DE3446594A1

DE3446594A1 - Ultrasonic transmission computer tomograph, taking into consideration refracted sound paths

Info

Publication number: DE3446594A1
Application number: DE19843446594
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Hassler; Elmar Dr. 8510 Fürth Trautenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-07-03

Abstract

The ultrasonic transmission computer tomograph has an area array (5) of elementary ultrasonic transducers (13) as ultrasonic receiver. A circuit arrangement (29) is used for determining in each case the point on the area array (5) at which the ultrasonic wave (1) transmitted by an object under examination has its highest amplitude or the centre of gravity. In addition, the angle of incidence (ss) of the transmitted ultrasonic wave (1) on the area array (5) can also be measured. The point of impact and the angle of incidence (ss) are supplied to an evaluating circuit for correcting the image signal. The result is that the composite ultrasonic image is produced taking into consideration a better approximation for the sound paths refracted in the object under examination. <IMAGE>

Description

Ultraschall-Transmissions-Computer-Tomograph mitUltrasonic transmission computer tomograph with

Berücksichtigung gebrochener Schallwege Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Transmissions-Computer-Tomographen (UTCT) mit einem Ultraschall-Sender und einem Ultraschall-Empfänger, die um ein Untersuchungsobjekt gemeinsam rotierbar sind, und mit einer Auswerteschaltung, die aus den empfangenen, durch das Untersuchungsobjekt transmittierten Ultraschallwellen ein Bildsignal bildet.Consideration of Broken Sound Paths The invention relates to a Ultrasonic transmission computer tomograph (UTCT) with an ultrasonic transmitter and an ultrasound receiver, which can be rotated together around an examination subject are, and with an evaluation circuit that is derived from the received by the examination subject transmitted ultrasonic waves forms an image signal.

Ein solcher Tomograph ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 32 24 464 bekannt.Such a tomograph is from the German Offenlegungsschrift, for example 32 24 464 known.

Ultraschall-Transmissions-Computer-Tomographen werden in der medizinischen Technik eingesetzt, um z. B. die weibliche Brust auf Zysten, Geschwüre u. dgl. zu untersuchen.Ultrasonic transmission computer tomographs are used in medical Technology used to z. B. the female breast for cysts, ulcers and the like investigate.

Dabei liegt einem Sektorscanner ein gekrümmtes, aus einer Vielzahl von Ultraschall-Elementarwandlern bestehendes, Array gegenüber, in welchem die Ultraschallwellen nach Durchlauf des Untersuchungsobjektes empfangen werden. Je nach Sendestellung des Sektorscanners wird auf dem gekrummten Array ein dieser Sendestellung zugeordnetes Ultraschallelement oder eine Gruppe dieser Ultraschallelemente auf Empfang geschaltet. Die Anordnung aus Sektorscanner und gekrümmtem Empfangsarray ist als Ganzes um das Untersuchungsobjekt rotierbar.A sector scanner has a curved one out of a multitude of options of ultrasonic elementary transducers existing, array opposite in which the ultrasonic waves are received after the examination object has passed through. Depending on the sending position of the sector scanner is assigned to this transmission position on the curved array Ultrasonic element or a group of these ultrasonic elements switched to reception. The arrangement of the sector scanner and the curved receiving array as a whole is around the Examination object rotatable.

Es wird im Stande der Technik entweder die zwischen Senden und Empfang verstrichene Laufzeit der transmittierten Ultraschallwelle gemessen oder aber die Dämpfung dieser Welle auf dem Durchschallungsweg. Im ersten Fall wird von einem geradlinigen Weg ausgegangen, wobei die Laufzeit ein Maß für die Schallgeschwindigkeit der auf dem Durchschallungsweg liegenden Medien ist. Geschwüre, Zysten etc. haben eine andere spezifische Schallgeschwindigkeit als gesundes Gewebe. Durch die Rotation der Anordnung wird erreicht, daß Meßdaten für die gesamte durchschallte Fläche oder sogar das gesamte Untersuchungsvolumen vorliegen. Ein an den Empfänger angeschlossener Computer berechnet aus diesen Meßdaten die Lage von Medien verschiedener akustischer Eigenschaften.In the prior art, it is either the one between sending and receiving Elapsed transit time of the transmitted ultrasonic wave measured or the Attenuation of this wave on the transmission path. In the first case it is from a gone straight to the path, where the running time is a measure of the Is the speed of sound of the media lying on the transmission path. Ulcers, Cysts etc. have a different specific speed of sound than healthy tissue. As a result of the rotation of the arrangement, it is achieved that the measurement data were sonicated through for the whole Area or even the entire examination volume are available. One to the recipient The connected computer calculates the position of different media from this measurement data acoustic properties.

Bei einer solchen Anordnung wird davon ausgegangen, daß der gesendete Ultraschallimpuls geradlinig durch das Untersuchungsobjekt zum gegenüberliegenden Empfangselement gelangt. Das Empfangselement hat aber lediglich eine geringe Ausdehnung von z. B. 1 cm 2 und kann Ultraschallimpulse, die außerhalb dieses Bereiches liegen, nicht mehr registrieren. Es empfängt lediglich noch Streuwellen, die bildverfälschende Wirkung haben. Ein weiterer Nachteil ergibt sich, wenn der Ultraschallimpuls im Untersuchungsobjekt mehrfach gebrochen wird. Dann trifft die Schallwelle zwar auf den Empfänger auf, allerdings schief.In such an arrangement it is assumed that the sent Ultrasonic pulse straight through the examination object to the opposite one Receiving element arrives. The receiving element, however, only has a small size from Z. B. 1 cm 2 and can ultrasonic pulses that are outside this range, no longer register. It only receives scattered waves, the ones that distort the image Have an effect. Another disadvantage arises when the ultrasonic pulse is im Examination object is broken several times. Then the sound wave hits the recipient on, but crooked.

