DE3727213C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5, und bezieht sich insbesondere auf eine Ultraschalldiagnosevorrichtung mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, die unterschiedliche Ultraschallcharakteristiken aufweisen. Die Ultraschallcharakteristiken beinhalten die Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers und die Brennweite einer Ultraschallinse, die an dem Ultraschallwandler befestigt ist.

Aus der DE-OS 30 14 878 ist eine Ultraschalldiagnosevorrichtung bekannt, bei der zwei Wandlerelemente für unterschiedliche Frequenzen als Wandlerkämme parallel nebeneinander angeordnet sind, und die Steuerleitungen der Wandlerelemente jeder der beiden Wandlerkämmen mit einer mechanisch betätigbaren Umschaltung versehen sind.

Aus der DE-OS 30 48 676 ist eine Ansteuerschaltung mit einem Diodenschaltkreis für ein Ultaschallwandlerelement bekannt, welche so ausgebildet ist, daß beim Umschalten eines Wandlerelementes von Senden auf Empfangen eine Vermischung eines Echosignals mit dem Ausgangssignal eines anderen Wandlers verhindert wird.

Aus der DE-AS 28 13 729 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Anregung von Ultraschallschwingern, die in der Impuls-Echo-Technik eingesetzt werden, bekannt, bei dem der Ultraschallschwinger mit einer vorgebbaren Zahl von Perioden einer Sinus- oder sinusähnlichen Schwingung mit solcher Frequenz beaufschlagt wird, die den Ultraschallschwinger in seiner Nutzresonanzfrequenz anregt. Im Anschluß daran wird dem Ultraschallschwinger ein Stopsignal, vorzugsweise eine weitere Zahl von Perioden-Sinusschwingung kleinerer Amplitude und mit einem Phasensprung von 180°, zugleitet. Nachschwingungen des Schwingers werden so mit Sicherheit ausgelöscht.

Aus der EP 00 39 045 A1 ist eine Ultraschallendoskopvorrichtung bekannt, mit einem Einführungsabschnitt, der in Form zweier starrer zylindrischer Röhren ausgebildet ist, welche über ein Scharnier gegeneinander bewegbar sind. Innerhalb der Röhren sind zwei drehbare Wellen angeordnet, die an einer gemeinsamen Stelle verbunden sind, und mittels eines Motors zum Antrieb der darin befindlichen Ultraschallwandler in Drehung versetzt werden.

Aus der DE-OS 31 20 177 ist ein Ultraschallgerät gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5 zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren bekannt, bei dem zur Verbesserung der Bildqualität nacheinander Schallköpfe mit auf verschiedenen Tiefen der Schnittfläche eingestellten Arbeitsbereichen aktivierbar sind, wobei die bei verschiedenen Frequenzen arbeitenden Schallköpfe an einem drehend antreibbaren Rad verteilt angebracht sind.

Wenn eine typische Ultraschalldiagnosevorrichtung verwendet wird, bei der ein Ultraschallwandler, wie z. B. ein piezoelektrisches Element im allgemeinen nahe bei dem zu überprüfenden Objekt angeordnet ist, wird eine hochfrequente Wechselspannung aus dem MHz-Band, die der Resonanzfrequenz des Wandlers gleich ist, an den Wandler für eine extrem kurze Zeitperiode angelegt, so daß der Wandler mit seiner Resonanzfrequenz angeregt wird und dadurch veranlaßt wird, einen Ultraschallimpuls zu emit­ tieren. Wenn in diesem Fall das zu untersuchende Objekt ein einheitliches Medium ist, pflanzt sich der Ultra­ schallimpuls linear dadurch fort. Wenn jedoch zwischen Geweben mit unterschiedlicher akustischer Impedanz eine Grenze ist, werden manche Impulse davon reflektiert und manche durch sie durchgelassen. Das reflektierte Echo wird vom Wandler empfangen und die Entfernung zwischen dem Wandler und der Grenzschicht wird entsprechend der Geschwindigkeit der Ultraschallwelle und der benötigten Zeit zum Hin- und Herlaufen des Ultraschallimpulses ge­ messen. Wenn die von einem ausgesendeten Impuls erhalte­ nen Echosignale ausgerichtet sind, wird ein Abbildungs­ signal, das alle Informationen eines Schnittes des Gewebes längs einer Richtung wiedergibt, erhalten. In einer Ra­ dial-Abtast-Typ-Diagnose-Vorrichtung wird der Wandler entlang eines Schnitts des zu überprüfenden Objektes gedreht. Des­ halb wird durch n-maliges Aussenden des Ultraschallim­ pulses durch den Wandler während einer Umdrehung des Wandlers ein Abbildungssignal in einer Abtastlinie durch Teilen eines Kreises in n gleiche Winkelintervalle und damit eine tomografische Abbildung des zu überprüfenden Objektes erhalten.

In diesem Fall variiert der Wert der Dämpfung der Ultra­ schallwelle in Abhängigkeit von Resonanzfrequenzen, und der Abstandsbereich, in dem eine scharfe Abbildung erhalten wird, ist ebenfalls in Abhängigkeit von Reso­ nanzfrequenzen festgelegt. Im allgemeinen, je niedriger die Resonanzfrequenz ist, desto weiter ist die Ultra­ schallwellenfortpflanzung. Um eine scharfe Abbildung in einem weiten Bereich von kurzen zu langen Abständen zu erhalten, wird aus diesem Grund der gesamte Abstand in einer Mehrzahl von kurzen Abständen aufgeteilt und jedem kurzen Abstand wird ein Wandler mit einer optimalen Re­ sonanzfrequenz zugeteilt, d. h., eine Mehrzahl von Wandlern muß bereitgestellt werden.

