DE69014340T2 - Ultraschallbilderzeugungssystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft elektronische, abtastende, medizinische Ultraschall-Bilderzeugungssysteme und spezieller Ultraschallsonden, die bei solchen Meßsystemen verwendet werden.
• Derzeitige typische medizinische Ultraschall-Bilderzeugungssysteme erhalten ein Schnittbild des menschlichen Körpers unter Verwendung eines Ultrasonotomographen mit einer Anzeige im B-Modus auf Echtzeitbasis. Bei der tatsächlichen Diagnose ändert die Diagnoseperson kontinuierlich die Richtung einer Sonde, um ein Bild eines interessierenden Körperbereichs zu erhalten, um dadurch zu einer Vermutung über die Innenstruktur und das Gewebe des Körpers zu kommen. Jedoch ist es bei diesem Verfahren schwierig, intuitiv die Position des internen Schnittbereichs im Körper zu erkennen, wie auch ein Schnittbild desselben Bereichs mit hoher Reproduzierbarkeit zu erzielen. Um ein Schnittbild eines interessierenden Körperbereichs zu erhalten, kann die Diagnoseperson den Körper des Patienten für eine lange Zeit fest andrücken, was dem Patienten jedoch ein unangenehmes Gefühl vermittelt. Es besteht Nachfrage nach einer Diagnosevorrichtung, die fortgesetzt eine Vielzahl von Schnittbildern verschiedener Bereiche eines menschlichen Körpers erstellen kann, um dadurch eine einfache Annahme für eine dreidimensionale Struktur und das Gewebe des Körpers zu ermöglichen.
• Bei einer solchen Vorrichtung ist es erforderlich, die Richtwirkung von Ultraschallwellen in zweidimensionaler Richtung beim Senden/Empfangen zu steuern. Zu diesem Zweck ist die Verwendung einer Ultraschallsonde erforderlich, die Wandlerelemente in einem zweidimensionalen Array und getrennte Signalleitungen, die mit entsprechenden Elementen verbunden sind, aufweist. Jedoch wird bei diesem System, wenn die Anzahl von Wandlerelementen ansteigt, der Anschluß der Signalleitungen schwierig, so daß es sehr schwierig ist, auf Massenherstellbasis Sonden herzustellen, bei denen die Eigenschaften der jeweiligen Elemente konstant sind.
• Die US-Patente Nr. 4,448,075 und 4,736,631 offenbaren eine Array-Ultraschallsonde, die dazu in der Lage ist, die Transversalapertur abhängig von der elektronischen Abtastrichtung zu ändern. Eine derartige Sonde besteht aus Elektroden, die räumlich parallel auf einer Oberfläche einer Wandlerplatte angeordnet sind, und Masseelektroden, die räumlich parallel auf der anderen Fläche der Platte angeordnet sind. Die Elektroden sind sich räumlich schneidend so angeordnet, daß sie zueinander rechtwinklig stehen. Durch die Auswahl einer Ansteuerelektrode wird ein Ultraschallstrahl durchgerastert und durch die Auswahl einer Masseelektrode wird die Breite der Wandlerapertur rechtwinklig zur Abrasterrichtung geändert. So wird ein einzelnes Schnittbild im B-Modus erzielt, um dadurch die Richtwirkung des Ultraschallstrahls rechtwinklig zum Querschnitt über einen großen Tiefenbereich zu verbessern. Insbesondere verwendet die Sonde beim US-Patent Nr. 4,736,631 ein elektrostriktives Material, dessen Piezoelektrizität durch eine Vorspannung hervorgerufen wird, die an eine ausgewählte Matrixposition angelegt wird, um dadurch das Auftreten elektroakustischer Wandlung an einer nichtausgewählten Matrixposition durch die Verteilung eines elektrischen Felds über die nichtausgewählten Elektroden zu verhindern. So wird die Steuerung der Richtwirkung des akustischen Strahls rechtwinklig zur Abrasterrichtung genauer ausgeführt.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Ultraschall-Bilderzeugungssystem zu schaffen, das dazu in der Lage ist, mehrere Schnittbilder von Bereichen an verschiedenen Positionen innerhalb kurzer Zeit zu erhalten, ohne die Ultraschallsonde zu verstellen, die über eine verringerte Anzahl von Signalleitungen vom Ultraschallwandler her verfügt, und die ein einfaches Anschließen der Signalleitungen ermöglicht.
• Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Ultraschall- Bilderzeugungssystem zu schaffen, bei dem alle der mehreren Schnittbilder hohe Auflösung aufweisen.
• Ein Ultraschall-Bilderzeugungssystem gemäß der Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
• Gemäß der Erfindung werden innerhalb kurzer Zeit ohne Änderung der Richtung der Ultraschallsonde Daten erhalten, die mehrere Schnittbilder kennzeichnen.
• Die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 sind aus DE-A- 38 05 268 bekannt, welche Schrift ein Ultraschall-Diagnosegerät mit einer unabhängigen Einrichtung zum Senden und Empfangen eines Ultraschallstrahls zu einem Ziel und von diesem beschreibt. Die Empfangseinrichtung weist eine Platte mit kleinem akustischen Querkopplungskoeffizient sowie zwei Sätze paralleler Elektroden auf, die zueinander rechtwinklig an entgegengesetzten Seiten der Platte angeordnet sind. Das Abtasten des empfangenen Strahls erfolgt durch sequentielles Erden ausgewählter Elektroden eines Satzes.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine akustische Linse enthalten, die die gesamte Breite der ersten Vielzahl von gleichzeitig durch den Positionswähler ausgewählten Leitungselektroden überdeckt und die den Ultraschallstrahl in Breitenrichtung der ersten Vielzahl von Leitungselektroden fokussiert, und eine Einrichtung zum Verstellen der akustischen Linse synchron mit einer Verschiebung der Position benachbarter, vom Positionswähler ausgewählter Leitungselektroden.
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtstruktur eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt;
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Wandlers beim Ausführungsbeispiel;
• Fig. 3 ist eine Darstellung einer akustischen Linse beim Ausführungsbeispiel von drei Seiten;
• Fig. 4 ist ein Teilquerschnitt durch eine Sonde, in der der Wandler und die akustische Linse enthalten sind;
• Fig. 5A, 5B und 5C sind veranschaulichende Draufsichten auf beim Ausführungsbeispiel ausgewählte Elektroden und
• Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendete Wandlerplatte.
• Fig. 1 veranschaulicht die Gesamtstruktur eines medizinischen Ultraschall-Bilderzeugungssystems als einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Sonde 30, die auf einen menschlichen Körper aufgelegt wird, beinhaltet einen Wandler 40 und eine Abtasteinrichtung 50 für eine akustische Linse. Der Wandler 40 verfügt über eine rechteckige Wandlerplatte 40', auf deren einer Fläche eine Vielzahl Leitungselektroden 41 (als Zeilenelektroden bezeichnet) angeordnet sind, und auf deren anderer Fläche eine Vielzahl Leitungselektroden 43 (als Spaltenelektroden bezeichnet) angeordnet sind, die die Zeilenelektroden überkreuzen.
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Wandlers 40, dessen Platte 42 aus einem elektrostriktiven Keramikmaterial besteht, z.B. aus einer ferroelektrischen Relaxationseinrichtung, deren Temperatur für den Übergang paraelektrisch/ferroelektrisch in der Nähe der Raumtemperatur liegt. Ein typisches Material ist das Festlösungssystem Pb (Mg1/3Nb2/3)O&sub3;-PbTiO&sub3;. Daher ruft die Wandlerplatte 42, wenn sie in der Nähe der Raumtemperatur verwendet wird, durch ihre Polarisation nur dann Piezoelektrizität hervor, wenn ein ausreichendes elektrisches Vorspannungsfeld an diese Wandlerplatte angelegt wird. Die Dicke der Wandlerplatte 42 wird so festgelegt, daß die durch diese Dicke der Wandlerplatte festgelegte Resonanzfrequenz mit der Frequenz einer gesendeten oder empfangenen Ultraschallwelle übereinstimmt. Die Zeilen- und