und den Speicher 24 geschaltet werden.

Obzwar die Zeichnungen den Speicher 24 als eigenen, einem jeden Element 10 zugeordneten Speicher zeigen, besteht in der Praxis meist nur ein Speicher mit getrennten Teilen des Speichers, die jedem Element zur gleichzeitigen Speicherung und Anzeige von Daten zugeordnet sind, die das entsprechende Element der Empfangsmatrix betreffen.

Wenn die Signale der einzelnen Empfangseelemente 10 der Matrix im Speicher 24 zeitabhängig gespeichert sind, werden die Daten vom Speicher in zeitlich gegenläufiger Reihenfolge parallel für jedes Element 10 ausgegeben. D.h. daß das letzte jedem Element 10 zugeordnete Signal, das in den Speicher 24 eingeschrieben

wurde, das erste ausgegebene Signal ist und so weiter. Die Daten oder Signale werden in den Speicher 24 während einer Zeitspanne eingeschrieben, die ein von einer in größter Tiefe des Untersuchungsgegenstandes angeordnete Reflexionsfläche abgestrahles Echosignal braucht, um die Empfangselemente 10 zu erreichen und in den Speicher 24 eingeschrieben zu werden.

Die Ausgabegeschwindigkeit kann größer, kleiner oder gleich der Eingabegeschwindigkeit sein. Die Ausgabegeschwindigkeit kann in Abhängigkeit vom Wiederaufbaumedium und davon, ob ein isochrones oder anisochrones Bild erzeugt werden soll, entsprechend eingestellt werden.

Die Daten von Echos, die der Empfangsmatrix am nächsten sind, werden zunächst aufgenommen, verarbeitet und im Speicher gespeichert. Die Daten, die von Unterbrechungen stammen, die am entferntesten Punkt des Untersuchungsgegenstandes liegen, werden zuletzt aufgenommen, verarbeitet und im Speicher gespeichert. Um das Bild im Wiederaufbaumedium 30 neu aufzubauen, müssen die Wellenfronten und Bilder, die von Punkten stammen, die von der Matrix am weitesten entfernt sind, zuerst an das Wiederaufbaumedium übertragen werden. Diese Planung ist im Falle einer isochronen Bildformung offensichtlich. Um ein isochrones Bild zu erhalten, müssen die zuletzt im Speicher 24 gespeicherten Daten zuerst abgerufen und an das Wiederaufbaumedium übertragen werden. Diese zeitlich gegenläufige Planung ist erfindungswesentlich wie nachstehend näher erläutert wird.

Im Falle der anisochronen Bildausformung ist das Konzept des gegenläufigen Zeitintervalls ebenso wichtig, da eine Streufläche (oder eine Reflexionsfläche) die auftreffende Ultraschallenergie in alle Richtungen verstreut. Teile dieser zerstreuten Energie gelangen an verschiedene Elemente 10 der Empfangsmatrix zu verschiedenen Zeitpunkten infolge der verschiedenen Weglängen von der Streufläche zu den einzelnen Elementen der Matrix 10. Liegen nun an den Elementen der Wiederaufbaumatrix 26 die zeitgegenläufigen Signale an, so folgen die rückübertragenen Signale den Wegen im Wiederaufbaumedium 30, die an denselben Stellen gegenüber der Wiederaufbaumatrix 26 zusammenlaufen wie die Stellen der Streuflächen gegenüber der Empfangsmatrix 10. Die Streuflächen sollen im Wiederaufbaumedium 30 rekonstruiert werden, wodurch die gegenläufige Zeitintervallplanung erforderlich ist.

Das zeitgegenläufige Ausgangssignal des Speichers 24 gelangt an Elemente 27 der Wiederaufbaumatrix 26 über die Steuerschaltungen 28. Die Elemente 27 übertragen akustische Energiesignale an das Wiederaufbaumedium 30 in Abhängigkeit von den anliegenden zeitgegenläufigen Signalen. Eine zweite zeitabhängige Verstärkungsregelungsschaltung 58 gibt Kompensationssignale an entsprechende Steuerverstärker 28 ab, wodurch die zeitgegenläufigen Ausgangssignale gegen Energiezerstreuung kompensiert werden, die im Wiederaufbaumedium 30 vorhanden ist, so daß die Reflexionsflächen von gleicher Größer in verschiedenen Abständen im Wiederaufbaumedium 35 durch gleiche Druckamplituden dargestellt werden.

Je nach dem verwendeten Speicher kann ein Digital-Analog-Umsetzer in den Kreis zwischen den Speicher 24 und den Steuerverstärker 28

geschaltet werden.

Ein akustisch-optischer Wandler 32 ist mit dem Wiederaufbaumedium 30 verbunden und formt ein optisches Bild des akustischen Energieflächenmusters, das durch die Elemente der Matrix 26 an das Medium 30 übertragen wird.

