DE3634504A1 - Ultraschall-bildvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Bildvorrich­ tung bzw. eine Ultraschall-Abbildungsvorrichtung, wie sie für die medizinische Diagnose, für die Erfassung von Materialrissen und für Meeresuntersuchungen verwendet wird.

Um das Niveau der Abbildungsleistung, die durch das Signal/Rausch-Verhältnis bzw. den Störabstand und die Azimutauflösung des Bildes gekennzeichnet ist, in einer Ultraschall-Bildvorrichtung anzuheben, die auf einer Array- Sonde aufbaut, in der ein Ultraschallstrahl konvergiert wird, um durch Steuerung der Phase und Amplitude von Sende/ Empfangs-Signalen einzelner das Array aufbauender Elemente ein Bild zu erzeugen, muß eine große Anzahl von Elementen einer Sende/Empfangs-Apertur der Sonde zugeordnet werden, indem die Anzahl der Signalkanäle erhöht wird, die eine simultane Signalverarbeitung vornehmen. Nachteilig ergibt sich aus einer Erhöhung der Anzahl der Signalkanäle, ins­ besondere der Empfangskanäle, eine beträchtliche Verteue­ rung der Vorrichtung.

Eine Maßnahme gegen dieses Problem ist beispielsweise im US-Patent Nr. 42 35 111 beschrieben. Nach diesem Patent ist unter einer großen Anzahl von Elementen in einer Empfangs-Apertur eine Vielzahl von Elementen in der Nähe des Mittelpunkts gemeinsam verbunden, und die Signale dieser Vielzahl von Elementen werden als ein Einzelkanal- Signal behandelt. Von Elementen in einem Randbereich der Empfangs-Apertur werden andererseits solche Elemente, die symmetrisch liegen, gepaart und miteinander verbunden, so daß jedes Paar ein Einzelkanal-Signal liefert. Die je­ weiligen Kanalsignale werden getrennt verzögert und bezüg­ lich der Phase gesteuert, und die phasengesteuerten Signale addiert. Das sich ergebende Signal steht für ein Empfangs­ signal, das für einen Empfangsstrahl mit einem Brennpunkt in einer gewünschten Tiefe charakteristisch ist.

Beim Versuch, die Brauchbarkeit der Vorrichtung ent­ sprechend der Lehre des oben genannten Patents zu steigern, indem die Anzahl der gemeinsam zum selben Kanal verbun­ denen Elemente erhöht wird, nimmt jedoch die Größe einer unerwünschten Antwort aufgrund einer Nebenkeule eines Empfangsstrahls proportional zum Anstieg der Zahl der ge­ meinsam zum selben Kanal verbundenen Elemente zu, womit das Signal/Rausch-Verhältnis des Bildes verschlechtert wird.

Die generelle Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Ultraschall-Bildvorrichtung zu schaffen, mit der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile überwunden werden. Insbesondere soll eine relativ billige Ultraschall-Bild­ vorrichtung angegeben werden, die über den gesamten Arbeits­ bereich, der einen Nahbereich und einen Fernbereich abdeckt, eine hohe Abbildungsleistung zeigen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe verwendet die erfindungs­ gemäße Ultraschall-Bildvorrichtung eine sogenannte Array- Sonde mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Wandler­ elemente. Die Einzelelemente werden dabei mit Sende- oder Übertragungssignalen versorgt, die jeweils unterschiedlich festgelegten Verzögerungen ausgesetzt werden, um einen Sendestrahl zu erzeugen, der in einem vorgegebenen Brenn­ punkt konvergiert. In der Betriebsart des Empfangs von Wellen wird eine Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung ver­ wendet, um eine Vielzahl von Elementgruppen aufzubauen, die jeweils eine Vielzahl von benachbart angeordneten Ele­ menten aufweisen, die elektrisch miteinander verbunden wer­ den, indem unter den mit den Einzelelementen verbundenen Signalleitungen eine Verbindung der Signalleitungen, die von den benachbart angeordneten Elementen ausgehen, zu ge­ meinsamen Signalleitungen erfolgt. Die Ausgangssignale von der Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung werden unterschied­ lich verzögert und miteinander addiert, um ein Empfangs­ signal zu erzeugen, das für einen Empfangsstrahl mit einem vorgegebenen Brennpunkt charakteristisch ist. Durch die Erstellung gemeinsamer Verknüpfungsmuster oder Verzögerungs­ muster, mit denen die jeweiligen Elemente unterschiedlich für Senden und Empfangen auf diese Weise beaufschlagt wer­ den, kann die Größe einer Nebenkeule in einer Umlaufant­ wort unterdrückt werden, wodurch sichergestellt wird, daß ein Bild mit einem hohen Störabstand bzw. Signal/Rausch- Verhältnis erzielt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Brennweite des Empfangsstrahls und synchron dazu auch das durch die Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung aufgebaute gemeinsame Verknüpfungsmuster sequentiell verändert. Für die Verzögerung des Empfangsstrahls wird andererseits eine Abtast- und Halteschaltung, eine sogenannte Sample-and- Hold-Schaltung, verwendet, und der Takt für das Verändern des gemeinsamen Verknüpfungsmusters wird so festgesetzt, daß er dem Abtasttakt der Sample-and-Hold-Schaltung um ein vorgegebenes Zeitintervall vorauseilt, um dadurch zu ver­ hindern, daß ein durch die Veränderung verursachtes Rauschen das Empfangssignal stört.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen die Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung und jedes Element eine Inkremental-Verzögerungsschaltung geschaltet, und die Empfangssignale der jeweiligen Elemente in jeder Element­ gruppe werden mittels dieser Inkremental-Verzögerungsschal­ tung so beeinflußt, daß sie sich in der Verzögerungszeit geringfügig voneinander unterscheiden.

