DE4409587C2

DE4409587C2 - Ultraschallabbildungssystem

Info

Publication number: DE4409587C2
Application number: DE4409587A
Authority: DE
Inventors: Karl E Thiele; Ann G Brauch
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2014-03-22
Also published as: US5322068A; JP3432592B2; DE4409587A1; JPH06335480A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf das Gebiet der Ultraschallabbildungsvorrichtungen für medi zinische Diagnostikaufgaben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Ultraschallabbildungssystem mit phasengesteuertem Wandlerarray, zum Übertragen von Ul traschallenergieimpulsen in einem Sendemodus und zum Emp fangen reflektierter Ultraschallenergie in einem Empfangs modus.

Ultraschallabbildungssysteme mit phasengesteuertem linearen Array, die eine Sektorabtastung durchführen, sind in Fach kreisen bekannt. Die einzelnen Wandler des Arrays werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten bezüglich einander aktiviert, um einen Abtaststrahl in eine vorbestimmte Richtung zu sen den. Die relativen Verzögerungszeiten für die Aktivierung jedes Wandlers werden nacheinanderfolgend derart variiert, daß der Strahl winkelmäßig über das Sektorabtastfeld ge steuert wird. Herkömmlicherweise hat dieses Sektorabtastfeld einen Ursprungspunkt, der auf der Oberfläche des Wandler arrays derart angeordnet ist, daß das Nahfeld in einem im wesentlichen dreieckigen, spitz zulaufenden Format darge stellt ist, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in Fig. 1 ge zeigt ist, schließt ein Wandlerarray 10 (das mit einem Ul traschallsende- und Empfangssystem verbunden ist) eine Mehr zahl von Wandlern 12 _i ein, wobei i von 1 bis h läuft. Typi sche Wandlerarrays mit sektorabgetastetem, phasengesteuertem Array verwenden zwischen 64 und 128 Elemente. Das Wandler array 10 ist in Kontakt mit dem Körper eines Patienten auf einer Hautlinie 14 angeordnet. Ultraschallenergieimpulse werden entlang der Abtastlinien 16 _i in den Körper des Pa tienten gesendet, wobei i von 1 bis m läuft. Ein Bild wird durch jeweiliges Verzögern der Signale, die die reflektierte Ultraschallenergie darstellen, die durch jedes Wandlerele ment 12 _i bei einer Anzahl von Punkten entlang der Abtast linien 16 _i empfangen wird, erhalten, so daß sich die Signa le, die die reflektierte Ultraschallenergie von einem Fokus zu einem bestimmten Wandlerelement darstellen, konstruktiv addieren, um Bilder entlang der Abtastlinien 16 _i vom Nahfeld bis zum Fernfeld zu erzeugen. Ein Beispiel für diese Art eines Ultraschallabbildungssystems mit phasengesteuertem Array ist im US-Patent 4,140,022 offenbart, dessen Offen barung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Wie Fig. 1 darstellt, ist das Blickfeld im Nahfeld, d. h. in der Nähe der Hautlinie des Patienten, durch die punktförmige Ursprungsquelle des Sektorabtastfeldes auf der Oberfläche des Wandlers beschränkt.

Der Stand der Technik enthält mehrere Ansätze, die auf die Verbesserung des Blickfeldes im Nahfeld gerichtet sind. Ein einfacher Ansatz ist es, durch eine wassergefüllte Tasche abzutasten, die als Abstand von der Hautoberfläche verwendet wird. Die Wirkung dieses Ansatzes besteht darin, den Ur sprung des Feldes von der Oberfläche der Haut zu verschie ben, wodurch der dreieckige Sektor wirksam abgerundet wird und ein breiteres Sichtfeld auf der Hautoberfläche erzeugt wird. Die Bildauflösung wird bei zunehmenden Tiefen jedoch kompromitiert, nachdem die Tiefen von dem Abtastwandler durch die Dicke der wassergefüllten Tasche erhöht werden.

Ein weiterer Ansatz ist es, die Wandler einer nacheinander folgend ausgewählten, sich lateral verschiebenden Gruppe von Wandlern eines linearen Arrays derart zu aktivieren, daß die gesendeten Strahlen ein Sektorabtastfeld bilden, dessen Ur sprungspunkt hinter dem Wandlerarray angeordnet ist. Diese Technik ist im US-Patent 4,368,643 beschrieben und bietet eine Vereinfachung des Abtastwandlers, der notwendig ist, um die zurückkehrenden Echosignale für eine visuelle Anzeige zu verarbeiten. Jede Teilöffnung erzeugt ihre eigene radiale Abtastlinie, die einen eigenen Steuerwinkel hat. Dieser Steuerwinkel ist der gleiche Winkel, wie der, der durch eine radiale Abtastlinie erzeugt würde, die im virtuellen Schei telpunkt hinter der Front der Wandler ihren Ursprung hat.

Das US-Patent 5,123,415 verwendet ebenfalls eine laterale Verschiebung von Teilöffnungen über die Front des Wandler arrays. Um eine verbesserte Auflösung über die Bereiche eines trapezförmigen Sektorfeldes zu schaffen, werden die Winkel von aufeinanderfolgenden radialen Abtaststrahlen um im wesentlichen gleiche Winkelinkremente relativ zu dem linearen Array über das Sektorabtastfeld erhöht. Beim Emp fang verzögert eine Verzögerungsschaltung den Empfang der Signalkomponenten von sich lateral verschiebenden Wandler elementen in dem Array, bis zum Empfang von Echosignalen aus zunehmenden Tiefen, um die Öffnung des Arrays in Überein stimmung mit dem Empfang von Echosignalen aus zunehmenderen Tiefen zu erweitern. Eine dynamische Fokussierung kann durch Verändern der Frequenz, bei der die lateral verschobenen Echosignale über die Tiefe des Feldes abgetastet werden, vorgesehen sein.

Die Verwendung von sich lateral verschiebenden Teilöffnungen entlang des Wandlerarrays wird ebenfalls von dem im US-Pa tent 5,148,810 offenbarten System verwendet. Bei diesem Sy stem werden Teilmengen der Wandlerelemente auswahlmäßig aktiviert, um eine radiale Abtastlinie zu bilden. Die Teil mengen der Wandlerelemente können benachbarte Wandlerelemen te oder andere Gruppierungen, wie z. B. jedes zweite der Wandlerelemente, einschließen. Die Abtastlinie ist durch eine Linie definiert, die den Fokus mit dem "Massenschwer punkt" der Apodisierungsfunktion der Wandleröffnung ver bindet.

