DE3124919C2 - Wandleranordnung für Ultraschall-Abtastgeräte - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Wandleranordnung für Ultraschall-Abtastgeräte mit einem mehrere aktive Bereiche (34, 32) aufweisenden Wandlerkristall (28) und einer elektrischen Steuereinrichtung (12). Die verschiedenen aktiven Zonen (34, 32) des Wandlerkristalls (28) werden nacheinander elektrisch angeschlossen, wodurch eine vergrößerte Länge der Fokussierungszone des Wandlers erreicht wird.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wandleranordnung für Ullraschall-Abtastgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ultraschall-Abtastgerätc werden bei der inedizinisehen Diagnose zur Untersuchung von Bereichen oder besonderen Organen innerhalb des Körpers verwende! und machen einen chirurgischen Eingriff zur Freilegung der interessierenden Körperzone überflüssig. In seiner fundamentalen Funktion wird das Ultraschall-Abtastgerät mit der Oberfläche des zu untersuchenden Körpers in Kontakt gebracht. Das Abtastgerät schickt danach eine Reihe von Impulsen bei einer Ultraschallfrcquenz in den zu untersuchenden Körper. In der Zeit zwischen der Impulsemission nimmt das Gerät die von den verschiedenen internen Objekten reflektierten Impulse auf. Aufgrund dieser Echos und deren Beziehung zu den emittierten Impulsen wird eine Darstellung oder eine »Ansicht« des internen Bereichs oder der interessierenden Organe erzeugt.

Ein Problem, das sowohl die Konstruktion als auch die Verwendung von Ultraschallwandlern in der medizinischen Diagnostik belastet hat, bezieht sich auf den einzugehenden Kompromiß zwischen der von solchen Wandlern erreichbaren Seitenauflösung und dem Tiefenbe- t>o reich, über den eine; gute Seitenauflösung aufrechterhalten werden kann.

Ein bekannter Versuch zur Verbesserung der Seitenauflösung derartiger Wandler bestand darin, die Wandler allgemein durch eine gekrümmte Form des Wandler- i>5 kristalle zu fokussieren. Bei einem kreisförmigen Wandler des Durchmessers D, der bei einer Wellenlänge /. arbeitet, kann der Wandler bis zu einer Brennweite /■ (Rayleigh-) Aullösung, die am Brennpunkt erzielt wird, ist dann <>y± 1,22 ' . Der Schärfeneinsiellbereich Δ eines Wandlers, d. h. die Länge des Bereichs, über dem die Auflösung (I innerhalb eines eingestellten Faktors von <j_t

bleibt, ist Δ = ,' (A =7 für das sogenannte »6 db unten«

Kriterium).

Aus den Gleichungen für ii,. und Δ ist zu sehen, daß bei einer vorgegebenen Wellenlänge /. und abnehmendem Quotienten F/D (z. B. durch Vergrößerung der Wandlerabmessungen) iiy abnimmt, was erwünscht ist, jedoch auch die Schärfentiefe Δ abnimmt, was unerwünscht ist. In ähnlicher Weise wird eine erhöhte Schärfentiefe Δ auf Kosten einer Erhöhung von oy erreicht.

Ein anderer Versuch, der diesen Kompromiß zwischen der Auflösung und der Tiefe einer akzeptablen Auflösung betraf, warder Ersatz eines kreisförmigen Wandlers des Durchmessers D durch einen sehr schmalen (typischerweisv; eine Wellenlänge breit) Ringwandler des gleichen Radius D. Die Auflösung eines solchen Rings bei einem Absland .v jenseits der ersten wenigen Durchmesser von seiner Fläche ist gleich Λ χ /./£>; d. h. ein solcher Ring ist bei allen Tiefen im wesentlichen fokussiert, ausgenommen in der Nähe des Wandlers. Dem Ring halten einige wesentliche Nachteile an: hierzu gehört, daß er ein schlechtes Strahlbündelmuster nahe dem Wandler, große Scitenkeulcn seines Slrahlbündclmustcrs und schlechte Empllndlichkeil aufgrund seiner verringerten Fläche hat.

