DE3308637A1

DE3308637A1 - Ultraschallgeraet

Info

Publication number: DE3308637A1
Application number: DE19833308637
Authority: DE
Inventors: Yoichi Ootawara Tochigi Sumino
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1983-09-22
Also published as: AU552513B2; JPH0121982B2; DE3308637C2; NL8300909A; NL184182C; NL184182B; JPS58157454A; AU1215983A; US4487073A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur Erzeugung von Ultraschallbildern.· Praktische Änwendungsfalle für "5 v- die Erfindung sind das zerstörungsfreie Prüfen und Betrachten von Gewebe bei der medizinischen Diagnose.

Die Lateraläuflösung von akustischen Bildern hängt im wesentlichen von der Strahlbreite des Ultraschalls ab.

O Bei bekannten Geräten mit einer ringförmigen Schallgeberanordnung werden die einzelnen Schallgeber fortlaufend zu verschiedenen Zeiten angeregt, um die gewünschte Strahlform zu erzeugen. Figur 1 zeigt beispielsweise, daß zur Fokussierung auf die Brennweite f die Zeitverzögerung Tp an jedem Punkt P, der im Abstand χ von der Achse 1 öer Anordnung liegt, folgendermaßen bestimmbar ist:

worin r der äußerste Radius des äußersten n-ten-Ringes der Anordnung und c die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle sind. '..-·"
25

Gleichung■ (1 )- zeigt, daß sich die Zeitverzögerung kontinüierlich ' als Funktion des Abstandes χ zwischen jedem Punkt P- und der Achse 1 verändert. In der Praxis .hat die ringförmige Wandleranordnung eine bestimmte endliche Zahl von diskreten Ringelementen und alle "Elemente haben gleiche Breiten, so daß die durch die Verzögerungsleitungen eingeführte Zeitverzögerung umgekehrt als eine diskontinuierliche Funktion des nicht auf der Achse liegenden Abstandes schwankt und weiterhin eine .Steigerung von Sei-. tenkeulenamplituden bewirkt.

Versuche zur Reduzierung der Wegdifferenz zwischen benachbarten Ringen durch Reduzierung der Breiten der Ringe und Erhöhung der Anzahl der Ringe führten zu übermäßig komplexen und teuren Gebilden in handelsüblichen Geräten. 5

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Ultraschallgerät zur Bilderzeugung mittels Ultraschall zu schaffen, welches die obigen Schwierigkeiten vermeidet und andere Vorteile schafft, indem die Seitenkeulenamplituden in einem Strahlprofil unterdrückt werden, welches durch eine ebene ringförmige Schallgeberanordnung erzeugt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Ultraschallgerät für die Ultraschall-Bilderzeugung, welches gekennzeichnet ist durch eine Anordnung von einer Anzahl von ebenen, flachen Schallgebern, die eine Achse bilden und die konzentrisch dazu angeordnet sind und in einer gemeinsamen Ebene liegen, um eine Ultraschallwelle auf ein Objekt in einem Medium auszusenden und die davon reflektierte Ultraschallwelle zu empfangen, wobei jeder Schallgeber die gleiche Fläche hat; durch eine Impulserzeugungseinrichtung zum Anlegen von hochfrequenten elektrischen Impulsen an die 'Schallgeber . der Anordnung; durch eine Steuerung zur Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Aktivieren der Schallgeber für die Schaffung eines Brennpunkts von maximaler Brennstärke an einem bestimmten Punkt, der in einem vorgegebenen Bereich des Mediums liegt, indem eine relative Zeitverzögerung der an die Schallgeber angelegten Impulse mit der Größe des Abstandes jedes Schallgebers zur Achse der Anordnung variiert wird; durch Einrichtungen zum Summieren der Anzahl von empfangenen Ultraschallsignalen von der Anordnung; und durch eine Einrichtung zum Anzeigen der summierten Signale. ' > .