Jeder der obigen Ansätze schließt die Verwendung von sich verschiebenden Teilöffnungen ein, die kleiner sind als die Gesamtöffnung des Wandlerarrays, um eine virtuelle Scheitel punktabtastung durchzuführen. Die Systeme erzeugen deshalb in Situationen, in denen eine größere Öffnung benötigt ist, nicht die besten Bilder. Beim Fernfeld ist z. B. eine größere Öffnung zur detaillierten Auflösung von tieferen Strukturen erforderlich. Obwohl die dynamische Apodisierung diese Be schränkung mindern kann, würden die Abtastlinien an den Kan ten des Sektors durch den Klammerungseffekt, der durch die Begrenzungen der physikalischen Fühleröffnung verursacht wird, immer noch verschlechtert.

Zusätzlich laufen die Abtastlinien, die bei den obigen An sätzen verwendet werden, durch den Massenschwerpunkt der Apodisierungsfunktion hindurch. Folglich sind die Apodisie rungsprofile, die in der Praxis verwendet werden können, etwas beschränkt. Asymmetrische Apodisierungsprofile werden z. B. den verfügbaren Steuerwinkel des Strahls beeinflussen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultra schallabbildungssystem mit phasengesteuertem Wandlerrray zu schaffen, das eine gute Bildqualität bei einer Gesamtöffnung des Wandlerarrays und eine Reduzierung von Schatteneffekten liefert.

Diese Aufgabe wird durch ein Ultraschallabbildungssystem nach Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Ultraschallabbildungs system mit phasengesteuertem Array, das ein Wandlerarray, zum Senden von Ultraschallenergieimpulsen in einem Sendemodus und zum Empfangen von reflektierter Ultraschallenergie in einem Empfangsmodus und eine Sendesteuerungsschaltung ein schließt, die mit dem Wandlerarray verbunden ist und dieses steuert, um einen Winkel und einen Fokus auszuwählen, um einen gesendeten Ultraschallenergieimpuls in eine erwünschte Richtung im Sendemodus zu senden. Das Ultraschallabbildungs system der Erfindung schließt ebenfalls eine Empfangsfokus sierungsschaltung ein, die mit dem Wandlerarray gekoppelt ist, um einen Empfangssteuerungswinkel dynamisch zu verän dern und um während des Empfangs von Ultraschallenergie in Echt-Zeit zu fokussieren, um die empfangene Ultraschall energie zumindest entlang einer virtuellen Abtastlinie, die nicht durch den Massenschwerpunkt einer angelegten Apodisie rungsfunktion läuft, zu fokussieren. Die Empfangsfokussie rungsschaltung kann den Empfangssteuerungswinkel während des Empfangs kontinuierlich oder in diskreten Inkrementen ent sprechend den Zonen entlang der zumindest einen virtuellen Abtastlinie verändern.

Die zumindest eine virtuelle Abtastlinie kann von einem vir tuellen Scheitelpunkt ausgehen, der vor oder hinter der Front des Wandlerarrays angeordnet sein kann. Die tatsäch lichen Abtastlinien, die die virtuellen Abtastlinien erzeu gen, haben feste Ursprünge, die typischerweise in der Mitte des Wandlerarrays angeordnet sind. Die Massenschwerpunkte der Apodisierungsfunktion bleiben während der Abtastung fest, typischerweise in der Mitte des Wandlerarrays, und sich verschiebende Teilöffnungen sind nicht erforderlich. Jede virtuelle Abtastlinie ist durch einen geometrischen Ort der Fokusse definiert, die durch dynamisches Steuern und Fo kussieren dieser tatsächlichen Abtastlinien erzeugt wurden. Im Sende- und Empfangsmodus können willkürliche Apodisie rungsprofile verwendet werden. Im Empfangsmodus kann eine dynamische Apodisierung verwendet werden. Es kann ebenfalls eine Einrichtung zum Kompensieren einer scheinbaren Erhöhung der Schallgeschwindigkeit der empfangenen Ultraschallenergie in Richtung entlang der virtuellen Abtast linie, die im virtuellen Scheitelpunkt ihren Ursprung hat, vorgesehen sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung der Abbildungsebene eines herkömm lichen sektorabgetasteten Abbildungsformats;

Fig. 2 eine Darstellung der Bildebene, die die virtuelle Scheitelpunktabtastung eines sektorabgetasteten Bildes verwendet;

Fig. 3A und 3B eine einzelne Abtastlinie und eine einzelne virtuelle Abtastlinie in der Bildebene unter Verwen dung einer virtuellen Scheitelpunktabtastung in Übereinstimmung mit der Erfindung, wobei der Schei telpunkt hinter der Front des Wandlerarrays ange ordnet ist;

Fig. 4A und 4B eine einzelne Abtastlinie und eine einzelne virtuelle Abtastlinie in der Bildebene unter Verwen dung der virtuellen Scheitelpunktabtastung in Über einstimmung mit der Erfindung, wobei der Scheitel punkt vor dem Wandlerelement ist;

Fig. 5A eine einzelne Abtastlinie in der Bildebene, die un ter Verwendung des dynamischen Steuerns und dyna mischen Fokussierens in Übereinstimmung mit der Er findung entlang einer virtuellen Abtastlinie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt hat, erzeugt wurde;

Fig. 5B eine einzelne Abtastlinie in der Bildebene, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der dynamischen Steuerung und dynamischen Fokussierung entlang einer virtuellen Abtastlinie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt hat, erzeugt wurde, wobei die virtuelle Abtastlinie keine gerade Linie ist; und

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Architektur eines Ultra schallabtastsystems, das zur Durchführung einer vir tuellen Scheitelpunktabtastung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung tauglich ist.

Vor der detaillierten Beschreibung einer Ausführung der vor liegenden Erfindung wird eine Gesamterklärung des Betriebs der vorliegenden Erfindung gegeben. Bei herkömmlichen Ultra schallsektorabbildungssystemen wird ein Sektorbild durch "Senden einer Abtastlinie" von einem Scheitelpunkt, der im wesentlichen in einer Mitte einer Front des Arrays angeord net ist und der einen bestimmten Steuerwinkel hat, erzeugt. Während des Empfangs wird die empfangene Ultraschallabtast linie typischerweise entlang derselben Bahn der gesendeten Abtastlinie gesteuert. Wenn die Ultraschallenergie empfangen wird, wird eine dynamische Fokussierung verwendet, um die empfangene Ultraschallenergie entlang der Bahn der Abtast linie vom Nahfeld zum Fernfeld zu fokussieren. Im Gegensatz dazu verwendet die vorliegende Erfindung die vollständige Wandleröffnung und eine dynamische Variation der Verzögerung während des Empfangs der Ultraschallenergie, um entlang einer virtuellen Abtastlinie, die nicht notwendigerweise ge rade ist und die nicht durch einen Massenschwerpunkt der Apodisierungsfunktion führt, zu fokussieren. Tatsächlich stellt die vorliegende Erfindung die virtuelle Abtastlinie sowohl durch dynamisches Variieren des empfangenen Steue rungswinkels als auch des Fokuses ein, so daß der Fokus ent lang der virtuellen Abtastlinie liegt. Obwohl das erfind ungsgemäße Verfahren im folgenden erläutert wird, wie es in einem analogen Ultraschallsystem eingebaut ist, ist es für den Fachmann weiterhin offensichtlich, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf ein Ultraschallabbildungssy stem, das digitale Techniken zur Strahlbildung verwendet, vollständig anwendbar sind.

