DE3214740C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Abbildungs­ gerät nach dem Patentanspruch 1.

Aus der US-PS 41 41 347 ist ein Ultraschall- Abbildungsgerät bekannt, das die gleich­ zeitige Wiedergabe eines B-Abtastbildes und eines Blutflußpro­ fils, das durch ein Dopplersystem gewonnen wird ermöglicht. Die dabei ver­ wendeten Doppler- und B-Abtast-Wandler werden von ihren zugehö­ ringen elektronischen Verarbeitungsschaltungen im wesentlichen unabhängig voneinander betrieben. Bei gleichen oder ähnlichen Frequenzen und Simultanbetrieb der beiden Wandler wären gegen­ seitige Störungen der Sende- und Echosignale unvermeidbar. Si­ multanbetrieb der Doppler- und B-Abtastwandler ist bei dem be­ kannten Gerät nur dann möglich, wenn Doppler- und B-Abtastwand­ ler bei (deutlich) unterschiedlichen Wellenlängen senden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde B-Abtast- und Doppler-Daten im Simultanbtrieb zu gewinnen, ohne daß eine störende Be­ einflussung der Empfangssignale eines Wandlers durch die gesen­ deten und reflektierten Impulse des anderen Wandlers stattfin­ det.

Bei einem Ultraschall-Abbildungsgerät der eingangs genann­ ten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verschachtelung der den ersten und zweiten Wandlern zugeordneten Ultraschallimpuls-Sendephasen wird das Ultraschall-Abbildungsgerät selbst dann frei von Ei­ genstörungen, wenn die Wellenlängen beider Sendesignale über­ einstimmen. Bei übereinstimmenden Sende- und Empfangswellenlän­ gen können die Verarbeitungsschaltungen kostengünstig herge­ stellt und betrieben werden. Insbesondere können die beiden Wandler zu einer Anordnung bzw. einem Kopf zusammengefaßt wer­ den, da die Sende- und Reflexionswellen für beide Systeme ver­ gleichbare Eigenschaften haben. Die Ausrichtung der Doppler­ und B-Abtaststrahlbündel kann auf die jeweiligen Anwendungs­ fälle optimal abgestimmt werden.

Obwohl die Ultraschallimpulse von den ersten und zweiten Wandlern zeitlich verschachtelt, d. h. nicht überlappend ausge­ sendet werden, erscheinen die gewonnenen B-Abtast- und Doppler­ daten für die Bedienungsperson kontinuierlich und simultan. Die Phasentrennung ist daher für die störungsfreie Abbildung unein­ geschränkt wirksam, für den Benutzer jedoch nicht sichtbar (Simultanbetrieb).

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Abbildungsgeräts, aus der die Gesamtform des Gehäuses und die Sichtfelder der B-Abtast- und Doppler­ wandler zu sehen sind;

Fig. 2 eine Frontansicht des Geräts gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Geräts entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine andere Schnittansicht entlang der Schnittlinie 5-5 in Fig. 2 (in dieser Ansicht ist der Motor nicht gezeigt, damit die Vor­ richtung zum Positionieren des Doppler­ wandlers besser erkennbar ist);

Fig. 6 eine Draufsicht auf die manuelle Positionie­ rungsvorrichtung zur Positionierung des Dopplerwandlers, gesehen entlang der Schnitt­ linie 6-6 in Fig. 5;

Fig. 7 eine geschnittene Rückansicht der Vorrich­ tung gemäß Fig. 6 entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 6;

Fig. 8 eine Ansicht auf das Getriebesegment, das zum Antrieb des Dopplerwandlers dient, sowie die Segmentenkupplung mit der Vorrichtung gemäß den Fig. 6 und 7, gesehen in Rich­ tung der Pfeile 8-8 in Fig. 6;

Fig. 9 eine partielle Schnittansicht entlang der Schnittlinie 9-9 in Fig. 5 zur Veranschau­ lichung der Anbringung des Dopplerwandlers innerhalb der Strömungsmittelkammer und dessen Kopplung mit einem Positionspotentiometer;

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer Schaltung zur Ge­ winnung der kontinuierlichen B-Abtastungs- und Dopplerdaten;

Fig. 11 ein Grafik zur Beschreibung der Betriebs­ weise der Schaltung gemäß Fig. 10;

Fig. 12 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 10 mit einer Vorgabe­ schaltung;

Fig. 13 eine grafische Darstellung zur Beschreibung der Betriebsweise der Schaltung gemäß Fig. 12.

Beschrieben wird ein Ultraschall-Abbildungsgerät mit einem in der Hand haltbaren "Kopf" und zugehöriger Schaltung.

Der beschriebene Abbildungskopf und die zugehörige Schaltung liefern gleichzeitig eine B-Abtastwiedergabe und Doppler­ daten. (Die Dopplerdaten werden in Tonfrequenzform wieder­ gegeben; sie werden jedoch auch beispielsweise unter Ver­ wendung einer schnellen Fourier Transformation verarbeitet.) In der folgenden Beschreibung wird auf "B-Abtastwandler" und "Dopplerwandler" Bezug genommen. Es ist klar, daß die Hin­ weise auf "B-Abtastung" und "Doppler" nicht besondere Wand­ lertypen bezeichnen, sondern angeben, welche Echos von diesen Wandlern aufgenommen werden. Für die Zwecke der Be­ schreibung ist es jedoch zweckmäßig, die jeweiligen Wandler als "B-Abtastwandler" bzw. "Dopplerwandler" zu bezeichnen.

