DE3690124C2 - Ultraschall-Abbildungseinrichtung und Ultraschall-Abbildungs-Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Ultraschall-Abbildungs-Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 26.

Ultraschall-Abbildungseinrichtungen vom Durchstrahlungstyp, bei denen ein sendender und ein empfangender Geber auf entgegengesetzten Seiten eines untersuchten Objekts bzw. einer untersuchten Probe angeordnet sind, sind bekannt (vgl. US-3 937 066 und US 4 457 175). Normalerweise werden von Durchstrahlungs-Einrichtungen C-Abtastbilder erzeugt, die in einer zu den ausgesandten Wellen senkrechten Ebene liegen. Ultraschall-Echobilderzeugungseinrichtungen sind ebenfalls bekannt (vgl. US 4 016 750 und US 4 305 296). Dabei werden normalerweise B-Abtastbilder geliefert, wobei die erzeugte Abbildung in einer Ebene liegt, die die ausgebreiteten Wellen enthält. Natürlich können C-Abtastbilder auch durch Anwendung von Echobildverfahren erhalten werden.

Aus der DE 31 21 513 A1 ist eine Ultraschall-Abbildungs­ einrichtung der genannten Art bekannt, die das Innere eines Objekts aus Reflexionen an inneren Diskontinuitäten wieder­ kehrender Ultraschallimpulse ausschnittsweise abbildet. Die Bereichszone, welche für den Signalempfang durch den Geber bzw. Wandler und für die Signalverarbeitung maßgebend ist, befindet sich im Bereich um den Brennpunkt. Dies ermöglicht die Erzeugung von Zeilensegmentsignalen aus jeder Bereichszone. Der Brennpunkt, auf welchen die Ultraschall­ signale durch eine Fokussiereinrichtung fokussiert werden, befindet sich dabei innerhalb der abzubildenden Bereichszone.

Aufgabe der Erfindung ist es, Ultraschall-Abbildungs­ einrichtung und ein Ultraschall-Abbildungs-Verfahren der jeweils genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine bessere Bildauflösung und dadurch eine bessere Darstellung der zur Abbildung zu bringenden Objektteile möglich ist. Dabei sollen Eigenschaften von Echobild- und Durchstrahlungsbild- Einrichtungen miteinander kombiniert werden, um bessere Abbildungen zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. im Kennzeichen des Anspruchs 26 aufgeführten Merkmale gelöst. Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es ist die Schaffung einer Echo-Durchstrahlungs-Ultraschall- Abbildungseinrichtung bzw. eines solchen Verfahrens vorgesehen, wobei ein einziger Geber (bzw. Wandler) sowohl zum Senden als auch zum Empfangen der Ultraschallwellen eingesetzt wird. Ferner sollen bei dieser Einrichtung reflektierte Wellen, die in einer Bereichszone hinter dem Brennpunkt des empfangenden Gebers liegen und das Objekt am Brennpunkt beschallen, aufbereitet werden, so daß das Empfangssignal Information vom Brennpunkt liefert und nicht spezielle Information aus der Bereichszone, aus der die reflektierten Signale empfangen werden. Dabei ist vorgesehen, daß die Abbildungseinrichtung bzw. das Verfahren mit einem Geber arbeitet, der sowohl zum Senden als auch zum Empfangen der Ultraschallwellen dient, ohne daß gesonderte Sende- und Empfangsgeber vorgesehen sein müssen.

Gemäß der Erfindung aktiviert ein Sender einen Geber zum Abstrahlen von Ultraschallenergie in einen Abschnitt eines zu untersuchenden Objekts. Ultraschallenergiewellen, die aus dem Objektinneren reflektiert werden, werden vom Geber empfangen, wo sie in elektrische Signale umgeformt werden.

Strahlbündelungsmittel zur Bündelung bzw. Fokussierung des Gebers und Strahlabtastmittel zur Abtastung des abzubildenden Abschnitts sind vorgesehen und können entweder als Ultraschall-, mechanische oder elektronische Vorrichtungen implementiert sein. Die Einrichtung umfaßt einen Signalprozessor, der auf das elektrische Ausgangssignal des Gebers anspricht und Signale aufbereitet, die aus einer hinter der Stelle, auf die der Strahl fokussiert ist, stammenden Bereichszone empfangen werden. Bei der Signalaufbereitung werden die Signale aus der Bereichszone erfaßt und über den Zeitraum, in dem diese Signale aus der Bereichszone empfangen werden, zeitlich integriert. Das integrierte Ausgangssignal, das Information von dem Punkt, auf den der Empfangsgeber fokussiert ist, darstellt, wird einer Sichtanzeige zugeführt und liefert Information für ein Bildelement der Sichtanzeige.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Ultraschall-Abbildungseinrichtung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funk­ tionsweise der Einrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Aus­ führungsform der Ultraschall-Abbildungsein­ richtung zur Verwendung bei der Raumbilder­ zeugung eines Objekts;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funk­ tionsweise der Einrichtung von Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren abgewandel­ ten Ausführungsform der Ultraschall-Abbil­ dungseinrichtung für die C-Abtastbilderzeugung des Objekts in ausgewählten Ebenen;

Fig. 6A und Fig. 6B gemeinsam ein Blockschaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls für die räumliche Abbildung eines Objekts eingesetzt wird;

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funk­ tionsweise der Einrichtung nach den Fig. 6A und 6B;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer zwei Betriebsarten aufweisenden Abbildungseinrichtung für C- und B-Abtastbilderzeugung;

Fig. 9, 10, 11 und 12 verschiedene Ultraschallgeber-Abtastvorrich­ tungen zur Verwendung in Reflexdurchstrah­ lungs-Ultraschall-Bilderzeugungseinrichtungen nach der Erfindung; und

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer mit B-Abtastung arbeitenden Reflexdurchstrahlungs-Ultraschall- Bilderzeugungseinrichtung nach der Erfindung.

Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Ultraschall-Abbildungseinrichtung mit einem Geber 10 zeigt, der bei der gezeigten Anordnung für das Aussenden und den Emp­ fang von Ultraschall-Impulssignalen verwendet wird. Für Zwecke der Veranschaulichung ist ein gekrümmter Bündelungs­ geber gezeigt. Ultraschall-Druckwellen, die von dem Bünde­ lungsgeber 10 erzeugt werden, werden durch ein geeignetes akustisches Durchstrahlungsmedium wie Wasser (nicht gezeigt) mit dem untersuchten Objekt 14 gekoppelt und im Inneren des Objekts gebündelt. Die Einrichtung eignet sich zwar sehr gut zur Abbildung lebender Organismen, es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf diese spe­ zielle Anwendung beschränkt ist. Anstelle des Bündelungs­ gebers könnte natürlich irgendein anderes akustisches Bündelungsmittel wie eine akustische Linse, ein gekrümmter akustischer Spiegel od. dgl. verwendet werden. Auch kann elektronische Bündelung anstelle oder zusätzlich zu der akustischen Bündelung angewandt werden. Wie noch ersicht­ lich wird, wird zwar die Bündelung sowohl beim Senden wie beim Empfang bevorzugt, eine Bündelung ist jedoch nur wäh­ rend des Empfangs oder nur während des Sendens erforder­ lich.