Die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ultraschall-Bildvorrich­ tung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 Eingangs/Ausgangs-Verknüpfungen von Signalleitun­ gen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1;

Fig. 3, 5 und 6 graphische Darstellungen der Direktivi­ tät einer Umlaufantwort, einer Empfangsantwort bzw. einer Sendeantwort;

Fig. 4 Eingangs/Ausgangs-Verknüpfungen von Signallei­ tungen, wie sie für den Erhalt der Kennlinien nach den Fig. 3, 5 und 6 verwendet werden;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Direktivität einer Umlaufantwort zum Vergleich mit der nach Fig. 3;

Fig. 8 Eingangs/Ausgangsverknüpfungen von Signalleitun­ gen, wie sie für den Erhalt der Kennlinie nach Fig. 7 verwendet werden;

Fig. 9 (a) eine Verzögerungsschaltung;

Fig. 9 (b) ein Zeitdiagramm eines Steuertaktes für die Ver­ zögerungsschaltung;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Teils einer weiteren Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 11 und 13 Schaltbilder von Komponenten des Aus­ führungsbeispiels nach Fig. 10;

Fig. 12 (a) und 12 (b) Verknüpfungsdiagramme der Eingangs/ Ausgangs-Signalleitungsverknüpfungen im Ausführungs­ beispiel nach Fig. 10; und

Fig. 14 ein Zeitdiagramm für die Steuertakte des Ausführungs­ beispiels nach Fig. 10.

Wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, werden in einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildvorrichtung von Einzel­ elementen einer Array-Ultraschallsonde 1 ausgehende Signal­ leitungen für eine Auswahl zuerst zu einer Apertur-Auswahl­ schaltung 2 geführt und verzweigen sich auf zwei Wege, von denen einer mit einer Sendeschaltung 6 und der andere über eine Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 mit einem Empfangsstrahlformer 4 verbunden ist, der ein durch eine Anzeigeschaltung 5 darzustellendes Reflexionsbildsignal er­ zeugt. Die gesamte Anordnung arbeitet synchron auf der Grundlage von Signalen von einer Haupttaktgeberschaltung 7. Im einzelnen ist die Apertur-Auswahlschaltung 2 mit der Anzeigeschaltung 5 mittels einer Steuerschaltung 8 synchro­ nisiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Brennpunkt des Empfangsstrahls beispielsweise in vier Stufen: 15 mm, 30 mm, 45 mm und 60 mm oder mehr verändert. Der Betrieb der Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 für dieses Aus­ führungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die die gegenseitigen Verknüpfungen in der Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 zwischen Ein­ gangssignalleitungen A 1 bis A 40 und Ausgangssignalleitungen B 1 bis B 10 zeigt, die für die jeweiligen Brennweiten ange­ ordnet sind. In diesem Beispiel ist eine vom Brennpunkt aus­ gehende Leitung normal zum Array der Wandlerelemente an einem Punkt zwischen Elementen, die mit den Eingangssignal­ leitungen A 20 bzw. A 21 verbunden sind. Wenn man beispiels­ weise die Verbindungen für die Brennweite FR = 45 mm nimmt, so ist die Anzahl der Eingangssignale oder der Elemente, die jeweils mit den Ausgangssignalleitungen B 1 bis B 10 ver­ bunden sind, 10, 4, 2, 2, 2, 2, 2, 2 und 2, was bedeutet, daß die Anzahl vom Fußpunkt der Normalen in Richtung des Randes der Sende/Empfangs-Öffnung bzw. -Apertur abnimmt oder sich nicht verändert. Die monotone Abnahme in der Anzahl der gemeinsam verbundenen Elemente gilt auch für die anderen Brennweiten; das Verknüpfungsmuster wird je­ doch entsprechend der Brennweite verändert, wie in Fig. 2 gezeigt.