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine geometrische Konstruktion zur Berechnung der Zeitverzögerung, die für die Fokussierung der

Ultraschallenergie einer ringförmigen Schallgeberanordnung an irgendeinem Punkt in der Öffnung der Anordnung erforderlich ist;

Figur 2 ein Funktionsblockschaltbild eines Ultraschallgeräts unter Verwendung der erfindungsgemäßen koaxialen ringförmigen Schallgeberanordnung;

Figur 3 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der koaxialen ringförmigen Schallgeberanordnung aus

Figur 2;

Figur 4 ein Diagramm des Schalldrucks als Funktion des Abstan'ds über dem Strahl unter Verwendung der ringförmigen Schallgeberanordnung im Vergleich

mit einer bekannten ringförmigen Schallgeberanordnung;

Figur 5 ein Diagramm des Relativfehlers zwischen der exakten Lösung und der angenäherten Lösung für den

ringförmigen Schallgeber als Funktion des Verhältnisses von Brennweite geteilt durch die genaue Lösung;

Figur 6 eine Ansicht von einer koaxialen¹ ringförmigen Schallgeberanordnung in einer anderen Ausführungsform der Anordnung gemäß Figur 3;

Figur. 7 ein' Diagramm zur Darstellung von Strahlformen, 3.5 die mit der erfindungsgemäßen ringförmigen Schall

geberanordnung erzeugbar sind; und

— σ —

Figur 8 ein Diagramm der Fehlerkurven der Verzögerungszeit als Funktion der Brennweite, und zwar im Vergleich von erfindungsgemäßer ringförmiger Schallgeberanordnung mit einer bekannten ringför-5.·: migen Schallgeberanordnung.

In den Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile durchweg mit gleichen Bezugszeichen versehen, und insbesondere zeigen die Figuren 2 und 3 ein Ultraschallgerät.

"Ip 10 mit einer ebenen Anordnung 12 von ringförmigen Schallgebern 14,. die in einer gemeinsamen Ebene um eine gemeinsame Achse 16 der Anordnung 12 angeordnet sind. Die Schallgeber 14 sind beispielsweise aus einem piezoelektri-■ .sehen Material, z. B. Blei-Zirkonat-Titanat, hergestellt, ' wobei nicht dargestellte Elektroden an das Material auf bekannte Weise angeschlossen sind. Die Sende- und Empfangskänäle 18a-18g weisen jeweils eine Steuerschaltung 20 für Größe und Takt auf, die von einer Hauptsteuerung 22 angesteuert sind, welche zur Bestimmung der Größe und...ales" Zeitabstandes eines Sendeimpulses dient, der von einem entsprechenden Sendeimpulsgeber 24 erzeugt wird, welcher an einen zügehörigen Schallgeber 14 angeschlossen ist. .

²^ ; Eine Anzahl von Empfangskanälen dient zur Verarbeitung ■■■■·:' des empfangenen elektrischen Echosignals und weist je einen Vorverstärker 26 auf, um die empfindlichen Vorvei— stangereingaben vor der hohen Sendespannung zu schützen

.· und. .um den großen dynamischen Akustikbereich auf einen

^J" "kleineren Bereich zu reduzieren, der von einer Kathodenstrahlröhre handhabbar ist. Das verstärkte Echosignal wird zunächst in jeweils zugehöriger Verzögerungschaltungen 28a-28g eingespeist, die einen zugehörigen, jedoch' nicht dargestellten VerzögerungsauswahlscKalter, aufwei-

^3!° sen, der gesteuert von der Hauptsteuerung 22 das oder die

— y —

Verzögerungselemente auswählt, um das Echosignal in den Verzögerungskanälen zu fokussieren. Die Hauptsteuerung 22 kann verschiedene Formen haben und in einer Ausführung eine verdrahtete Logikschaltung sein, vorzugsweise ist sie jedoch ein entsprechend programmierter Minicomputer oder ein Mikrocomputer. Im Betrieb werden die Schallgeber-Anregungsimpulse in zeitlicher Folge erzeugt, um den erzeugten Ultraschallstrahl zu fokussieren. Die empfangenen Echosignale werden durch verschiedene vorgewählte Größen in den Empfangskanälen zeitlich verzögert. Die verzögerten Echosignale werden einem Summierungsverstärker 30 eingegeben und dadurch summiert. Die summierten Verstärkerausgangssignale werden an eine Anzeigeeinrichtung 32 gelegt.