In Fig. 1 wird in Übereinstimmung mit dem Sektorabtastsy stem, das im US-Patent 4,140,022 beschrieben ist, während der Übertragung jede Abtastlinie 16 _i typischerweise auf einen Sendefokus 18 fokussiert. Während des Empfangens ent lang einer Abtastlinie 16 _i schließt die Fokussierung ty pischerweise zwei Betriebsarten ein. Zuerst wird eine Ab griffsstelle auf einer Verzögerungsschaltung, wie z. B. einer Summenverzögerungsleitung, ausgewählt, um einen Zielfokus entlang der Linie 16 _i vorzusehen. Der Fokus kann z. B. beim Punkt 20 angeordnet sein. Der Fokus 20 ist nicht notwen digerweise beim Fokus 18 angeordnet. Danach werden die Phasen eines Taktsignals verwendet, um den groben Fokus, der durch die Summierungsverzögerungsleitung hergestellt ist, fein einzustellen, um eine dynamische Fokussierung entlang der Abtastlinie 16 _i in die Richtungen des Pfeils 22 zu schaffen.

Ein Winkel Θ beschreibt den Winkel zwischen der Abtastlinie 161 und einer Linie 24, die normal zu der Front 26 des Wand lerarrays 10 ist. Eine empfangene Abtastlinie entlang der Linie 24 wird als Referenzlinie verwendet und alle anderen empfangenen Abtastlinien müssen bezüglich der Linie 24 als Funktion des Winkels Θ verzögert sein, so daß das Bild or dnungsgemäß fokussiert ist. Die Ultraschallsignale, die durch die einzelnen Wandlerelemente gesendet werden und durch diese empfangen werden, sind bezüglich einander ver zögert, so daß das Ultraschallbild um einen Scheitelpunkt 28, der im wesentlichen in der Mitte einer Front 26 des Wandlerarrays 10 angeordnet ist, zentriert ist.

In Fig. 2 wird ein Beispiel eines vergrößerten Blickfeldes dargestellt, das durch das virtuelle Scheitelpunktabtastver fahren der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde, wenn der virtuelle Scheitelpunkt hinter der Front des Wandlerarrays 10 angeordnet ist. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, hat ein 90°-Sektorbild, das durch die Abtastlinien 16 _i während des Empfangs der reflektierten Ultraschallenergie gebildet wird, eine Breite, oder ein Blickfeld, die bei einer Tiefe D gleich 2D ist, wenn der Scheitelpunkt 28 in der Mitte des Wandlerelements 10 angeordnet ist. Wenn der Scheitelpunkt um eine Entfernung h, wobei h = W/2, an einen Ort 30 hinter das Wandlerarray 10 zurückbewegt wird, dann wird das Blickfeld auf der anderen Seite auf derselben Tiefe D eine Breite haben, die gleich 2D plus W ist, wobei W die Länge des Wand lerarrays ist. Diese Beziehung gilt für alle Tiefen D.

In Fig. 3A und 3B, sind verschiedene, wichtige geometrische Beziehungen der virtuellen Scheitelpunktabtastung in Über einstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Zuerst sei der Sendemodus, wie in Fig. 3A gezeigt, angenom men, wobei die Entfernung f_x0 eine anfängliche Fokustiefe während des Sendens von einem Scheitelpunkt 28 zu einem Fo kus 32 darstellt. Eine gesendete Abtastlinie 24 wird in Win kelinkrementen um den Scheitelpunkt 28 durch einen Winkel Θ_x' bewegt, wobei der Bogen 34 den geometrischen Ort einer Anzahl von radial äquivalenten Fokuspunkten darstellt. Wenn der Scheitelpunkt 28 hinter den Wandler 10 um eine Entfer nung h zum virtuellen Scheitelpunkt 30 verschoben wird, stellt eine Linie 36 die Entfernung zwischen dem virtuellen Scheitelpunkt 30 und dem Sendefokus 32, die gleich f_x0 + h ist, dar. Wenn die Linie 36 durch die Winkel Θ_x inkremen tiert wird, stellt ein Bogen 38 einen geometrischen Ort der Punkte dar, die die gleiche radiale Entfernung vom vir tuellen Scheitelpunkt 30 haben. Folglich wird die Linie 36 einen zugeordneten Fokus haben, der beim Punkt 40 angeordnet ist, und nicht beim Punkt 42. Der Unterschied der Fokuse, α, entspricht einem Flugzeitunterschied zwischen einem gesen deten Ultraschallimpuls, der vom Scheitelpunkt 28 ausgeht, und einem Impuls, der vom virtuellen Scheitelpunkt 30 aus geht. Die Verschiebung α ist gleich

f_x' - f_x0

mit:

f_x0 = Fokustiefe für eine gesendete Abtastlinie, die ihren Ursprung im Scheitelpunkt 28 hat
f_x' = Fokustiefe für eine Linie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt 30 hat, aber tat sächlich vom Scheitelpunkt 28 gesendet wird.

Wie in Fig. 3A dargestellt ist, erhöht sich der Unterschied α mit zunehmenden Werten von Θ_x und Θ_x'.

Nachdem die Ultraschallimpulse tatsächlich von der Front des Wandlerarrays 10 gesendet sind und um den Scheitelpunkt 28 zentriert sind, werden die folgenden Gleichungen verwendet, um die Differenz im Winkel und der Entfernung zu dem Fokus des virtuellen Scheitelpunkt 30 zu kompensieren:

mit:

f_x' = korrigierte Fokustiefe für eine Linie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt 30 hat, aber tatsächlich vom Scheitelpunkt 28 gesendet wird
f_x0 = Fokustiefe für eine gesendete Abtastlinie, die ihren Ursprung im Scheitelpunkt 28 hat
h = Verschiebung des virtuellen Scheitelpunktes 30 vom Scheitelpunkt 28
Θ_x = Steuerungswinkel zwischen der Abtastlinie 24 und der Linie 36
Θ_x' = korrigierter Steuerungswinkel für eine gesen dete Abtastlinie, die ihren Ursprung im Schei telpunkt 28 hat.

