DE3303288A1

DE3303288A1 - Ultraschall-diagnostisches tomographiegeraet

Info

Publication number: DE3303288A1
Application number: DE19833303288
Authority: DE
Inventors: Sizuo Tsukui Kanagawa Ishikawa; Kageyoshi Katakura; Toshio Tokyo Ogawa; Shinichiro Hachioji Umemura
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1982-02-03
Filing date: 1983-02-01
Publication date: 1983-08-11
Also published as: DE3303288C2; US4974558A; JPS58132677A; JPH0155429B2

Description

Die Erfindung betrifft ein ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist, und insbesondere ein elektronisch abgetastetes ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät.

In einem bekannten ultraschall-diagnostischen Gerät zum Betrachten eines zu untersuchenden Objektes oder Gegenstandes auf der Basis eines reflektierten Echos eines an das Objekt angelegten Ultraschall-Strahles wird die Zahl der Wandler in der Wandler-Anordnung durch Schaltvorrichtungen ausgewählt, und die Apertur des Senders wird so bestimmt, daß sie in etwa gleich derjenigen des Empfängers ist. Im folgenden bedeutet die Bezugnahme auf ein System nach dem Stand der Technik, daß ein System gemeint ist, bei dem die Aperturen von Sender und Empfänger gleich sind. Macht man die Aperturen beim Senden und Empfangen größer, um eine höhere Auflösung zu erhalten, so erhöht sich die Zahl der Elemente, da in dem Feld von Elementen der Stufenabstand nahezu konstant sein muß. Dies führt zu dem Nachteil, daß es unmöglich wird, eine Schaltvorrichtung zu realisieren.

Wird andererseits der Abstand der Elemente vergrößert und die Zahl der Elemente konstant gehalten, so steigt der Pegel von unerwünschten Schallsignalen an, was zur Verschlechterung der Bildqualität führt.

Will man bei einem System nach dem Stand der Technik, das gleiche Aperturen für das Senden und das Empfangen aufweist, günstige Auflösungen in alle Tiefenrichtungen erhalten, so ist es notwendig,' ein sogenanntes "mehrstufiges Fokussieren (dynamisches Fokussieren)" (multi-

stage focusing) einzusetzen, bei.dem das Senden mehrere Male ausgeführt wird, wobei der Senderfokus verändert wird. Macht man bei dem System des Standes der Technik die Auflösung höher, so wird die Brennweite stark verschlechtert, und damit wird die Zahl der Stufen sehr erhöht, so daß die Bildfrequenz stark erniedrigt wird. Aus dem Gesichtspunkt der oben beschriebenen Umstände ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät für das Erzielen eines Ultraschall-diagnostischen Tomographiebildes anzugeben, das eine hohe Auflösung in allen Tiefenrichtungen eines Untersuchungsobjektes hat, ohne daß die Bildfrequenz erniedrigt wird.

Diese Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Ultraschall-diagnostischen Tomographiegerätes gelöst, das erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß eines Gesichtspunktes der vorliegenden Erfindung' wird Ultraschall mit kleiner Apertur zur Fokussierung auf einem Punkt (fester Fokus) in dem Zeitpunkt der Sendung gesendet, und der gesendete Ultraschall wird in dem Zeitabschnitt des Empfangs einer dynamischen Fokussierung mit großer Apertur unterworfen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung des Aufbaus eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. und	3a 3b
Fig. und	4 5
Fig.	6
Fig.	7

Fig. 2a zeigt in einem Schaubild die Betriebsweise für das Äusführungsbeispiel der Fig. 1;

Fig. 2b zeigt in einem Schaubild die Hauptteile des Ausführungsbeispiels der Fig. 1;

veranschaulichen die Betriebsweise des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;

verdeutlichen die charakteristischen Merkmale des Ultraschall-Strahles bei der vorliegenden

Erfindung;

zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung; zeigt ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Betriebsweise der Fig. 6;
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung des

Aufbaus eines anderen Ausführungsbeispiels der

vorliegenden Erfindung;