Wenn das Wiederaufbaumedium durchsichtig ist, z.B. Wasser oder Gas in einem Tank, dann kann das Schlierenverfahren angewandt werden. Ist das Wiederaufbaumedium undurchsichtig, wie ein Fest- · körper aus einem piezoelektrischen Kristall oder einem kristallinen Metall, dann kann ein Sokolov-Rohr, eine Bragg'sehe Drehkristallvorrichtung oder ein Interferometer verwendet werden. Die Umwandlung eines akustischen Energieflächenmusters in ein sichtbares Bild ist bekannt und bereits in den früheren Patenten sowie in dem oben erwähnten Buch "Biomedical Ultrasonics" (Biomedizinische Ultraschalltechnik) beschrieben.

Die akustisch-optische Umwandlungseinrichtung wird mit dem Auslöseimpuls durch ein verzögertes Taktsignal von der Zeitverzögerungsschaltung 34 synchronisiert, gleich ob das wiederaufgebaute Bild isochron ist und damit zu seiner Ausformung in einer Schliereneinrichtung einen einzigen Lichtimpuls, beispielsweise von einem impulsgesteuerten Laser oder einem Blitzlicht erfordert, oder ob es an anisochrones Bild ist und das Wiederaufbaumedium αμΓσΙι eine Lichtquelle abgetastet wird. Das aus dem akustisch-optischen Wandler 32 gewonnene sichtbare Bild gelangt an eine Anzeigeeinrichtung 36. Die Anzeigeeinrichtung 36 kann ein Videobild einer Vidikonröhre oder ein Bildschirm sein zur direk-

- 16 ten Betrachtung des Bildes des akustisch-optischen Wandlers

Das Wiederaufbaumedium 30 kann ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Ein Gas wie Luft besitzt den Vorteil, daß die Größe des Bildes und des akustisch-optischen Wandlers um den Faktor 3 gegenüber Wasser herabgesetzt werden kann, weist jedoch andererseits den Nachteil auf, daß die Wiederaufbaumatrix 26 viel kleiner bemessen sein muß als die Empfangsmatrix 1.

Nach der allgemeinen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird anhand der Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild eines Kanals der vorstehend beschriebenen Anordnung näher erläutert. Es sei bemerkt, daß jedes Element 10 der Matrix 1 einen Kanal besitzt.

Die empfangenen Echosignale werden durch das jeweilige Empfangselement 10 der Matrix in echoabhängige elektrische Signale umgesetzt, die einem Vorverstärker 4 0 eingespeist werden. Dessen Ausgangssignal liegt an einem Verstärker 44 an, der es verstärkt, eine Wegkompensation für die tieferabhängige Dämpfung des Echosignals aufgrund des Zeitvorlaufkompensationssignals des zeitabhängigen Verstärkungsreglers 22 erzeugt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 44 liegt an der Treiberschaltung 46 an.

Da der Speicher 24 beim Ausführungsbeispiel ■ der Fig. 2 einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) ist, ist ein Analog-Digitalwandler 48 zwischen der Treiberstufe 46 und den Speicher 24 in den Kreis geschaltet. Es sei bemerkt, daß bei anderen Speichern wie Analogbausteinen, beispielsweise einem Ladungsverschiebeele-

- 17 ment (CCD) kein Analog-Digitalwandler 48 erforderlich ist.

Der Analog-Digitalumsetzer (ADC) 48 gibt seriell Digitaldaten an den Speicher 24 entsprechend den vom jeweiligen Element 10 empfangenen Echosignalen ab. In Abhängigkeit von der jeweils gewünschten maximalen Prüftiefe im Untersuchungsgegenstand wird die Zeitdauer bestimmt, in der die Signale empfangen, verarbeitet und im Speicher 24 gespeichert werden. Der Speicherungsvorgang erfolgt gleichzeitig für jedes Element 10 der Empfangsmatrix.

Der Taktgeber 14 gibt auch Impulse an eine zweite Verzögerungsschaltung 50 außer der Erzeugung von Triggerimpulsen für den Impulsgeber 18 und Synchronisationsimpulsen für die Verzögerungsschaltung 34, um den akustisch-optischen Wandler 32 zu synchronisieren. Die Verzögerungsschaltung 50 ist so eingestellt, daß ein Zähler 52 seine Zählung zu einem bestimmten Zeitpunkt beginnt, nachdem ein übertragungsimpuls am Übertragungselement anliegt. Der Zähler 52 arbeitet als Adressfolgegeber für den RAM 24.

Die Zählgeschwindigkeit des Zählers 52 hängt davon ab, ob ihm der Taktgeber 51 oder 53 vorgeschaltet ist. Der Regler 54 bestimmt die Zählrichtung, die Zählgeschwindigkeit sowie, ob der RAM 24 Daten einschreibt oder ausgibt.