Auch durch diesen Effekt wird der gemessene Empfangswert verfälscht. Dieser Effekt ist immer stärker, je größer der Empfangswinkel ist.The measured reception value is also falsified by this effect. This effect is always stronger, the larger the reception angle is.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ultraschall-Transmissions-Computer-Tomographen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß bei der Herstellung des Bildsignals in der Auswerteschaltung der gebrochene Schallweg berücksichtigt wird.The object of the invention is to provide an ultrasonic transmission computer tomograph of the type mentioned in such a way that during the production of the image signal the broken sound path is taken into account in the evaluation circuit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ultraschall-Empfänger ein Flächen-Array ist, daß dem Flächen-Array eine Schaltungsanordnung zugeordnet ist, die zur Ermittelung des Schwerpunkts der Amplituden oder des Amplitudenmaximums der auf dem Flächen-Array auftreffenden transmittierten Ultraschallwellen dient, und daß der Auswerteschaltung diese Lage zur Korrektur des Bildsignals zugeführt ist.This object is achieved according to the invention in that the ultrasonic receiver an area array is that the area array is assigned a circuit arrangement is, to determine the center of gravity of the amplitudes or the Amplitude maximum of the transmitted ultrasonic waves impinging on the surface array is used, and that the evaluation circuit is supplied with this position for correcting the image signal is.

Durch die flächenhafte Ausgestaltung des Empfangsarrays wird ein großer Bereich abgedeckt, in welchem mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch mehrfach gebrochene Schallwellen empfangen werden. Nach Ermittlung der Lage des Schwerpunkts oder des Amplitudenmaximums der empfangenen Ultraschallwelle liegen zwei Punkte des u. U.The two-dimensional design of the receiving array makes a large one Area covered, in which with a certain probability also several times broken sound waves are received. After determining the location of the center of gravity or the amplitude maximum of the received ultrasonic wave lie two points of the u.

gekrümmten Kurvenverlaufs (Durchschallungswegs) zwischen Sendepunkt und Empfangspunkt fest. Zusammen mit dem Abstrahlwinkel der Schallwelle, der in der Regel 90° beträgt, kann ein Polynom zweiter Ordnung, also eine Parabel, bestimmt werden. Gibt man diesen parabelförmigen Kurvenverlauf anstelle des geradlinigen Verlaufs in die Auswerte- oder Rechenschaltung des UTCT ein, so erhält man eine realitätsgetreuere Darstellung des durchschallten Objekts als bei der Fiktion des geraden Durchschallungsweges.curved course of the curve (transmission path) between the transmission point and receiving point. Together with the radiation angle of the sound wave, which in is usually 90 °, a second order polynomial, i.e. a parabola, can be determined will. If you give this parabolic curve instead of the straight one In the evaluation or arithmetic circuit of the UTCT, one receives a More realistic representation of the sounded object than in the fiction of the straight transmission path.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß dem Ultraschall-Empfänger eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln des Auftreffwinkels der auf das Flächen-Array auftreffenden transmittierten Ultraschallwellen nachgeschaltet ist, und daß der von dieser Schaltungsanordnung ermittelte Auftreffwinkel der Auswerteschaltung zur weiteren Korrektur des Bildsignals zugeführt ist.A particularly advantageous embodiment of the invention is distinguished characterized in that the ultrasonic receiver has a circuit arrangement for determining the angle of incidence of the transmitted ultrasonic waves impinging on the surface array is connected downstream, and that the angle of incidence determined by this circuit arrangement is fed to the evaluation circuit for further correction of the image signal.

Durch die Ermittelung des Auftreffwinkels liegt eine weitere Information über den Kurvenverlauf vor, so daß dieser Verlauf durch eine Funktion dritter Ordnung, also z. B. einer gekrümmten Kurve mit Wendepunkt angenähert werden kann. Die Verarbeitung einer solchen Kurveninformation in der Auswerteschaltung des UTCT bringt eine weitere Verbesserung zur realitätsnahen Darstellung des durchschallten Objektes.The determination of the angle of incidence provides further information over the course of the curve, so that this course through a function third order, e.g. B. be approximated to a curved curve with a turning point can. The processing of such curve information in the evaluation circuit of the UTCT brings a further improvement to the realistic representation of the sounded Object.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Figuren in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 einen geraden Durchschallungsweg zwischen Sender und Empfänger nach dem Stand der Technik, Fig. 2 bis 6 eine Serie von fünf Durchschallungswegen, die aufgrund der Kenntnis des gemessenen Schwerpunktes und des gemessenen Auftreffwinkels ermittelt werden, Fig. 7 eine prinzipielle Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Schwerpunktes und des Auftreffwinkels, Fig. 8 den Verlauf des Empfangssignals, wie er in der Verzögerungsleitung gemäß Figur 3 vorliegt, und Fig. 9 eine prinzipielle Schaltung für die Variation der aktiven Empfangsfläche eines Sektorscanners.Further advantages and configurations of the invention emerge from the following figures in conjunction with the subclaims. They show: FIG. 1 a straight transmission path between transmitter and receiver according to the state of the art, FIGS. 2 through 6 show a series of five transmission paths which, based on the knowledge the measured center of gravity and the measured angle of impact are determined, 7 shows a basic circuit arrangement for determining the center of gravity and of the angle of incidence, FIG. 8 shows the course of the received signal as it occurs in the delay line according to FIG. 3 is present, and FIG. 9 shows a basic circuit for the variation the active reception area of a sector scanner.