Fig. 9

und 10 zeigen die wesentlichen Teile des in Fig. 8

dargestellten Ausführungsbeispiels;

Fig. 11 zeigt den Aufbau eines wesentlichen Teils einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau
eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei der Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Wandlerfeld (array transducer) mit beispielsweise 384 Elementen bezeichnet, mit 2 eine Schalteinheit zum Schalten von
Senden und Empfangen, mit 3 eine Treiberschaltung für
das Senden, mit 4 ein Vorverstärker, mit 5 ein Phasenabgleich-Netzwerk (Verzögerungsleitungs-Strahlenbündeler) für den Empfang, das Bezugszeichen 6 bezeichnet
eine Kompressorschaltung, 7 eine Detektorschaltung, 8
eine Anzeige, 9 ein Steuergerät, 10 einen dynamischen
Fokussierungsspeicher für den Empfang, und die Markie-

rungen a, b und c bezeichnen Ausgangssteuersignale des Steuergerätes 9 jeweils für die Schalteinheit 2, die Treiberschaltung 3 und den dynamischen Fokussierungsspeicher für den Empfang. Mit d ist der Ausgang des dynamischen Fokussierungsspeichers 10 zur Steuerung des Phasenabgleich-Netzwerks 5 bezeichnet. In dem Speicher 10 sind Verzögerungswerte"gespeichert, die dem Phasenabgleich-Netzwerk 5 zur Bildung eines Fokussierungspunktes für jede Tiefe ^zugeführt werden. Bei diesem Aufbau werden die Apertur des Sendens (beispielsweise 48 Elemente) und die Apertur des Empfangene (beispielsweise 192 Elemente) aus den insgesamt 384 Elementen des Wandlerfeldes 1 mittels der Schalteinheit 2 nach Maßgabe des Steuersignals a des Steuergerätes 9 ausgewählt.

Die Amplitude und die Phase in der Treiberschaltung 3 werden durch das Steuersignal b des Steuergerätes 9 gesteuert, um das Wandlerfeld 1 über die Schalteinheit 2 anzusteuern. Jedes der von den 192 empfangenen Signalen wird durch den Vorverstärker 4 verstärkt. Die Signale für die jeweiligen Tiefen werden danach in dem Empfangs-Phasenabgleich-Netzwerk 5 einer Phasenausrichtung unterworfen und zur Lieferung eines Ausgangssignals mit den Daten d des dynamischen Fokussierungsspeichers 10 addiert. Danach wird das reflektierte Ultraschallsignal, das die Kompressorschaltung 6 und die Detektorschaltung 7 durchlaufen hat, auf einer Abtastzeile des Anzeigegerätes 8 dargestellt. Sodann wird die Apertur des Sendens und des Empfangene nach und nach durch das Steuersignal a des Steuergerätes 9 verstellt, um das Ultraschall-diagnostische Tomographie-Bild auf der Anzeige 8 darzustellen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2a und 2b wird nachfolgend der Aufbau und die Betriebsweise der in Fig. 1 darge-

stellten Schalteinheit 2 beschrieben. Bei der Fig. 2a ist der Kanal 1 in den 48-Kanal-Sender-Treiberschaltungen über Sender-Schalter SWTi (i = 1, 49, 97, 146 usw.) an Feldelemente #1, #49, #97, #145 angeschlossen. In der gleichen Art und Weise ist der Kanal 24 der Sender-Treiberschaltung an Feldelemente #24, #72, #120 usw. angeschlossen, und der Kanal 48 ist an Feldelemente #48, #96, #144 usw. angeschlossen. Andererseits sind Feldelemente an 192 Vorverstärker über Empfängerschalter SWRi angeschlossen. Der Sender-Schalter SWTi und der Empfänger-Schalter SWRi sind beide entsprechend der Fig. 2b an ein Feldelement u angeschlossen. Entsprechend der Darstellung der Fig. 2a ist der Sender-Schalter SWTi an dem Kreuzungspunkt (Schnittstelle) einer jeden Treiberschaltung mit jedem Feldelement u angeordnet. Entsprechend der Fig. 2b ist der Empfänger-Schalter SWRi jeweils an der Uberkreuzungsstelle (Schnittstelle) eines Feldelementes η mit einem Empfänger-Vorverstärker angeordnet. Steuersignale für Schalter SWTi und SWRi, die dem Steuersignal a nach der Fig. 1 entsprechen, sind in den Fig. 2a und 2b weggelassen.

