DK145649B

DK145649B - Apparatus for use during ultrasound investigation

Info

Publication number: DK145649B
Application number: DK348480A
Authority: DK
Inventors: S Aa Lund; S E Iversen
Original assignee: Akad Tekn Videnskaber
Priority date: 1980-08-12
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1983-01-10
Also published as: DK145649C; DK348480A

Description

14 5 6 /s 914 5 6 / s 9

Opfindelsen angår et apparat til brug ved ultralydundersøgelse med indikering eller registrering af billeder af indre inhomogeniteter i i øvrigt homogene emner, som har en i det væsentlige plan eller svagt 5 krummet overflade, med anvendelse af et ultralydapparat med mindst ét vinkellydhoved, scan kan føres og drejes i en fri todimensional bevægelse hen over emnets overflade og dermed afsøger dettes indre ved udsendelse og modtagelse af kortvarige ultralydimpulser i retninger, der danner 10 en på forhånd fastsat, fra 90° forskellig vinkel med emnets overflade, samt med midler til frembringelse af elektriske signaler, der repræsenterer positionen af lydhovedets lydudsendelsespunkt på emnets overflade og retningen af lydvejens projektion på emnets overflade, 15 og midler til udnyttelse af disse signaler til indikering eller registrering af billeder af inhomogeniteter-ne.The invention relates to an apparatus for use in ultrasound examination with indication or recording of images of internal inhomogeneities in otherwise homogeneous subjects having a substantially flat or slightly curved surface, using an ultrasonic apparatus having at least one angular sound head, scanning can be conducted and rotated in a free two-dimensional movement across the surface of the workpiece, thus scanning its interior by transmitting and receiving short-lived ultrasonic pulses in directions forming a predetermined, 90-degree angle at the workpiece surface, and by means of generating electrical signals, representing the position of the sound head's sound broadcast point on the subject's surface and the direction of the sound path's projection on the subject's surface, and means for utilizing these signals to indicate or record images of the inhomogeneities.

Ultralydundersøgelse efter impuls-ekko-metoden til bestemmelse af indre inhomogeniteter i i øvrigt 20 homogene emner finder udstrakt anvendelse, dels inden for teknikken til bestemmelse af indre fejlsteder eller hulrum i f.eks. valsede, støbte eller svejste emner, dels inden for den medicinske eller veterinære diagnostik til bestemmelse af form og placering af indre or-25 ganer eller skilleflader i levende organismer.Ultrasound examination of the pulse-echo method to determine internal inhomogeneities in otherwise homogeneous subjects is widely used, partly in the technique of determining internal fault locations or cavities in e.g. rolled, molded or welded articles, partly in the medical or veterinary diagnostics for determining the shape and placement of internal organs or interfaces in living organisms.

I de tilfælde, hvor en del af emnets overflade er utilgængelig eller så uregelmæssig, som f.eks. den ujævne overvulst af en svejsesamling, at det er umuligt eller mindre hensigtsmæssigt at anbringe lydhovedet på 30 overfladen direkte over det område, som ønskes undersøgt, er det kendt at anvende et vinkellydhoved, som placeres på den nærmest tilgængelige eller plane del af overfladen, f.eks. ved siden af en svejsesamling, hvorefter lydimpulserne sendes skråt ind i det område af 35 emnet, som Ønskes undersøgt, i retninger, der danner en på forhånd fastlagt vinkel forskellig fra 90 med emnets overflade.In cases where part of the surface of the workpiece is inaccessible or so irregular, such as. the uneven overcrowding of a welding joint, that it is impossible or less convenient to place the sound head on the surface directly over the area to be examined, it is known to use an angular sound head placed on the nearest accessible or flat part of the surface, f .g. next to a welding assembly, after which the sound pulses are sent obliquely into the region of the workpiece to be examined in directions that form a predetermined angle different from 90 with the workpiece surface.

Inden for den således kendte teknik er der ud- U5649 2 viklet en række fremgangsmåder og apparater til manuel eller automatisk ultralydundersøgelse, dels med simpel indikering af tilstedeværelsen af inhomogeniteter, dels med registrering af snitbilleder eller projektionsbille-5 der af de forekommende inhomogeniteter i emnernes indre.In the art thus known, a number of methods and apparatus for manual or automatic ultrasound examination have been developed, partly by simply indicating the presence of inhomogeneities and partly by recording sectional or projection images of the occurring inhomogeneities in the interior of the articles. .

Typiske eksempler på den kendte teknik er beskrevet i de danske patentskrifter nr. 138.861, 139.597 og i ans. nr. 4896/73 , som omhandler apparater til direkte registrering af projektionsbilleder af samtlige fore-10 kommende inhomogeniteter i et emnes indre.Typical examples of the prior art are described in Danish Patents Nos. 138,861, 139,597 and in Ans. No. 4896/73, which deals with apparatus for directly recording projection images of all occurring inhomogeneities in the interior of a subject.

Den ønskede indikering og registrering af snit-og projektionsbilleder forudsætter, at der til enhver tid under undersøgelsens forløb kan foretages en meget nøjagtig bestemmelse, dels af positionen af lydhove-15 dets lydudsendelsespunkt i forhold til det undersøgte emne, dels af retningen af lydvejens projektion på emnets overflade.The desired indication and recording of sectional and projection images presupposes that at any time during the course of the study a very accurate determination can be made, partly of the position of the audio head's audio broadcast point relative to the subject studied and partly of the direction of the projection of the sound path at the surface of the workpiece.