In den Fig. 1 bis 9 ist ein Abbildungskopf gezeigt, der sowohl den B-Abtastwandler als auch den Dopplerwandler ent­ hält. Die Signale, insbesondere diejenigen vom B-Abtast­ wandler, werden zur Wiedergabe allgemein in derjenigen Weise verarbeitet, die in der US-PS 42 41 412 beschrieben ist. Es gibt jedoch einige Unterschiede in der elektrischen Ver­ arbeitung. Als erstes werden die Echos von jedem "Vektor" des B-Abtastwandlers an vorgegebenen Plätzen im Speicher gespeichert, d. h. es gibt eine Eins-zu-Eins-Abbildung zwischen der Winkellage des B-Abtastwandlers und den Posi­ tionen im Speicher. Die Speicheradressen zum Speichern der vom B-Abtastwandler empfangenen Daten werden direkt von der nachfolgend beschriebenen Kodierscheibe bestimmt. Diese Adressen werden verwendet, um sowohl die Tangens­ als auch die Sekansfunktionen (in einem Festwertspeicher) nachzuschlagen. Daher ist es nicht erforderlich, den Tangens und die Sekante entsprechend der aus dem o. g. Patent be­ kannten Verfahrensweise zu berechnen. Auch eine "Nachschlage­ tabelle" zur Bestimmung der Brechung ist bei der Erfindung nicht erforderlich. Wie erläutert werden wird, ist der Winkel zwischen den Wandlern und der Grenzfläche zum Körper aufgrund der Verwendung einer flexiblen Grenzfläche nicht bekannt.

Die anderen Aspekte der elektrischen Verarbeitung der von den Wandlern abgeleiteten Signale, die deutlich verschieden sind von der bekannten Verfahrensweise, werden in Verbindung mit den Fig. 10 und 11 beschrieben. Dazu gehört die Schaltung, die ein kontinuierliches Tonfrequenzsignal (der Dopplerdaten) liefert, obwohl der Dopplerwandler manchmal abgeschaltet wird, um die B-Abtastanzeige laufend auf den neuesten Stand zu bringen. Diese Schaltung ermöglicht (von dem Standpunkt des Benutzers) eine gleichzeitige B-Abtastung und Dopplerdatengewinnung, wenn die Strahl­ bündel zeitlich verschachtelt sind.

Im folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Der Abbildungskopf ist ein Handgerät, das einen Handgriff 20 und ein Gehäuse 25 aufweist. Die flexible Membran 27 wird dem Patienten zur Untersuchung aufgelegt und macht es möglich, die Strahlbündel von den Wand­ lern 16 und 17 entlang des kurzen Strömungsmittelweges zwischen diesen Wandlern und der Membran 27 durchzulassen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine ge­ wisse Vorverstärkung der von diesen Wandlern abgeleiteten Signale von einer Schaltung auf einer gedruckten Schal­ tungskarte durchgeführt, die im Handgriff 20 angebracht ist (vgl. Schaltungskarte 68 gemäß Fig. 3). Eine elek­ trische Kopplung zwischen dem Kopf und der elektrischen Verarbeitungseinrichtung und den Anzeigeeinheiten geht über das Kabel 21.

Der B-Abtastwandler 16 führt eine Oszillationsbewegung aus und überstreicht das mit 16a bezeichnete Sichtfeld. Der Dopplerwandler 17, der gegenüber dem Wandler 16 ver­ setzt angeordnet ist, entwickelt ein Strahlbündel, das zu dem Sichtfeld 16a koplanar ist. Die Winkelposition des Wandlers 17 wird durch das Handrad 23 von Hand eingestellt, um ein Sichtfeld 17a zu überstreichen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Sicht­ feld entsprechend dem Sektor 16a tiefer, wenn der B-Ab­ tastwandler ohne den Dopplerwandler betrieben wird. Wäh­ rend des gleichzeitigen B-Abtast- und Dopplerbetriebs ist die Sichtfeldtiefe des B-Abtastwandlers auf das mit 16b bezeichnete Sichtfeld reduziert. Dopplerechos von tatsächlich jedem Punkt innerhalb des Sichtfelds 16b können durch Einstellung des Winkels des Wandlers 17 und durch Einstellung des Bereichsausschnitts für die Echos von diesem Wandler abgetastet werden. (Eine Be­ reichstoreinstellung ist nicht an dem Kopf sondern an einem separaten Tastenfeld vorgesehen.)