Bei diesem Aufbau werden zuerst nur die Sender-Schalter SWT1 bis SWT48 und nur die Empfänger-Schalter SWR1 bis SWR192 EIN-geschaltet, um Ultraschall mittels der Feldelemente #1 bis #48 zu senden, und um die von Feldelementen #1 bis #192 empfangenen Signale an Vorverstärker anzuschließen. Nachfolgend werden nur die Sende-Schalter SWT2 bis SWT49 und nur die Empfänger-Schalter SWR2 bis SWR19 3 EIN-geschaltet, um Ultraschall mittels Feldelementen #2 bis #49 zu senden, und um ebenfalls die an Feldelementen #2 bis #193 empfangenen Signale an Vorverstärker anzuschließen.

Als Steuersignal-Generator für die Schalter SWTi wird beispielsweise ein 384-Bit-Ringzähler eingesetzt. In dem Ringzähler befinden sich nur 48 Bits in dem "1"-Zustand, die restlichen Bits sind in dem "O"-Zustand. Die Schalter SWTi schalten für das Steuersignal "1" auf EIN und für das Steuersignal "0" auf AUS. Das gleiche Verfahren wird auch für die Schalter SWRi angewendet. Auf diese Weise wird es möglich, die Apertur für das Senden und für das Empfangen entsprechend dem Zustand der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Schalteinheit zu verstellen.

Wird die Apertur mittels der Schalteinheit 2 verändert, so wird ebenfalls die Korrespondenz zwischen der Eingangs/Ausgangs-Anschlußzahl des Sendens oder des Empfangens und der Apertürstellung des Sendens oder Empfangens verändert. Die damit erforderliche Anpassung von Amplituden- oder Phasendaten wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3b nachfolgend beschrieben.

Zuerst wird das Anpassen bzw. Abgleichen für das Senden beschrieben. Es wird unterstellt, daß der Sendestrahl fokussiert ist, indem die Apertur für das Senden mit einer dreieckig zugespitzten Amplitudenverteilung und einer konkaven Phasenverteilung versehen wird. Bei der dreieckförmig zugespitzten oder gewichteten Amplitudenverteilung werden die Elemente, die im Zentrum der Apertur angeordnet sind, mit der größten Amplitude ausgesteuert, die Elemente, die an den beiden Enden der Apertur angeordnet sind, werden mit Null-Amplitude ausgestattet, und die dazwischenliegenden Elemente werden mit einer sich linear ändernden Amplitude ausgesteuert. Demgegenüber werden bei der gewöhnlichen rechteckförmigen gewichteten Amplitudenverteilung sämtliche Feldelemente mit gleicher Amplitude ausgesteuert.

Nimmt man an, daß die Apertur für das Senden sich von der ausgezogenen Linie (#1 bis #48) zu der gestrichelten Linie (#24 bis #72) entsprechend der Fig. 3 verstellt, so wird es notwendig, die Ausgänge 1 bis 48 der Sende-Treiberschaltungen von der in Fig. 3 dargestellten ausgezogenen Linie zu der in dieser Figur dargestellten durchbrochenen Linie zu verändern. Dies wird dadurch ausgeführt, daß die in Fig. 1 dargestellte Treiberschaltung mit dem Steuersignal b des Steuergerätes 9 gesteuert wird.

Zuvor wurde das Anpassen bzw. der Abgleich für das Sen-

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den beschrieben. Für den Empfang wird die Regulierung ausgeführt, indem in der gleichen Weise wie beim Senden

der dynamische Fokussierungsspeicher 10 für den Empfang el. t /i-A»-' --: "·..■'■.;."■·.- _-". - - - "■ - :."! ·.' ; ''·-.-:·■: '¹I mittels des Steuersignals c gesteuert wird.

