DE3940402A1

DE3940402A1 - Ultrasonic transducer array element apparent prepositioning - feeds signals, received by active aperture of transducer array, to several delay units

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Publication number: DE3940402A1
Application number: DE19893940402
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl Ing Hassler; Wolfgang Dipl Phys Haerer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-12-06
Filing date: 1989-12-06
Publication date: 1990-05-03

Abstract

The correction uses an adaptive aerial for compensating heavy interruption of the sound beam by displacement of a tranducer array nearer to the interference point. The apparent displacement (retroprojection) of the transducer elements (W1,2...) is used for the supply of signals (S1,2) to a number of delay units (31,32) after resection from an active aperture of the ultrasonic transducer array (8). The number of the delay units corresponds to the number of the apparently displaced transducer elements. The delay times of the units are so chosen that the output signal (21,22) of each delay unit focusses the active aperture to each location of the apparent displaced transducer element. The obtained output signals may be electronically focussed. USE/ADVATAGE - For examination of intestinal tissues, with improved correction of image interferences.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur scheinbaren Vorverlagerung von Wandlerelementen eines Ultraschall-Wandler arrays in ein Untersuchungsgebiet. Bei modernen B-Bild-Scannern versucht man, im Empfangsfall durch Verwendung von Applikatoren (Ultraschall-Wandlerarrays) mit sehr großen aktiven Aperturen eine hohe Lateralauflösung zu erreichen. Dieses Ziel wird im Fall homogener Phantome und bei einem Teil der untersuchten Pa tienten tatsächlich erreicht. Die Klarheit und Auflösung von Ultraschall-B-Bildern aus lebendem Gewebe ist aber oft deutlich geringer als diejenige aus Phantomen. Ein nicht vernachlässig barer kleiner Prozentsatz am Patienten ist nämlich schallphysi kalisch so inhomogen, daß kein Gewinn aus der großen Apertur gezogen werden kann. Die entsprechenden Ultraschallbilder sind mit einem Grauschleier überzogen. Man führt dies auf die Orts abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit im Gewebe, insbesondere im Unterhaut-Fettgewebe, zurück. Diese Inhomogenitäten bewir ken sowohl unterschiedliche Laufzeiten, als auch eine Brechung des Ultraschallstrahles.The invention relates to a method for the apparent Advance displacement of transducer elements of an ultrasonic transducer arrays in a study area. With modern B-scan scanners one tries, in the case of reception, by using applicators (Ultrasonic transducer arrays) with very large active apertures to achieve a high lateral resolution. This goal is in the Case of homogeneous phantoms and part of the examined Pa actually reached. The clarity and resolution of However, ultrasound B-images from living tissue are often clear less than that from phantoms. A not neglected The barely small percentage of patients is sound-related Kalisch so inhomogeneous that no profit from the large aperture can be pulled. The corresponding ultrasound images are covered with a gray veil. One leads this to the local dependence of the speed of sound in the tissue, in particular in the subcutaneous fatty tissue, back. These inhomogeneities cause not only have different terms, but also a refraction of the ultrasound beam.

Aus der europäischen Offenlegungsschrift 02 56 481 ist ein Ver fahren zum Betrieb eines Ultraschall-Bildgabegerätes mit einem Ultraschall-Wandlerarray bekannt, bei dem die Bildqualität bei der medizinischen Untersuchung von Patienten gesteigert ist, indem der Einfluß der örtlichen Inhomogenitäten der Schallge schwindigkeit im Unterhaut-Fettgewebe auf die Laufzeit und so mit auf die Fokussierung weitgehend reduziert ist. Bei diesem Verfahren wird zunächst in einer Adaptionsphase eine Schnitt ebene des Untersuchungsobjekts durch fokussierte Ultraschall-Sende strahlen abgetastet. Dabei werden durch die Inhomogenitä ten bedingte Störeffekte aus den reflektierten Echosignalen ge messen. Aus den Meßwerten werden Korrekturwerte für die Verzö gerung der Signale der Elementarwandler eines Ultraschall-Wand lerarrays gegenüber der für den homogenen Fall gültigen Stan dardfokussierung abgeleitet. In der anschließenden B-Bild-Dar stellungsphase werden sodann bei der Emission und/oder beim Empfang die Verzögerungszeiten der aktiven Apertur in Abhängig keit von den Korrekturwerten geändert. Dadurch werden die Stör effekte kompensiert.From European patent application 02 56 481 a Ver drive to operate an ultrasound imaging device with a Ultrasound transducer array known in which the image quality medical examination of patients has increased, by the influence of the local inhomogeneities of the sound dizziness in the subcutaneous fatty tissue on the running time and such is largely reduced to focusing. With this The process is initially a cut in an adaptation phase level of the object to be examined by focused ultrasound transmission rays scanned. This is due to the inhomogeneity conditional interference effects from the reflected echo signals measure up. Correction values for the delays are converted from the measured values the signals of the elementary transducers of an ultrasound wall lerarrays compared to the standard valid for the homogeneous case dard focus derived. In the subsequent B-picture dar position phase are then at the issue and / or at Receive the delay times of the active aperture depending changed from the correction values. This will make the sturgeon effects compensated.

Dieses Prinzip der "adaptiven Antenne" zur Messung und Korrek tur von Schallgewindigkeitsinhomogenitäten des Bauchwandgewebes berücksichtigt zwar Laufzeitverzerrungen, aber keine Brechung. Als Konsequenz daraus können unmittelbar dem Wandlerarray vor gelagerte Störungen gut beherrscht werden, weiter in der Unter suchungstiefe liegende Störungen nur dann, wenn der Brechungs effekt nicht zu stark ist.This principle of the "adaptive antenna" for measurement and correction structure of sound velocity inhomogeneities of the abdominal wall tissue takes into account runtime distortions, but no refraction. As a consequence of this, the converter array can be placed directly in front of it stored disturbances are well controlled, further in the sub Searches lying only when the refraction effect is not too strong.

Diese Aussage wird durch Simulationsergebnisse auf der Basis gemessener Daten gestützt: Eine künstliche Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeitprofil, einer räumlichen Periode von 10 mm und einer Amplitude von 150 ns Spitze-Spitze in 2 cm vor dem Wandlerarray führt bei 2,5 MHz Nennfrequenz zu sichtba rer Bildverschlechterung, die sich aber noch gut korrigieren läßt. Eine gleichartige Irritationsmatte mit allerdings 5 mm Periode in gleicher Lage führt zu nicht mehr korrigierbaren Störungen. Legt man diese Matte in nur 5 mm Entfernung vor das Array, so sind die Bildstörungen wieder korrigierbar.This statement is based on simulation results based on measured data: an artificial irritation layer with a triangular runtime profile, a spatial period of 10 mm and an amplitude of 150 ns tip-tip in 2 cm in front of the converter array leads to visible at 2.5 MHz nominal frequency image deterioration, but they are still correcting well leaves. A similar irritation mat with 5 mm Period in the same position leads to no longer correctable Disorders. If you place this mat in front of it only 5 mm away Array, the image disturbances can be corrected again.

Zur Veranschaulichung dieses Sachverhalts wurde unter der ver einfachenden Annahme ebener Ultraschallwellen und der Gültig keit der strahlenoptischen Gesetze das Brechungsverhalten an verschiedenen Störmatten im Empfangsfall simuliert. Dies ist in den Fig. 1 bis 9 zu sehen. To illustrate this fact, the refractive behavior of various interference mats in the case of reception was simulated under the simplifying assumption of flat ultrasonic waves and the validity of the radiation-optical laws. This can be seen in FIGS. 1 to 9.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 75 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 5 mm; Figure 1 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 75 ns peak-to-peak and a spatial period of 5 mm.