Der B-Abtastwandler 16 ist ein gewöhnlicher, im Handel erhältlicher Wandler, der bei einer Frequenz von z. B. etwa 7,5 MHz betrieben wird. Wegen der Hin- und Herbewegung des Wandlers würden an den Schwenkenden mehr Impulse und weniger Impulse im Schwenkmittelbereich hervorge­ rufen, wenn die Pulsfrequenz des Wandlers konstant wäre. Um dies zu vermeiden, ist eine sinusförmige Verteilung der Pulsfolgefrequenz vorgesehen, um eine gleichmäßige Beabstandung der Vektoren oder Strahlen zu erreichen. Die mittlere Impulsfolgefrequenz beträgt angenähert 2,5 kHz während des alleinigen B-Abtastbetriebs. Der Dopplerwandler 17 arbeitet bei einer genau.-gesteuerten Frequenz von z. B. etwa 3 MHz und einer Impulsfolgefrequenz von 10 kHz. Wie be­ schrieben werden wird, sind einige Impulse dieses Wandlers gesperrt, um die B-Abtastdarstellung fortlaufend auf den neuesten Stand bringen zu können. Ein im Handel verfüg­ barer Ultraschallwandler dient als Dopplerwandler 17.

Das Gehäuse, des Kopfs besteht aus drei glasfaserverstärk­ ten Polykarbonat-Spritzgußbauteilen. Das untere Gehäuse­ bauteil dient als Abtastkopfchassis und bildet eine Hälfte einer Strömungsmittelkammer. Das mittlere Gehäuseteil ver­ vollständigt die Strömungsmittelkammer und enthält die Wandlerwellen, dynamische Dichtungen und einen Strömungs­ mitteleinlauf. Der obere Gehäuseteil dient als Deckel, dessen Abnahme den Zugang zu allen Abtastkopfvorrichtungen und zur Elektronik ermöglicht, um das Gerät zu warten und einzustellen. Die drei Gehäusebauteile sind wasserdicht abgeschlossen, so daß der Kopf zu Reinigungszwecken in eine Reinigungsflüssigkeit eingetaucht werden kann.

Die Strömungsmittelkammer 33 (Fig. 4) ist zwischen den ent­ gegengesetzten parallelen Wänden 37 und 38 gebildet. Die Rückwand, 32 dieser Kammer ist am besten in Fig. 5 zu sehen. Ein Ende der Kammer ist durch eine Gummimembran bzw. einen Gummischuh 27 gebildet. Eine Füllöffnung mit einem Verschluß­ stopfen 30 ermöglichen das Füllen der Kammer nach dem Zu­ sammenbau des Abbildungskopfes. Beide Wandler 16 und 1- sind im Innenraum der Strömungsmittelkammer derart angeordnet, daß ihre Strahlbündel die Membran 27 durchstoßen.

Die Membran 27 ist eine Silikongummimembran, die in Eisen­ oxyd eingebettet ist und eine Dichte von etwa 1,4 bis 1,5 hat. Der akustische Widerstand dieser Membran beträgt an­ genähert 1,5 entsprechend dem üblichen Wert des akustischen Widerstandes des menschlichen Gewebes.

Zu beachten ist, daß die Membran 27 flexibel ist, so daß sich ihre Form-beim Aufsetzen auf die Haut eines Patienten ändert. Dies bedeutet, daß die Einfallswinkel der den Ultraschallkopf verlassenden und zu diesem zurück­ kehrenden Ultraschallbündel nicht feststehen. Aus diesem Grunde ist es wichtig, daß die Geschwindigkeit des Ultra­ schalls in dem in der Kammer 33 befindlichen Fluid so nahe wie möglich derjenigen im menschlichen Ge­ webe angepaßt ist.

Wie in den Fig. 1, 3, 4 und 9 zu sehen ist, sind beide Wandler 16 und 17 so angeordnet, daß ihre Strahlbündel in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, d. h. Koplanar sind. Beide Wandler sind in einer gemeinsamen Ebene zwischen den Wänden 37 und 38 schwenkbar gelagert.

Der Wandler 16 ist auf einer Welle 49 befestigt, deren eines Ende über ein Lager in der Wand 37 gelagert ist. Das andere Ende der Welle ist durch eine dynamische Dich­ tung 34 durchgeführt und endet außerhalb der Kammer 33 als Kurbelwelle 49. Die zum Anschluß des Wandlers 16 be­ nötigten elektrischen Leitungen sind durch die Mitte der Welle 49 nach außen geführt, wie am besten in den Fig. 3 und 9 zu erkennen ist. (Zu beachten ist, daß die Lei­ tungen in Fig. 3 zur Verdeutlichung über das Gehäuse 25 hinausgeführt sind; normalerweise sind die Leitungen innerhalb des Gehäuses zur gedruckten Schaltungskarte 68 oder zum Kabel 21 geführt.) Gemäß Fig. 9 ist auch der Wandler 17 zwischen den Wänden 37 und 38 auf Zapfen ge­ lagert, welche eine Schwenkbewegung in der Bewegungs­ ebene des Wandlers 16 ermöglichen. Ein Zapfen 40 ist durch eine dynamische Dichtung (nicht dargestellt) in der Ge­ häusewand 38 gelagert. Der Zapfen 40 ist mit dem Getriebe­ sektor 42 (Fig. 5) verbunden. Der Getriebesektor 42 wird über einen Stift 45 getrieben. Die Zähne auf dem Getriebe­ sektor 42 kämmen mit einem Zahnrad 46a; dieses Zahnrad treibt das Potentiometer 46. Am Ausgang des Potentiometers wird ein Signal ermittelt, das die Winkelstellung des Dopplerwandlers anzeigt. (Dieses Ausgangssignal stellt zu­ sammen mit der Bereichseinstellung einen Zeiger auf der B-Abtastwiedergabe.)