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Die Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die erfindungsgemässen, charakteristischen Kurven für den Sende- und den Empfangsstrahl. Die ausgezogene Linie zeigt den Fall, bei dem die Sende-Apertur 16 mm beträgt und mit einer dreieckig-keilförmigen Gewichtung (der Amplitudenverteilung) versehen ist, und wobei die Apertur für das Empfangen 64 mm beträgt und eine rechteckförmige Gewichtung besitzt.

Bei der Fig. 4 ist auf der Abszisse die Größe sinO aufgetragen, wobei θ einen Ablenkwinkel bezeichnet, und auf der Ordinate ist die normierte Sende- oder Empfangsempfindlichkeit aufgetragen.

"In der Fig. 4 ist mit der gestrichelten Linie die Breite des Ultraschall-Strahles in der Nähe des Brennpunktes für ein System dargestellt, bei dem die Aperturen

- ΊΟ -

für das Senden und für das Empfangen gleich sind, wobei die Sende-Apertur 32 mm beträgt und rechteckförmige Gewichtung hat, und die Empfangs-Apertur 32 mm trägt und ebenfalls rechtecktförmige Gewichtung besitzt.

Die strichpunktierte Linie stellt die gemäß der Erfindung vorliegende Charakteristik des Sende-Strahles in der Nähe des Brennpunktes dar.

Auf diese Weise wird gemäß der Erfindung die Breite des empfangenen Strahles (Null-Punkt) in der Nähe des Sende-Brennpunktes 1/8 von jener des Sende-Strahles. Dementsprechend fällt der Hauptstrahl des Sendens und der in der Fig. 4 durch die ausgezogene Linie dargestellte empfangende Strahl nahezu mit dem empfangenen Strahl zusammen. Wegen der großen Breite des Sende-Strahles ist es möglich, eine Vielzahl von empfangenen Strahlen zu erhalten, indem die Richtung des empfangenen Strahles gegenüber der des Sende-Strahles um einen kleinen Betrag versetzt wird, z.B. um + 2X , wobei X^ = λ/D

— ο ο

ist, und λ die Wellenlänge und D die Apertur für das Empfangen bedeuten. Um eine Vielzahl von Empfangs-Strahlen zu erzielen, muß das in Fig. 1 dargestellte Phasenabgleich-Netzwerk 5 und der Empfangsspeicher 10 mehrfach vorhanden sein. Dementsprechend wird der Umfang der Hardware erhöht. Jedoch erzielt man den Vorteil einer großen Bildwechselfrequenz.

Zuvor wurde der Ultraschall-Strahl in der Nähe des Sende-Brennpunktes beschrieben. Fig. 5 zeigt die charakteristischen Größen des Sende-Strahles in verschiedenen Tiefen. Bei der Fig. 5 ist mit der ausgezogenen Linie der Fall dargestellt, bei der die Sende-Apertur 16 mm, der Brennpunkt (Brennweite) 100 nun betragen, und die

Gewichtung (der Amplituden) dreieckig-keilförmig ist. Die gestrichelte Linie in Fig. 5 zeigt den Fall, bei dem die Gewichtung rechteckförmig ist und die übrigen Bedingungen die gleichen wie bei der ausgezogenen Linie sind. Die strichpunktierte Linie zeigt den Fall, bei dem die Sende-Apertur 8 mm beträgt, der Brennpunkt 50 mm, die Gewichtung rechteckförmig ist und die Strahlbreite (einseitig) ein Wert bei -20 dB ist. Die mit zwei Punkten versehene strichpunktierte Linie stellt den Fall dar, bei dem die Sende-Apertur 32 mm, der Brennpunkt (Brennweite) 100 mm beträgt, und die Gewichtung dreieckig-keilförmig ist.

