DE69216087T2 - Verfahren und akustische Ausgangaufweisende Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Ultraschallimpulsechountersuchungssystem und -verfahren mit einer hörbaren Signalausgabe.
• Ultraschalleinrichtungen zur Gewebeuntersuchung, die ein hörbares Signal hervorrufen, welches das biologische Gewebe kennzeichnet, durch welche ein Ultraschallsignal hindurchläuft, sind bereits bekannt, wie in dem US-Patent Nr.4,922,917 - Dory - dargestellt wird. Danach werden Impulsechosignale von einem Ultraschallwandler für die Erzeugung eines Bildes eines Bereiches des biologischen Gewebes auf einer sichtbaren Anzeige verwendet. Echosignale, die von einer Abtastlinle in dem Bereich herrühren, werden in digitale Signalform umgewandelt, und das digitale Signal wird in einen Speicher geschrieben. Irgendeines von 8 Segmenten oder Zonen des Speichers kann mit einer langsamen Taktrate ausgelesen werden, um die Ultraschallfrequenz des reflektierten Spektrums in Hörfrequenzsignale umzusetzen. Das Hörfrequenzsignal, welches aus dem Speicher ausgelesen wird, wird in analoge Signalform umgewandelt und einem elektroakustischen Wandler zugeführt, um das Signal zu hören. Das 1/8-Segment der Abtastlinie der Bildanzeige, welches dem 1/8-Segment entspricht, das in ein hörbares Signal umgewandelt wurde, wird mit erhöhter Helligkeit angezeigt, um dem Benutzer eine Anzeige des Segmentes der Abtastlinle zu geben, von welcher das hörbare Signal erhalten wird. Ein Nachteil einer solchen Anordnung liegt darin, daß der Benutzer die 8 Segmente durchschalten muß, um eine vollständige Abtastlinie der Hörinformation zu erhalten. Auch das Betrachten der Bildanzeige oder die Kenntnis einer Schalterstellung ist erforderlich, um dem Benutzer die Information bezüglich der Tiefe in dem Gewebe zu geben, aus welcher das Segment des Hörsignales erhalten wird.
• Die Umwandlung eines Hörfrequenzsignales in stereophone Signalform ist in dem US- Patent Nr.4,594,731 - Lewkowicz - dargestellt. Darin wird ein elektronisches Stethoskop dargestellt, welches einen Berührungshörwandler für die Erfassung von Herztönen einschließt. Die Herztonsignale werden frequenzvervielfacht, und die frequenzvervielfachten Signale werden ersten und zweiten Amplitudenmodulatoren oder Verstärkern mit zeitveränderlicher Vestärkung zugeführt. Die Verstärkung eines Verstärkers wird während des Herzzyklus gemäß einer Rampenfunktion erhöht, während die des anderen gemäß einer Rampenfunktion abgesenkt wird, wodurch der Herzschlag für den Hörer von rechts nach links zu wandern scheint und es dadurch einfacher macht zu erfassen, wann während des Herzzyklus ein bestimmter Ton auftritt. Durch den stereophonen Bewegungseffekt gemäß Lewkowicz wird keine Unterstützung hinsichtlich der Tiefenerfassung bereitgestellt.
• Das US-Patent 4,818,938 beschreibt ein Ultraschalluntersuchungsvertahren und eine Vorrichtung, welche ein Hörkennungssignal bereitstellen, welches gemäß ausgewählten Eigenschaften im Inneren eines Gegenstandes in einem Untersuchungsbereich moduliert wird.
• Gegenstand dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Ultraschalluntersuchungsverfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, welche ein hörbares Ausgangssignal haben in Abhängigkeit von Reflexionen von Impulsen von Ultraschallenergie von Diskontinuitäten in einem Gegenstand, welche zumindest die oben erwähnten Einschränkungen und Nachteile der Ultraschalluntersuchungssysteme nach dem Stand der Technik abmildern. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschalluntersuchungsverfahren bereitgestellt, welches die Reflexionen wiederholt gesendeter Impulse von Ultraschallenergie von Diskontinuitäten in einem Gegenstand verwendet, mit den Schritten: Wiederholtes Aussenden von Impulsen von Ultraschallenergie in einen Gegenstand entlang einer Strahlachse, Empfangen reflektierter Ultraschallwellenimpulse durch Wandreinrichtungen aus einem Bereich von Abständen in dem Gegenstand und Umwandeln derselben in elektrische Ultraschallsignale, Umwandeln der elektrischen Ultraschallsignale, die von der Wandlereinrichtung empfangen werden, zumindest während eines Teiles des Bereiches in ein Audiofrequenzsignal, und Umwandeln des Audiofrequenzsignales in eine hörbare Signalform, um eine hörbare Darstellung der elektrischen Ultraschallsignale bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Umwandeins des Audiofrequenzsignales das Umwandeln des Audiofrequenzsignales in erste und zweite Audiofrequenzsignale von gleichzeitig ansteigender bzw. abfallender Amplitude aufweist, sowie das Umwandeln der ersten und zweiten Audiofrequenzsignale in eine hörbare Signalform an ersten und zweiten beabstandeten Orten, um eine hörbare Darstellung bereitzustellen, die einen stereophonen, räumlichen Effekt hat, je nach dem Laufweg der reflektierten Ultraschallwellenimpulse, für eine hörbare Anzeige der Tiefe der Reflexionen.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Ultraschalluntersuchungssystem bereitgestellt, welches auf Reflexionen wiederholt gesendeter Impulse von Ultraschallenergie von Diskontinuitäten in einem Gegenstand anspricht und welches aufweist: Ultraschallwandlereinrichtungen, Impulssendeeinrichtungen für das impulsartige Erregen der Wandlereinrichtung, um wiederholt Ultraschallenergie in einen zu untersuchenden Gegenstand zu senden, wobei die Wandlereinrichtung reflektierte Ultraschallwellenimpulse aus einem Bereich von Abständen in dem Gegenstand empfängt und dieselben in elektrische Ultraschallsignale umwandelt, Einrichtungen für das Umwandeln der elektrischen Ultraschallsignale von der Wandlereinrichtung, die aus zumindest einem Abschnitt des Bereiches empfangen werden, in ein Audiofrequenzsignal, und elektroakustische Wandlereinrichtungen, gekennzeichnet durch: erste und zweite zeitveränderliche Einrichtungen für das gleichzeitige Erhöhen bzw. Absenken der Audiofrequenzsignalamplitude mit der Zeit, und erste und zweite elektroakustische Wandlereinrichtungen, die auf die Ausgangssignale von den ersten und zweiten zeitvariablen Einrichtungen ansprechen, um die zeitlich variierenden Audiofrequenzsignale hörbar wiederzugeben, um eine hörbare Anzeige bereitzustellen, die einen stereophonen, räumlichen Effekt hat, je nach dem Laufweg der reflektierten Ultraschallwellenimpulse, um eine hörbare Anzeige der Tiefe der Reflexionen bereitzustellen.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein verbessertes Ultraschallunters uchungsverfah ren und eine entsprechende Vorrichtung der oben erwähnten Art bereit, durch welche der Benutzer besser in der Lage ist, die relative Tiefe des Ursprungs unterschiedlicher Echosignale zu unterscheiden.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein verbessertes Ultraschalluntersuchungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereit, die den Benutzer in einfacher Weise in die Lage versetzen, Reflexionen von vorderen und hinteren Flächen des Untersuchungsobjektes zu unterscheiden.