Im folgenden wird auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen. Die Welle 49 des Wandlers 16 ist an einem Ende mit einem Kurbelarm 50 verbunden. Das andere Ende des Kurbelarms 50 ist mit einem Ende einer Antriebsstange 51 verbunden. Das andere Ende der Antriebsstange 51 ist exzentrisch mit einem Antriebsrad 55 verbunden, das direkt vom Motor 54 (Fig. 4) getrieben wird. Der Motor 54 treibt das Antriebsrad 55, wodurch die Antriebsstange 51 eine Hin- und Herbewegung ausführt und den Wandler 16 oszillierend auf der Welle 49 bewegt.

Eine Kodierscheibe 57 ist auf einem Rad 56 auf der Ab­ triebswelle des Motors 54 befestigt. In der Kodierscheibe 57 sind mehrere Schlitze ausgebildet, welche eine Lagein­ formation über den Wandler 16 ergeben. Eine Innenspur, bestehend aus drei langgestreckten, gekrümmten Schlitzen 58, dient zur Entwicklung von Kommutierungssignalen für den Motor 54. Die Außenspur 60 besteht aus einer Vielzahl von sinusförmig verteilten Öffnungen, welche zur Erzeugung von Auslösesignalen für den Wandler 16 dienen. Verwendung findet auch ein Einzelschlitz 61 zwischen den inneren und äußeren Spuren.

Das Licht von lichtemittierenden Dioden, die hinter der Scheibe 57 angeordnet, jedoch nicht dargestellt sind, wird von Detektoren 59 und einem Detektor 62 aufgefangen. Das die Schlitze 58 durchdringende Licht wird von den Detek­ toren 59 erfaßt. Das Ausgangssignal dieser Detektoren wird von Motor-Kommutatorzerhackern verwendet. Der Motor 54 ist ein sechspoliger, bürstenloser Gleichstrom-Dreiphasenmotor, der von einem Synchronmotor betätigt wird. Während des Be­ triebs ohne Doppler (nur B-Abtastung) läuft er mit etwa 10 Umdrehungen pro Sekunde (20 Bilder pro Sekunde) um und in den Dopplerbetriebsweisen läuft er mit 2 Umdrehungen pro Sekunde (4 Bilder pro Sekunde) um.

Durch den Schlitz 61 fallendes Licht wird vom Detektor 62 erfaßt, der ein Bezugssignal einmal pro Umlauf der Scheibe 57 entwickelt. Dieses Bezugssignal dient zur Bestimmung der Scheibenposition (Position des Wandlers 16).

Die Schlitze auf der Außenspur 60, sind, wie oben gesagt, über die Scheibe in sinusförmiger Verteilung angeordnet, und das durch diese Schlitze 60 durchtretende Licht wird von dem Detektor 62 aufgefangen. Das Ausgangssignal dieses Detektors dient zur Erzeugung von Sendebefehlssignalen zur Auslösung des Wandlers 16. Wegen der sinusförmigen Vertei­ lung der Schlitze 60 sind die vom Wandler 16 erzeugten Ultraschallimpulse gleichmäßig (räumlich) verteilt, also nicht in gleichmäßiger zeitlicher Teilung erzeugt. Die Impulse werden mit einer höheren Folgefrequenz entwickelt, wenn der Wandler in der Mittelstellung seiner Schwenkbe­ wegung ist, da er sich dort mit einer höheren Winkelge­ schwindigkeit bewegt. Die Impulse werden mit einer niedri­ geren Folgefrequenz gesendet, wenn sich der Wandler dem Ende seines Schwenkhubs nähert. (Bei dem beschriebenen Aus­ führungsbeispiel hat der Wandler 16 einen Gesamtschwenk­ winkel von etwa 28°, d. h. +14° von einer normal zur Mem­ brane 27 verlaufenden Linie.)

Ein Stellrad 23 (Fig. 3) ist über ein Drahtseil mit dem Stift 45 mechanisch gekuppelt. Eine Bewegung des Stell­ rads 23 läßt den Stift 45 das Sektorzahnrad 42 bewegen, wodurch sich die Winkelstellung des Wandlers 17 ändert. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann sich der Wandler über einen Winkel von etwa 45° bewegen. (Wenn eine Linie vom Mittelpunkt des Wandlers 17 normal zur Membrane 27 gezogen wird, so bewegt sich der Wandler 17 zwischen 10 und 55 Grad mit Bezug auf diese Linie.)

Im folgenden wird auf die Fig. 5, 6, 7 und 8 Bezug ge­ nommen. Eine besondere Positionierungsvorrichtung dient zur Änderung der Winkelstellung des Wandlers 17. Wie in den Fig. 5 und 6 zu sehen ist, ist diese Vorrichtung mit dem Abbildungskopf durch eine C-förmige Stütze 76 und eine U-förmige Stütze 77 befestigt. Ein metallisches Füh­ rungsrohr 74a ist mit einem Ende der Stütze 77 und auf der anderen Seite mit einem Ende der Stütze 76 verbunden. Das andere Ende der Stütze 76 nimmt ein Ende eines Füh­ rungsrohrs 74b auf; das andere Ende des Führungsrohrs 74b ist mit dem anderen Ende der Stütze 77 verbunden. Die Führungsrohre 74a und 74b sind Rohre aus korrosionsfreiem Stahl, die mit den Stützen verschweißt sind und in Ver­ bindung mit den Stützen ein geschlossenes starres Rahmen­ bauteil bilden.