Der Taktgeber 51 erzeugt Hochfrequenzimpulse, normalerweise im Frequenzbereich zwischen 10 MHz. und 100 MHz. Wenn der Zähler in seiner ersten Richtung zählt, wird das digitale Ausgangs-

signal des Analog-Digitalumsetzers 48 im RAM 24 an einer Adressenstelle gespeichert, die durch die Ausgabezählung des Zählers 52 bestimmt wird. Nachdem alle Daten im Speicher 24 gespeichert sind/ bewirkt ein Signal der Steuerung 54, daß die Taktgeber 52 und 53 zusammengekoppelt werden, wodurch der RAM 24 Daten ausliest und der Zähler 52 in Gegenrichtung zählt.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Frequenz des Taktgebers 53 (die Ausgabegeschwindigkeit) so eingestellt, daß die aus dem Speicher 24 auszulesenden Daten und die durch das zugeordnete Element 27 an das Wiederaufbaumedium 30 zu übertragende akustische Energie mit einer Geschwindigkeit erzeugt werden, die sich zur Ausformung eines isochronen Bildes eignet. Um die Ausgabegeschwindigkeit entsprechend einzustellen, sei zunächst angenommen, daß das Wiederaufbaumedium 30 dieselbe Schallgeschwindigkeit aufweise wie der zu untersuchende Gegenstand. In diesem Fall beträgt die Ausgabegeschwindigkeit das Doppelte der Eingabegeschwindigkeit. Die zum Empfang eines Echos von einem Punkt im Untersuchungsgegenstand sowie zum Wiederaufbau des gleichen Punktes im Wiederaufbaumedium 30 benötigte Zeit beträgt:

T - 2d_v/Vo
⁺ V^vr

worin T die zur Aufzeichnung der Daten aus der maximalen Untersuchungstiefe benötigte Zeit ist, d„ der Abstand vom Mittelpunkt der Matrix 1 zum Punkt X im Gegenstand und auch der Abstand von Mittelpunkt der Matrix 26 zum Punkt X im Aufbaumedium ist, Vo die Schallgeschwindigkeit im Untersuchungsgegenstand ist, V"_r die Aus-

gabegeschwindigkeit ist, während die zum Wiederaufbau des Punktes Υ im Wiederaufbaumedium 30 benötigte Zeit beträgt:

T - 2dy/Vo

+ d /V

y ^r

worin d der Abstand vom Mittelpunkt der Matrix 1 zum Punkt Y im Untersuchungsgegenstand und auch der Abstand vom Mittelpunkt der Matrix 26 zum Punkt Y im Wiederaufbaumedium ist.

Diese Rechnung ist soweit vereinfacht, daß nur ein übertragungs/ Empfangselement, ein Wiederaufbauelement sowie die Tatsache berücksichtigt wird, daß die Punkte X und Y auf einer gemeinsamen wiederaufzubauenden Achse liegen. Es kemn gezeigt werden, daß sich gleiche Resultate bei Matrizen mit mehreren Elementen und Punkten, die außerhalb der Achse liegen, ergeben. Die vereinfachte Rechnung wird geboten, um das allgemeine zugrundeliegende Prinzip zu erläutertn.

T - 2d_x/Vo T - 2dy/Vo Die Zeitintervalle und

R R

sind die zum Abruf der Daten für die Punkte X und Y aus dem Speicher 24 erforderlichen Zeitintervalle. Die Quotienten d_v/V und dγ/V sind die Zeitintervalle für die im Wiederaufbaumedium auszuformenden Punkte X und Y.

Un ein isochrones Bild im Wiederaufbaumedium 30 zu erhalten, müssen alle Punkte zum selben Zeitpunkt ausgeformt v/erden. Daher gilt die folgende Gleichung für ein isochrones Bild:

^τ -

Zunächst sei angenommen, daß die Schallgeschwindigkeit im Gegenstand (Vo) und im Wiederaufbaumedium (V ) gleich sind, d.h. Vo = V sowie, daß die Abmessungen des Untersuchungsgegenstandes und des Wiederaufbaumediums gleich sind, dann gilt für die Lösung der vorstehenden Gleichung für die Punkte X und Y, daß R = 2 sein muß. Somit ist die Aufgabegeschwindigkeit der Daten aus dem Speicher 25 an ein Wiederaufbaumedium 30 mit derselben Schallgeschwindigkeit und den gleichen Abmessungen wie der Untere suchungsgegenstand das Doppelte der Eingabegeschwindigkeit. Für den Wiederaufbau von außerhalb der Achse liegenden Punkten gilt, daß die Weglänge vom zentral angeordneten übertragungselement 12 zur Reflexionsflache und zurück zum Empfangselement sich von der Weglänge im Wiederaufbaumedium vom Element der Wiederäufbaumatrix zur abgebildeten Reflexionsflache unterscheidet. Angenommen/ die Schallgeschwindigkeit des Gegenstandes und die des Wieceraufbaumediums seien im wesentlichen gleich und, daß die gegenläufigen Zeitdaten mit dem Doppelten der Eingabegeschwindigkeit aufgegeben werden, dann kann durch Trennung der aneinanderliegenden Elemente 27 in der Wiederaufbaumatrix um den halben Abstand zwischen den aneinanderliegenden Elementen 10 der Empfangsmatrix die Verzerrung infolge verschiedener Schallweglängen in den entsprechenden Medien im Fraunhofer-Feld, d.h. für von der Wiederaufbaumatrix 26 entfernt liegende Punkte herabgesetzt werden. Verzerrunq herrscht im Nahfeld, d.h. an näher an der Wiederaufbaumatrix 26 gelegenen Punkten. Diese Verzerrung ergibt sich aus dem Bestreben, isochrone Bilder zu

erhalten. Der Abstand zwischen aneinanderliegenden Elementen kann empirisch leicht gegenüber dem halben Abstand verändert werden, um einen Kompromiß zwischen der Nahfeld- und der Fraunhofer-Feld-Bildverzerrung zu erreichen.