Der Empfangsstrahlformer 4 weist eine Verzögerungs­ schaltung für die unterschiedliche Verzögerung von Signalen auf den Signalleitungen B 1 bis B 10, die für eine gemeinsame Verbindung ausgelegt sind, ein Addierglied für die Addition der verzögerten Signale sowie einen Detektor für die Diodenerfassung eines resultierenden Signals auf. Der Be­ trag der Verzögerung wird für die jeweiligen Kanäle des Empfangsstrahlformers 4 verändert, wenn die Brennweite auf 15 mm, 30 mm, 45 mm oder 60 mm oder mehr verändert wird.

Im Betriebszustand der Strahlaussendung wird anderer­ seits die gemeinsame Verknüpfung von Elementen wie oben nicht aufgebaut, sondern die Sendeschaltung liefert zu den jeweiligen Elementen, die für die Strahlaussendung in Verwendung sind, Hochfrequenz-Impulsströme, die jeweils Ver­ zögerungen mit unterschiedlichen Beträgen unterzogen werden.

Vorzugsweise werden die zehn Elemente A 16 bis A 25 so be­ trieben, daß sie einen Ultraschallstrahl senden, der bei einer Brennweite von 20 mm konvergiert, und anschließend werden aufeinanderfolgend ein Strahlempfang mit der 15 mm- Brennweite und ein weiterer Strahlempfang mit der 30 mm- Brennweite durchgeführt. Daraufhin werden die 30 Elemente A 6 bis A 35 so betrieben, daß sie einen Ultraschallstrahl senden, der bei einer Brennweite von 50 mm konvergiert, und anschließend werden aufeinanderfolgend ein Strahlempfang mit der 45 mm-Brennweite sowie ein weiterer Strahlempfang mit der 60 mm (oder mehr)-Brennweite durchgeführt.

Wie oben beschrieben, wird bei Bildung der Sende/ Empfangs-Strahlen die gemeinsame Verbindung von Signallei­ tungen von entsprechenden Elementen nur auf die Empfangs­ strahl-Fokussierung angewandt, während für die Sendestrahl- Fokussierung die jeweiligen Elemente unabhängig mit unter­ schiedlichen Verzögerungszeiten beaufschlagt werden. Dieser Aufbau ist vorteilhaft, wie unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 7 beschrieben wird. Für dieses Ausführungs­ beispiel wurden folgende Kenngrößen gewählt: Die Ultra­ schallfrequenz betrug 3,5 MHz, die Brennweite 80 mm, die Elementbreite 0,8 mm, die Anzahl der Elemente in einer Sendeöffnung bzw. Sendeapertur 30, die Anzahl der Elemente in einer Empfangsöffnung 48 und die Anzahl m(n) der ge­ meinsam verbundenen Signalleitungen im n-ten Satz, aus­ gehend vom Zentrum der Öffnung, war so verteilt, daß ent­ lang einer Hälfte der Öffnung gilt: m (1) = 7, m (2) = 3, m (3) = m (4) = m (5) = 2 und m(n) = 1 für n ≧ 6. Damit er­ hält man eine Umlaufantwort, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wobei auf der Abszisse der Azimutabstand vom Strahl­ zentrum und auf der Ordinate die relative Empfindlichkeit aufgetragen ist. Damit zeigt Fig. 3 die Direktivität einer Umlaufantwort. Für dieses Strahl-Senden/Empfangen ist die Eingangs/Ausgangs-Beziehung in der Signalleitungs- Verknüpfungsschaltung 3 nach Fig. 1 entsprechend Fig. 4 aufgebaut. Wird ein Strahlempfang mit 48 Elementen durchge­ führt, werden 24 Arten von Verzögerungszeiten auf die Empfangssignale der jeweiligen Elemente aufgebracht. Ohne die gemeinsame Verbindung der benachbarten Elemente, wie sie durch die Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 aufgebaut wird, würde daher eine Empfangsschaltung mit 24 Kanälen benötigt. Mittels der Schaltung 3 kann jedoch im Beispiel nach den Fig. 3 und 4 die Anzahl der Kanäle auf 13 verringert werden. Die Anzahl der zu dem Empfangs­ strahlformer 4 führenden Kanäle kann um 45% verringert werden, und die Empfindlichkeit einer Nebenkeule in einem Azimutabstand von 10 mm oder mehr beträgt etwa -60 dB, wo­ raus sich ein hohes akustisches Signal/Rausch-Verhältnis ergibt. Die oben genannte, bedeutende Empfindlichkeit kann erzielt werden, indem die Technik der gemeinsamen Verknüpfung nur auf die Empfangssignalleitungen Anwendung findet, wobei die Tatsache vorteilhaft ausgenutzt wird, daß eine durch die gemeinsame Verbindung hervorgerufene unerwünschte Antwort G 2 in einer Direktivitätskennlinie der Empfangsantwort, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, an einer Position auftritt, die in einer Direktivitätskennlinie der Übertragungsantwort, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, einem Tal entspricht. In diesen Figuren ist mit G 1 ein sogenannter Nebenzipfel (grating lobe) bezeichnet.