Fig. 2 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 150 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 5 mm; Figure 2 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 150 ns peak-to-peak and a spatial period of 5 mm.

Fig. 3 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 300 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 5 mm; Figure 3 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 300 ns peak-to-peak and a spatial period of 5 mm.

Fig. 4 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 75 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 10 mm; Figure 4 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 75 ns peak-to-peak and a spatial period of 10 mm.

Fig. 5 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 150 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 10 mm; Figure 5 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 150 ns peak-to-peak and a spatial period of 10 mm.

Fig. 6 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 300 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 10 mm; Figure 6 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 300 ns peak-peak and a spatial period of 10 mm.

Fig. 7 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 75 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 15 mm; Figure 7 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 75 ns peak-peak and a spatial period of 15 mm.

Fig. 8 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 150 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 15 mm; Figure 8 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 150 ns peak-peak and a spatial period of 15 mm.

Fig. 9 die Brechung einer ebenen Ultraschallwelle an einer künst lichen Irritationsschicht mit dreiecksförmigem Laufzeit profil mit einer Amplitude von 300 ns Spitze-Spitze und einer räumlichen Periode von 15 mm. Fig. 9 shows the refraction of a flat ultrasonic wave on an artificial irritation layer with a triangular transit time profile with an amplitude of 300 ns peak-peak and a spatial period of 15 mm.

Die Echosignale kommen als eine ebene Welle 2 von links und treffen am linken Bildrand auf eine im Profil eindimensional dreiecksförmige Grenzschicht 4. Die Fig. 1 bis 9 zeigen einen 30 mm langen Ausschnitt der Matte 4. Die sich aufgrund von Interferenzen ergebenden Strahlen sind bis in 40 mm Tiefe dargestellt. Man sieht, daß die Strahlengänge sich in unter schiedlichen Tiefen überlappen. Wäre in diesen Überlappungsbe reichen 6 ein (nicht gezeichnetes) Wandlerarray angeordnet, könnte die in der Adaptionsphase gemessene Laufzeitverschiebung nicht mehr dem Ort der Verschiebung eindeutig zugeordnet wer den. Die gewonnene Information wäre somit zweideutig geworden.The echo signals come as a plane wave 2 from the left and meet a one-dimensional triangular boundary layer 4 at the left edge of the image. Figs. 1 to 9 show a 30 mm long section of the mat 4. The rays resulting from interference are shown down to a depth of 40 mm. One can see that the beam paths overlap at different depths. If a converter array (not shown) were arranged in these overlap regions 6 , the transit time shift measured in the adaptation phase could no longer be uniquely assigned to the location of the shift. The information obtained would have become ambiguous.

Eine bessere Annäherung an reale Verhältnisse erhält man, wenn die geraden Abschnitte der Dreiecksmatte 4 als ebene Wandler aufgefaßt werden. Insbesondere bei der 5 mm-Periode nach Fig. 3 bewirkt die Beugung eine dicht liegende Nah-Fernfeld-Grenze, die bei ungefähr 3 mm liegt, und eine Aufweitung des "Wandler felds" von 2,5 mm Apertur auf 8 mm in 20 mm Entfernung. Das bewirkt eine noch stärkere Überlappung, als es sich bei nur strahlenoptischer Betrachtung ergeben würde. Bei Störmatten mit 20 mm-Periode nach den Fig. 5 und 6 und mit 15 mm-Periode nach den Fig. 7 bis 9 liegen allerdings die Nah-Fernfeld grenzen jenseits von 20 mm Entfernung, so daß die Beugung nicht zu einer Aufweitung, sondern zum Teil zu einer Einschnürung führt. In Fig. 5 ist die strahlenoptische Überlagerung ge zeigt, die sich in einem mit der adaptiven Antenne noch korri gierbaren Fall ergibt. Fig. 2 zeigt den nicht mehr korrigier baren Fall, bei dem in 20 mm Entfernung auf dem Array bereits eine Vertauschung stattgefunden hat.A better approximation to real conditions is obtained if the straight sections of the triangular mat 4 are interpreted as flat transducers. In particular in the 5 mm period according to FIG. 3, the diffraction brings about a close-lying near-far field limit, which is approximately 3 mm, and an expansion of the “transducer field” from 2.5 mm aperture to 8 mm in 20 mm Distance. This results in an even greater overlap than would only result from a radiation-optical observation. In the case of interference mats with a 20 mm period according to FIGS . 5 and 6 and with a 15 mm period according to FIGS. 7 to 9, however, the near far field limits are beyond 20 mm, so that the diffraction does not lead to an expansion, but instead partly leads to a constriction. In Fig. 5, the radiation-optical overlay is shown ge, which results in a still correctable with the adaptive antenna case. Fig. 2 shows the no longer correctable case in which a swap has already taken place at a distance of 20 mm on the array.

Die Grundidee für eine Verbesserung besteht in folgendem: Die Messungen an menschlichem Bauchspeck legen den Schluß nahe, daß der Fettgehalt in der Bauchwand gemessen am Muskelanteil rela tiv homogen in der Geschwindigkeitsverteilung ist. Da anato misch in der Regel eine 5 bis 20 mm dicke Fettschicht zwischen Haut und Muskelsträngen liegt, kann diese Fettschicht wie eine "Wasservorlaufstrecke" angesehen werden, in der die Überlage rung der Strahlengänge aufgrund vorgelagerter Brechung ge schieht. Unter der Annahme einer bekannten, homogen verteilten Schallgeschwindigkeit im Unterhautfett kann durch eine rechne rische Rückwärts-Wellenausbreitung der Fall simuliert werden, daß die Phasenstörung dicht vor dem Array liegt. Die dicht vor dem Array liegenden Phasenstörungen sind auch bei stark bre chenden Stördichten mit der adaptiven Antenne beherrschbar.The basic idea for an improvement is as follows: The Measurements on human belly fat suggest that the fat content in the abdominal wall measured relative to the muscle percentage tiv is homogeneous in the speed distribution. Because anato usually mix a 5 to 20 mm thick layer of fat between Skin and muscle strands, this layer of fat can act like one "Water supply section" can be viewed in which the overlay beam paths due to upstream refraction looks. Assuming a known, homogeneously distributed Speed of sound in the subcutaneous fat can be calculated by a backward wave propagation are simulated the case that the phase disturbance is close to the array. The close up the phase disturbances lying in the array are also very strong appropriate interference densities can be managed with the adaptive antenna.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wandlerele mente eines Ultraschall-Wandlerarrays scheinbar in ein Untersu chungsgebiet vorzuverlagern.The invention is therefore based on the object, the converter element elements of an ultrasound transducer array seemingly into a subs area to be relocated.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspru ches 1 gelöst. Da nun die Phasenstörungen scheinbar dicht vor dem Wandlerarray liegen, können auch die Auswirkungen stark brechender Irritationen mit der adaptiven Antenne kompensiert werden.The object is achieved by the features of the claims ches 1 solved. Now that the phase disturbances seem to be close the converter array, the effects can also be strong breaking irritation with the adaptive antenna compensated will.

Wie das Verfahren zur scheinbaren Vorverlagerung eines Wandler arrays bei einem Verfahren zur Kompensation von Laufzeitunter schieden (adaptive Antenne) angewendet wird, ist durch die Merk male des Anspruches 2 angegeben.Like the process of seemingly advancing a converter arrays in a method for compensation of runtime sub different (adaptive antenna) is used is by the Merk male specified of claim 2.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Fig. 10 bis 21 erläutert. An embodiment of the invention will now be explained with reference to FIGS. 10 to 21.