Solch eine konventionelle Ultraschalldiagnosevorrichtung ist in der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 61-11 026 offenbart. Diese Vorrichtung enthält eine Sonde mit einer flexiblen Röhre an ihrem distalen Ende, um frei in ein Körperinneres eingeführt bzw. aus einem Körperin­ neren herausgenommen werden zu können und mit zwei Ul­ traschallwandlern, die in dem distalen Ende der Röhre eingeschlossen sind und unterschiedliche Resonanzfre­ quenzen haben.

Um durch Zusammensetzung naher und weiter Abbildungen, die entsprechend der zwei Wandler, die gleichzeitig be­ trieben wurden, erhalten wurden, eine Abbildung in Echt­ zeit anzuzeigen, muß in dieser Vorrichtung die Bildfre­ quenz auf ½ abnehmen. Aus diesem Grund ist diese Vor­ richtung nicht für Anwendungen bei Diagnosen von schnell­ beweglichen Teilen, z. B. das Herz, geeignet.

Da ein spezieller Synthese-Schaltkreis benötigt wird, um die zwei Abbildungen zusammenzusetzen, ist die Schalt­ kreisanordnung deshalb außerdem kompliziert.

Des weiteren ist das Ultraschallechosignal von einem der Wandler dem des anderen Wandlers unerwünscht als Rauschen überlagert. Insbesondere, wenn die Resonanzfrequenzen der zwei Wandler unterschiedlich sind und die Frequenz eines ausgesendeten Signals aus Gründen der Einfachheit des Gerätes mit einem der Wandler zusammenfällt, wird die Empfindlichkeit heruntergesetzt, weil die Frequenz unter­ schiedlich von der Resonanzfrequenz des anderen Wandlers ist.

Eine externe Ultraschalldiagnosevorrichtung hat ähnliche Nachteile wie eine interne Ultraschalldiagnosevorrich­ tung.

Zusätzlich ist die Sonde, die die Ultraschallwandler ent­ hält, im allgemeinen unabhängig von einem elektrischen Schaltkreisbereich zum Anlegen eines Treibersignals (hochfrequente Wechselspannung) an die Ultraschallwandler und zum Bilden eines Abbildungssignals von dem Echosi­ gnal, das von den Wandlern reflektiert wird. Die zum An­ legen der hochfrequenten Wechselspannung an die Wandler benötigte Zeit, um die Ultraschallimpulse auszusenden, variiert entsprechend der jeweiligen Resonanzfrequenzen. Da jedoch der elektrische Schaltkreisbereich teuer ist, wird in der in der obengenannten Veröffentlichung offen­ barten Vorrichtung ein einzelner elektrischer Schalt­ kreisbereich für zwei Wandler verwendet. Aus diesem Grund kann entsprechend der Type des Wandlers der daran an­ geschlossen ist, die hochfrequente Wechselspannung nicht innerhalb eines optimalen Zeitbereichs an die Ultra­ schallwandler angelegt werden. Wenn der Ultraschallwand­ ler während einer der Resonanzfrequenzen entsprechenden Zeit nicht getrieben wird, werden Schwingungen in der Richtung der Dicke erzeugt, z. B. in der Schwingungsmode in late­ raler Richtung oder longitudinaler Richtung oder Schwin­ gungsverzerrung.

In der japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 61-37 145 ist ein konventionelles Beispiel zum Lösen der obigen Nachteile offenbart. In dieser Vorrichtung kann die Frequenz eines ausgesendeten Impulses unter einer Mehrzahl von Frequenzen ausgewählt werden. Da jedoch in diesem konventionellen Beispiel eine Mehrzahl von Typen der ausgesendeten Impulse mit unterschiedlichen Frequen­ zen erzeugt werden und eine von ihnen in Übereinstimmung mit dem Typ des Wandlers ausgewählt wird, werden nutzlos ausgesendete Impulse erzeugt und der Schaltkreis kann nicht kompakt gemacht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ultraschalldiagnosevorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5 dahingehend auszubilden, daß eine individuelle Aussteuerung der Ultraschallwandler und/oder deren signalmäßige Trennung durch verbesserte Treibersignalansteuerung erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5.

Eine Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern mit unterschiedlichen Ultraschallcharakteristiken und einen Sendeschaltkreis zum Liefern eines Treibersignals zu nur einem der ausgewählten Ultraschallwandler auf.

Des weiteren weist eine besondere Ausführungsform der Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern mit unterschiedlichen Ultraschallcharakteristiken, einen Sendeschaltkreis zum Liefern eines Treibersignals zu nur einem der ausgewählten Ultraschallwandler und einen Empfangsschaltkreis zum Verarbeiten eines empfangenen Signals von nur dem einen ausgewählten der Ultraschallwandler, zum Erzeugen eines Abbildungssignals, auf.