Spaltenelektroden 41 und 43 werden dadurch hergestellt, daß ein Edelmetall wie Silber aufgebrannt wird, Kupfer oder dergleichen plattiert wird oder irgendein geeignetes Metall auf beiden Oberflächen der Wandlerplatte 42 abgeschieden wird. Eine Oberfläche der Wandlerplatte 42, auf der Elektroden ausgebildet sind, wird mit einem Trägerteil 44 verbunden, das z.B. aus Epoxidharz und darin dispergiertem Ferritpulver besteht. Auf der Oberseite der Platte 42 wird eine erste akustische Anpaßschicht 45 ausgebildet, deren Dicke so festgelegt wird, daß sie 1/4 der Wellenlänge der sich durch sie ausbreitenden Ultraschallwelle ist. Das Trägerteil 44 weist an seiner Seite Anschlüsse 46 auf, die elektrisch mit den zugehörigen Spaltenelektroden verbunden sind, und an die Signalleitungen angeschlossen werden. Der Wandler mit solchen Zeilen- und Spaltenelektroden erleichtert das elektrische Anschließen der Signalleitungen, da nur ein Anschließen der Signalleitungen am Ende der Matrix erforderlich ist.
• Es wird zu Fig. 1 zurückgekehrt, gemäß der die elektronische Bildabtasteinrichtung für den B-Modus einen Spaltenpositionswähler 90, einen Sendesignalgenerator 100, einen Strahlformer 110 und eine Zeitsteuereinrichtung 140, die ein Zeitsteuersignal für diese Elemente erzeugt. Der Sendesignalgenerator 100 erzeugt Sendesignale aus einer impulsförmigen Welle periodisch für eine entsprechende Vielzahl von Kanälen. Die Verzögerungszeiten, mit denen Impulse für die entsprechenden Kanäle erzeugt werden, schwanken leicht von Kanal zu Kanal, wodurch eine Fokussierung eines Sendestrahls erzielt wird. Diese Sendesignale werden durch Verstärker 102 verstärkt und an die vom Spaltenpositionswähler 90 ausgewählten Spaltenelektroden über entsprechende Signalkoppler 104 gegeben. Die Empfangssignale von den vom Wähler 90 ausgewählten Spaltenelektroden werden über die zugehörigen Signalkoppler 104 und Empfangsverstärker 106 an den Strahlformer 110 gegeben. Der Strahlformer 110 wiederholt eine Signalverarbeitung, die die Empfangssignale mit Verzögerungszeiten für die Kanäle versieht, und sie addiert die zu einem fokussierten Echosignal passenden Signale von einer vorgegebenen reflektierenden Quelle. Der Spaltenpositionswähler 90 führt einen Abtastvorgang aus, der als elektronisches, lineares Abtasten bezeichnet wird. Bei einem typischen Beispiel wird immer eine vorgegebene Anzahl benachbarter Spaltenelektroden ausgewählt, während für jede Wiederholung des Sendens einer Welle eine Verschiebung um 1 erfolgt. Genauer gesagt, wird ein ausgewählter Bereich wie durch B in Fig. 1 gezeigt, in Richtung der Zeilenerstreckung, d.h. in Breitenrichtung einer Spalte, für jede Wiederholung einer gesendeten Welle verschoben, um dadurch die Mittenposition der Sende- und Empfangsstrahlen in Richtung der Zeilenerstreckung durchzurastern.
• Der Zeilenpositionswähler 80 wählt eine Anzahl benachbarter Zeilenelektroden aus und legt eine Vorspannung von einer Spannungsquelle 82 an diese ausgewählten Elektroden. Die restlichen Zeilenelektroden werden auf Massepegel gesetzt. Der Wähler 80 wird durch die Zeitsteuereinrichtung 140 so gesteuert, daß er die Position der ausgewählten Zeilenelektroden jedesmal dann um eins verschiebt, wenn die zyklische Querabtastung durch den Spaltenpositionswähler 90 abgeschlossen ist. Genauer gesagt, wird der in Fig. 1 unter A dargestellte Bereich, an den die Vorspannung angelegt wird, jedesmal dann in Richtung der Spaltenerstreckung verschoben, wenn das Abtasten des Bereichs B in Richtung der Zeilenerstreckung abgeschlossen ist.