Im Falle, in welchem der Gegenstand und das Wiederaufbaumedium die gleiche Schallgeschwindigkeit besitzen, wobei die Ausgabegeschwindigkeit gleich zur Eingabegeschwindigkeit gesteuert wird, zeigt das wiederaufgebaute Bild, nicht die vorstehend beschriebene Nahfeldverzerrung. Die verbesserte Nahfeld-Auflösung wird für die Ausformung eines anisochronen Bildes anstelle eines isochronen Bildes auasgetauscht.

Falls isochrone oder anisochrone Bilder in einem Wiederaufbaumedium entstehen, dessen Schallgeschwindigkeit sich von der des Untersuchungsgegenstandes unterscheidet, so kann die Größe des wiederaufgebauten Bildes mit Hilfe von FrequenzVeränderungen verändert werden. Wenn die Ausgabegeschwindigkeit konstant ist und alle Abmessungen der Wiederaufbaumatrix proportional zur Wellenlänge des "„Ultraschalls im Wiederaufbaumedium geändert werden, dann ist das Verhältnis der Bildgröße im Wiederaufbaumedium zu der im Untersuchungsgegenstand gleich dem Verhältnis V/V .

Nach Fig. 2 gelangen die vom RAM 42 abgegebsnen Daten an einen Digital-Analog-Umsetzer 56 (wenn ein RAM als Speicher dient; der Digital-Analog-Umsetzer ist jedoch nicht nötig, wenn ein Analogspeicher wie ein Ladungsverschiebeelement verwendet wird). Der zweite zeitabhängige Verstärkungsregler 58 steuert den Verstärkungsgrad des Steuerverstärkers 28, um das Ausgangssignal des

Digital-Analog-Umsetzers 56 für die Energiezerstreuung im Wiederaufbaumedium 30 zu kompensieren.

Während die vorstehende Beschreibung für einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff gilt, kann auch ein Ladungsverschiebeelement verwendet werden, welches Analogwerte seriell speichert und analoge Ausgangssignale in gegenläufiger Zeitordnung abgibt. Das heißt, daß das letzte gespeicherte Signal das erste abgerufene Signal ist. Der Speicher mit wahlfreiem Zugriff kann auch durch einen Magnetspeicher oder akustisch-optische Vorrichtungen wie akustische Verzögerungsleitungen und eine Laseranzeige ersetzt werden. Die erforderlichen Änderungen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 für den Einsatz gleichwertiger anderer Speicher, z.B. des Entfalls der Taktgabe bei den Daten, wenn" ein Analogspeicher verwendet wird, ist für den Fachmann offensichtlich.

Die akustisch-optische Umwandlung der wiederaufgebauten Schallbilder kann nach einem beliebigen, bekannten Verfahren erfolgen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Ausgabegeschwindigkeit zur Ausformung eines isochronen Bildes nach der vorstehenden Beschreibung eingestellt wird, ist der bevorzugte akustisch-optische Wandler 32 eine impulsgesteuerte Laser-Schlierenanordnung. Eine abgetastete Laser-Schlierenanordnung kann für anisochrone Bilder verwendet werden. Natürlich können auch Bragg¹sehe Beugungsgitter, Interferometrie oder kreuzpolarisierte Filter je nach dem Wiederaufbaumedium eingesetzt werden. Diese einzelnen Verfahren sind bekannt und beispielsweise in den vorerwähnten Patentschriften, dem Buch "Biomedical

- 23 ultrasonics" oder dem vorerwähnten Artikel von Hanstead erwähnt.

Fig. 3 zeigt ein Verfahren für den Einsatz einer· Schliereneinrichtung bei der akustisch-optischen Umwandlung. Ein Laser oder eine impulsgesteuerte Lichtquelle 62 erzeugt einen Lichtimpuls, der eine Sammellinse 66, dann eine Zerstreuungslinse 68 durchläuft und auf einen konkaven Spiegel 70 auftrifft. Der parallelgerichtete Lichtstrahl vom Spiegel 70 durchläuft das Wieder-· aufbaumedium 30 im allgemeinen senkrecht zur Richtung der Schallenergie, die von der Matrix 26 in das Medium 30 gestrahlt wird.

Nach Durchlaufen des durchsichtigen Wiederaufbaumediums 30 wird der Lichtstrahl durch einen zweiten konkaven Spiegel 72 reflektiert und an einer Ebene 74 gebündelt.

Das im Aufbaumedium 30 durch die akustischen Flächenmuster verstreute Licht folgt unterschiedlichen Wegen beim Durchlaufen des Restes der Anlage, d.h. durch eine Matt- oder Verdunkelungsscheibe an der Ebene 74 und eine Linse 76 zu einem Vidikon 78. Das Ausgangssignal des Vidikons 78^gfahgt an die Anzeigeeinrichtung 36. Der zerstreute und nicht-zerstreute Lichtstrahl interferieren und erzeugen ein Bild des akustischen Flächenmusters an der Ebene 75. Durch Anordnung verschiedener Filter an der Furierebene 74 kann das Bild verändert werden.