Zusätzlich weist eine besondere Ausführungsform der Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern, die mit einem festgelegten Zyklus abgetastet werden und unterschiedliche Ultraschallcharakteristiken haben, einen Schaltkreis zum periodischen Erzeugen eines Treiberimpulses mit einer konstanten Impulsdauer synchron mit dem Abtasten der Ultraschallwandler und einen Sendeschaltkreis zum Einstellen einer Impulsdauer des Treiberimpulses entsprechend der Resonanzfrequenz eines ausgewählten der Ultraschallwandler und zum Anlegen des Treiberimpulses zu dem ausgewählten der Ultraschallwandler auf.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Ultraschalldiagnosevorrichtung bereitzustellen, die eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern aufweist und in der ein Sendeschaltkreis und ein Empfangsschaltkreis vereinfacht werden kann.

Eine weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß eine Ultraschalldiagnosevorrichtung mit hoher Empfindlichkeit bereitgestellt wird.

Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß eine Ultraschalldiagnosevorrichtung bereitgestellt wird, in der ein Treiberimpuls mit einem optimalen Zeitintervall immer an jeden Ultraschallwandler angelegt werden kann, wenn die Resonanzfrequenzen der daran angeschlossenen Ultraschallwandler unterschiedlich sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltkreisschema eines Schalt-Schaltkreises der ersten Ausführungsform;

Fig. 3A bis 3D Zeit-Steuerdiagramme zur Erklärung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Schaltkreisschema einer Modifikation des Schalt-Schaltkreises der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Schaltkreisdiagramm einer anderen Modifika­ tion des Schalt-Schaltkreises der ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 6 ein Zeit-Steuerdiagramm zur Erklärung der Ar­ beitsweise des Schalt-Schaltkreises von Fig. 5;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Ultraschalldiagnosevorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8A und 8B Schaltkreisschemas eines Sendeschaltkreises der zweiten Ausführungsform;

Fig. 9 eine Kurve einer allgemeinen Impedanzcharakteristik eines Ultraschallwandlers;

Fig. 10A und 10B Darstellungen von allgemeinen Eingangs/Ausgangscharakteristiken von Ultraschallwandlern;

Fig. 11 ein Schaltkreisschema einer Modifikation des Sendeschaltkreises der zweiten Ausführungsform; und

Fig. 12 ein Schaltkreisschema einer anderen Modifikation des Sendeschaltkreises der zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer ersten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung. Obwohl externe und in­ terne Ultraschalldiagnosevorrichtungen lieferbar sind, wird die Beschreibung der ersten Ausführungsform bei­ spielhaft an einer internen Ultraschalldiagnosevorrich­ tung durchgeführt, in der eine Ultraschallsonde in das Körperinnere eingeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ähnlich auf eine externe Ultraschalldiagno­ sevorrichtung angewandt werden.

In dieser Ausführungsform wird ein flexibler Einfüh­ rungsbereich 12 eines Endoskops 10 als Sonde verwendet und ein erster und zweiter Ultraschallwandler 14 und 16 sind am distalen Endbereich des Einführungsbereichs 12 bereitgestellt. Als ein Endoskop kann ein konventionelles "Glasfaser-Skop" mit einem Bildleiter und einem Leucht­ leiter verwendet werden und ein in letzter Zeit ent­ wickeltes sogenanntes "Elektronik-Skop", welches ein Festkörperabbildungselement, wie z. B. ein CCD an seinem distalen Endbereich aufweist, kann ebenfalls verwendet werden. Während der Diagnose ist der distale Endbereich des Einführungsbereichs 12 in einem röhrenähnlichen Organ durch einen Ballon 18, der voll Wasser ist, fixiert.

Ultraschallinsen mit unterschiedlichen Brennweiten sind auf Wandler 14 und 16 befestigt. Zum Beispiel, der Brennpunkt einer Ultraschallwelle vom Wandler 14 ist nä­ her als der vom Wandler 16. Außerdem sind auch die Reso­ nanzfrequenzen der Wandler 14 und 16 unterschiedlich.

Die Wandler 14 und 16 werden um einen Schaft des Einfüh­ rungsbereichs 12 durch einen Motor gedreht. Somit tasten die Wandler 14 und 16 ein zu untersuchendes Objekt me­ chanisch radial ab. Diese Abtastmethode ist nur ein Bei­ spiel und elektronische lineare Abtastung oder elektro­ nische sektorielle Abtastung können verwendet werden.

Eine Relais-Schaltkreistafel 22 ist in einem Handbedien­ bereich 20 des Endoskops 10 vorgesehen. Die Relais- Schaltkreistafel 22 wird zur Vereinfachung von aktuellen Montagen und Verdrahtungen als Zwischenstation für Si­ gnalleitungen bereitgestellt. Zusätzlich kann ein Ver­ stärker zum Senden eines schwachen Ultraschallechos ohne Dämpfung auf der Relais-Schaltkreistafel 22 angeordnet werden. Ein Zwischenkasten 24 zum Liefern eines Treiber­ signals in Form eines einzelnen Impulssignals zu dem Wandler ist mit dem Endoskop 10 verbunden und ein Dia­ gnoseelement 34 bezeichnete Steuer- und Auswertevorrichtung ist mit dem Zwischenkasten 24 verbunden.