Zu Vergleichszwecken wurde versucht, ein dem nach Fig. 3 vergleichbares akustisches Signal/Rausch-Verhältnis zu erzielen, indem die gemeinsame Verknüpfung sowohl auf die Übertragung als auch auf den Empfang unter der Bedin­ gung Anwendung findet, daß die Anzahl m(n) der gemeinsam verbundenen Signalleitungen so verteilt ist, daß ent­ sprechend Fig. 8 gilt: m (1) = 5, m (2) = m (3) = 2 und m(n) = 1 für n ≧ 4. Die sich ergebende Kennlinie ist in Fig. 7 gezeigt. Wie dieser Figur zu entnehmen, sind sowohl die Sende- als auch die Empfangsstrahlen mit einer Nebenkeule oder einem Nebenzipfel im selben Azimutabstand versehen, wenn Signalleitungen für die Strahlübertragung im selben Muster wie Signalleitungen für den Strahlempfang gemeinsam verbunden werden. Wenn durch die gemeinsame Verbindung von Signalleitungen die Anzahl von Kanälen im großen Maß verringert wird, tritt demnach in der Umlaufantwort ein hoher Pegel einer unerwünschten Ant­ wort auf. Um daher das akustische Signal/Rausch-Verhält­ nis vergleichbar zu dem des Beispiels nach den Fig. 3 und 4 zu halten, muß die Verringerung der Anzahl der Kanäle durch die gemeinsame Verknüpfung von Signalleitungen auf 25% beschränkt werden, das bedeutet, daß 24 Kanäle auf 18 Kanäle verringert werden dürfen.