• Durch ein solches Abtasten werden Echosignale, die Bilder im B-Modus anzeigen, für eine Vielzahl verschiedener Positionen aufeinanderfolgend vom Strahlformer 110 erhalten. Ein Vorspannungsfeld wird an einen Wandlerplattenabschnitt angelegt, der in einem Bereich existiert, in dem die vom Spaltenpositionswähler 90 ausgewählten und mit den zugehörigen Signalkopplern 104 und den Verstärkern 106 verbundenen Spaltenelektroden sowie die durch den Zeilenpositionswähler 80 ausgewählten Zeilenelektroden, denen eine Vorspannung auferlegt ist, einander schneiden, um dadurch in diesem Bereich Piezoelektrizität hervorzurufen und demgemäß elektroakustische Wandlung auszuführen. Der restliche Bereich des Wandlers ist kein Quelle von Ultraschall, selbst wenn ihm ein Sendesignal auferlegt wird, und er erzeugt auch selbst dann keine piezoelektrische Spannung, wenn er reflektierten Wellen unterworfen wird. Daher wird ein Empfangssignal, das ein Bild im B-Modus angibt, erhalten, während der vom Zeilenpositionswähler 80 ausgewählte Bereich festliegt und die Sende- und Empfangsstrahlen aufgrund einer zyklischen Verschiebung der Bereichsauswahl durch den Spaltenpositionswähler 90 in Richtung der Zeilenerstreckung durchgerastert werden. Das Durchrastern wird jedesmal dann wiederholt, wenn die vom Zeilenpositionswähler 80 ausgewählte Position verschoben wird, und es wird aufeinanderfolgend eine Vielzahl paralleler Schnittbilder im B-Modus erhalten.
• Ein Signalspeicher mit Steuerung 120 beinhaltet n Speicherbereiche 122-1, 122-2, ..., 122-n, die der Anzahl von Positionen entsprechen, wie sie vom Zeilenpositionswähler 80 ausgewählt werden, um die jeweiligen Empfangssignale, die Positionsechogramme im B-Modus anzeigen, in zugeordneten Speicherbereichen abzuspeichern. Das lineare elektronische Abrastern durch den Spaltenpositionswähler 90 und das Verschieben der Schnittposition durch den Zeilenpositionswähler 80 werden wiederholt und die Inhalte der jeweiligen Speicherbereiche werden jedesmal dann aktualisiert, wenn die zugehörigen Daten erhalten werden. Eine Bedienkonsole 150 kann ein gewünschtes von mehreren Bildern im B-Modus anzeigen. Der Signalspeicher mit Steuerung 120 liest im Speicherbereich abgespeicherte Daten, die das Bild im B-Modus für eine spezifizierte Position anzeigen, und sie liefert sie an eine Anzeige 130, um es dadurch zu ermöglichen, daß das gewünschte Positionsbild im B-Modus betrachtet werden kann. Die Bedienkonsole 150 kann auch auf einen Befehl hin an jeder Position die Verstellung der Position anhalten, an der der Zeilenpositionswähler 80 die Vorspannung anlegt, um dann damit fortzufahren, daß diese Vorspannung an diese gewünschte festgelegte Position angelegt wird. Bei einem solchen Modus mit festgelegter Schnittposition wird die Zeitspanne, mit der die entsprechenden Daten im Speicherbereich aktualisiert werden, die Zeitspanne des elektronischen linearen Abrasterns durch den Spaltenpositionswähler 90, so daß das Schnittbild auf Echtzeitbasis beobachtet werden kann.
• Eine Anordnung kann dahingehend erfolgen, daß dann, wenn die Bedienkonsole 150 einen Modus mit festgelegter Schnittposition spezifiziert, der Zeilenpositionswähler 80 damit fortfährt, eine Vorspannung an eine vorgegebene Anzahl von Zeilenelektroden anzulegen, die in der Mitte des Wandlers 40 liegen. Bei einer solchen Anordnung ist die Ausführung des Abtastzyklus erleichtert, mit dem das Schnittbild im Modus mit festgelegter Schnittposition betrachtet wird, während die zentrale Position eines Zielabschnitts des menschlichen Körpers sichergestellt ist, und bei dem die Bedienkonsole 150 einen Modus mit verschobener Schnittposition spezifiziert (aufeinanderfolgende Verschiebung der ausgewählten Position bei den oben angegebenen Zeilenelektroden) und Daten zu Schnittbildern aufgezeichnet werden.
• Vorzugsweise setzt der Signalspeicher mit Steuerung 120 die empfangenen Signale für einen vorgegebenen Schnittpunkt in entsprechende Digitalsignale um und speichert die Digitalsignale ab.