Der Zwischenkasten 24 enthält einen ersten und zweiten Sendeschaltkreis 26 und 28 und Ausgangstreibersignale davon werden über die Relais-Schaltkreistafel 22 an die Ultraschallwandler 14 und 16 geliefert. Der Zwischenka­ sten 24 weist außerdem eine Schalteinrichtung 30 und einen Schalt-Schaltkreis 32, der damit verbunden ist auf, und der Schalt-Schaltkreis 32 wählt bei Betätigung von Schaltvorrichtung 30 einen von den Sendeschaltkreisen 26 und 28 aus. Folglich liefert nur der ausgewählte Sende­ schaltkreis 26 oder 28 das Treibersignal zu dem Wandler. Die Schaltvorrichtung 30 kann am Betriebsbereich 20 des Endoskops 10 oder an dem Diagnoseelement 34 bereitge­ stellt werden. Der Schalt-Schaltkreis 32 kann in einem Stecker zwischen dem Diagnoseelement 34 und dem Zwi­ schenkasten 24 bereitgestellt werden. Auch könnte ein Adapter, der den Schalt-Schaltkreis 32 enthält, unabhän­ gig von Zwischenkasten 24 bereitgestellt werden.

Ultraschallechosignale, die von den Wandlern 14 und 16 empfangen werden, werden zum Diagnoseelement 34 gelie­ fert, um eine tomografische Abbildung anzuzeigen.

Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltkreisschema von dem Schaltkreis 32. Ein Widerstand Ra ist parallel zu der Schaltvorrichtung 30 geschaltet. Ein Anschluß des Widerstandes Ra ist geerdet und der andere Anschluß von ihm ist über eine lichtemittierende Diode 42 eines Foto­ kopplers 40 und einem Widerstand Rb mit einer Spannungs­ quelle Vcc verbunden. In diesem Fall ist Ra gleich Rb. Der Emitter eines Fototransistors 44 des Fotokopplers 40 ist geerdet, der Kollektor davon ist über einen Widerstand Rc mit der Spannungsquelle Vcc und ebenfalls mit dem Dia­ gnoseelement 34 verbunden.

Der Schaltkreis 32 weist außerdem ODER-Gatter 46 und 48 auf und die entsprechenden Ausgangssignale von den ODER-Gattern 46 und 48 werden an die Schaltkreise 26 und 28 geliefert. Ein Steuerimpuls RP (rate pulse) wird zum Bestimmen einer Sende-Zeitsteuerung des Wandlers vom Diagnoseelement 34 bereitgestellt und ist mit dem ersten Eingangsanschluß der ODER-Gatter 46 und 48 verbunden, der andere Anschluß des Widerstandes Ra ist direkt mit dem zweiten Eingangsanschluß des ODER-Gatters 46 verbunden und ist über einen Inverter 50 mit dem zweiten Eingangs­ anschluß des ODER-Gatters 48 verbunden.

Eine Arbeitsweise der ersten Ausführungsform wird nach­ folgend unter Bezug auf die Fig. 3A bis 3D beschrieben. Ein Pegel in der folgenden Beschreibung ist ein TTL-Pe­ gel. Durch Öffnen bzw. Schließen der Schaltvorrichtung 30 wird einer der Wandler 14 und 16 ausgewählt. Um den Wandler 16 auszuwählen, wird die Schaltvorrichtung 30 geöffnet. Wenn die Schaltvorrichtung 30 geöffnet ist, ist die Fotodiode 42 nicht eingeschaltet und folglich ist der Fotokoppler 40 in einem nichtleitenden Zustand, so daß das an das Diagnoseelement 34 angelegte Signal (a), wie in Fig. 3A gezeigt, auf einem HIGH-Pegel ist. Das Diagno­ seelement 34 zeigt entsprechend dem Pegel des Signals (a) an , daß der Wandler 16 ausgewählt wurde.

Da die Spannung parallel zum Knoten zwischen dem Wider­ stand Ra und dem Fotokoppler 40 auf einem HIGH-Pegel ist, ist das ODER-Gatter 46 dauernd aktiviert, da einer seiner Eingangsanschlüsse auf einem HIGH-Pegel ist und sein Ausgangssignal (c) wird zu einem Signal, welches dauernd, wie in Fig. 3C gezeigt, auf einem HIGH-Pegel ist. Da einer der Eingangsanschlüsse des ODER-Gatters 48 auf einem LOW-Pegel ist, wird das ODER-Gatter 48, gezeigt in Fig. 3B, als Antwort auf den Steuerimpuls RP, der an seinem anderen Eingangsanschluß angelegt ist, aktiviert, und der Steuerimpuls RP erscheint, wie in Fig. 3D ge­ zeigt, als sein Ausgangssignal (d). Aus diesem Grund liefert der Schaltkreis 28, synchron zum Steuerimpuls RP, ein Treibersignal (Impulssignal) zum Wandler 16. Die Im­ pulsdauer des Treiberimpulses entspricht der Resonanz­ frequenz des Ultraschallwandlers. Da der Steuerimpuls RP nicht an den Schaltkreis 26 geliefert wird, liefert Schaltkreis 26 kein Treibersignal zum Wandler 14. Aus diesem Grund erzeugt nur der Wandler 16 Ultraschallim­ pulse, wenn die Schaltvorrichtung 30 offen ist.