• In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein zu untersuchender Gegenstand unter Verwendung eines Ultraschallimpulswandlers mit Impulsen beschallt. Echosignale, die aus einem Bereich von Abständen innerhalb des Gegenstandes empfangen werden, werden durch den Wandler in elektrische Ultraschallfrequenzsignale umgewandelt, die dann in ein Audiofrequenzsignal umgewandelt werden, wie z. B. durch Einschreiben derselben in einen Speicher mit einer ersten Taktrate und Auslesen derselben aus dem Speicher mit einer beträchtlich kleineren Taktrate für die Umwandlung in den Audiofrequenzsignalbereich. Das Audiofrequenzsignal wird ersten und zweiten zeitveränderlichen Verstärkungseinrichtungen zugeführt, wie z. B. Verstärkern mit veränderlicher Verstärkung, wobei die Verstärkung des einen erhöht wird, während die des anderen abgesenkt wird. Die Verstärkerausgänge werden beabstandeten elektroakustischen Wandlern zugeführt, um einen räumlichen, stereophonen Effekt bereitzustellen. Die wahrgenommene Position der hörbaren Signale von den stereophonen Wandlern hängt von der Tiefe in dem Gegenstand ab, von welchem die Echosignale empfangen werden. Wenn das Auslesen aus dem Speicher zu einem übermäßig niedrigen Audiofrequenzsignal führt, kann vor der Umwandlung in die stereophone Signalform eine höhere Audiofrequenz bereitgestellt werden. Eine solche Umwandlung kann beispielsweise das Erfassen einer Einhüllenden des niedrigen Audiofrequenzsignales einschließen sowie das Verwenden des erfaßten Hüllkurvensignales für die Modulation eines Trägerfrequenzsignales einer höheren Audiofrequenz, z.B. 2000 Hertz. Diese modulierte Trägerfrequenzsignal kann dann In der oben beschriebenen Weise in eine stereophone Signalform umgewandelt werden. Das System kann einen Audiosignalgenerator für die Erzeugung eines Markiersignales des Audiobereiches einschließen, wobei das Signal mit dem von den Echosignalen abgeleiteten Audiofrequenzsignal kombiniert wird, um dem Benutzer ein hervorgehobenes bzw. unterscheidbares, hörbares Bereichsmarkiersignal bereitzustellen. Die hörbare Wiedergabe der Ultraschallrückkehrsignale kann in Verwendung mit einer A-Abtast- oder B-Abtast-Anzeige (A-scan oder B-scan) der Rückkehrsignale verwendet werden, wobei in diesem Fall die Anzeige mit einem sich bewegenden Cursor ausgestattet sein kann, der mit dem hörbaren Frequenzsignal synchronisiert ist, so daß die durch den sich bewegenden Cursor bereitgestellte Tiefen information unmittelbar zu der Ankunfts- bzw. Auftrittszeit des hörbaren Umkehrsignales in Beziehung steht.
• Die Erfindung wird zusammen mit ihren weiteren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen bei Betrachtung der folgenden genauen Beschreibung bestimmter Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen vollständiger verstanden. Es versteht sich an dieser Stelle, daß die Zeichnungen nur dem Zwecke der Veranschaulichung dienen und daß die Erfindung nicht auf die darin speziell offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist.
• In den Zeichnungen beziehen sich gleiche oder ähnliche Bezugszeichen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten:
• Figur 1 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ultraschalluntersuchungssystem zeigt, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
• Figur 2 zeigt eine A-Abtast-Anzeige mit einem sich bewegenden Cursor, der mit dem hörbaren Signalausgang synchronisiert ist,
• Figur 3 zeigt Audiofrequenzsignale, die durch das System gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden,
• Figur 4 zeigt die aufgenommene bzw. empfundene räumliche Position der Audiofrequenzsignale gemäß Figur 3 im Kopf des Benutzers,
• Figur 5 ist ein Blockdiagramm, welches eine modifizierte Form eines Ultraschalluntersuchungssystems zeigt, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
• Figur 6 zeigt eine Ultraschall-B-Abtast-Bildanzeige mit einem sich bewegenden Cursor, der mit dem hörbaren Frequenzsignalausgang synchronisiert ist und
• Figuren 7A und 7B zeigen Audiofrequenzsignale, die Torsteuereinstellungen für unterschiedliche Bereiche verwenden, um die Abtrennung von nah beieinander auftretenden Rückkehrsignalen zu erleichtern.
• Es wird zunächst auf Figur 1 Bezug genommen, in welcher ein Ultraschalluntersuchungssystem dargestellt ist, das einen Wandler 10 aufweist, der in der dargestellten Anordnung für das Senden und Empfangen von Ultraschallimpulssignalen verwendet wird. Der Wandler 10 kann ein flacher, nicht fokussierter Wandler sein oder ein gekrümmter, fokussierender Wandler für die Erzeugung von Ultraschallkompressionswellen, die über eine akustische Ankopplungseinrichtung 11 an einen zu untersuchenden Gegenstand 12 angekoppelt und in dem Gegenstand 12 fokussiert werden. Anstelle eines fokussierenden Wandlers können auch andere akustische Fokussiereinrichtungen, wie z. B. eine akustische Linse, ein gekrümmter akustischer Spiegel oder dergleichen verwendet werden. Auch die elektronische Fokussierung kann anstelle von oder zusätzlich zu akustischen Fokussiereinrichtungen verwendet werden. Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend wird die Fokussierung sowohl während der Impulsaussendungs- als auch während der Empfangsvorgänge verwendet. Wie anschließend noch deutlich wird, kann das System dieser Erfindung bei der Untersuchung einer großen Vielfalt von Gegenständen oder Proben verwendet werden. Beispielsweise kann es verwendet werden für die Untersuchung von Weichteilgewebe des lebenden Körpers, ebenso wie von Metall, Keramik, Kunststoff oder ähnlichen festen Gegenständen. Weiterhin kann es verwendet werden in Verbindung mit Sichtanzeigeeinrichtungen für die A-Abstast- oder B-Abtast-Anzeige der Echosignale. Zum Zwecke der Veranschaulichung schließen die in den Figuren 1 und 5 dargestellten Systeme visuelle Anzeigeeinrichtungen für die Anzeige von Echosignalen ein.
• Das System gemäß Figur 1 schließt einen Impulsgeber 14 ein, der für eine Ein-Aus- Steuerung von einer Zeitgeber- und Steuereinheit 16 mit sich wiederholenden Zeitgeberimpulsen versorgt wird. Wenn der Impulsgeber eingeschaltet ist, so wird ein Hochfrequenzenergieimpuls erzeugt, der dem Wandler 10 zugeführt wird, um ihn impulsartig zu erregen und einen Gegenstand 12 impulsartig mit Schall zu beaufschlagen.
• Die durch den Wandler 10 von einem Gegenstand 12 empfangenen Echosignale werden durch den Wandler in elektrische Signale umgewandelt, wobei die elektrischen Signale in dem Verstärker 18 verstärkt werden. Die verstärkten Rückkehrsignale werden einem Verstärker 20 mit zeitlich veränderlicher Verstärkung zugeführt, wobei die Vestärkung desselben zeitlich variiert wird entsprechend dem Ausgangssignal von einem Bereichstorsteuerungs- und Verstärkungsfunktionsgenerator 22. Die Verstärkung des Verstärkers 20 wird proportional zu dem Bereich verstärkt, um den durch akustische Absorption in dem Gegenstand 12 verursachten Signalverlust auszugleichen. Der Generator 22 für die Bereichstorsteuerung und die Verstärkungsfunktion steht unter der Steuerung einer Zeitgeber- und Steuereinheit 16. Der Teil des Echosignais für die Umwandlung in eine Audiosignalform und für die visuelle Anzeige wird durch die Bereichstorsteuerung ausgewählt. Die vorn Benutzer kontrollierten Tiefen- und Bereichskontrollen 24 bzw. 26 werden verwendet, um die Tiefe und den umfaßten Bereich einzustellen, aus welchem die Rückkehrsignale von dem Verstärker 20 mit zeitveränderlicher Verstärkung verarbeitet werden. Sie werden auch bei der Steuerung eines Generators 28 für einen sich bewegenden Cursor in der oben beschriebenen Weise verwendet.
• Die verstärkten Rückkehrsignale von dem Verstärker 20 werden durch einen Analog- Digital-Wandler 30 in digitale Signalforrn umgewandelt. Wenn eine visuelle Anzeige der Rückkehrsignale vorgesehen werden soll, so werden die elektrischen Ultraschallsignale so verarbeitet, daß sie Daten für eine Anzeige derselben bilden, wobei die Anzeige ein Maß für den Bereich einschließt. In der Anordnung gemäß Figur 1 umfaßt eine solche Verarbeitung das Erfassen des Ausgangssignales des A/D-Wandlers 30 z. B. durch den Hülkurvendetektor 32. Das Ausgangssignal von dem Detektor 32 ist proportional zu der Einhüllenden der Hochfrequenzsignalausgabe von dem A/D-Wandler 30. Das Ausgangssignal des Detektors wird einem digitalen Anzeigeprozessor 34 zugeführt für das Verarbeiten des Signales zur Vorbereitung für eine Anzeige desselben. Das Ausgangssignal des Generators 28 für den sich bewegenden Cursor wird ebenfalls dem digitalen Anzeigeprozessor 34 zugeführt.