• Der Abrastervorgang durch den Spaltenpositionswähler 90 oder das Abrastern des linearen Strahls durch den Schnitt ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt. Z.B. kann die Mittelposition eines akustischen Strahls mit einer kleineren Schrittweite verschoben werden als es der Schrittweite der Spaltenelektroden entspricht, und zwar durch eine Verschiebung abhängig von der Anzahl ausgewählter Spaltenelektroden oder durch eine Verschiebung abhängig von der Anzahl ausgewählter Spaltenelektroden, die sich abhängig vom Senden von Wellen oder dem Empfang von Ultraschall unterscheiden. Durch Vielfachfokussierung, zu der das Senden und Empfangen von Ultraschall an Brennpunkten gehört, die sich abhängig von den zugehörigen Bereichen ändern, wird ein Bild hoher Auflösung im B-Modus über einen großen Tiefenbereich erhalten.
• Das vorstehend genannte Fokussieren erfolgt in der Richtung linearen elektronischen Abrasterns eines Schnittbilds oder in Zeilenrichtung. Das Fokussieren eines akustischen Strahls in der Richtung rechtwinklig zur Ebene des Schnittbildes wird unter Verwendung einer akustischen Linse realisiert, deren Position mit der Position von Zeilenelektroden übereinstimmt, an die eine Vorspannung selektiv durch den Zeilenpositionswähler 80 angelegt wird. Daher wird die akustische Linse synchron mit dem Abrastern der Positionsauswahl durch den Zeilenwähler 80 verstellt. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist an einer Folie 52 eine Rippe 51 mit der Schnittform eines Halbkreises angebracht, die als akustische Linse wirkt und die eine Breite aufweist, die geringfügig größer als die Gesamtbreite der gleichzeitig ausgewählten Zeilenelektroden ist. Die Folie 52 hat auch die Funktion einer zweiten akustischen Anpaßschicht, mit einer Dicke, die auf 1/4 der Wellenlänge des sich durch sie ausbreitenden Ultraschalls festgelegt ist.
• Fig. 4 zeigte einen Teilquerschnitt durch die Sonde 30, in der die akustische Linse und eine Abtasteinrichtung für die akustische Linse angebracht sind. Ein Rahmen 31 enthält in seinem Innenraum vier Rollen 53-1, 53-2, 53-3 und 53-4. Die Folie 52 ist in Form eines Rings so angebracht, daß sie sich entlang dieser Rollen erstreckt. Ein Fenster 34 ist an der Vorderseite des Rahmens 31 vorhanden, durch den Ultraschallwellen hindurchtreten können. Doppelte, flexible Harzfilme 32 und 33 erstrecken sich über das Fenster, und eine Übertragungsflüssigkeit für akustische Wellen, z.B. Wasser, ist zwischen die Filme 32 und 33 eingefüllt. Die an der Folie 52 angebrachte Rippe 51 liegt innerhalb des Fensters und der Wandler 40 ist ebenfalls innerhalb der Folie 52 angeordnet. Die Folie 52 und die Rippe 51 kontaktierten den Film 33 innerhalb des Fensters, während die Oberfläche des Wandlers 40 oder die Oberfläche der ersten akustischen Anpaßschicht 45 die Folie 52 kontaktiert. Die Umdrehung eines Schrittmotors 56 wird über ein Getriebe 57 an eine Welle 55 mit schraubenförmige Nut übertragen. Auf die Welle 55 ist ein Teil 54 aufgesetzt, und dieses ist an der Folie 52 befestigt, um die Rippe 51 als akustische Linse durch Verdrehen der Folie 52 aufgrund der Verdrehung des Schrittmotors 56 zu verschieben.
• Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die an die ausgewählten Zeilenelektroden angelegte Vorspannung während des Sendens und Empfangens von Ultraschall konstant gehalten, wie er zum Aufnehmen eines Bildes im B-Modus verwendet wird, um dadurch den elektroakustischen Wandlungswirkungsgrad des Wandlers konstant und die Sende/Empfangs-Empfindlichkeit unverändert zu halten.