Obwohl im vorhergehenden Ausführungsbeispiel die Anzahl der zum Empfangsstrahlformer führenden Kanäle stark verringert werden kann und sich ein hoher akustischer Rausch­ abstand ergibt, indem nur in der Betriebsart des Empfangs von Wellen benachbart angeordnete Sondenelemente miteinan­ der verbunden werden, läßt sich auch ein hoher akustischer Rauschabstand erzielen, indem benachbarte Sondenelemente nur in der Betriebsart des Sendens von Wellen miteinander verbunden werden und in der Betriebsart des Empfangs von Wellen die Signale der entsprechenden Elemente mit unter­ schiedlichen Verzögerungen beaufschlagt werden. Wenn die Vorrichtung teuerer wird, wenn die Sendesignale mit Ver­ zögerungen beaufschlagt werden als wenn das in Verbindung mit den Empfangssignalen erfolgt, dann wird vorzugsweise diese Abwandlung gewählt, um die Kosten der Gesamtvorrich­ tung zu verringern.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird während des einem Sendevorgang folgenden Empfangs die Brennweite des Empfangsstrahls von 15 mm auf 30 mm oder von 45 mm auf 60 mm oder mehr umgeschaltet. Im allgemeinen beruht diese Brennweitenumschaltung auf der dynamischen Fokussierungskorrektur, bei der die Signalleitungs-Ver­ knüpfungsschaltung 3 im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 so betrieben wird, daß sie synchron zur Veränderung der Brennweite einen Verknüpfungszustand von Elementen auf einen anderen Verknüpfungszustand von Elementen umschaltet. Als Folge davon tritt eine Überlagerung des Empfangssignals durch ein durch das Umschalten der Ver­ bindungen hervorgerufenes Rauschen auf, das letztendlich dargestellt wird. Um dieses Problem auszuschalten, weist der Empfangsstrahlformer 4 eine Verzögerungsschaltung auf, deren Einkanalkomponente schematisch in Fig. 9 (a) darge­ stellt ist. Diese Verzögerungsschaltung 4 hat ein Haupt­ verzögerungselement 42, beispielsweise in Form von geschal­ teten kapazitiven Speichern in Tandem- bzw. Kaskadenschal­ tung, sowie eine Sample-and-Hold-Schaltung bzw. Abtast­ und Halteschaltung 41, die dem Element 42 vorgeschlatet ist. Das Empfangssignal wird sequentiell durch die Sample-and- Hold-Schaltung 41 abgetastet, und durch das Hauptverzögerungs­ element 42 für die Lieferung verzögert. Ein von der Haupt­ taktgeberschaltung 7 zugeführtes Steuersignal α steuert den Abtasttakt der Sample-and-Hold-Schaltung 41 und die Akti­ vierung des Hauptverzögerungselements 42. Die Signallei­ tungs-Verknüpfungsschaltung 3 verändert andererseits den Verknüpfungszustand im Takt eines Steuersignals 8, das von der Haupttaktgeberschaltung 7 zugeführt wird. Wie in Fig. 9 (b) gezeigt, ist die zeitliche Beziehung zwischen den Steuersignalen α und β so festgelegt, daß das Steuer­ signal β dem Steuersignal α ein Zeitintervall τ vorausgeht. Das Zeitintervall τ ist so festgesetzt, daß es lang genug ist, um zumindest die Dauer eines Rauschvorgangs aufgrund des Schaltens durch die Signalleitungs-Verknüpfungsschal­ tung 3 zu überschreiten. Daher wird die Ausgabe des Empfangsstrahlformers 4 durch das Rauschen aufgrund des Schaltens durch die Schaltung 3 selbst dann nicht beein­ flußt, wenn die Brennweite des Empfangsstrahls verändert wird, und die Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 ihre Verbindungen synchron zum Umschalten der Brennweite während eines einem Strahlsendevorgang folgenden Strahlempfangs umschaltet.

Im vorhergehenden Ausführungsbeispiel werden die Empfangssignale von mittels der Signalleitungs-Verknüpfungs­ schaltung 3 miteinander verbundenen Elementen alle demsel­ ben Betrag der Verzögerung unterzogen. Mit einer zusätz­ lichen Inkremental-Verzögerungsschaltung, die der Signal­ leitungs-Verknüpfungsschaltung 3 vorgeschaltet ist, können jedoch die Empfangssignale der jeweiligen Elemente unter­ schiedlich verzögert werden. Fig. 10 zeigt ein weiteres, dafür ausgelegtes Ausführungsbeispiel.

Signalleitungen von Elementen 1 werden durch die Apertur-Auswahlschaltung 2 ausgewählt und über eine Inkre­ mental-Verzögerungsschaltung 10 mit der Signalleitungs- Verknüpfungsschaltung 3 verbunden. Die Inkremental-Verzö­ gerungsschaltung 10 weist Verzögerungselemente 100 auf, die für einzelne Kanäle vorgesehen sind. Wie in Fig. 11 gezeigt, umfaßt jedes Verzögerungselement 100 eine LC-Ver­ zögerungsleitung 101 mit einer Anzahl von Abgriffen sowie einen Multiplexer 102, der aus der Vielzahl von Abgriffen einen auswählt und ein ausgewähltes Signal liefert. Von der Inkremental-Verzögerungsschaltung 10 ausgehende Aus­ gangssignalleitungen A 1 bis AM werden mittels der Signal­ leitungs-Verknüpfungsschaltung 3 wahlweise untereinander verbunden, so daß eine Gruppierung in N Signalleitungen B 1 bis BN erfolgt, die wiederum zu den jeweiligen Hauptver­ zögerungsschaltungen des Empfangsstrahlformers 4 führen. Die übrigen Komponenten entsprechen denen nach Fig. 1 und sind in Fig. 10 nicht dargestellt.