In Figur 1 ist mit S der Sendewandler eines Ultraschallsenders gekennzeichnet, der senkrecht zu seiner Abstrahlfläche einen Ultraschallimpuls oder eine Ultraschallwelle 1 abstrahlt. Es wird im Stand der Technik angenommen, daß die Ultraschallwelle 1 einen geradlinigen-Verlauf hat, der sie zu einem Empfänger E führt. Es wird die Zeit ermittelt, die der Ultraschallimpuls 1 benötigt, um vom Ultraschallsender S zum gegenüber liegenden Ultraschallempfänger E zu gelangen. Diese Laufzeit ist ein Maß für die mittlere Schallgeschwindigkeit aller Objekte, die die Ultraschallwelle auf ihrem Durchschallungsweg angetroffen hat. Diese Schallgeschwindigkeit ändert sich je nach Medium, sie ist also z. B. für ein Krebsgeschwür oder eine Zyste oder einen Einschluß anders als für normales, gesundes Gewebe. An den Grenzflächen zwischen zwei Medien unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit kommt es zu einer Brechung der Ultraschallwelle 1. Die Charakteristik der Brechung hängt im wesentlichen von dem Unterschied der Schallgeschwindigkeiten und von der Lage der Grenzschicht selbst ab. Im Stande der Technik wurde eine solche Brechung bisher bei der Auswertung nicht berücksichtigt.In Figure 1, the transmitter transducer of an ultrasonic transmitter is marked with S, which is perpendicular to its emitting surface an ultrasonic pulse or an ultrasonic wave 1 radiates. It is assumed in the prior art that the ultrasonic wave 1 is one has a straight-line course that leads to a receiver E. The time is determined which the ultrasonic pulse 1 needs to go from the ultrasonic transmitter S to the opposite Ultrasonic receiver E to arrive. This running time is a measure of the mean The speed of sound of all objects that the ultrasonic wave travels through encountered. This speed of sound changes depending on the medium it is so z. For a carcinoma or cyst or inclusion other than for normal, healthy tissue. At the interfaces between two media more different At the speed of sound, there is a refraction of the ultrasonic wave 1. The characteristic the refraction depends essentially on the difference in the speed of sound and on the position of the boundary layer itself. Such was the case in the prior art So far, refraction has not been taken into account in the evaluation.

In den Figuren 2 bis 7 ist eine Serie von fünf unterschiedlichen Durchschallungswegen dargestellt, bei der der Ultraschallimpuls 1 an einer oder an mehreren Grenzschichten 3 gebrochen wurde. Nach der Brechung setzt die Ultraschallwelle 1 ihren Durchschallungsweg in einer anderen Richtung fort als vor der Brechung. Auf diese Weise ist es recht wahrscheinlich, daß die Ultraschallwelle 1 nicht mehr an dem genau gegenüberliegenden Ultraschallempfänger oder Empfangspunkt E einläuft. Sie wird eine Seitenverschiebung oder einen gewissen Versatz x aufweisen. Je nach Art und Häufigkeit der Brechung auf dem Durchschallungsweg ist der Versatz x unterschiedlich groß. In der Regel wird sich der tatsächliche Empfangspunkt M vom geradlinig gegenüberliegenden Empfangspunkt E unterscheiden (vgl. Fig. 2, 3, 4 und 6). Unter Umständen ist es möglich, daß die Ultraschallwelle zwar mehrfach gebrochen wird, aber dennoch am gegenüberliegenden Empfangspunkt E einläuft, was in Figur 5 dargestellt ist.In Figures 2 to 7 is a series of five different transmission paths shown in which the ultrasonic pulse 1 at one or more boundary layers 3 was broken. After the refraction, the ultrasonic wave 1 continues its transmission path in a different direction than before the break. That way it's right likely that the ultrasonic wave 1 is no longer at exactly the opposite one Ultrasonic receiver or receiving point E arrives. She becomes a page shift or have a certain offset x. Depending on the type and frequency of refraction the offset x is different on the transmission path. Usually the actual receiving point M will be different from the straight-line opposite receiving point E. differ (see. Fig. 2, 3, 4 and 6). May be it is possible that the ultrasonic wave is refracted several times, but still arrives at the opposite receiving point E, which is shown in FIG.

Ein Unterschied zu dem geraden Durchschallungsweg läßt sich dann nur dadurch ermitteln, daß gleichzeitig mit dem Auftreffpunkt auch noch der Auftreffwinkel / bestimmt wird. Dieser ist in Figur 5 / + 900.There can only be a difference to the straight sound path thereby determine that at the same time as the point of impact also the angle of impact / is determined. This is in Figure 5 / + 900.

