NL7904046A

NL7904046A - Ultra-sone afbeeldinrichting.

Info

Publication number: NL7904046A
Application number: NL7904046A
Authority: NL
Original assignee: Diasonics Inc
Priority date: 1978-07-18
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1980-01-22
Also published as: GB2027197A; IL63023A0; AU4698679A; GB2108267B; FR2431811B1; CA1127750A; JPS5516687A; GB2027197B; AU544671B2; DE2928560A1; US4231373A; FR2431811A1; GB2108267A

Description

i - - •4 I -1- 20680/JF/jl ’£ } i i ï Aanvrager: Diasonics, Inc., Sunnyvale, Californië, de Verenigde Staten van j Amerika.

'•t

Korte aanduiding: Ultra-sone afbeeldinrichting.

5 De uitvinding heeft betrekking op een beeldopwekinrichting voor een ultra soon afbeeldsysteem, alsmede np een behuizing voor een transducent voor een ultrasone afbeeldkop, welke gebruik maakt van ten minste een transducent op afstand aangebracht van een te onderzoeken lichaam,

Recentelijk is er meer nadruk komen te liggen op het gebruik van ultra-10 soon geluid voor het verschaffen van anatomische beelden van zacht weefsel. Deze benadrukking resulteert tot op zekere hoogte uit een openbaar bewustzijn van de gevaren van röntgenstralen en eveneens uit de technische vooruitgang geboekt met betrekking tot de electronica. Voor wat betreft het laatste hebben thans verkrijgbare geïntegreerde schakelingsgeheugens, microprocessoren etc. het verwerken van sig-15 nalen mogelijk gemaakt, welke poging een jaar of tien geleden niet gemaakt zou zijn.

Een van de gebruikelijke thansi commerciëel verkrijgbare afbeeldingssyste-men, maakt gebruik van een enkel transdueentelement welk met de hand wordt bewogen over een gebied van belang voor het verschaffen van een samengestelde B-weergeving.

De stand van de transducent wordt gevolgd middels een relatief complexe inrichting 20 van armen en verbindingen voor het mogelijk maken van het schilderen van de B-weergeving. Deze statische afbeeldtechniek heeft het voor de hand liggende nadeel dat er geen tijdsgetrouwe weergeving wordt verschaft waardoor de beweging van organen kan worden bekeken. Bovendien kost het zelfs een zeer geschoolde bediener ?ijf tot tien seconden voor elk beeld en de behandelingssnelheid van een dergelijk systeem is 25 in het algemeen één patient per uur.

Bij andere ultra-sone aftastsystemen wordt een lineair array van trans-ducenten gebruikt. Bij een commerciële uitvoeringsvorm worden bijvoorbeeld vierenzestig transducenten ondergebracht in een array van vijftien centimeter lang.Deze transducenten worden sequentiëel geadresseerd voor het verschaffen van een B-weergeving zonder 30 beweging van het array. De resulterende enkelvoudige aftastingen bezitten een relatief slechte kwaliteit aangezien de'kleinere transducenten vereist in het array slechtere karakteristieken hebben dan de grotere transducenten. Deze beelden met een kleinere resolutie worden hoofdzakelijk gebruikt bij zwangerschapsverlossingen waarbij slechte beelden kunnen.worden getolereerd.

35 Een afbeeldingskop met een enkele, grotere transducent waarbij de trans-

O

\ 790 40 46 I v -2- 20680/JF/jl s j j ducent op afstand is geplaatst van het liohaam is beschikbaar. De afbeeldkop is ) in staat een breder zichtsveld te verschaffen met een enkele transducent, aange- i i zien de transduceht vrij is te bewegen. De transducent welke is ondergebracht in een zak water welke in contact wordt gebracht met het lichaam ’oscilleert in een 5 oscillerende beweging voor het verschaffen van het toegenomen gezichtsveld. Het wegverplaatsen van de transducent van het lichaam voor het verkrijgen van dit vergrootte zichtsveld brengt andere problemen met zich mee. Bij de transducent op * afstand van het lichaam, kan de terugkaatsing tussen de transducent en het lichaam significant worden. Wanneer bijvoorbeeld de transducent op afstand is geplaatst 10 van het lichaam over een afstand van drie centimeter^kunnen de tweede weerkaatsinr gen afgetast door de transducent resulteren in het optreden van een artifact op zes centimeter beneden de huid. Om dit probleem op te lossen is de transducent op een aanzienlijke afstand van het lichaam gemonteerd,tiyvoorbeeld twintig centimeter.

De daaruit resulterende kop is groot en is dus niet eenvoudig handelbaar. Een ander 15 probleem geïntroduceerd door het bewegen van de transducent van het lichaam af en het gebruik ervan in een met water gevulde zak (flexibel membraan) is dat het beeld wordt verstoord vanwege breking. De geluidsgolven worden verstoord terwijl deze het lichaam via het membraan binnentreden en uittreden. Dit kan niet eenvoudig worden gecorrigeerd aangezien de invalshoek onbekend is wanneer een flexibele zak, 20 welke zich aanpast aan de vorm van het lichaam wordt gebruikt.