• Während beim vorstehenden Ausführungsbeispiel das Aufnehmen jedes Bilds im B-Modus unter Verwendung linearen Abtastens oder eines Verfahrens zum Verstellen der Position eines akustischen Strahls durch die Verschiebung einer Sende- und/oder Empfangsapertur des Wandlers realisiert ist, kann es durch Sektorabtastung realisiert werden, die die Ablenkrichtung eines Akustikstrahls ändert, während die Position der Sende- und/oder Empfangsöffnung festliegt. Im Fall einer Sektorabtastung ist der Sendewelle-Signalgenerator 100 dazu in der Lage, Zeitpunkte auszuwählen, zu denen Sendesignale mit entsprechenden Mustern erzeugt werden, während der Strahlformer 110 Verzögerungszeitverteilungen mit entsprechenden Mustern auswählen kann. Jedesmal dann, wenn das Senden/Empfangen von Ultraschall wiederholt wird, werden die jeweiligen Zeitpunkte und Verzögerungszeitverteilungen mit aufeinanderfolgend verschiedenen Mustern ausgewählt, um dadurch den Strahlazimut durchzurastern. In jedem Fall muß an die Spaltenelektroden des Wandlers 40 eine elektronische Bildabrastereinrichtung für den B-Modus angeschlossen sein, in der zumindest ein Teil der Spaltenelektroden 42 verwendet wird und auf Senden/Empfangen ansprechende Signale aufeinanderfolgend dadurch erhalten werden, daß die Richtwirkung eines Ultraschallstrahls aufeinanderfolgend entlang der Richtung der Zeilenerstreckung verstellt wird.
• Wenn das vorstehend genannte Mehrfachfokussieren durch irgendein lineares Abrastern oder Sektorabrastern erfolgt, wird die Steuerung der Richtwirkung eines Ultraschallstrahls in Richtung der Spaltenerstreckung vorzugsweise parallel mit der Änderung der Brennweite beim Fokussieren in der elektronischen Abrasterrichtung (in der Richtung der Zeilenerstrekkung) ausgeführt. Die Steuerung der Richtwirkung wird dadurch erzielt, daß die Anzahl von durch den Zeilenpositionswähler 80 ausgewählten Zeilenelektroden über die Zeit verändert wird, während die Mittelposition der ausgewählten Zeilenelektroden konstant ist, oder durch Ändern der Breite des Bereichs, an den die Vorspannung angelegt wird. Fig. 5A veranschaulicht durch Schraffierung einen durch den Zeilenpositionswähler 80 ausgewählten Bereich, wenn eine Fokussierung mit kurzer Entfernung in Richtung der Zeilenerstreckung ausgeführt wird und ein Empfangssignal von einem kurz entfernten Bereich zu den Momenten aufgezeichnet wird, zu denen Impulse vom Sendesignalgenerator 100 erzeugt wird, mit der Verzögerungszeitverteilung vom Strahlformer 110. Auf ähnliche Weise veranschaulicht Fig. 5B einen vom Zeilenpositionswähler 80 ausgewählten Bereich, wenn ein Fokussieren mit mittlerer Entfernung in Richtung der Zeilenerstreckung ausgeführt wird und das Empfangssignal vom Bereich mit mittlerer Entfernung aufgezeichnet wird. Fig. 5C veranschaulicht einen vom Zeilenpositonswähler 80 ausgewählten Bereich, wenn ein Fokussieren mit großer Entfernung in Richtung der Zeilenerstreckung ausgeführt wird und das Empfangssignal vom entfernten Bereich aufgezeichnet wird. Die verwendete akustische Linse weist eine solche Größe auf, daß sie den maximal ausgewählten Bereich gemäß Fig. 5C ausreichend überdeckt. Wie dargestellt, ist, da die Brennweite beim Fokussieren in Richtung der Zeilenerstreckung klein ist, die Breite des Bereichs, an den die Vorspannung angelegt wird, verringert, um dadurch die Richtwirkung des akustischen Strahls in der Richtung der Spaltenerstreckung abhängig vom jeweiligen Fall geeignet einzustellen. Bei der Auswahl gemäß Fig. 5A ist die Richtwirkung im Nahfeld im Vergleich zu den Auswahlen gemäß den Fig. 5B und 5C erhöht. Bei der Auswahl von Fig. 5C ist die Richtwirkung im Fernfeld im Vergleich zu denjenigen bei den Fig. 5A und 5B erhöht. Daher ändert sich die Brennweite des Strahls in Richtung der Spaltenerstrekkung wirkungsvoll durch Ändern der Breite des Bereichs, an den die Vorspannung angelegt wird, während eine akustische Linse mit festliegenden Eigenschaften verwendet wird, um dadurch ein Bild im B-Modus mit hoher Auflösung rechtwinklig zur Ebene des Schnittbilds über einen großen Tiefenbereich zu erhalten.