Andererseits wird, um den Wandler 14 auszuwählen, die Schaltvorrichtung 30 geschlossen. Wenn die Schaltvor­ richtung 30 geschlossen gehalten wird, ist die Fotodiode 42 und der Fotokoppler 40 eingeschaltet und das Signal (a), das an das Diagnoseelement 34 geliefert wird, geht, wie in Fig. 3A gezeigt, auf einen LOW-Pegel. Deshalb zeigt das Diagnoseelement 34, entsprechend dem Signal (a), daß der Wandler 14 ausgewählt ist. Da die Spannung parallel zum Knoten zwischen dem Widerstand Ra und dem Fotokoppler 40 auf einem LOW-Pegel ist, ist das ODER-Gat­ ter 48 dauernd aktiviert und sein Ausgangssignal (d) wird ein Signal, das, wie in Fig. 3d gezeigt, dauernd auf HIGH-Pegel ist. Das ODER-Gatter 46 ist, wie in Fig. 3B gezeigt, als Antwort auf den Steuerimpuls RP dauernd ak­ tiviert und der Steuerimpuls RP erscheint seinerseits, wie in Fig. 3C gezeigt, als sein Ausgangssignal (c). Aus diesem Grund liefert der Schaltkreis 26, synchron mit dem Steuerimpuls RP, ein Treibersignal zum Wandler 14. Aus diesem Grund erzeugt nur der Wandler 14 Ultraschallim­ pulse, wenn die Schaltvorrichtung 30 geschlossen gehalten wird.

Wie vorstehend beschrieben, kann, entsprechend der ersten Ausführungsform, das Treibersignal nur zu einem der Wandler 14 und 16 durch Betätigen der Schalteinrichtung 30 geliefert werden, d. h., die beiden Wandler können nicht gleichzeitig getrieben werden. Deshalb tritt, im Gegen­ satz zu einer konventionellen Vorrichtung, keine, durch eine reflektierte Welle einer von dem anderen Wandler, der eine unterschiedliche Resonanzfrequenz hat, ausge­ sendeten Ultraschallwelle verursachten, Interferenz auf. Zusätzlich können nahe und entfernte Abbildungen mit ho­ her Auflösung ohne Verringerung der Bildfrequenz erhalten werden. Des weiteren wird, da Sendeschaltkreise zum Er­ zeugen spezieller Treibersignale für die entsprechenden Wandler mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen verwen­ det werden, die Empfindlichkeit nicht verringert. Außer­ dem werden, da keine Hochspannungs-Treibersignale ge­ schaltet werden, aber ein Sendeschaltkreis, an den der Steuerimpuls angelegt wird, mit TTL-Pegel geschaltet wird, weder Hochspannungs- noch Hochstrom-Schaltelemente benötigt. Da die Selektion mit dem Zwischenkasten 24, an dem das Diagnoseelement 34 und die Sonde 12 angeschlossen sind, durchgeführt wird, kann derselbe Monitor des Dia­ gnoseelements 34 für alle Sonden mit Wandlern mit unter­ schiedlichen Resonanzfrequenzen verwendet werden.

Fig. 4 ist ein Schaltkreisdiagramm einer Modifikation von Schaltkreis 32 der ersten Ausführungsform. In dieser Modifikation werden ein IC 54 und vier Schaltvor­ richtungen S 1, S 2, S 3 und S 4 bereitgestellt. Als IC 54 wird ein TTLPROM oder ein GATE-ARRAY verwendet. Der in das IC 54 eingegebene Steuerimpuls 56 wird selektiv über die Ausgangsanschlüsse 01 bis 04 entsprechend einer Kom­ bination von Ein/Auszuständen der Schaltvorrichtungen S 1, S 2, S 3 und S 4 ausgegeben. Die Anschlüsse 01 bis 04 sind mit den entsprechenden Sendeschaltkreisen verbunden.

Fig. 5 ist ein Schaltkreisschema einer zweiten Modifika­ tion von Schalt-Schaltkreis 32 der ersten Ausführungs­ form. In Fig. 1 wird der Ultraschallwandler mechanisch radial abgetastet. Jedoch besteht in dieser Modifikation ein Wandler aus sechs Elementen und ist elektronisch sektor- oder linear-abgetastet, wobei diese Sektor- oder Linear-Abtastungsoperation durch ein programmierbares Element, wie z. B. ein GATE-ARRAY 60 geschaltet wird. Drei Gruppen von 6-Element Ausgangsanschlüssen 62-1 bis 62-6, 64-1 bis 64-6 und 66-1 bis 66-6 sind im GATE-ARRAY 60 bereitgestellt. Zunächst wird ein Steuersignal mit LOW- Pegel in den Schalteingangsanschluß SI des GATE-ARRAY's 60 von der Schaltvorrichtung 30 eingegeben und dann wird ein Steuersignal mit HIGH-Pegel darin eingegeben. Wenn der Anschluß SI auf LOW-Pegel ist, werden Ausgaben, d. h., Steuerimpulse von den Anschlüssen 62-1 bis 62-6 und 64-1 bis 64-6 erhalten, so daß der Sendeschaltkreis arbeitet und ein Ultraschallimpuls von den der ersten und zweiten Gruppe zugeordneten Wandlern ausgesendet wird. Wenn der Anschluß SI auf einen HIGH-Pegel geht, werden Ausgaben von den Anschlüssen 62-1 bis 62-6 und 66-1 bis 66-6 erhalten, so daß der Sendeschaltkreis arbeitet und ein Ultraschallimpuls von den der ersten und dritten Gruppe zugehörigen Wandlern ausgesendet wird.

Deshalb ist es möglich, eine Gruppe von Wandlern eines elektrischen Sektor- oder Linear-Abtasttyps zu schalten.