Es zeigen:Show it:

Fig. 10 die Bestimmung des Schalldruckes im Punkt P 1, der von einer ebenen Welle über eine teilweise schalldurchläs sige Wand beschallt wird; Fig. 10 the determination of the sound pressure at point P 1 , which is sonicated by a plane wave over a partially schalldurchläs sige wall;

Fig. 11 die Bestimmung des Schalldruckes im Punkt P 1, der von einer Zylinderwelle über eine teilweise schalldurchläs sige Wand beschallt wird; FIG. 11 is the determination of the sound pressure at the point P 1, which is sonicated by a cylindrical shaft via a partially schalldurchläs SiGe wall;

Fig. 12 die Bestimmung des Schalldruckes in Richtung von Punkt P 6, der von einer Zylinderwelle entsprechend Fig. 11 an geschallt wird, unter Verwendung der Schallaufzeiten für den Punkt P 1; FIG. 12 the determination of the sound pressure in the direction from point P 6 , which is sounded by a cylinder shaft corresponding to FIG. 11, using the sound propagation times for point P 1 ;

Fig. 13 eine Rückprojektion eines physikalisch vorhandenen Wand lerarrays in eine gedachte Ebene in Analogie zu Fig. 10; FIG. 13 is a back-projection of a physically existing wall lerarrays in an imaginary plane, in analogy to Fig. 10;

Fig. 14 eine Rückprojektion eines physikalisch vorhandenen Wand lerarrays in eine gedachte Ebene in Analogie zu Fig. 11; FIG. 14 is a rear projection of a physically existing wall array into an imaginary plane in analogy to FIG. 11;

Fig. 15 die Auswirkung von zwei von den Punkten P 1 und P 2 ausge henden Zylinderwellen auf die Rückprojektion; Fig. 15 shows the effect of two of the points P 1 and P 2 being Henden cylinder shafts to the rear projection;

Fig. 16 eine Anwendung des Verfahrens zur scheinbaren Vorverla gerung eines Wandlerarrays bei einem Verfahren zur Kom pensation von Laufzeitverzerrungen (adaptive Antenne); FIG. 16 is an application of the method to the apparent Vorverla delay of a transducer array in a method of com pensation of delay distortion (adaptive antenna);

Fig. 17 eine Darstellung der räumlichen Anordnung beim Parrallel scan zur Berechnung der Verschiebezeiten; FIG. 17 is a representation of the spatial arrangement at Parrallel scan to calculate the shift times;

Fig. 18 den Rechengang zur Bestimmung der Verschiebezeiten nach Fig. 17 unter Verwendung von Digitaltechnik und von Ana logtechnik; FIG. 18 shows the calculation process for determining the shift times according to FIG. 17 using digital technology and analog technology;

Fig. 19 eine Darstellung der räumlichen Anordnung beim Sektor scan zur Berechnung der Verschiebezeiten; FIG. 19 is a representation of the spatial arrangement in the sector scan to calculate the shift times;

Fig. 20 den Rechengang zur Bestimmung der Verschiebezeiten nach Fig. 19 unter Verwendung von Digitaltechnik und von Ana logtechnik; FIG. 20 shows the calculation process for determining the shift times according to FIG. 19 using digital technology and analog technology;

Fig. 21 ein Blockschaltbild für den Funktionsblock "Rückprojek tion" der Fig. 16. FIG. 21 is a block diagram for the "back projection" function block of FIG. 16.

Zunächst wird anhand der Fig. 10 bis 15 das prinzipielle Vor gehen bei der scheinbaren Vorverlagerung eines Wandlerarrays er klärt.First, 10 to 15 is based on the Fig., The fundamental proceed at the apparent forward displacement of a transducer array it clarifies.

Gemäß Fig. 10 kann man sich ein gleichphasig sendendes Wandler array 8 mit den Elementarwandlern W 1 bis W 6 gleichwertig er setzt denken durch eine schallundurchlässige Wand 10 mit Lö chern in der Form der Elementarwandler W 1 bis W 6, die von links durch eine ebene Welle 2 beschallt werden. Den Schalldruck in einem Punkt P 1 kann man vereinfacht berechnen, indem man die Zeitverläufe des Schalldruckes an einem Ort in der Mitte der Elementarwandler W 1 bis W 6 entsprechend den Laufwegen z 1 bis z 6 und der bekannten Schallgeschwindigkeit gegeneinander zeitver schiebt und aufaddiert. Dies entspricht dem Nachvollziehen des Huygensschen Prinzips bzw. der gängigen Berechnung von Schall feldern. Wegen der zu den Wandlern W 1 bis W 6 parallelen Wellen fronten braucht die Richtwirkung der Elementarwandler W 1 bis W 6 (aufgrund ihrer endlichen Dimension) nicht berücksichtigt wer den, um das fortgesetzte Wellenfeld zu berechnen.Referring to FIG. 10 may be a phase with sending transducer array 8 with the elementary transducers W 1 to W 6 equivalent think he uses by a schallundurchlässige wall 10 with Lö manuals in the form of the elementary transducers W 1 to W 6, the left by a plane Wave 2 are sonicated. The sound pressure at a point P 1 can be calculated in a simplified manner by shifting and adding up the time profiles of the sound pressure at a location in the middle of the elementary transducers W 1 to W 6 corresponding to the travel paths z 1 to z 6 and the known speed of sound. This corresponds to the understanding of the Huygens principle or the common calculation of sound fields. Because of the fronts to the transducers W 1 to W 6 parallel shafts the directivity of the elementary transducers W1 needs to W 6 (due to their finite dimension) is not taken into account who the order to calculate the continued wave-field.

Will man die Beschallung des Punktes P 1 durch ein reales Array 8 mit endlicher Breite der Elementarwandler W 1 bis W 6 finden, muß die Richtwirkung der Elementarwandler W 1 bis W 6 berücksich tigt werden. Die Richtwirkung wird durch die Akzeptanzkurve be schrieben, die die Abhängigkeit der Wandlerwirkung vom Akzep tanzwinkel α angibt. Gleiches muß berücksichtigt werden, wenn der Empfang des Signals bei P 1 durch ein reales Array gesucht ist. In diesen Fällen dürfen nur Signale solcher Elementarwand ler W 1 bis W 6 aufaddiert werden, die den Punkt P 1 noch beschal len können oder im Empfangsfall nur Signale aus Richtungen em pfangen werden, die noch innerhalb eines Akzeptanzbereiches +/- α _max liegen. Zusätzlich kann eine Bewichtung der Einzelsi gnale mit der Akzeptanzkurve vorgenommen werden.If you want to find the sound of point P 1 through a real array 8 with a finite width of elementary transducers W 1 to W 6 , the directivity of elementary transducers W 1 to W 6 must be taken into account. The directivity is described by the acceptance curve, which indicates the dependence of the transducer effect on the acceptance angle α . The same must be taken into account if the reception of the signal at P 1 is sought through a real array. In these cases, only signals of such elementary converters W 1 to W 6 may be added that can still fill the point P 1 or, in the case of reception, only receive signals from directions that are still within an acceptance range +/- α _max . In addition, the individual signals can be weighted with the acceptance curve.

Anhand der Fig. 11 soll nun die Signalentstehung im Punkt P 1 beschrieben werden.With reference to FIG. 11, the signal generation will be described in the point P1.