Til brug ved denne positionsbestemmelse er det kendt at montere vinkellydhovedet i en bevægelig holde-20 anordning, som står i fast forbindelse med det undersøgte emne samtidig med, at lydhovedet frit kan drejes og forskydes i en todimensional bevægelse hen over emnets overflade. Holdeanordningen er så forsynet med positionstransorer, som gennem elektroniske styrings-25 kredsløb er således forbundet med ultralydapparatet, at der til stadighed tilføres dette elektriske signaler, som repræsenterer koordinaterne for den øjeblikkelige position af lydhovedets lydudsendelsespunkt og vinklen for lydvejens projektion på emnets overflade.For use in this position determination, it is known to mount the angular sound head in a movable holding device which is firmly connected to the subject being examined while allowing the sound head to be freely rotated and displaced in a two-dimensional motion across the surface of the workpiece. The holding device is provided with position transducers which, through electronic control circuits, are so connected to the ultrasonic apparatus that continuous electrical signals are provided which represent the coordinates of the instantaneous position of the sound output sound point and the angle of the sound path projection on the surface of the workpiece.

30 Disse elektriske signaler er samtidig tilpassede som styringssignaler for det anvendte ultralydapparat til brug ved dettes indikering eller registrering af billeder af forekommende inhomogeniteter i emnet.These electrical signals are simultaneously adapted as control signals for the ultrasonic apparatus used for its indication or recording of images of occurring inhomogeneities in the workpiece.

Det har imidlertid vist sig i praksis, at sådanne 35 mekanisk-elektriske holdeanordninger, som har den fornødne høje præcision i positionsbestemmelsen, er særdeles komplicerede og kostbare at fremstille. Det har endvidere vist sig, at sådanne præcisionsanord- 3 U5649 ninger er overordentlig sårbare under de grove og smudsige arbejdsforhold, som ofte forekommer ved ultralydundersøgelser på skibsværfter og tilsvarende stål-kontruktionsværksteder.However, it has been found in practice that such mechanical-electrical holding devices, which have the requisite high precision in the positioning, are extremely complicated and expensive to manufacture. Furthermore, it has been found that such precision devices are extremely vulnerable in the rough and dirty working conditions, which often occur in ultrasound examinations at shipyards and similar steel construction workshops.

5 Som et forsøg på atafhjælpe disse ulemper har det været prøvet, som beskrevet i dansk patentskrift nr. 138.861, at erstatte de mekanisk-elektriske koblingssystemer med en akustisk-elektrisk kobling mellem vinkellydhovedet og det undersøgte emne.5 As an attempt to remedy these disadvantages, it has been attempted, as described in Danish Patent Specification No. 138,861, to replace the mechanical-electrical coupling systems with an acoustic-electrical coupling between the angular sound head and the subject studied.

10 Ved dette system forsynes lydhovedet med to punktformede lydgivere for udsendelse af kugleformede lydbølger, som opfanges af to retliniede mikrofoner anbragt i ret vinkel mod hinanden og i fast forbindelse med emnet. Lydgiverne og mikrofonerne er så gennem 15 koordinatregistreringskredsløb og elektroniske styringskredsløb forbundet således med ultralydapparatet, at tidsintervallerne fra udsendelsen til modtagelsen af de kugleformede lydbølger omsættes til elektriske signaler, som repræsenterer koordinaterne for den øjeblik-20 kelige position af lydhovedets lydudsendelsespunkt og vinklen for lydvejens projektion på emnets overflade.10 In this system, the sound head is provided with two point-shaped sound emitters for emitting spherical sound waves, which are intercepted by two rectilinear microphones arranged at right angles to each other and in fixed connection with the subject. The sound emitters and microphones are then connected to the ultrasonic device through 15 coordinate recording circuits and electronic control circuits, such that the time intervals from the transmission to the reception of the spherical sound waves are converted into electrical signals representing the coordinates of the instantaneous position of the sound point of the sound point and the sound point of the sound point. the surface of the workpiece.

Disse elektriske signaler er samtidig tilpassede som styringssignaler for det anvendte ultralydapparat til brug ved dettes indikering eller registrering af bille-25 der af forekommende inhomogeniteter i emnet.These electrical signals are simultaneously adapted as control signals for the ultrasonic apparatus used for its indication or recording of images of occurring inhomogeneities in the blank.

Dette system afhjælper en væsentlig del af de nævnte ulemper ved de mekanisk-elektriske koblingssystemer, men har alligevel vist sig at være mindre velegnet ved de fleste ultralydundersøgelser i praksis.This system addresses a significant portion of the mentioned disadvantages of the mechanical-electrical coupling systems, but has nevertheless proved less suitable in most ultrasound studies in practice.

30 Det har nemlig vist sig, at de forskydninger og drejninger af lydhovedet, som er nødvendige for undersøgelsens gennemførelse, sædvanligvis foregår så hurtigt, at udbredelseshastigheden for de kugleformede lydbølger gennem luft er for langsom til at sikre en præcis 35 positionsregistrering. Enten bliver de registrerede billeder udtværede og utydelige, eller også må bevægelsen af lydhovedet foregå så langsomt, at det ikke længere er muligt at undersøge større emner inden for en for prak- U 5649 4 sis acceptabel undersøgelsestid.30 It has been found that the displacements and turns of the sound head required for the conduct of the study are usually so rapid that the propagation velocity of the spherical sound waves through air is too slow to ensure accurate position detection. Either the recorded images become blurred and indistinct, or the movement of the sound head must take place so slowly that it is no longer possible to examine larger subjects within a reasonably acceptable study time.