In den Figuren 2 bis 6 ist angenommen, daß die Grenzschichten 3 jeweils fest vorgegeben sind. Die durchgezogene Linie würde dann die physikalisch korrekte, d.h.In Figures 2 to 6 it is assumed that the boundary layers 3 each are fixed. The solid line would then be the physically correct, i.e.

tatsächlich durchlaufene abgeknickte Laufstrecke der Ultraschallwelle 1 darstellen.actually traversed angled path of travel of the ultrasonic wave 1 represent.

Da die Grenzschichten 3 immer im Untersuchungsobjekt selbst liegen und ihre Lage von außen nicht vor der Messung festgestellt werden kann, sondern aufgrund der Messung im Auswertegerät des Ultraschall-Transmissions-Computer-Tomographen ermittelt werden soll, können nur Daten zu ihrer Bestimmung herangezogen werden, die sich außerhalb des Untersuchungsobjekts messen lassen.Since the boundary layers 3 always lie in the examination object itself and its position cannot be determined from the outside before the measurement, but based on the measurement in the evaluation device of the ultrasonic transmission computer tomograph is to be determined, only data can be used to determine it, which can be measured outside of the examination object.

Eine solche Größe ist der Versatz x der emittierten Ultraschallwelle zum geradlinig gegenüberliegenden Empfangspunkt E. Mit Hilfe dieses Meßwertes x läßt sich eine Laufweg-Approximation durchführen, die in den Figuren 2 bis 6 jeweils gestrichelt dargestellt ist. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Abstrahlwinkel Z der Ultraschallwelle 1 t = 90° beträgt.Such a quantity is the offset x of the emitted ultrasonic wave to the straight opposite receiving point E. With the help of this measured value x a path approximation can be carried out, as shown in FIGS. 2 to 6, respectively is shown in dashed lines. It is assumed that the radiation angle Z of the ultrasonic wave 1 is t = 90 °.

Mißt man zusätzlich den Auftreffwinkel mit der die Ultraschallwelle 1 auf dem tatsächlichen Empfangspunkt M eintrifft, so läßt sich eine genauere Approximation durchführen, die in den Figuren 2 bis 6 durch den gepunkteten Kurvenverlauf charakterisiert ist. Die gestrichelten Kurven entsprechen dabei einem Polynom 2. Ordnung, und die gepunkteten Kurven entsprechen einem Polynom 3. Ordnung.If you also measure the angle of incidence with which the ultrasonic wave 1 arrives at the actual reception point M, a more precise approximation can be made perform, which in Figures 2 to 6 by the dotted Curve progression is characterized. The dashed curves correspond to a polynomial 2. Order, and the dotted curves correspond to a 3rd order polynomial.

Die Figur 7 zeigt schematisch eine Schaltung, die zur Ermittlung des Schwerpunktes M des tatsächlichen Auftreffpunktes und des Auftreffwinkels # geeignet ist.FIG. 7 shows schematically a circuit which is used to determine the Center of gravity M of the actual point of impact and the angle of impact # suitable is.

Es wird ein flächenhaftes, quadratisches Ultraschallempfangsarray 5 verwendet, das aus p = 15 Zeilen 7 und n = 15 Spalten 9 mit insgesamt 225 aktiven Elementarwandlern 13 besteht. Die Größe der Elementarwandler 13 beträgt z. Bo jeweils 1 mm x 1 mm wobei dann das Flächenarray 5 etwa die Abmessungen 15 mm x 15 mm hat. Das Flächenarray 5 wird, wie später noch bei Figur 9 erläutert, so geschaltet, daß einer der mittleren Elementarwandler 13, der an der Kreuzung der 7. oder 8.It becomes a planar, square ultrasound receiving array 5 used, that of p = 15 rows 7 and n = 15 columns 9 with a total of 225 active Elementary converter 13 consists. The size of the elementary converter 13 is, for. Bo each 1 mm × 1 mm, the surface array 5 then having approximately the dimensions 15 mm × 15 mm. As will be explained later in connection with FIG. 9, the surface array 5 is switched in such a way that one of the middle elementary transducers 13, which is at the intersection of the 7th or 8th

Spalte 9 mit der 7. oder 8. Zeile 7 liegt, dem Ultraschallsender S genau gegenüberliegt. Es ist somit zu erwarten, daß die Ultraschallwelle 1 auch bei stärkeren Brechungen auf ihrer Durchlaufstrecke durch das Untersuchungsobjekt innerhalb des Flächenarrays 5 auftrifft.Column 9 with the 7th or 8th row 7 is the ultrasonic transmitter S. exactly opposite. It is thus expected that the ultrasonic wave 1 also in the case of stronger refractions on their passage through the examination object occurs within the surface array 5.

Die Ultraschallwelle 1 trifft auf mehreren Elementarwandlern 13 des Flächenarrays 5 nahezu zeitgleich auf.The ultrasonic wave 1 hits several elementary transducers 13 of the Area arrays 5 almost simultaneously.

Die Anzahl der betroffenen Elementarwandler 13 wird im wesentlichen durch die Streuung und Brechung der Ultraschallwelle 1 auf ihrem Durchschallungsweg bestimmt.The number of elementary transducers 13 concerned becomes essentially by the scattering and refraction of the ultrasonic wave 1 on its transmission path certainly.