Recentelijker is een electronisch bestuurd ultra-soon array gebruikt voor ultra-sone afbeelding. Vele transducenten in het array worden simultaan geadresseerd en elke transducent is gekoppeld via een variabele vertragingslijn voor het verschaffen van een beeld. Dit array werkt op een analoge wijze als een gefaseerd array 25 radar. Deze transducenten worden echter slechts^in een richting scherp gesteld en bevatten vaak ongewenste zijlussen.

De uitvinding beoogt de bovengenoemde nadelen op te heffen en voorziet daartoe in een inrichting welke daardoor wordt gekenmerkt, dat deze omvat: een een kamer»· definiërende behuizing,welke een membraan in contact met een lichaam'-omvat, 10 een aantal transducenten, elk voor het zenden en ortvangen van ultra-soon geluid, welke transducenten elk een zendas hebben, bevestigingsmiddelen gekoppeld aan de behuizing voor het bevestigen van elk van de transducenten voor draaiing in de kamer, rond een draaias welke in het algemeen loodrecht staat op de zendas, aandrijfmiddelen gekoppeld aan de bevestigingsmiddelen voor het draaien van de transducenten rond !5 de draaiassen, zodat de zendassen het membraan kruisen en een vloeistof aangebracht

G

\ 790 4 0 46 I -3- 20680/JF/jl I binnen de ruimte, waarbij terwijl de transducenten draaien een tijdsgetrouw beeld i met een grote resolutie over een groot gezichtsveld wordt verkregen, alsmede in een ? » behuizing, welke daardoor wordt gekenmerkt, dat de behuizing van de transducent om- i vat: een kamer voor het bevatten van een vloeistof en voor het'ontvangen van de trans-5 ducent, een half stijf . membraan voor het verschaffen van een koppeling tussen het lichaam en de kamer en voor het verschaffen van een venster yoor ultra-soon geluid van de transducent, een vloeistof ggdispergeerd in de kamer, van welke vloei-stof de akoestische impedantie ongeveer gelijk is aan de akoestische impedantie van het membraan, waarbij optimale overdracht van het ultra-sone geluid in het lichaam 10 wordt verkregen.

Zoals hierna gedetailleerd zal worden beschreven, verschaft de uitvinding een ultra-sone afbeeldkop welke de voordelen heeft welke zijn geassociëerd met de grotere transducenten met grotere resolutie zonder de nadelen inherent aan de enkele transducent*in statische afbeeldinrichtingen. Deze problemen geassociëerd met 15 de koppen volgens de stand van de techniek waarbij de transducenten op afstand zijn geplaatst van het lichaam worden opgelost.

In het hiernavolgende zal een beeldverkrijgingsinrichting» (kop) voor een ultra-soon afbeeldsysteem worden beschreven. Een aantal transducenten elk voor het ontvangen 'en zenden van ultra-sone golven zijn gemonteerd binnen een kamer welke 20 een lichaam heeft welke contact maakt met een half stijf membraan. De transducenten zijn gemonteerd om te draaien in de kamer elk rond een as welke in hoofdzaak loodrecht staat op de znedas ervan. De transducenten welke onder een vaste hoek met elkaar staan worden arm aangedreven met dezelfde constante draaisnelheid. De kamer waarin de transducenten draaien in gevuld met een vloeistof.

25 De akoestische impedantie van de vloeistof en de verzwakkingseigenschap- pen en de dikte van het membraan worden dusdanig gekozen dat de overdracht in het m lichaam wordt verrijkt en de effecten van weerkaatsing worden geminimaliseerd. Bij de huidige voorkeursuitvoeringsvorm is de akoestische impedantie van de vloeistof ongeveer gelijk aan de akoestische impedantie van het polyethyleenmembraan met een 30 lage dichtheid. De öikte van het membraan komt overeen met een golflengte of met een halve golflengte van de zendfrequentie.

