NL8003770A - Schakeling voor het verwerken van de door in b-type echografie gebruikt mozaik van ultrasoontransducenten opgevangen signalen. - Google Patents

Description

PHF 79/545 1 Ν.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Schakeling voor het verwerken van de door in B-type echo--> grafie gebruikt mozaïk van ultrasoontransducenten opgevangen signalen.

De uitvinding heeft betrekking op een schakeling van echosignalen die volgend op een reeks van uitgezonden ultrasoonpulsen worden geproduceerd door een mozaïk van elektro-strictieve ultrasoontransducenten, dat gevormd wordt 5 door enerzijds n eerste elektroden die volgens evenwijdige lijnen aangebracht zijn op een der hoofdoppervlakken van een plaatje elektrostrictief materiaal, en die onafhankelijk van elkaar kunnen worden gepolariseerd, en anderzijds 2p tweede elektroden die aangebracht zijn volgens een configuratie van evenwijdige lijnen die loodrecht staan op de eerst genoemde n lijnen en elk waarvan verbonden is met een uitgangsver-binding.

De onderzoeksystemen via ultrasoonechografie waarbij gebruik wordt gemaakt van een mozaïk van ultrasoontrans-15 ducenten verdeeld over een aantal lijnen en kolommen van een matrixconfiguratie zijn bekend en reeds vele jaren in gebruik. * (zie in het bijzonder de franse octrooiaanvrage Nr. 7 537 929)

Het is eveneens bekend dat wanneer voor het vervaardigen van het mozaïk een elektrostrictief materiaal wordt gebruikt, 20 dat wil zeggen een materiaal dat slechts een signaal aflevert wanneer het vooraf gepolariseerd is, de fabricage van het mozaïk veel eenvoudiger is. Wanneer n het aantal lijnen en p het aantal kolommen van het mozaïk aanduiden en wanneer er telkens slechts één lijn wordt gepolariseerd, volstaat het 25 (n + p) verbindingsdraden te gebruiken voor het ontvangen van (nx p) verschillende signalen, daar iedere kolom het signaal ontvangt dat correspondeert met de transducent die zich op het snijpunt bevindt van deze kolom en de gepolariseerde lijn.

Een successieve polarisatie van telkens een van de 30 n lijnen maakt het mogelijk alle transducenten van het mozaïk uit te lezen.

800 3 7 70 < PHF 79/545 2

In de hierboven reeds vermelde franse octrooiaanvrage wordt triglycinesulfaat (TGS) vermeld als elektrostric-tief materiaal dat geschikt is voor het realiseren van het mozaïk.

5

Het verwerken van de door middel van een ultrasoon- echograaf verkregen signalen wordt veelal toevertrouwd aan een computer die het mogelijk maakt hetzij achteraf een synthetische focussering te verrichten van de signalen diedoor de computer progressief worden opgeslagen in een geheugen, ^ hetzij een reconstruktie te verrichten van het beeld van het onderzochte gedeelte volgens een der reconstruktiealgorith- men die tegenwoordig beschikbaar zijn. De uitvoering van deze werkwijzen vereist echter relatief veel tijd en is dus moeilijk toelaatbaar voor echografische onderzoeken waarvan het 15 resultaat onmiddellijk beschikbaar moet zijn, zoals onderzoek van een levende foetus, van een pulserend hart, enz. In het bijzonder mag het voordeel van een B-type echografisch onderzoek dat principieel sneller wordt verricht dan een C-type onderzoek door het feit dat bij iedere uitzending een 20 volledige lijn van het onderzoekvlak wordt afgetast, niet verloren gaan door het gebruik van een te trage methode voor het verwerken van de tijdens het onderzoek verkregen resultaten.

Het doel van de uitvinding is een schakeling te 25 verschaffen voor het verwerken van de signalen die gedurende een B-type echografisch onderzoek afkomstig zijn van een mozaïk van elektrostrictieve ultrasoontransducenten, welke schakeling het mogelijk maakt om snel een beeld met variabel focus te verkrijgen.