Jeder Elementarwandler 13 ist an den Eingang eines Verstärkers 15 angeschlossen. Die Ausgänge aller Verstärker 15 einer Zeile 7 werden einer Verzögerungsleitung 17 zugeführt. In Figur 7 ist aus Gründen der Übersicht lediglich die Verzögerungsleitung 17 für die erste Zeile 7 gezeigt. Die Verzögerungsleitung 17 ist in n Teilverzögerungsleitungen 19 eingeteilt, wobei n der Anzahl der Spalten 9 entspricht. Die Zuordnung der Ausgänge der einzelnen Verstärker 15 einer jeden Zeile 7 ist so vorgenommen, daß jeder Ausgang - in serieller Reihenfolge -an den Eingang einer Teilverzögerungsleitung 19 gelegt ist. Die minimale Verzögerungszeit der Teilverzögerungsleitungen 19 ist so bemessen, daß sie mindestens der Impulslänge der Ultraschallwelle 1 plus der maximal zu erwartenden Differenz zwischen längstmöglicher Durchlaufzeit oder Flugzeit der Ultraschallwelle 1 durch das Untersuchungsobjekt abzüglich der minimal möglichen Flugzeit entspricht. Diese minimale Flugzeit ergibt sich, wenn die Ultraschallwelle 1 durch ein Wasserbad läuft.Each elementary converter 13 is connected to the input of an amplifier 15 connected. The outputs of all amplifiers 15 of a row 7 become a delay line 17 supplied. For the sake of clarity, only the delay line is shown in FIG 17 for the first row 7 is shown. The delay line 17 is in n partial delay lines 19, where n is the number of Column 9 corresponds. the Assignment of the outputs of the individual amplifiers 15 of each row 7 is made in such a way that that each output - in serial order - to the input of a partial delay line 19 is placed. The minimum delay time of the partial delay lines 19 is dimensioned so that they are at least the pulse length of the ultrasonic wave 1 plus the maximum expected difference between longest possible lead time or flight time of the ultrasonic wave 1 through the examination subject minus the minimum possible Flight time corresponds. This minimum flight time arises when the ultrasonic wave 1 runs through a water bath.

Die Verzögerungsleitung 17 hat dann insgesamt eine Verzögerungszeit von z. B. 15 x 7,5 ps, also ca. 110 ps.The delay line 17 then has a total delay time from Z. B. 15 x 7.5 ps, i.e. approx. 110 ps.

In der Verzögerungsleitung 17 befindet sich nach Empfang der Ultraschallwelle 1 eine Signalfolge 21, die später anhand der Figur 8 erläutert wird. Vorab sei bemerkt, daß die Signalfolge 21 sowohl die Information über den zeitlichen Einlauf als auch über die Amplitude der Ultraschallwelle 1 enthält. Die Signalfolge 21, die parallel in die Verzögerungsleitung 17 eingeschrieben wird, wird an dem Ausgang 23 der Verzögerungsleitung 17 seriell ausgelesen. Der Ausgang 23 führt in den Eingang eines AGC-Verstärkers 25. Entsprechend sind den anderen Zeilen 7 weitere AGC-Verstärker 26 zugeordnet.In the delay line 17 is located after receiving the ultrasonic wave 1 shows a signal sequence 21 which will be explained later with reference to FIG. First of all, it should be noted that the signal sequence 21 both the information about the timing as well on the amplitude of the ultrasonic wave 1 contains. The signal sequence 21, the parallel is written into the delay line 17, is at the output 23 of the delay line 17 read out serially. The output 23 leads to the input of an AGC amplifier 25. Correspondingly, further AGC amplifiers 26 are assigned to the other rows 7.