• Für eine A-Abtastanzeige mit dem sich bewegenden Cursor werden die A-Abtast-Daten und die Daten des sich bewegenden Cursors von dem digitalen Anzeigeprozessor 34 einem Digital-Analog-Wandler 36 zugeführt für die Umwandlung in analoge Signalform. Die Signale der A-Abtastung und des sich bewegenden Cursors von dem D/A-Wandler 36 werden der visuellen Anzeigeeinrichtung 38, wie z.B. einer Kathodenstrahlröhre (CRT), zugeführt. Für eine A-Abtast- Anzeige wird das A-Abtastsignal den vertikalen Ablenkplatten der CRT-Anzeige 38 zugeführt, und ein Rampensignal wird den horizontalen Ablenkplatten zugeführt. Das Signal des sich bewegenden Cursors wird dem Steuergitter für die Helligkeitssteuerung der Abtastung zugeführt. Eine A- Abtast-Anzeige mit einem sich bewegenden Cursor ist in Figur 2 dargestellt. Die dargestellte A- Abtast-Anzeige schließt ein Signal 38 A ein, welches unmittelbar von dem Impulsgeber 14 empfangen wird, sowie Echosignale 38B, 38C und 38D von der Vorderfläche des Gegenstandes 12, einem Defekt bzw. einer Diskontinuität in dem Gegenstand bzw. der Rückwand des Gegenstandes. Ein sich bewegender Cursor, der mit einem hörbaren, tiefenabhängigen stereophonen Signal synchronisiert ist, ist in Figur 2 ebenfalls dargestellt. Die Bewegung des Cursors 40 wird im folgenden genauer beschrieben im Anschluß am eine genaue Beschreibung der Erzeugung des stereophonen Hörsignals
• Wie man in Figur 1 sieht, wird das digitalisierte Ultraschallfrequenzechosignal von dem A/D-Wandler 30 über die Leitung 42 der Wandlerein richtung 50 von Ultraschall nach Hörfrequenz zugeführt. Der Wandler 50 weist einen Mittelungsschaltkreis 44 für eine Abtastlinie auf, in welchem eine Durchschnittsbildung der in zeitlicher Koinzidenz auftretenden Rückkehrsignale vorgenommen wird, um die Digitalisierung und das Verstärkungsrauschen minimal zu machen. Die Abtastlinie von dem Durchschnittsbilder 44 wird unter der Verwendung eines Schnellschreibtaktes 48 in den Speicher 46 geschrieben. Der Speicher 46 kann einen Lese/Schreibspeicher mit wahlweisem Zugriff (RAM) von konventioneller Ausgestaltung aufweisen. Die Durchschnittbildung der Abtastlinie und das Schreiben in den Speicher sowie das Lesen aus dem Speicher kann unter Verwendung eines Mikrooornputers durchgeführt werden.
• Das Abtastliniensignal in dem Speicher 46 wird in ein Audiofrequenzsignal umgewandelt, indem unter der Steuerung des langsamen Taktes 52 aus dem Speicher 46 mit einer langsamen Taktrate ausgelesen wird. Beispielsweise wird durch Auslesen aus dem Speicher 46 mit einer Rate, die 1/10.000 der Rate entspricht, mit welcher die Abtastlinle in den Speicher eingeschrieben wird, ein Ultraschallfrequenzsignal von 5 MHz in ein Hörfrequenzsignal von 500 Hz umgewandelt. In ähnlicher Weise wird durch Auslesen mit einer Rate von 1/100.000 der Rate, bei welcher ein Ultraschallfrequenzsignal von 5 MHz in den Speicher eingeschrieben wird, ein 50 Hz Audiofrequenzsignal am Speicherausgang erzeugt. Die schnelle Taktrate für das Schreiben in den Speicher hängt unmittelbar von der Verarbeitungsgeschwindigkeit des A/D-Wandlers 30 ab, der seinerseits zumindest bei der Nyquistrate betrieben werden muß. Wie unten beschrieben wird, wird die Rate, mit welcher der langsame Takt arbeitet bzw. wird die langsame Taktrate in erster Linie auf der Basis der gewünschten Zeit für das Auslesen der Abtasuinie aus dem Speicher ausgewählt.
• Das digitale Audiofrequenzsignal von dem Wanderspeicher 46 wird dem Digital-Analog- Konverter 54 zugeführt für eine Umwandlung in analoge Signalform. Der analoge Audiosignalausgangswert von dem D/A-Wandler 54 wird einem Schalter 56 zugeführt. In der dargestellten Schalterposition wird das Audiofrequenzsignal den ersten und zweiten Verstärkern 58 und 60 mit variabler Verstärkung zugeführt, wobei die Verstärkung dieser Verstärker durch Verstärkungssteuersignale 62 und 64 an den Verstärkungssteuereingängen derselben kontrolliert bzw. gesteuert wird. Die Steuersignale 62 und 64 verändern sich während der Zeitdauer, während welcher das analoge Audiofrequenzsignal aus dem Speicher 46 ausgelesen wird, umgekehrt zueinander. Insbesondere können rampenartige Verstärkungssteuersignale verwendet werden, wodurch der Ausgangswert von dem Verstärker 58 kontinuierlich vergrößert wird, während der des Verstärkers 60 kontinuierlich abgesenkt wird, während das Audiofrequenzsignal den Verstärkern zugeführt wird. Die Verstärkerausgangswerte bzw. -signale werden den voneinander akustischen Wandlern 66L und 66R, z. B. einem Kopfhörersatz 66, zugeführt.
• Mit dieser neuen Anordnung werden Echosignale im Kopf des Benutzers räumlich getrennt empfangen. Wenn die Tiefen- und Bereichskontrollen so eingestellt sind, daß sie Echos von den Grenz- bzw. Übergangsflächen sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite des Gegenstandes einschließen, so würde ein Echo von der Vorderseite in dem einen Ohr gehört werden, während das von der Rückseite in dem anderen Ohr gehört werden würde. Die Rückkehrsignale von Diskontinuitäten in dem Gegenstand würden dazwischen räumlich getrennt erscheinen. Mit dieser Anordnung wird ein stereophoner, räumlicher Effekt in Abhängigkeit von dem Laufweg der reflektierten Ultraschallwellenimpulse bereitgestellt, was dem Benutzer sowohl ein Gefühl für die Tiefe als auch für den Raum bzw. Ort der Echosignale liefert.
• Falls gewünscht, können ein oder mehrere Bereichsrnarkierer in die hörbare Darstellung für den Benutzer eingeschlossen werden. Insoweit wird ein Audiobereichsmarkiergenerator 72 bereitgestellt, welcher eine Audiofrequenzsignalausgabe hat, die zusammen mit den Audiofrequenzsignalen von dem D/A-Wandler 54 den Verstärkern 58 und 60 mit variabler Verstärkung zugeführt wird. Der Generator 72 für das Audiobereichsmarkierelernent stellt eine Audiosignalausgabe bereit, die in einfacher Weise von den Audiorückkehrsignalen von dem D/A-Wandler 54 unterscheidbar ist. Eine veränderbare Zeitgebersteuereinheit 74 für den Marker mit manuellen Kontrolleinrichtungen 76 ist mit dem Audiobereichsrnarkiergenerator 72 für das Steuern des Zeittaktes des Betriebes desselben verbunden. Die Anzeigeeinrichtung, wie z. B. eine visuelle Anzeige 78, liefert dem Benutzer eine Anzeige über den Zeitpunkt der Ausgabe der Steuereinheit relativ zu dem Betrieb des langsamen Taktes bzw. Taktgebers 52 und liefert dadurch dem Benutzer ein Maß für die Tiefe, in welcher der Audiobereichsmarkierer auftritt bzw. liegt. Offensichtlich muß die Uitraschallgeschwindigkeit in dem Gegenstand und die Schaliweglänge durch die akustische Ankopplungseinrichtung 11 bei der Kalibrierung der Steuereinheit 74 für die Markierelementzeitwahl berücksichtigt werden. Anstelle der visuellen Anzeigeein richtung 78 kann auch eine Höranzeigeeinrichtung verwendet werden, um eine hörbare Stimmsignalanzeige der ausgewählten Tiefeneinstellung bereitzustellen. Beispielsweise kann eine synthetische Stimme, welche die ausgewählte Tiefenein stellung angibt, den Kopfhörern 66 zugeführt werden.