Obwohl die Linsen als einfache Einzelelemente dargestellt sind, sind alle oder einige von ihnen in der Praxis aus mehreren Elementen zusammengesetzte Linsen, um eine bessere Präzision in der Richtungslenkung und Fokussierung der Lichtstrahlen bei der

- 24 Ausformung des endgültigen Bildes zu gewinnen.

Die mechanischen Abmessungen der Schliereneinrichtung können durch Verwendung von Umlenkspiegeln für den Lichtstrahl kompakter gehalten werden.

Wenn das Wiederaufbaumedium lichtundurchlässig ist, so ist es offensichtlich, daß andere akustisch-optische Wandlungsverfahren eingesetzt werden' müssen.

Die Anordnung der Fig. 3 ist vorteilhaft bei Betrieb mit impulsgesteuertem Laser. Wenn im Wiederaufbaumedium 30 isochrone Bilder ausgeformt werden, dann wird die Taktgabe des Lichtimpulses mit Hilfe einer Verzögerungsschaltung 34 synchronisiert, um einen Lichtimpuls zur Beleuchtung des Mediums 30 zu dem Zeitpunkt zu erzeugen, in welchem das akustische Bild ausgeformt wird.

Wenn aber anisochrone Bilder erzeugt werden, werden diese zuerst am Ende des Mediums 30 ausgeformt, das am weitesten von der Matrix 26 entfernt ist und dann an Stellen, die näher an dieser Matrix 26 liegen. Eine bekannte Abtastvorrichtung, wie sie auch in der US-Patentschrift No. 4 174 634 beschrieben ist, kann zur Abtastung des Mediums mit dem Laser synchron mit der Bildausformung verwendet werden. Die Abtastung erfolgt meist in der Form von Kreisen mit kleineren Radien wenn das Wiederaufbaumedium näher an den Elementen 27 abgetastet wird. Der Lichtstrahl wird optisch, elektrisch oder mechanisch zur Abtastung des Wiederaufbaumediums synchron mit der Stelle gesteuert, an welcher das Bild

im Wiederaufbaumedium ausgeformt wird (siehe US-Patentschrift 4 174 634).

Eine weitere, aufgrund der hohen Zahl pro Sekunde ausgeformter Bilder (gleich der Wiederholgeschwindigkeit der Trigger-Impulse des Taktgebers 14) Abänderung besteht darin, daß der Laser ausgewählte Teile oder Sektoren des Wiederaufbaumediums impulsartig beleuchtet anstatt das gesamte Wiederaufbaumedium mit einem einzigen Laserimpuls zu durchleuchten.

Wie im Falle mit einem impulsgesteuerten Laser kann das Wiederaufbaumedium in engen Sektoren statt in Zeilen abgetastet werden.

Außerdem kann das übertragene Ultraschallsignal aus mehreren tibertragungs- und Ubertragungs/Empfangselementen stammen, die an verschiedenen Stellen auf der Matrix oder von dieser entfernt angeordnet sind. Der Zweck dieser mehrfachen Signalübertragungsquellen besteht darin, das Störflächenmuster im sichtbaren Bild von Einzelbild zu Einzelbild zu verändern. Da die Bildgeschwindigkeit hoch ist, mittelt das Auge viele Einzelbilder bei jedem wahrgenommenen Bild aus. Dadurch wird das sich verändernde Flächenmuster ausgemittelt, während ein sich nicht veränderndes Flächenmuster von den Reflexionsflächen im Gegenstand verstärkt wird.

Die Verwendung von Ultraschallsignalen, die aus mehreren Quellen stammen, beeinflußt nicht die Signalverarbeitung der echoabhängigen elektrischen Signale, besonders nicht in bezug auf die zeitgegenläufigen Signale der gespeicherten Daten.

Das Störflächenmuster kann dadurch weitgehend ausgeschaltet werden, daß die Stellung des¹ Übertragungselementes während aufeinanderfolgender Impulse verändert wird oder, daß die Frequenz der übertragenen Impulse verändert wird. Die Frequenzänderung ist einfacher, weil die Veränderung des Übertragungselementes praktisch einen Wechsel der Wiederaufbauquelle mit entsprechender Veränderung des Laserabtastbildes (anisochron) oder eine Umschaltung auf andere Elemente der Rückubertragungsmatrix (isochron) bedeutet.

Es ist offensichtlich, daß die Wandlermatrix 10 anstelle von Empfangselementen und eines einzigen Übertragungselements auch Übertragungs-Empfangselemente enthalten kann. Außerdem können die Übertragungselemente in phasengesteuerter Anordnung erregt werden, um die Fokuszone bzw. die Lichtwirkung des übertragenen Ultraschallstrahles zu verändern. Es kann auch ein Scheinwerferstrahl oder Suchstrahl zur Untersuchung der gesamten Bildebene oder eines engeren Ausschnittes verwendet werden, der abgelenkt oder abgetastet werden kann, um die gesamte Bildebene mit mehreren Suchimpulsen zu untersuchen.