Zunächst wird eine Zylinderwelle 12 vom Array 8 empfangen. Wenn der Kreisbogen 12 die momentane Lage eines Dirac-Impulses an gibt, dann entsprechen die Wege z 1′ bis z 5′ den Zeitunterschie den, mit denen der Impuls von den Elementarwandlern W 1 bis W 5 gegenüber dem Elementarwandler W 6 empfangen wird. Die Überlage rung aller dieser Empfangssignale entsprechend den Laufzeiten längs der Wege z 1 bis z 6 führt zu einer zeitgleichen (konpha sen, konstruktiven) Aufaddition aller Signale in Punkt P 1. Da gegen kommen im Punkt P 6 die entsprechenden Teilsignale zu weit auseinanderliegenden Zeiten an und addieren sich nicht, wie in Fig. 12 veranschaulicht ist. Bei bipolaren Signalen kommt es zu einer teilweisen Auslöschung je nach Phasenlage. Die Teilsi gnale sind längs der Zeitachse "verschmiert". Um einen guten Störabstand zwischen dem gewünschten Signal bei P 1 und dem un erwünschten bei P 6 zu erhalten, müssen möglichst viele Teilsi gnale aufaddiert werden. Wenn die Teilsignale weiter als maxi mal 1/2 Wellenlänge auseinanderliegen, verliert man an Störab stand. Die Zahl der Teilsignale, also die Arrayteilung, ist dann zu niedrig.First, a cylinder shaft 12 is received by the array 8 . If the arc 12 indicates the current position of a Dirac pulse, then the paths z 1 'to z 5 ' correspond to the time differences with which the pulse is received by the elementary converters W 1 to W 5 compared to the elementary converter W 6 . The superimposition of all these received signals in accordance with the transit times along the paths z 1 to z 6 leads to a simultaneous (konpha sen, constructive) addition of all signals in point P 1 . In contrast, the corresponding partial signals arrive at points P 6 at widely spaced times and do not add up, as is illustrated in FIG. 12. With bipolar signals there is a partial cancellation depending on the phase position. The Teilsi signals are "smeared" along the time axis. In order to get a good signal to noise ratio between the desired signal at P 1 and the un desired at P 6, many Teilsi must be added gnale possible. If the partial signals are further apart than maxi times 1/2 wavelength, one loses the interference margin. The number of partial signals, i.e. the array division, is then too low.

Solange das Überlagerungsgesetz gilt, d.h. im linearen Fall, können auch überlagerte Zylinderwellen rechnerisch fortgesetzt werden. Wenn z.B. eine Welle auf den Punkt P 1, die andere auf einen Punkt P 6 (siehe Fig. 11) fokussiert ist, dann erhält man nach entsprechenden Verzögerungen die Pulsformen in Punkt P 1 bzw. Punkt P 6 getrennt, obwohl sie in Höhe des Arrays gegen seitig überlagert waren.As long as the superposition law applies, ie in the linear case, superimposed cylinder shafts can also be continued arithmetically. If, for example, a wave is focused on the point P 1 , the other on a point P 6 (see FIG. 11), then after corresponding delays, the pulse shapes in point P 1 or point P 6 are obtained separately, although they are at the level of Arrays were mutually overlaid.

Führt man die oben angegebenen Schritte der Signalverzögerung nicht nur im Empfangsfall sondern auch im Sendefall aus, dann kann man damit z.B. ein lineares Array im Abstand vor dem phy sikalisch vorhandenen simulieren, z.B. um mit einer "syntheti schen Antenne" n²-Daten zu erzeugen. Mit anderen Worten: Das Array wird scheinbar in das Untersuchungsgebiet vorverlagert.If one carries out the above-mentioned steps of the signal delay not only in the case of reception but also in the case of transmission, then it can be used to simulate, for example, a linear array at a distance from the physically present one, for example to generate n ² data with a "synthetic antenna" . In other words, the array appears to be moving to the area under investigation.

Nach demselben Prinzip kann anstelle der Wellenfortsetzung, wie sie in den Fig. 10 bis 12 erläutert wurde, auch eine Wellen rückprojektion ausgeführt werden. Dabei müssen folgende Fragen beantwortet werden:According to the same principle, instead of the wave continuation, as was explained in FIGS . 10 to 12, a wave rear projection can also be carried out. The following questions must be answered:

1. How does the wave field incident on the array look in one? according to the distance before?
2. How would the wave field look at this distance if that Array with the signals just received again would send?
3. How about the incident wave field from a second wall lerarray in front of the physically existing array been received?
4. How would this second array have the return from the first receive?

Im Zusammenhang mit der adaptiven Antenne interessiert hier vorzugsweise die Antwort auf die Frage 3. Die Zusammenhänge bei der Wellenrückprojektion werden nun anhand der Fig. 13 bis 15 erläutert.In connection with the adaptive antenna, the answer to question 3 is preferably of interest here. The relationships in wave rear projection are now explained with reference to FIGS . 13 to 15.

In Analogie zur Fig. 10 zeigt Fig. 13 ein Dreieck, bestehend aus den Punkten P 1 und P 6 und Punkt W 1. Die Interpretation wird aber gegenüber der Fig. 10 in der Weise geändert, daß die Punkte P 1 und P 6 in einer simulierten Arrayebene 14 liegen, während die Wandler W 1 bis W 6 in der Ebene 16 des physikalisch vorhan denen Arrays 8 liegen.In analogy to FIG. 10, FIG. 13 shows a triangle consisting of points P 1 and P 6 and point W 1 . The interpretation is changed compared to FIG. 10 in such a way that the points P 1 and P 6 are in a simulated array level 14 , while the transducers W 1 to W 6 are in the level 16 of the physically existing array 8 .

Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, wie aus dem bei dem Wandler W 1 auf dem Array 8 gemessenen Zeitsignal in Umkehrung des mit Fig. 10 beschriebenen Geschehens die Teilsignale ge funden werden, die den Abtastorten P 1 bis P 6 in der simulierten bzw. vorverlagerten Arrayebene 14 zugeordnet werden müssen. Dies geschieht durch Zeitverschiebung der empfangenen Signale entsprechend den Laufwegen z 1 bis z 6 bei einer angenommenen Schallgeschwindigkeit cf für Fett nach der Gleichung:It is not difficult to imagine how the partial signals are found from the time signal measured in the converter W 1 on the array 8, in reverse of the event described with FIG. 10, which the scanning locations P 1 to P 6 in the simulated or must be assigned to advanced array level 14 . This is done by shifting the time of the received signals according to the paths z 1 to z 6 with an assumed sound velocity cf for fat according to the equation:

tn = zn/cf, tn = zn / cf ,

wobei n der Anzahl der Abtastorte Pn entspricht und - entspre chend dem Beispiel - von 1 bis 6 läuft.where n corresponds to the number of scanning locations Pn and - according to the example - runs from 1 to 6 .

Das gesamte Signal, z.B. im Punkt P 1, ergibt sich durch lineare Überlagerung aller verschobenen Teilsignale der Wandler W 1 bis W 6 des physikalischen Arrays 8.The entire signal, for example at point P 1 , results from the linear superimposition of all shifted partial signals of the transducers W 1 to W 6 of the physical array 8 .