In Fig. 3B sind die geometrischen Beziehungen für eine vir tuelle Scheitelpunktabtastung dargestellt, wenn reflektierte Ultraschallwellen empfangen werden. In Fig. 3B ist Θ_R ein Steuerungswinkel zwischen der empfangenen Abtastlinie 24A und der empfangenen virtuellen Abtastlinie 36A. Θ_R' ist ein korrigierter Steuerungswinkel für eine empfangene Abtastli nie, die im Scheitelpunkt 28 ankommt. In Übereinstimmung mit dem Ultraschallabtastsystem, das im US-Patent 4,140,022 be schrieben ist, werden Θ_R und Θ_R' durch eine Gesamtverzöge rung bestimmt, die aus einer groben Verzögerung (Θ_T bzw. Θ_T'), die durch eine Summierungsverzögerungsleitung erzeugt wird, und aus einer feinen Verzögerung (Θ_p bzw. Θ_p'), die durch eine Phasenverzögerung erzeugt wird, derart zusammen gesetzt, daß Θ_R = Θ_T + Θ_p und Θ_R' = Θ_T' + Θ_p' ist.

Ein Abgriffsstelleauswahlvorrichtung auf einer Summierungs verzögerungsleitung wird verwendet, um den groben Fokus 50 entlang einer empfangenen virtuellen Abtastlinie 36A, die den virtuellen Scheitelpunkt 30 und den Zielfokus 50 verbin det, herzustellen. Wie in Fig. 3A und 3B dargestellt ist, sind der Sendefokus und der Empfangsfokus nicht notwendiger weise am selben Ort. Die Auswahl eines bestimmten Zeitver zögerungsprofils bestimmt im allgemeinen den empfangenen Steuerungswinkel und den Zielfokus. Um den Zielfokus 50 her zustellen, müssen die folgenden Berichtigungen bezüglich der Gleichung zur Auswahl einer bestimmten Abgriffsstelleaus wahlvorrichtung durchgeführt werden, nachdem die empfangenen Ultraschallsignale tatsächlich um den Scheitelpunkt 28 zen triert ankommen und nicht beim virtuellen Scheitelpunkt 30:

mit:

f_T' = korrigierte Fokustiefe für die Abgriffsstelle auswahlvorrichtung (d. h. eine Verzögerungs zeit) für eine empfangene virtuelle Abtastli nie, die im virtuellen Scheitelpunkt 30 an kommt, aber tatsächlich im Scheitelpunkt 28 ankommt.
f_T0 = Fokustiefe für die Abgriffsstellenauswahlvor richtung für eine empfangene Abtastlinie, die im Scheitelpunkt 28 ankommt.
h = Verschiebung des virtuellen Scheitelpunkts 30 vom Scheitelpunkt 28.
Θ_T = Abschnitt von Θ_R, der durch eine Zeitverzöge rung zum Bestimmen eines Steuerungswinkels zwischen der empfangenen Abtastlinie 24A und der empfangenen virtuellen Abtastlinie 36A er zeugt wird.
Θ_T' = Abschnitt von Θ_R', der durch eine Zeitverzöge rung zum Bestimmen eines korrigierten Steu erungswinkels für eine empfangene Abtastlinie, die im Scheitelpunkt 28 ankommt erzeugt wird.

Ebenfalls in Übereinstimmung mit dem US-Patent 4,140,022 wird eine Phasenverzögerung, die für den feinen Fokus und die dynamische Fokussierung des empfangenen Ultraschallsig nals verwendet wird, durch Korrektur der Phasenverzögerung erzeugt, die normalerweise entlang der empfangenen Abtastli nie 41A erzeugt würde, so daß der Fokus entlang der virtu ellen Abtastlinie 36A gemäß den folgenden Gleichungen auf tritt:

mit:

f_p' = korrigierte Phasenverzögerung für eine emp fangene virtuelle Abtastlinie, die im virtuel len Scheitelpunkt 30 ankommt, aber tatsächlich im Scheitelpunkt 28 ankommt.
f_p0 = Phasenverzögerung für eine empfangene Abtast linie, die im Scheitelpunkt 28 ankommt.
h = Verschiebung des virtuellen Scheitelpunkts 30 vom Scheitelpunkt 28.
Θ_p = Abschnitt von Θ_R, der durch eine Phasenver zögerung zum Bestimmen eines Steuerungswinkels zwischen der empfangenen Abtastlinie 24A und der empfangenen virtuellen Abtastlinie 36A erzeugt wird.
Θ_p' = Abschnitt von Θ_R', der durch eine Phasen verzögerung zum Bestimmen eines korrigierten Steuerungswinkels für eine empfangene virtu elle Abtastlinie, die beim virtuellen Schei telpunkt 30 ankommt erzeugt wird.

Wie oben erwähnt wurde, gibt es einen Unterschied zwischen der Flugzeit einer gesendeten Abtastlinie, die am Fokus des Scheitelpunkts 28 ankommt, und einer gesendeten virtuellen Abtastlinie, die am selben Fokus vom virtuellen Scheitel punkts 30 ankommt. Dieser Unterschied erhöht sich mit zu nehmenden Winkeln von Θ. Um diesen Unterschied auszuglei chen, muß der Beginn des Empfangs von Signalen mit den Än derungen von Θ aktualisiert werden, wenn die reflektierten Ultraschallsignale empfangen werden. Alternativ kann die Sendertreiberschaltung, die die Wandlerelemente veranlaßt, ein Ultraschallsignal zu senden, erneut zeitlich eingestellt werden, um früher aktiviert zu werden, als sie normalerweise würde, so daß ein Ultraschallimpuls, der von der Mitte des Wandlerarrayelements ausgeht, auf eine Art, die unabhängig von dem Steuerungswinkel Θ_x ist, immer bei einer Fokaltiefe ankommt, die durch den Bogen 38 definiert ist. Aus Sym metriegründen tritt das gleiche Problem auf, wenn ein Ultra schallsignal während der virtuellen Scheitelpunktabtastung empfangen wird. Ein geeigneter Weg, um den Unterschied der Flugzeit sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus zu kom pensieren, besteht darin, die Sendeaktivierungszeit relativ zu den anderen Wandlerelementen in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung einzustellen:

mit:

ΔT_x = Sendevorlaufzeit, die für ein Wandlerelement als Funktion des Steuerungswinkels notwendig ist.
C = Schallgeschwindigkeit im Gewebe (0,154 cm/ usec).

