DE3421923C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem phasengesteuerten Ultra­ schall-Abbildungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1. Ein solches Ultraschall-Abbildungsgerät ist insbesondere für medizinische Zwecke geeignet, um Bilder eines vergrößerten Bildwinkels zu erhalten.

Eine Vergrößerung des Sicht- oder Blickwinkels bei einem phasengesteuerten Ultraschall-Abbildungsgerät muß eine Verzögerungsleitung vorgesehen werden, die einer für die Verzögerung des Blickwinkels erforderlichen Laufzeit zu entsprechen vermag. Die Anordnung der Verzögerungslei­ tung bedingt jedoch die Hinzufügung neuer Geräteaus­ rüstung zu einer vorhandenen Schaltung.

Aus der US-PS 41 16 229 ist ein phasengesteuertes Ultra­ schall-Abbildungsgerät der eingangs genannten Art bekannt, mit dem eine Abtastung in einem Sektormuster innerhalb eines Winkelbereichs vorgenommen werden kann, der durch die maximale Verzögerungszeit einer Verzögerungsleitung festgelegt ist, wobei diese Verzögerungsleitung über mit Schaltelementen verbundene Anzapfungen verfügt.

Weiterhin beschreibt die DE-OS 30 48 676 eine Ansteuer­ schaltung für Ultraschallwandler, bei der das Umschalten zwischen Wandlerelementen mittels eines Koppelpunktschal­ ters vorgenommen wird, um ein lineares Abtasten durch den Ultraschall zu bewirken.

Aus der DE-OS 30 03 967 ist ein phasengesteuertes Ultra­ schall-Abbildungsgerät bekannt, bei dem zur Veränderung der Sende-Empfangseigenschaften von jedem Ende einer Reihe von Sende-Wandlerelementen diese in gleicher Zahl abgeschaltet werden können. Bei einer solchen Verkleine­ rung der Anzahl der aktiven Wandlerelemente wird dann der Verstärkungsgrad einer Verstärkungsschaltung ent­ sprechend vergrößert. Damit soll eine gleichbleibende Auflösung über dem gesamten Entfernungsbereich, in dem das Ultraschall-Abbildungssystem arbeitet, erreicht wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines phasenge­ steuerten Ultraschall-Abbildungsgerätes, das Bilder eines vergrößerten Blickwinkels ohne wesentliche Veränderung der vorhandenen Ausrüstung zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem phasengesteuerten Ultra­ schall-Abbildungsgerät nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kenn­ zeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die Steuerschaltung ist also so angeordnet und ausge­ bildet, daß sie eine verringerte Anzahl von Wandlerele­ menten der Sonde der gesamten Länge der Verzögerungs­ leitung zuordnet, um so den vergrößerten Blickwinkel zu erhalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines phasengesteuerten Ultra­ schall-Abbildungsgerätes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Verzögerungs- oder Lauf­ zeit-Abbildungs- oder Matrixwählschaltung bei der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung der Beziehung zwi­ schen einem Koppelpunktschalter und einem Feld oder einer Reihe von Wandlern,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Führungs- oder Steuerwinkel, dem Verstärkungs­ grad eines Empfängerverstärkers und der Zahl der aktiven Wandlerelemente und

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Blickfelds.

Das in Fig. 1 in Blockschaltbildform dargestellte phasen­ gesteuerte Ultraschall-Abbildungsgerät gemäß der Erfindung enthält einen Triggergenerator 1, dessen Ausgangsklemme mit einer Sendelaufzeit-Matrixwählschaltung 2 a verbunden ist, deren Ausgangsklemme wiederum an einen Impulsgeber 3 an­ geschlossen ist. Letzterer liegt mit einer Ausgangsklemme an Wandlern einer Sonde 4, die an eine Eingangsklemme eines Empfängerverstärkers 5 angeschlossen sind, dessen Ausgangs­ klemme mit einer Eingangsklemme einer Empfangslaufzeit- Matrixwählschaltung 2 b verbunden ist, die mit ihrer Aus­ gangsklemme wiederum an eine Eingangsklemme eines Signal­ prozessors 6 liegt. Der Triggergenerator 1 und die Matrix­ wählschaltungen 2 a, 2 b werden durch eine Steuerschaltung 7 angesteuert.