Obwohl die Wandler der ersten Ausführungsform im Zeitmultiplexbetrieb getrieben werden, sind für sie Sendeschaltkreise bereitgestellt. Eine zweite Ausführungsform, die einen herkömmlichen Sendeschaltkreis verwendet, wird nachfolgend beschrieben. In der zweiten Ausführungsform sind, wie in den vorstehenden Ausfüh­ rungsformen, eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern, wel­ che vollständig abgetastet werden, in einer Sonde be­ reitgestellt und werden elektrisch ausgewählt. Deshalb können die Ultraschallwandler in vorteilhafter Weise ausgewählt werden, ohne die Sonde entsprechend dem zu überprüfenden Objekt zu schalten. Jedoch kann eine Mehr­ zahl von Sonden mit Ultraschallwandlern, die unter­ schiedliche Resonanzfrequenzen und Brennweiten haben, bereitgestellt werden und die Ultraschallwandler können durch Schalten der Sonden entsprechend dem zu überprü­ fenden Objekt ausgewählt werden. Eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform wird unter Bezug auf eine Ultra­ schall-Endoskop-Vorrichtung, in der eine Mehrzahl von Ultraschallwandlern, die vollständig abgetastet werden, in das distale Ende des Einführungsbereichs eines Endos­ kops eingeschlossen sind, gemacht.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild der zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 sind zwei Ultraschallwandler, z. B. piezoelektrische Elemente, 112 und 114 mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen und Brennweiten auf einem Wandlerbefestigungselement 116 be­ festigt. Das Wandlerbefestigungselement 116 wird durch einen Motor 118 an dem Endbereich gedreht, der dem End­ bereich gegenüberliegt, an dem die Wandler 112 und 114 befestigt sind. Deswegen werden die Wandler 112 und 114 vollständig gedreht. Das Wandlerbefestigungselement 116 ist in einem Einfügungsbereich eines Endoskops eingefügt und tastet ein zu untersuchendes Objekt radial ab. Die Wandler 112 und 114 sind an unterschiedlichen Stellen in einer Kreisumfangsrichtung des Wandlerbefestigungsele­ mentes 116 befestigt und werden folglich mit einer fest­ gelegten Phasendifferenz, z. B. 180°, gedreht.

Ein Drehkodierer 120 ist mit dem Motor 118 verbunden und ein Ausgang vom Drehkodierer 120 wird an eine Codier­ steuerung 122 angelegt. Der Drehkodierer 120 erzeugt in Synchronisation mit der Drehung des Motors 118 Impulse, z. B. 256 synchrone Impulse bei jeder Umdrehung. Die Um­ laufgeschwindigkeit des Motors 18 wird durch die Codier­ steuerung 122 gesteuert. Die Codiersteuerung 122 erzeugt Impulse, z. B. 512 Impulse/Umdrehung, an der Anstiegs- und Abfallflanke des vom Drehkodierer 120 gelieferten Syn­ chronisationsimpulses und liefert sie als Zeitsteue­ rungssignal, (Steuerimpuls RP), zur Schwingungsanregung des Wandlers zu einem Diagnoseelement 124. Die Codier­ steuerung 122 liefert auch einen Positionierungsimpuls zum Positionieren einer Anzeige-Startposition auf einem Monitorbildschirm zum Diagnoseelement 124.

Das Diagnoseelement 124 liefert einen mit dem Zeitsteue­ rungssignal synchronisierten Treiberimpuls über Schalt­ vorrichtung 126 zu einem Sendeschaltkreis 128. Die Schaltvorrichtung 126 wird handbetätigt und liefert einen Treiberimpuls vom Diagnoseelement 124 über einen eines ersten und zweiten Ausgangsanschlusses zu dem Sende­ schaltkreis 128. Der Sendeschaltkreis 128 hebt die Im­ pulsspannung an und legt sie an einen der Wandler 112 und 114 an, der durch die Schaltvorrichtung 126 ausgewählt wurde.

Der vom Wandler 112 oder 114 ausgesendete Ultraschallim­ puls, der von einer Grenzfläche zwischen Geweben mit un­ terschiedlichen akustischen Impedanzen reflektiert wurde und wieder vom Wandler 112 oder 114 empfangen wurde, wird in ein Empfangssignal umgesetzt und über einen Verstärker 130 an das Diagnoseelement 124 geliefert. Das Diagnose­ element 124 moduliert die Helligkeit des empfangenen Si­ gnals und zeigt eine tomografische Abbildung des zu überprüfenden Objekts auf dem Monitor an.

Wenn die Schaltvorrichtung 126 betrieben wird, wird der Positionierungsimpuls zum Positionieren der Anzeige- Start-Position auf dem Schirm durch die Codiersteuerung 122 bewegt. Deshalb verändert sich die Anzeige-Start-Po­ sition auf dem Schirm des Monitors des Diagnoseelementes 124, so daß das Positionsverhältnis des zu untersuchenden Objektes sich unter Bezug auf die Wandler auf dem Monitor nicht verändert, sogar wenn die Ultraschallwandler ge­ schaltet werden, um eine Drehphase zu verändern.