Wie am besten in den Fig. 6 und 7 zu sehen ist, ist das Stellrad 23 über ein Lager 80 in der Stütze 77 gehal­ tert. Das Drahtseil 82 ist durch die Führungsrohre und durch einen Schlitz 81 an dem Antriebsachsenende 78 des Stellrads 23 geführt. Das Drahtseil ist mit zwei Windungen um das Antriebsachsenende 78 herumgelegt. Ein Sicherungs­ ring 79 verhindert ein Ablaufen dieser Windungen von der Antriebsachse.

Die freien Enden des Drahtseils 82 sind, wie am besten in Fig. 8 zu sehen ist, durch eine Hülse 84 durchgeführt; ein Ende des Seils bildet eine Schleife 82a, welche um den Stift 45 herumgelegt ist. Die Schleife 82a wird um den Stift 45 fest angezogen (sie ist zur besseren Darstellung in Fig. 8 lose gezeigt). Das Drahtseil 82 wird dann gespannt und die Hülse 84 zusammengedrückt, um das Drahtseil fest­ zulegen.

Es ist zu sehen, daß beim Drehen des Stellrads 23 das Draht­ seil innerhalb der Rohre 74a und 74b verschoben wird und den Antriebsstift 45 verstellt, der seinerseits die Winkel­ position des Wandlers 17 ändert.

Ein wesentlicher Vorteil der oben beschriebenen Vorrich­ tung liegt darin, daß sie bereits vollständig vormontiert werden kann, bevor sie in den Abbildungskopf eingesetzt wird. Das Stellrad 23 wird in die Stütze 77 eingebaut und das Drahtseil um den Stift 45 gespannt, bevor die Vorrichtung in den Kopf eingebaut wird. Dies ermöglicht eine zweckmäßige und leichte Spannung des Drahtseils. Beim Einbau in den Kopf wird die Gesamtvorrichtung über die Stützen befestigt und der Stift 45 in das Zahnrad­ segment 42 eingedrückt. Da die Rohre mit den Stützen fest verschweißt sind, ändert sich die Spannung im Draht­ seil bei dem Einbau der Vorrichtung in den Kopf nicht.

Es gibt einige Betriebsarten, in denen der Kopf verwendet wird. Während einer reinen B-Abtastung (ohne Doppler) werden vom Wandler 16 20 Bilder pro Sekunde zur Gewinnung von B-Abtastdaten erzeugt. Im gleichzeitigen B-Abtast- und Dopplerbetrieb werden vier Bilder pro Sekunde an B-Abtastdaten zusammen mit den Dopplerdaten erzeugt. Die maximale B-Abtast-Pulsfolgefrequenz bei diesem gleichzei­ tigen Betrieb beträgt 800 Hz. Die Scheibe 57 und die Dopplerimpulse sind asynchron, so daß Impulse (oder Impuls­ anforderungen) von beiden Wandlern gleichzeitig oder nahe­ zu gleichzeitig auftreten können. Dies ist natürlich uner­ wünscht, da unter anderem ein von einem Wandler ausgehendes Sendesignal als Echo im anderen Wandler empfangen werden kann. Um dies zu vermeiden, findet eine Impulsverschachte­ lung statt. Wie weiter unten beschrieben werden wird, gibt es trotz dieser Verschachtelung und der Abschaltung des Dopplerwandlers einen ununterbrochenen gleichzeitigen Be­ trieb vom Standpunkt der Bedienungsperson.

Die B-Abtastimpulse haben gegenüber den Dopplerimpulsen Priorität. Die Dopplerimpulse werden unterbrochen, wenn eine B-Abtastung während des gleichzeitigen Betriebs der Wandler notwendig ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Vorgabeschaltung verwendet, welche die Wellenform des von den Dopplerechos ausgelösten Tonfrequenzsignals vorgibt.

Im folgenden wird auf Fig. 10 Bezug genommen. Während des gleichzeitigen Betriebs der B-Abtast- und Doppler­ wandler emittiert und empfängt der Dopplerwandler Signale weit häufiger als der B-Abtastwandler. Der Impulsgenerator 126 erhält ein 10 kHz-Signal und bewirkt, daß der Wandler 17 Impulse mit dieser Frequenz aussendet. Die Echos des Wandlers 17 werden an eine Empfangs- und Mischstufe 99 angelegt. Die Frequenzverschiebung des Echos von dem 3 MHz-Sendeimpuls wird bestimmt und ergibt die Doppler­ daten. Bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbei­ spiel entwickelt die Empfangs- und Mischstufe 99 zwei Ausgangsdatenkanäle (Quadraturkanäle 1 und 2). Zwei Kanäle werden zur Bestimmung der Richtung der Frequenzverschiebung benötigt, welche der Richtung des Blutstroms entspricht. Die Empfangs- und Mischstufe 99 arbeitet in ähnlicher Weise wie ein Einseitenbanddetektor.