Som et andet forsøg på at afhjælpe de nævnte u-lemper har det været foreslået, f.eks. i dansk patentansøgning nr. 2603/78, at. udnytte en i øvrigt kendt 5 teknik til optisk positionsbestemmelse.As another attempt to remedy the disadvantages mentioned, it has been proposed, e.g. in Danish Patent Application No. 2603/78, that. utilize an otherwise known optical positioning technique.

Ved denne teknik forsynes lydhovedet med en eller to tilnærmelsesvis punktformede strålingskilder, hvis øjeblikkelige position i forhold til emnet bestemmes ved hjælp af et antal fotoelektriske vinkelmåleindret-10 ninger anbragt i fast forbindelse med emnet. Hver af disse vinkelmåleindretninger består af et projektor-linsesystem, som danner et billede af de punktformede lyskilder på et todimensionalt lysfølsomt detektorelement. Ved hjælp af et tilkoblet elektronisk kredsløb 15 bestemmes lysplettens placering på det lysfølsomme detektorelement og dermed indfaldsvinklen af strålingen fra de punktformede strålingskilder. Ud fra de således målte indfaldsvinkler i forhold til to af de nævnte vinkelmåleindretninger kan man beregne lydhove-20 dets placering i forhold til emnet, og når der anvendes to strålingskilder monteret på modstående sider af lydhovedet, kan man yderligere bestemme dettes vinkelori-éntering i forhold til emnet.In this technique, the sound head is provided with one or two approximately point-shaped radiation sources, whose instantaneous position with respect to the blank is determined by a plurality of photoelectric angular measuring devices disposed in conjunction with the blank. Each of these angle measuring devices consists of a projector lens system which forms an image of the dot-shaped light sources on a two-dimensional light-sensitive detector element. By means of a switched on electronic circuit 15, the location of the light spot is determined on the light-sensitive detector element and thus the angle of incidence of the radiation from the point-shaped radiation sources. From the angles of measurement thus measured with respect to two of the aforementioned angular measuring devices, the position of the sound head can be calculated relative to the workpiece, and when two radiation sources mounted on opposite sides of the sound head can be further determined its angular orientation in relation to the subject. to the topic.

Dette system kan ligeledes i princippet erstatte 25 de mekanisk-elektriske koblingssystemer, men er behæftet med andre ulemper, som gør det mindre velegnet ved ultralydundersøgelser i praksis. For det første er systemet kompliceret,kostbart og sårbart under praktiske arbejdsforhold. De nævnte vinkelmåleindretninger, hvor-30 af det angives, at der skal anvendes 4-8 for at dække et rimeligt undersøgelsesområde, er præcisionsinstrumenter, som skal håndteres og anbringes med stor omhu og nøjagtighed. Hver af dem rummer en forfinet præcisionsoptik og kræver komplicerede elektroniske forstær-35 kersystemer, bl.a. til fjernelse af amplitudekomponenterne i den indfaldende stråling, til adskillelse af strålingen fra de to samtidig anvendte strålingskilder og til løbende bestemmelse af, hvilke to af vinkelmåle- 5 145849 indretningerne som skal foretage målingen i hvert enkelt øjeblik. For det andet er det selv med anvendelse af forfinet instrumentering vanskeligt at opnå en nøjagtighed i positionsregistreringen for lydhovedet, som 5 er tilstrækkelig til, at der kan dannes skarpe og præcise billeder af forekommende inhomogeniteter i emnet.This system can also in principle replace the mechanical-electrical coupling systems, but is subject to other disadvantages which make it less suitable for ultrasonic studies in practice. First, the system is complicated, costly and vulnerable in practical working conditions. Said angular measuring devices, which indicate that 4-8 should be used to cover a reasonable study area, are precision instruments which must be handled and placed with great care and accuracy. Each has a refined precision optics and requires complicated electronic amplifier systems, including for removing the amplitude components of the incident radiation, for separating the radiation from the two simultaneously used radiation sources, and for continuously determining which two of the angular measuring devices are to make the measurement at each instant. Second, even with the use of refined instrumentation, it is difficult to obtain accuracy in the position recording for the sound head, which is 5 sufficient to allow sharp and accurate images of occurring inhomogeneities in the subject to be formed.