In Analogie zu den Fig. 11 und 12 ist in Fig. 14 der Em pfang und die Rückprojektion einer Zylinderwelle (Wellenfront eines Druckpulses) veranschaulicht, die vom Punkt P 1 ausgeht. Das Array 8 empfängt Signale, die gemäß den Laufwegen z 1′ bis z 5′ gegenüber dem Signal des Wandlers W 6 zeitverschoben sind. Das Signal von Wandler W 1 ist entsprechend dem Laufweg z 1′ z.B. 1 µs vor dem des Wandlers W 6 empfangen worden. Bei einer Rück projektion auf einen gedachten Punkt P 1 wird dieses Signal von W 1 entsprechend dem Weg z 1 um z.B. 5 µs weiter nach vorn ver schoben. Das Signal von W 6 wird um 1 µs + 5 µs = 6 µs verscho ben, weil die Summe der Wege z 1′ und z 1 gleich der Weglänge z 6 ist und diese Summenbildung bei gleichen Schallgeschwindigkei ten auch für die Zeiten gilt. Bei einer Rückprojektion auf den Punkt P 1 in der Ebene 14 erhält man also ein starkes Signal für den Punkt P 1, weil konstruktive Interferenz angenommen werden darf.Analogously to FIGS. 11 and 12, the reception and the rear projection of a cylindrical wave (wavefront of a pressure pulse), which starts from point P 1, is illustrated in FIG. 14. The array 8 receives signals that are shifted in time according to the paths z 1 'to z 5 ' compared to the signal of the converter W 6 . The signal from converter W 1 has been received in accordance with the path z 1 ', for example 1 µs before that of converter W 6 . When projecting back to an imaginary point P 1 , this signal is shifted forward by W 1 according to the path z 1, for example 5 μs further. The signal from W 6 is shifted by 1 µs + 5 µs = 6 µs, because the sum of the paths z 1 'and z 1 is equal to the path length z 6 and this summation applies to the times at the same sound speeds. When projecting back to point P 1 in plane 14 , a strong signal is therefore obtained for point P 1 because constructive interference can be assumed.

Dem Punkt P 6 der Ebene 14 wird ein zeitlich "verschmiertes" Si gnal zugeordnet. In Fig. 14 sind die den Verschiebezeiten ent sprechenden Wege für die Aufaddition aller Teilsignale einge zeichnet. Sie veranschaulichen, daß die Teilsignale nicht zeit gleich zu liegen kommen und sich daher nicht konstruktiv aufad dieren.The point P 6 of level 14 is associated with a "smeared" signal. In Fig. 14, the path corresponding to the shift times for the addition of all partial signals are drawn. They illustrate that the partial signals do not come to lie at the same time and therefore do not add up structurally.

Um diesen Vorgang quantitativ genau zu erfassen, kann man ihn als die fokussierte Sendung auf den Punkt P 1 oder den fokussier ten Empfang von dem Punkt P 1 verstehen und nach der Breite des Fokuspunktes fragen. Nur wenn dieser in die Größenordnung der Breite eines Elementarwandlers W 1 bis W 6 kommt, kann man eine "Verschiebung" des Arrays 8 in die Ebene 14 ohne Qualitätsver lust simulieren.In order to quantitatively accurately detect this process, it can be understood as the focused program on point P 1 or the focused reception from point P 1 and asked about the width of the focus point. Only if this comes in the order of magnitude of the width of an elementary converter W 1 to W 6 , can a "shift" of the array 8 into the plane 14 be simulated without quality loss.

Nach Korsoff gilt für die -10 dB-Fokusbreite d _bf entweder beim Senden oder beim EmpfangAccording to Korsoff, the -10 dB focus width d _bf applies either when sending or when receiving

d _bf = 0,86 λ R/d. d _bf = 0.86 λ R / d .

Dabei ist λ die Wellenlänge, R der Krümmungsradius und d der Wandlerdurchmesser.Here λ is the wavelength, R the radius of curvature and d the transducer diameter.

Für eine Wellenlänge λ = 0,6 mm (entspricht einer Frequenz von 2,5 MHz), einem Krümmungsradius von 10 mm und einem Wand lerdurchmesser von 20 mm ergibt sich für die -10 dB-Fokusbreite d _bf = 0,26 mm. Die Arrayteilung des physikalischen Arrays be trägt λ/2 = 0,3 mm.For a wavelength λ = 0.6 mm (corresponds to a frequency of 2.5 MHz), a radius of curvature of 10 mm and a transducer diameter of 20 mm, the -10 dB focus width results in d _bf = 0.26 mm. The array division of the physical array is λ / 2 = 0.3 mm.

Das oben angegebene, an die Praxis angelehnte Beispiel zeigt, daß eine -10 dB-Fokusbreite von der geforderten Kleinheit er reicht wird. Das unerwünschte Signal im Punkt P 6 ist also tat sächlich sehr klein. The example given above, based on practice, shows that a -10 dB focus width of the required smallness is sufficient. The unwanted signal at point P 6 is actually very small.

Berechnet man die Summensignale für viele eng zusammenliegende Punkte auf einer zweiten Ebene 18 (Fig. 14), dann erhält man einen Querschnitt durch das "Wandlerfeld" vor dem Fokus. Jen seits der Schnittpunkte mit den Geraden z 1 und z 6 fällt die In tensität schnell ab. Damit ist verständlich, daß ein in der zweiten Ebene 18 vorgeschobenes Empfangsarray mit einem ver gleichbaren Fokussierungsgrad oder Aspektwinkel empfängt wie das physikalisch vorhandene.If one calculates the sum signals for many closely located points on a second plane 18 ( FIG. 14), then one obtains a cross section through the “transducer field” in front of the focus. On the part of the intersections with the straight lines z 1 and z 6 , the intensity drops rapidly. It is thus understandable that a receiving array advanced in the second plane 18 receives with a ver comparable degree of focus or aspect angle as that physically present.

Wenn zwei sich am Array 8 überlagernde Zylinderwellen, ausge hend vom Punkt P 1 und P 2, vorhanden sind, wie in Fig. 15 ver anschaulicht, führt dies zur "Entzerrung" des überlagerten Wellenfeldes. Selbst in der zweiten Ebene 18, die die beiden Signalquellen nicht enthält, ist die Überlagerung aufgehoben.If two cylinder shafts overlapping on the array 8 , starting from the point P 1 and P 2 , are present, as illustrated in FIG. 15, this leads to "equalization" of the superimposed wave field. Even in the second level 18 , which does not contain the two signal sources, the superimposition is eliminated.

Will man nun die erste Frage nach dem von links einfallenden Wellenfeld in der zweiten Ebene 18 vor dem Empfang durch das Array 8 beantworten, dann muß man berücksichtigen, daß der Wand ler W 6 aufgrund seiner endlichen Ausdehnung und des größeren Abstands ein kleineres Signal empfängt als der Wandler W 1. Zur Korrektur wird die inverse Akzeptanzkurve des jeweiligen Ele mentarwandlers W 1 bis W 6 und das inverse Entfernungsgesetz ver wendet.If you want to answer the first question about the wave field incident from the left in the second plane 18 before being received by the array 8 , then you have to take into account that the Wand ler W 6 receives a smaller signal than due to its finite extent and the greater distance the converter W 1 . For the correction, the inverse acceptance curve of the respective elementary transducer W 1 to W 6 and the inverse distance law are used.

Zur Beantwortung der zweiten Frage nach dem Schallfeld im Sen defall sind genau die gleichen Effekte wie bei der ersten Frage, allerdings nicht invers, zu berücksichtigen.To answer the second question about the sound field in Sen defall are exactly the same effects as in the first question, but not inversely to consider.