Nach diesem Ausführungsbeispiel kann jedes Verzögerungs­ element 100 der Inkremental-Verzögerungsschaltung 10 auf die Empfangssignale von einzelnen Elementen geringfügig unterschiedliche Verzögerungszeiten aufbringen. Daher kann die gemeinsame Verknüpfung auf Signalleitungen aller Elemente innerhalb einer Empfangsapertur angewandt werden, ohne die Umlaufantwort negativ zu beeinflussen. Das erlaubt im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 eine größere Verringerung der Zahl N der Ausgangssignal­ leitungen von der Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 oder der Zahl der Kanäle für den Empfangsstrahlformer 4. Die N Ausgangssignalleitungen können in verschiedenen Mustern miteinander verbunden werden, die, wie im Beispiel nach den Fig. 1 und 2, bei jeder Veränderung der Brenn­ weite veränderlich sind. Die Fig. 12 (a) und 12 (b) zeigen Beispiele des veränderlichen Verknüpfungsmusters. Um die gemeinsamen Verknüpfungen umzuschalten, weist die Signalleitungs-Verknüpfungsschaltung 3 eine Vielzahl von Verknüpfungsschaltungseinheiten auf, von denen jede für jedes Verknüpfungsmuster betrieben wird. In Fig. 10 sind beispielhaft zwei Verknüpfungsschaltungseinheiten 31-1 und 31-2 dargestellt. Fig. 13 zeigt die Verknüpfungsschal­ tungseinheit 31-1 im einzelnen. Eine Vielzahl von Opera­ tionsverstärkern 32 ist jeweils mit einem Rückkopplungs­ widerstand 3 R, 4 R verbunden und auf Eingangswiderstände R geschaltet, deren Anzahl entsprechend einem Verknüpfungs­ muster von Signalleitungen festgelegt ist. Die Eingangs­ widerstände R sind jeweils über einen Schalter 33 mit den Eingangssignalleitungen A 1 bis AN verbunden. Befindet sich ein Steuersignal β 1′ auf dem hohen Pegel, werden die Schalter 33 gleichzeitig eingeschaltet, und jeder Opera­ tionsverstärker 32 erzeugt ein Ausgangssignal, das der Summe von Empfangssignalen von gemeinsam verbundenen Ele­ menten entspricht. Wie im Beispiel nach den Fig. 1 und 2 werden die Anzahl M von für den Strahlempfang verwende­ ten Elementen sowie die Anzahl N von gemeinsam verbundenen Ausgangssignalleitungen mit einer für den Strahlempfang festgesetzten Brennweite verändert, und die Anzahl von Operationsverstärkern 32 unterscheidet sich entsprechend von einer Einheit zur anderen. Die Vielzahl von Verknüpfungs­ schaltungseinheiten ist parallel geschaltet, und, wenn ihre Steuersignale (β 1′ und β 2′ im Beispiel nach Fig. 10) ab­ wechselnd eingeschaltet werden, werden die Verknüpfungs­ muster von Signalleitungen umgeschaltet. Beim Schalten der Empfangsstrahl-Brennweite müssen Kontakte des in der in Fig. 11 gezeigten Inkremental-Verzögerungsschaltung enthaltenen Multiplexers 102 geschaltet werden. Die Brenn­ weite und das Steuersignal β 1′ oder β 2′ werden simultan unter der Weisung des Steuersignals β geschaltet. Das Schalten erfolgt im einzelnen synchron mit dem Steuer­ signal β, das, wie in Fig. 9 (b) gezeigt, dem Steuersignal α um das Zeitintervall τ vorausgeht. Das Steuersignal α schreibt den Abtasttakt der als Eingangsstufe dienenden Sample-and-Hold-Schaltung 41 in der Verzögerungsschaltung vor, die im Empfangsstrahlformer 4 vorgesehen ist. Somit werden diese Steuersignale α, β, β 1′ und β 2′ entsprechend der in Fig. 14 angegebenen zeitlichen Beziehung eingeschal­ tet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Zeitintervall τ so festgesetzt, daß es lang genug ist, sowohl die Dauer eines Rauschens aufgrund des Umschaltens des Multiplexers 101 in der Inkremental-Verzögerungsschaltung 10 als auch die Dauer des Rauschens aufgrund des Schaltens von Ver­ knüpfungen (das durch das Ein- oder Ausschalten der Schal­ ter 33 bewirkt wird) in der Signalleitungs-Verknüpfungs­ schaltung 3 zu überschreiten. Auf diese Weise kann verhin­ dert werden, daß die durch das Schalten hervorgerufenen Rauschvorgänge die Ausgabe des Empfangsstrahlformers 4 störend überlagern, wodurch sich ein Bild mit einem hohen Störabstand erzielen läßt.