Den uundgåelige usikkerhed ved selve vinkelmålingen forøges, når lydhovedets afstand derefter skal bestemmes ud fra skæringspunktet mellem to linier, der danner 10 en spids vinkel med hinanden, og denne usikkerhed forøges igen yderligere, når lydhovedets vinkelorientering skal bestemmes ud fra positionerne af de to relativt nærliggende strålingskilder.The inevitable uncertainty of the angular measurement itself is increased when the distance of the sound head must then be determined from the intersection of two lines forming an acute angle to each other, and this uncertainty is further increased again when the angle orientation of the sound head is to be determined from the positions of the two relatively adjacent ones. radiation sources.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse 15 at afhjælpe eller væsentligt formindske de omtalte ulemper ved den hidtil kendte teknik ved at anvise et apparat til brug ved ultralydundersøgelser af den nævnte art, som muliggør en væsentlig sikrere og mere hensigtsmæssig indikering eller registrering af billeder af 20 forekommende indre inhomogeniteter, end det hidtil har været muligt.SUMMARY OF THE INVENTION It is the object of the present invention to alleviate or substantially reduce the aforementioned disadvantages of the prior art by providing an apparatus for use in ultrasound studies of the aforementioned kind which enables a significantly safer and more convenient indication or recording of images of 20 occurring internal inhomogeneities than has hitherto been possible.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at der på lydhovedet er anbragt mindst én lysgiver til i et med emnets overflade parallelt plan at udsende mindst tre 25 smalle lysstråler med faste indbyrdes vinkler og med faste retninger i forhold til lydhovedet, og at der i fast forbindelse med emnet og i lysstrålernes plan er anbragt mindst én retliniet række af lysfølsomme elementer, der gennem elektroniske registreringskredsløb 30 er koblet til regnekredsløb til frembringelse af de nævnte elektriske signaler.This is achieved according to the invention in that at least one light emitter is arranged to emit at least three 25 light beams at fixed mutual angles and with fixed directions relative to the sound head in a plane parallel to the surface of the workpiece, and the subject and in the plane of the light rays are arranged at least one rectilinear series of photosensitive elements, which are connected through electronic recording circuits 30 to rain circuits for generating said electrical signals.

Ved disse foranstaltninger, som tilsammen udgør et hidtil ukendt og overraskende simpelt lys-elektrisk koblingssystem mellem et frit bevægeligt ultralydhoved 35 og et foreliggende prøveemne, er der skabt et væsentligt fremskridt i forhold til de hidtil kendte koblingssystemer til samme formål.By these measures, which together constitute a novel and surprisingly simple light-electrical coupling system between a freely moving ultrasonic head 35 and a present specimen, significant progress has been made over the prior art coupling systems for the same purpose.

Med hensigtsmæssig udnyttelse af den kendte tek- 6 145649 nik for fremstilling af integrerede elektroniske registrerings- og regnekredsløb og af præfabrikerede kombinationer af halvlederelementer og elektroniske kredsløb er det med den foreliggende opfindelse blevet muligt at 5 fremstille apparater, som er væsentlig mindre komplicerede og væsentlig billigere end de hidtil kendte, og som kan fremstilles så kompakte og sikkert indkapslede, at de er meget lidt sårbare under de grove og smudsige arbejdsforhold, som ofte forekommer ved ultralydunder-10 søgelser i praksis.With the convenient use of the known technique for the manufacture of integrated electronic recording and calculating circuits and of prefabricated combinations of semiconductor elements and electronic circuits, it has become possible with the present invention to produce apparatus which is considerably less complicated and considerably cheaper. than they are known to date, and which can be manufactured so compactly and securely encased that they are very little vulnerable under the rough and dirty working conditions that often occur in ultrasonic examinations in practice.

Foruden den store hastighed i den lys-elektriske registrering er der samtidig opnået en væsentlig formindskelse af usikkerheden ved positions- og retningsbestemmelsen for lydhovedet. De én gang for alle ind-15 stillede faste vinkler mellem de smalle lysstråler fra lydhovedet i apparatet ifølge opfindelsen kræver ingen nøjagtig indstilling eller efterfølgende justeringer af systemet. De simple linealer af lysfølsomme elementer er nemme at anbringe, f.eks. umiddelbart bag ved og 20 parallelt med en svejsesamling i prøveemnet, og positionsbestemmelsen baseres på en nøjagtig, direkte koordinatregistrering uden mellemliggende indirekte vinkelmålinger.In addition to the high speed of the light-electrical recording, a significant reduction of the uncertainty in the position and direction determination of the sound head has been achieved. The once-for-all fixed angles between the narrow beams of light from the sound head of the apparatus according to the invention require no precise adjustment or subsequent adjustments of the system. The simple rulers of photosensitive elements are easy to apply, e.g. immediately behind and 20 parallel to a weld joint in the specimen, and the position determination is based on accurate, direct coordinate registration without intermediate indirect angle measurements.

En særlig hensigtsmæssig udførelsesform for appa-25 ratet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at én af de nævnte lysstråler befinder sig i samme plan vinkelret på emnets overflade som lydvejen og dennes projektion på emnets overflade.A particularly convenient embodiment of the apparatus according to the invention is characterized in that one of said light rays is in the same plane perpendicular to the surface of the workpiece as the sound path and its projection on the workpiece surface.

Herved kan der opnås en yderligere forøget nøjag-30 tighed i positionsbestemmelsen for en indre inhomogenitet, f.eks. i en svejsesamling umiddelbart foran og parallel med rækken af lysfølsomme elementer. Fejlstedets placering i svejsesamlingens længderetning er i det væsentlige bestemt allerede ved positionen af det 35 lysfølsomme element, som træffes af den lysstråle, som er parallel med lydvejens projektion på emnets overflade, hvorefter den resterende måling og beregning ud fra de øvrige lysstråler blot giver en mindre korrek- 145649 7 tion som følge af lydhovedets vinkelorientering.Hereby a further increased accuracy can be obtained in the positioning of an internal inhomogeneity, e.g. in a welding joint immediately in front and parallel to the array of photosensitive elements. The location of the fault in the longitudinal direction of the welding assembly is essentially determined already at the position of the light-sensitive element taken by the light beam which is parallel to the sound path's projection on the surface of the workpiece, whereupon the remaining measurement and calculation from the other light rays merely gives a smaller correction due to the angular orientation of the soundhead.