Auf diese Weise erhält man in allen Gebieten in die Tiefenrichtung nahezu gleichförmige Sende-Strahlen, indem man eine Apertur von 16 mm und eine dreieckförmige Gewichtung vorsieht. Selbst wenn die Apertur auf die Hälfte, d.h. 8 mm, vermindert wird und man dabei eine rechteckförmige Gewichtung aufrechterhält, wird die Richtungsfunktion nicht so,wie in der Fig. 5 dargestellt, ver- bessert. Wird im Unterschied dazu die Apertur des Sendens auf 32 mm erhöht, so wird der Strahl an Stellen, die von dem Brennpunkt verschieden sind, sehr verschlechtert.

Wie zuvor beschrieben, kann man mit der vorliegenden Erfindung einen Sende-Strahl erzielen, der in Tiefenrichtung gleichförmig und relativ breit ist, indem man eine bestimmte Sende-Apertur und eine Amplituden-Gewichtung einführt, und man kann eine Anzahl von schmalen Empfangs-Strahlen erzielen, indem man eine große Empfangs-Apertur annimmt, und schließlich erzielt man in Realzeit einen Sende— und Empfangs-Strahl, der hoch auflösbar in allen Tiefen ist, indem man einen dynamischen Fokus vorsieht.

Bei der vorangehenden Beschreibung wurde unterstellt, daß die Empfangs-Apertur eine rechteckförmige Gewich·*· tung hat. Wenn die Apertur für den Empfang eine dreieckförmige Gewichtung hat, wird die Breite des Haupt-Strahles verdoppelt. Dies führt aber zu dem Vorteil, daß der Pegel von unerwünschten Schallsignalen herabgesetzt wird. Bei der obigen Beschreibung wurde ferner unterstellt, daß die Amplituden-Gewichtung eine dreieckig-keilförmige Gestalt hat. Es ist natürlich auch möglich, daß man eine Hanning-Gewichtung, eine Hamming-Gewichtung oder eine andere Gewichtung verwenden kann.

Zuvor wurde der Empfang des Strahles mit großer Apertur erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diesen Fall beschränkt, und es ist ebenfalls möglich, die gesamte Apertur für den Empfang zu erreichen, indem nacheinander Empfangs-Aperturen synthetisiert werden. Das soll heißen, daß die gesamte Empfangs-Apertur synthetisiert wird, indem der Strahl teilweise empfangen wird und seine Phase jedes Mal ausgerichtet wird, wenn ein Senden ausgeführt wird. Das für diesen Fall zugrunde liegende Prinzip wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 beschrieben.

In der Fig. 6 bezeichnet Ti (i = 0, 1,2, 3, 4) die Apertur für das Senden, R bezeichnet die Apertur über einen Empfang über kurzen Abstand, L, L, R. und R. bezeichnen Teil-Aperturen eines Fernempfängers, und R- + R , + Rj ⁺ R* bezeichnen die gesamte Apertur des Fernempfängers. Weiterhin bezeichnet r den Abstand in Tiefenrichtung. Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Betriebsart bei der Fig, 6. Fig. 7a zeigt die Wellenform der Steuerspannung für das Umschalten des Schalters für das Wandlerfeld bzw. die Wandler des Feldes u.

In Fig. 7a entsprechen Ti und Ri (i = O, 1, 2, 3, 4) jenen der Fig. 6. Fig. 7b zeigt ein Zeitdiagramm für Sende-Impulse. Bei der Fig. 7b bezeichnet r den Abstand zwischen dem Feld der Wandler und einem bestimmten Punkt, und ν bezeichnet die Schallgeschwindigkeit.

Wie durch T und R in Fig. 7a dargestellt ist, werden für den Sender und den Empfänger gleiche Aperturen mit Hilfe der Umschalt-Schalter ausgewählt. Wie in der Fig. 7b mit T dargestellt ist, wird das Senden (T ) ausgeführt,und unmittelbar danach wird das Empfangen in der gleichen Stellung (R₀) ausgeführt. Nachfolgend wird die Sende-Apertur so ausgewählt, wie in der Fig. 7a durch T. dargestellt ist, was die gleiche Stellung wie T ist. Das Senden wird so ausgeführt, wie dies in der Fig. 7b durch T- dargestellt ist. Unmittelbar danach wird die Teil-Apertur für das Empfangen so ausgewählt, wie dies in der Fig. 7a durch R₁ dargestellt ist. Nach dem Ab-