De uitvinding zal nu gedetailleerder worden beschreven aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een algemene perspectivische tekening is van het totale afbeeld-35 systeem, inclusief de onderzoekstafel en console; | 790 4 0 46 ; Γ i I fig. 2 een perspectivische tekening is van de gegevensverkrijgingskop ί volgens de uitvinding; -4- 20680/JF/jl ? fig. 3a een schematische tekening is welke een aantal transducenten toont 4 * alsmede de relatieve oriëntaties ervan binnen de kop van fig.) 2; 5 fig. 3b een schematische tekening is van een enkele transducent, welke de hoek toont gedurende welke-deze wordt-bekrachtigd; fig. 4 een bovenaanzicht van een dwarsdoorsnede van de gegevensverkrij-gingskop is, waarbij de handgreep is verwijderd voor het zichtbaar maken van de on- I , derliggende structuur;' 10 fig. 5 een dwarsdoorsnede is van een eindaanzicht van de kop van fig. 4 in zijn algemeenheid genomen over de verspringende doorsnedelijn 5-5 van fig. 4; fig. 6 een . lengteprofiel is van een enkele transducent gebruikt in de V* huidige voorkeursuitvoeringsverra; fig. 7 dwarsdoorsnede van het uiteinde van de kop op grote schaal is, 15 welke de wijze toont waarop de transducenten zijn gemonteerd binnen de met vloeistof gevulde kamer; > fig. 8 een tekening op vergrote schaal is van een gedeelte van het tus-senschot welke de transducent scheidt in de kamer genomen langs de doorsnedelijn 8-8 van fig. 4; 20 fig. 9 een grafiek is welke wordt gebruikt voor het beschrijven van de overdrachtskarakteristieken van de koppen volgens de stand van de techniek en de inrichting volgens de uitvinding; en fig. 10 een algemeen blokschema is van de verwerkingsschakelingen welke in samenhang met de kop volgens de uitvinding worden gebruikt.

25 Een gegevensverkrijgingskop voor gebruik in een ultra-soon afbeeldsysteem wordt beschreven.In de volgende beschrijving worden verscheidene specifieke details gegeven, zoals hoeken, frequenties, etc., '/voor het verschaffen van een goed begrip van de inrichting volgens de uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn aan vaklui op dit gebied van de techniek dat de uitvinding kan wonden toegepast zonder 30 deze specifieke details. Op andere punten worden bekende componenten en structuren niet gedetailleerd beschreven, ten einde de beschrijving van de uitvinding niet te compliseren door onnoodzakelijke details.

In fig. 1 is allereerst het totaal afbeeldsysteem weergegeven, omvattende de gegevensverkrijgingskop 15 gemonteerd op een draagarm 17. De kop 15 is electrisch 35 geko’ppeld met een console 14. Tijdens de werking wordt een patiënt geplaatst op de \ 790 40 46 " * ί ; -5- 20680/JF/jl tafel 12 en de kop 15 wordt in contact gebracht met het oppervlak waarvoor onderzoek is vereist. De bediener bestuurt het systeem door besturingen gemonteerd op de console 14 en kop 15 en bekijkt het beeld op een kathodestraalbuis of een dergelijke weergever. Zoals duidelijk zal blijken uit de beschrijving van de ultra-5 sone kop 15, wordt*zodra de kop is geplaatst op het lichaam, een B-weergeving ver- «i- kregen zonder beweging van de kop 15. De stand en de beweging van de kop 15 kan worden gespoord voor globale aftastingen door middel van de dragerarmen en verbindingen zoals bekend is.

In fig. 2 is de kop 15 getoond met een handgreep 16, welke het mogeltjk 10 maakt dat de kop éénvoudig kan worden gemanipuleerd. Een aantal drukknoppen 18 zijn aangebracht op de kop voor het mogelijk maken van de keuze van verschillende werkingsmodi. De voorkant van de kop 15 is gebogen uitgevoerd, zoals later in detail zal worden beschreven, om onderzoek van in het bijzonder onder de laatste rib mogelijk te maken. Zoals opgemerkt kan worden uit fig. 2 door de op schaal ge-15 tekende verhouding tussen de grootte van de kop 15 en de hand welke deze beethoud^, is de kop relatief klein, zodat deze eenvoudig kan worden gemanipuleerd.

Zoals getoond in de schematische deeltekening van fig. 3a, maakt de kop 15 in de huidige voorkeursuitvoeringsvorm ervan gebruik van vier identieke ultrasone transducenten 20, 21, 22 en 23. Transducent 20 is eveneens getoond in fig. 6.

20 De transducenten kunnen gewone transducenten zijn, welke in de praktijk worden toegepast voor ultra-sone afbeelding voor het zenden en ontvangen van ultra-sone golven. Bij de huidige voorkeursuitvoeringsvorm hebben de transducenten een nominale werkfrequentie van of 2,25 of 3,5 MHz en een brandpuntsafstand van twaalf centimeter, met een gevoeligheid van 16 dB op de brandpuntsafstand ervan. De transducenten ma-25 ken gebruik van gewone piëzo-eleotrisch materiaal en omvatten een één-kwartgolf lengte epoxy frontplaat aan een zend— en ontvangoppervlak . Dit oppervlak is ge-toond als de oppervlakken 26, 31, 32 en 33 voor de respectievelijke transducenten 20, 21, 22 en 23. Elk van de transducenten zendt en ontvangt ultra-sone golven in de richting van de zendas ervan, zoals de as 25 toont voor de transducent 20.