Da jeder Zeile 7 eine Verzögerungsleitung 17 und dieser jeweils ein AGC-Verstärker 25 zugeordnet ist, umfaßt die Anordnung insgesamt entsprechend der Zeilenanzahl p Verzögerungsleitungen 17 und p AGC-Verstärker 25. Die Verstärkung aller AGC-Verstärker wird von einer gemeinsamen Ansteuereinheit 27 bestimmt. In allen Verzögerungslei tungen 17, d.h. vorliegend in allen 225 teilverzögerungs- leitungen 19, sind zeitgleich Informationen über einen einzigen Ultraschallimpuls oder eine Ultraschallwelle 1 eingelaufen, die bei ihrer nun folgenden seriellen Verarbeitung identisch verstärkt werden. Dazu werden die AGC-Verstärker 25 über die Ansteuereinheit 27 so beaufschlagt, daß sich jeweils eine identische Verstärkung der Signalfolge 21, die am Eingang der AGC-Verstärker 25 anliegt, ergibt. Der Wert dieser Verstärkung wird beispielsweise aus dem Integral der zeitlich vorhergehenden Signalfolge 21, die vom zuvor abgegebenen Ultraschall-Impuls herrührt, gebildet. Die Ansteuereinheit 27 enthält dazu eine Sample-and-Hold-Schaltung, die für die Dauer der Signalfolge 21, also für ca. 110 us, ein Ausgangssignal abgibt, so daß die AGC-Verstärker 25 während dieser Zeit mit einem konstanten Wert verstärken, und anschließend keine Verstärkung mehr bewirken. Die Rückführungsleitung ist gestrichelt eingezeichnet und mit 26 bezeichnet. Alternativ hierzu kann die Ansteuereinheit 27 auch so aufgebaut sein, daß die Verstärkung über einen Tiefpaß in der Rückführung eingestellt wird, wobei die Zeitkonstante des Tiefpasses so gewählt sein muß, daß sie größer als die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung 17 und kleiner als die Sendefolge der Ultraschallwellen 1 sein muß. Die Ausgänge aller AGC-Verstärker 25 sind jeweils an einen von einer entsprechenden Anzahl von Eingängen eines Maximumsuchgerätes 29 gelegt. Für Dämpfung messungen wird die Steuerspannung von der Ansteuereinheit 27 als Maß für die Verstärkung miterfaßt und in der Auswerteschaltung gespeichert.Since each row 7 has a delay line 17 and this one in each case AGC amplifier 25 is assigned, comprises the arrangement as a whole according to the Number of lines p delay lines 17 and p AGC amplifier 25. The gain all AGC amplifiers are determined by a common control unit 27. In all delay lines 17, i.e. in the present case in all 225 partial delay lines cables 19, are information about a single ultrasonic pulse or a Ultrasonic wave 1 entered, which is now the following serial processing be reinforced identically. For this purpose, the AGC amplifier 25 is via the control unit 27 applied so that there is an identical amplification of the signal sequence 21, which is present at the input of the AGC amplifier 25, results. The value of that reinforcement becomes, for example, from the integral of the chronologically preceding signal sequence 21, which originates from the previously emitted ultrasonic pulse. The control unit 27 contains a sample-and-hold circuit for the duration of the signal sequence 21 emits an output signal for approx. 110 μs, so that the AGC amplifier 25 amplify with a constant value during this time, and then none Reinforcement do more. The return line is shown in dashed lines and denoted by 26. As an alternative to this, the control unit 27 can also be constructed in this way be that the gain is set via a low-pass filter in the feedback, the time constant of the low-pass filter must be chosen so that it is greater than the Delay time of the delay line 17 and smaller than the transmission sequence of the ultrasonic waves 1 must be. The outputs of all AGC amplifiers 25 are each to one of one corresponding number of inputs of a maximum search device 29 placed. For cushioning measurements is the control voltage from the control unit 27 as a measure of the gain recorded and stored in the evaluation circuit.

Das Maximumsuchgerät 29 weist einen Ausgang 31 auf, an welchem der Inhalt derjenigen Teilverzögerungsleitung 19 ansteht, welche den maximalen Empfangpegel oder die maximale Amplitude A oder den Wert am Ort des Schwerpunkts aufweist. Der Inhalt besteht wie aus Figur 8 später hervorgeht, aus Zeitspanne ß t und Amplitude A.The maximum search device 29 has an output 31 at which the Content of that partial delay line 19 is pending, which the maximum receive level or the maximum amplitude A or the value at the location of the center of gravity. Of the Contents are as in Figure 8 later it emerges from time span ß t and amplitude A.

Alternativ hierzu ist es möglich, dem Maximumsuchgerät 29 eine Zahl Z, z. B. Z = 5 vorzugeben, entsprechend welcher er die Z = 5 höchsten Maxima (Amplitudenwerte A) sucht und an seinem Ausgang 31 z. B. seriell darstellt. Aus diesen Z = 5 ersten Maximalwerten läßt sich dann der Schwerpunkt M bestimmen. Es gibt auch noch andere Verfahren, die beispielsweise aus der Technik der Szintillationskameras bekannt sind.As an alternative to this, it is possible to give the maximum search device 29 a number Z, z. B. to specify Z = 5, according to which he Z = 5 highest maxima (amplitude values A) seeks and at its output 31 z. B. represents serially. From these Z = 5 first The center of gravity M can then be determined for maximum values. There are others too Method known, for example, from the technology of scintillation cameras are.

Vergleicht man die Flugzeiten oder Durchschallungszeiten aus den Daten derjenigen Teilverzögerungsleitungen 19, die örtlich denjenigen Elementarwandlern benachbart sind, welche in der Nähe des ermittelten Schwerpunkts oder Maximalwertes liegen, so kann man jeweils aus der Differenz der Flugzeiten den Auftreffwinkel ß bestimmen. Je flacher die Ultraschallwelle 1 auf das Flächenarray 5 auftrifft, d.h. je größer der Winkel X ist desto größer ist der gemessene Zeitversatz bei benachbarten Elementarwandlern 13. Vom Ausgang 31 führt eine Leitung weiter zur Auswerteschaltung (nicht gezeigt) des UTCT-Gerätes. Hier wird mit Hilfe der Schwerpunktslage M und des Auftreffwinkels ( der Durchschallungsweg approximiert und sodann eine Rückprojektion entsprechend dem gekrümmten Schallaufweg in ansonsten bekannter Weise in Bildsignale umgesetzt.If you compare the flight times or transmission times from the data those partial delay lines 19 that locally those elementary transducers are adjacent, which are in the vicinity of the determined center of gravity or maximum value the angle of incidence can be determined from the difference in flight times determine ß. The flatter the ultrasonic wave 1 hits the surface array 5, i.e. the larger the angle X, the larger the measured time offset for neighboring Elementary converters 13. A line leads from output 31 to the evaluation circuit (not shown) of the UTCT device. Here, with the help of the center of gravity M and the angle of incidence (approximates the transmission path and then a back projection corresponding to the curved sound path in an otherwise known manner into image signals implemented.