2r
lauf der Periode , _ ο wird das Phasen-Abgleichen

ο " ν
oder die Phasen-Ausrichtung mit der Teil-Apertur R-des Empfängers ausgeführt. Nachfolgend wird die Sende-Apertur entsprechend der Darstellung durch T₂ in der Fig. 7a ausgewählt, und das Senden wird entsprechend der Darstellung durch T„ in Fig. 7b durchgeführt. Unmittelbar danach wird die Teil-Apertur für das Empfangen entsprechend der Darstellung durch R₂ in der Fig. 7a ausgewählt. Nach dem Ablauf der Periode t wird danach das Empfangen und die Phasen-Ausrichtung (Phasen-Abgleich) mit der Teil-Apertur R₂ für den Empfang durchgeführt.

Danach wird das gleiche Verfahren durchgeführt. Wenn T. und R. durchgeführt worden sind, werden die empfangenen Signale für die gesamte Apertur dem Phasen-Abgleich unterworfen.

Die Periode t ist diejenige Zeit, die vom Ein-Aussteuern des Diodenschalters notwendig ist, der in der Schalteinheit mit hoher Spannung gesteuert wird, und r beträgt etwa 30 mm.

Weiterhin ist es evident, daß das Ergebnis, daß man durch Addition der phasenabgeglichenen Ausgänge der Teil-Aperturen R-, R₂, R₃ und R. des Empfangs unter Aufrechterhaltung ihrer Phasen erzielt, äquivalent dem phasenabgeglichenen Ausgang der gesamten Empfangs-Apertur ist.

Bei der obigen Beschreibung wird die Empfangs-Apertur zur Bildung von Teil-Empfangsaperturen in vier Teile geteilt. Es ist selbstverständlich, daß auch eine andere Aufteilung getroffen werden kann.

Fig. 8 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, bei dem das in der Fig. 6 dargestellte Prinzip realisiert ist. Der Aufbau der Fig. 8 ist der gleiche wie der bei Fig. 1. Die Schalteinheit 2 für den Sender und den Empfänger wird jedoch entsprechend der Darstellung der Fig. 9 gesteuert. Weiterhin ist die Zahl der Ausgänge der Schalteinheit 2 im Vergleich zu jener der Fig. 1 auf ein Viertel reduziert.

Bei einem solchen Aufbau werden entsprechend dem Steuersignal a des Steuergeräts 9 durch die Schalteinheit 2 die Sende-Apertur (48 Elemente) und die Teil-Empfangsapertur (48 Elemente) aus den insgesamt 384 Elementen des Wandlerfelds 1 ausgewählt. Durch das Steuersignal des Steuergeräts 9 werden bei der Sender-Treiberschaltung 3 die Amplitude und die Phase von jedem der 48,

die Sende-Apertur bildenden Elemente gesteuert. Das Wandlerfeld 1 wird über die Schalteinheit 2 von der Sende-Treiberschaltung 3 aus gesteuert.Auf der anderen Seite wird jedes Signal, das von den 48 Elementen der Teil-Empfangsapertur empfangen wird, durch den Vorverstärker 4 verstärkt. In dem Phasen-Abgleichnetzwerk 5 für den Empfang werden nachfolgend die Signale einem Phasen-Abgleich und einer Addition unterworfen, wobei dies durch den Ausgang d des dynamischen Fokussierungs-Speichers 10 gesteuert wird, der durch das Steuersignal £ des Steuergeräts 9 gesteuert wird.

Als Ergebnis davon erhält man das Ausgangssignal des Phasen-Abgleichnetzwerkes 5 für den Empfang, und dieses Ausgangssignal entspricht der in Fig. 6 dargestellten Teil-Apertur R₁.