3° Bij de huidige voorkeursuitvoeringsvorm zijn vier transducenten in lijn gemonteerd binnen de kop 15, op afstand geplaatst vap elkaar welke ongeveer gelijk is aan 32 mm. Elk van de transducenten kan draaien rond een as welke loodrecht staat op de zendas ervan. De transducent 20 kan bijvoorbeeld draaien rond de as 3¾ en overeenkomstig kan transducent 21 draaien rond de as 35. De zendassen van elk van de 35 transducenten zijn onder gelijke hoeken op afstand van elkaar geplaatst. Bij de hui- \ \ 7904046 1 -6- 20680/JF/jl 1 ** I dige voorkeursuitvoeringsvorm met vier transducenten, zijn de zendassen van elke I transducent op 90° afstand geplaatst. Voor de stand getoond in fig. 3a, is de : voorzijde 26 van de transducent 20 naar beneden gericht, de voorzijde 31 van de i t transducent 21 naar rechts gericht, de voorzijde 32 van de transducent 22 naar bo- 5 ven gericht en de Voorzijde 33 van de transducent 23 naar links gericht.

Alle transducenten draaien met een constante, snelheid rond de draaiassen ervan zoals aangegeven door de gestreepte l^jn 37. De relatieve hoekscheiding van 90° tussen de zendassen van de transducenten blijft constant. De zendas, zoals as 25, voor elke transducent valt sequentiëel in op membraan 50. Voor de beschre- 10 ven uitvoeringsvorm, draaien de transducenten met een snelheid van of 75 of 100 omwentelingen per minuut.

Bij deze uitvoeringsvorm zijn de transducenten ongeveer op twee centimeter van het membraan 50 gemonteerd, zodat hun zichtsveld, zoals het gezichtsveld 29, de huidlijn 28 kruist zoals getoond in fig. 3a. Zoals kan worden gezien in fig.

15 3b, wordt elk van de transducenten geactiveerd wanneer de zendas ervan onder een hoek van 30° of minder staat met de loodiijn op membraan 50. Voor de transducent 20 getoond in fig. 3b begint de zend- ( en ontvangst) toestand wanneer de zendas in de stand is getoond voor as 25a en houdt op wanneer de as de stand van as 25 bereikt. Daarna gedurende een periode welke orereenkomt met 30° draaiing, treedt 20 geen zending op. Dit volgend, zal transducent 21 zenden en ontvangen gedurende 60° draaing opnieuw gevolgd door een tijdsperiode welke overeenkomt met 30° zonder uitzending. Daarna pp gelijksoortige wijze zullen transducenten 22 en 23 zenden en ontvangen gedurende de daarmee overeenkomende aan-periode, gevolgd door de activering van de transducent 20, enz.

25 Zoals later gedetailleerder zal wordeft'beschreven, is de hoekstand van elk van de transducenten altijd bekend. De ultra-sone jtfeerkaatsingen geaccepteerd door elk van de transducenten gedurende de tijdsperioden dat deze is geactiveerd, is electrisch begrensd, zodat, bijvoorbeeld, transducent 20 alleen gegevens verschaft voor gebied A, (fig. 3a). Overeenkomstig verschaft transducent 21 gegevens 30 voor gebied B, transducent 22 voor gebied C en transducent 23 voor gebied D,

Bij één werkmodus, door het indrukken van een van de besturing 18 , kan de bediener het gezichtsveld voor de transducent 20 vergroten. Transducent 20 wordt dan bekrachtigt over een grotere hoek dan 60°. Dit is in het bijzonder nuttig wanneer het gekromde gedeelte 39 wordt gedrukt onder de laatste rib. Bij deze werkings- 35 modus, is het grootste gedeelte van membraan 50 met uitzondering van het gedeelte % "t 790 4 0 46 f * 3 u l -7- 20680/JF/jl •i s 3 bij 39 niet in contact met het lichaam. De kop werkt dus dan effectief met een en- \ kele transducent.

* ï

In de fign. 4 en 5 zijn de transducenten gemonteerd binnen de rubberen kamer 46 welke ruimten 60, 61, 62 en.63 omvat voor het ontvarigen van de transdu-5 centen 20, 21, 22-en 23. Verdeelschotten 65 strekken zich uit tussen transducenten 20 en 21, 21 en 22, en 2Ten 23, waardoor de ruimten,worden gedefiniëerd. De rubberen kamer 46 is vervaardigd uit een gfluidsabsorberend rubber welk bij de huidi- . 4.

ge voorkeursuitvoeringsvorm een akoestische impedantie heeft welke ongeveer gelijk is aan de impedatle van de vloeistof 68 welke de kamer vult. Op deze wijze treden 10 de ultra-sone geluidsgolven binnen de kamer eenvoudiger binnen in de verdeelschot-ten en kunnen dus worden verzwakt.

Zoals getoond in fig. 8, zaagvormige of getande oppervlakken welke verder behulpzaam zijn bij’ het dempen van geluid. Het binnenoppervlak van de kamer 46 heeft eveneens een dergelijk getand oppervlak voor het verschaffen van een ge-15 luidsdodende kamer. Het doel van de rubberen kamer 46 en de verdeelschotten 65 is het dempen van teraggekaatst ultra-soon‘geluid binnen de kamer hetgeen weerkaatsingen aanzienlijk reduceert.