• Es wird jetzt auf Figur 3 Bezug genommen, gemäß welcher Audiofrequenzsignale von dem D/A-Wandler 54 zusammen mit einem Audiobereichsrnarkiersignal 68 M von dem Generator 72 dargestellt sind. Zum Zwecke der Veranschaulichung sind die Audiofrequenzsignale 68A, 68B, 68C und 68D von dem D/A-Wandler 54 dargestellt, wobei das Signal 68A durch den Betrieb eines Impulsgebers 14 zur Zeit T0 erzeugt wird, und die Signale 68B, 68C und 68D unter Ansprechen bzw. Reaktion auf Echosignale von der Vorderfläche des Gegenstandes 12, einem Defekt in dem Gegenstand 12 bzw. der Rückwand des Gegenstandes 12 zu Zeiten T1, T2 bzw. T4 erzeugt werden. Zusätzlich ist zum Zeitpunkt T3 ein Markiersignal 68M von dem Generator 72 für die Audiobereichsrnarkierung in einer Position zwischen dem Rückkehrsignal 68C von einem Defekt und dem Rückkehrsignal 68D von der Rückwand des Gegenstandes dargestellt. Es ist hier anzumerken, daß nicht dargestellte Einrichtungen für die visuelle Anzeige der Bereichsmarkiersignale auf der Anzeige 68 entsprechend den hörbaren Bereichsmarkiersignalen von dem Generator 72 für Hörbereichsrnarkiersignale ebenfalls vorgesehen werden können.
• Eine Anwendung des vorliegenden Systems schließt die Verwendung eines Dickenmonitors oder Meßgerätes ein, wobei in diesem Fall der Markierer 68M auf die gewünschte Dicke des Gegenstandes 12 eingestellt werden kann, unter der Benutzersteuerung der Einheit 74. Wie man in Figur 3 erkennt, tritt das Audiornarkiersignal 68M vor dem Rückkehrsignal 68D von der Rückwand des Gegenstandes 12 auf. Wenn das Markiersignal 68M so eingestellt wird, daß es bei der gewünschten Dicke des Gegenstandes 12 auftritt, so zeigt sein Auftreten vor dem Rückkehrsignal 68D von der Rückwand an, daß die Gegenstandsdicke größer ist als durch das Markiersignal 68M angezeigt wird. In ähnlicher Weise weiß man, daß, wenn das Markiersignal 68M nach dem Rückkehrsignal 68D auftritt, dieser Gegenstand 12 an dieser Stelle zu dünn ist. Offensichtlich weiß man, daß der Gegenstand die gewünschte Dicke hat, wenn das Rückkehrsignal 68D und das Markiersignal 68M zeitlich zusammenfallen.
• Das Audiobereichsmarkiersignal 68M kann auch verwendet werden, um eine Anzeige der Tiefe des durch das Rückkehrsignal 680 gekennzeichneten Defektes bereitzustellen. Indem das Bereichsmarkiersignal 68M durch Benutzung der Steuerung 76 so bewegt wird, daß es zeitlich mit dem Rückkehrsignal 680 zusammenfällt, wird ein Maß der Tiefe des Defektes an der Anzeigeeinrichtung 78 der Steuereinheit 74 angezeigt.
• Es wird jetzt auf Figur 4 Bezug genommen, gemäß welcher die empfangenen bzw. empfundenen Stellen bzw. Positionen 68A', 68B', 68C', 68M' und 68D'(Figur 4) der Audiofrequenzsignale 68A, 68B, 68C, 68 M und 68D (Figur 3) im Kopf eines Benutzers 70 dargestellt sind. Wie in Figur 3 dargestellt und wie oben beschrieben ist, wird das Signal 68A durch Betreiben des Pulsgebers 14 zu einem Zeitpunkt TO erzeugt, und die Signale 68B, 68C und 68D werden unter Ansprechen auf Echosignale von der Vorderfläche des Gegenstandes 12, einem Defekt in dem Gegenstand 12 und der Rückwand des Gegenstandes 12 erzeugt, die zu Zeitpunkten T1, T2 bzw. T4 empfangen wurden, und das Markiersignal 68M von dem Bereichsmarkiersignalgenerator wird zu einem Zeitpunkt T3 zwischen dem Defektsignal 68C und dem Rückwandsignal 68D erzeugt. Zum Zeitpunkt T0 ist die Verstärkung des Verstärkers 60 maximal, während die des Verstärkers 62 minimal ist. Dementsprechend hört der Benutzer das Audiofrequenzsignal 68A durch das linke Ohr, jedoch nicht durch das rechte Ohr, und im Kopf des Benutzers wird dieses Signal so aufgenommen, als sei es am Punkt 68A' links von dem Benutzer räumlich lokalisiert. Mit den dargestellten Steuersignalen für die Rampenverstärkung für die Verstärker 58 und 60 mit variabler Verstärkung werden die Echosignale 68B, 68C und 68D so aufgenommen, als seien sie zunehmend nach rechts von dem Punkt 68A' im Kopf des Benutzers beabstandet, und zwar in den Punkten 68B', 68C' bzw. 68D', und das Markiersignal 68M wird so empfunden, als sei es räumlich am Punkt 68M' zwischen dem Punkt 68C' und 68D' lokalisiert&sub1; wie in Figur 4 dargestellt. Mit dieser neuen Anordnung ist der Benutzer in der Lage, hörbar zwischen den Rückkehrsignalen von den vorderen und hinteren Flächen des Gegenstandes zu unterscheiden, obwohl die Signale im wesentlichen dieselbe Amplitude haben können.
• Es ist offensichtlich, daß die stereophone Wiedergabe von Ultraschallrückkehrsignalen in einem System verwendet werden kann, das keine visuelle Anzeige der Rückkehrsignale enthält. Es kann als vollständiger Ersatz für eine visuelle Darstellung z. B. beim zerstörungsfreien Untersuchen, insbesondere für den Gebrauch vor Ort, verwendet werden. Beispielsweise könnte jemand, der Rohre in einem Kernreaktor untersucht, seine Augen auf den Wandler in seiner Hand und auf das abgetastete Rohr gerichtet halten, während er auf das Echo lauscht. Es wird nicht nur die Tiefe in die Ankunftzeit von hörbar gemachten Ultraschallechos umgewandelt, sondern die Echos werden auch als räumlich getrennt empfangen bzw. empfunden wegen des Stereophonieeffektes. Mit dieser Anordnung braucht der Benutzer seine visuelle Aufmerksamkeit nicht zwischen der Anordnung des Wandlers auf dem Werkstück und einer visuellen Anzeige zu teilen. Im Ergebnis sollte die Untersuchung schneller vorangehen.
• Wenn eine hörbare Wiedergabe von Ultraschallrückkehrsignalen in Verbindung mit einer A-Abtast- oder B-Abtast-Anzeige von Rückkehrsignalen verwendet wird, so kann die Anzeige mit einem sich bewegenden Cursor ausgestattet werden, der in dem dargestellten System von einem Generator 28 für den sich bewegenden Gursor unter der Steuerung und Kontrolle der Zeitgeber- und Steuereinheit 16 bereitgestellt wird. Zum Zwecke der Veranschaulichung ist eine A-Abtast- Anzeige in Figur 2 dargestellt, auf die erneut Bezug genommen wird. Für die dargestellte A- Abtastung kann der Generator 28 für den sich bewegenden Oursor ein Steuersignal für die Anwendung auf das Steuergitter des CRT38 erzeugen, um wiederholt die Helligkeit eines Bereiches der Anzeige zu erhöhen, um einen sich bewegenden Cursor bereitzustellen.
• Es sei jetzt für die vorliegenden Zwecke angenommen, daß der langsame Taktgeber 52 mit einer Geschwindigkeit arbeitet, um die Abtastlinieninforrnation, die in dem Speicher 46 gespeichert ist, über eine Zeitdauer von zum Beispiel 3 Sekunden auszulesen. Hier ist anzumerken, daß, wenn die Information in einer zu kurzen Zeitdauer ausgelesen wird, zum Beispiel in 0,5 Sekunden, der Benutzer möglicherweise Schwierigkeiten hat, benachbarte Echos hörbar aufzulösen, und wenn sie während einer zu langen Zeitdauer ausgelesen wird, zum Beispiel 10 Sekunden, der Benutzer möglicherweise Schwierigkeiten hat, sich auf das hörbare Signal über eine solche Zeitdauer zu konzentrieren. Auch wenn keine Beschränkung auf die Zeitdauer vorgenommen wird, so ist doch festgestellt worden, daß Hörzeitdauern in der Größenordnung von 2 bis 4 Sekunden sich unter bestimmten Betriebsbedingungen als zufriedenstellend erwiesen haben. Wenn eine Abtastlinie aus dem Speicher über eine Zeitdauer von 3 Sekunden ausgelesen wird und das System mit einer Impulswiederholfrequenz von zum Beispiel 3 KHz arbeitet, so werden 9.000 Abtastlinien an Information für die Anzeige während der Auslesedauer von 3 Sekunden erzeugt. Die Bewegung des Oursors entlang der A-Abtastspur wird mit dem Audiofrequenzsignalausgang aus dem Speicher 46 synchronisiert, so daß der Benutzer eine hörbare Wiedergabe von Ultraschallrückkehrsignalen erhält, die mit der Oursorbewegung auf der Sichtanzeige synchronisiert ist.
• Es versteht sich, daß die Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Materialien verschieden ist. Im Weichteilgewebe eines lebenden Körpers liegt die Schallgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1,5 mm/µsek. und in Stahl in der Größenordnung von 4,5 mm/µsek. Wenn beispielsweise Weichteilgewebe über einen Bereich oder eine Weite von 225 mm abgebildet oder untersucht werden soll, so beträgt die Umlauf- bzw. Hin-und Herlautzeitdauer