Die dritte Frage nach dem Empfang eines realen Arrays 8 in der zweiten Ebene 18 ist für den gezeichneten Fall eines naheliegen den Punktes P 1 schwer zu beantworten, weil die Schalleinfalls richtung in der zweiten Ebene unbekannt ist und nicht eine Viel zahl von Empfangspunkten je simuliertem Elementarwandler unter schieden werden kann. Wenn jedoch der Punkt P 1 wandlerfern liegt und daher unter einem viel kleineren Aspektwinkel gesehen wird, sind die Empfangswinkel der Wandler des physikalisch vor handenen Arrays nicht sehr unterschiedlich und dem des zu simu lierenden Wandlers in der zweiten Ebene 18 ähnlich. Ein weit von der Zentralachse der Empfangsapertur liegender Punkt P 1 wird dann weder vom physikalisch vorhandenen, noch vom simu lierten Empfangsarray gesehen. Dies entspricht jedoch den Ver hältnissen beim Sektorscan am Bildrand. Der Restfehler ist nicht von Bedeutung, denn er bewirkt eine Annäherung an den Fall eines idealen Arrays ohne Akzeptanzprobleme.The third question about the reception of a real array 8 in the second level 18 is difficult to answer for the illustrated case of an obvious point P 1 , because the direction of sound incidence in the second level is unknown and not a lot of receiving points per simulated elementary converter can be differentiated. However, if the point P 1 is remote from the transducer and is therefore seen from a much smaller aspect angle, the reception angles of the transducers of the physically existing array are not very different and are similar to that of the transducer to be simulated in the second plane 18 . A point P 1 lying far from the central axis of the reception aperture is then neither seen by the physically present nor by the simulated reception array. However, this corresponds to the conditions for the sector scan at the edge of the picture. The residual error is irrelevant because it brings about an approximation to the case of an ideal array without acceptance problems.

Bisher ist davon ausgegangen worden, daß alle Arraywandler W die ungestörte Wellenfront von der Quelle P 1 empfangen konnten. Daher konnte auch die gesamte, auf der Apertur empfangene Infor mation zur Berechnung des erwarteten Empfangssignals auf dem simulierten Array herangezogen werden. Stellt man sich aller dings zwischen der Quelle P 1 und dem zu simulierenden Array eine Irritationsschicht vor, wie sie z.B. in den Fig. 1 bis 9 angegeben ist, so können durch Brechung zwei statt einer Quel le vorgetäuscht werden. Dies entspricht einer bereichsweisen Abschattung der Quelle P 1. Die Abschattung führt zu einer un günstigeren Aperturbelegung und damit zu einem Auflösungsver lust. Den ungünstigsten Grenzfall der Abschattung kann man sich so vorstellen, als trete die Quelle P 1 nur durch einen Spalt der Größe eines Elementarwandlers des simulierten Arrays. Dann kann, wegen der eingeschränkten Akzeptanz der Wandler W, unter Umständen nicht die gesamte physikalische Apertur empfangen. Man könnte Überlagerungsgänge sparen und nur den empfangenden Teil des physikalischen Arrays bei der Rückprojektion berück sichtigen. Da aber die Art der Abschattung nicht vorausgesehen werden kann, sollte mit der ganzen Information vom physikalisch vorhandenen Array die Rückprojektion vorgenommen werden.So far it has been assumed that all array transducers W could receive the undisturbed wavefront from the source P 1 . Therefore, the entire information received on the aperture could also be used to calculate the expected received signal on the simulated array. However, if one imagines an irritation layer between the source P 1 and the array to be simulated, as is given, for example, in FIGS. 1 to 9, two instead of one source can be simulated by refraction. This corresponds to a shading of the source P 1 in certain areas . The shading leads to an unfavorable aperture assignment and thus to a loss of resolution. The most unfavorable limit case of shading can be imagined as if the source P 1 only passes through a gap the size of an elementary converter of the simulated array. Then, due to the limited acceptance of the transducers W , the entire physical aperture may not be received under certain circumstances. One could save overlay corridors and only consider the receiving part of the physical array in the rear projection. However, since the type of shading cannot be predicted, all the information from the physically existing array should be used for the rear projection.

Die Antwort auf die vierte Frage findet sich, indem in dersel ben Weise wie bei der Antwort auf die zweite Frage nicht invers korrigiert wird.The answer to the fourth question can be found in the same same way as in the answer to the second question, not inverse is corrected.

Die Verhältnisse bei einer ebenen einfallenden Welle 2 lassen sich aus der Überlagerung vieler nebeneinanderliegender Punkt- oder Linienstrahler ableiten. Daraus wird klar, daß die Wellen front in der zweiten Ebene 18 nur in den seitlichen Grenzen re konstruiert werden kann, die der Akzeptanzwinkel α der Wandler W des physikalischen Arrays 8 erlaubt.The conditions for a plane incident wave 2 can be derived from the superposition of many adjacent point or line emitters. It is clear from this that the waves front in the second plane 18 can only be constructed within the lateral limits that the acceptance angle α of the transducers W of the physical array 8 permits.

Mit Fig. 18 soll der Einbau des oben beschriebenen Rückprojek tionsschrittes in das Verfahren der adaptiven Antenne gezeigt werden.With FIG. 18, the fitting of the above-described Rückprojek tion step are shown in the process of the adaptive antenna.

In der Adaptionsphase wird zunächst, wie bisher, in unterschied liche Richtungen (Sektorscan oder Parallelscan) gesendet (Funk tionsblock 100) und die Echosignale von den Elementarwandlern W bis Arrays 8 empfangen (Funktionsblock 102). Über die oben be schriebene Rückprojektion (Funktionsblock 104) verschafft man sich anschließend einen neuen hochfrequenten Empfangsdatensatz mit einer Anzahl von Empfangsdaten, die der Anzahl der Wandler entspricht. An dem Empfangsdatensatz wird ein elektronischer Schwenk und eine elektronische Fokussierung (Funktionsblock 106) durchgeführt.In the adaptation phase, as before, transmission is first carried out in different directions (sector scan or parallel scan) (function block 100 ) and the echo signals are received by the elementary transducers W to arrays 8 (function block 102 ). Via the rear projection described above (function block 104 ), a new high-frequency received data record with a number of received data corresponding to the number of converters is subsequently obtained. An electronic pan and an electronic focusing (function block 106 ) are carried out on the received data record.

Dem elektronischen Schwenk und der Fokussion folgt der Adap tionsprozeß (Funktionsblock 108) nach dem Verfahren der adap tiven Antenne, wie er im eingangs zitierten Stand der Technik beschrieben ist.The electronic panning and the focus is followed by the adaptation process (function block 108 ) according to the method of the adaptive antenna, as described in the prior art cited at the beginning.

Bevor ein Bild (Funktionsblock 110) hergestellt werden kann, muß der geometrische Versatz berücksichtigt werden, der durch die scheinbare Verschiebung des Empfangsarrays entstanden ist (Funktionsblock 112).Before an image (function block 110 ) can be produced, the geometric offset that has arisen as a result of the apparent displacement of the receiving array must be taken into account (function block 112 ).

Wenn die Signale in digitaler Form gespeichert vorliegen, ist eine Verschiebung "in die Vergangenheit" um große Zeitabschnit te möglich. Wenn dagegen die Rückprojektion durch schaltbare analoge Verzögerungsglieder realisiert werden soll, muß eine Grundverzögerung eingeführt werden, die es erlaubt, ausschließ lich in die Zukunft zu schieben. Dies wird anhand der Fig. 17 bis 20 näher erklärt werden.If the signals are stored in digital form, a shift into the past by large time segments is possible. If, on the other hand, the rear projection is to be implemented by switchable analog delay elements, a basic delay must be introduced which allows it to be shifted exclusively into the future. This will be explained in more detail with reference to FIGS. 17 to 20.