De kamer 46 is gemonteerd aan een metalen orgaan 45 welke stijfheid verschaft aan de rubberen kamer en een bevestigingsoppervlak voor een motor 43 en 20 een mechanisch codeerorgaan 44. De motor 43 omvat een riemschijf 57 welke is gekoppeld met een riemschijf 58 door een riem 71. Zoals te zien in fig. 5 is de riera- schijf 58 gemonteerd.op een as 72 welke as een riemschijf 56 en het codeerorgaan 44 omvat.

Elk van de transducenten zoals de transducenten 21 getoond in de fign.

25 5 en 7 zijn gemonteerd op een tweedelige as 5$-- Deze as strekt zich uit van een wand van de kamer 46 via de tegenoverliggende wand waar deze eindigt in een riemschijf en een "slipring,,-inrichting. Een gesloten riem strekt zich uit van de riemschijf 56 in samenwerkende koppeling met de riemschijven 52 en 53 (fig. 4). De riem 66 loopt over leirol 46 in samenwerkende koppeling met de riemschijven 54 en 30 55. De riemschijven kunnen geripte groeven hebben voor het koppelen met een gerip- te riem voor het verzekeren dat de 'vier transducenten en het codeerorgaan direct blijven gekoppeld zonder gevaar voor slippen. Hoeknauwkeurigheden van ongeveer 1/10 van een graad worden bereikt. De electrische uitgang van het codeerorgaan 44 verschaft een digitaal signaal aangevend de stand van elk van de transducenten met een 35 nauwkeurigheid van 1/10 van een graad.

i. 790 4 0 46 a I ^ ‘s a i I -8- 20680/JF/jl .1 $ h Zoals getoond in fig. 7 is de transducent 21 gemonteerd binnen een oog

Ti J (boss") 89 welk is gekoppeld met de assen 59. Een verbindingslip 86 van de trans- ducent is electrisch gekoppeld met de as voor het verschaffen van aarde. De andere ' verbindingsklem 85 is gekoppeld via het centrum van de holle»as met een met kwik- 5 gevulde kom 78. Een stationaic contact 81 strekt zich uit in het kwik. Een leiding 83 is verbonden met het stationaire contact 81 voor het mogelijk maken van elèc- trisch cortact via de "slip ring"-inrichting met de verbindingslip 85. Opgeraerkt * zij dat roterende transformators op andere^middelen kunnen worden gebruikt in plaats van de getoonde "slip ring"-inrichting.

10 De as 59 wordt gedragen voor draaing door een draagorgaan 75 in de "slip ring"-inrichting. De vloeistof 68 wordt gehouden in de kamer bij de as 59 door een dynamische afsluiter 74. Bij de huidige voorkeursuitvoeringsvorm omvat, de as 59 bij het oppervlak Jè spiraalvormige groeven welke de vloeistof terugpompen in de kamer.

15 Het oppervlak van de kop 15 welke in contact is met het lichaam bestaat uit een in hoofdzaak stijf membraan 50.sZoals getoond in fig. 5, is het membraan 50 afsluitend gekoppeld met de benedenoppervlakken van de kamer 46 voor het definiëren van een volume waarin de vloeistof 68 wordt gehouden. Zoals duidelijk is draaien de transducenten binnen de vloeistof. Zoals getoond in fig. 3a wordt zelfs of-20 schoon het membraan 50 half stijf ie, nauw contact tussen het membraan en de huid 28 eenvoudig gemaakt vanwege de algemeen buigzame aard van het lichaam.

Er bestaan vele voordelen bij het gebruik van een relatief dik (bijvoorbeeld 40 mils) half stijve membranen. Volgens de stand van de techniek is het gebruik van dergelijke dikke membranen verlaten· ten gunste van zeer dunne membranen 25 van ongeveer 1 mil vanwege akoestisch overwegingen, welke zullen worden beschreven aan de hand van fig. 9· De dikkere membranen zijn gemakkelijker af te sluiten, zodat het behouden van de vloeistof in de kamer een kleiner probleem wordt. Deze membranen zijn duidelijk duurzamer en worden gedurende gebruik niet gauw beschadigd.

Een ander voordeel van een half stijf of stijf membraan is dat de hoek 30 tussen het membraan en het transdueentgestel vastligt. Daardoor is de invalshoek van de geluidsgolven op het membraan altijd bekend.(ender aanneming dat de stand van de transducent bekend is). Opgemerkt zij dat het niet het geval is wanneer een transducent is ondergebracht in een met water gevulde zak vwelke zich vormt naar de vorm van het lichaam. Aangezien de hoek van inval altijd bekend is, kan compen-35 satie voor breking worden verschaft zoals dit geschiedt in het thans geschreven Φ ^790 40 46 \

t X

-9- 20680/JF/jl I systeem. Een opzoektabel in de vorm van een dood geheugen verschaft een omzetting * tussen de optredende hoek van een echo en een feitelijke hoek van de echo. Deze ΐ correctie is duidelijk beter wanneer de zendas onder een hoek van 30° staat met de loodlijn en neemt af tot 0 wanneer de zendas loodrecht staat op het membraan.