Beschränkungen eines Ringwandlcrs können in gewissem Umfang durch Verwendung eines Koaxialwandlers minimiert werden, bei dem die zentrale Innenscheibe als Sender und ein Ring als Empfänger verwendet werden. Verwiesen wird beispielsweise auf den Artikel von Reginald C. Eggleton mit dem Titel »Single Transducer Ultrasound Imaging« in Medical Physics, Band 3 Nr. 5. Seile 303 (1976). Das Gesamtmuster dieses Wandlers ist das Produkt der Sende- und Empfangsmuster: daher hat die Innenscheibe das üblich beschränkte Brennweitenmuster, jedoch minimale Seilenkeulcn. während die Ringanordnung über die Tiefe eine gute Auflösung bewirkt. Diese Kombination führt daher zu einer Verringerung (nicht jedoch Beseitigung) der SeilenkeuJen zu Lasten eines gewissen Verlustes an Schärfentiefe (im Vergleich zu einem reinen Ringwandler). Diese Ausführung löst jedoch nicht das Problem schlechter Auflösung innerhalb der ersten wenigen Durchmesser von der Wandlerfläche, und, was noch ernster ist, die Empfängerempfindlichkeit bleibt relativ gering, da die Empfängerzone stark verkleinert ist und in typischer Ausführung ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der vollen Öffnung beträgt.

Eine ähnliche Anordnung mit einem zentralen piezoelektrischen Strahler und diesen umgebenden Empfangerwandlern ist aus der DE-OS 20 23 929 bekannt. Sowohl der Durchmesser des kreisförmigen zentralen Strahlers als auch die Breite der ringförmig angeordneten piezoelektrischen Empfängerwandler haben aufdie Wellenlänge der Betriebsfrequenz abgestimmte Abmessungen, um den Schallstrahl über einen weiten Abstand seitlich zu begrenzen.

Aus der DE-AS 22 04 474 ist ferner ein Ultraschall-Dopplcr-Applikalor zum Erlassen der Bewegung von körperinternen Objekten bekannt, bei dem mehrere Sende- und Empfangswandler entlang eines Trägerrings abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Eine Variie-

rung des Fok usabstandes ist mit diesem bekannten Applikator nicht möglich.

Die DE-AS 22 49 091 zeigt ferner eine ringförmige Anordnung mit konischer Neigung der Abstrahlfläche eines UllraschalKvandlers. Durch die konische Neigung der Abstrahlfläche soll eine gute Bündelung des Schallleldes und damit eine gute Seitenauflösung über eine ausreichend große Tiefe erreicht werden. Auch diese bekannte Ringanordnung unterliegt dem oben erläuterten Kompromiß zwischen lateraler und longitudinal Auflösung und hat die für Ringanordnungen typische relativ geringe Empfindlichkeit wegen der vei ringerten Fläche und ein in Wandlernähe ungünstiges Strahlbündelmuster.

Bei einer aus der DE-OS 2260 257 bekannten Ultraschallwandleranordnung sind drei Sendewandler in μ sternförmiger Anordnung um einen kreisförmigen Empfangswandler angeordnet. Durch flexible Ausführung der die Sendewandler tragenden Arme soll ohne Umsetzen der Wandleranordnung ein möglichst großer Flächenbereich überwacht werden.