Die Empfangsmatrix 10 kann als eine einzige lineare Anordnung, in der Form von mehreren Matrixsegmenten oder aus flächig ausgebildet sein. Zur Erleichterung der dynamischen Fokussierung in einer zur Abtastebene senkrechten Richtung kann die Empfangsmatrix auch mehrere Reihen von Elementen enthalten.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung des Ausführungsbeispiels der Fig. für Dopplereffektmessungen. Die Ultraschallenergie wird an den

Untersuchungsgegenstand über Übertragungswandler 80 geleitet, die von der Empfangsmatrix 10 entfernt angeordnet sind. Ein Gleichwellensender 82 erregt das Wandlerelernent 80, um eine Gleichwelle einer Bandbreite von Ultraschallsignalen an den Untersuchungsgegenstand zu übertragen. Die Ansteuerung mit Strahlen enger Bandbreite kann sich auch aus Langzeitimpulsen anstelle von Gleichwellensignalen ergeben. Die von den Elementen 10 empfangenen Echosignale werden in echoabhängige elektrische Signale umgesetzt und den HF-Verstärkern 20 eingespeist. Der Verstärkungsgrad der Verstärker 2 0 wird mit einem Kompensationssignal des zeitabhängigen Verstärkungsreglers 22 eingestellt, damit die Signale, die von Reflexionsflächen derselben Größe in verschiedenen Tiefenschichten des Gegenstandes stammen, die gleiche Amplitude am Ausgang der Verstärker 20 aufweisen. Die Ausgangssignale der Verstärker 20 werden dann entsprechenden Kerbfiltern 84 eingespeist. Das Filter 84 filtert die Dopplereffektsignale aus den zeitvorlaufkompensierten echoabhängigen elektrischen Signalen aus. Das gefilterte Signal am Ausgang des Kerbfilters 84 wird im Speicher 24 gespeichert un,d wieder durch die Wiederaufbaumatrix 26 in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebenen Impuls-Echosignale übertragen. Das Wiederaufbaumedium bildet dann nur das Dopplersignal anstelle der Impuls-Echosignale ab. Sonst arbeitet <$as abgeänderte Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine bedeutende Abweichung vom Impuls-Echo-Verfahren ergibt sich aus der Tatsache, daß der Übertragungswandler 80 eine schmalbandige Gleichwelle von Ultraschallenergie an den Untersuchungsgegenstand Überträgt.

Da eine Gleichwelle mit Ultraschallenergie verwendet wird, kann der Speicher 24 so programmiert werden, daß er mit der Speicherung zu jedem Zeitpunkt beginnt und die Speicherung so lange fortsetzt, bis die Signale von der maximalen Tiefenebene empfangen, verarbeitet und gespeichert werden. Nach Vollendung der Datenspeicherung werden diese gespeicherten Daten in gegenläufiger Zeitfolge wie vorstehend beschrieben ausgegeben.

Bei einer Variante dieser Anordnung können Daten während einer viel kürzeren Zeitspanne wie der Periode der Mittenfrequenz des Ultraschalls eingegeben werden, wobei die Daten wiederholt in gegenläufiger Zeitfolge ausgegeben werden, bis die Wellenfronten die maximale Tiefe des Wiederaufbaumediums erreicht haben.

Bei einer weiteren Abänderung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 wird eine Fouriersche Transformation der Datensignale geboten, z.B. von einer schnellen Furiertransformationseinrichtung, und im "Speicher gespeichert. Die Speicherung der Four iertransformierten ergibt eine verringerte Datenspeicherung und den Fortfall der Kerbfilter 84, wenn die Spektralkomponenten nahe der Mittenfrequenz des übertragenen Ultraschalls vernachlässigt werden. Nach Speicherung der iburi er tr ans formierten Daten ohne die Daten des Mittenfrequenzspektrums können die zeitlich gegenläufigen Wellenformen leicht aus den gespeicherten Spektrendaten aufgebaut werden.

Bei der Verwendung vort< Dopplerverfahren müssen, wie bekannt, die Ubertragungs- und Empfangswandler so miteinander fluchtend angeordnet werden, daß die Weglänge für einen bewegten Spiegel oder

Reflektor erheblichen Änderungen als Ergebnis der Reflektorbewegung unterzogen wird. Um die höchste Empfindlichkeit der aus strömenden Blutzellen kommenden Signale unabhängig von der Strömungsrichtung zu erzielen, ist es zweckmäßig, Mehrfachübertragungswandler einzusetzen, die entfernt von der Empfangsmatr^x angeordnet sind. Die Mehrfachübertragungswandler können entweder seriell oder gleichzeitig beaufschlagt werden. Wenn die Wandler in bekannter Weise richtig angeordnet sind, ergibt der Geschwindigkeitsvektor in jeder Richtung eine erhebliche und leicht meßbare Dopplerverschiebung des echoabhSngi|gen elektrischen Signals.