Das Tonfrequenzsignal auf der Leitung 132 (Kanal 1) und das entsprechende Tonfrequenzsignal für den Kanal 2 werden zur Entwicklung des endgültigen Tonfrequenz- bzw. Audio­ signals verwendet. Eine zusätzliche 90° Phasenverschiebung wird zwischen diesen Signalen eingeführt, danach werden die Summe und die Differenz dieser beiden Signale ge­ wonnen, um einen "stereophonen" Klang für den Bedienungs­ mann zu schaffen. Wenn ein Signal dem anderen vorausläuft, so wird ein Tonfrequenz-Ausgangssignal in einem Laut­ sprecher entwickelt; wenn ein Kanal gegenüber dem anderen nachhängt,wird ein Ausgangssignal in dem anderen Laut­ sprecher entwickelt. Daraus kann die Bedienungsperson so­ fort den Stromrichtungsunterschied feststellen. Außerdem werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel schnelle Fourier Transformationen dieser Tonfrequenzsignale ver­ wendet, um zusätzliche Daten über die Charakteristiken des Blutstroms zu gewinnen.

Die Triggerimpulse für den B-Abtastwandler, die von der Kodierscheibe 57 (Fig. 3) entwickelt werden, werden über eine Leitung 90 zu einer Impulsgenerator- und Verzöge­ rungsschaltung 91 übertragen. Das Signal auf der Leitung 90 verlangt nach einem B-Abtastimpuls des Impulsgene­ rators 125. Eine B-Abtastung tritt jedoch solange nicht auf, bis der Impulsgenerator 125 ein Freigabesignal über eine Leitung 130 erhält. Das Signal auf einer Leitung 129 wird an eine Freigabe/Unterbrecher-Schaltung für den Dopplerimpulsgenerator 126 angelegt. Bei dem nächsten Auf­ treten des 10 kHz-Signals liefert-die Freigabe/Unterbrecher­ schaltung 128 ein Freigabesignal auf die Leitung 130 und zum Impulsgenerator 125. Dadurch wird auch die Abgabe eines Schallimpulses durch den Wandler 17 unterbrochen. Daher werden die B-Abtastimpulse mit dem 10 kHz-Signal synchronisiert, und anstelle der Entwicklung eines Doppler­ impulses tritt ein B-Abtastimpuls auf. Auf diese Weise ist ein verschachtelter Wandlerbetrieb sichergestellt. Wie in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben werden wird, geht nur ein einziger Dopplerimpuls für jede B-Abtastan­ forderung verloren.

Die Freigabe/Sperrschaltung 128 gibt ein Sperrsignal an ein UND-Gatter 127. Dieses Signal tritt gleichzeitig mit dem Freigabesignal auf. Ein Bereichstorsignal wird eben­ falls an den Eingang dieses UND-Gatters angelegt. Dieses Bereichstorsignal ist das elektrische "Fenstery" das fest­ legt, wann vom Wandler 17 empfangene Echos gültig sind. Dieses Signal ist natürlich eine Funktion der Tiefe, aus der Echos empfangen werden sollen, und wird durch Anlegen eines Signals auf die Leitung 131 zu einer Abtast-und Halteschaltung 140 gesetzt. Wenn das Ausgangssignal des UND-Gatters 127 auf einem hohen Pegel ist, wiederholt die Ab­ tast- und Halteschaltung 140 die vorhergehende Abtastung. Wenn daher das Ausgangssignal des UND-Gatters auf einem hohen Pegel ist, wird das Ausgangssignal von der Empfänger­ und Mischstufe ignoriert.

Im folgenden wird auf Fig. 11 Bezug genommen, in der der Signalverlauf für ein typisches Tonfrequenzsignal gezeigt ist, wie es auf der Leitung 133 entsteht. Es sei angenommen, daß zu einem Zeitpunkt kurz vor der Linie 123 auf der Lei­ tung 90 ein Signal empfangen wird. Zum Zeitpunkt 123 würde normalerweise ein weiterer Dopplerimpuls auftreten. Dieser Dopplerimpuls wird jedoch unterdrückt, und statt dessen tritt ein B-Abtastimpuls auf. Da ein Signal auf der Leitung 131 ansteht, wird das Ausgangssignal auf der Leitung 133 zu der vorhergehenden Abtastung. Mit anderen Worten, der vor dem Zeitpunkt 123 vorhandene Signalpegel wird zum Zeitpunkt 123 in der in Fig. 11 gezeigten Weise wiederholt. Zum Zeit­ punkt 124 wird ein reguläres Dopplersignal verarbeitet. Zu beachten ist, daß gemäß Darstellung in Fig. 11 ein kon­ tinuierliches Tonfrequenzsignal erzeugt wird, obwohl ein Dopplerimpuls fehlt.

Eine alternative Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 10 ist in Fig. 12 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform treten die B-Abtast- und Dopplerimpulse in einer echten asynchronen Folge auf, wobei eine Schaltung rechts vom Exklusiv-ODER- Gatter 94 ein vorgegebenes Tonfrequenzsignal zur Kompen­ sation der verlorenen Dopplerdaten erzeugt.