Gemäß Erfindung hat die Anordnung 12 N koaxiale, ringförmige Schallgeber 14, die in einer Ebene angeordnet

sind, wobei die jeweiligen äußeren Radien r. r der

jeweiligen N Sch'all cjeber die folgende Gleichung erfüllen:

Um die Anordnung 12 auf eine Tiefe f auf der Achse 16 zu fokussieren, läßt sich die Zeitverzögerung t. für den

^x

i-ten Schallgeber 14 der Anordnung 12 folgendermaßen- berechnen :

r> ι /o ·> ι /o

(3)

worin ' ' · .

x. = Abstand von der Mitte der Anordnung 12 und

c= die Geschwindigkeit der Schallwelle durch das

Medium bedeuten.
·

- ίο -

Der Vorteil der Verwendung einer die Bedingungen der Gleichungen (2), (3) und (4) erfüllenden Anordnung 12 liegt darin, daß eine Unterdrückung der Seitenkeule erfolgt, welche das Senden oder Empfangen des Ultraschallstrahl in anderen Richtungen als die Richtung des Hauptstrahls darstellt, inde:m der Fehler für die Verzögerungszeit in den einzelnen ringförmigen Schallgebern 14 minimiert wird und " . ein Ausgleich der Fehler in der Verzögerungszeit, zwischen

benachbarten ringförmigen Schallgebern 14 erfolgt,
10

Im folgenden soll zunächst das Verfahren zur Einführung von Bedingungen für eine Anordnung mit koaxialen ringförmigen Schallgebern untersucht werden. Die Zeitverzögerung t. für den i-ten ringförmigen Schallgeber der Anordnung ¹^ 12, welche die erzeugten Ultraschallstrahlen auf eine Tiefe f der Anordnungsachse fokussieren soll, wird durch die Gleichung M3) angegeben.

In Figur 3 wurde der Fehler e. der Verzögerungszeit für den i-ten ringförmigen Schallgeber 14 berücksichtigt.

Der Fehler e. der Verzögerungszeit bestimmt sich folgendermaßen :

^ri ■ -' -·■■

■: ^ei ⁼ J- It.-txl . 2nxdx ^{1 r}i-l ^x

= ^f³/3cC{l+(x/f)²}¹/²{(2x²-3r_i_₁ ²-3r_i ²)/f²

(5)

Die Ableitung de./dx läßt sich durch implizite Differenzierung der Gleichung (5) erhalten, wenn de./dx=O ist Man findet dann, daß:

" = {(r_i_₁ ²+r_i ²)/2}^l/2 ' (⁶) ,

so daß der minimale Fehler e. (min) der Verzögerungszeit

folgendermaßen angebbar ist: ■

.(min) = _?f²/3cL2{l+(r_i-1/£)²)^3/2+2{l+(r_i/f )²)

²)^3/2

-4{l₊(r_i.₁ ² ₊r_i ²)/2£²)^3/23

Um den Fehler e. der Verzögerungszeit für den i-ten ringförmigen Schallgeber 14 zu minimieren, sollte der ringförmige Schallgeber 14 durch einem Impuls aktiviert werden, der gegenüber dem Haupttriggerimpuls zeitlich verzögert ist, wobei sich seine Zeitverzögerung durch Einsetzen des aus der Gleichung (6) erhaltenen χ (min) in Gleichung (3) ergibt.

Nun läßt sich der äußerste. Radius r. des jeweiligen i-ten ringförmigen Schallgebers 14 bestimmen, wenn man die folgende Beziehung beachtet:

V ";:■■

Die obige Beziehung bedeutet, daß der minimale'Fehler e. (min) der Zeitverzögerung in allen ringförmigen Schall gebern 14 der Anordnung 12 gleich ist.

Wenn dann die Annäherung

verwendet wird, läßt sich die Gleichung (6) umschreiben zu:

e_L = ₁t/4cf³{2x⁴-2(r_i_₁ ²+r_i ²)x²+r_i_₁ ⁴+r_i ⁴} (9) '

worin der äußere Radius r. des i-ten ringförmigen Schall gebers 14 die Bezi
sehenen f erfüllt.

gebers 14 die Beziehung f>>r. für alle als praktisch ange

Wenn nun die Gleichung (9) . implizit, differenziert wird und außerdem de./dx=O gesetzt, wird, erhält man als minimalen Fehler: · ' >"-- . .ΐ_·- -'.:_o.

e_±(min).* ^/8cf(r_i_₁-r_i ²)² (I₀)

Unter Berücksichtigung der Beziehung von .Gleichung (8) erhält man schließlich die Ableitung der Gleichung (10). Sie ist:

35 "I

; ! -r_± ) = * /8CfU₁-

2" . 2_ 2.1/2

Die Gleichung (11) wird Gleichung (2) für den äußersten Radius r., des äußersten ringförmigen Schallgebers 14N.