Der Sendeteil der Einrichtung umfaßt einen Impulsgeber 16 für die periodische Erzeugung von HF-Energieimpulsen, die über einen Sende/Empfangs-Schalter 18 dem Geber 10 für die Erzeugung von Ultraschallwellen zugeführt werden, die am Brennpunkt F im Inneren des Objekts 14 fokussiert werden. Typischerweise kann eine Betriebsfrequenz von z. B. 1-10 MHz angewandt werden. Die Achse des Ultraschallstrahls ist mit 20 bezeichnet, und bei der gezeigten Ausführungs­ form wird ein C-Abtastbild der Ebene 22 senkrecht zur Achse 20 durch Verschieben des Brennpunkts F in der Ebene zu deren Abtastung erhalten. Der Geber 10 und die zugeord­ nete Bündelungslinse 12 werden in x- und y-Richtung ent­ sprechend Fig. 1 durch einen Abtastschalter 24 abgetastet, der damit über eine mechanische Verbindung gekoppelt ist. Die Abtastvorrichtung 24 umfaßt auch einen Abtastlageinformationskreis, dessen Ausgang mit einer Takt- und Steuer­ einheit 28 gekoppelt ist, die ihrerseits Ausgänge zur Syn­ chronisierung der Sende-, Empfangs- und Anzeige-Abtast­ operationen aufweist.

An Unstetigkeiten oder Streustellen im Inneren des Objekts 14 reflektierte Ultraschallsignale, die vom Geber 10 emp­ fangen werden, werden in elektrische Signale umgeformt und durch den Sende/Empfangs-Schalter 18 einem Signalempfänger oder -prozessor 30 zugeführt, der beispielsweise einen tor­ gesteuerten Verstärker 32 aufweist. Ein nicht gezeigter Vorverstärker kann in den Verbindungsweg der Empfangssi­ gnale zum Verstärker 32 eingeschaltet sein. Dem torge­ steuerten Verstärker 32 wird von der Takt- und Steuerein­ heit 28 ein Zeitsteuersignal zugeführt für die Steuerung der Empfangsoperation. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der Empfänger aufgesteuert zur Verarbeitung von Echosignalen, die von einem Volumen V innerhalb einer Bereichs­ zone Z hinter der Brennebene 22 und dem darin befindlichen Brennpunkt F empfangen werden, also aus einer Zone, die der Bündelungsebene des Gebers gegenüberliegt. Die Bereichszone kann dem Brennpunkt F benachbart liegen, und erwünschten­ falls kann das innere Ende der Bereichszone am Brennpunkt F liegen. Bei der gezeigten Ausführungsform werden nur aus der Bereichszone Z empfangene reflektierte Signale vom Si­ gnalprozessor 30 verarbeitet. Selbstverständlich können aus verschiedenen Tiefen und/oder Bereichszonen empfangene Echosignale mit Hilfe anderer Mittel (nicht gezeigt) ver­ arbeitet werden.

Da Rücklaufsignale aus einem Bereich von Entfernungen Z im Inneren des Objekts empfangen werden, werden Empfangssignale vom torgesteuerten Verstärker 32 in einem Regelver­ stärker 34 verstärkt, dessen Verstärkungsfaktor zeitlich regelbar ist nach Maßgabe des Ausgangssignals eines Ver­ stärkungsfunktionsgebers 36. Die zeitliche Steuerung der Operation des Verstärkungsfunktionsgebers 36 erfolgt durch die Takt- und Steuereinheit 28. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 34 wird proportional zu dem Bereich erhöht, um so durch Schallabsorption im Objekt bewirkte Signalver­ luste auszugleichen. Erwünschtenfalls kann eine zeitliche Verstärkungsfunktion angewandt werden, die dem Zustand angenähert ist, in dem reflektierte Wellen, die den Brenn­ punkt F aus dem Volumen V durchlaufen, gleiche Amplitude haben.

Vom Regelverstärker 34 werden empfangene Signale in einen Verstärker 38 mit einer erwünschten Verstärkungsfunktion gekoppelt. Z. B. kann der Verstärker 38 ein linearer oder ein nichtlinearer Verstärker sein.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 38 wird von einem Hüll­ kurvendetektor 40 erfaßt, der z. B. ein Vollweggleichrich­ ter mit Tiefpaßfilter ist und ein Ausgangssignal hat, das der Hüllkurve des HF-Ausgangssignals des Verstärkers 38 proportional ist. Im vorliegenden Fall wird das Ausgangs­ signal des Detektors einem Integrierer 42 zugeführt zur zeitlichen Integration während der Zeitdauer, in der Si­ gnale aus der Bereichszone Z empfangen werden. Nach jeder Integrationsoperation wird das Ausgangssignal des Inte­ grierers einem Haltekreis 44 zugeführt, von dem es unter Steuerung durch die Takt- und Steuereinheit 28 einem Bild­ rasterwandler 46 und dann einer Sichtanzeige 48, z. B. einer Kathodenstrahlröhre, zugeführt wird. Am Ende der Emp­ fangsoperation nach Überführung des Ausgangssignals des Integrierers zum Haltekreis 44 wird der Integrierer 42 durch Anlegen eines Rücksetzsignals auf Leitung 50 von der Takt- und Steuereinheit 28 rückgesetzt zur Vorbereitung auf den nächsten Sende/Empfangszyklus. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird bei jedem Sende/Empfangszyklus Information zur Anzeige eines einzelnen Bildelements erhalten.

Es wird zwar angenommen, daß die Funktionsweise der Ultra­ schall-Abbildungseinrichtung nach Fig. 1 aus der vorste­ henden Beschreibung deutlich wird; jedoch folgt anschlie­ ßend eine kurze Beschreibung unter Bezugnahme auf das Ab­ laufdiagramm von Fig. 2. Der fokussierende Geber 10 wird über das Objekt 14 in x- und y-Richtung von dem Abtast­ mechanismus 24 bewegt. Ein Abtastlagesignal wird von dem dem Abtastmechanismus zugeordneten Abtastlagekreis erzeugt und der Takt- und Steuereinheit 28 zugeführt, die Steuer­ signale für die zeitlich gesteuerte Operation des Senders, des Empfängers und der Sichtanzeige erzeugt.

Während der Sendeperiode zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 werden Ultraschallwellen vom Geber 10 erzeugt, der durch das Ausgangssignal des Impulsgebers 16 aktiviert ist. Die Geberimpulse sind in Fig. 2 mit 52 bezeichnet. Der Ultra­ schallwellenimpuls vom Bündelungsgeber 10 pflanzt sich in das Objekt 14 fort, und zum Zeitpunkt T3 werden vom Brenn­ punkt F reflektierte Echosignale vom Geber 10 empfangen. Nach einer Zeitverzögerung zwischen den Zeitpunkten T2 und T4 wird der Empfänger durch das Empfängertorsignal 54, das dem torgesteuerten Verstärker 32 von der Takt- und Steuer­ einheit zugeführt wird, aufgesteuert zur Verarbeitung von Echosignalen, die aus einer Bereichszone hinter dem Brenn­ punkt F empfangen werden. Das zeitlich gesteuerte Ausgangs- Empfangssignal des Verstärkers 38 ist bei 56 in Fig. 2 gezeigt. Das Empfangssignal wird vom Hüllkurvendetektor 40 erfaßt, dessen Ausgangssignal mit 58 bezeichnet ist. Das erfaßte Signal wird vom Integrierer 42 integriert, dessen Ausgangssignal mit 60 bezeichnet ist. Nach dem Zusteuern des Empfängers zum Zeitpunkt T5 wird das Ausgangssignal des Integrierers dem Haltekreis 44 unter Steuerung durch ein Haltesteuersignal 62 zugeführt. Anschließend an diese Über­ tragung wird zum Zeitpunkt T6 der Integrierer durch ein Rücksetzsignal 64 rückgesetzt. Der nächstfolgende Sende/Empfangszyklus beginnt zum Zeitpunkt T7 mit der Aussendung eines weiteren Beschallungsimpulses 52.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß die gesamte ausge­ sendete Energie mit Ausnahme der vor dem Brennpunkt F ge­ streuten und absorbierten Energie durch den Brennpunkt geht. Sie breitet sich anschließend aus und wird durch Inhomogenitäten des Objekts innerhalb der im wesentlichen konischen Zone V hinter der Bündelungsebene 22 gestreut. Die Verteilung von Streustellen hinter dem Objekt bildet eine wirksame verlängerte inkohärente Beschallungsquelle. Wie bereits erwähnt, ergibt sich eine höchst wirksame Be­ schallung, wenn die durch den Brennpunkt aus jeder Schicht der Bereichs Zone reflektierten Wellen im wesentlichen glei­ che Amplitude haben, und dieser Zustand wird näherungsweise erreicht durch die zeitliche Verstärkungskorrektur des Empfängers, wie bereits erläutert. Wenn jedoch der Rausch­ abstand bei größeren Tiefen zu gering ist, kann eine zeit­ liche Verstärkungskorrektur angewandt werden, die für einen verbesserten Rauschabstand bei derartigen Tiefen sorgt.