Zunächst wird anhand von Fig. 17 präzisiert, auf welcher Brei te das vorgeschobene Empfangsarray simuliert werden muß. Wenn Signale aus dem Tiefenbereich von Q 1 bis Q 2 dynamisch mitlau fend fokussiert empfangen werden sollen, müssen mindestens Si gnale über der Apertur A′ berechnet werden. Dabei bleibt unbe rücksichtigt, daß z.B. das Signal vom Wandler W 6 unter einem sehr viel größeren Winkel zum Punkt P 1 transferiert wird als dem Empfangswinkel des Wandlers W 6 zu Q 1, der bereits die Gren ze der Empfindlichkeit darstellen kann.First, it is specified with reference to FIG. 17, on which width the advanced receiving array must be simulated. If signals from the depth range from Q 1 to Q 2 are to be received with dynamic focus, at least signals over the aperture A 'must be calculated. It does not take into account that, for example, the signal from the transducer W 6 is transferred at a much larger angle to the point P 1 than the reception angle of the transducer W 6 to Q 1 , which can already represent the limits of the sensitivity.

Nach Fig. 18 symbolisieren das Signal S 1 in Zeile 1 und das Signal S 6 in Zeile 5 die Empfangszeiten der Wandler W 1 bzw. W 6 des realen Arrays 8 für Signale von Reflektoren zwischen den Punkten Q 1 und Q 2. Nach dem Rückprojektionsalgorithmus werden diese nun zur Ermittlung des bei P 1 empfangenen Signals um z 1/cf bzw. z 6/cf nach vorn verschoben. Die verschobenen Signale S 1′ (Zeile 2) bzw. S 6′ (Zeile 6) werden bei digitaler Signalver arbeitung aufaddiert. Dieselbe Überlagerung oder relative Ver schiebung zueinander erhält man aber auch, wenn S 1 um die Dif ferenz (z 6-z 1)/cf gegen S 6 verschoben und dann als Signal S 1′′ mit S 6 aufaddiert wird (Zeilen 5 und 9). Lediglich kommt das Summensignal um die Zeit z 6/cf zu spät. Für Nachbarpunkte in der simulierten Arrayebene 18, z.B. P 1′, verfährt man genau so (Zeilen 15, 18, 21). Um das so erhaltene Signal mit dem für Punkt P 1 in korrekte Zuordnung zu bringen, muß das Summensignal für P 1′ um die Zeit (z 6-z 6′)/cf zusätzlich verzögert werden. Negative Zeitdifferenzen treten auf, wenn z 1 größer als z 6 wird, d.h. für rechts von der Symmetrieachse liegende Punkte in der Ebene 18 in Fig. 17. Dann sind die Rollen von z 1 und z 6 zu vertauschen, es muß z 6 gegen z 1 verzögert werden.According to Fig. 18, the signal S 1 symbolize in line 1 and the signal S 6 in row 5, the reception times of the transducer W 1 and W 6 of the real array 8 for signals from reflectors between the points Q 1 and Q 2. According to the back-projection algorithm, these are now shifted forward by z 1 / cf or z 6 / cf to determine the signal received at P 1 . The shifted signals S 1 '(line 2 ) or S 6 ' (line 6 ) are added together with digital signal processing. The same superimposition or relative displacement to one another is also obtained if S 1 is shifted by the difference ( z 6 - z 1 ) / cf against S 6 and then added as signal S 1 '' with S 6 (lines 5 and 9 ). Only the sum signal comes too late by the time z 6 / cf. For neighboring points in the simulated array level 18 , for example P 1 ′ , the procedure is exactly the same (lines 15 , 18 , 21 ). In order to bring the signal obtained in this way into the correct assignment for point P 1 , the sum signal for P 1 ' must be additionally delayed by the time ( z 6 - z 6 ') / cf. Negative time differences occur when z is greater than z 6 1, ie to the right of the axis of symmetry points lying in the plane 18 in Fig. 17. Then, the rollers of z 1 and z to exchange 6, it must z 6 against e.g. 1 can be delayed.

Fig. 19 zeigt die Zusammenhänge bei der Durchführung eines Sektorscans. Diese sind analog zu betrachten zu den Zusammen hängen beim Linearscan nach Fig. 17. Fig. 19 shows the relationships when performing a sector scan. These are to be considered analogously to the relationships in the linear scan according to FIG. 17.

Fig. 20 zeigt die Zeitverschiebungen die nötig sind, um die bei einer Sektorabtastung das Array 8 scheinbar in die Ebene 18 vorzuverlagern. In Fig. 20 sind - analog zur Fig. 18 - die Zeitverschiebungen sowohl für eine digitale Addition als auch für eine analoge Überlagerung veranschaulicht. FIG. 20 shows the time shifts that are necessary in order to apparently advance the array 8 into the plane 18 during a sector scan. In FIG. 20, analogous to FIG. 18, the time shifts for both a digital addition and for an analog overlay are illustrated.

Die aus digitaler Überlagerung gewonnenen Ultraschall-Bild zeilen müssen um z 0/cf verzögert werden, um noch in derselben Position noch relativ zum Sendepuls oder Ursprung des Sektor scan zu stehen wie die physikalisch gewonnenen Bildzeilen. Die analog erzeugten Bildzeilen sind bereits um z 6/cf (abhängig vom Ablenkwinkel beim Sektorscan), d.h. stärker als z 0/cf verzö gert. Diese Differenzverzögerung ist beim Bildaufbau auszuglei chen. Da der Bildaufbau in der Regel in Digitaltechnik erfolgt, liegen gespeicherte Daten vor, die leicht nach vorn verschoben werden können.The ultrasound image lines obtained from digital overlaying have to be delayed by z 0 / cf in order to still be in the same position relative to the transmission pulse or origin of the sector scan as the physically obtained image lines. The image lines are already produced analogously to Gert z 6 / cf (depending on the deflection angle at the sector scan), that is stronger than z 0 / cf deferrers. This difference in delay must be compensated for when building the image. Since the image is usually built using digital technology, there is stored data that can be easily moved forward.

Bei der analogen Überlagerung muß nur um die Differenzzeiten verzögert werden, so daß sich die Größe des Zeitversatzes auf Werte reduziert, die beim elektronischen Schwenk gebräuchlich sind.In the case of analog overlay, only the difference times must be used be delayed, so that the size of the time offset on Reduced values that are common for electronic panning are.

Ein Blockschaltbild für die Funktion des Funktionsblocks 104 "Rückprojektion" in Fig. 16 ist in Fig. 21 gezeigt. Jedem Signal S 1, S 2,... von den Wandlern W 1, W 2,... des zu simulie renden Arrays ist eine Verzögerungseinheit 31, 32,... zuge ordnet. Jede Verzögerungseinheit 31, 32,... besteht aus Verzö gerungsleitungen 40, die einerseits mit den Signalen S 1 bis S 6 und andererseits mit einem Summierer 41 verbunden sind. Das Ausgangssignal 21 des Summierers 41 gibt das Empfangssignal für den Punkt P 1 um z 6/cf verzögert ab. Das Ausgangssignal 22 der Verzögerungseinheit 32 gibt das Empfangssignal für den Punkt P 1′ um z 6/cf verzögert ab, usw. Die Verzögerungen für die Ver zögerungsleitungen 40 werden so gewählt, wie in der Beschrei bung zu den Fig. 18 und 20 angegeben ist. Die Zahl der Ver zögerungseinheiten ist etwa so groß wie die Zahl der Elementar wandler W des physikalischen Arrays 8. Wenn die einzelnen Sum mensignale 21, 22, ... mit den Verzögerungsleitungen 42 noch um die angegebenen Werte verzögert werden, liegen die Signale der Elementarwandler des simulierten, in die Ebene 18 vorverlager ten Arrays vor. Sie sind um z 6/cf verspätet. Die Verrechnung dieser Verspätung mit der noch vorzunehmenden Verzögerung um z 0/cf geschieht in bekannter Weise digital im Funktionsblock 112 "Rückversatz".A block diagram for the function of the function block 104 "rear projection" in FIG. 16 is shown in FIG. 21. Each signal S 1 , S 2 , ... from the converters W 1 , W 2 , ... of the array to be simulated is assigned a delay unit 31 , 32 , .... Each delay unit 31 , 32 , ... consists of delay lines 40 , which are connected on the one hand to the signals S 1 to S 6 and on the other hand to a summer 41 . The output signal 21 of the summer 41 outputs the received signal for the point P 1 with a delay of z 6 / cf. The output signal 22 of the delay unit 32 outputs the received signal for the point P 1 'delayed by z 6 / cf , etc. The delays for the delay lines 40 are selected as indicated in the description of FIGS . 18 and 20 . The number of delay units is approximately as large as the number of elementary transducers W of the physical array 8 . If the individual sum signals 21 , 22 , ... are delayed by the specified values with the delay lines 42 , the signals of the elementary converters of the simulated array, which are advanced to the plane 18, are present. You are late by z 6 / cf. This delay is offset against the delay of z 0 / cf which is still to be carried out digitally in a known manner in function block 112 "setback".