• (225 mm × 2)/(1.5 mm/µsec) = 300 µsec (1)
• Daher wird jede Abtastlinle der Information während einer Zeitdauer von 300µsek in den Wandler 50 eingeschrieben. Um eine hörbare Wiedergabe von 3 Sekunden bereitzustellen, muß die Abtastlinieninformation aus dem Konverter 50 mit 1/10.000 der Geschwindigkeit ausgelesen werden, mit welcher sie eingeschrieben wurde. Wenn man eine Betriebsfrequenz von 5 MHz annimmt, so ist das resultierende Audiofrequenzsignal gleich
• 5 MHz/10.000 = 500 Hz (2)
• Das 500 Hz Audiofrequenzsignal liegt gut in dem Bereich von Signalen, die für die meisten Benutzer höhrbar sind.
• Es werde jetzt angenommen, daß Stahl über einen Bereich von 45 mm untersucht werden soll. In diesem Fall ist die Umlaufzeitdauer
• (45 mm × 2)/(4,5 mm/µsek) = 20 µsek (3)
• Jede Abtastlinie an Information wird während einer Zeitdauer von 20 µsek in den Wandler 50 eingeschrieben. Um eine hörbare Wiedergabe der Linieninformationen während einer Zeitdauer von 3 Sekunden zu erhalten, muß die Information aus dem Wandler 50 mit 1/150.000 der Geschwindigkeit ausgelesen werden, mit welcher sie eingeschrieben wurde. Wenn man wiederum eine Betriebsfrequenz von 5 MHz annimmt, so ist das resultierende Audiofrequenzsignal gleich
• 5 MHz/150.000 = 33,3 Hz (4)
• Es versteht sich, daß ein Ton solch niedriger Frequenz von vielen nicht einfach erfaßt werden kann, wenn der Ton nicht relativ laut ist.
• Falls notwendig oder erforderlich, so kann das Audiofrequenzsignal aus dem Wandler 50 hinsichtlich seiner Frequenz vergrößert werden, bevor es in den hörbaren Frequenzklang umgewandelt wird. Beispielsweise kann ein Frequenzvervielfacher verwendet werden, um die Frequenz zu erhöhen. Alternativ kann das Signal mit niedriger Audiofrequenz hinsichtlich seiner einhüllenden Kurve erfaßt werden und das erfaßte Signal kann verwendet werden, um ein Trägersignal einer höherer Frequenz zu modulieren. Eine solche Anordnung ist in Figur 1 dargestellt. Dabei wird, wenn der Schalter 56 sich in der mit gestrichelter Linie gezeichneten Position befindet, das Audiofrequenzsignal von dem D/A-Wandler 54 einem Hüllkurvendetektor 80 zugeführt. Das Signal von dem Detektor 80 wird einem AM-Modulator 82 zugeführt, der von der Signaquelle 84 außerdem mit einem Trägerfrequenzsignal versorgt bzw. beaufschlagt wird. Es wird eine Trägerfrequenz verwendet, die größer ist als die des Audiofrequenzsignales von dem D/A-Wandler 54. Beispielsweise kann eine leicht zu hörende 1000 Hz Trägerfrequenz verwendet werden. Das Ausgangssignal der modulierten Trägerfrequenz aus dem Modulator 82 wird über den Schalter 56 den Verstärkern 58 und 60 zugeführt für die Erzeugung eines stereophonen Signales in der oben beschriebenen Weise.
• Es wird jetzt auf Figur 5 Bezug genommen, in welcher eine modifizierte Form der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, die eine B-Abtastanzeige und eine andere Form einer Wandlereinrichtung von Ultraschall zu Audiosignal aufweist. Dabei ist ein fokussierender Ultraschallwandler 100 dargestellt, der über eine akustische Kopplungseinrichtung 101 mit einem zu untersuchenden Gegenstand 102 akustisch gekoppelt ist. Der Wandler 100 wird durch die Abtastbetätigung 104 sektorweise abgetastet, welche mit jenem über eine mechanische Verbindung 106 verbunden ist. Der Abtastrnechanismus schließt einen Schaltkreis über eine Abtastpositionsinformation ein, welcher mit einem Ausgang an die Zeitgeber- und Steuereinheit 108 angschlossen ist, welche ihrerseits Ausgänge hat für die Synchronisierung der Sende-, Empfangs- und Anzeigeabtastvorgänge. Andere Eingangsgrößen für die Zeitgeber- und Steuereinheit 108 schließen Tiefen- bzw. Bereich ssteuerungen 110 bzw. 112 ein, die, wie oben beschrieben, verwendet werden, um die Tiefe und den Bereich über welchen Echosignale verarbeitet werden, bereitzustellen. Eine Zeilensteuerung 114 ist außerdem vorgesehen für die Auswahl der Abtastlinie, entlang welcher das Audiosignal für die Darbietung für den Benutzer erhalten werden soll, und für die Steuerung eines Zeilencursors für die visuelle Anzeige der ausgewählten Abtastlinie.
• Wie bei dem System gemäß Figur 1, versorgt der Impulsgeber 116 den Wandler 100 wiederholt mit hochfrequenten Energleimpulsen für die Impusbeschallung eines Gegenstandes 102. Die Umkehrsignale werden durch den Verstärker 118 und den Verstärker 120 mit zeitvariabler Verstärkung verstärkt, und zwar unter der Steuerung eines Torbereichssteuerungs- und Verstärkungsfunktionsgenerators 122. Die Tiefen- und Bereichssteuerungen 110 und 112 für den Benutzer werden verwendet, um die Tiefe und den Bereich einzustellen, in welcher bzw. über welchen die Umkehrsignale durch den Verstärker 120 mit zeitlich varuerender Verstärkung verarbeitet werden.
• Für die Sichtanzeige der Sektorabtastung wird der Ausgang des Verstärkers 120 mit zeitlich variabler Verstärkung durch einen Hüllkurvendetektor 124 hinsichtlich seiner Hüllkurve erfaßt. Der Ausgang des Hüllkurvendetektors wird einem Anzeigeprozessor 126 zugeführt, der auch Eingaben von einem Zeilen- und Cursorbewegungsgenerator 128 erhält. Der Ausgang des Anzeigeprozessors wird der visuellen Anzeigeeinrichtung 130 zugeführt, die zum Beispiel eine Kathodenstrahlröhre (CRT) aufweist. Den Ablenkplatten der CRT 130 werden Abtastwinkel- und Bereichsablenksignale zugeführt und der Ausgang des Hüllkurvendetektors wird als ein Z- Achsensignal für die lntensitätsmodulierung des CRT-Strahles angeschlossen, entsprechend seiner Amplitude und für eine Realzeitdarstellung vom Rundsichttyp. Zusätzlich werden Zeilen- und Cursorbewegungssignale Anzeige von dem Zeilen- und Cursorbewegungsgenerator 128 zugeführt. Wie in Figur 6 dargestellt, wird eine Sektorabtastanzeige eines Gegenstandes 132 auf der Anzeige 130 bereitgestellt, und zwar zusammen mit einem sich bewegenden Cursor 134 und einem Zeilencursor 136 für die Anzeige der Linie, entlang welcher der sich bewegende Cursor verläuft.
• Es wird jetzt wieder auf Figur 5 Bezug genommen, gemäß welcher der Audiowiedergabeteil des dargestellten Systems einen Signaiwandler 138 von Ultraschall zu Audiofrequenz aufweist, welchem der Ausgang von dem Verstärker 120 mit zeitlich variabler Verstärkung über die Leitung 140 zugeführt wird. Der Konverter 138 weist eine ladungsgekoppelte Einrichtung 142 zusammen mit einem schnellen Schreibetaktgeber 144 und einem langsamen Lesetaktgeber 146 auf. Ein Umkehrsignal mit Ultraschallfrequenz wird unter der Steuerung des schnellen Taktgebers 144 in die ladungsgekoppelte Einrichtung 142 eingeschrieben. Die für die Speicherung ausgewählte Abtastzeile wird durch die Zeilensteuerung 114 kontrolliert und die Position der ausgewählten Abtastlinie wird sichtbar dargestellt, wie man in Figur 6 anhand der Linie 136 erkennt. Offensichtlich kann, falls gewünscht, die Information von mehreren Abtastlinien gernittelt werden, bevor sie in die ladungsgekoppelte Einrichtung 142 in der in Figur 1 gezeigten und oben beschriebenen Weise eingeschrieben wird.
• Die Ultraschall Abtastzeileninformation, die in der ladungsgekoppelten Einrichtung 142 enthalten ist, wird in ein Audiofrequenzsignal umgewandelt, indem sie aus jener mit einer langsamen Taktrate unter der Steuerung des langsamen Taktgebers 146 ausgelesen wird. Wie oben beschrieben, hängt die verwendete langsame Taktrate im wesentlichen von der gewünschten Dauer des Audiosignales ab. Wiederum, wie oben bereits erwähnt, empfinden die Benutzer oftmals eine Dauer von 2 bis 4 Sekunden als zufriedenstellend.