Gemäß Fig. 1 wird ein vom Triggergenerator 1 mit einem durch die Steuerschaltung 7 bestimmten Takt erzeugtes Triggersignal der Sendelaufzeit-Matrixwählschaltung 2 a eingespeist, die eine Anzahl von Verzögerungsleitungen (Laufzeitketten) entsprechend der Zahl der vorhandenen Wandler der Sonde 4 aufweist. Die durch die jeweiligen Verzögerungsleitungen hervorgerufenen Verzögerungen wer­ den durch die Steuerschaltung 7 unter Berücksichtigung der Strahlfokussierung und anderer Faktoren mit einer sol­ chen Verzögerungs- oder Laufzeitverteilung gesteuert, daß der Führungs- oder Steuerwinkel eines Strahls oder Strah­ lenbündels einem vorgeschriebenen Winkel entspricht. Die verzögerten Ausgangssignale von der Laufzeit-Matrix­ wählschaltung 2 a werden dem Impulsgeber 3 aufgeprägt. Letzterer ist jeweils an die einzelnen, gleichzeitig er­ regten Wandler angeschlossen, und er wird durch die Aus­ gangssignale der Verzögerungsleitungen, welche jeweils ent­ sprechenden Elementen des Impulsgebers zugeordnet sind, aktiviert, um Ansteuerimpulse zum Aktivieren der Wandler zu liefern, die dann einen Ultraschallimpuls mit einem vor­ geschriebenen Azimut oder Peilwinkel emittieren.

Anschließend werden Echosignale von den Wandlerelementen empfangen und in elektrische Signale umgesetzt, die durch den Empfängerverstärker 5 mit vorbestimmten Verstärkungs­ faktoren verstärkt werden. Die verstärkten Echosignale werden durch die Empfangslaufzeit-Matrixwählschaltung 2 b, welche dieselbe Laufzeitverteilung wie die Sendelaufzeit- Matrixwählschaltung 2 a besitzt, so korrigiert, daß sie synchron sind. Hierauf werden die Echosignale zu einem Si­ gnal kombiniert und zum Signalprozessor 6 geleitet, wel­ cher das verarbeitete Signal zu einer Videosignal-Aus­ gangsklemme 8 ausgibt.

Im Hinblick auf die von den Wandslerelementen der Wandler­ reihe geforderte Laufzeitabbildungs- oder -matrixsteuerung sind die Sende- und Empfangslaufzeit-Matrixwählschaltung jeweils gleich aufgebaut, weshalb im folgenden nur die Empfangslaufzeit-Matrixwählschaltung beschrieben ist. Das gleiche Prinzip ist dabei jedoch auch auf die Sende­ schaltung anwendbar.

Die in Fig. 2 in Blockschaltbildform dargestellte Lauf­ zeit-Matrixwählschaltung 2 a, 2 b besteht aus einer ange­ zapften Verzögerungsleitung (Laufzeitkette) 11, einer Abschlußimpedanz 13 und einem Matrixwählschalter 12. Bei letzterem sind Zeilenanschlüsse über den Impulsgeber 3 bzw. den Empfängerverstärker 5 an die in Reihe angeordne­ ten Wandler und Spaltenanschlüsse an die Anzapfungen der angezapften Verzögerungsleitung 11 angeschlossen. Die Einstellung der Verbindungen der Schnittpunkte der Zeilen und Spalten des Matrixwählschalters 12 erfolgt auf einen Befehl von der Steuerschaltung 7 hin.

Fig. 3 veranschaulicht schaubildlich die Art und Weise, auf welche die Wandler der Reihe und die Matrixwähl­ schalter 12 verbunden werden. Die Elemente des Wandler­ felds sind jeweils mit den betreffenden Zeilen des Matrix­ wählschalters 12 verbunden.

In gestrichelten Linien a, b und c sind in Fig. 3 durch die Steuerschaltung 7 eingestellte Summierleitungen ange­ deutet. Die gestrichelte Linie a gibt einen Führungswin­ kel von 0° an, während die gestrichelten Linien b einen Grenzzustand angeben, in welchem alle Spalten des Matrix­ wählschalters und alle Wandler des Felds benutzt werden bzw. belegt sind, wobei der Führungswinkel R max entspricht.

Die Summierlinie c gibt an, daß ein Strahl vom Wandlerfeld unter einem den Führungswinkel R max über­ steigenden Führungswinkel empfangen und ausgesandt wird. Wenn ein solcher Strahl empfangen und ausgesandt wird, werden die in den in Fig. 3 schraffiert eingezeichneten Abschnitten befindlichen Wandler nicht benutzt, d. h. es werden nur diejenigen Wandler benutzt und der gesamten Länge der Verzögerungsleitung zugeordnet, die in Fig. 3 in anderen Bereichen als den schraffierten Abschnitten liegen. In einem Bereich, in welchem solche Abschnitte hinzugefügt werden, verringert sich die Zahl der aktiven Wand­ lerelemente mit zunehmendem Führungswinkel, was eine mangelhafte Bildgüte und eine verringerte Auflösung zur Folge hat. Das Bild eines Untersuchungsobjekts wird in einem solchen Bereich unteroptimal erzeugt, um so ein Bild eines weiten Blickfelds zu erhalten.