Gestreute Wellen werden vom Geber 10 empfangen, aber die durch den Brennpunkt F gehenden Wellen haben den größten Einfluß auf das vom Empfangsgeber erzeugte Signal. Somit durchlaufen die empfangenen Wellen den Brennpunkt zweimal, und ihre Amplitude wird durch Dämpfung in diesem stark be­ einflußt. Es ist somit ersichtlich, daß ein wesentlicher Vorteil der Erfindung in der Fähigkeit der Erzeugung von Durchstrahlungsbildern durch Rückstreuung besteht. Zusätz­ lich wird ein verbesserter Rauschabstand erzielt infolge der verlängerten Integrationszeit, was auch die Verringe­ rung von Bildvergrießung gewährleistet.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine modifi­ zierte Ausführungsform zeigt, die zur Erzeugung räumlicher Abbildungen eines Teils des Inneren eines Objekts 70 dient. Dabei ist Information zur Abbildung an einer Mehrzahl unterschiedlicher Ebenen 22-1, 22-2, . . . , 22-N im Objekt 70 gezeigt. Ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung ist ein Geber 72 mit einer zentralen kreisrunden Elektrode 72-1 und konzentrisch angeordneten Ringelektroden 72-2 bis 72-M gezeigt.

Der Sendeteil der Einrichtung umfaßt eine Torimpulsgeber­ einheit 74 mit mehreren Impulsgebern, die bei unterschied­ lichen Mittenfrequenzen f1, f2, . . . , fN arbeiten. Das Auf- Zu-Steuern der Impulsgeber in der Einheit 74 erfolgt unter Steuerung durch die Takt- und Steuereinheit 76. Ausgangs­ impuls der Impulsgebereinheit 74 werden an Elemente 72-1 bis 72-M der Ringgeberanordnung 72 über Sende/Empfangs­ schalter 18-1 bis 18-M gekoppelt. Die Torimpulsgebereinheit 74 hat die Funktion, Elementen des Gebers 72 erste Impuls­ signale einer Mittenfrequenz f1 zuzuführen, wobei die zeit­ liche Steuerung dieser Signale an den Geberelementen zur Erzeugung eines gebündelten Strahls mit einem Brennpunkt bei F1 in der Brennebene 22-1 führt. Dann werden zweite Impulssignale einer Mittenfrequenz f2 den Geberelementen mit geeigneter zeitlicher Steuerung zugeführt zur Erzeugung eines Strahls, der in der Ebene 22-2 im Brennpunkt F2 ge­ bündelt wird. Schließlich werden den Geberelementen Impuls­ signale einer Mittenfrequenz fN mit geeigneter zeitlicher Steuerung zugeführt zur Impulsförmigen Aussendung eines Strahls, der im Brennpunkt FN in der Ebene 22-N gebündelt wird. Eine Serie von Impulsbeschallungen mit den Mitten­ frequenzen f1-fN erfolgt somit sehr schnell nacheinander, bevor irgendwelche Echosignale aus Bereichszonen hinter den Brennpunkten empfangen werden und bevor Signalprozessoren für die Verarbeitung von Echosignalen aufgesteuert werden.

Ein Signalempfänger 80 zur Verarbeitung der frequenzver­ schiedenen Echosignale umfaßt mehrere Summierverstärker 82-1 bis 82-N, denen elektrische Signale, die durch Echo­ signale an Geberelementen erzeugt sind, über die Sende/Empfangsschalter zugeführt werden. Mit Ausnahme der äußer­ sten Ringelektrode 72-M sind elektrische Signale von den Elementen der Ringanordnung über Zeitverzögerungsglieder 84 an die Summierverstärker für zeitlich verzögerte Fokussie­ rung des Gebers gekoppelt. Hier sind mehrere unveränder­ liche Signalverzögerungsglieder 84D mit geeigneten zeit­ lichen Verzögerungen gezeigt zum Koppeln von Elektroden der Geberanordnung mit den Summierverstärkern. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das äußerste Ringelement 72-M direkt mit den Summierverstärkern gekoppelt, ohne daß diese Signale verzögert werden müssen.

Ausgänge der Summierverstärker 82-1 bis 82-N sind mit Band­ paßfiltern 86-1 bis 86-N gekoppelt, die die Funktion haben, die frequenzverschiedenen Rücksignale zu trennen. Durch Anwendung getrennter Sätze von Verzögerungsgliedern, Sum­ miergliedern und Filtern werden Empfängerbrennpunkte an einer Vielzahl Tiefen gebildet, in denen die gesendeten Impulse fokussiert werden. Die frequenzmäßig getrennten elektrischen Signale werden in Signal-Prozessoren 30-1 bis 30-N verarbeitet, die von der gleichen Art wie der Prozes­ sor 30 von Fig. 1 sein können. Die Signal-Prozessoren wer­ den unter Steuerung durch die Takt- und Steuereinheit 76 aufgesteuert zur Verarbeitung von Signalen aus Bereichs­ zonen hinter den zugehörigen Brennpunkten. In Fig. 3 sind die Bereichszone ZN und das zugehörige Volumen VN, aus dem Echosignale zum Erhalt von Information betreffend den Brennpunkt FN empfangen werden, zusammen mit Bereichszonen Z1 und Z2 gezeigt. Die Bildebenen werden durch Bewegen der Ringanordnung 72 entlang der x- und der y-Achse unter Steu­ erung durch den Abtastschalter- und Abtastlagekreis 24 ab­ getastet. Ausgangssignale der Signal-Prozessoren 30-1 bis 30-N werden einer Sichtanzeige 90 zugeführt für die selek­ tive oder gleichzeitige Anzeige von aus den verschiedenen Bildebenen erhaltenen Abbildungen. Zur gleichzeitigen An­ zeige können die Ausgangssignale der Signal-Prozessoren in getrennten Farben angezeigt werden, so daß zwischen ihnen unterschieden werden kann. Alternativ können die Ausgangs­ signale zur Bildung räumlicher Paare oder anderweitig ver­ knüpft oder getrennt sichtbar gemacht werden.