• Das Audiofrequenzsignal von dem Wandler 138 wird in der oben beschriebenen Weise in stereophone Signalform umgewandelt. Der Rest des Schaltkreises kann derselbe sein wie der in Figur 1 dargestellte und oben beschriebene und umfaßt einen Schalter 56, erste und zweite Verstärker 58 und 60 mit variabler Verstärkung und einen Kopfhörer bzw. Ohrhörer 66, welchem die Verstärkerausgänge zugeführt werden, um das stereophone Audiofrequenzsignal bereitzustellen. Wenn die Frequenz des Audiofrequenzsignals von dem Konverter 138 zu niedrig ist, kann sie durch Verwendung eines Hüllkurvendetektors 80 und eines AM-Modulators 82 vergrößert werden, bevor sie den Verstärkern 58 udn 60 mit variabler Verstärkung zugeführt wird. Die Bewegung des sich bewegenden Cursors 134, der in Figur 6 dargestellt ist, wird mit der stereophonen Schallabgabe synchronisiert. Wenn beispielsweise die ladungsgekoppelte Einrichtung 142 über eine Zeitdauer von 3 Sekunden ausgelesen wird, so bewegt sich der Cursor 134 über die Länge der Zeile 136 während derselben Zeitdauer von 3 Sekunden hinweg. Offensichtlich kann die Anordnung gemäß Figur 5 einen Generator 72 für ein Audiobereichsrnarkierelernent sowie eine zugehörige Zeitgebersteuereinheit 74 für das Markierelernent von dem in Figur 1 dargestellten und oben beschriebenen Typ umfassen.
• Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eng beiemanderliegende Defekte bzw. Unregelmäßigkeiten, die in geringfügig unterschiedlichen Tiefen liegen, hörbar aufzulösen. In Figur 7A, auf welche jetzt Bezug genommen wird, sind Audiosignale dargestellt, die man unter Verwendung der vorliegenden Erfindung erhält mit einer Torbereichseinstellung, die sich von der Zeit T0 bis T7 erstreckt. Die dargestellten Audiosignale schließen ein Signal 150 ein, welches durch den Betrieb des Impulsgebers erzeugt wird (Impulsgeber 14 in Figur 1 oder Impulsgeber 116 in Figur 5), das Signal 152 wird durch die Rückkehr bzw. das Echo von der Vorderfläche des untersuchten Objektes erzeugt, das Signal 154 wird druch die Rückkehr bzw. das Echo von einem oder mehreren Defekten innerhalb des Gegenstandes erzeugt und das Signal 156 wird durch die Rückkehr (Echo) von der hinteren Fläche des Objektes erzeugt.
• Irgendein gewünschter Teil oder Abschnitt der in Figur 7A dargestellten Audiosignale kann genauer untersucht werden durch Auslesen dieses Teiles aus dem Speicher (46 oder 142) mit einer langsameren Taktrate. Beispielsweise kann für das genauere Untersuchen des Audiosignales 154 derjenige Teil des Speichers, welcher das Signal zwischen zum Beispiel den Zeiten T2 und T5 in Figur 7A enthält, mit einer langsameren Taktrate ausgelesen werden. Das daraus resultierende Audiosignal ist in Figur 7B dargestellt. Das Signal 154 gemäß Figur 7A, welches als einfaches Urnkehrsignal bzw. Echo erscheint, besteht tatsächlich aus zwei getrennten Signalen 154a und 154b, wie man in Figur 7B sieht. Indem dieser Teil des zwischen den Zeiten T2 und T5 nach Figur 7A gelegenen Abschnittes des Rückkehrsignals mit einer langsameren Taktrate ausgelesen wird, wie in Figur 7B dargestellt, kann das Zeitintervall zwischen den Audiosignalen 154A und 154B bis zu einem Punkt vergrößert werden, daß sie von dem Benutzer individuell identifizierbar werden. Das Audiofrequenzsignal wird jedoch hinsichtlich seiner Frequenz vermindert und es kann erforderlich sein, die Frequenz desselben zu erhöhen, wie zum Beispiel durch Verwendung eines Hüllkurvendetektors 80, eines Modulators 82 und eines Trägersignalgenerators 84, und zwar in der oben beschriebenen Weise.
• Auch wenn die Funktionsweise der in den Figuren 1 und 5 dargestellten Ausführungsformen aus der obigen Beschreibung offensichtlich erscheint, so soll nun eine kurze Beschreibung derselben geliefert werden. In der Anordnung nach Figur 1 wird der Gegenstand 12 durch einen Ultraschallwandler 10, der mit einem Impulsgeber 14 verbunden ist, mit Schallimpulsen beaufsch lagt. Umkehr- oder Echosignale, die durch den Wandler 10 von dem Gegenstand empfangen werden, werden durch den Wandler in elektrische Signale umgewandelt. Eine A- Abtast-Anzeige der Echosignale wird bei der Anzeige 38 bereitgestellt. Mit Ausnahme des Einschlusses eines sich bewegenden Cursors 40, der in Figur 2 dargestellt ist und der mit einem von den Echosignalen abgeleiteten Audiosignal synchronisiert ist, kann der Empfangsabschnitt für die visuelle Anzeige von konventioneller Ausgestaltung sein. Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die Urnkehrsignale in dem Verstärker 18 verstärkt, werden unter der Kontrolle der Torbereichssteuerung und des Verstärkungsfunktionsgenerators 22 durch den Verstärker 20 mit zeitvariabler Verstärkung zeitlich variierend verstärkt, durch den A/D-Wandler 30 in digitale Signalform umgewandelt, durch den Hüllkurvendetektor 32 erfaßt und dem Displayprozessor 34 zugeführt, für die Vorbereitung zur Anzeige an der CAT 38 nach der Umwandlung in analoge Signalform im D/A-Wandler 36. Der Signagenerator 28 für den sich bewegenden Cursor erzeugt ein sich bewegendes Cursorsignal, welch es der CAT 38 über den Anzeigeprozessor 34 und den D/A-Wandler 36 für die Anzeige des sich bewegenden Cursors 40 zugeführt wird, der in Figur 2 dargestellt ist.
• Das digitale Ultraschallurnkehrsignal von dem D/A-Wandler 30 wird dem Ultraschall-Zu- Audiofrequenz-Wandler 50 für die Umwandlung in eine Audiofrequenzsignalform zugeführt. die Umwandlung in eine Audiofrequenzform kann unter Verwendung konventioneller Frequenzwandlereinrichtungen bewirkt werden. In der Ausführungsforrn nach Figur 1 werden mehrere Abtastlinien in zeitliche Koinzidenz ermittelt, und zwar durch den Abtastliniendurchschnittbilder 44, um das Verstärkungs- und Digitalisierungsrauschen minirnal zu machen. Das daraus resultierende, gemittelte Abtastliniensignal wird mit einer schnellen Rate in den Speicher 46 eingeschrieben, abhängig von der Betriebsgeschwindigkeit des A/D-Wandlers 30. Die Umwandlung in Audiosignalform wird bereitgestellt durch Auslesen aus dem Speicher 46 mit einer beträchuich kleineren Taktrate unter der Steuerung des langsamen Taktgebers 52. Die gewählte Lesegeschwindigkeit bzw. -rate legt die Zeit fest, die erforderlich ist, um die Information aus dem Speicher 46 auszulesen. Das Lesen über eine Zeitdauer von mehreren Sekunden gibt dem Benutzer im allgemeinen die Möglichkeit bzw. Fähigkeit, Echosignale, die aus unterschiedlichen Tiefen empfangen wurden, aufzulösen, ohne die Audiosignaldauer in unzweckmäßiger Weise auszudehnen.
• Das Audiofrequenzsignal aus dem Konverter 50 wird in dem D/A-Wandler 54 in analoge Signalform umgewandelt. Wenn die Frequenz des Audiofrequenzsignals nicht zu niedrig ist, so wird sie über den Schalter 56 direkt den ersten und zweiten Verstärkern 58 und 60 mit variabler Verstärkung zugeführt, wobei die Verstärkung dieser Verstärker während der Zeitdauer, während der der Speicher 46 ausgelesen wird, entgegengesetzt variiert wird. Die Verstärkung des Verstärkers 58 wird vergrößert, wie durch das Verstärkungssteuersignal 62 angezeigt wird, während diejenige des Verstärkers 60 gleichzeitig abgesenkt wird, wie durch das Verstärkungssteuersignal 64 angezeigt wird. Wenn beispielsweise Umkehrsignale sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Gegenstandes 12 verarbeitet werden, so hört man die von der Vorderseite in dem einen Ohr, während man die von der Rückwand in dem anderen Ohr hört. Wenn die Torbereichssteuerung so eingestellt wird, daß sie mit ihrem Betrieb unmittelbar vor dem Empfang der Vorderwandreflexion beginnt und unmittelbar nach der Rückwandreflexion endet, so hat der Benutzer keine Schwierigkeiten, aufgrund des stereophonen, räumlichen Effektes, welcher durch die Erfindung bereitgestellt wird, zwischen diesen beiden zu unterscheiden, selbst wenn die Echosignale von der Vorderwand und von der Rückwand im wesentlichen dieselbe Amplitude haben. Dem Benutzer wird eine Anzeige der Tiefe der Echosignale von Diskontinuitäten zwischen den Vorder- und Rückwänden des Gegenstandes 102 geliefert durch die relative Größe der hörbaren Signale von den beabstandeten elektroakustischen Wandlern des Kopfhörers 66 (der beiden Kopfhöhrerlautsprecher). Die Bewegung des sich bewegenden Cursors 40, die in Figur 2 dargestellt ist, wird mit dem Audiosignalausgang synchronisiert, so daß der Cursor gleichzeitig mit der hörbaren Wiedergabe des Ultraschallumkehrsignales über die Anzeige hinwegläuft.