Sowohl bei den mit Impuls-Echo- als auch bei den mit Dopplereffekt arbeitenden Anlagen kann die Emgfangömatrix jede beliebige Form von gerade bis gekrümmt besitzen. Die Form der Wiederaufbaumatrix muß auf die der Empfangsmatrix bezogen sein, so daß die wiederausgesandten Wellenfronten die Form der Streuflächen wieder abbilden. Wie Fig. 6 zeigt, kann die Form der Empfangsmatrix selbst dem Umriß des Untersuchungsgegenstandes nachgebildet werden. Die Empfangsmatrix der Fig. 6 umfaßt z.B. zwei gerade Segmente 1' und 1", die mit einem Scharnier oder Drehlager 80 verbunden sind. Auch die Wiederaufbaumatrix umfaßt zwei gerade Segmente 26' und 26", die am Scharnier 82 miteinander verbunden sind. Es können elektrische Vorrichtungen eingesetzt werden, um das gleiche räumliche Verhältnis zwischen den Matrixsegmenten aufrecht zu erhalten wie z.B. Servomotoren oder Regler mit einem Winkelmeßgerät 86, das ein RüökfÜhrungssignal für den Winkel zwischen den Matrixsegmenten 1' und 1" an einen Servoverstärker 90 abgibt. Das Ausgangssigna^, des Servoverstärkers 90 gelangt an einen Servomotor 88, der den Winkel zwischen den an ihn

gekoppelten Segmenten 26' und 26" einstellt. Die Segmente sind so an die Regeleinrichtung gekoppelt, daß die Winkel A der Empfangsmatrix und der Wiederaufbaumatrix identisch sind. Wenn beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das Wiederaufbaumedium 30 ein Wassertank ist/ so ist die Wiederaufbaumatrix im Wassertank angeordnet. Bei der Rückgewinnung eines Bildes im Wiederauf baume*- dium 30· entsteht eine gewisse Verzerrung. Der Ultraschallübertragungsimpuls wird beispielsweise von dem mittig längs des Übertragungselements 1>ausgesandt. Der Weg des Impulses vom Reflektor zu einem Element 10 der Empfangsmatrix unterscheidet sich vom Weg des wiederaufgebauten Signals von einem Element der Wiederaufbaumatrix 26 zu dem im Wiederaufbaumedium 30 abgebildeten Reflektor. Diese Verzerrung ist deutlicher im Nahfeld. Im Fraunhoferfeld wird die Differenz der Weglängen vernachlässigbar.

Beim Versuch, diese Weglängendifferenz zu kompensieren, können die Umrisse der Elemente 27 der Wiederaufbaumatrix so geformt werden, daß elliptische anstelle von sphärischen Wellenfronten übertragen werden. Die■Fokuspunkte der elliptischen Wellenfront für die Nachahmung der Weglängen von Mittelpunkt der Matrix zum Reflektor und zurück an ein Empfangselement sind gleich dem Ort des Empfangselementes und dem Mittelpunkt des Wiederaufbaumediums. Das Ergebnis besteht in einer verbesserten Auflösung im Nahfeld. Im Fraunhoferfeld entarten die Ellipsen zu Kreisen und bieten keine merkliche Verbesserung der Bildauflösung.

Bei einer weiteren Abänderung der Anordnung kann der entfernte Übertragungswandler so ausgerichtet sein, daß die übertragene Ebenenwelle senkrecht zur Bildebene wandert.. Diese Ausführung gestattet die Beschallung der gesamten Bildebene zum gleichen Zeitpunkt. Es ist offensichtlich, daß die zeitgegenläufige Wiederausstrahlung des echoabhängigen elektrischen Signals an das

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Wiederaufbaumedium mit der gleichen Schallgeschwindigkeit wie der Untersuchungsgegenstand unter diesen Bedingungen isochrone Bilder ohne die Notwendigkeit für eine erhöhte Datenausgabegeschwindigkeit ergibt. In diesem Falle muß die Wiederaufbaumatrix dieselben Abmessungen wie die Empfangsmatrix aufweisen.

Speziell unter Verwendung des Dopplerverfahrens zur Anzeige des Blutstromes können auch Farbbilder geboten werden. Einige einfache Verfahren zur Erzeugung eines Farbbildes bestehen in der Auflage einer Farbmaske auf dem schwarzweißen Echobild oder von drei Übertragungsimpulsfrequenzen, wobei die Bilder der ersten Frequenz einem Strahlsystem eines Videofarbbildmischers, das zweite Frequenzbild einem anderen Strahlsystem des Bildmischers und ein drittes Frequenzbild dem dritten Strahlsystem des Monitors eingespeist werden. Die genaue Beschreibung des Verfahrens zur Erzeugung eines Farbbildes dieser Art findet sich in der US-Patentschrift 3 156 110.