• Wie vorstehend beschrieben, werden bei einem Ultraschall- Bilderzeugungssystem, das den Wandler mit einer elektrostriktiven Platte und mehreren vorhandenen Zeilen- und Spaltenelektroden, die Einrichtung zum Spezifizieren der Position eines Schnittbilds durch Anlegen einer Vorspannung an ausgewählte Elektroden eines Satzes, und die elektronische Abrastereinrichtung aufweist, die mit dem anderen Satz Elektroden verbunden ist, Schnittbilder selbst dann, wenn die Sonde nicht verstellt wird, innerhalb kurzer Zeit für verschiedene Positionen erhalten. Da das Spezifizieren der Schnittposition durch Steuern eines Bereichs im Wandler realisiert wird, an dem elektroakustische Wandlung erfolgt, erfolgt keine elektroakustische Umwandlung in überflüssigen Bereichen. Die Auflösung von Schnittbildern wird beim speziellen Ausführungsbeispiel weiter durch die Kombination einer akustischen Linse, die abhängig von der Position, an der die Vorspannung angelegt wird, verstellt wird, und einer Steuerung der Breite des Bereichs, an den die Vorspannung angelegt wird, verbessert. Aus Daten für die erhaltenen Schnittbilder kann ein Bild im C-Modus oder ein dreidimensionales Bild erzeugt und dargestellt werden.
• Fig. 6 veranschaulicht ein anderes Material, das in die elektrostriktiven Verbundstoffe eingeordnet ist und das für die Wandlerplatte 41 verwendet werden kann. Der Verbundwerkstoff beinhaltet mehrere kleine rechteckige Säulchen 47 aus elektrostriktiver Keramik, die regelmäßig in einem Polymerstoff 48 z.B. aus Polyurethan angeordnet sind. Jedes Säulchen verfügt über eine Höhe von ungefähr 0,4 mm und eine Seitenlänge von ungefähr 0,1 mm. Die Wandlerplatte aus dem elektrostriktiven Verbundwerkstoff verfügt über einen großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten für Dickenschwingungen im Vergleich zu einem Keramikplattenwandler mit derselben Resonanzfrequenz. Sie verfügt über einen verringerten Q-Wert für mechanische Resonanz und eine verbesserte Auflösung, da die Länge gesendeter/empfangener, impulsförmiger Ultraschallwellen verringert ist.
• Da die akustische Impedanz eines elektrostriktiven Verbundwerkstoffs im Vergleich zu einer Keramikzusammensetzung klein ist, wird akustische Anpassung leicht erzielt. Der Verbundwerkstoff ist flexibel und der Wandler ist leicht auf einer gekrümmten Fläche auszubilden. Der Volumenprozentsatz der Keramikzusammensetzung im Verbundwerkstoff wird so ausgewählt, daß sich ein geeigneter Wert ergibt, um dadurch die Gesamtdielektrizitätskonstante zu verringern, und damit die Impedanzanpassung für die Ultraschallimpuls-Sende/Empfangs- Schaltung zu erleichtern. Durch Plattieren von Kupfer auf beide Flächen einer Folie eines elektrostriktiven Verbundwerkstoffs werden Elektroden ähnlich denen beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Wenn das sich ergebende Erzeugnis als Wandlerplatte verwendet wird, wird eine Sonde mit einer Struktur erhalten, die ähnlich derjenigen der Sonde beim ersten Ausführungsbeispiel ist. Wenn der Schnitt in Richtung der Zeilenerstreckung derjenige eines konvexen Wandlers ist, haben die einzelnen Bilder im B-Modus, wie sie durch lineares Abtasten erhalten werden, die Form eines Sektors, wodurch ein Bild mit einem großen Gesichtsfeld unter Verwendung einer kleinen Sonde erhalten wird. Wenn der Schnitt in Richtung der Säulenerstreckung derjenige eines konvexen Wandlers ist, wird eine Mehrzahl Schnittbilder erhalten, die nicht parallel zueinander sind.