Figur 8 zeigt die Darstellung einer Signalfolge 21, die entlang einer einzigen Array-Zeile 7 anfällt. Die Signalfolge 21 setzt sich entsprechend der Anzahl n = 15 der Spalten 9 aus 15 Einzelsignalen 21a zusammen. Jedes dieser Einzelsignale 21a enthält als Information eine auf den Sendezeitpunkt der Ultraschallwelle 1 normierte Zeitspanne b tl, ist2, bt3 ... P tl5 und eine maximale Amplitude A1, A2, A3, ... A15, welche ein Maß für die Stärke des auf dem zugeordneten Elementarwandler 13 aufgetroffenen Ultraschallimpulses 1 ist. Im Ausführungsbeispiel fallen p = 15 dieser Signalfolgen 21 an. Multipliziert mit der Spaltenanzahl n = 15 ergibt dies 225 Einzelsignalfolgen 2la. Aus den 225 Amplituden A sucht das Maximumsuchgerät 29 die höchste oder die z höchsten Amplituden A heraus.Figure 8 shows the representation of a signal sequence 21 along a single array line 7 occurs. The signal sequence 21 is set according to the number n = 15 of the columns 9 composed of 15 individual signals 21a. Each of these individual signals 21a contains information standardized to the transmission time of the ultrasonic wave 1 Time span b tl, ist2, bt3 ... P tl5 and a maximum amplitude A1, A2, A3, ... A15, which is a measure of the strength of the on the assigned elementary converter 13 incident ultrasonic pulse 1 is. In the exemplary embodiment, p = 15 of these signal sequences 21. This is multiplied by the number of columns n = 15 225 individual signal sequences 2la. The maximum finder searches for the 225 amplitudes A. 29 the highest or the z highest amplitudes A out.

Diese werden dann zusammen mit den zugehörigen Zeitspannen ß t am Ausgang 31 dargestellt.These are then together with the associated time periods ß t am Output 31 shown.

Figur 9 zeigt ein langgestrecktes flächenhaftes Array 33, welches aus p = 15 Zeilen 7 und einer Vielzahl 7 von Spalten 9 besteht. Um beim Beispiel der Figur 3 zu bleiben, sollte die Anzahl X der Spalten 9 durch p = 15 teilbar sein, also z. B. Es #= 90 betragen.Figure 9 shows an elongated planar array 33, which consists of p = 15 rows 7 and a plurality 7 of columns 9. To the example To remain in figure 3, the number X of columns 9 should be divisible by p = 15, so z. B. Es # = 90.

Die Ausgänge der Elementarwandler 13 sind jeweils über einen Schalter 35 mit einer ihnen zugeordneten Teilverzögerungsleitung 19 verbunden. Die insgesamt vorhandenen p x i Schalter werden von einem Schieberegister 37 angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt derart, daß in einem jeden Abtastzeitpunkt n = 15 benachbarte Spalten an die Verzögerungsleitung 17 angeschlossen sind, so daß wieder das flächenhafte Array 5 von Fig. 7 mit 15 aktiven Zeilen und 15 aktiven Spalten entsteht. Die Verarbeitung der anfallenden Signale wurde bereits bei Figur 7 geschildert.The outputs of the elementary converter 13 are each via a switch 35 connected to a partial delay line 19 assigned to them. The total existing p x i switches are controlled by a shift register 37. the Activation takes place in such a way that n = 15 adjacent ones at each sampling time Columns are connected to the delay line 17, so that again the areal Array 5 of FIG. 7 with 15 active rows and 15 active columns is produced. The processing the resulting signals have already been described in FIG.

Ist der Ultraschallsender S ein Sektorscanner, so wird er vor jedem neuen Sendeimpuls seine Winkeleinstellung geringfügig ändern. Beim Ultraschallempfänger 33 wird dem dadurch Rechnung getragen, daß durch Verschiebung der Ansteuerung der Schalter 35 um z. B. eine Spalte 9 ein neues Flächenarray 5 aktiviert wird, welches gegenüber dem vorhergehenden Flächenarray 5 um eine Spalte 9 verschoben ist. Dies wird mit jedem Abtasttakt fortgeführt.If the ultrasonic transmitter S is a sector scanner, it will be in front of everyone change its angle setting slightly with the new transmission pulse. At the ultrasound receiver 33 is taken into account that by shifting the control of the Switch 35 to z. B. a column 9, a new area array 5 is activated, which is shifted by a column 9 compared to the preceding surface array 5. this is continued with each sampling cycle.

Mit anderen Worten, das aktive Feld von p x n Elementarwandlern 13 wird über das Flächen-Array 33 hinwegge- schoben. Es sind also zu jedem Abtastzeitpunkt n = 15 Spalten an die Verzögerungsleitung 17 angeschlossen, wobei sich die Aktivierung der n = 15 Spalten jeweils nach jedem Abtasttakt verschiebt. Sind z. B. beim ersten Ultraschallimpuls 1 die Spalten 1 bis 15 wirksam, so sind es beim folgenden Ultraschallimpuls 1 die Spalten 2 bis 16, dann die Spalten 3 bis 17, dann die Spalten 4 bis 18, usw. Auf diese Weise wird erreicht, daß der dem Sender S geradlinig gegenüberliegende Auftreffpunkt der Ultraschallwelle 1 bei jeder Sendestellung immer in der Mitte des Flächenarrays 5 liegt, also zwischen der 7. und 8.In other words, the active field of p x n elementary transducers 13 is moved over the area array 33 pushed. So there are at each sampling time n = 15 columns are connected to the delay line 17, the activation of the n = 15 columns shifting after each sampling cycle. Are z. B. with the first ultrasonic pulse 1, the columns 1 to 15 are effective With the following ultrasonic pulse 1, columns 2 to 16, then columns 3 to 17, then columns 4 to 18, etc. In this way it is achieved that the sender S rectilinearly opposite point of impact of the ultrasonic wave 1 at each transmission position always lies in the middle of the surface array 5, i.e. between the 7th and 8th.