In Fig. 4A und 4B sind die geometrischen Beziehungen dar gestellt, die vorliegen, wenn der virtuelle Scheitelpunkt vor der Front des Wandlers angeordnet ist, d. h. unterhalb der Hautlinie. Diese Art der virtuellen Scheitelpunktabtas tung kann sinnvoll sein, wenn z. B. durch Zwischenräume abgebildet wird, da die Schatteneffekte, die durch die Rip pen hervorgerufen werden, reduzieren werden können. Alle Analyse- und Korrekturfaktoren, die in Verbindung mit Fig. 3A und 3B beschrieben wurden, gelten mit gleicher Kraft für einen virtuellen Scheitelpunkt unterhalb der Haut linie. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Vor zeichen von h negativ gemacht wird, um die Verschiebung des virtuellen Scheitelpunktes vor das Wandlerarray anzuzeigen.

Mit Kenntnis dieser Prinzipien wird in Fig. 5A die dyna mische Steuerung und die dynamische Fokussierung während des Empfangs von Ultraschallsignalen in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Fig. 5A wird eine virtuelle Abtastlinie 50 zwischen dem virtu ellen Scheitelpunkt 30 und einem Fokus 52 erzeugt. Die vir tuellen Abtastlinien 54 und 56 stellen die Grenzen eines vergrößerten Sichtfeldsektors 58 dar. Durch dynamisches Ein stellen des Winkels Θ während des Empfangs von Ultraschall energie und der dynamischen Fokussierung entlang jeder der mehreren tatsächlichen Abtastlinien 60i, wobei i von 1 bis q läuft, bei den jeweiligen Fokusen 62i, wobei i von 1 bis r läuft, erzeugt die vorliegende Erfindung einen geometrischen Ort von Fokalpunkten 62i, die auf irgendeiner virtuellen Ab tastlinie liegen, wie z. B. der virtuellen Abtastlinie 50. Obwohl q und r für den Fall, der in Fig. 5A gezeigt ist, gleich sind, ist dies nicht erforderlich. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die Fokussierung entlang der virtu ellen Abtastlinie 50 kontinuierlich oder in diskreten Inkre menten oder Zonen entlang der Abtastlinie durchgeführt wer den kann. Wie ebenfalls in Fig. 5A dargestellt ist, muß dies virtuelle Abtastlinie, anders als bei Systemen nach dem Stand der Technik, nicht den Massenschwerpunkt der ange legten Apodisierungsfunktion durchlaufen. In Fig. 5A wurde z. B. ein Apodisierungsprofil 64 an die Elemente des Wandler arrays angelegt. Der Massenschwerpunkt dieser Apodisierungs funktion liegt im Scheitelpunkt 28, aber die virtuelle Ab tastlinie 50 geht nicht durch diesen Massenschwerpunkt. Die vorliegende Erfindung ist fähig, irgendein willkürliches Apodisierungsprofil im Empfangs- und Sendemodus anzupassen. Asymmetrische Apodisierungsprofile (statisch oder dynamisch) können z. B. verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es ebenfalls, die ge samte Breite des Arrays als eine Öffnung zu verwenden, wenn eine virtuelle Scheitelpunktabtastung durchgeführt wird. Dies erzeugt beim Versuch strukturelle Details im Fernfeld aufzulösen bedeutend verbesserte Bilder.

In Fig. 5B ist der Betrieb der vorliegenden Erfindung darge stellt, um entlang einer virtuellen Abtastlinie 70 zu fokus sieren, die nicht gerade ist. Auf dieselbe Art, die in Ver bindung mit Fig. 5A beschrieben wurde, werden ein Empfangs steuerungswinkel Θ und ein Empfangsfokus 72 _i, wobei i von 1 bis s läuft, jeweils und dynamisch für jede empfangene tat sächliche Abtastlinie 74i, wobei i von 1 bis t läuft, wäh rend des Empfangs von Ultraschallenergie variiert, um einen geometrischen Ort der Fokalpunkte zu erzeugen, wodurch ein akustisches Abfragen entlang der gebogenen virtuellen Ab tastlinie 70 ermöglicht wird. Obwohl s und t für den Fall, der in Fig. 5B dargestellt ist, gleich sind, ist dies nicht erforderlich.

Wie im folgenden genauer beschrieben wird, wird eine dynami sche Steuerung und Fokussierung während des Empfangs in einem Ultraschallabbildungssystem mit phasengesteuertem Ar ray durch Veränderung der Taktphasen erreicht, die an einen Mischer angelegt sind, der nicht nur die feine Verzögerung erzeugt, die für die dynamische Fokussierung notwendig ist, sondern ebenfalls den Empfangswinkel Θ verändert.

In Fig. 6 ist in Blockdiagrammform ein Beispiel einer Archi tektur eines Ultraschallabbildungssystems dargestellt, das eine dynamische Steuerung und eine dynamische Fokussierung während des Empfangs von Ultraschallsignalen durchführen kann. Die Architektur in Fig. 6 basiert auf den Prinzipien des US-Patents Nr. 4,140,022 und verwendet einen sog. Misch- und Verzögerungsmechanismus (d. h. die feine Verzögerung wird zu der groben Verzögerung addiert) zum Fokussieren und Steu ern. Das Blockdiagramm in Fig. 6 ist eine Modifikation der Architektur, die beim Sonos 1000 Ultraschallabbildungssy stem, das durch die Hewlett-Packard Company hergestellt wird, verwendet wird.

Während der Übertragung von Ultraschallenergie sendet eine digitale Steuerungseinheit 100, die ein Mikroprozessor und ein zugeordneter Speicher sein kann, eine Verschiebung h, die die Entfernung zwischen einem erwünschten virtuellen Scheitelpunkt 30 und einem tatsächlichen Scheitelpunkt 28 auf dem Wandlerarray anzeigt, über eine Verbindung 102 an einen virtuellen Scheitelpunktabtastvorprozessor 106. Ein positiver Wert von h zeigt an, daß der virtuelle Scheitel punkt hinter dem Wandlerarray angeordnet ist, und ein nega tiver Wert von h zeigt an, daß der virtuelle Scheitelpunkt vor der Front des Wandlerarrays angeordnet ist, d. h. unter halb der Hautlinie. Die digitale Steuerungseinheit 100 kann ebenfalls ein Apodisierungsprofil über die Verbindung 104 an den Vorprozessor 106 für die virtuelle Scheitelpunktabtas tung senden. Der Vorprozessor 106 schließt drei Funktions blöcke ein: einen Sendervorprozessor 108, einen Phasen mischervorprozessor 110 und einen Vorprozessor 112 zur Ab griffstellenauswahl. Der Sendervorprozessor 108 wandelt einen Sendesteuerungswinkel Θ und einen Sendefokus f_x in einen korrigierten Sendesteuerungswinkel Θ_x' und einen kor rigierten Sendefokus f_x' in Übereinstimmung mit Gleichung (1) und (2), die vorher beschrieben wurden, um.