Erfindungsgemäß kann die Steuerschaltung 7 zur Führung des Strahls oder Strahlenbündels in einem den Führungs­ winkel R max übersteigenden Führungswinkelbereich einge­ stellt werden.

Um weiterhin die Bildhelligkeit in dem Führungswinkelbereich über den Führungswinkel R max hinaus zu verbessern, sollte der Verstärkungsgrad des Empfängerverstärkers 5 vor­ zugsweise so gesteuert oder eingestellt werden, daß er sich mit einer Verkleinerung der Zahl der aktiven Wandlerelemente vergrößert.

Gemäß Fig. 4 entspricht die Zahl der aktiven Wandler­ elemente in einem Führungswinkelbereich bis zum Füh­ rungswinkel R max der Gesamtzahl der verfügbaren Wand­ lerelemente, und der Verstärkungsgrad des Empfänger­ verstärkers bleibt in diesem Führungswinkelbereich kon­ stant. Wenn der Strahl über einen den Führungswinkel R max überstehenden Führungswinkel geführt wird, beginnt die Zahl der aktiven Wandlerelemente abzunehmen, und der Verstärkungsgrad des Empfängerverstärkers wird ver­ größert, um eine Abnahme der Ansprechempfindlichkeit der Gesamtanordnung infolge einer solchen Verkleinerung der Gesamtzahl der aktiven Wandlerelemente auszuglei­ chen.

Bei dieser Anordnung reicht das Blickfeld bei voller Leistung der Sonaranlage unter Einsatz aller Wandler­ elemente der Sonde gemäß Fig. 5 bis zum Führungswinkel R max. Wenn ein über den Führungswinkel R max hinaus er­ weitertes Bild gewünscht wird, wird die Zahl der akti­ ven Wandlerelemente auf Kosten der Güte und Schärfe des erzeugten Bildes unter Verwendung einer Verzöge­ rungsabbildung verkleinert, die eine durch die verkleinerte Zahl der aktiven Wandlerelemente vor­ gegebene Größe besitzt. Dabei kann über zusätzliche Bildbereiche R a hinweg ein Bild gewonnen werden.

Bei Anwendung der Erfindung auf ein medizinisches Gerät ist es sehr vorteilhaft, daß ein weites Blickfeld, wenn auch mit herabgesetzter Bildgüte, erzielt werden kann, während ein Unter­ suchungsobjekt innerhalb eines gewünschten Bereichs visuell untersucht wird. Beispielsweise eignet sich die Erfindung vorteilhaft für ein Gerät, bei dem der Zustand der Umgebung eines lokalisierten Bereichs des menschlichen Körpers, in dem eine Operation ausge­ führt und der dabei mit einem kleinen Blickwinkel be­ obachtet wird, überwacht werden muß.

Claims (3)

1. Phasengesteuertes Ultraschall-Abbildungsgerät mit

• - einer Sonde (4) aus einer Reihe von Wandlerelementen,
• - einer Sende- und Empfangsvorrichtung (3, 5) zu einer sektorförmigen Abtastung mittels durch Ansteuerung der Sonde (4) ausgesandten und empfangenen Ultra­ schallimpulsen bzw. -echos nach einem Phasensteuer­ verfahren,
• - einer eine Vielzahl von Anzapfungen aufweisenden Ver­ zögerungsleitung (11),
• - einer Verstärkerschaltung zur Aufnahme des Ausgangs­ signals der Verzögerungsleitung (11),
• - einer eine Vielzahl von Schaltelementen aufweisenden Schalteinrichtung mit einer Vielzahl von Spaltenlei­ tungen, einer Vielzahl von Zeilenleitungen und der Vielzahl von an den Schnittstellen der Zeilenleitun­ gen und Spaltenleitungen matrixartig angeordneten Schaltelementen, wobei die Spaltenleitungen mit den Anzapfungen der Verzögerungsleitung (11) und die Zei­ lenleitungen jeweils mit einem Wandlerelement ver­ bunden sind, und
• - einer Steuerschaltung (7), die das Öffnen und Schließen der Schaltelemente steuert,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schalteinrichtung aus einem Matrixwählschalter (12) besteht und
• - mittels der Steuerschaltung (7) von jedem Ende der Rei­ he Wandlerelemente in gleicher Zahl abschaltbar sind und die von den verbleibenden Wandlerelementen erzeugten Signale entsprechend der Anordnung der Wandlerelemente an alle Anzapfungen der Verzögerungsleitung (11) über deren gesamte Länge anlegbar sind.

2. Ultraschall-Abbildungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschaltung bei Ver­ kleinerung der Zahl der aktiven Wandlerelemente zur Vergrößerung ihres Verstärkungsgrads ansteuerbar ist.