Danach wird ein Senden mit der gleichen Sende-Apertur ausgeführt. In der gleichen Weise wird aufeinanderfolgend ein Empfang mit den Teil-Aperturen R~ , R^ und R. ausgeführt. Der phasenabgeglichene und addierte Ausgang der gesamten Apertur wird von dem Empfangs-Phasenabgleichnetzwerk 5 abgegeben. Danach wird das reflektierte Ultraschall-Signal durch eine Kompressorschaltung 6 und durch die Detektorschaltung 7 geleitet, und es wird auf einer Abtastzeile des Anzeigegerätes 8 dargestellt. Zusätzlich wird die Sende- und die Empfangs-Apertur nach und nach durch das Steuersignal a des Steuergeräts 9 verstellt, um das ultraschall-diagnostische Tomographie-Bild auf der Anzeige 8 darzustellen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 wird nachfolgend der Aufbau der in Fig. 8 dargestellten Schalteinhcit 2 beschrieben.

Die 48 Kanäle umfassenden Eingangsanschlüsse der Sende-Treiberschaltung werden jeweils an die Ausgangsanschlüs* se der 48 Kanäle umfassenden Empfangssignale angeschlossen.

über den Schalter SWi (i = 1, 49, 97 usw.) werden der Kanal 1 der Sende-Treiberschaltung und des Vorverstärkers für die empfangenen Signale an Feldelemente #1/ #49, #97 usw. angeschlossen. Der Kanal 48 ist an Feldelemente #1, #49, #97 usw. über Schalter SWi (i = 48, 96, 144 usw.) angeschlossen. Das Steuersignal für jeden Schalter SWi, das Steuersignal a der Fig. 8 entspricht, ist in der Fig. 9 weggelassen worden.

Entsprechend der Darstellung der Fig. 2, 3 und 6 wird für das Durchführen des Sendens durch den Schalter SWi die erste Sende-Apertur Ti ausgewählt. Unmittelbar nach dem Senden wird zum Erhalten des Empfangssignals die Apertur Ri für das Senden durch den Schalter SWi ausgewählt. Die Abfolge der Steuersignale für die Schalter war zuvor in dem Nur-Lesespeicher (ROM) gespeichert, der in dem Steuergerät 9 enthalten ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 wird nachfolgend die Phasen-Ausrichtung für das Empfangssignal der Teil-Apertur beschrieben, das man unter Verwendung der in Fig. 9 dargestellten Schalteinheit erzielt.

Die Fig. 10 zeigt Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels des Phasen-Abgleichnetzwerkes 5, das in Fig. 8 dargestellt ist.

Bei der Fig. 10 sind mit den Bezugszeichen 1 bis 48 Eingangsanschlüsse für die in Fig. 9 dargestellten Empfangssignale bezeichnet. Die Bezugszeichen 1 bis 48

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bezeichnen also Eingangsanschlüsse für das Phasen-Abgleichnetzwerk 5, das in der Fig. 8 dargestellt ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Phasen-Abgleichnetzwerk für 48 Kanäle umfassende Empfangssignäle. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Leitungs- bzw. Zeilenspeicher (line memory). Das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Addierer, von dem ein Eingang an den Ausgang des oben beschriebenen Phasen-Abgleichnetzwerks 11 und dessen anderer Eingang an den Ausgang des Leitungs- bzw. Zeilenspeichers 13 (line memory) angeschlossen ist.

Mit dem Bezugszeichen 14 ist der Ausgangsanschluß des in Fig. 8 dargestellten Phasen-Abgleichnetzwerks 5 bezeichnet.

Bei einem solchen Aufbau werden die 48 Kanäle umfassenden Empfangssignale für die Teil-Apertur R^ einer Phasen-Ausrichtung und einer Addition in dem Phasen-Abgleichnetzwerk 11 unterworfen und über den Addierer 12 in dem Leitungs- bzw. Zeilenspeicher 13 festgehalten. Danach werden die Empfangssignale für die Teil-Apertur R~ der Phasen-Ausrichtung und der Addition unterworfen und anschließend zu den Empfangssignalen der Teil-Apertur R- kohärent in dem Addierer 12 addiert. Danach werden mit ähnlichen Vorgängen Empfangssignale für die Teil-Aperturen R₃ und R₄ addiert. Nachdem das Senden viermal ausgeführt worden ist, werden das Empfangen und der Phasen-Abgleich für die gesamte Apertur ausgeführt, um das Ausgangssignal an dem Ausgangsanschluß 14 zu erzielen.

Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte Empfangs-Apertur zu erzielen, indem Teil-Aperturen für den Empfang synthetisiert werden. Damit wird es möglich, das Phasen-Abgleichnetzwerk für den Empfang und die Schalteinheit zu vereinfachen.

Um beim Synthetisieren der Teil-Aperturen für den Empfang eine Abtastzeile zu erhalten, werden jedoch zur Ausführung der koherenten Addition Senden und Empfangen oftmals ausgeführt. Dementsprechend kann insbesondere dann, wenn sich das Objekt schnell be— wegt, das Signal aufgrund von Phasen-Auslöschung zwischen den Empfangssignalen verschlechtert werden. In diesem Fall ist es möglich, ein solches Problem zu verhindern, indem die phasenabgeglichenen Ausgangssignale der jeweiligen Teil-Aperturen vor der Addition durch einen Detektor 15 geführt werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt wird. Der Aufbau der Fig. 11 ist der gleiche wie der der Fig. 10, mit Ausnahme des Detektors 15. Mittels der sogenannten inkoherenten Addition kann das Auftreten des zuvor angegebenen Problems verhindert werden.

Wie bereits beschrieben wurde, hat die vorliegende Erfindung den Vorteil einer schnelleren Bildwechselfrequenz, weil eine Vielzahl von Empfangsstrahlen in Realzeit für ein einzelnes Senden aufgrund der Tatsache erzielt wird, daß die Strahlbreite für den Empfänger schmaler ist im Vergleich zu der Strahlbreite des Senders. Eine große Apertur für den Empfänger führt gewöhnlich zu einem großen Umfang der Ausrüstung. Es ist jedoch möglich, einen vernünftigen Umfang der Ausrüstung zu erhalten, indem man jedesmal dann, wenn ein Senden ausgeführt worden ist, einen Strahl mit einem Teil der für das Senden verwendeten Apertur empfängt, und für die gesamte Apertur Empfangsstrahlen erhält, nachdem der gleiche Strahl mehrere Male gesendet worden ist (aufeinanderfolgende Synthese für den Empfänger).

Claims

ULTRASCHALL-DIAGNOSTISCHES TOMOGRAPHIEGERÄT

1. / Ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Anzahl von Wandlern (u), die ein Feld (1) bilden, eine Schallwelle zu einem bestimmten Fokussierungspunkt gesendet wird und von diesem Fokussierungspunkt Schall empfangen wird, indem eine dynamische Fokussierung ausgeführt wird, daß ein Steuergerät (9) vorgesehen ist zum Auswählen der Wandler derart, daß die Apertur für den Empfang größer sein kann als jene für das Senden, damit der gesendete Strahl an dem Fokussierungspunkt eir.e Breite besitzt, die größer ist als die Breite des Empfangs-Strahls an diesem Fokussierungspunkt, und

daß das Steuergerät (9) aus den Wandlern des Feldes (1) die jeweiligen Aperturen auswählt.

2. Ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Empfangsstrahlen simultan mit dem Sendestrahl gebildet wird.

3. Ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs-Apertur in Teil-Aperturen aufgeteilt ist, und die Bildung des Strahles für die gesamte Apertur des Empfangs ausgeführt wird, indem in einem Addierer (12 in Fig. 10) die Ausgänge der nacheinander erhaltenen Teil-Aperturen kohärent addiert werden.

4. Ultraschall-diagnostisches Tomographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs-Apertur in Teil-Aperturen aufgeteilt ist, und die Strahl-Bildung für die gesamte Empfangs-Apertur ausgeführt wird, indem in einem Addierer (12 in Fig. 10) die Ausgänge der nacheinander erzielten Teil-Aperturen inkohärent addiert werden.