Die Funktionsweise der Einrichtung nach Fig. 3 wird nach­ stehend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 4 kurz erläutert. Impulse 92-1, 92-2 und 92-N, die an den Brennpunkten F1, F2 und FN gebündelt werden, werden sehr schnell nacheinander zu den Zeitpunkten T1, T2 und T3 von der Geberanordnung 72 unter Steuerung durch die torge­ steuerte Impulsgebereinheit 74 ausgesendet. Hier ist zu beachten, daß es nicht erforderlich ist, kurze Impulse zu verwenden, wie das bei der B-Abtastung erforderlich ist. Längere Impulse erlauben die Anwendung einer höheren mitt­ leren Sendeleistung und eine bessere Blockierung von Emp­ fängerrauschen. Die Verwendung längerer Impulse führt je­ doch zu einem sofortigen Empfang von Signalen aus immer breiteren Schichten innerhalb der Bereichszone, was wie­ derum in einer größeren statistischen Schwankung der reflektierten Signalleistung resultiert. Die Impulslänge kann einfach so gewählt werden, daß der Rauschabstand in einem speziellen untersuchten Objekt maximiert wird. Mäßig schmalbandige Sendeimpulse, deren jeder in einer anderen Tiefe fokussiert wird und deren Mittenfrequenzen ungefähr umgekehrt proportional der Brennweite sind, können ange­ wandt werden. Zu den Zeitpunkten T4, T6 und T10 werden von den jeweiligen Brennpunkten F1, F2 und FN reflektierte Si­ gnale aus den Impulsen 92-1, 92-2 und 92-N empfangen. An­ schließend werden die Signal-Prozessoren 30-1, 30-2 und 30-N zu den Zeitpunkten T5, T7 und T11 durch Torsignale 94-1, 94-2 und 94-N aufgesteuert. Der vorstehend beschrie­ bene Sende/Empfangszyklus wird, beginnend zum Zeitpunkt T13, wiederholt. Bereichs-torgesteuerte Empfangssignale werden an den Signal-Prozessoren in der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläuterten Weise erfaßt und inte­ griert und dann an der Anzeigeeinheit 90 zur Anzeige ge­ bracht. Die vorstehend erläuterte Einrichtung eignet sich sehr gut zum Einsatz in Verbindung mit Doppler-Blutstrom­ meßvorrichtungen, wobei die Möglichkeit gegeben ist, ein räumliches Durchstrahlungs-Reflexbild und überlagerte Ab­ bildungen von Blut, das im wesentlichen in den Abbildungs­ ebenen durch Blutgefäße strömt, zu erhalten.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Ausführungsform zur Erzeu­ gung von C-Abtastbildern an ausgewählten Brennebenen. Die Einrichtung weist eine ringförmige Geberanordnung 72 ent­ sprechend derjenigen von Fig. 3 mit Elementen 72-1 bis 72-M auf. Ein Abtastschalter- und Abtastlagekreis 24 bewegt den Geber mechanisch in zwei Dimensionen entlang der x- und der y-Achse und liefert Lagesignale an die Takt- und Steuer­ einheit 100. Die Sende/Empfangseinheit 101 umfaßt einen Torimpulsgeber 102, der mit den Geberelementen über Sende/Empfangsschalter 18-1 bis 18-M gekoppelt ist. Der Impuls­ geber 102 arbeitet mit einer einzigen Mittenfrequenz, und die zeitliche Steuerung der Aufsteuerung seines Ausgangs an die Elemente der Geberanordnung führt zur Fokussierung des gesendeten Ultraschallimpulses in einer ausgewählten Tiefe unter Steuerung durch die Tiefensteuerung 104 an der Takt- und Steuereinheit 100.

Von Echowellen an den Geberelementen erzeugte elektrische Signale werden einem Summierverstärker 108 zugeführt. Regelbare Verzögerungsglieder sind in den Verbindungsweg aller Ringelemente mit Ausnahme des äußeren Ringelements 72-M der Geberanordnung mit dem Summierverstärker einge­ schaltet zur Fokussierung des Empfangssignals an dem glei­ chen Brennpunkt, an dem der gesendete Impuls unter Steue­ rung durch die Tiefensteuerung 104 fokussiert wird. In Fig. 5 sind zwei der regelbaren Verzögerungsglieder 106-1 und 106-2 für die Kopplung der Geberelemente 72-1 und 72-2 an den Summierverstärker gezeigt. Der Signal-Prozessor 30, der demjenigen von Fig. 1 entspricht, verarbeitet das Signal zur Erzeugung eines C-Abtastbilds an der Anzeigeeinheit 48.

Auf-Zu-Steuerung des im Signal-Prozessor vorgesehenen tor­ gesteuerten Verstärkers erfolgt ebenfalls unter Steuerung durch die Tiefensteuerung 104 zur Steuerung der Bereichs­ zone, aus der Echosignale verarbeitet werden in Verbindung mit den Sende- und Empfangs-Brennpunkten, die durch die Einstellung der Tiefensteuerung 104 gegeben sind.

Eine weitere modifizierte Ausführungsform der Einrichtung zum Erhalt räumlicher Bilder ist in den Fig. 6A und 6B gezeigt. Dabei wird anstelle einer Serie von Impulsen mit verschiedenen Mittenfrequenzen (entsprechend Fig. 3) ein Signal mit nur einer Frequenz gesendet. Die gezeigte Bild­ erzeugungseinrichtung umfaßt eine ringförmige Geberanord­ nung 72, die derjenigen nach den Fig. 3 und 5 entsprechen kann und Geberelemente 72-1 bis 72-M aufweist. Ein Abtast­ schalter- und Abtastlagekreis 24 bewegt den Geber mecha­ nisch entlang der x- und der y-Achse und liefert an die Takt- und Steuereinheit 110 Lagesignale.

Der Sendeteil der Einrichtung umfaßt einen Torimpulsgeber 112, der mit den Geberelementen über Sende/Empfangsschalter 18-1 bis 18-M gekoppelt ist. Der Impulsgeber 112 arbeitet mit einer einzigen Mittenfrequenz, und die zeitliche Steue­ rung des Aufsteuerns seiner Ausgangsimpulse auf einzelne Geberelemente führt zu einer schwachen Fokussierung des Sendeimpulses. Der schwach fokussierte gesendete Strahl ist mit 114 bezeichnet, und die Geberachse ist mit 116 bezeich­ net. Während des Empfangs wird der Geber nacheinander auf Brennpunkte F1, F2 und F3 fokussiert zum Erhalt von Infor­ mation in bezug auf drei verschiedene parallele Ebenen, in denen die Brennpunkte liegen und die im wesentlichen senk­ recht zur Strahlachse 116 verlaufen. Zur besseren Verdeut­ lichung sind die Bildebenen in Fig. 6A nicht gezeigt. Sie können jedoch entsprechend den Ebenen 22-1, 22-2 und 22-N von Fig. 3 angeordnet sein.

Der Signalempfänger 120 zur Verarbeitung elektrischer Si­ gnale, die durch Echowellen an den Geberelementen erzeugt und mit diesen durch die Sende/Empfangsschalter 18-1 bis 18-M gekoppelt sind, umfaßt einen Summierverstärker 124. Empfangssignale von allen Geberelementen mit Ausnahme des äußeren Geberelements 72-M werden über regelbare Verzöge­ rungsglieder 122 mit dem Summierverstärker 124 gekoppelt; zwei dieser regelbaren Verzögerungsglieder 122-1 und 122-2 sind in Fig. 6A gezeigt und koppeln die Geberelemente 72-1 und 72-2 an den Summierverstärker. Die regelbaren Verzöge­ rungsglieder werden durch Ausgangssignale von der Takt und Steuereinheit 110 gesteuert, so daß während des Empfangs von Echosignalen durch den Geber 72 dieser nacheinander an den Brennpunkten F1, F2 und F3 fokussiert ist.

Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 124 wird einem Regelverstärker 128 zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor nach Maßgabe des Ausgangssignals eines Verstärkungsfunk­ tionsgebers 130 zeitlich veränderbar ist. Die Takt- und Steuereinheit 110 steuert die Operation des Verstärkungs­ funktionsgebers 130 so, daß der Verstärkungsfaktor des Ver­ stärkers 128 proportional zum Bereich erhöht wird, um da­ durch mit der Tiefe zunehmende Signalverluste innerhalb des Objekts auszugleichen. Die verstärkten Ausgangssignale des Regelverstärkers 128 werden im Verstärker 132 (Fig. 6B) weiter verstärkt, und das Ausgangssignal des Verstärkers 132 wird z. B. durch den Hüllkurvendetektor 132 erfaßt.