Durch Einsetzen der Gleichung (2) in die Gleichung (6) und in die Gleichung (10) erhält man:

= (i-l/2)/N)^l/2r_N (13)

D.ie durch Gleichung (11) angegebene Beziehung ist in Figur 3 dargestellt, wobei die Flächen der die Anordnung 12 bildenden ringförmigen Schallgeber 14 gleich sind. In Fi-Ί5 gur 3 wird die Zeitverzögerung t. für den i-ten ringförmigen und von der Hauptsteuerung 22 gesteuerten Schallgeber 14 durch die Gleichung (3) angegeben, wobei X. durch x. (min) aus Gleichung (13) ersetzt ist.

^w Figur 4 zeigt den Vergleich von Strahlprofilen, die einmal mit der erfindungsgemäßen ringförmigen Schallgeberanordnung mit gleichen Flächen und einmal mit einer bekannten ringförmigen Schallgeberanordnung mit gleichen Breiten erhalten wurden. Man sieht deutlich, daß das Strahl-

profil für den erfindungsgemäßen ringförmigen Schallgeber, das mit I bezeichnet ist, einen wesentlich besseren Verlauf im Distanzbereich von etwa 7 mm bis 16 mm als der Verlauf II für den bekannten Schallgeber hat. Bei der Erfindung ist die Energie in der Seitenkeule viel kleiner

als in der Hauptkeule.

Die nachstehende Tabelle 1 verdeutlicht die angenommenen Bedingungen für die ringförmigen Schallgeber 1 und II, deren Strahleigenschaften schematisch in Figur 4 wieder-

gegeben sind.- Die Flächen für die ringförmigen Schall-

2
geber 14 betrugen bei der Anordnung I alle 50,24 mm i

Tabelle'1

Schallgeberanordung I

Schallgeberanordnung II

radiale Breite/äußerer Radius radiale Breite/äußerer Radius

Element 1	4,0	4,0
2	1,7	5,7
3	1,3	7,0
4	1,1 ■	8,1
5	0,9	9,0

1,8	1,8
1,8	3,6
1,8	5,4
1,8	7,2
1,8	9,0

Figur 5 zeigt den Kurvenverlauf für den relativen Fehler zwischen der exakten lösung r und der Näherungslösung r., wie er durch die Gleichung (2) für den äußeren Radius des i-ten Schallgebers 14 als Funktion des Verhältnisses

f/r beschrieben ist, also die Brennweite f dividiert a

durch den exakten Radius r

Der unter Verwendung der

Nahrung durch die Gleichung^ (2) angegebene Radius r.. ist innerhalb von 1 % der Resultate gleich genau, welche die Gleichung sechsten Grades für r lösten, und zwar genau

im Bereich f/r >3, wie dies ,Figur 5 zeigt.

el ' ■

Figur 6 zeigt eine Anordnung 12A von ringförmigen Schallgebern 141-148 als andere .Ausführungsform" · zu "der Anordnung 12 der Figuren 2 und 3. Die Anordnunung 12A umfaßt ein Innengebiet 34 und ein Außengebiet 36. In dem Innengesind · vier ringförmige Schallgeber 141-144 in einer gemeinsamen Ebene um die gemeinsame Achse 16 angeordnet und haben gleich große Flächen, während im Außengebiet 36 die vier ringförmigen Schallgeber 145-148 ebenfalls in der gemeinsamen F.bene um die gemeinsame Achse
16 angeordnet sind, jedoch größere Flächen als im Innen

biet 34

w.

gebiet 34 haben. Das Innengebiet 34 und das Außengebiet 36 werden selektiv erregt, um die relative Öffnung der Anordnung 12 zu verändern, so daß die Einstellweite progressiv verändert wird.
5. \ - .