5 De vergelijking-voor de overdrachtscoëffieiënt bij een gegeven frequen tie f voor overdracht via eerrmembraan 50 kan worden geschreven als: 4z z · * ' *t=-;------- +:ZT )2Cos.2 (*1 + (ZM + -¾2 si»2 10 waarin ZB de akoestische impedantie van het lichaam is, ZT de akoestische impedan- β “ 2Tr f1 tie van de vloeistof, Z^ de akoestische impedantie van het membraan is, k = — en 1 = de dikte van het membraan (V„ = de snelheid van het geluid in het mem- m braan). Een grafiek van 1 -(terugkaatsing3coëfficiënt) tegen de frequentie re- 15 sulteert in de curve welke in zijn algemeenheid is getoond door curve 91 van fig.

9. Dit beschouwing van deze curve en de4 hierboven3taande vergelijking is duidelijk dat de lagere reflectie optreedt wanneer de dikte van het membraan gelijk is aan λ n j (kl = ntö. De curve 91 toont echter dat de relfextiekarakteristieken op andere-frequenties dan de centrumfrequentie (bijvoorbeeld f^, f2, etc.) zeer slecht zijn.

20 Aangezien de transducent kenmerkend een frequentieband verschaft, zullen vele van deze frequenties niet worden gezonden door het membraan , maar terug worden gekaatst in de kamer. Merk de scherpe karakteristieken op getoond bij de curve 91 voor frequenties boven en beneden de centrumfrequentie» Om deze reden wordt< in het algemeen aangenomen dat een zeer dun membraan de laagste reflexiekarakteritieken ver-25 schaft. Deze karakteristieken zijn getoond bi^ de curve 93, welke bijvoorbeeld een dun flexibel membraan kan voorstellen van bijvoorbeeld 1 mil.

Door het uitvoeren van een brede bandanal/se van de bovengegeven vergelijking en door het beschouwen van verscheidene,raembraanmaterialen, is geconcludeerd dat een dik membraan met voordeel kan worden gebruikt door een juiste aanpassing 30 van ZM en Z^. De terugkaatsingskarakteristieken voor gie gekozen combinaties zijn in het algemeen getoond door curve- 92. De overdracht-is constanter over een breder brand. De gemiddelde terugkaatsingscoëfficiënt is kleiner voor deze combinatie dan bijvoorbeeld voor curve 91.

Bij de huidige voorkeursuitvoeringsvorm is polyethyleen en in het bijzon-35 der · polyethyleen met een lage dichtheid gekozen als het membraanmateriaal. De dikte 9 γ90 4 0 46 * * i Λ i 'ί * 1 -10- 20680/JF/jl ΐ

J

‘j \ van het materiaal komt overeen met een halve golflengte of een gehele golflengte bij de eentrumfrequentie van de transducent. Bij een uitvoeringsvorm heeft het membraan een dikte van 40 mil en is daardoor in hóofdzaak stijf. De Z.. voor dit

M

polyethyleen met een lage dichtheid ligt ongeveer tussen 1,8 en 2,0. Bepaald is 5 geworden dat de akoestische impedantie van de vloeistof 68 ongeveer gelijk dient te zijn aan die van het membraan. Een emulsie en een mengsel is gevonden dat voldoet aan deze vereisten met niet-giftige^vloeistoffen.

Een mengsel van 48 volume % van een derivaat van polyethyleenoxyde en propyleenoxyde, 19 volume % glycerol en 28 volume % water, plus 5 volume % van 10 een anti-schuimmiddel (SURFONIC N-95), verschaft de gewenste akoestische impedantie van ongeveer 1,7 tot 1,8. Dit mengsel verschaft eveneens voldoende verzwakking voor terugkaatsing bij 2,25 MHz. Bij 3,5 MHz wordt een mengsel van 40 volume % van een derivaat van polyethyleenoxyde en pro:yleenoxyde, 19 volume % glycerine, 36 volume % water en 5 volume % Surfonic (N-95)gebruikt. Dit laatst genoemde mengsel heeft 15 ongeveer dezelfde impedantie maar verschaft daarentegen de juiste verzwakking voor deze hogere frequentie. »

Een emulsie bestaande uit 33 % water, 33 % glycerol en 33 % ricinusolie met een "tweening"-middel blijkt eveneens de gewenste akoestische impedantiever-zwakking te verschaffen.