Diese Ausführungsform umfaßt mehrere torgesteuerte Inte­ grierer 136-1, 136-2 und 136-3, denen das erfaßte Signal vom Detektor 134 zugeführt wird. Die Integrierer 136-1 bis 136-3 werden nacheinander freigegeben bzw. aufgesteuert durch Freigabesignale, die ihnen von der Takt- und Steuer­ einheit 110 über Leitungen 140-1 bis 140-3 zugeführt wer­ den. Die torgesteuerten Integrierer werden von einem Rück­ setzsignal rückgesetzt, das ihnen auf Leitung 142 von der Takt- und Steuereinheit 110 zugeführt wird. Die torge­ steuerten Integrierer 136-1 etc. und die regelbaren Ver­ zögerungsglieder 122-1 etc. werden von der Takt- und Steuereinheit 110 derart gesteuert, daß während des Emp­ fangsteils des Sende/Empfangszyklus der Geber 72 nachein­ ander an den Brennpunkten F1, F2 und F3 fokussiert wird, während die Integrierer 136-1, 136-2 und 136-3 sequentiell freigegeben werden zur Integration erfaßter Signale, die aus Bereichszonen Z1, Z2 und Z3 hinter den jeweils zuge­ hörigen Brennpunkten erhalten werden.

Die Ausgangssignale der Integrierer 136-1, 136-2 und 136-3 werden Haltekreisen 144-1, 144-2 und 144-3 zugeführt, die von der damit über eine Leitung 146 gekoppelten Takt- und Steuereinheit 110 gesteuert sind. Signale der Haltekreise, die mit der Schallabsorption an den Brennpunkten in Bezie­ hung stehen, werden einem Anzeige-Prozessor 148 zur Vorbe­ reitung der Anzeige an der Sichtanzeige 150 zugeführt. Taktsignale für die geeignete zeitliche Steuerung der Sichtanzeige und des Anzeige-Prozessors werden diesen über Leitung 152 von der Takt- und Steuereinheit 110 zugeführt.

Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 7 wird die Funktionsweise der Einrichtung nach den Fig. 6A und 6B kurz erläutert. Während der elektronisch fokussierte Geber 72 über das untersuchte Objekt in x- und y-Richtung von dem Abtastmechanismus 24 bewegt wird, wird ein Abtastlagesignal erzeugt und für die zeitliche Steuerung der Einrichtung der Takt- und Steuereinheit 110 zugeführt. Zum Zeitpunkt T1 wird der Geber 72 durch das Ausgangssignal des Torimpuls­ gebers 112 aktiviert und erzeugt einen Sendeimpuls 160, der mit dem Objekt zur Impulsbeschallung desselben gekoppelt wird. Der Sendeimpulsstrahl wird schwach gebündelt, wie durch den Strahl 114 in Fig. 6A angedeutet ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 132 im Empfänger 120 ist mit 162 bezeichnet, und das Ausgangssignal des Detektors 134 ist mit 164 bezeichnet. Freigabesignale 166-1, 166-2 und 166-3 steuern nacheinander die torgesteuerten Inte­ grierer 136-1, 136-2 und 136-3 auf, so daß das Ausgangs­ signal 164 des Detektors 134 im Integrierer 136-1 zwischen T2 und T3, im Integrierer 136-2 zwischen T3 und T4 und im Integrierer 136-3 zwischen T4 und T5 integriert wird, wäh­ rend Signale aus den Bereichszonen Z1, Z2 und Z3 empfangen werden. Die Ausgangssignale der Integrierer 136-1, 136-2 und 136-3 sind mit 170-1, 170-2 und 170-3 bezeichnet. Wäh­ rend die Integrierer 136-1, 136-2 und 136-3 aufgesteuert sind, werden die regelbaren Verzögerungsglieder 122 so ge­ steuert, daß der Geber 72 auf die Brennpunkte F1, F2 und F3 fokussiert wird. So wird der Geber 72 zwischen T2 und T3 auf den Brennpunkt F1, zwischen T3 und T4 auf den Brenn­ punkt F2 und zwischen T4 und T5 auf den Brennpunkt F3 fo­ kussiert, so daß die Zonen, aus denen Empfangssignale ver­ arbeitet werden, hinter den zugeordneten Brennpunkten lie­ gen. Zum Zeitpunkt T6 werden die Ausgangssignale der Inte­ grierer in Haltekreise 144-1 bis 144-3 durch ein Halte­ steuersignal 172 überführt. Die Ausgangssignale der Halte­ kreise werden dem Anzeige-Prozessor 148 zugeführt, der sie zur Vorbereitung der Anzeige in der Anzeigeeinheit 150 ver­ arbeitet. Zum Zeitpunkt T7 werden die Integrierer zur Vor­ bereitung des nächsten Sende/Empfangszyklus durch ein Rück­ setzsignal 174 rückgesetzt.

Es ist ersichtlich, daß die Operation der Einrichtung nach den Fig. 6A und 6B nicht auf den Empfang von Signalen aus aneinandergrenzenden Bereichszonen Z1 bis Z3 beschränkt ist. Statt dessen können die Bereichszonen, aus denen Si­ gnale zu verarbeiten sind, voneinander beabstandet sein. Bei geeignetem Abstand zwischen Bereichszonen kann die Ein­ richtung einen einzigen torgesteuerten Integrierer für die Integration der aus der beabstandeten Bereichszone erhal­ tenen Signale aufweisen. Bei einer solchen Einrichtung wird das Ausgangssignal des Integrierers überführt und der Inte­ grierer rückgesetzt, nachdem Signale aus jeder Bereichszone empfangen wurden.

Fig. 8 zeigt eine in zwei Betriebsarten arbeitende Einrich­ tung, die die tiefenvariable C-Abtastbildeinrichtung mit Reflexdurchstrahlung von Fig. 5 mit einer konventionellen B-Abtasteinrichtung vereinigt. Es sind eine Sende/Empfangs­ einheit 210 für C-Abtast-Reflexdurchstrahlung und eine ringförmige Geberanordnung 72 gezeigt, die derjenigen von Fig. 5 entsprechen kann. Eine konventionelle gepulste B-Abtast-Sende/Empfangseinheit 212 ist ebenfalls mit der ringförmigen Geberanordnung 72 gekoppelt. C-Abtast- und B-Abtastbilder von den Einheiten 210 und 212 werden auf einer Anzeigeeinheit 214 sichtbar gemacht. Eine Takt- und Steuereinheit 216 liefert Takt- und Steuersignale an die C-Abtast-, die B-Abtast- und die Anzeigeeinheit und weist einen Steuerschalter 218 zur Wahl zwischen der C- und der B-Abtastoperation auf. Für die C-Abtastoperation bewegt der Abtastschalter 220, der mit dem Geber 72 verbunden ist, diesen entlang der x- und der y-Achse. Wenn auf B-Abtast­ operation umgeschaltet ist, bewegt der Abtastschalter 220 den Geber 72 entlang einer einzigen Achse, z. B. der x-Achse, hin und her. Bei diesem zwei Betriebsarten auf­ weisenden Instrument kann die Tiefe einer interessierenden Stelle innerhalb des Objekts durch Anwendung des B-Abtast­ modus festgestellt werden, und die C-Abtast-Tiefensteuerung 204 kann dann zur Operation bei dieser Tiefe für die C-Abtast-Abbildung bei dieser Tiefe eingestellt werden.

Das neue Reflexdurchstrahlungsverfahren gemäß der Erfindung kann mit einer Vielzahl Abtastmethoden sowie mit verschie­ denen Arten von Ultraschallgebern arbeiten. Z. B. kann anstelle einer linearen Abtastung oder in Kombination mit dieser eine Sektorabtastung durchgeführt werden. Auch kann entweder mechanische oder elektronische Abtastung oder eine Kombination beider erfolgen. Fig. 9 zeigt einen Geber 10 der Art, wie er in der Einrichtung von Fig. 1 vorgesehen sein kann, wobei jedoch der Geber mit einer zusammengesetz­ ten Bewegung verschoben wird, die eine gerade Hin- und Her­ bewegung entlang der Achse 230 entsprechend dem Pfeil 232 und eine Schwingbewegung um die Achse 230 in Richtung eines Pfeils 234 umfaßt. Die Strahlachse ist mit 236 bezeichnet, und der Geber ist auf einen Punkt auf einer Fläche 238 fokussiert. Aus der Zone 240, die auf der vom Geber abge­ wandten Seite der Fläche 238 liegt, empfangene Echosignale werden vom Empfänger einer zugehörigen Sende/Empfangsein­ heit für C-Abtast-Reflexdurchstrahlung der allgemeinen Art von Fig. 1 zur Abbildung der Fläche 238 verarbeitet.