Es ist möglich, die Optimierung der Strahlgröße sowohl im ganzen Nahfeldbereich als auch im Fernfeldbereich des Ultraschall-Übergangsbereichs dadurch zu erreichen, daß die effektive Öffnung der Anordnung 12 als Funktion des Distanz zum Medium gesteuert wird.

Bei einem Ultraschall-Abbildungsgerät zur Abbildung eines Mediums liegen die reflektierenden Gegenstände entweder im Nahfeldbereich oder im Fernfeldbereich. Wird das Medium im Nahfeld betrachtet, so werden die ringförmigen Schallgeber 145-148 des Außengebiets 36 der· Anordnung 12 abgeschaltet. Für große Distanzen wird die gesamte Anordnung 12 verwendet, um die kleinstmögliche Strahlgröße zu erhalten, damit eine bestmögliche Lateralauflösung er-

20. reicht wird. Figur 7 zeigt den Umriß des von der Anordnung 12A erzeugten Strahls 38. Der Strahl 38 ist im Nahfeld der kleinsten aktiven Anordnung 12A kleiner als der Strahl 40 der gesamten Anordnung 12A. Das Nahfeld der kleinen Anordnung ist wesentlich kleiner als das der großen Anordnung und der Fernfeldstrahl ist entsprechend größer. · C y \ -,

Die ringförmigen Schallgeberelernente sind daher in der Anordnung aufeinanderfolgend verbunden, um die kleinst-

-

mögliche Strahlgröße für den jeweils zu betrachtenden Abstand zu ergeben.

Zur Erläuterung der Funktion einer anderen Ausführungsform sei angenommen, daß die Mindestbreite der in jeder Region angeordneten ringförmigen Schallgeber konstant ist. Unter dieser Annahme bestimmt sieh die Mindestbreite w . der ringförmigen Schallgeber im Äüßengebiet 36 durch:

. - (14)

^w.nin ^{= r}(out)m~^r(out)ra-l

Wird mit r = der größte Radius des äußersten ringoutmost ^a

förmigen Schallgebers bezeichnet, so gilt

(out) v^routmöst.' ^/l"min^^xoutraost "rain" ν-¹--»J.

m, ., ist eine Zahl, die- auf die nächste ganze Zahl aufgerundet ist.

Schließlich gilt für den Radius r. _t\· für den i-ten ringförmigen Schallgeber 145-148 des Außengebiets 36:

^r(out)i = {(i/m_out)}^1/2 r_(outmost) · (-f₆)

und es . sei ferner angenommen, daß der Fehler ei der • Zeitverzögerung in jedem Gebiet durch die nachfolgende

Gleichung bestimmt ist, wobei der Fehler ei, . _s ein ³ . (min)

Minimum. wi,rd:

^ei(min) ^{= U/8cf}(out)^m2 (out)^{) (r}

(17)

worin f, t)^m^ⁿ ~ ^^{e kleinste} Brennweite bedeutet, die durch die gesamte Anordnung 12 gesteuert von der Steuerung 22 einstellbar ist;

„p. f, . . max = die größte Brennweite, die von der gesamten • Anordnung 12 gesteuert von der Hauptsteuerung 22 einstellbar ist; und

f, ,. die Beziehung f, , .min < f. iv^ <f, .»max er (out) - (out) - (out) ~ (out)

füllt.

Unter Bezugnahme auf die Figur. 7 und im Hinblick auf das Außengebiet 36 der Anordnung 12A wird die Fokussierung am jeweiligen Fokussierpunkt f_(f.. _x <f, .." . ) dadurch

2 (mn) (out)min

erreicht, indem ' im bereits erwähnter Weise das Außengebiet 36 der Anordnung 12A abgeschaltet wird, um die wirksame Öffnung der Anordnung 12A zu verändern und indem "*° die von der Hauptsteuerung 22 eingeführte Zeitverzögerung in geeigneter Weise verändert wird.

Der Radius r.. .. für den i-ten ringförmigen Schallge-(inn)i

ber 140-144 des Innengebiets 34 der Anordnung 12A läßt

sich bestimmen durch:

(inn)i

worin r,. . = der größte Radius des ringförmigen Schallgebers 141-144 des Innengebiets 34 ist und

^m(inn) = i
25

eine Zahl ergibt, welche auf die nächstgrößene ganze Zahl gerundet wird.