Der korrigierte Sendesteuerungswinkel und der Sendefokus werden dann in Übereinstimmung mit dem Verfahren, das im US-Patent 4,949,259 beschrieben ist, dessen Offenbarungs gehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wurde, verar beitet, um die Koeffizienten eines Polynoms dritter Ordnung Ax³ + Bx² + Cx + D zu erzeugen, das eine Seriennäherung der Entfernungsformel von einem Wandlerelement zu dem gewählten Fokus f_x' ist. Der anfängliche Satz von Koeffizienten, die durch den Sendevorprozessor 108 erzeugt wurden, wird in eine Mehrfach-Akkumulatorschaltung (MAC = multiple accumulator circuit) 114 über die Verbindungen 150A-150D geladen.

In Übereinstimmung mit dem Verfahren und der Vorrichtung, die in dem oben erwähnten US-Patent 4,949,259 beschrieben wurden, enthält die MAC-Schaltung drei Akkumulatoren, die parallel arbeiten, um die Koeffizienten für das Polynom dritter Ordnung zu erzeugen. Nachdem die Akkumulatoren mit den Koeffizienten des Sendevorprozessors 108 voreingestellt sind, erzeugen sie einen Verzögerungswert für den ersten Kanal links (und rechts) von der Arraymitte. Keine Verzöge rung wird in der Arraymitte angenommen. Während des Sendens stellt bei jedem nachfolgenden Taktzyklus der Wert des Aus gangs des dritten Akkumulators die Verzögerung dar, die für den nächsten Kanal (d. h. das nächste Wandlerelement) entlang des Arrays benötigt wird. Mehrere MAC-Schaltungen können parallel betrieben werden; mit vier parallelen MAC-Schal tungen können z. B. alle Koeffizienten für einen gegebenen Fokus, mit einer 128 Elementöffnung, in 32 Taktzyklen (d. h. zwei Mikrosekunden) erzeugt werden.

Diese Koeffizienten werden dann in eine Sendemischersteuer schaltung 118 (TRIX-Schaltung, TRIX = transmitter mixer) über die Verbindung 120 geladen. Die TRIX-Schaltung enthält eine Anzahl von hinunterzählenden Zählern, die der Anzahl von Elementen in dem Wandlerarray entspricht. Eine typische TRIX-Schaltung kann 32 solcher hinunterzählender Zähler ent halten, und deshalb würden für ein Wandlerarray mit 128 Ele menten vier TRIX-Schaltungen verwendet. Die Zähler in den TRIX-Schaltungen beginnen von ihren anfänglichen Werten nach unten zu zählen, und beim Erreichen ihrer abschließenden Zählstände erzeugt die zugeordnete Schaltung einen Sende impuls mit der Breite, die durch das Apodisierungssignal ausgewählt ist. Eine Anzahl von torgesteuerten Steuerungs leitungen 122, die gleich der Anzahl der Wandlerelemente ist, wird verwendet, um eine Anzahl von Hochspannungssende treibern 124 torzusteuern, die eine Hochspannung von der Leistungsversorgung 126 an die Elemente des Wandlers 10 über die Auswahlschaltung 128 und die Verbindungen 131 und 129 anlegen. Die Hochspannung, die jedem Wandlerelement zuge führt wird, wird für die Dauer eines Impulses auf den torge steuerten Steuerungsleitungen 122 eingeschaltet. Durch ge eignetes Vorladen der nach unten zählenden Zähler wird durch die Verwendung von unterschiedlichen Zündzeitpunkten für die Wandlerelemente eine Strahlsteuerung während der Übertragung erreicht.

Während des Empfangs eines Ultraschallsignals während der virtuellen Scheitelpunktabbildung wird das Signal von jedem Wandler durch die Auswahlschaltungen 128 und die Empfangs vorverstärker 130 geleitet. Es gibt so viele Empfangsvor verstärker, wie es Wandlerelemente gibt. Das empfangene Sig nal jedes Wandlerelements wird einer TGC-Schaltung 132 über die Leitungen 134 zugeführt. Unter der Steuerung der TGC- Steuerungsschaltung 136 (TGC = time gain compensation - Zeitgewinnkompensation), schaffen ein TGC-Generator 138, ein Taktgenerator 140 und ein Apodisierungsgenerator 142 die empfangene Zeitgewinnsteuerung und Apodisierungsprofile für das empfangene Signal. Ein Mischer 146 wird verwendet, um ausgewählte Taktphasen mit dem empfangenen Signal unter Steuerung eines Mischersteuerungsabschnitts der TRIX-Schal tung 118 über die Verbindung 148 zu überlagern. Eine Ände rung der ausgewählten Phasen des Taktsignals, die an das empfangene Ultraschallsignal durch den Mischer 146 angelegt werden, führt die dynamische Steuerung und dynamische Fokus sierung während des Funktionsempfangs durch. Der Mischer steuerungsabschnitt des TRIX-Chips 118 empfängt Steuerungs signale von MAC 114.

Der Mischerphasenvorprozessor 110 verwendet einen empfange nen Steuerungswinkel Θ und einen empfangenen Phasenfokus f_p und die Verschiebung h, um einen korrigierten Empfangssteue rungswinkel Θ_p' und einen korrigierten Phasenfokus f_p' in Übereinstimmung mit den vorher beschriebenen Gleichungen (5) und (6) zu erzeugen. Die Empfangsfokussierungskoeffizienten für die Polynomannäherung dritter Ordnung der Entfernung, die oben beschrieben wurde, werden durch den Mischerphasen vorprozessor 110 in Übereinstimmung mit dem Verfahren, das im US-Patent 4,949,259 beschrieben ist, erzeugt und über die Verbindungen 116A-116D an den MAC-Chip 114 gesendet. Dann werden in Übereinstimmung mit dem Verfahren aus dem US-Pa tent 4,949,259 die Empfangskoeffizienten für jede Abtastli nie und jeden Abtastpunkt entlang der interessierenden vir tuellen Abtastlinie aktualisiert. Bei dieser besonderen Aus führung verändert die dynamische Aktualisierung des "B"- Koeffizienten der Entfernungsformel den Empfangssteuerungs winkel dynamisch.