• Wenn das Audiofrequenzsignal von einer zu niedrigen Frequenz ist, als daß es von dem Benutzer leicht gehört werden könnte, so kann dieses vergrößert werden durch Umschalten des Ausganges von dem D/A-Wandler 54 auf eine Frequenzvergrößerungseinrichtung, die einen Hüllkurvendetektor 80 und einen AM-Modulator 82 hat. Ein Trägerfrequenzsignal der gewünschten Audiofrequenz oder -frequenzen wird dem Modulator 82 von dem Trägerwellengenerator 84 zugeführt. Beispielsweise kann der Trägerwellengenerator 84 verwendet werden, um ein schmalbandiges Rauschsignal zu erzeugen. Das Signal von dem Hüllkurvendetektor 80 moduliert das Trägersignal durch den AM-Modulator 82 und der Ausgang des AM-Modulators wird den Verstärkern 58 und 60 mit variabler Verstärkung zugeführt, um in der oben beschriebenen Weise ein stereophones Signal zu erzeugen. Bei dieser Betriebsweise hängt die Ausgangsgröße des Hüllkurvendetektors 80 von der Amplitude der Frequenzbestandteile ab, die in dem Audiofrequenzsignal von dem D/A-Wandler 54 enthalten sind, und nicht unmittelbar von der Frequenz dieser Komponenten. In dem Ausgang des Hüllkurvendetektors 80 ist die Amplitudeninformation, jedoch nicht die Frequenzinformation enthalten und dementsprechend gilt dies auch für den Ausgang des AM-Modulators 82. Das höhere, modulierte Trägersignal aus dem AM-Modulator 82 wird durch den Benutzer leichter erfaßt als das Audiosignal niedrigerer Frequenz aus dem D/A- Wandler 54. Falls gewünscht, kann ein unterscheidungskräftiges Audiobereichsmarkiersignal 68 M, wie es in Figur 3 dargestellt ist, in die hörbare Wiedergabe einbezogen werden durch den Betrieb des Markierelementgenerators 72 für den Audiobereich.
• In der Anordnung gemäß Figur 5 funktioniert das System in der B-Abtast-Betriebsart. Dabei werden die Hochfrequenzenergieimpulse dem Wandler 100 von dem Impulsgeber 116 zugeführt, und zwar für die Impulsbeschallung des Gegenstandes 102 entlang der akustischen Achse des Wandlers. Der Wandler 100 wird unter der Steuerung einer Abtastbetätigung 104 für eine Sektorabtastung hin- und herbewegt, um eine zweidimenionale Anzeige auf der Anzeigeeinheit 130 bereitzustellen, wie es in Figur 6 dargestellt ist. Die von dem Wandler 100 empfangenen Echosignale werden in elektrische Signale umgewandelt, die durch den Verstärker 118 und den Verstärker 120 mit zeitlich variabler Verstärkung verstärkt werden. Das Ultraschallumkehrsignal wird durch den Hüllweendetektor 124 hinsichtlich seiner Einhükurve erfaßt und der Detektorausgang wird einem Anzeigeprozessor zugeführt zur Vorbereitung für eine Anzeige an der CAT 130 vom Rundsichtanszeigetyp. Ein Zeilen- und Bewegungscursorgenerator 128 versieht einen Anzeigeprozessor 126 mit Zeilensignalinformation 136 und einer Signalinformation für den sich bewegenden Cursor 134, wie in Figur 6 dargestellt, und zwar für die Kombination mit der Ultraschallbildinformation aus dem Hüllwelendetektor 124. Mit Ausnahme des Einschlusses eines sich bewegenden Cursors 134, der mit einem aus den Umkehrsignalen abgeleiteten Audiosignal synchronisiert ist, kann der Empfangsabschnitt der visuellen Anzeige von irgendeiner geeigneten, konventionellen Ausgestaltung sein.
• Das Ultraschallrückkehrsignal von dem Verstärker 120 mit zeiuich variabler Verstärkung wird durch den Ultraschall-zu-hörbarem Schall-Wandler 138 in eine Slgnalform mit hörbarer Frequenz umgewandelt, welcher eine Iadungsgekoppelte Einrichtung 142 aufweist. Das Umkehrsignal wird in die ladungsgekoppelte Einrichtung mit einer schnellen Taktrate unter der Steuerung des Taktgebers 144 eingeschrieben und sie wird aus dieser ausgelesen mit einer beträchtlich langsameren Taktrate unter der Steuerung des langsamten Taktgebers 146. Durch Auslesen über ein Zeitintervall von einigen Sekunden wird das in der ladungsgekoppelten Einrichtung 142 gespeicherte Ultraschallsignal in ein Signal mit hörbarer Frequenz in analoger Signalform umgewandelt, wobei diese Audiofrequenzsignal dann in der oben in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen Art und Weise verarbeitet wird für die Darbietung eines stereophonen Signais in dem Kopfhörer 66. Die Bewegung des sich bewegenden Cursors 134 wird mit der Erzeugung des Audiofrequenzsignales synchronisiert, das man während des Ausesens der ladungsgekoppelten Einrichtung 142 erhält.
• Auch wenn besondere Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben worden sind, so liegen andere Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung für die Fachleute auf der Hand. Beispielsweise kann eine Translationsbewegung des Ultraschallwandlers für eine B-Abtastanzeige aus parallelen Abtastlinien aufgebaut werden. Offensichtlich kann die Erfindung auch ein elektronisch fokussiertes und/oder abtastendes Wandlerfeld anstelle der akustisch fokussierten Wandler aufweisen. Wie oben erwähnt, ist, wenn eine stereophone hörbare Ausgabe wie dargestellt, bereitgestellt wird, keine visuelle Anzeige von Rückkehrsignalen erforderlich. Auch wenn eine Anzeige mit sich bewegendern Cursor, der mit einer hörbaren Wiedergabe synchronisiert ist, bereitgestellt wird, ist es offensichtlich, daß die hörbare Wiedergabe nicht in stereophoner Signalform vorliegen muß. Beispielsweise kann anstelle des Paares von Verstärkern 58 und 60 mit variabler Verstärkung der Audiosignalausgang von dem Schalter 56 einfach verstärkt und einem elektroakustischen Wandler für die Wiedergabe eines Monohörsignales zugeführt werden, welches mit der Anzeige eines sich bewegenden Cursors auf eine Anzeigeeinheit synchronisiert ist. Außerdem ist es offensichtlich, daß eine Torbereichssteuerung an irgendeiner angemessenen bzw. geeigneten Stelle vorgesehen werden kann. Beispielsweise kann eine Torbereichssteuerung fiir den Hörwiedergabeteil des Systems bereitgestellt werden durch die zeitliche Abstimmung des Schreibvorganges des Ultraschall-zuhörbarem Schall-Wandlers. In der Anordnung gemäß Figur 1 kann die zeitliche Abstimmung des Betriebes des ND-Wandlers 30 verwendet werden, um sowohl den visuellen Anzeigeteil als auch den Hördarbietungsteil des Systems auf Bereiche einzuschränken (bzw. einer Torbereichssteuerung auszusetzen). Auch andere Betriebsweisen sind möglich. Beispielsweise kann der Torbereich so eingestellt werden, daß er eine Mehrzahl von Echos aus dem Inneren des Gegenstandes empfängt, insbesondere, wenn der Gegenstand aus einem relativ dünnen Material besteht. Die Echo- bzw. Hin- und Herwerffrequenz oder -geschwindigkeit hängt von der Dicke des Gegenstandes ab und Veränderungen in dieser Geschwindigkeit, die durch Veränderungen in der Dicke hervorgerufen werden, können in einfacher Weise durch den Benutzer hörbar erfaßt werden.