Claims (12)

1. Ultraschall-Bilderzeugungssystem mit:

einem Ultraschallwandler (40), der eine Wandlerplatte (40'), eine erste Vielzahl von auf einer Fläche der Platte vorgesehenen Leitungselektroden (41) und eine zweite Vielzahl von die erste Vielzahl von Leitungselektroden auf der anderen Fläche kreuzenden Leitungselektroden (43) aufweist;

einem Positionswähler (80) zur Auswahl nebeneinanderliegender Leitungselektroden der ersten Vielzahl von Leitungselektroden (41) des Wandlers (40) und zum periodischen Verschieben der Position der Auswahl;

einer elektronischen Bildabtasteinrichtung (90, 100, 110, 140) zum wiederholten Aussenden/Empfangen eines Ultraschallimpulses entsprechend einem fokussierten Ultraschallstrahl, der aufeinanderfolgend in Richtung der Breite der zweiten Vielzahl von Leitungselektroden (43) verschoben wird oder über den Azimut eines Kreisausschnitts geführt wird;

einer Signalspeichereinrichtung (120) zum Sammeln und Aufzeichnen von Echosignalen, die Daten von Schnittbildern an Positionen angeben, die den von dem Positionswähler (80) ausgewählten Positionen entsprechen,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Wandlerplatte (40') ein elektrostriktives Material (42) aufweist, in dem mittels eines darüber angelegten elektrischen Vorspannungsfeldes Piezoelektrizität hervorgerufen werden kann,

daß der Positionswähler (80) die genannten nebeneinanderliegenden der ersten Vielzahl von Leitungselektroden (41) durch gleichzeitiges Anlegen einer Vorspannung auswählt, und

daß die elektronische Bildabtasteinrichtung (90, 100, 110, 140) die Ultraschallimpulse durch Abgeben/Empfangen von elektrischen Signalen an/von mindestens einem Teil der zweiten Vielzahl von Leitungselektroden (43) aussendet/empfängt.

2. System nach Anspruch 1, wobei die von dem Positionswähler (80) ausgewählte Position festliegt, während der akustische Strahl mittels der elektronischen Bildabtasteinrichtung (90, 100, 110, 140) zyklisch abgetastet wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Einrichtung (150), um das Verschieben der Position der Auswahl durch den Positionswähler (80) an einer beliebigen Position anzuhalten.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Einrichtung (150) zum Anhalten der Position der Auswahl durch den Positionswähler (80) im wesentlichen in der Mittellage der Wandlerplatte (40').

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Positionswähler (80) aufeinanderfolgend die Zahl der an der gleichen Auswahlposition gleichzeitig ausgewählten Elektroden ändert.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer akustischen Linse (51), die eine ausreichende Breite aufweist, um die Fläche der ersten Vielzahl von Leitungselektroden (41), an die die Vorspannung von dem Positionswähler (80) gleichzeitig angelegt wird, zu überdecken, und die eine Ultraschallwelle in Richtung der Breite der ersten Vielzahl von Leitungselektroden (41) fokussiert, und mit einer Einrichtung (52, 53-1, 53-2, 53-3, 53-4, 54-57) zum Bewegen der Position der akustischen Linse synchron mit der Verschiebung der Position der Auswahl durch den Positionswähler (80).

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektronische Bildabtasteinrichtung aufweist:

einen Abtastpositionswähler (90) zum Auswählen nebeneinanderliegender Leitungselektroden der zweiten Vielzahl von Leitungselektroden (43) und zum periodischen Verschieben der Position der Auswahl;

einen Sendesignalgenerator (100) zum periodischen Erzeugen eines Sendesignals und Aussenden des Sendesignals an die von dem Abtastpositionswähler (90) ausgewählten Elektroden, wodurch der Wandler (40) eine gepulste Ultraschallwelle erzeugt; und

einen Strahlformer (110) zum Durchführen einer elektronischen Fokussierung von Echosignalen unter vorbestimmten Empfangsstrahlcharakteristiken aus empfangenen Signalen, die von den durch den Abtastpositionswähler (90) ausgewählten Elektroden erhalten werden.

8. System nach Anspruch 7, wobei der Abtastpositionswähler (90) jedesmal dann, wenn der Sendesignalgenerator (100) ein Sendesignal erzeugt, die Position der Auswahl verschiebt, und wobei der Positionswähler (80) seine Auswahlposition bei jeder Vollendung einer zyklischen Veschiebung der Auswahlposition durch den Abtastpositionswähler (90) verschiebt.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Signalspeichereinrichtung (120) eine Vielzahl von Speicherbereichen aufweist, die den Positionen der Auswahl durch den Positionswähler (80) entsprechen, um Echosignale, die aufeinanderfolgend von dem Strahlformer (110) erhalten werden, in den entsprechenden Speicherbereichen zu speichern und dadurch Daten über Schnittbilder zu sammeln und aufzuzeichnen.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wandlerplatte (40') aus einem ferroelektrischen, keramischen Relaxor mit einer paraelektrischen/ferroelektrischen Übergangstemperatur in der Umgebung der Raumtemperatur gebildet ist.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wandlerplatte (40') aus einem keramischen Material gebildet ist, das ein System einer festen Lösung Pb (Mg1/3Nb2/3)O&sub3; - PbTiO&sub3; beinhaltet.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wandlerplatte (40') aus einem Verbundmaterial aus einem Polymer und einem elektrostriktiven Keramikmaterial gebildet ist.