30 De uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de uitgangsverbindingen symmetrisch paarsgewijze met elkaar verbonden zijn, en dat de op die wijze verkregen p verbindingen via p afzonderlijke wegen die ieder een versterker en een variabele vertragingslijn bevatten, verbonden zijn met de p 35 ingangen van een eerste opteller, en dat via een keten van vertragincplijnen de uitgang van de eerste opteller verbonden is met de respectieve ingangen van q parallel variabele 800 3 7 70 * PHF 79/545 3 vertragingslijnen waarvan de uitgangen verbonden zijn met de respectieve q ingangen van een tweede opteller, waarbij de vertragingnen van de met de ingangen van de eerste opteller verbonden variabele vertragingslijnen zodanig bestuurd worden, 5 dat deze vertragingslijnen het equivalent vormen van een eerste cylindrische ultrasoonlens waarvan de as evenwijdig is met de tweede elektroden, terwijl de vertragingen van de met de ingangen van de tweede opteller verbonden variabele vertragingslijnen zodanig bestuurd worden dat deze vertra- 10 gingslijnen het elektrisch equivalent vormen van een tweede cylindrische ultrasoonlens waarvan de as evenwijdig is met de eerste elektroden. De vertragingen van de variabele vertragingslijnen die verbonden zijn met de ingangen van de eerste en tweede optellers worden zodania gestuurd dat deze vertra-15 gingslijnen het elektrisch equivalent vormen van een eerste cylindrische ultrasoonlens en van een tweede cylindrische ultrasoonlens waarvan de assen evenwijdig zijn met de tweede, respectievelijk de eerste elektroden, en waarvan de brandpunt-afstand groter wordt. Het door de tweede opteller afgeleverde 20 signaal correspondeert met een B-type gefocusserd echograaf-signaal.

De uitvinding wordt nader beschreven aan de hand van een tekening die een signaalverwerkingsschakeling volgens de uitvinding toont.

25

De in figuur weergegeven schakeling 1 die bestemd is om te wordm gebruikt in een echografisch systeem met tweedimensicnele focussering is aangebracht aan de uitgang van een mozaïk 2 van elektrostrictieve ultrasoontrareducenten waarvan de struktuur als volgt is. Het actieve materiaal dat 30 in het beschouwde voorbeeld bijvoorbeeld bestaat uit een rechthoekig plaatje 3 van triglycinesulfaat (TGS), draagt op een van zijn hoofdoppervlakken, namelijk oppervlak 4a, een stel van n evenwijdige eerste elektroden EL^, EL^..,.EL .

Iedere elektrode kan onafhankelijk verbonden worden met een 35 polarisatieschakeling 5 door middel van een schakelaar CL^ tot CLn ( die voor de duidelijkheid van de figuur aangeduid zijn als mechanische onderbrekers) die bestuurd wordt volgens 800 3 7 70 4 PHF 79/545 4 een geschikte aftastsequentie. Telkens wordt slechts een van de genoemde schakelaars gesloten (CL^, daarna CL^+^, enz, volgens een bepaalde geometrische volgorde. Op zijn tweede hoofdoppervlak 4b draagt het TGS-plaatje 5 een stel van 2p 5 evenwijdige tweede elektroden EC^,.....l°oc*recht staan op de elektroden EL, en EL en die elk verbonden r ln zijn met een uitgangsverbinding GS^....CS2p.

Deze configuratie heeft als resultaat dat op een bepaald ogenblik, de uitgangsverbinding van een willekeurige 10 tweede elektrode EC. uitsluitend het signaal aflevert dat opgevangen is door de transducent die zich op het kruispunt van deze elektrode en de op dat ogenblik gepolariseerde eerste elektrode EL. bevindt.