En anden hensigtsmæssig udførelsesform for appa-ratet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der anvendes tre lysstråler, som er rettede mod hver sin af 5 tre rækker af lysfølsomme elementer, hvoraf de to er anbragt vinkelret på den tredie.Another convenient embodiment of the apparatus according to the invention is characterized by the use of three light rays directed to each of three rows of light-sensitive elements, the two of which are arranged perpendicular to the third.

Herved opnås der på samme tid en forøget nøjagtighed i positionsbestemmelsen og en forenkling af apparatet som helhed. De tre rækker af lysfølsomme 10 elementer danner umiddelbart et bekvemt koordinatsystem i forhold til prøveemnet, og usikkerheden i positionsbestemmelsen bliver væsentlig formindsket som følge af de relativt større vinkler mellem de tre lysstråler, hvis skæringspunkt definerer lydhovedets øjeblikkelige 15 position. Samtidig opnås der en forenkling af de tilhørende elektroniske kredsløb, idet der nu for hver af de tre rækker af lysfølsomme elementer kun skal registreres og holdes rede på signaler fra et enkelt lysfølsomt element ad gangen.This results in increased accuracy in positioning and a simplification of the apparatus as a whole. The three rows of photosensitive 10 elements immediately form a convenient coordinate system with respect to the specimen, and the uncertainty of position determination is substantially reduced due to the relatively larger angles between the three light rays whose intersection defines the instantaneous position of the soundhead. At the same time, a simplification of the associated electronic circuits is achieved, since for each of the three rows of photosensitive elements, only signals and signals from one single photosensitive element must be recorded at a time.

20 En yderligere hensigtsmæssig udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at summen af vinklerne mellem lysstrålerne er lig med 180°.A further convenient embodiment of the apparatus according to the invention is characterized in that the sum of the angles between the light rays is equal to 180 °.

Herved opnås der en yderligere forenkling i beregningen af lydhovedets øjeblikkelige position og 25 vinkelorientering og dermed en tilsvarende forenkling og billiggørelse af de tilhørende elektroniske regne-kredsløb.This provides a further simplification in the calculation of the instantaneous position of the sound head and angular orientation, and thus a corresponding simplification and lowering of the associated electronic calculation circuits.

En yderligere hensigtsmæssig udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at 30 vinklerne mellem lysstrålerne hver er lig med 90°.A further convenient embodiment of the apparatus according to the invention is characterized in that the angles between the light rays are each equal to 90 °.

Herved opnås der en symmetri i bestemmelsen af lydhovedets position og vinkelorientering, som medfører en tilsvarende yderligere forenkling og billiggørelse af de tilhørende elektroniske regnekredsløb.Hereby a symmetry is obtained in the determination of the position and angular orientation of the sound head, which results in a corresponding further simplification and lowering of the associated electronic calculation circuits.

35 Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 delvis i perspektiv, delvis som blokdiagram viser princippet i et apparat ifølge opfindelsen 8 145649 til indikering og til registrering af projektionsbilleder med anvendelse af en enkelt række af lysfølsomme elementer, og fig. 2 ligeledes delvis i perspektiv, delvis som 5 blokdiagram en anden udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen med anvendelse af tre rækker af lysfølsomme elementer.The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing, in which fig. 1 is a partial perspective view, partly in block diagram, illustrating the principle of an apparatus according to the invention for indicating and recording projection images using a single row of photosensitive elements; and FIG. 2 is also partly in perspective, partly as a block diagram, another embodiment of the apparatus according to the invention, using three rows of photosensitive elements.

Fig. 1 viser et homogent legeme 1 med en plan overflade 3, som afsøges med et vinkellydhoved 4, 10 som fra et lydudsendelsespunkt 8 sender ultralydimpulser ind i emnet 1 i en retning 5, som danner en fast vinkel 6 med emnets overflade 3. En indre inhomogenitet 2 i emnet reflekterer ultralydimpulserne tilbage i retningen 5 til lydhovedet 4, hvor de 15 omsættes til elektriske signaler, der ledes til et ultralydapparat 9 og på dettes katodestrålerørsskærm 11 fremkalder en indikation 10 med en afstand fra en sendeimpuls 10a, der afhænger af ultralydimpulsens løbetid i emnet 1. Ultralydapparatet 9 er gennem 20 elektroniske styringskredsløb 12 og intensitetsmodulationskredsløb 13 forbundet med et katodestrålerør 14, på hvis lagerskærm 15 der under udnyttelse af de nedenfor beskrevne midler til bestemmelse af koordinaterne til projektionen af hvert refleksionssted på em-25 nets overflade opbygges et projektionsbillede 16 af den indre inhomogenitet 2.FIG. 1 shows a homogeneous body 1 with a flat surface 3 which is scanned with an angular sound head 4, 10 which transmits from a sound broadcast point 8 ultrasonic pulses into the blank 1 in a direction 5, which forms a fixed angle 6 with the surface of the blank 3. An internal inhomogeneity 2 in the workpiece, the ultrasonic pulses reflect back in the direction 5 to the sound head 4, where they are converted to electrical signals passed to an ultrasonic apparatus 9 and on its cathode-ray tube screen 11 produces an indication 10 at a distance from a transmit pulse 10a which depends on the ultrasonic pulse course item 1. The ultrasonic apparatus 9 is connected through a 20 electronic control circuit 12 and intensity modulation circuit 13 to a cathode ray tube 14 on whose storage screen 15, using the means described below for determining the projections of each reflection point on the surface of the object 25, a projection image is constructed. 16 of internal inhomogeneity 2.