Die grobe Verzögerung für das empfangene Signal wird durch den Vorprozessor für die Abgriffsstellenauswahl 112 ge steuert, der einen Empfangssteuerungswinkel Θ und einen Emp fangsabgriffsstellenfokus f_T und die Verschiebung h nimmt und einen korrigierten Steuerungswinkel Θ_T' und einen kor rigierten Abgriffsstellenfokus f_T' in Übereinstimmung mit den Gleichungen (3) und (4) für die virtuelle Abtastlinie, die beim virtuellen Scheitelpunkt 30 ankommt, erzeugt. Die ser korrigierte Abgriffsstellenwert wird über die Verbindung 152 an den Abgriffsstellenauswahlvorrichtung 154 übertragen. Der Abgriffsstellenauswahlvorrichtung 154 wählt eine Ab griffstelle auf einer Summierungsverzögerungsleitung 156 oder konfiguriert die Verzögerungsleitung 156 abhängig von der bestimmten Ausführung, die verwendet wird, um einen ge eigneten Abgriffsstellenfokus für die willkürlich Abtast linie zu schaffen, die den Abgriffsstellenfokus mit dem vir tuellen Scheitelpunkt verbindet. Danach wird das empfangene Signal durch einen Bilddetektor/Abtastwandler 158 verarbei tet, um eine verwendbare Videobildausgabe am Anschluß 160 zu erzeugen.

Eine technische Schwierigkeit, die im Zusammenhang mit der virtuellen Scheitelpunktabtastung auftritt, ist ein schein bares Ansteigen der Schallgeschwindigkeit bei der Empfangs öffnung. D. h. alle Steuerungsberechnungen verwenden die Ent fernung zwischen dem virtuellen Scheitelpunkt 30 und einem Sende- oder Empfangsfokus. In der Realität werden die Ultra schallsignale jedoch aus Gründen der Analyse tatsächlich an dem Scheitelpunkt 28 empfangen und von diesem gesendet. Nachdem die Flugzeit von einem Sende- oder Empfangsfokus zu dem realen Scheitelpunkt 28 tatsächlich kürzer ist, wird es folglich dem Ultraschallsystem erscheinen, als ob die Ultra schallwellen, die von dem virtuellen Scheitelpunkt 30 gesen det wurden, tatsächlich früher empfangen werden als die theoretische Weglänge voraussagt. Mathematisch kann diese scheinbare Erhöhung der Schallgeschwindigkeit wie folgt her geleitet werden. Die scheinbare, unmittelbare Schallge schwindigkeit ist wie folgt beschrieben:

mit:

C_i = scheinbare, unmittelbare Schallgeschwindigkeit
C₀ = tatsächliche Schallgeschwindigkeit
Φ = Winkel zwischen der Tangente der virtuellen Abtastlinie beim Fokus und einer Linie, die zwischen dem Fokus und dem Massenschwerpunkt der Apodisierungsfunktion gebildet ist.

Die Gleichung (8) nimmt an, daß die Sende- und Empfangsapo disierungsfunktion um den gleichen Punkt "zentriert" sind, d. h. der Strahl, der die Sendeabtastlinie definiert, und die Empfangsabtastlinie liegen zusammen. Wenn dies nicht der Fall ist, dann gilt die folgende Gleichung:

Um die Umlaufentfernung von dem Wandler zu dem Ziel und zu rück aufzunehmen gilt:

mit:

die 2 im Zähler berücksichtigt die Umlaufentfernung,

Φ_x = Sendewinkel zwischen der Tangente der virtuel len Abtastlinie bei einem Fokus und einer Li nie, die zwischen dem Fokus und dem Massen schwerpunkt der Apodisierungsfunktion gebildet ist,
Φ_R = Empfangswinkel zwischen der Tangente der vir tuellen Abtastlinie bei einem Fokus und einer Linie, die zwischen dem Fokus und dem Massen schwerpunkt der Apodisierungsfunktion gebildet ist.

Der Faktor, um den die Schallgeschwindigkeit scheinbar er höht ist, beträgt:

Es wird darauf hingewiesen, daß α für irgendeinen Fall, bei dem Φ_x oder Φ_R ungleich Null ist, größer ist als Eins. Un mittelbare Änderungen der wahren Schallgeschwindigkeit, wie sie vorher abgeleitet wurde, können entweder der C, D oder T Dimensionen aus der gut bekannten Beziehung D = RT, mit D = Entfernung, T = Zeit, R = Rate, zugeschrieben werden.

Der Zeitanpassungsparameter α beschreibt den Betrag der Zeit, um den der empfangene Ultraschallimpuls anscheinend zeitlich früher ankommt, als er ankommen würde, wenn die virtuelle Scheitelpunktabtastung nicht verwendet wird. Dieses Problem ist besonders akut, wenn in der Nähe der Wan dlerarrayfront (dem Nahfeld) gearbeitet wird, d. h. dort wo Φ dazu tendiert wesentlich gröber als Null zu sein.

Es gibt einige Wege, um dieses Phänomen zu kompensieren. Die digitale Steuerungseinheit 100 und der Bilddetektor/Abtast wandler 158 können programmiert sein, um aperiodische Zeit abtastungen derart durchzuführen, daß jede Zeitabtastung einer Tiefenauflösung entspricht. Alternativ kann eine periodische Zeitabtastung derart verwendet werden, daß die abgetasteten Tiefeninkremente verändert werden, d. h. während der Abtastung von grob zu fein und der Abtastwandler kann dann erneut programmiert werden, um die verändernden Abtast intervalle zu kompensieren, um die radialen Abtastwerte kor rekt in dem Bild anzuordnen. Abschließend kann die digitale Steuerungseinheit 100 programmiert sein, um den Betrag der Verzögerung, der an das Signal angelegt ist, wenn das Echo empfangen wird, zu erniedrigen.

Die vorliegende Erfindung wurde verwendet, um Bilder zu er zeugen, bei denen der virtuelle Scheitelpunkt um eine Ent fernung h, die gleich 1/2 der Länge des Wandlerarrays ist, hinter dem Wandlerarray angeordnet ist und es wurden Bilder mit hoher Qualität erzeugt.

Nachdem folglich ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Er findung beschrieben wurde, sind verschiedene Änderungen, Mo difikationen und Verbesserungen für Fachleute ohne weiteres offensichtlich. Obwohl die dynamische Steuerung z. B. ledig lich unter Verwendung der Phasen des Mischers dargestellt wurde, könnte sie ebenfalls lediglich unter Verwendung der Verzögerungen, die durch die Verzögerungsleitung zugeführt werden, oder durch eine Kombination der Phasenauswahl und der Verzögerungsauswahl durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls verwendet werden, um sogar während des Empfangs zu fokussieren, wenn der Sendestrahl eine un terschiedliche Flugbahn hat. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls in Verbindung mit Farbflußtechniken, zweidimen sionalen anatomischen Informationstechniken, akustischer Quantifizierung (Gewebeidentifikation), Doppler-Techniken, Parallelverarbeitungs-Techniken und Abtastlinienspleiß- Techniken verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf linear angeordnete Arrays beschränkt, sondern kann mit irgendeiner Wandlerfühlerkonfiguration betrieben werden. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung mit einer Vielzahl von anderen Fokussierungsalgorithmen, wie z. B. sphärischer oder elliptischer Fokussierung, anwendbar. Obwohl die Er findung mit dem virtuellen Scheitelpunkt, der auf einer Mittellinie des Wandlerarrays angeordnet ist, dargestellt wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Der vir tuelle Scheitelpunkt kann an irgendeinem Ort angeordnet sein, der nicht auf der Front des Wandlerarrays ist.