20 Door gebruikmaking van het dikke membraan van polyethyleen tezamen met een vloeistof met een akoestische ompedantie welke ongeveer gelijk is aan dat van het membraan, optimaliseerd de overdracht in het lichaam. Vanwege deze overdracht, is de verzwakking van het ultra-sone geluid door de vloeistof, en de geluidsdodende kamer, weerkaatsing geen picbleem. Om deze reden behoeft de transducent niet zo ver 25 weg van het lichaam gemonteerd te worden zoals yereist is bij koppen volgens de stand van de techniek (het aantal transducenten, zoals de vier welke worden gebruikt in de huidige voorkeursuitvoeringsvorra van de uitvinding verschaffen het vergrote zichtsveld).

De signalen van de vier transducenten kunnen verwerkt door een willekeurig mid-30 del van een aantal bekende middelen voor weergeving op een kathodestraalbuis pf voor opneming.In fig. 10 is een algemeen 'blokschema getoond* van de verwerking toegepast bij de kop 15.

De vier transducenten 20, 21, 22 en 23 zijn opnieuw getoond in fig. 10.

Een klem van elk van deze transducenten is gekoppeld met een multiplexer 95. De an-35 dere klem is gekoppeld met de aarde. Multiplexer 95 maakt het mogelijk dat de zender n w I 790 4 0 46 i > n £ * f i Ί ] -11- 20680/JF/jl * i | 97 en ontvanger 98 sequentiëel kunnen worden gekoppeld aan elk van de vier trans- ΐ ducenten wanneer deze worden bekrachtigd op de hierboven beschreven wijze. De zen- i der 97 verschaft de ultra-zone pulsen van 2,25 of 3,5 MHz. Deze pulsen zijn ken merkend 300 volt en worden rechtstreeks gekoppeld met de transducenten welke een 5 nominale impedantie· hebben 'van ongeveer 50 ohm» De terugkereiïde ultra-sone geluidsgolven afgetast door deze transducenten worden gekoppeld door de lijn 101 met de ontvanger 98. Deze teruggezonden pulsen variëren kenmerkend in het bereik tussen » L· 100 millivolt en 10 microvolt. De ontvanger ,98 omvat eveneens een tijd-versterkings-besturingsorgaan welke de versterkingsfactor van de ontvanger variëert voor het ver-10 schaffen van extra versterking voor de laat ontvangen teruggezonden pulsen, zoals gebruikelijk is.'

De motor 43 en het codeerorgaan 44 zijn gekoppeld getoond met de transducenten voor het aandrijven van de transducenten met een constante snelheid zoals is aangegeven door de streeplijn 37· Het codeerorgaan 44 welke de positieinformatie 15 verschaft van de transducenten is gekoppeld met een aftastformaatbestuurder 100.

De uitgang van de ontvanger 98 Vordt doorgelaten naar een laag doorlaat-filter 102 en daarna toegevoerd aan een analoog naar digltaalomzetter 103. In de omzetter 103 worden de signalen bemonsterd en omgezet in 8-bits digitale woorden in het geval Van de huidige voorkeursuitvoeringsvorm. Bik van deze woorden is gekop-20 peld met een ingangsverwerker 106. In de ingangsverwerker, wordt een aantal bekende functies uitgevoerd, inclusief gegevensweging, filteren, openingscorrectie en een logaritmische compressie. De uitgang van de verwerker 106 zijn 6-bits woorden welke zijn gekoppeld met het vrij toegankelijk geheugen 108 welk het "beeldgeheugen" wordt genoemd. Dit geheugen is in de huidige voorkeursuitvoeringsvorm een 512 x 512 25 x 6 geheugen en verschaft 6-bitspixels voor het«*weergeven van de beelden. De uitgang van het geheugen is gekoppeld met een uitgangsgegevensverwerker 120 welke een grijze schaalcorrectie uitvoert. De verwerker 120 is gekoppeld met een digitaal naar analoogomzetter 121 voor het omzetten van een digitale signalen in geschikte videasignalen voor een weergever 123 of voor een cameramonitor 124.

30 De aftastformaatbestuurder 100 bestuurt de zender 97 en de ontvanger 98.

Zoals opgemerkt tweet de bestuurder de stand ' van dë transducenten uit de signalen toegevoerd door het codeerorgaan 44. De bestuurder in samenhang met het schijf-adresbesturingsorgaan 110 trekt in wezen vectoren in de digitale ruimten welke over e.enkomen met de beelden afgetast door de transducenten. Deze fectoren worden gebruikt 35 voor het verschaffen van adressen aan de beeldgeheugenbestuurder 110. Terwijl dus Γ 790 40 46

.V

1 ' ··· 1 i ^ -12- 20680/JF/jl η i Ρ de transdueenten draaien en signalen ontvangen welke worden verwerkt voor opslag § in het geheugen 108, worden tegelijkertijd adressen opgewekt voor het mogelijk maken dat de ontvangen signalen worden opgeslagen op de juiste plaats in het ge-heugen. Eveneens het schijfadresbesturingsorgaan 100 verschaf£ de hiervoor ge- 5 noemde brekingscorrectie.