Fig. 10 zeigt eine ringförmige Geberanordnung 72, bei der die gleichen geraden und Abtastbewegungen wie beim Geber 10 von Fig. 9 vorgesehen sind. Eine Sende/Empfangseinheit für Reflexdurchstrahlung der allgemeinen Art von Fig. 5 kann zur Aktivierung des Gebers und Verarbeitung von Echosigna­ len verwendet werden. Der Geber 72 ist auf die Ebene 242 fokussiert, und Echosignale aus einer Zone 244, die auf der vom Geber abgewandten Seite der Fläche 242 liegt, werden vom Empfänger verarbeitet. Die zeitliche Steuerung von tor­ gesteuerten Impulsgebern im Sender ist so eingestellt, daß eine Fokussierung in der Ebene 242 während des Aussendens der Impuls erfolgt, und regelbare Verzögerungsglieder im Empfänger werden zur Fokussierung in der genannten Ebene während des Empfangs geregelt.

Fig. 11 zeigt eine lineare Geberanordnung 246 mit einer zylindrischen Fokussierlinse 248 zur Verwendung in Verbin­ dung mit einer Sende/Empfangseinheit für Reflexdurchstrah­ lung. Elemente der Geberanordnung werden gruppenweise be­ trieben zur Fokussierung in der Ebene 250 und Strahlabta­ stung in Richtung eines Pfeils 252. Der Geber führt eine Schwingbewegung um eine Achse 254 in Richtung des Pfeils 256 aus. Eine Sende/Empfangseinheit für Reflexdurchstrah­ lung dem allgemeinen Art von Fig. 5 kann bei der Anordnung von Fig. 11 verwendet werden. Gruppen von Geberelementen werden durch torgesteuerte Impulsgeber, die im Sender vor­ gesehen sind, aktiviert für die Strahlabtastung und -fokussierung in bekannter Weise. Aus der Zone 258, die auf der dem Geber abgewandten Seite der Ebene 250 liegt, reflektierte Signale werden vom Empfänger verarbeitet unter Erzeugung einer Abbildung der Ebene 250.

Eine Reflexdurchstrahlungs-Einrichtung mit einer zweidimen­ sionalen Geberanordnung ist in Fig. 12 gezeigt. Der zwei­ dimensionale Geber 260 umfaßt Spalten und Reihen von Geber­ elementen 262, und nur beispielhaft ist eine Anordnung mit jeweils gleicher Anzahl von Spalten und Reihen von Geber­ elementen gezeigt. Bei dieser Anordnung erfolgt die Fokus­ sierung und die Abtastung der Anordnung elektronisch durch Aktivierung von Gruppen der Geberelemente mit Signalen ent­ sprechender Phasen und unter Anwendung von Gruppen von Geberelementen und zugehörigen Verzögerungsgliedern beim Empfang der Echosignale. Die zugehörige Sende/Empfangsein­ heit für C-Abtast-Reflexdurchstrahlung, mit der der Geber gekoppelt ist, enthält elektronische Schaltkreise, die für diese Fokussierungs- und Abtastvorgänge erforderlich und bekannt sind. Die Geberanordnung ist in der Ebene 264 fokussiert, und aus einer Zone 266, die auf der der Geber­ anordnung abgewandten Seite der Ebene 264 liegt, reflek­ tierte Signale werden im Empfänger verarbeitet unter Erzeu­ gung einer Abbildung der Ebene 264 in der vorstehend erläu­ terten Weise.

Vorstehend wurden zwar C-Abtasteinrichtungen angegeben, es ist jedoch ersichtlich, daß die neue Reflexdurchstrahlungs­ methode nicht auf C-Abtastbilderzeugung beschränkt ist. Fig. 13 zeigt beispielsweise eine B-Abtastbilderzeugungs­ einrichtung. Diese umfaßt eine ringförmige Geberanordnung 270 mit einer Mehrzahl von ringförmigen Geberelementen, die ein mittiges kreisrundes Geberelement umgeben. Ein Abtast­ schalter- und Abtastlagekreis 272 erteilt dem Geber eine zusammengesetzte Abtastbewegung durch Schwingen desselben um eine Schwingachse 274 entsprechend dem zweiköpfigen Pfeil 276 und durch Bewegen auf einem Kreis oder einem Kreissektor 278 um eine Achse 280, die in einem untersuch­ ten Objekt 282 liegt. Wie aus der Vollinienlage der Geber­ anordnung ersichtlich ist, wird die Geberachse 274 zwischen Abtastendlagen 284A und 284B sektorförmig abgetastet. Information bezüglich der Schallabsorption einer Mehrzahl Stellen 286 entlang der akustischen Achse 284, auf die der Geber fokussiert ist, wird aus Signalen abgeleitet, die aus Zonen reflektiert werden, die auf der vom Geber fernen Sei­ te der Brennpunkte liegen, wie bereits erläutert wurde.

Der Geber ist mit einer Sende/Empfangseinheit 288 für B-Abtast-Reflexdurchstrahlung gekoppelt, die einen torge­ steuerten Impulsgeber 290 aufweist, der über einen Sende/- Empfangsschalter 292 mit dem Geber gekoppelt ist. Taktsi­ gnale für den torgesteuerten Impulsgeber und andere Ele­ mente der Einrichtung werden von einer Takt- und Steuer­ einheit 294 auf Leitung 296 geliefert. Der torgesteuerte Impulsgeber kann so betrieben werden, daß er entweder einen scharf fokussierten Impuls wie bei der Einrichtung von Fig. 5 oder einen schwach fokussierten Impuls wie bei der Ein­ richtung nach den Fig. 6A und 6B liefert.

Für die Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß der Sendestrahl schwach fokussiert wird und daß während der Empfangsoperation der Geber sequentiell auf Brennpunkte 286 fokussiert wird zur Ableitung von Information hinsichtlich der Schallabsorption an diesen Punkten. Die Fokussierung des Gebers auf die verschiedenen Brennpunkte während des Echosignalempfangs erfolgt unter Steuerung durch ein regel­ bares Verzögerungsglied 296. Die Ausgangssignale des regel­ baren Verzögerungsglieds werden einem Summierverstärker 300 zugeführt, der Ausgangssignale von einzelnen Geberelementen der Geberanordnung summiert.

Das Ausgangssignal des Summierverstärkers wird am Detektor 302 erfaßt, dessen Ausgangssignal einem torgesteuerten Integrierer 304 zugeführt wird, der aus mehreren torge­ steuerten Integriergliedern besteht für die Integration von Echosignalen, die aus einer Folge von Bereichszonen emp­ fangen werden, die hinter den Brennpunkten der Geberanord­ nung liegen. Die Ausgangssignale des Integrierers werden einzelnen Haltegliedern, die im Haltekreis 306 vorgesehen sind, zugeführt. Die Ausgangssignale der einzelnen Halte­ glieder werden zu digitaler Form in einem Analog-Digital- Umsetzer (ADU) 308 umgesetzt. Die digitalisierten Signale werden einem Digitalrechner 310 zugeführt, der sie spei­ chert und mit Signalen verarbeitet, die auf weiteren Lei­ tungen während der Abtastung der Geberachse zugeführt wer­ den. Aufbereitete Signale vom Rechner 310 werden einer Anzeige 312 zur B-Abtastanzeige zugeführt. Es ist ersicht­ lich, daß zwar Brennpunkte 286 gezeigt sind, die Fokussie­ rung in der Praxis jedoch über einen Bereich von Entfer­ nungen stattfindet, der häufig als Fokussierungszone be­ zeichnet wird. Ohne zusammengesetzte Abtastung wäre das B-Abtastbild von relativ geringer Güte. Bei Anwendung einer zusammengesetzten Abtastbewegung entsprechend der in Fig. 13 gezeigten wird jedoch ein tomografisches B-Abtastbild hoher Auflösung erhalten.