Wenn die Anzahl der ringförmigen Schallgeber 145-148 m . ' ^c

ist, deren Radien kleiner als r. im Außengebiet 36 ' mn , ^a

sind, dann lassen sich die Radien der jeweiligen ^m(out) ^{ten bis} "¹ToUt) ~^mc^+m(inh) ^{ten durch die} Gleichung

(18) angeben. Jedes .der Gebiete der Anordnung 12Ä liefert „,- eine Fokussierung der Ultraschallstrahls von jedem der

Gebiete 141-148 auf die jeweiligen FoKussierpunkte 42-48 der in Figur 7 gezeigten Achse 16 der Anordnung 12A, indem die Verzögerungsschaltung verwendet werden. .

Die Zeitverzögerung t. für den i-ten ringförmigen Schallg e be r> dessen Radius r. die .Beziehung " r V. . <_r. <

r . 'erfüllt, wird angegeben durch: outmost

(19)

** worin gilt:

(il/2)/}V2 ₍₂₀₎

'· Wenn allgemein j die Anzahl der progressiven Veränderungen der wirksamen Öffnung ist, läßt sich die Zeitverzögerung t., die dem i-ten ringförmigen Schallgeber zugeführt wird, dessen Radius r. die Beziehung r ^ < r. < r ^ erfüllt, wird angegeben durch:

'worin r ^J = der .größte Radius des ringförmigen Schallgebers in der veränderten j-ten wirksamen Öffnung, und

r ** =. der größte Radius des ringförmigen Schallgebers in der (j+1)ten' wirksamen Öffnung

(j) ₍₂₂₎

sind,da · . " '

Cj) = (r(j))2/{wmin(2r⁽3)~Wmin)}

eine Zahl ist, die auf die .,nächste ganze Zahl gerundet ist. ■■' · - -Λ

Alternativ werden die Schallgeber 141-144 des Innehgebiets 34 mit individuellen Werten der Verzögerungszeit aktiviert, um einen Ultraschallstrahl zu fokussieren, der aus der schmälen wirksamen Öffnung um den nahen Brenn-■ punkt 48 in Figur 7 austritt. Die Verzögerungszeit t. für den i-ten ringförmigen Schallgeber, der die Beziehung r ^J+ ' <r. <r ^J erfüllt, läßt sich angeben durch:

(23)

In gleicher Weise läßt sich die Zeitverzögerung t. bestim-r men, die dem i-ten ringförmigen Schallgeber zugeführt wird, dessen Radius r. die Beziehung erfüllt

r < r.<.r ■ < H , wenn k die Anzahl der zunehmenden

Veränderungen der wirksamen Öffnung der Anordnung ist:
25

)/iC^))2_}l/2_a(/^j2l/2 ₍₂₄₎

worin .'

(k)

r = der größte Radius des ringförmigen Schallgebers in der k-ten geänderten wirksamen Öffnung ist und

r = der größte Radius des ringförmigen Schallgebers in der (k+1)ten wirksamen Öffnung bedeutet

X₁ = {(i-l/2)/m^)}¹/2_r0O ₍₂₅₎

da

eine Zahl darstellt, die auf die nächste ganze Zahl gerundet ist.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine ringförmige Schallgeberanordnung, die gemäß Erfindung hergestellt ist. 10

Die Werte für die Radien, welche den Ausführungsbeispielen der Figuren 6 und 7 entsprechen, sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben:

Tabelle 2

Element äußerer Radius

148 ■ ' 12

20. 147 10,95

146 9,8

145 ^% 8,49

144 6,9

143 " 5,98

142 . · 4,88

141 3,45

Eis aei beispielsweise angenommen, daß das Innengebiet 34 mit den ringförmigen Schallgebern 141-144 für Distanzen im Bereich von 0,80 mm aktiviert wird und daß das Innengebiet 34 und das Außengebiet 36 für Distanzen im Bereich von 80 bis 180 mm mit der dynamischen Fokussierung aktiviert werden, um die Brennpunkte entlang der Achse 16

der Anordnung 12 zu verändern.
35

- 21 -

Das Diagramm der Figur 8 zeigt den Fehler der Zeitverzögerung als Funktion der Brennweite. In Figur 8 ist der Fehler der Zeitverzögerung für die Schallgeberanordnung bei Veränderung der wirksamen Öffnung der Anordnung durch die dynamische Fokussierung gemäß III stärker unterdrückt als bei bekannten Schallgeberanordnungen, welche gemäß Kurve IV eine Anzahl von gleich breiten ringförmigen Schallgeberelementen aufweisen.