Wenn eine B-Abtastimpuls-Anforderung kurz nach dem Tasten eines Dopplerimpulses empfangen wird, ist es notwendig, das Aussenden von B-Abtastimpulsen genügend lang zu ver­ zögern, um die Dopplerdaten aufnehmen zu können (eine Zeit­ spanne von maximal 100 Mikrosekunden ist bei der ver­ wendeten Feldtiefe erforderlich). Die Verzögerung der B-Abtastsendung beeinträchtigt die Wiedergabe nicht merk­ lich. Danach werden die Dopplerimpulse genügend lang ge­ sperrt, um ein Aussenden und einen Empfang der B-Abtast­ impulse zu ermöglichen. In der Praxis laufen die B-Abtast-An­ forderungssignale der tatsächlichen Triggerung des B-Abtastwandlers um angenähert 100 Mikrosekunden voraus, so daß es nicht notwendig ist, die Triggerung des Wandlers 16 selektiv zu verzögern. Andererseits ist es bei dieser Anordnung notwendig, den Dopplerwandler für wenigstens 200 Mikrosekunden (250 Mikrosekunden normalerweise) zu sperren.

Es sei angenommen, daß während des gleichzeitigen Doppler- und B-Abtastbetriebs ein Impuls auf der Leitung 90 (Fig. 12) eingeht; dieser Impuls wird an Monoflops 92 und 93 angelegt. Diese legen sofort zwei hohe (H-) Signale an ein ODER-Gatter 94. Eines dieser Signale sperrt den Impulsgenerator 98 und verhindert damit über eine Zeitspanne von 250 Mikrosekunden die Tastung weiterer Dopplerimpulse. Die Durchschaltbe­ dingungen des Exklusiv-ODER-Gatters 94 sind während der ersten 100 Mikrosekunden nicht erfüllt, so daß während dieser Zeit die Empfangs- und Mischstufe 99 nicht gesperrt ist. Daher kann der Empfänger Echos aufgrund derjenigen Sende­ impulse des Wandlers 17 aufnehmen, die vor Empfang des Impulses auf der Leitung 90 getastet wurden. Nach einer, 100 Mikrosekundenperiode fällt das Ausgangssignal des einen Monoflops 93 ab, und die Durchschaltbedingungen des Gatters 94 sind erfüllt. Dadurch wird ein hohes Signal am Ausgang des Gatters 94 entwickelt, das die Empfangs- und Mischstufe 99 sperrt. Zu etwa dieser Zeit endet die Verzögerung der Impulsgenerator- und Verzögerungsschaltung 91, und ein B-Abtastimpuls wird vom Wandler 16 ausgesendet.

Von dem Ausgang des Gatters 94 werden zwei Schalter 96 und 97 gesteuert. Die in Fig. 12 dargestellte Position der Schalter ist für den Betrieb ohne Vorgabe, d. h. für den Betrieb, bei dem die B-Abtast- und Dopplersignale nicht verschachtelt sind. Während dieses Betriebs wird das Ausgangssignal aus dem Kanal 1 über den Schalter 96 zur Abtast- und Halteschaltung 106 übertragen. Der Aus­ gang der Abtast- und Halteschaltung 106 ist über den Schalter 97 direkt mit der Leitung 120 verbunden. Dieses Signal wird nicht verarbeitet, mit Ausnahme der von der Abtast- und Halteschaltung 106 hervorgerufenen Abtastung und Verzögerung. Wenn die Dopplersignale unterbrochen sind, ist das Ausgangssignal des NOR-Gatters 94 hoch, und der Schalter 96 koppelt die Leitung 117 mit der Abtast- und Halteschaltung 106, während der Schalter 97 die Leitung 120 mit der Leitung 116 verbindet.

Die Kommando- bzw. Vorgabeschaltung enthält die Abtast- und Halteschaltungen 106, 107 und 109. Der Ausgang der Schaltung 106 ist über die Leitung 115 mit dem Eingang der Schaltung 107 verbunden und zu Erläuterungszwecken mit "B" bezeichnet. Der Ausgang der Schaltung 107 ist mit "A" bezeichnet und mit einem Eingangsanschluß einer Einheit 108 gekoppelt. Der andere Eingang der Einheit 108 ist die Leitung 115, also mit "B" verbunden. Die Einheit 108 multipliziert das Signal auf der Leitung 115 mit 2 und subtrahiert "A" vom Ergebnis. Daher ist das Ausgangssignal auf der Leitung 116 gleich 2B-A. In der Vorgabeschaltung werden übliche, im Handel erhältliche Bauelemente verwendet.

Die Zeitgabe für die Abtast- und Halteschaltungen 106, 107 und 109 wird aus der 10 kHz-Impulsfrequenz gewonnen, die von dem Dopplerwandler verwendet wird. Dieses Signal treibt die Schaltung 109 direkt. Das Signal wird von einer Verzö­ gerungsschaltung 111 zur Ansteuerung der Abtast- und Halteschaltung 107 verzögert. Das Ausgangssignal der Schaltung 111 steuert nach weiterer Verzögerung durch die Verzöge­ rungsschaltung 110 die Abtast- und Halteschaltung 106. Die Verzögerungsschaltungen 110 und 111 sorgen für die Übertragung der Abtastungen von einer Abtast- und Halte­ schaltung zur anderen zur Entwicklung des Signals 2B-A auf der Leitung 116.