Aus der DE-OS 2202 989 ist eine Wandleranordnung der eingangs genannten Art bekannl, bei der eine Gruppe von unabhängig erregten Wandlerelementen mit einem kreisförmigen Zentralbereich und mehreren ringförmigen Wandlerelementen vorgesehen ist. Im Sendebetrieb werden alle Wandler der Ultraschallwandleranordnung gleichzeitig von einem Sender angesteuert und strahlen gleichzeitig einen Ultraschallsendeimpuls aus. Auch am Signalempfang ist nach Abschaltung des Senders stets jedes der Wandlerelemente beteiligt. Alle Wandlereiemente sind über steuerbare Laufzeitglieder an einen Si gnalauswerter angeschlossen. Zur Variation des Fokusabstandes können die Laufzeitglieder mit Hilfe einer Steuereinrichtung derart verstellt werden, daß die Ausgangssignale der verschiedenen Wandlerelemente über die Laufzeitglieder unterschiedlich stark verzögert werden. Die von den verschiedenen Wandlerelementen empfangenen Signale werden nach der geeigneten Verzögerung zur Bildung eines zusammengesetzten Signals vereinigt. Diese bekannte, sogenannte Phasen-Ringanordnung bedingt einen vergleichsweise komplizierten Aufbau und damit relativ hohe Gestehungskosten. Begrenzt sind auch die Signal/Rauscheigenschaftcn und der dynamische Bereich. Die Seitenkeulen sind bei der bekannten Anordnung relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und preiswerte herstellbare Ultraschallwandleranordnung mit variierbarem Fokusabstand und großer Schärfentiefe zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Bei der Erfindung erfolgt die Fokusänderung einfach dadurch, daß ein oder mehrere ringförmige periphere Bereiche entweder dem kreisförmigen zentralen Bereich zugeschaltet oder abgeschaltet werden. In jeder Hinstellung wird der Wandler daher mit einer kreisförmigen Wandlerfläche betrieben, deren zentraler Bereich sowohl beim Abstrahlen des Ultraschallbündels als auch beim Empfang der Echosignale beteiligt ist. Durch Zu- und bo Abschalten der periphcren Bereiche wird der effektive Durchmesser der Wandlerfiäche und damit der Fokusabstand geändert.

Bei der Erfindung wird stets wenigstens der kreisförmige zentrale Bereich als Empfangsclcktrodc verwendet. wodurch sich eine besonders hohe Empfindlichkeit ergibt. Außerdem gibt es bei der Erfindung weder Scitcnkeulcnprobleme noch Probleme bei naheliegenden Fokuspunkten. Im Vergleich zu der bekannten Phasen-Ringanordnung verwendet die Erfindung nicht nur wesentlich weniger Elemente (2 Elemente reichen in der Regel aus), sondern es gibt auch keine veränderbaren Laufzeitglieder, so daß alle Schaltprooleme, Probleme in Verbindung mit dem begrenzten dynamischen Bereich und zahlreiche andere Probleme dieser bekannten Ausführung entfallen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm mit den wesentlichen Komponenten der Wandleranordnung:

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Wandlerkristalls;

F i g.3 eine vergrößerte Schniltansicht des Wandlerkristalls entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 ein schematisches Schallbild eines Ausführungsbeispiels der neuen Wandleranordnung; und

Fig. 5 ein Schaltbild der Verstärkung, aufgetragen über die Zeit, bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Blockschallbild der erfindungsgemäßen Wandleranordnung 26 dargestellt. Die Wandleranordnung 26 weist einen Wandler 16 auf, der über mehrere Leitungen 20 mit einer Steuereinrichtung 12 gekoppelt ist. Wie nachfolgend noch genauer beschrieben werden wird, weist der Wandler 16 ein halbsphärisches Kristallelement auf. das mit geeignet ansteuerbaren aktiven Zonen versehen ist. Bei der hier beschriebenen Anordnung und Funktionsweise emittiert die Wandleranordnung 26 Uhraschallwellen 24. die so gesteuert werden können, daß sie an zwei oder mehr unterschiedlichen Punkten in einem vorgegebenen Abstand vor dem Wandler 16 zum Konvergieren gebracht werden. Außerdem ist der Wandler 16 derart angeordnet und ausgebildet, daß die sich aus den von dem Wandler erzeugten Ultraschallwellen ergebenden Echosignale praktisch über den gesamten interessierenden Abslandsbereich jedes Konvergenzpunktes auf dem Wandler 16 im wesentlichen fokussiert werden.