Volgens de uitvinding zijn de uitgangsverbindingen 15 CS^ tot CS2p van de tweede elektroden symmetrisch en paarsgewijze met elkaar verbonden, te weten de uitgangsverbinding CS^ met de uitgangsverbinding CS2p, de uitgangsverbinding CS2 met de uitgangsverbinding C^p ^,..., de uitgangsverbinding CSj met de uitgangsverbinding CS2p j+^· °P die wijze 20 verkregen p verbindingen CR^ tot CRp zijn via p afzonderlijke evenwijdige wegen die ieder een versterker en een variabele vertragingslijn ARV^ bevatten (waarbij k varieert van 1 tot p), verbonden met de p ingangen van een opteller 10. De uitgang van deze opteller 10 is via een keten van (q-1) vast 25 ingestelde vertragingslijnen LRF^....LRF ^ verbonden met de ingangen van q variabele vertragingslijen BRV^ tot BRV^ die parallel staan. De vertraging van iedere vertragings- lijn LRF. tot LRF . is in dit geval gelijk aan de reciproke j. q—j* waarde van de herhalingsfrequentie van de uitgezonde ultra-30 soonpulsen, hetgeen betekend, dat vanuit de onderzochte zone binnenkomende ultrasone bundels verwerkt worden, die loodrecht staan op het mozaïk 2. Het is echter eveneens mogelijk, dat de genoemde vertraging een waarde heeft die kleiner of groter is om op die wijze bundels volgens een schuine 35 richting (en niet meer onder 90°) toe te laten, waarvan de invalshoek bepaald is door de keuze van deze waarde. De uitgangen van de q vertragingslijnen B R V ^ tot B R V ^ zijn ver- 800 3 7 70 PHF 79/545 5 Λ bonden met de respectieve q ingangen van een tweede opteller 20 die aan zijn uitgang het nuttig signaal van het echografisch systeem met twee-dimensionale focussering ter be-5 schikking stelt, dat \i/il zeggen het signaal dat wordt gebruikt voor het vormen van het B-type echografisch beeld.

De lineaire aftasting van het beeld is mogelijk dankzij het stel schakelaars CL·. De onderzochte lijnen zijn evenwijdig indien de ultrasoonherhalingsperiode constant is, wanneer zulks niet het geval is, vormen de onderzochte lijnen onderling een bepaalde hoek, en wordt het onderzochte gebied trapeziumvormig.

De door de vertragingslijnen ARV. tot ARV gerea-

^ P

liseerde vertragingen worden zodanig bestuurd dat het eerste gedeelte van de schakeling voor het verwerken van de ultra-soonsignalen, namelijk het gedeelte dat zich tussen de uit-gangsverbindingen CS^ tot CS2p en de uitgang van de eerste opteller 10 bevindt, het elektrisch equivalent vormt van en de rol vervult van een cylindrisch ultrasoonlens waarvan de 20 as evenwijdig is aan de tweede elektroden. Deze-lens, bewerkstelligt de focussering in één richting van de opgevangen ultrasoonsignalen met een regelmatig groter wordende brandpuntsafstand om op die wijze echo's van verschillende diepte op te vangen. Deze brandpuntsafstand is gelijk aan ct/2 in-25 dien c de voortplantingssnelheid is van het geluid in de weefsels terwijl t de na de uitzending verlopen tijd aanduidt. Evenzo worden de door de vertragingslijnen BRV^ tot BRV^ gerealiseerde vertragingen zodanig bestuurd dat het tweede gedeelte van de schakeling voor het verwerken der ultrasoon-30 signalen, namelijk het gedeelte dat zich tussen de uitgang van de eerste opteller 10 en de uitgang van de opteller 20 bevindt, het elektrisch equivalent vormt en de rol vervult van een tweede cylindrisch ultrasoonlens waarvan de as evenwijdig is aan de eerste elektroden, welke lens de focussering 35 in de tweede richting bewerkstelligt van de opgevangen ultrasoonsignalen met een regelmatig groter worden brandafstand (eveneens = ct/2).

Bij de B-ype echografie leidt het niet focusseren 800 3 7 70 PHF 79/545 6 i -.4 bij het zenden tot het optreden van secundaire lobben die sterker geprononceerd zijn dan in C-type echografiesystemen. Het is dan ook mogelijk de uitgezonden ultrasoonbundel scherper te richten door, volgens een eerste uitvoeringsvorm van 5 de uitvinding, met een aantal transducenten gelijktijdig te zenden, door, volgens een tweede variant van de uitvinding, deze lobben te onderdrukken door het aanbrengen van een regelbare verzwakker in serie tussen de uitgang van iedere variabele vertragingslijn en de korresponderende ingangen van de optellers. Het is eveneens mogelijk een smallere uitgezonden bundel te verkrijgen door het TGS-plaatje te reserveren voor de ontvangstfunktie βην?°<ϊβ uitzending een plaatje van bijvoorbeeld loodzirconiumtitanaat (PZT) te gebruiken, dat precies boven het TGS-plaatje aangebracht is. Dit PZT-15 plaatje dat smaller is dan het TGS-plaatje produceert een bundel waarvan de verstrooiing kleiner is.