Unter Bezugnahme auf Fig. 13 sei angenommen, daß das dort links von der Linie 100 gezeigte Tonfrequenzsignal auf die Leitung 120 gegeben wird. Dies entspricht dem Signal im Kanal 1 nach der Signalabtastung durch die Abtast- und Halte­ schaltung 106. Als nächstes sei angenommen, daß ein B-Abtast­ impuls verschachtelt werden soll. Das Ausgangssignal des NOR-Gatters 94 geht auf einen H-Pegel, und, die Schalter 96 und 97 schalten in die der Darstellung entgegengesetzten Positionen um. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 107 ein "A", der Abschnitt bzw. die Abtastung unmittelbar links der Linie 100 in Fig. 13. Das Ausgangssignal auf der Leitung 116 ist 2B-A, das auf die Leitung 120 gegeben wird. Wie in Fig. 13 zu sehen ist, setzt 2B-A den Tonfrequenzsignalverlauf in derselben Richtung (abwärts) fort, und zwar mit der gleichen allge­ meinen Steigung (Abfall) wie diejenige vor der Linie 100. Das 2B-A Signal wird an die Abtast- und Halteschaltung 109 angelegt und bildet das nächste Eingangssignal für die Ab­ tast- und Halteschaltung 106. Daher ist der Verlauf der Ausgangssignale der Einheit 108 entsprechend dem nächsten Ausgangssignal 122 in Fig. 13. Diese "vorgegebenen" Doppler-Ausgangssignale werden fortgesetzt, bis das Signal am Ausgang des Gatters 94 absinkt und echte Dopplerdaten an die Schaltung 106 von der Empfangs- und Mischstufe 99 angelegt werden.

Die oben beschriebene Vorgabeschaltung liefert eine relativ einfache lineare Vorgabe bzw. Voraussage. Es ist für den Fachmann klar, daß komplizierte Algorithmen zur Vorgabe bzw. Voraussage des Tonfrequenzverlaufs ge­ mäß Fig. 13 während derjenigen Perioden verwendet werden können, in denen die richtigen Dopplerechos unterbrochen sind.

Bei dem oben beschriebenen alternativen Ausführungsbei­ spiel wird der Dopplerwandler für feste Perioden unter­ brochen. Das obige System setzt voraus, daß ein Doppler­ impuls gerade gesendet worden ist, wenn eine Anforderung für einen B-Abtastimpuls über die Leitung 90 eingeht. Durch Verfolgen der Istzeit, bei der ein Dopplerimpuls gesendet wird, kann die Sperrzeit für den Dopplerwandler reduziert werden. Wenn beispielsweise ein Dopplerimpuls 90 Mikrosekunden vor der Anforderung für einen B-Abtast­ impuls gesendet worden ist, kann eine B-Abtastung in 10 Mikrosekunden beginnen, anstatt über eine volle Periode von 100 Mikrosekunden zu warten.

Claims (8)

1. Ultraschall-Abbildungsgerät mit einem eine Fluidkammer (33) umschließenden Gehäuse (25), wobei eine Wand der Fluidkam­ mer (33) durch eine für Ultraschallstrahlen durchlässige Membran (27) gebildet ist, einem in der Fluidkammer (33) eingebauten ersten Wandler (16), der eine oszillatorische Schwenkbewegung in einer ersten Ebene ausführen kann und dabei Ultraschall­ strahlen zur B-Abtastung durch die Membran (27) in der ersten Ebene aussendet und empfängt, einem in der Fluidkammer (33) an­ geordneten zweiten Wandler (17), dessen Strahlbündel innerhalb der ersten Ebene bewegbar ist und der zur Erzeugung von Dopp­ lerdaten vorgesehen ist, und einer Positionierungsvorrichtung zur Positionierung des Strahlbündels des zweiten Wandlers (17) in der ersten Ebene, wobei zur Gewinnung einer aktualisierten B-Abtastanzeige und von Dopplerdaten eine Schaltungsanordnung (57, 90, 126, 129, 130; 57, 91 bis 98) die von dem ersten und zweiten Wandler (16, 17) ausgesendeten Ultraschallimpulse der­ art verschachtelt, daß die Sendephasen des zweiten Wandlers (17) während der Sendephasen des ersten Wandlers (16) immer unterbrochen sind, wobei die empfangenen B-Abtast- und Dopplerdaten kontinuierlich angezeigt werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsvorrichtung von Hand steuerbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsvorrichtung ein am Gehäuse (25) gelagertes Rad (23, 78) zur Änderung der Winkelposition des zweiten Wandlers (17) in der ersten Ebene aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Drahtseil (82) eine mechanische Verbindung zwischen dem Rad (23, 78) und dem zweiten Wandler (17) hergestellt ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierungsvorrichtung einen Führungsrohrrahmen (74a, 74b) zur Aufnahme des Drahtseils (82) aufweist, wobei der Führungs­ rohrrahmen (74a, 74b) so ausgebildet ist, daß das Drahtseil (82) vor dem Einbau des Führungsrohrrahmens (74a, 74b) und des Rades (23, 78) in das Gehäuse (25) spannbar ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fluidkammer (33) mit einem Fluid gefüllt ist, dessen akustische Impedanz angenähert gleich der akustischen Impedanz im menschlichen Gewebe ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membran (27) eine akustische Impedanz hat, die angenähert gleich der akustischen Impedanz des menschlichen Gewebes ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (27) aus Silikongummi mit eingebettetem Eisenoxid be­ steht.