Mit der Steuereinrichtung 12 sind ein Geber IO und eine Verarbeitungseinrichtung 14 über mehrere Leitungen 18 bzw. 22 gekoppelt. Der Geber IO kann eines von zahlreichen Geräten zur Erzeugung eines geeigneten Treibersignals für einen Wandler sein, das bewirkt, daß der Wandler Ultraschallimpulsc in einer geeigneten Impulsfolge aussendet. Derartige Impulsgeneratoren sind bekannt und werden im folgenden nicht näher besprochen. In ähnlicher Weise kann die Verarbeitungseinrichlung 14 konventionelle Geräte, wie Abtastkonverter, Anzeige-Ablenkschaltungen und zahlreiche andere bekannte Geräte zur Erzeugung eines das sich aus den über den Wandler 16 eingefangenen Echosignalen ergebende Bild darstellenden Ausgangssignals aufweisen. In typischer Ausführung ist die Verarbeitungseinrichtung 14 über Leitungen 21 und andere konventionelle Anordnungen mit einer Videoanzeige gekoppelt. Die Videoanzeige erzeugt in Abhängigkeit von den von der Verarbeitungseinrichtung 14 gelieferten Signalen ein sichtbares Bild eines von der Wandleranordnung 26 abgetasteten Körperbercichs des Patienten.

Im folgenden wird auf Fig. 2 eingegangen. In dieser Figur ist der Wandlerkrisiall 28 des Wandlers 16 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Wandlerkrisiall 28 besteht aus einem herkömmlichen piezoelektrischen Material 30. an welchem Metallelektrode!! an den beiden großen Außenflächen angebracht sind. Der Wandlerkristall 28 kann aus Blcizirkonaltitonat oder ei-

nein ähnlichen piezoelektrischen Material bestehen. Wie weiter unten genauer geschrieben werden wird, wcisi der Wandler 16 auch ein (nicht gezeigtes) Bclugmaicrial neben den Elektroden auf.

Auf einer Fläche des Kristalls 28 sind eine Zenlralbereichselektrode 34 und wenigstens eine letztere umgebende Peripheriebereichseleklrode 32 vorgesehen. Die periphere Elektrode 32 ist von der zentralen Elektrode 34 durch einen Schutzring 36 elektrisch isoliert. An der entgegengesetzten Seile des Wandlerkristalls 18 ist eine Erdelektrode (nicht dargestellt) angeordnet, die praktisch die gesamte Oberfläche des Kristalls 28 überspannt. Eine elektrische Leitung 38 ist direkt mit der Zenlralbercichelekirode 34 verbunden, während die Periphericbereichelektrode 32 über eine Leitung 40 angeschlossen ist. Zusätzlich ist die Erdclektrode auf der Rückseite des piezoelektrischen Materials 30 des Kristalls 28 über eine Leitung 42 elektrisch angeschlossen.

Die Schutzringelelektrode 36 ist nicht unbedingt erforderlich, dient jedoch zur elektrischen Trennung der beiden Elektroden 32 und 34 und verringert dadurch eine Kreuzkopplung bzw. ein Nebensprechen. Andere Möglichkeiten einer Verringerung des Nebensprecheffckts besiehcn im Zerschneiden des Wandlerkristalls 30, wodurch physikalisch getrennte Teile, nämlich der Zentralbereich 34 und Peripheriebereich 32 entstehen. Diese physikalische Trennung ist jedoch in der Herstellung aufwendiger, und zwar insbesondere dann, wenn eine drei- oder mehrteilige Konfiguration oder nicht kreisförmige Wandlergeometrien verwendet werden. Außerdem kann eine physikalische Trennung zu unerwünschten Vibrationsmoden des Wandlerkrisialls 28 führen.