Claims (21)

1. Ultraschalluntersuchungsverfahren, welches Reflexionen von periodisch gesendeten Impulsen von Ultraschallenergie an Unregelmäßigkeiten in einem Gegenstand verwendet, mit:

periodischem Aussenden von Impulsen aus Ultraschallenergie in einen Gegenstand entlang einer Strahlaöhse,

mit Hilfe einer Wandlereinrichtung (10; 102) Empfangen von reflektierten Ultraschallwellenimpulsen aus einem Bereich von Abständen innerhalb des Gegenstandes und Umwandeln derselben in elektrische Ultraschallsignale,

Umwandeln (50; 138) der elektrischen Ultraschallsignale aus der Wandlereinrichtung, die zumindest während eines Abschnittes des Bereiches empfangen wurden, in ein Audiofrequenzsignal und

Umwandeln (50) des Audiofrequenzsignals in eine hörbare Signalform, um eine hörbare Wiedergabe von elektrischen Ultraschallsignalen bereitzustellen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Umwandeins des Audiofrequenzsignales aufweist:

Umwandeln (58; 60) des Audiofrequenzsignals in erste und zweite Audiofrequenzsignale, von gleichzeitig ansteigender bzw. abfallender Amplitude und

Umwandeln der ersten und zweiten Audiofrequenzsignale in die hörbare Signalform an ersten und zweiten beabstandeten Orten (66R, 66L), um eine hörbare Wiedergabe bereitzustellen, die einen stereophonen räumlichen Effekt in Abhängigkeit von dem Laufweg der reflektierten Ultraschallwellen impulse für eine hörbare Anzeige der Tiefe der Reflexionen hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Umwandels der elektrischen Ultraschalisignale das Schreiben der elektrischen Ultraschallsignale in eine Speichereinrichtung (46; 142) mit einer ersten Geschwindigkeit, und das Auslesen der Signale aus der Speichereinrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit einschließt, die langsamer ist als die erste Geschwindigkeit, um ein Audiofrequenzsignal zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die verwendete Speichereinrichtung eine ladungsgekoppelte Einrichtung (142) (CCD) aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die verwendete Speichereinrichtung einen Lese- Schreibspeicher mit wahlweisern Zugriff (46) (RAM) aufweist, wobei das Verfahren einschließt:

Umwandeln der elektrischen Ultraschallsignale in eine digitale Signalforrn, bevor dieselben in die Speichereinrichtung eingeschrieben werden und,

Umwandeln der aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Audiofrequenzsignale in eine analoge Signalform.

5. Verfahren nach einem der vorstehenderi Ansprüche, einschließlich Erhöhen der Frequenz des Audiofrequenzsignales vor dem Umwandeln desselben in erste und zweite Audiofrequenzsignale.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Erhöhens der Frequenz der Audiofrequenzsignale aufweist:

Erfassen (80) der Einhüllenden des aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Audiofrequenzsignales,

Erzeugen (84) eines Trägerfrequenzsignales in dem Bereich der Audiofrequenz, und

Modulieren (82) des Trägerfrequenzsignales mit dem hüllkurvengleichgerichteden Audiofrequenzsignal.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich des Verarbeitens (34; 126) von elektrischen Ultraschallsignalen aus der Wandlereinrichtung, um Daten für eine Anzeige derselben zu bilden, wobei die Anzeige eine Maßangabe für den Bereich aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, einschließlich der Anzeige eines sich bewegenden Cursors, der mit der hörbaren Wiedergabe synchronisiert ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, welches eine A-Abtastanzeige von elektrischen Ultraschallsignalen und einen sich bewegenden Cursor aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, welches eine B-Abtastanzeige von elektrischen Ultraschallsignalen und einem sich bewegenden Cursor aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, einschließlich der Erzeugung eines Hörbereichsmarkiersignales zu einem ausgewählten Zeitpunkt während des Umwandelns der elektrischen Ultraschallsignale aus der Wandlereinrichtung in ein Audiofrequenzsignal, und

Kombinieren (58, 60) des Audiobereichsmarkiersignals mit dem Audiofrequenzsignal, um die hörbare Wiedergabe mit einem hörbaren Markiersignal bereitzustellen.

12. Ultraschalluntersuchungssystem, welches auf Reflexionen von Unregelmäßigkeiten bzw. Diskontinuitäten in einen Gegenstand bei periodisch ausgesendeten Impulsen von Ultraschallenergie anspricht, mit:

einer Ultraschallwandlereinrichtung (10; 102)

einer Impulssendeeinrichtung (14; 116), um die Wandreinrichtung durch Impulse zu erregen, um periodisch Ultraschallenergie in einen zu untersuchenden Gegenstand zu senden, wobei die Wandreinrichtung reflektierte Ultraschallwellenirnpulse aus einem Bereich von Abständen innerhalb des Gegenstandes empfängt und dieselben in elektrische Ultraschallsignale umwandelt,

Einrichtungen (50; 138) zum Umwandeln elektrischer Ultraschallsignale aus der Wandlereinrichtung, die aus zumindest einem Teil des Bereiches empfangen wurden, in ein Audiofrequenzsignal, und

einer elektroakustischen Wandreinrichtung, gekennzeichnet durch:

erste und zweite zeitveränderliche Einrichtungen (58, 60), um gleichzeitig jeweils die Audiofrequenzsignalamplitude mit der Zeit zu erhöhen und abzusenken, und

erste und zweite elektroakustische Wandlereinrichtungen (66R, RRL), die auf die Ausgangssignale von den jeweiligen ersten und zweiten zeitveränderlichen Einrichtungen ansprechen für die hörbare Wiedergabe der mit der Zeit veränderlichen Audiofrequenzsignale, um eine hörbare Darstellung bereitzustellen, die einen stereophonen räumlichen Effekt in Abhängigkeit von dem Laufweg der reflektierten Ultraschallwellenimpulse hat, um eine hörbare Anzeige der Tiefe der Reflexionen bereitzustellen.

13. Ultraschalluntersuchungssystern nach Anspruch 12, wobei die Umwandlungseinrichtung (50; 138) eine Speichereinrichtung (46; 142) aufweist, in welche die elektrischen Ultraschallsignale von der Wandreinrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit eingeschrieben werden, und

eine Einrichtung zum Lesen der Speichereinrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit, die langsamer ist als die erste Geschwindigkeit für das Erzeugen des Audiofrequenzsignales.

14. Ultraschalluntersuchungssystem nach Anspruch 13, wobei die Speichereinrichtung eine ladungsgekoppelte Einrichtung (142) (COD) aufweist.

15. Ultraschalluntersuchungssystem nach Anspruch 13, wobei die Speichereinrichtung einen Lese/Schreib-Speicher (46) mit wahlweisem Zugriff (RAM) aufweisen.

16. Ultraschalluntersuchungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, einschließlich einer Einrichtung zum Erhöhen der Frequenz des Audiofrequenzsignals aus der Wandlereinrichtung.

17. Ultraschalluntersuchungssystem nach Anspruch 16, wobei die die Frequenz erhöhende Einrichtung einen Hülkurvendetektor (80) aufweist, der auf das Audiofrequenzsignal anspricht,

wobei ein Audioträgerfrequenzgenerator (84) ein Audiofrequenzträgersignal mit einer höheren Frequenz als das Audiofrequenzsignal hat, und

Einrichtungen (82) um die Amplitude des Trägersignals durch den Ausgang des Hüllkurvendetektors zu modulieren.

18. Ultraschalluntersuchungssystern nach einem der Ansprüche 12 bis 17, einschließlich einer visuellen Anzeigeeinrichtung und mit

Mitteln (34; 126) zum Verarbeiten elektrischer Ultraschallsignale, um Anzeigesignale für die Anzeige von zumindest einer Unie über die Information eines reflektierten Signals bereitzustellen,

einer Erzeugereinrichtung (28;128) für einen sich bewegenden Cursor, um ein Signal eines sich bewegenden Cursors für die Anzeige eines sich bewegenden Cursors zu erzeugen, und

Einrichtungen zum Synchronisieren des Betriebs der Umwandlungseinrichtung und der Erzeugereinrichtung des sich bewegenden Cursors, um die Anzeige des sich bewegenden Cursors mit der hörbaren Darbietung zu synchronisieren.

19. Ultraschalluntersuchungssystem nach Anspruch 18, wobei die visuelle Anzeigeeinrichtung eine A-Scan Anzeige aufweist.

20. Ultraschalluntersuchungssystem nach Anspruch 18, wobei die visuelle Anzeigeeinrichtung eine B-Scan Anzeige aufweist.

21. Ultraschalluntersuchungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 20, einschließlich eines Signalgenerators (72) für die Erzeugung eines Markiersignals im Audiobereich zu einem ausgewählten Zeitpunkt während des Betriebes der Wandlereinrichtung für das elektrische Ultraschallsignal, und

Einrichtungen (58, 60) zum Kombinieren des Markiersignais im Audiobereich mit dem Audiofrequenzsignal von der Wandlereinrichtung für das elektrische Ultraschallsignal, um eine hörbare Darstellung mit einem hörbaren Markiersignal bereitzustellen.