Claims

1. Ultraschallabbildungssystem mit phasengesteuertem Wand lerarray, zum Übertragen von Ultraschallenergieimpulsen in einem Sendemodus und zum Empfangen reflektierter Ultraschallenergie in einem Empfangsmodus, mit:
einer Sendesteuerungsschaltung (108, 114, 118, 124) für das Wandlerarray (10), die einen Ultraschallenergieim puls zu einem Fokuspunkt richtet, der auf einer virtuel len Abtastlinie (36, 36A, 36B, 36C, 50, 70) liegt, die durch einen Punkt (30, 30A) vor oder hinter dem Wandler array (10) verläuft, und
einer Empfangsfokussierungsschaltung (110, 112, 114, 118, 146, 154, 156), die mit dem Wandlerarray (10) ver bunden ist, um während des Empfangs von Ultraschallener gie einen Empfangssteuerungswinkel und einen Empfangsfo kus in Echtzeit dynamisch zu verändern, und um die emp fangene Ultraschallenergie entlang mindestens einer vir tuellen Abtastlinie (36, 36A, 36B, 36C, 50, 70) zu fo kussieren, die nicht durch einen Massenschwerpunkt einer an das Wandlerarray (10) angelegten Apodisierungsfunk tion führt, der während der Abstastung relativ zu dem Wandlerarray (10) ortsfest ist.

2. Ultraschallabbildungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Empfangsfokussierungsschaltung (110, 112, 114, 118, 146, 154, 156) den Empfangssteuerungswinkel während des Emp fangs kontinuierlich variiert.

3. Ultraschallabbildungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Empfangsfokussierungsschaltung (110, 112, 114, 118, 146, 154, 156) den Empfangssteuerungswinkel in diskreten In krementen, die Zonen entlang der virtuellen Abtastlinie (36, 36A, 36B, 36C, 50, 70) entsprechen, verändert.

4. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die virtuelle Abtastlinie (36, 36A, 36B, 36C, 50, 70) in einem virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A), der an einem anderen Ort als auf einer Front des Wandlerarrays (10) angeordnet ist, ihren Ursprung hat.

5. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der virtuelle Scheitelpunkt (30, 30A) hinter der Front des Wandlerarrays (10) angeordnet ist.

6. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der virtuelle Scheitelpunkt (30, 30A) vor der Front des Wandlerarrays (10) angeordnet ist.

7. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Sendesteuerungsschaltung (108, 114, 118, 124) eine Einrichtung (108) einschließt, um einen Winkel und einen Fokus entsprechend der folgenden Gleichung auszuwählen:
mit:
f_x' = korrigierte Fokustiefe für eine Linie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) hat, aber tatsächlich vom Scheitel punkt (28) auf der Oberfläche des Wandler arrays (10) gesendet wird,
f_x0 = Fokustiefe für eine Sende-Abtastlinie, die ihren Ursprung im Scheitelpunkt (28) auf der Oberfläche des Wandlerarrays (10) hat,
h = Abstand zwischen dem virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) und dem Mittelpunkt (28) der Front des Wandlerarrays (10),
Θ_x = Steuerungswinkel zwischen einer Sende-Abtast linie (24), die normal zu dem Wandlerarray (10) ist und die ihren Ursprung im Scheitel punkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) hat, und der Linie, die ihren Ursprung im virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) hat, und
Θ_x' = korrigierter Steuerungswinkel für eine Sende- Abtastlinie, die ihren Ursprung im Scheitel punkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) hat.

8. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Empfangsfokussierungsschaltung (110, 112, 114, 118, 146, 154, 156) einen Mischer (146) ein schließt, um ausgewählte Phasen eines Taktsignals mit einem empfangenen Ultraschallsignal zu überlagern, der mit einer Verzögerungsschaltung (156) verbunden ist, die einen Auswahlvorrichtung zum Auswählen eines Betrags der zeitlicher Verzögerung hat, die zu einer Phasenverzöge rung, die durch den Mischer (146) erzeugt ist, hinzu addiert wird.

9. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Phasen des Taktsignals entsprechend der folgenden Gleichung eingestellt werden:
mit:
fp' = korrigierte Phasenverzögerung für die virtuel le Empfangsabtastlinie, die am virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) ankommt, die aber tat sächlich am Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) ankommt,
fp₀ = Phasenverzögerung für die Empfangsabtastlinie, die im Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) ankommt,
h = Abstand zwischen dem virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) und dem Mittelpunkt der Front des Wandlerarrays (10),
Θ_p = Steuerungswinkel zwischen der Empfangsabtast linie (24), die zu dem Wandlerarray (10) nor mal ist und den Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) schneidet, und der virtuellen Empfangsabtastlinie, die am virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) ankommt, und
Θ_p' = korrigierter Empfangssteuerungswinkel für die virtuelle Empfangsabtastlinie, die am virtuel len Scheitelpunkt (30, 30A) ankommt.

10. Ultraschallabbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Zeitverzögerung entsprechend der fol genden Gleichung ausgewählt ist:
mit:
f_T' = korrigierte Zeitverzögerung für die virtuelle Empfangsabtastlinie, die am virtuellen Schei telpunkt (30, 30A) ankommt, die aber tatsäch lich im Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) ankommt,
f_T0 = Zeitverzögerung für die Empfangsabtastlinie, die am Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) ankommt,
h = Abstand zwischen dem virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) und dem Mittelpunkt der Front des Wandlerarrays (10),
Θ_T = Steuerungswinkel zwischen der Empfangsabtast linie (24A), die normal zu dem Wandlerarray (10) ist und den Scheitelpunkt (28) auf der Front des Wandlerarrays (10) schneidet, und der virtuellen Empfangsabtastlinie (24A), die am virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) ankommt, und
Θ_T' = korrigierter Steuerungswinkel für die vir tuelle Empfangsabtastlinie, die am virtuellen Scheitelpunkt (30, 30A) ankommt.