Lee

Claims

Patentansprüche

1. Ultraschallgerät zur Bilderzeugung mittels Ultraschall, gekennzeichnet durch:

- eine Anordnung (12), welche eine Achse (16) definiert und eine Anzahl von ebenen ringförmigen Schallgebern (14) aufweist, die konzentrisch zueinander und in einer gemeinsamen Ebene liegen und zur Aussendung von Ultraschallwellen zu einem Objekt in einem Medium und zum Empfang von von dem Objekt reflektierten Ultraschallwellen dienen, wobei jeder

; Schallgeber (14) die gleiche Fläche hat;

- eine Impulserzeugungseinrichtung zum Anlegen von hochfrequenten elektrischen Impulsen an die. Schall-

• geber (14) der Anordnung (12);

- Steuereinrichtungen zum aufeinanderfolgenden Aktivieren der Schallgeber (14) zur Einrichtung eines Brennpunkts von maximaler Brennintensität in einem bestimmten Punkt in einem vorgegebenen Gebiet des Mediums durch Veränderung einer relativen Zeitverzögerung der an die Schallgeber (14) angelegten

Impulse in Abhängigkeit von der Größe des Abstandes jedes Schallgebers (14) zur Achse (16) der Anordnung (12);

- Einrichtungen zum Summieren der Vielzahl von empfangenen Ultraschallsignalen der Anordnung (12); und

- eine Anzeigeeinrichtung (32) für die summierten Signale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des i-ten Schallgebers (14) der Beziehung genügt:

worin N die Anzahl der koaxialen ringförmigen Schallgeber (14) und r der äußere Rac
ringförmigen Schallgebers (14) ist.

geber (14) und r der äußere Radius des äußersten

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung T für den i-ten ringförmigen Schallgeber (14) durch die Beziehung bestimmt ist:

Ti = f/c[{l+(r_N/f)²}¹/2__{1+(Xi/f)2_}l/2_;i
X₁ = {(i=l/2)l/N}¹/2_rij

worin N die Anzahl der koaxialen ringförmigen Schallgeber (14), r., der äußere Radius des äußersten ringförmigen Schallgebers (14), f die Brennweite auf der Achse (16) der Anordnung (12) und c die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallgeber (14) in mindestens zwei Einzelabschnitte unterteilt sind, von denen jeder eine Gruppe von ringförmigen Schallgebern (141-144; 145-148) mit jeweils gleichen Flächen aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des i-ten Schallgebers (141-144; 145-148) in jedem der Abschnitte der Anordnung (12A) der Beziehung genügt:

worin M die jeweilige Anzahl von koaxialen ringförmigen Schallgebern (141-144; 145-148) in jedem Abschnitt und r. der jeweils größte Außenradius des ringförmigen Schallgebers (141-144; 145-148) in jedem Abschnitt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Zeitverzögerung T für den i-ten ringförmigen Schallgeber (141-144; 145-148) durch die nachfolgenden Beziehungen bestimmt ist':

Ti = F/cC{l+(r_L/F)²}¹/2-_{i_+(Xi/F)2_}l/2_]
Xi = .{[x-l/2)l/H)¹/²r_h

worin M die jeweilige Zahl der koaxialen ringförmigen Schallgeber (141-144; 145-148) in jedem Abschnitt, r
der jeweilig größte Außendurchmesser des ringförmigen Schallgebers (141-144; 145-148) in jedem Abschnitt, F die Brennweite am Fokussierpunkt auf der Achse (16)

der von der Gruppe von ringförmigen:^: Schallgebern (141-144; 145-148) gebildeten Anordnung (:12A) und c die Geschwindigkeit der Ultraschallwelle ist., ν