Claims (7)

1. Ultraschall-Bildvorrichtung, gekennzeich­ net durch
eine Array-Ultraschallsonde (1) mit einer Vielzahl regelmäßig angeordneter Sondenelemente;
eine Strahlsendeeinrichtung (6) für die Zuführung von Sendesignalen an zumindest einen Teil der Sondenele­ mente, wobei die Sendesignale jeweils unterschiedlich fest­ gelegten Verzögerungen unterzogen werden, um einen akustischen Strahl zu erzeugen, der in einem vorgegebenen Brennpunkt konvergiert;
eine Signalleitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) zum Aufbau einer Vielzahl von Elementgruppen mit jeweils einer Vielzahl von benachbart angeordneten Elementen, die elek­ trisch miteinander verbunden werden, indem eine Vielzahl von Signalleitungen gemeinsam verbunden wird, die von dem ge­ nannten Teil der Sondenelemente ausgehen, wobei die Elementgruppen jeweils mit Ausgangssignalleitungen der Signalleitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) verbunden sind; und
eine Empfangsstrahl-Formeinrichtung (4) zum Auf­ bringen unterschiedlicher Verzögerungen auf jeweilige Sig­ nale auf Ausgangssignalleitungen der Signalleitungs-Ver­ knüpfungseinrichtung (3) und zum Addieren verzögerter Signa­ le, um ein für einen Empfangsstrahl mit einem vorgegebenen Brennpunkt repräsentatives Empfangssignal zu bilden.

2. Ultraschall-Bildvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Empfangs­ strahl-Formeinrichtung (4) eine Funktion für die Veränderung der Brennweite eines Empfangsstrahls hat, und daß die Signal­ leitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) eine Funktion für die Veränderung des Musters der Elementgruppen synchron zur Veränderung der Brennweite hat.

3. Ultraschall-Bildvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Signal­ leitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) das Muster der Ele­ mentgruppen sequentiell verändert, daß die Empfangsstrahl- Formeinrichtung (4) für das Aufbringen der unterschiedli­ chen Verzögerungen eine Verzögerungseinrichtung (41, 42) mit einer Abtast- und Halteeinrichtung (41) aufweist und den Abstand des Brennpunktes sequentiell ändert, und daß eine Taktsteuereinrichtung (7) vorgesehen ist, die bewirkt, daß die Signalleitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) das Muster der Elementgruppen mit einem spezifizierten Takt ändert, der einem Abtasttakt der in der Empfangsstrahl- Formeinrichtung (4) enthaltenen Abtast- und Halteeinrichtung (41) um ein vorgegebenes Zeitintervall vorausläuft.

4. Ultraschall-Bildvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Taktsteuer­ einrichtung (7) bestimmte vorgegebene Zeitintervall lang genug festgesetzt ist, daß es die Dauer eines Rauschens auf­ grund der Veränderung des Musters der Elementgruppen durch die Signalleitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) übersteigt.

5. Ultraschall-Bildvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Inkremen­ tal-Verzögerungseinrichtung (10), die zwischen die Sonden­ elemente und die Signalleitungs-Verknüpfungseinrichtung (3) geschaltet ist, um auf entsprechende Empfangssignale der Sondenelemente geringfügig unterschiedliche Verzögerungs­ zeiten aufzubringen.

6. Ultraschall-Bildvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Inkremental-Ver­ zögerungseinrichtung (10) den Betrag der Verzögerung synchron zu einer Veränderung der Brennweite eines Empfangs­ strahls durch die Empfangsstrahl-Formeinrichtung (4) verändert.

7. Ultraschall-Bildvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Takt­ steuereinrichtung (7) bestimmte vorgegebene Zeitintervall lang genug festgesetzt ist, daß es die Dauer eines Rauschens aufgrund der Veränderung des Betrages der Verzögerung durch die Inkremental-Verzögerungseinrichtung (10) übersteigt.