Diese für Analogtechnik vorgeschlagene Realisierung kann natür lich auch in Digitaltechnik nachvollzogen werden. Hier bietet es sich aber an, die Rückprojektion mit dem Empfangsschwenk und der Empfangsfokussierung in einer Einheit gemeinsam zu bearbei ten.This implementation proposed for analog technology can naturally digital technology. Here offers but it is the rear projection with the reception swivel and the reception focus to work together in one unit ten.

Der Verschiebeweg z 0 für die Vorverlagerung des Arrays 8 sollte variabel sein, so daß er z.B. vom Bediener je nach Dicke der Unterhaut-Fettschicht eingestellt werden kann. Die Dicke ermit telt man vorzugsweise aus dem unkorrigierten B-Bild.The displacement z 0 for advancing the array 8 should be variable, so that it can be set, for example, by the operator depending on the thickness of the subcutaneous fat layer. The thickness is preferably determined from the uncorrected B-picture.

In der Analog-Lösung nach Fig. 21 steckt ein beträchtlicher Aufwand für die Verzögerungseinheiten 31, 32,.... Um hier zu sparen, kann man zumindest bei unbewegten Objekten mit einer geringeren Zahl von Verzögerungseinheiten 31, 32, ... - z.B. nur eine Verzögerungseinheit - arbeiten und in vielen aufein anderfolgenden Sendeempfangsvorgängen die simulierten Empfangs signale für P 1, P 1′, ... gewinnen. Diese müssen allerdings über die Datengewinnungs- und Verarbeitungszeit hinweg gespeichert werden, um anschließend den Adaptionsprozeß darauf anwenden zu können.In the analog solution according to FIG. 21, there is considerable expenditure for the delay units 31 , 32, .... To save here, you can work at least with still objects with a smaller number of delay units 31 , 32 , ... - e.g. only one delay unit - and in many consecutive transmit / receive operations, the simulated receive signals for P 1 , P 1 ',. .. win. However, these must be saved over the data acquisition and processing time in order to then be able to apply the adaptation process to them.

Wenn im Raum zwischen Array und simulierter Arrayebene keine örtlich homogen verteilte, bekannte Schallgeschwindigkeit gilt, wird das Problem wesentlich schwieriger. Man benötigt dann Information, die man erst zu gewinnen beabsichtigt. Wenn man langwierige Suchstrategien vermeiden will, muß Zusatzinfor mation herangezogen werden. Dies kann durch Auswertung eines B-Bilds des Unterhautgewebes geschehen. Dem B-Bild wird die räumliche Verteilung des Muskel-, Fett- und Bindegewebsanteils (Grenzschichten) entnommen. Unter Annahme von gewebsspezifi schen Schallgeschwindigkeiten wird daraus in einer groben Nä herung auf die Laufzeitschwankungen und die Art der Brechung geschlossen. Dies kann entweder direkt zur Korrektur der Fo kussierung herangezogen werden oder es kann das Verfahren der Rückprojektion genauer werden lassen.If none in the space between the array and the simulated array level known homogeneous sound velocity distributed locally homogeneously the problem becomes much more difficult. You need then information that you only intend to gain. If to avoid lengthy search strategies, additional information mation can be used. This can be done by evaluating a B-image of the subcutaneous tissue happen. The B picture is the spatial distribution of muscle, fat and connective tissue (Boundary layers) taken. Assuming tissue-specific The speed of sound becomes rough based on the fluctuations in term and the type of refraction closed. This can either be used directly to correct the Fo kissing can be used or it can be the procedure of Make rear projection more precise.

Im Fall der Rückprojektion müssen die gebrochenen Schallwege von den Punkten P 1 bis Pn zu den Meßpunkten auf dem Array, also der Mitte der Elementarwandler W, rechnerisch bestimmt werden. Danach können die Laufzeitunterschiede gefunden werden. Mit den so gefundenen Laufzeitunterschieden wird weiter so verfahren wie beschrieben.In the case of rear projection, the broken sound paths from the points P 1 to Pn to the measuring points on the array, that is to say the center of the elementary transducers W , must be determined by calculation. Then the runtime differences can be found. With the runtime differences found in this way, the procedure is continued as described.

Die Auswertung des B-Bildes kann auch automatisch geschehen. Dazu kann man die Tatsache ausnutzen, daß Muskelgewebe ein starkes Reflexionsmuster erzeugt, Fett ein sehr schwaches und Bindegewebe ein dazwischen liegendes. Die Grenzschichten stel len sich im B-Bild insbesondere bei Verwendung hoher Frequenzen relativ gut dar.The B-image can also be evaluated automatically. You can take advantage of the fact that muscle tissue produces a strong reflection pattern, a very weak and fat Connective tissue in between. The boundary layers are particularly noticeable when using high frequencies represented relatively well.

Claims

1. Method for the apparent forward displacement of transducer elements ( W 1 , W 2, .. ) of an ultrasound transducer array ( 8 ) when it is received in an examination area in which

the signals ( S 1 , S 2, .. ) received by an active aperture ( A ) of the ultrasound transducer array are fed to a number of delay units ( 31 , 32, .. ) which corresponds to the number of the transducer elements which are apparently advanced, wherein the delay units ( 31 , 32, .. ) generate output signals ( 21 , 22, .. ) which focus the active aperture ( A ) on a point in the examination area;
- The delays of the delay units ( 31 , 32, .. ) are chosen so that the output signal ( 21 , 22, .. ) of each delay unit ( 31 , 32, .. ) the active aperture ( A ) on each location a seemingly advanced converter element ( P 1 , P 1 ') focused;
- The output signals of the delay units ( 31 , 32, .. ) are fed to a further delay means for panning and / or focusing, so that the investigation area is scanned to generate a sectional image.

2. The method according to claim 1, characterized in that it is used as follows in an adaptive antenna which corrects the image deterioration due to inhomogeneities in the speed of sound in the examination area:

- in an adaptation phase, the transmission is focused and the echo signals ( S 1 , S 2, .. ) are received by the active aperture ( A ) of the transducer array ( 8 ),
- With the method for apparent forward displacement, a new high-frequency echo data set ( 21 , 22, .. ) is generated with a number of echo data that corresponds to the number of active elementary converters ( W 1 , W 2, .. ) of the active aperture ( A ) speaks,
correction values for the delay are generated from the echo data record using the adaptive antenna method,
- Before an image display phase, the geometric offset (ZO) generated by the apparent displacement is reversed in the correction values by the video signals provided for the image display being shifted in time in such a way that the image area of the examination area of the transducer array appears in its true place .