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, sind die Elektroden 32 und 34 auf dem Wandlerkristall 28 derart angeordnet, daß eine elektrische Erregung jeder der Elektroden zu einer entsprechenden und begrenzten Aktivierung des Kristalls 30 führt. Da jede Elektrode 32 und 34 physikalisch auf eine bestimmte Zone auf der Oberfläche des Kristalls 30 begrenzt ist, führt eine elektrische Erregung einer dieser Elektroden (in Verbindung mit der geerdeten Elektrode) zu einem piezoelektrischen Effekt, der allgemein auf den entsprechenden Bereich des Kristalls 30 beschränkt ist. Der Wandlerkristall 28 ist daher effektiv in einen zentralen Wandlerbereich und einen peripheren (oder ringförmigen) Wandlerbereich unterteilt, wobei jedem Bereich andere Elektroden 34 bzw. 32 zugeordnet sind.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Wandlerkristalls 28, weiche die Beziehung zwischen der Zentralbereichelektrode 34. der peripheren Elektrode 32 und der Erdelektrode 35 auf der entgegengesetzten Fläche des Kristalls 28 so zeigt. Die Zcntralbcrcichciektrode 34 liegt im Zer.tralbereichdes Kristalls 28 und hat einen Durchmesser D_x. Um die Außenfläche des Kristalls 28 spannt sich die periphere Elektrode 32, die von der Zentralbereichelektrode 34 durch den Schutzring36 elektrisch isoliert ist. Auf der der Zentralbereichelektrode 34 und der peripheren Elektrode 32 gegenüberliegenden Seite des Kristalls 28 ist die Erdelektrode 35 angeordnet.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, bedeckt die Erdelektrode35 praktisch die ganze Innenfläche des Wandlerkristalls 28, wobei Belagmagerial 37 die Außenseite des Kristalls 28 überzieht. Als Belag- bzw. Überzugsmaterial 37 kann irgendein bekanntes Material dienen, das akustische Energie zu absorbieren vermag. Der Gesamtdurchmesser, des Kristalls 30 ist gemäß Fig. 3 gleich D,

In F i g. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Der Sender bzw. Signalgeber 10 ist mit der Steuereinrichtung 12 verbunden, während letztere mit dem Wandlerkristall 28 gekoppelt ist. Der Geber 10 ist mit der Zentralbcreichelektrode 34 und der Ringbereichelektrode 32 über Leitungen 38 bzw. 40 und zeitgesteuerte Schalter 44 bzw. 46 verbunden. Der Zentralbereich 34 ist ferner über die Leitung 84 mit einem verstärkungsgeregellen Verstärker 56 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Ringelektrode 32 über eine Leitung 50 mit einem verstärkungsgeregelten Verstärker 58 gekoppelt. Der Ausgangsverstärker 56 ist über eine Leitung 60 mit einem Suniniationspunkt 64 verbunden, während der Ausgang des Verstärkers 58 über eine Leitung 62 mit dem Summationspunkt 64 gekoppelt ist. Der Ausgang des Summationspunktes 64 ist über eine Ausgangsleitung 66 mit der Verarbeitungseinrichtung !4 verbunden.

Im Betrieb ist der Geber 10 über die zeitgesteuerten Schalter 44 und 46 mit einer oder beiden Elektroden 32. 34 verbunden. Die Auswahl der Elektroden 32, 34 hängt davon ab, ob das Sendestrahlbündel der Innenöffnung D₁ oder vollen Öffnung D entsprechen soll. Diese Einstellung kann von der Bedienungsperson des Ultraschall-Abtastgeräls je nach der zu untersuchenden besonderen Zone vorgenommen werden. Nach der Aktivierung des Gebers 10, wobei der Wandlerkristall 28 einen Uhraschallimpuls emittiert, werden die Schalter 44 und 46 geöffnet, worauf anfangs die zentrale Elektrode zum Empfang der Ultraschallechos verwendet wird. Diese selektive Benutzung der Zentralelektrodc 34 wird durch Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 56 auf »G« über die Leitung 52 sowie der Verstärkung des Verstärkers 58 auf »0« über die Leitung 54 erreicht. Auf diese Weise wird die periphere Elektrode 32 wirksam von der Ausgangsleitung 66 entkoppelt.

Nach einer Zeilperiode 7",, die von den reflektierten Echos zum Erreichen des Wandlers 28 bei einerrt Abstand X₁ im untersuchten Körper benötigt wird, wird die Verstärkung des Verstärkers 56 stetig, jedoch rasch (typischerweise in wenigen Mikrosekunden) von G uaf Ga verringert, während die Verstärkung des Verstärkers 58 gleichzeitgvon 0 auf G/h erhöht wird. (Typischerweise ist a = b = 2.) Daher sind sowohl die zentrale Elektrode 34 als auch die periphere Elektrode 32 mit der Ausgangsleitung 66 gekoppelt.