Der vom Diagnoseelement 124 erzeugte Treiberimpuls hat eine konstante Impulsdauer und die Impulsdauer der für die Wandler 112 und 114 benötigten Treiberimpulse sind entsprechend deren Resonanzfrequenzen unterschiedlich. Aus diesem Grund justiert der Sendeschaltkreis 128 die Impulsdauer, um die den Resonanzfrequenzen der Wandler 112 und 114 entsprechenden Impulsdauern zu erhalten, be­ vor die Treiberimpulse, die vom Diagnoseelement 124 an die Wandler 112 und 114 geliefert werden, ausgegeben werden.

Aus diesem Grund werden Differenzierschaltkreise mit Zeitkonstanten CR, wie in Fig. 8A gezeigt, im Sende­ schaltkreis 128 für jeden Wandler bereitgestellt. Durch Justieren des Wertes der Zeitkonstante CR kann die Im­ pulsdauer des Ausgangsimpulses Vout eingestellt werden. Deswegen sind die Differenzierschaltkreise mit den Zeit­ konstanten CR zum Erhalten von Impulsdauern, die für die Resonanzfrequenzen der Wandler 112 und 114 geeignet sind, entsprechend mit den Wandlern 112 und 114 verbunden und erste und zweite Ausgänge von der Schaltvorrichtung 126 sind entsprechend an die Differenzierschaltkreise ange­ legt. Deswegen wird einer der Differenzierschaltkreise durch die Schaltvorrichtung 126 ausgewählt und die Im­ pulsdauer des Treiberimpulses wird in eine der Resonanz­ frequenz entsprechende Impulsdauer umgesetzt. Wie in Fig. 8B gezeigt wird, wird der Treiberimpuls über einen Transformator 132 an den Differenzierschaltkreis ange­ legt.

Wenn die Impulsdauer des Treiberimpulses wie oben be­ schrieben, der Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers entspricht, können Schwingungen in einer anderen Mode als der benötigten Schwingungsmode in der Richtung der Dicke, reduziert werden.

Im allgemeinen dauert es eine lange Zeit, um mechanische Schwingungen - entsprechend einer Anwendungs-Spannungs- Kurve - eines Ultraschallwandlers zu stoppen (s. Fig. 10A und 10B). Da jedoch elektrische Energie viel wirkungs­ voller bei Resonanzfrequenz f 0 in mechanische Energie umgesetzt werden kann (s. Fig. 9), können Schwingungen schneller gedämpft werden. Aus diesem Grund fällt die Spannung des Wandlers schneller auf 0 und wird auf 0 ge­ halten, bis der nächste Treiberimpuls eingegeben wird, d. h., wird nicht ungünstig durch andere Impulse beein­ flußt, dabei wird die Auflösung einer angezeigten Abbil­ dung eines zu untersuchenden Objektes verbessert, wenn eine Abbildung auf dem Monitorelement angezeigt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird, entsprechend der zweiten Ausführungsform, die Zeitkonstante des Differenzier­ schaltkreises in Übereinstimmung mit den Ultraschall­ wandlern, wenn diese geschaltet werden, geschaltet, so daß die Impulsdauer des Treiberimpulsausganges vom Dia­ gnoseelement 124 entsprechend der Resonanzfrequenz des ausgewählten Ultraschallwandlers in eine optimale Im­ pulsweite umgesetzt werden kann. Deshalb kann ein Im­ pulssignalverlust reduziert, die Auflösung des Monitor­ elementes verbessert werden, wodurch die Ultraschallwand­ ler wirkungsvoll getrieben werden. Aus diesem Grund kann derselbe wie der oben beschriebene Treiberimpulsgenerator verwendet werden, wenn die Wandler entsprechend dem zu überprüfenden Objekt geschaltet werden.

Eine Modifikation des Sendeschaltkreises 128 der zweiten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. In einer, wie in Fig. 11 beschriebenen, Modifikation wird ein mo­ nostabiler Multivibrator 150 als eine Puls-Dauer-Umset­ zungsvorrichtung verwendet. Der Multivibrator 150 verän­ dert eine Impulsdauer eines Ausgangsimpulses durch Ver­ ändern des Widerstandes eines veränderbaren Widerstandes R′, der daran extern angeschlossen ist. Deshalb kann ein Treiberimpuls mit einer Impulsdauer, die der Resonanz­ frequenz des Ultraschallwandlers entspricht, erhalten werden und der Effekt, ähnlich wie der von Fig. 7, kann erreicht werden.

In Fig. 12 wird eine Mehrzahl von Sonden mit Ultra­ schallwandlern mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen bereitgestellt und die Sonden werden geschaltet, um die Ultraschallwandler zu schalten. Ein Treiberimpuls von einem Diagnoseelement wird an einen Eingangsanschluß Vin eines PROM's 160 geliefert. Eine Schaltvorrichtung 162 ist mit dem PROM 160 verbunden und die Treiberimpulse werden durch Betreiben einer Schaltvorrichtung 162 von einem der Ausgangsanschlüsse ausgegeben. Eine Mehrzahl von monostabilen Multivibratoren 164 mit unterschiedli­ chen Zeitkonstanten sind mit den entsprechenden Ausgangs­ anschlüssen des PROM's 160 verbunden. Die Ausgänge der monostabilen Multivibratoren 164 werden über Transistoren mit offenem Kollektor 166 an die Ultraschallwandler an­ gelegt. Deswegen können, da die Treiberimpulse in Impulse mit unterschiedlichen Impulsdauern durch Betreiben der Schaltvorrichtung 162 umgesetzt werden, die monostabilen Multivibratoren 164 durch Betreiben der Schaltvorrichtung 162 ausgewählt werden, sogar wenn die Sonden geschaltet werden und die Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers verändert wird. Zusätzlich kann, wenn ein Signal vom PROM 160, das aus einer Mehrzahl von Signalen ausgewählt wur­ de, an die Multivibratoren 164 gelegt wird, die zweite Ausführungsform auf den Fall angewendet werden, worin eine Mehrzahl von Wandlern mit unterschiedlichen Reso­ nanzfrequenzen getrieben wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird entsprechend der zweiten Ausführungsform die Impulsdauer eines Treiberimpulses in eine Impulsdauer entsprechend der Resonanzfrequenz des Ultraschallwandlers umgesetzt und dann an den Wandler geliefert. Deshalb kann der Treiberwirkungsgrad verbes­ sert werden, der Impulssignalverlust während der Signal­ übertragung wird reduziert, um mechanische Schwingungen schneller zu dämpfen und damit ein Ultraschallwandler mit hoher Auflösung bereitgestellt.