Weitere Geberkonfigurationen, z. B. zweidimensionale Anord­ nungen von Geberelementen, können verwendet werden unter der Voraussetzung, daß eine Fokussierung vorgesehen ist. Es kann entweder mechanische oder elektronische Fokussierung und/oder Abtastung oder eine Kombination beider stattfin­ den. Ferner kann das Reflexdurchstrahlungsverfahren bei einer Bilderzeugungseinrichtung mit Linse/konjugierter Ebene entsprechend der US-PS 3 937 066 angewandt werden, indem die Schallquelle hinter der Linse angeordnet und die vorstehend beschriebene Reflexdurchstrahlungs-Bilderzeugung vorgesehen wird.

Zum Betrieb mit vielen Objekten kann eine annehmbar gleich­ mäßige Reflexbeschallung erzielt werden, insbesondere wenn die Blendenzahl des fokussierenden Gebers klein ist, so daß der Konus von Streustellen hinter der Brennebene groß ist. Eine Ungleichmäßigkeit der Streudichte hinter dem Brenn­ punkt könnte zu Änderungen niedriger Raumfrequenz in dem jede Brennebene beschallenden Feld beitragen. Diese Ände­ rungen sowie die Auswirkungen der Dämpfung aus außerhalb der Brennebene befindlichen Bereichen können, wenn sie durch die Integration nicht hinreichend beseitigt sind, weiter durch verschiedene Nachbehandlungsmethoden der Emp­ fangssignale vermindert werden. Natürlich können anstatt der beschriebenen analogen digitale Signalverarbeitungs­ methoden angewandt werden. Außerdem können Empfängeropera­ tionen durch Software in einem oder mehreren geeignet pro­ grammierten Computern durchgeführt werden. Auch können erwünschtenfalls getrennte Sende- und Empfangsgeber, die nahe beieinander liegen, verwendet werden. Eine Torsteue­ rung des Empfängers oder Signalprozessors an anderen Stel­ len als an einem torgesteuerten Verstärker am Empfänger­ eingang oder durch torgesteuerte Integrierer ist ebenfalls möglich. Ferner ist ersichtlich, daß ein Chirp-Signal oder eine anderweitig codierte Signalquelle verwendet werden kann zur Erzeugung einer Chirp-Ultraschallwelle oder einer anderweitig codierten Ultraschallwelle, und zwar zusammen mit einem Empfänger zur Verarbeitung der Chirp- oder codierten Echosignale derart, daß der Empfangssignalteil, der aus einer Bereichszone erfaßt und integriert wird, Information von einem Brennpunkt vor der Bereichszone dar­ stellt. Auch kann kontinuierlicher anstatt Impulsbetrieb der neuen Reflexdurchstrahlungs-Bilderzeugungseinrichtung angewandt werden unter Anwendung einer Quelle mit kontinu­ ierlich veränderlicher Frequenz oder einer anderweitig codierten Quelle mit zugeordnetem Empfänger. Natürlich kann ein konventionelles C-Abtastbild gleichzeitig mit einem Reflexdurchstrahlungs-C-Abtastbild erhalten werden, indem einfach diejenigen Signale, die von Streustellen am Brenn­ punkt reflektiert werden, in konventioneller Weise aufbe­ reitet werden, wonach diejenigen Signale, die von einer Bereichszone hinter dem Brennpunkt erhalten werden, gemäß der Erfindung aufgearbeitet werden.

Claims (36)

1. Ultraschall-Abbildungseinrichtung mit
einem Signalgeber bzw. Wandler (10, 72, 270) zum Empfang aus einem zu untersuchenden Objekt eintreffender Ultraschall­ signale und zum Abgeben davon abgeleiteter Ausgangssignale, einer Fokussiereinrichtung zum Fokussieren des Wandlers auf einen Brennpunkt im Objektinneren und
einer Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) zum Verarbeiten der vom Wandler empfangenen Signale aus einer Bereichszone (Z) innerhalb des Objekts (14, 70, 282), dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) nur auf solche Signale anspricht, die der Wandler (10, 72, 270) aus einer Bereichszone (Z) empfängt, die sich (vom Wandler gesehen) hinter dem Brennpunkt (F; 286) befindet und einen Signalwert erzeugt, der ein Maß für die Dämpfung von Schallwellen am Brennpunkt (F; 286) bildet.

2. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) mindestens einen Detektor (40, 134, 302), der die Ausgangs­ signale des Wandlers (10, 72, 270) erfaßt, und mindestens einen Integrierer (42, 136, 304) aufweist, der die Ausgangssignale des Detektors (40, 134, 302) über einen Zeitraum des Empfangs von Schallwellen aus der Bereichszone (Z) integriert.

3. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender (16, 74, 102, 112, 290) den Wandler (10, 72, 270) zur Abstrahlung von Ultraschallwellen in das Objekt (14, 70, 282) veranlaßt.

4. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10, 72, 270) während des Empfangs reflektierter Signale aus der hinter dem Brennpunkt (F; 286) liegenden Bereichszone (Z) auf den Brennpunkt (F; 286) scharf fokussiert ist.

5. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fokussiereinrichtung Elemente zur Fokussierung des Wandlers (10, 72, 270) auf mehrere Brennpunkte (F1-FN) in verschiedenen Tiefen während des Empfangs von reflektierten Signalen aufweist und
daß die auf reflektierte Signale ansprechenden Einheiten auf Signale ansprechen, die vom Wandler (10, 72, 270) aus mehreren Bereichszonen (Z1-ZN) empfangen werden,
die jeweils hinter einem zugehörigen Brennpunkt (F1-FN) des Wandlers (10, 72, 270) liegen, unter Erzeugung mehrerer Signale, die auf die Dämpfung von Schallwellen an den zugeordneten Brennpunkten (F1-FN) bezogen sind.

6. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (136) mehrere Integrierglieder (136-1 bis 136-n) umfaßt, die sequentiell aktivierbar sind zur sequentiellen Integration des Ausgangssignals des Detektors (134) während des Empfangs von Schallwellen aus den mehreren Bereichszonen (Z1-ZN).

7. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtung im Impulsbetrieb arbeitet.

8. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) auf solche Signale anspricht, die der Wandler (10, 72, 270) aus der Bereichszone (Z) empfängt und einen Signalwert erzeugt, der ein Maß für die Dämpfung von Schallwellen am Brennpunkt (F; 286) bildet, wobei die Amplitude von Echosignalen aus der Bereichszone (Z) stark von der Dämpfung am Brennpunkt (F; 286) abhängig ist.

9. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (42, 136, 304) zur periodischen zeitlichen Integration erfaßter Signale periodisch betrieben wird, und daß eine Einheit (28, 76, 100, 110, 294) zum Rücksetzen des Integrierers (42, 136, 304) nach jeder Integrationsoperation vorgesehen ist.

10. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fokussierung des Wandlers (10, 72, 270) akustische Fokussiermittel vorgesehen sind.

11. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Fokussiermittel eine akustische Linse umfassen.

12. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber bzw. Wandler (10, 72, 270) eine Anordnung von Wandlerelementen (72-1 bis 72-M) aufweist und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) Signalverzögerungsglieder (84, 106, 122, 298) aufweist, die von den Wandlerelementen (72-1 bis 72-M) erzeugte elektrische Signale zur Fokussierung des Wandlers (10, 72, 270) verzögern.

13. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverzögerungsglieder (84, 106, 122, 298) für die Fokussierung auf verschiedene Brennebenen (22-1 bis 22-N) im Inneren des Objekts (14, 70, 282) einstellbar sind.

14. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber bzw. Wandler (10, 72, 270) ein einziger Wandler ist, der für die Beschallung des Objekts (14, 70, 282) sowie für den Empfang von Echosignalen eingesetzt wird.

15. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, Strahlabtastmittel (24, 220, 272) zur Abtastung des abzubildenden Ausschnitts des Objekts (14, 70, 282).

16. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abzubildende Ausschnitt in einer Fläche liegt, die zur Strahlachse (20) des fokussierten Wandlers (10, 72, 270) im wesentlichen senkrecht verläuft.

17. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abzubildende Ausschnitt in einer die Strahlachse (20) einschließenden Ebene liegt.

18. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine Sichtanzeige (48, 90, 150, 214, 312) für die Abtastbildanzeige der in der Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) verarbeiteten Signale.

19. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (16, 74, 102, 112, 290) Mittel aufweist zur Abstrahlung einer Serie von frequenzverschiedenen Impulsen in das Objekt (14, 70, 282), wobei die Impulse an Brennpunkten (F1-FN) unterschiedlicher Tiefe fokussiert werden und der Wandler (10, 72, 270) beim Empfang von Echosignalen auf die verschiedenen Brennpunkte (F1-FN) fokussiert ist, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (80, 101, 120, 288) mehrere parallele Signalverarbeitungskanäle hat, deren jeder auf ein anderes der frequenzverschiedenen Signale anspricht, so daß eine Mehrzahl verarbeiteter Signale aus einer Mehrzahl Bereichszonen (Z1-ZN) hinter den zugehörigen Brennpunkten (F1-FN) erhalten wird, die Informationen von den in verschiedener Tiefe befindlichen Brennpunkten (F1-FN) liefern.

20. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, Strahlabtastmittel (24, 220, 272) zum Erhalt von Abbildungen mehrerer im wesentlichen paralleler Abschnitte im Inneren des Objekts (14, 70, 282).

21. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) Mittel zur Fokussierung des Ultraschallstrahls auf Brennpunkte (F1-FN) in unterschiedlicher Tiefe und einen Signal- Prozessor bzw. Digitalrechner (148, 310) aufweist, der auf aufbereitete Signale anspricht und diese zur Herstellung tomografischer Bilder weiter aufbereitet.

22. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10, 72, 270) während der Impulsbeschallung des Objekts (14, 70, 282) und/oder während der Operation der Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) auf den Brennpunkt (F; 286) fokussiert ist.

23. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmige, lineare und/oder zweidimensionale Wandleranordnungen (10, 72, 246, 260, 270) vorgesehen sind.

24. Abbildungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseinrichtung über einen Steuerschalter (218) als tiefenvariable C-Abtastbildeinrichtung mit Reflexdurchstrahlung und/oder als B-Abtastbildeinrichtung verwendbar ist.

25. Abbildungseinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe einer interessierenden Stelle innerhalb des Objekts (14, 70, 282) durch den B-Abtastmodus feststellbar und die Abbildung der interessierenden Stelle durch die Einstellung der C-Abtast-Tiefensteuerung (204) auf diese Tiefe ermöglicht ist.

26. Ultraschall-Abbildungsverfahren zur nichtinvasiven Untersuchung des Inneren von Objekten, wie Körperteilen, wobei
aus dem zu untersuchenden Objekt (14, 70, 282) eintreffende Ultraschallsignale durch einen Signalgeber bzw. Wandler (10, 72, 270) empfangen und davon abgeleitete Ausgangssignale abgegeben werden,
der Wandler durch eine Fokussiereinrichtung auf einen Brennpunkt im Objektinneren fokussiert wird, und wobei die vom Wandler aus einer Bereichszone (Z) innerhalb des Objekts empfangenen Signale von einer Signalverarbeitungs­ einrichtung (30, 80, 101, 120, 288) verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß solche Signale von der Signalverarbeitungseinrichtung (30, 80, 101, 120, 288) verarbeitet werden, die der Wandler (10, 72, 270) aus einer Bereichszone (Z) empfängt, welche sich (vom Wandler gesehen) hinter dem Brennpunkt (F; 286) befindet, und daß ein Signalwert erzeugt wird, der ein Maß für die Dämpfung von Schallwellen am Brennpunkt (F; 286) bildet.

27. Abbildungsverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Wandlers (10, 72, 270) durch mindestens einen Detektor (40, 134, 302) erfaßt und durch mindestens einen Integrierer (42, 136, 304) über einen Zeitraum des Empfangs von Schallwellen aus der Bereichszone (Z) integriert werden.

28. Abbildungsverfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10, 72, 270) durch einen Sender (16, 74, 102, 112, 290) zur Abstrahlung von Ultraschallwellen in das Objekt (14, 70, 282) veranlaßt wird.

29. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-28, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (10, 72, 270) auf mehrere Brennpunkte (F1-FN) in verschiedenen Tiefen während des Empfangs von reflektierten Signalen fokussiert wird und
vom Wandler (10, 72, 270) aus mehreren Bereichszonen (Z1-ZN) reflektierte Signale empfangen werden,
die jeweils hinter einem zugehörigen Brennpunkt (F1-FN) des Wandlers (10, 72, 270) liegen, unter Erzeugung mehrerer Signale, die auf die Dämpfung von Schallwellen an den zugeordneten Brennpunkten (F1-FN) bezogen sind.

30. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-29, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt (F; 286) des fokussierten Wandlers (10, 72, 270) in einer Fläche abgetastet wird, die zur akustischen Achse im wesentlichen senkrecht verläuft, wobei eine C- Abtastbildanzeige von Bildelementen erzeugt wird.

31. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-30, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für das Senden als auch den Empfang von Ultraschallenergieimpulsen derselbe Wandler (10, 72, 270) verwendet wird, der während der Sende- und während der Empfangsoperation auf den gleichen Brennpunkt (F; 286) fokussiert ist.

32. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-31, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschallungsimpulse und der fokussierte Wandler (10, 72, 270) im wesentlichen auf den gleichen Brennpunkt (F; 286) fokussiert sind.

33. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-32, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Zeitraums das Ausgangssignal des Integrierers (42, 136, 304) einer Anzeigeeinheit (48, 90, 150, 214, 312) zur Sichtanzeige zugeführt wird.

34. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-33, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierer (42, 136, 304) nach Ablauf des Zeitraums zurückgesetzt wird und die genannten Schritte wiederholt werden.

35. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-34, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (10, 72, 270) auf verschiedene Brennebenen (22-1 bis 22-N) im Inneren des Objekts (14, 70, 282) fokussiert wird.

36. Abbildungsverfahren nach einem der Ansprüche 26-35, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (16, 74, 102, 112, 290) eine Serie von frequenzverschiedenen Impulsen in das Objekt (14, 70, 282) abstrahlt, wobei die Impulse an Brennpunkten (F1-FN) unterschiedlicher Tiefe fokussiert werden und der Wandler (10, 72, 270) beim Empfang von Echosignalen auf die verschiedenen Brennpunkte (F1-FN) fokussiert wird, und wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (80, 101, 120, 288) durch mehrere parallele Signalverarbeitungskanäle auf jedes der frequenzverschiedenen Signale anspricht, so daß eine Mehrzahl verarbeiteter Signale aus einer Mehrzahl Bereichszonen (Z1-ZN) hinter den zugehörigen Brennpunkten (F1-FN) erhalten wird, die Informationen von den in verschiedener Tiefe befindlichen Brennpunkten (F1-FN) liefern.