I fast forbindelse med lydhovedet 4 og fortrinsvis lige over lydudsendelsespunktet 8 er der anbragt en eller flere lysgivere 17, som er indrettet og 30 afskærmet således, at der i et plan parallelt med emnets overflade 3 udsendes tre smalle lysstråler 18, 19 og 20 med faste indbyrdes vinkler 21 og 22 og med faste retninger i forhold til lydhovedet. I fast forbindelse med emnet 1 og i lysstrålernes plan er der anbragt en 35 retliniet række 23 af lysfølsomme elementer 24a, 24b, 24c, osv., som er indrettet til at afgive elektriske signaler, når de træffes af en af lysstrålerne 18, 19 eller 20. De lysfølsomme elementer 24a, b, c etc. er 9 U5649 gennem elektroniske registreringskredsløb 25 og regnekredsløb 26 forbundet med ultralydapparatets styringskredsløb 12.In fixed connection with the sound head 4 and preferably just above the sound broadcast point 8, one or more light emitters 17 are arranged and shielded so that in a plane parallel to the surface 3 of the workpiece three narrow light rays 18, 19 and 20 are emitted with fixed mutually angles 21 and 22 and with fixed directions relative to the sound head. In fixed connection with the blank 1 and in the plane of the light rays, there is arranged a rectilinear row 23 of photosensitive elements 24a, 24b, 24c, etc., which are arranged to emit electrical signals when taken by one of the light rays 18, 19 or 20. The photosensitive elements 24a, b, c, etc. are connected through electronic recording circuits 25 and calculating circuits 26 to the ultrasonic control circuit 12.

Apparatet ifølge opfindelsen virker på følgende 5 principielle måde.The apparatus according to the invention operates in the following principle.

Vinkellydhovedet 4 føres hen over emnets plane overflade 3 og bringes herved til at indtage et stort antal positioner og retninger i forhold til denne og dermed i forhold til den fast anbragte række 23 af 10 lysfølsomme elementer. Ved enhver øjeblikkelig position og retning vil de tre lysstråler 18, 19 og 20 træffe hvert sit lysfølsomme element, i det på tegningen viste tilfælde elementerne henholdsvis 24a, 24b og 24c. Herved bringes netop disse tre elementer til at afgive 15 elektriske signaler, som opsamles og omformes i de elektroniske registreringskredsløb 25 og regnekredsløb 26.The angular sound head 4 is passed over the plane surface 3 of the workpiece, thereby causing a large number of positions and directions to be taken relative thereto and thus with respect to the fixedly arranged row 23 of 10 light-sensitive elements. At any instantaneous position and direction, the three light rays 18, 19 and 20 will each have their own light-sensitive element, in the case shown in the drawing the elements 24a, 24b and 24c respectively. Hereby, precisely these three elements are caused to emit 15 electrical signals which are collected and transformed in the electronic recording circuits 25 and the calculating circuits 26.

Disse to kredsløb er indrettet til ud fra positionerne for ethvert sæt 24a, 24b, 24c af lysaktivere-20 de elementer i forbindelse med de givne faste vinkler 21 og 22 mellem lysstrålerne 18, 19 og 20 at foretage en trigonometrisk beregning for de to trekanter 17, 24a, 24b og 17, 24b, 24c, og til at videregive resultatet af denne beregning til ultralydapparatets 25 styringskredsløb 12 i form af nye elektriske signaler, som dels repræsenterer koordinaterne til den øjeblikkelige position af lydhovedets lydudsendelsespunkt 8 i forhold til rækken 23 af lysfølsomme elementer, dels repræsenterer den øjeblikkelige vinkel mellem lydvejen 30 5's projektion 7 på emnets overflade 3 og rækken 23 af lysfølsomme elementer.These two circuits are arranged to make a trigonometric calculation for the two triangles 17 from the positions of any set 24a, 24b, 24c of light-activated elements in connection with the given fixed angles 21 and 22 between the light rays 18, 19 and 20. , 24a, 24b, and 17, 24b, 24c, and to pass the result of this calculation to the control circuit 12 of the ultrasonic apparatus 25 in the form of new electrical signals, which partly represent the coordinates of the instantaneous position of the sound head sound emission point 8 relative to the range 23 of light sensitive elements, partly representing the instantaneous angle between the projection 7 of the sound path 30 5 on the surface 3 of the workpiece and the row 23 of light-sensitive elements.

De to kredsløb 25 og 26 er indrettet til at videregive de nævnte nye elektriske signaler i en sådan form, at de er tilpassede som styringssignaler til brug 35 ved registreringen af billederne 16 af forekommende inhomogeniteter 2 i emnet 1.The two circuits 25 and 26 are arranged to transmit said new electrical signals in such a form that they are adapted as control signals for use 35 in recording the images 16 of occurring inhomogeneities 2 in the subject 1.