Claims (11)

1. Ultraschalldiagnosevorrichtung mit:

• a) einer Vielzahl von Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16) mit unterschiedlichen Ultraschallcharakteristiken;
• b) jeweils mit den Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16) verbundenen Sendevorrichtungen (26, 28) zum Liefern eines Treibersignales an die Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16), wobei der zeitliche Ablauf des Treibersignales den Charakteristiken der Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16) angepaßt ist;
• c) einer Steuer- und Auswertevorrichtung (34) zum Erzeugen eines Steuerimpulssignales (RP) und Liefern des Steuerimpulssignales (RP) an die Sendevorrichtungen (26, 28);

gekennzeichnet durch,

• d) eine Schaltvorrichtung (30, 32) zum Schalten des Steuerimpulssignales (RP) von der Steuer- und Auswertevorrichtung 34) an die Sendevorrichtungen (26, 28), wobei die Schaltvorrichtung (30, 32) eine auf das von der Steuer- und Auswertevorrichtung (34) gelieferte Steuerimpulssignal (RP) reagierende Schaltkreisvorrichtung (42-50, 54, 60) aufweist, zum selektiven Liefern des Steuerimpulssignales (RF) lediglich zu einer auswählbaren Sendevorrichtung (26, 28), und damit zum Liefern des Treibersignales lediglich zu einer auswählbaren Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16).

2. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter vorgesehen ist.

3. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendevorrichtung (26, 28) das Treibersignal an die Ultraschall-Wandlervorrichtungen (14, 16) synchron mit dem Steuerimpuls (RP) anlegt.

4. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Steuerimpulssignal (RP) auf einem TTL-(Transistor-Transistor-Logik-) Pegel befindet, und die Schaltvorrichtung (30, 32) ein TTL-Logik-Gatter aufweist oder aus einem RPOM besteht.

5. Ultraschalldiagnosevorrichtung mit:

• a) einer Vielzahl von Ultraschallwandlervorrichtungen (112, 114), welche in einem vorbestimmten Zyklus abtasten, und unterschiedliche Ultraschallcharakteristiken aufweisen, und einer Steuer- und Auswertevorrichtung; gekennzeichnet durch
• b) eine Treiberimpulserzeugungsvorrichtung (122) zum periodischen Erzeugen eines Treiberimpulses mit einer einstellbaren Pulsweite, synchron mit dem Abtasten der Ultraschallwandlervorrichtungen (112, 114);
• c) Impulsweiten-Einstellvorrichtungen (128; 150; 164, 166) zum Einstellen der Pulsweite des Treiberimpulses entsprechend einer Resonanzfrequenz einer ausgewählten Vorrichtung der Ultraschallwandlervorrichtungen 112, 114) und zum Anlegen des eingestellten Treibersignales an die ausgewählte Ultraschallwandlervorrichtung (112, 114); und
• d) eine Schaltvorrichtung (126; 162, 160) zum Schalten des Treibersignales an lediglich eine ausgewählte Vorrichtung der Impulsweiten-Einstellvorrichtungen (128; 150; 164, 166), und dadurch Anlegen des eingestellten Treiberimpulses an lediglich die ausgewählte Ultraschallwandlervorrichtung (112, 114).

6. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsweiten-Einstellvorrichtungen (128) einen Differenzierschaltkreis aufweisen.

7. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsweiten-Einstellvorrichtungen (128) einen monostabilen Multivibrator (150) aufweisen.

8. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:
eine Ausbildung als ein Endoskop (10) mit einem Endoskophauptkörper mit einem Einführungsbereich (12) und einem Handbedienbereich (20), wobei die Vielzahl der Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16; 72, 74; 112, 114) mit den unterschiedlichen Ultraschallcharakteristiken am distalen Ende des Einführungsbereiches (12) angeordnet sind; und
eine Abtastvorrichtung zum Ändern der Richtungen der von der Vielzahl der Ultraschallwandlervorrichtung (14, 16; 72, 74; 112, 114) gesendeten Ultraschallwellen.

9. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (30, 32; 54; 60; 76, 86; 126; 160, 162) einen in dem Handbedienbereich (20) vorgesehenen Schalter aufweist.

10. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede von den Ultraschallwandlervorrichtungen (14, 16; 72, 74; 112, 114) eine Wandlervorrichtung vom elektronischen Abtast-Typ mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern aufweist.