Volgens een mogelijke variant van de uitvinding wordt de schakeling geheel digitaal uitgevoerd vanaf de uitgang van de eerste opteller 10. Daartoe volstaat het aan de 20 uitgang van deze opteller een analoog-digitaal omzetter aan te brengen. Men profiteert daarmee van de grotere betrouwbaarheid van de digitale verwerking van signalen.

Bovendien is de construktie van digitale vertragings- lijnen eenvoudiger dan die van analoge vertragingslijnen.

25

Er wordt verder opgemerkt dat het gebruik van de hierboven beschreven schakeling mogelijk is ongeacht het gebruikte elektrostrictieve materiaal. Daar de Curietempera-tuur van TGS ongeveer 49° bedraagt en de aanwezigheid vereist enerzijds van een inrichting om het materiaal ongeveer 30 op deze temperatuur te houden, en anderzijds van een inrichting voor het thermische beschermen van de onderzochte patient (bijvoorbeeld een rubberwand), kan het voordelig zijn ofwel de samenstelling van het triglycinesulfaat te wijzigen om de Curietemperatuur er van te verlagen tot bijvoorbeeld 35 o 37 , ofwel andere materialen te gebruiken waarvan de Curietemperatuur ongeveer gelijk is aan de omgevingstemperatuur.

800 3 7 70

Claims (2)

1. Schakeling voor het verwerken van echosignalen die volgend op een reeks van uitgezonden ultrasoonpulsen worden geproduceerd door een mozaïk van elektrostrictieve ultrasoontranducenten, dat gevormd wordt door enerzijds n c eerste elektroden die volgens evenwijdige lijnen aangebracht zijn op een der hoofdoppervlakken van een plaatje elektro- strictief materiaal, en die onafhankelijk van elkaar kunnen worden gepolariseerd, en anderzijds 2p tweede elektroden die aangebracht zijn volgens een configuratie van evenwijdige 10 lijnen die loodrecht staan op de eerst genoemde n lijnen en elk waarvan verbonden is met een uitgangsverbinding, met het kenmerk, dat de uitgangsverbindingen (CS.) symmetrisch n J paarsgewijze met elkaar verbonden zijn, en dat de op die wijze verkregen p verbindingen (CR. ) via p afzonderlijke wegen die ieder een versterker (A^) en een variabele vertra-gingslijn (ARV^) bevatten, verbonden zijn met de p ingangen van een eerste opteller (10),en dat via een keten van (q-1) vertragingslijnen (LRF, . . .LRF^ ^) de uitgang van de eerste opteller (10) verbonden is met de respectieve ingangen van 20 q parallele variabele vertragingslijnen (B-RV^, . ...BRV ) waarvan de uitgangen verbonden zijn met de respectieve q ingangen van een tweede opteller (20), waarbij de vertragingen van de met de ingangen van de eerste opteller (10) verbonden variabele vertragingslijnen (ARV, ) zodanig bestuurd worden,

25 K dat deze vertragingslijnen het equivalent vormen van een eerste cylindrische ultrasoonlens waarvan de as evenwijdig is met de tweede elektroden (EC.), terwijl de vertragingen van de met de ingangen van de tweede opteller (20) verbonden variabele vertragingsli jnen (BRV^,....BRV ) zodanig bestuurd worden dat deze vertragingslijnen het elektrisch equivalent vormen van een tweede cylindrische ultrasoonlens waarvan de as evenwijdig is met de eerste elektroden (EL^).

2. Schakeling volgens conclus'ie 1, met het kenmerk, dat de vertraging gerealiseerd door de vertragingslijnen ge (LRF^ ,...LRF ^) die aangebracht zijn aan de uitgang van de eerste opteller (10) gelijk is aan de reciproke waarde van de herhalingsfrequentie van de uitgezonden ultrasoonpulsen. 800 3 7 70 Art / / / ? // / /L t / // / / 7 (CU 7 \ \ l/'^3 ^j///A^-C2? / cS'i'y Z—-r-y\ λ\^\ \ Z----/ / a xC$2p \ / / / \ // \ tf*W / \ \ / ( <C#V> \ ( L ri ^ \ Λι ·\ΙΝ\γ 9 \ vm γ \ \ k u \V^ J ^-¾ tWj \ \_P \ Γ^' U v \ \A '— -—η *¥ \ y- ‘ 20A^t/_^—0 \