Et særligt enkelt positioneringssystem opnås, hvis den midterste stråle 19 vælges til at være paral- 10 145649 lel med projektionen 7 af lydvejen 5 på emnets overflade.A particularly simple positioning system is obtained if the middle beam 19 is selected to be parallel to the projection 7 of the sound path 5 on the surface of the workpiece.

Fig. 2 viser en anden udførelsesform for appara-tet ifølge opfindelsen, her blot med anvendelse af tre 5 retliniede rækker 23a, 23b og 23c af lysfølsomme elementer 24a, 24b, 24c, osv. De tre rækker er anbragt i fast forbindelse med emnet 1 og i lysstrålernes plan, og de to af radekerne 23a og 23c er anbragt parallelt med hinanden og i ret vinkel mod den tredie række 23b.FIG. 2 shows another embodiment of the apparatus according to the invention, here only using three rectilinear rows 23a, 23b and 23c of photosensitive elements 24a, 24b, 24c, etc. The three rows are fixedly fixed to the blank 1 and in the plane of the light rays, and the two of the radii 23a and 23c are arranged parallel to each other and at right angles to the third row 23b.

10 De lysfølsomme elementer er for hver række for sig gennem elektroniske registreringskredsløb 25a og regne-kredsløb 26a forbundet med ultralydapparatets styringskredsløb 12.10 The light-sensitive elements are connected to each row individually through electronic recording circuits 25a and calculating circuits 26a to the control circuit 12 of the ultrasonic apparatus.

I dette tilfælde er de faste vinkler 21 og 22 15 mellem lysstrålerne 18, 19 og 20 afpasset således, at de tre lysstråler under den i øvrigt fri føring af lydhovedet træffer hver sin række af lysfølsomme elementer.In this case, the fixed angles 21 and 22 between the light rays 18, 19 and 20 are adjusted such that the three light rays, under the otherwise free movement of the sound head, each have a variety of light-sensitive elements.

Et særligt enkelt positioneringssystem opnås, hvis lysstrålen 19 vælges til at være parallel med pro-20 jektionen 7 på emnets overflade af lydvejen 5, og hvis begge vinklerne 21 og 22 vælges til at være 90°.A particularly simple positioning system is obtained if the light beam 19 is selected to be parallel to the projection 7 on the workpiece surface of the sound path 5 and if both angles 21 and 22 are selected to be 90 °.

Ved enhver øjeblikkelig positon og retning af lydhovedet 4 vil de tre lysstråler 18, 19 og 20 træffe hver sit lysfølsomme element, i det på tegningen 25 viste tilfælde henholdsvis 24a, 24b og 24c. Herved bringes netop disse tre elementer til at afgive elektriske signaler, som opsamles og omformes i de elektroniske registreringskredsløb 25a og regnekredsløb 26a.At any instantaneous positon and direction of the sound head 4, the three light rays 18, 19 and 20 will each take their own light-sensitive element, in the case shown in the drawing 25, respectively 24a, 24b and 24c. In doing so, it is precisely these three elements that emit electrical signals which are collected and transformed in the electronic recording circuits 25a and calculating circuits 26a.

30 Disse to kredsløb er på tilsvarende måde som be skrevet ovenfor i forbindelse med fig. 1 indrettet til ud fra de to trekanter 17, 24a, 24b og 17, 24b, 24c at frembringe nye elektriske signaler til ultralydapparatets styringskredsløb 12, som dels repræsenterer 35 koordinaterne for den øjeblikkelige position af lydhovedets lydudsendelsespunkt 8 i forhold til rækkerne 23a, 23b og 23c af lysfølsomme elementer, dels repræsenterer den øjeblikkelige vinkel mellem lydvejen 5's 11 1A 5 3 A 9 projektion 7 på emnets overflade 3 og rækken 23b af lysfølsomme elementer.These two circuits are similarly described above in connection with FIG. 1 arranged to produce from the two triangles 17, 24a, 24b and 17, 24b, 24c new electrical signals to the ultrasonic control circuit 12, which partly represents the coordinates of the instantaneous position of the sound head sound broadcast point 8 relative to the rows 23a, 23b and 23c of photosensitive elements, in part, represents the instantaneous angle between the projection 7 of the sound path 5 11A 5 3 A 9 on the surface 3 of the workpiece and the row 23b of photosensitive elements.

Ved den i fig. 2 viste udformning af apparatet ifølge opfindelsen opnås der en væsentlig forenkling af 5 de lagrings- og regneoperationer, som skal foretages i de elektroniske kredsløb 25a og 26a, og dermed en tilsvarende forenkling og billiggørelse af disse i forhold til de tilsvarende kredsløb 25 og 26 i apparatet ifølge fig. 1.In the embodiment shown in FIG. 2, the apparatus according to the invention is substantially simplified by the storage and calculation operations to be carried out in the electronic circuits 25a and 26a, and thus a corresponding simplification and lowering thereof relative to the corresponding circuits 25 and 26 of the invention. the apparatus of FIG. First

10 Den anvendte lysgiver 17 kan være en enkelt lyskilde af enhver kendt art, hvis lys opdeles, afskærmes og parallelliseres ved hjælp af kendte optiske prisme-, blænde- og linsesystemer, eller den kan være opdelt i flere separate lyskilder, der gennem hvert sit 15 optiske system udsender hver sin smalle, parallellise-rede lysstråle. Lyskilden kan specielt være en laser af enhver kendt art, som i sig selv udsender et smalt afgrænset parallelt strålebundt.The light emitter 17 used may be a single light source of any known kind, the light of which is divided, shielded and parallelized by known optical prism, aperture and lens systems, or it can be divided into several separate light sources, each of them 15 optical system each emits its narrow, parallelized beam of light. In particular, the light source may be a laser of any known kind, which in itself emits a narrowly delimited parallel beam of radiation.