Spalte bzw. der 7. und 8. Zeile. Dadurch können Streuungen und Brechungen, die zu Schwerpunktsverschiebungen führen gut erfaßt und bei der Bilddarstellung berücksichtigt werden.Column or the 7th and 8th lines. This can cause scattering and refraction, which lead to shifts in the center of gravity well recorded and in the image display must be taken into account.

18 Patentansprüche 9 Figuren - Leerseite -18 claims 9 figures - blank page -

Claims

Claims 1. Ultrasonic transmission computer tomograph with an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver that surround an examination subject are rotatable together, and with an evaluation circuit that consists of the received, Ultrasonic waves (1) transmitted through the examination subject an image signal forms, that the ultrasonic receiver doesn t (E) an area array (5) is that the area array (5) is a circuit arrangement (29) is assigned to determine the position of the center of gravity of the amplitudes or the amplitude maximum of the transmitted ones impinging on the surface array (5) Ultrasonic waves (1) are used and that the evaluation circuit corrects this position of the image signal is supplied.

2. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the ultrasonic receiver has a circuit arrangement (29) to determine the angle of incidence () of the incident on the surface array (5) transmitted ultrasonic waves (1) is downstream, and that of this Circuit arrangement (29) determined angle of incidence (/) of the evaluation circuit for further correction of the image signal is supplied.

3. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 1 or 2, that the surface array (5) is like a matrix is divided into rows (7) and columns (9), and that each row (7) has a delay line (17) is assigned whose total delay time is at least equal to the product from the number of columns on the one hand and the sum of the pulse length of the ultrasonic pulse emitted by the ultrasonic transmitter (1) and from the maximum Expected transit time difference (fl t) of the ultrasonic wave (1) in the investigation area on the other hand is.

4O ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 3, d a d u r c h e k e n n z e i c h -n e t that the delay line (17) through a series of n equal-length partial delay lines (19) is formed, wherein n is equal to the number of columns (9) of the area array activated for reception (5).

5. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that after each transmission pulse each partial delay line (19) via an amplifier (15) and a switch (35) to an elementary converter (13) of the area array (5) is switched.

6 ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that each partial delay line (19) is digital is formed, and that all partial delay lines (19) simultaneously to one temporal zero point can be reset.

7. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 3 to 6, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the output (23) one each delay line (17) is connected to an AGC amplifier (15) is.

8. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 7, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the AGC amplifier (25) from a Control unit (27) is controlled so that it receives the data content of all delay lines (17) reinforced by the same amount.

9. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 8, d it is indicated that the value of the gain of the AGC amplifier (25) when processing a transmitted ultrasonic wave (1) from the integral from the data content of all delay lines (17) in the previous ultrasonic wave (1) is derived.

10. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 7, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the AGC amplifier (25) is one of its Gain determining feedback (26) which contains a low-pass filter, the Time constant greater than the delay time of the delay line (17) and less as the distance between two successive ultrasonic waves (1) from the ultrasonic transmitter (S is.

11. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 7 to 10, d a d u r c h 9 e -k e n n n z e i c h n e t that the output of every AGC amplifier (25) is led to the input of a maximum search device (29), and that at the output (34) of the maximum search device (29) each the location of the center of gravity or the location of that elementary transducer (13) of the area array (5) is released, which at Reception of a transmitted sound wave (1) has the highest signal value (A).

12. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 11, d a d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that at the output (31) of the maximum search device the highest signal value (A) is also given.

13. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 6 and Claim 11 or 12, d a d u r c h g e n n n z e i c h n e t that at the output (31) des Maximum search device (29) each also have a signal for the Time span (set) is issued between the minimum flight time after the transmission pulse and the arrival of the transmitted ultrasonic wave (1) has passed.

14. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 11 to 13, as you can see that at the output (31) of the maximum search device (29) the locations, signal values (A) and / or time periods (t t) of a predetermined plurality from elementary transducers (13) are given, the received signal values opposite the signal values (A) of the other elementary transducers (13) are highest.

15. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 11 to 14, since you r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that at the output (31) of the Maximum search device (29) the mean of several differences of time periods (»t) adjacent partial delay lines (19) is laid, and that the formation of the differences used time spans (# t) the highest signal values (A) of the transmitted sound wave (1) are assigned, the mean value of the differences (»T) a measure of the angle of incidence (/) of the sound wave (1) on the surface array (5) is.

16. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 11 to 15, which means that the output (31) of the Maximum search device (29) is connected to the input of the evaluation circuit, which the course of the sound waves between the sending point (E) and the receiving point (E) maximum signal value (A) mathematically approximated.

17. Ultrasonic transmission computer tomograph according to one of the claims 1 to 16, as you can see that the area array (5) is a Part of an elongated, curved array that can be switched on via the switches (35) (33) is.

18. Ultrasonic transmission computer tomograph according to claim 17, d a d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that the switchable part (5) is a has the same number of elementary transducers (13) in rows (7) and columns (9).