In Fig. 5, auf die im folgenden eingegangen wird, is; die Verstärkung der Verstärker 56 und 58 als Funktion der Zeit bei a = /> = 2 aufgetragen. Wie oben gesagt, wird anfangs der Zentralbereich 34 als Empfängerelektrode verwendet. Diese selektive Kopplung der Wandlerbereiche 34,32 mit der Verarbeitungseinrichtung 14 geschieht durch Variation der Verstärkung der verstärkungsgeregelten Verstärker 56 und 58. Da der ringförmige Wandierbereich 32 anfangs nicht mit der Verarbeitungseinrichtung 14 gekoppelt ist. ist die Verstärkung des Verstärkers 38 (der den Ringbereich 32 mit der Verarbeitungseinrichtung 14 koppelt) während der Anfangszeit auf 0 gestellt. Eine zweite Dauer von T₁ später wird die Verstärkung des Verstärkers 58 stetig auf G/2 erhöht, während die Verstärkung des Verstärkers 56 auf G/2 vermindert wird. Daher sind am Ende der Zeitperiode Δ Γ die Verstärkungen beider Verstärker 56 und 58 auf G/2 eingestellt, so daß sowohl der Zentralbereich 34 des Wandlers als auch der Ringbereich 32 des Wandlers mit der Verarbeitungseinrichtung 14 gekoppelt sind.

Das Operationsprinzip der Erfindung basiert auf einigen Tatsachen und Beobachtungen. Es ist bekannt, daß ein Wandlerkristall des Krümmungsradius R auf einen Abstand F=R fokussiert ist, vorausgesetzt, daß sein Durchmesser ausreichend groß ist (d.h. wenn D¹JA/.

> R). Außerdem ist ein Wandlerkrislall auf einen Abstand /■ noch etwas cniger als D²/4/. fokussiert, wenn R> D²A/.. Es wurde beobachtet, daß bei einem Krislall mit einer vorgegebenen Krümmung R das akustische Sirahlbündelmustcr eine gute fokussiert Struktur herab bis zu Werten des ÖITnungsdurchmessers D derart hai. daß D²,4/.^/i/3. Wenn daher der Durchmesser eines Wandlers der Krümmung R progressiv verringert wird, so ändert sich dessen Brennweile von F= R bis zu einem Wert /-von Λ/3, wobei beinahe das gleiche Strahlbündelmuster wie bei einer gleichzeitigen Verringerung des Krümmungsradius des Wandlerkristalls erzielt wird.

Die Erfindung nutzt die oben erläuterten Beziehungen zur Herstellung eines vorgegebenen Wandlerkristalls des Radius R aus. der gleich zwei oder mehr Wandlern der Brennweiten /·",, F₂..., F arbeitet, indem der effektive Durchmesser des Kristalls auf die Werte D₁, D₂-D geändert wird. Die Werte F₁ und D, werden so gewählt, daß sie überlappende Fokussierungszoncn haben, so daß eine erweiterte Fokuszone entsteht.

Zur Erleichterung des Verständnisses wird die Funktionstheorie für den in Fig. 2 veranschaulichten Fall der Verwendung von zwei Elementen im folgenden genauer beschrieben. Die aktivierte Elektrode des Wandlers ist als Zentralbereich 34 des Durchmessers D₁ ausgebildet, der von einem Ringbereich 32 durch einen Schutzring 36 getrennt ist. Der Schutzring 36 ist elektrisch geerdet und ist sehr schmal (in typischer Ausfuhrung benötigt der Schutzring mit den elektrodenlosen Zwischenräumen eine Gesamtbreitc von 0,254 mm). Die Erdelekirode auf der anderen Seite des Kristalls 28 (nicht gezeigt) ist monolitisch.