Außer dem vorstehend beschriebenen mit Impuls-Echobildformung oder Dopplereffekt-Bildformung unter Verwendung einer gegenläufigen Zeitintervallschaltung arbeitenden Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

Patentanwälte ' O I I U O Z I Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehnort Dr.-lng. W. Döring Mozartstraßa 23 8OOO Munchan 2 SmithKline Instruments, Inc. Locust Avenue Anwaltsakte M-5390 New Canaan, CT 0684 0 (USA) 11. Februar 1981 Anlage zur Darstellung von Ultraschallvorgängen auf Bildschirmen Patentansprüche

1. Ultraschallbildformungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß . sie folgende Baugruppen umfaßt:

einen Wandler (1), der an einen Untersuchungsgegenstand zur Übertragung von Ultraschallenergie an den Gegenstand gekoppelt ist,

eine Empfangsmatrix (1) mit mehreren nebeneinanderliegenden Empfangselementen (10), welche Echosignale in Abhängigkeit von akustischen Reflexionsflächen im Gegenstand, welche die · Ultraschallenergie erfassen, empfangen und Echosignale in echoabhängige elektrische Signale umwandeln, einen mit der Empfangsmatrix (1) gekoppelten Speicher (24), der zeitlich in serieller Reihenfolge Daten speichert, die dem echoabhängigen elektrischen Signal eines jeden Empfangselements (10) entsprechen und die gespeicherten Daten in zeitlich gegenläufiger Reihenfolge der seriellen Speicherung

ausgibt,

ein Wiederaufbaumedium (30), welches die Ultraschallenergiesignale leitet, und in welchem ein akustisches Bild ausgeformt werden kann,

eine Wiederaufbaumatrix (26) mit mehreren nebeneinander angeordneten Übertragungselementen (12), die mit dem Speicher (24) sowie mit dem Wiederaufbaumedium (30) verbunden sind und in Abhängigkeit von den abgerufenen, zeitlich gegenläufigen Signalen Ultraschallenergiesignale von den übertragungselementen (12) zum Wiederaufbaumedium (30) überträgt, in welchem ein wiederaufgebautes akustisches Bild der Schallreflexionsflächen ausgeformt wird,

einen akustisch-optischen Wandler (32), der mit dem Wiederaufbaumedium (30) verbunden ist, um das wiederaufgebaute akustische Bild in ein sichtbares Bild umzuwandeln, eine mit dem Speicher (24) verbundene Steuerung (54) , die die Speichergeschwindigkeit und die Ausgabegeschwindigkeit der Daten in zeitlich gegenläufiger Reihenordnung steuert und eine mit dem akustisch-optischen Wandler (32) verbundene-Anzeige (36), welche das sichtbare Bild darstellt.

2. Ultraschallbildformungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (1) durch Ultraschallübertragungsimpulse Ultraschallenergie an den Gegenstand überträgt.

3. Ultraschallbildformungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (8 0) Ultraschallenergie an den Gegenstand durch ein Ultraschallgleichwellensignal überträgt und, daß ein Kerbfilter (84) mit dem Empfangswandler (10) verbunden

ist, wobei es echoabhängige elektrische Signale empfängt und ein Ausgangssignal für die Dopplerfrequenzverschiebung der echoabhängigen elektrischen Signale bildet und dieses Ausgangssignal an den Speicher (24) überträgt.

4. ültraschallbildformungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (80) Ultraschallenergie an den Gegenstand durch ein gepulstes Langzeitultraschallsignal von einer Bandbreite überträgt, und daß ein Kerbfilter (84) mit dem Empfangswandler (80) verbunden ist, um die echoabhängigen elektrischen Signale zu empfangen und ein Ausgangssignal für die Dopplerfrequenzverschiebung der echoabhängigen elektrischen Signale zu bilden und das Ausgangssignal für den Speicher (24) zu erzeugen.

5. Verfahren zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes in einer Ültraschallbildformungsanlage, gekennzeichnet durch übertragung von Ultraschallenergie an einen zu untersuchenden Gegenstand, Empfang von Echosignalen aufgrund der Erfassung einer akustischen Reflexionsfläche im Gegenstand durch die Ultraschallenergie und Umwandlung der Echosignale in echoabhängige elektrische Signale,

Speicherung der den echoabhängigen elektrischen Signalen entsprechenden Daten in der serieLlen Eingangsreihenfolge, Abrufen der gespeicherten Daten in gegenläufiger Zeitordnung, übertragen von Ultraschallenergiesignalen in Abhängigkeit von den abgerufenen zeitgegenläufigen Daten an ein Wiederaufbaumedium zur Ausformung eines wiederaufgebauten akustischen Bildes der akustischen Reflexionxflache und

Umwandlung des wiederaufgebauten akustischen Bildes in ein
sichtbares Bild.

6. Verfahren zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Übertragen von Ultraschallenergie in
der Form von Ubertragungsimpulsen.

7. Verfahren zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Übertragen von Ultraschallenergie in
der Form von Gleichwellen-Ultraschallsignalen.

8. Verfahren zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Übertragung von Ultraschallenergie in der Form von gepulsten Langzeitultraschallsignalen schmaler
Bandbreite.

9- Verfahren zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Erzeugen eines Signals für die Dopplerferquenzverschiebung der echoabhängigen elektrischen
Signale zwecks Speicherung in der Reihenfolge ihres Eingangs.-