Bij de huidige voorke*ursuitvoeringsvorm omvat de digitale computer 113 een LSI-11-2 microprocessor,een 4K RAM en «een 8K besturingsgeheugen (ROM) De com-puter 113 communiceerd.via een tweerichtingsgegevensbus 114 en met verscheidene eenheden in het systeem zoals een bestuurder 100 en 111 , sehrijfadresgeheugenor- 10 gaan 110, frontpaneel 116 en een schijfopnemer 118. De computer 113 wordt gebruikt voor het uitvoeren van een aantal huishoudfunoties en voor het uitvoeren van arith-metische functies inclusief het middelen van gegevens opgeslagen in het gehéugen 108 en het mogelijk maken van een samenstellingsaftasting.

Aldoende is een afbeeldkop voor. een ultra-soon afbeeldsysteem beschreven.

15 De kop omvat een aantal transdueenten welke met een constante snelheid draaien op een vaste hoekverplaatsing ten opzichte van elkaar. De transdueenten worden ondergedompeld in een vloeistof welke een akoestische impedantie heeft welke ongeveer gelijk is aan de impedantie van het half stijve membraan welke dient voor het behouden van de vloeistof binnen de kop. Dit membraan omvat in de huidige voorkeursuitvoerings- 20 vorm polyethyleen en is een halve golflengte of een golflengte dik. De afbeeldkop verschaft een tijdsget,rouw beeld met een grote resolutie.

25 . .

-conclusies- * Θ

A

790 40 46

Claims

1. Beeldopwekinrichting voor een ultra-soon afbeeldsysteem, met het kenmerk, dat deze omvat:egn een kamer definiërende behuizing,welke een membraan in con- 5 tact met een lichaam omvat-, een aantal transducenten, elk voor het zenden en ontvangen van ultra-soon geluid,*~weIke transducenten elk een zendas hebben, bevestigingsmiddelen gekoppeld aan de behuizing voor het bevestigen van elk van de transducenten voor draaing in de kamer, rond eeh draaias welke in het algemeen loodrecht staat op de zendas, aandrijfmiddelen gekoppeld aan de bevestigingsmiddelen voor 10 het draaien van de transducenten rond de draaiassen, zodat de zendassen het membraan kruisen en een vloeistof aangebracht binnen de ruimte, waarbij terwijl de transducenten draaien een tijdsgetrouw beeld met een grote resolutie over een groot gezichtsveld wordt verkregen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de transducenten 15 worden gedraaid met een constante draaisnelheid.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de zendassen van de transducenten onder hoeken op afstand van elkaar zijn geplaatst <pnder een vaste, vooraf bepaalde hoek.

•4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het membraan een 20 dikte heeft welke ongeveer gelijk is aan λ, waarbij λ de golflengte van het ultrasone geluid van de transducent in het membraan is.

5.· Inrichting volgens conclusie-1, met het kenmerk, dat het membraan een dikte heeft welke ongeveer gelijk is aan ^ , waarbij λ de golflengte is van het ultra-sone geluid van de transducent in het membraan.

6. Inrichting volgens conclusie 4 ofJji, met het kenmerk, dat het membraan in hoofdzaak stijf is.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het membraan polyethyleen omvat.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de wanden van de 30 kamer zijn gevormd uit een ultra-soon geluiddodend materiaal.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het "kenmerk, dat de kamer verdeel-schotten omvat aangebracht tussen de transducenten.

10. Behuizing voor een transducent voor een ultra-sone afbeeldkop, welke gebruik maakt van ten minste een transducent op afstand aangebracht vaneen te on- 35 derzoeken lichaam, met het kenmerk, dat de behuizing van de transducent omvat: V 790 4 0 46 ** i i t -14- 20680/JF/jl een kamer voor het bevatten van een vloeistof en voor het ontvangen van de trans-ducent, een half stijf membraan voort het verschaffen van een koppeling tussen het lichóam en de kamer en voor het verschaffen van een venster voor ultra-soon geluid van de transducent, een vloeistof gedispergeerd in de kamer, van welke vloei-' 5 stof de akoestische impedantie ongeveer gelijk is aan de akoestische impedantie van •te het membraan, waarbij optimale overdracht van het ultra-sone gèluid in het lichaam wordt verkregen. ’ t

11. Behuizing volgens conclusie 10, met het kenmerk, dót het membraan een dikte heeft welke ongeveer gelijk is aan ^ , waarbij λ de golflengte van het 10 ultra-sone geluid in het membraan is.

12. Behuizing volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat het membraan een dikte heeft welke ongeveer gelijk is aan λ , waarbij λ de golflengte is van ultra-soon geluid in het membraan.

13. Behuizing volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat het membraan 15 polyethyleen omvat.

14. Behuizing volgens conclusie 13» met het kenmerk, dat het mengsel een mengsel van propyleenoxyde en ethyleenoxydederivaat en glycerol omvat.

15. Behuizing volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de vloeistof een emulsie omvat van water, glycerol en ricinusolie. 20 Eindhoven,-mei 1979. 25 <*· m-' 30 35 c I 7904046