Ved en særlig hensigtsmæssig udformning af appa-20 ratet ifølge opfindelsen er lysgiveren 17 udformet som en eller flere laserdioder, som udsender lys i det infrarøde bølgeområde.In a particularly convenient embodiment of the apparatus according to the invention, the light emitter 17 is designed as one or more laser diodes which emit light in the infrared wave region.

De anvendte lysfølsomme elementer 24a, 24b, 24c, osv. kan være fotoceller eller fotodioder af enhver 25 kendt art, som er specielt følsomme over for lys i det bølgeområde, som udsendes af den valgte lysgiver 17.The photosensitive elements 24a, 24b, 24c, etc. used may be photocells or photodiodes of any known kind, which are particularly sensitive to light in the wave region emitted by the selected light emitter 17.

Med anvendelse af den kendte teknik til fremstilling af integrerede halvlederelementer og integrerede elektroniske kredsløb vil rækkerne 23 af lysfølsomme 30 elementer f.eks. kunne fremstilles som samlede linealer af smalle afgrænsede elementer, der muliggør den fornødne høje præcision i positionsbestemmelsen.Using the prior art to manufacture integrated semiconductor elements and integrated electronic circuits, the rows 23 of photosensitive 30 elements will e.g. could be made as assembled rulers of narrow bounded elements enabling the required high precision in positioning.

Ved den særlige udformning af apparatet ifølge opfindelsen, hvor lysgiveren 17 er en laserdiode, som 35 udsender lys i det infrarøde bølgeområde, kan rækkerne 23 af lysfølsomme elementer tilsvarende hensigtsmæssigt være udformede som integrerede linealer af fotodioder, som er følsomme netop for infrarødt lys med den af lys- 12 145649 giveren 17 udsendte bølgelængde.In the particular embodiment of the apparatus according to the invention, where the light emitter 17 is a laser diode which emits light in the infrared waveguide region, the rows 23 of light-sensitive elements may similarly be suitably designed as integrated rulers of photodiodes sensitive just to infrared light with the of wavelength emitted by the light emitter 17.

De i fig. 1 og 2 viste apparater er kun illustrerende eksempler på de talrige praktiske former, som er mulige på grundlag af den kendte teknik. Med udgangs-5 punkt i de ved opfindelsen givne principielle anvisninger vil en fagmand, som er fortrolig med teknikken for fremstilling af elektroniske kredsløb og med den kendte teknik for konstruktion af ultralydapparater med simpel indikering eller med registrering af snit- og projek-10 tionsbilleder, kunne udforme apparatet på mange forskellige måder og tilpasse det hensigtsmæssigt til anvendelse i forbindelse med ethvert foreliggende ultralydapparat af den nævnte art.The 1 and 2 are only illustrative examples of the numerous practical forms possible on the basis of the prior art. With reference to point 5 of the principle instructions given by the invention, one skilled in the art will be familiar with the technique of manufacturing electronic circuits and with the known technique for constructing ultrasonic devices with simple indication or with recording of cut and projection images. be able to design the apparatus in a variety of ways and adapt it suitably for use with any available ultrasonic apparatus of the kind mentioned.

Claims

1456 £ 9

An apparatus for use in ultrasound examination with indication or recording of images of internal inhomogeneities (2) in otherwise homogeneous subjects (1) having a substantially flat or slightly curved surface 5 (3), using an ultrasonic apparatus (9) , 12, 13, 14) having at least one angular sound head (4) which can be guided and rotated in a free two-dimensional motion across the surface of the workpiece, thus scanning its interior by transmitting and receiving short-range ultrasonic pulses in directions (5) 10 has a predetermined angle, from 90 °, different angle (6) with the surface of the workpiece, and with means for generating electrical signals representing the position of the sound broadcast point (8) on the workpiece surface and the direction of the sound path (5) projection (7) on the surface of the workpiece, and means (12) for utilizing these signals for indicating or recording images (16) of the inhomogeneities, characterized in that at least one light source is arranged on the sound head (4) is (17) to emit at least three narrow light beams (18, 19 and 20) parallel to the surface of the workpiece (3) parallel to the surface of the workpiece (21 and 22) and with fixed directions relative to the sound head, and in fixed connection with the workpiece (1) and in the plane of the light rays, at least one rectilinear row (23) of light-sensitive elements is arranged, which are connected through electronic recording circuits (25) to rain circuits (26) to produce said electrical signals.

Apparatus according to claim 1, characterized in that one of said light rays (18, 19 or 20) is in the same plane perpendicular to the surface (3) of the workpiece as the sound path (5) and its projection (7) on the surface of the workpiece.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that three light rays (18, 19 and 20) are used, which are directed at each of three rows (23a, 23b and 23c) of light-sensitive elements, the two of which ( 23a and 23c) are perpendicular to the third (23b).