Typische Parameter für die Zwei-EIementen-Ausbildung sind wie folgt: Bei einer Impulsfrequenz von beispielsweise 3MHz(/.sO,O5cm), D= 1,8 cm, Äsf = 14cm (D²/4Ä = ibcm^R) und D, ^ 1,0cm ergibt sich Δ,=

16/.

s 9 cm das innere Element von weniger als I cm

₁i

Bei den oben angegebenen typischen Parametern isl das Innendurchmesser-Element (d.h. derjenige Teil des Wandlers, der vom Zentralbereich 34 aktiviert wird) über

eine Fokussierungszone F₁ + fokussiert, so daß wegen bis mehr als 9 cm fokussiert isl. Die Fokussierungszone der Kombination aus der Zentralelektrode 34 und dem A ußcnring 32 (d. h. der vollen Öffnung des Durchmessers

D) erstreckt sich über eine Zone

7 F² Ί.

'■ D²

S 15 cm, liegt der Fokussierungsbereich für die-

se Kombination zwischen etwa 7 cm und mehr als 20 cm. Bei diesem Beispiel liegt die Überlappungszone etwa bei X₁ =8cm (z.B. zwischen 8cm und 9cm).

Alternative Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres aus der vorsle-

is henden Beschreibung. Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnte einer der beiden Bereiche des Wandlers 28 sowohl als Sende- als auch als Empfangswandler verwendet werden. Mit anderen Worten, die Wandleranordnung 26 könnte in geeigneter Weise so ausgebildet sein, daß es zwei Betriebsfunktionen gibt. Die erste Funktion würde darin bestehen, daß mit Hilfe des Zenlralbereichs 34 abgestrahlt und entsprechend an demselben Bereich empfangen wird. Die zweite Funktion wird darin liegen, daß mittels der Kombination aus dem Zentralbereich 34 und dem Ringbereich 32 abgestrahlt und danach von derselben Bereichskombination empfangen würde. Auf diese Weise kann ein einziger Wandler entweder mit kurzer Brennweile oder mit langer Brennweite betrieben werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht in der Verwendung von drei (oder mehr) Elektroden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zusätzliche periphere Elektroden um die periphere Elektrode 32 angeordnet, während der Durchmesser der Elektrode 32 entsprechend verringert wird. Der Vorteil dieser zusätzlichen Elektrode liegt in der Möglichkeit der »Feinabstimmung« der drei (oder mehr) überlappenden Scharfeinstellzonen, wobei das Sendestrahlbündel auf drei (oder mehr) vorgegebene Punkte fokussiert werden kann. Jedoch geht dadurch die Einfachheit der Anordnung teilweise verloren, und zwei Elektroden sind für die meisten Fälle der medizinischen Diagnose ausreichend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   t. Wandleranordnung für Ultraschall-Abiastgeräte mit einem scheibenförmigen Wandler, der in Abhängigkeil vom Signal eines Gebers Ultraschallwellen emittieren kann, zum Empfang von Echosignalen der Ultraschall wellen geeignet ausgebildet und mit einer den aufgefangenen Echos entsprechende Anzeigesignale erzeugenden Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, wobei der Wandler einen zentralen Bereich und wenigstens einen diesen umgebenden ringförmigen peripheren Bereich aufweist und die peripheren Bereiche sowohl von dem zentralen Bereich als auch untereinander elektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (12;44, 'Mi, 56,58) in solcher Anordnung vorgesehen ist, daß durch sie der zentrale Bereich (34) des Wandlers (16; IS) entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der peripheren ßereiehe (32) mit dem Geber (10) und der Verarbeitungseinrichtung (1,4) selektiv koppelbar ist.
2. 2. Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein Wandlerkristall (28) aus einem piezoelektrischen Material (30) mit halbsphärischer Ausbildung ist.
3. 3. Wandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Stcuereinrichtuni: (12) zeilgestcuertc Schalter (44, 46) aufweist und der Wandler (28) einen zentralen Bereich (34) und einen peripheren Bereich (32) enthält.

   derart fokussiert werden, daß F<

   D¹

   Die Seiten-