NL8204334A

NL8204334A - Met variabele ultrasone frequentie werkend afbeeldstelsel.

Info

Publication number: NL8204334A
Application number: NL8204334A
Authority: NL
Original assignee: Stanford Res Inst Int
Priority date: 1982-03-09
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1983-10-03
Also published as: DE3234916A1; GB8306459D0; GB2117905A; GB2117905B; CA1189946A; IT8347860A0; JPS58157455A; IT1170317B; US4442713A; FR2523326A1

Description

N.0. 31 «333 ΐί 1

Met va^aÊeia jiltrasoïi« frequentle «erkend afbeeldstelsöl.

De uii^nding^heeft bedekking op een met variabele ultrasone fre* quenties «^kex^ ^ébeeldsteasel en beoogt een betere beeldkwaliteit te 5 verkrife^ifet iie^^3dj2ender betreft de uitvinding de werkingswijzen van ultrasone omzetter#, die bij dergelijke afbeeldapparatuur worden toege- :-:.,¾ .-,¾ : ï -------1,- v- . papt»

Hat gepruik vön ultrasone geluidsgolven bij inrichtingen voor het analyseren imn vaste voorwerpen vorm thans een algemeen bekende en rela-10 tief ver optwU&elde techniek. Bij dergelijke inrichtingen wordt een stelsel va# ultrasone omzeèterelementen toegepast teneinde ultrasone ''Λ :' ff - f golven in het vborWerp te Penden, terwijl echo’s van de golven worden ,fp^· -·!^·;3«ν#-·'Af gebruikt vo§# hêt interen,· van de geometrie en daarmee verband houdende eigespcbgppep Vpn het Inwendige van het voorwerp* Dergelijke ultra-15 sone afbeeMihriehtingeu zijn bijzonder nuttig gebleken voor medische ei'*. -.¾ /-: ;^Slr'vf Si;·· ' ψ-_ toepasalnge^ al» niet binnea|tringend diagnoseinstrument. De stand van de technici kap voor dit soort medische toepassingen worden gevonden in bijvoorbeeld "Hfedical Ultrasonic Imaging^, van Havlice en Taenzer, Pro-ceedings of the IEÈË, deel Sft Nr. 4, april 1979, blz. 620 tot 641.

20 Zoals in het bovengenoepade artikel wordt opgemerkt zijn de tegen woordig beschikbare,, met elektronische aftasting werkende medische ultrasone: afbeeldinrichtingen op twee principes gebaseerd: lineaire met stappen werkende stelsels en (lineair) gefaseerde stelsels. Bij de lineaire met stappen werkende stelsels heeft elke groep van ultrasone omzet-25 terelementen in het stelsel een vaste bundelrichting direkt voor het groepelement. Op elkaar volgende groepen van omzetterelementen worden geaktiveerd teneinde een rechtlijnig gezichtsveld te verkrijgen. In het (lineair) gefaseerde stelsel worden alle ultrasone omzetterelementen in het stelsel gelijktijdig geaktiveerd, maar worden vertragingslijnen met 30 verschillende lengte gebruikt teneinde de ultrasone golven volgens een sektoraf tas ting te richten en soms voor het fokusseren van de ultrasone golven tot in een speciale diepte van het sektorgezichtsveld.

Verder is het bij de techniek van deze ultrasone afbeeldinrichtingen bekend de apertuurafmeting te vergroten met vergroting van de brand-35 puntsafstand bij een vaste werkfrequentie, teneinde de beeldresolutie te vergroten, zoals bijvoorbeeld wordt beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 4.180.790 (Thomas) en 4.180.791 (Tiemann). Er blijft echter nog behoefte bestaan aan een vergroting van de beeldresolutie bij dergelijke met ultrasone trillingen werkende inrichtingen, teneinde bin-40 nendringende diagnosemethoden, zoals bij het maken van angiogrammen vol- 8204334 2 ledig te vervangen door niet binnendringende ultrasone afbeeldmethoden, onder vergroting van de hoeveelheid diagnostische informatie met behulp van deze ultrasone technieken.

Het is algemeen bekend, dat er een demping optreedt van de hogere 5 frequenties van de ultrasone signalen als de signalen dieper in het weefsel binnendringen. Dit veroorzaakt een netto frequentieverschuiving naar beneden van de gemiddelde transmissiefrequentie af en dit resulteert weer in een beeldverslechtering.

Een benadering die gebruikt is om de verslechtering van de resolu-10 tie met vergroting van de brandpuntsdiepte bij de bekende stelsels zo laag mogelijk te houden stelt voor elektrische hoogdoorlaatfilters te gebruiken voor het tegenhouden van excessieve laagfrequente informatie van de signaalecho's afkomstig van het inwendige van een te analyseren voorwerp, en op deze wijze de centrale frequentie van de waargenomen 15 signalen weer naar boven te dwingen naar de transmissies of uitgangsfre-quentie. Dit vormt een povere oplossing diep in het beeld, omdat de meeste signaalenergie zich in de lagere frequenties bevindt en hoogdoorlaatfilters derhalve het netto signaal aanzienlijk reduceren. Het resultaat hiervan is een belangrijke achteruitgang van de signaal/ruisverhou-20 ding.

Een van de doeleinden van de onderhavige uitvinding is derhalve het verschaffen van een met ultrasone trillingen werkende afbeeldinrichting, waarbij de werkparameters van de inrichting worden gewijzigd voor lage frequenties, die het gevolg zijn van demping door een te analyseren 25 voorwerp van de door de inrichting waargenomen ultrasone signalen.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een met ultrasone trillingen werkende afbeeldinrichting, waarin een aantal om-zetterelementen, gebruikt voor het bepalen van een transmissier* en een ontvangapertuur wordt gevarieerd, afhankelijk van de centrale frequentie 30 van de waargenomen ultrasone signalen.

Bovengenoemde en hiermee verband houdende doeleinden worden bereikt met behulp van de hier beschreven, nieuwe en met ultrasone trillingen werkende afbeeldinrichting. Inrichtingen volgens de onderhavige uitvin*· ding omvatten een stelsel van omzetterelementen voor het uitzenden van 35 ultrasone signalen met een eerste vooraf bepaalde centrale frequentie in een te onderzoeken voorwerp, onder gebruikmaking van de door het voorwerp gereflekteerde uitgezonden signalen. In het voorwerp worden de ultrasone signalen gereduceerd naar een tweede centrale frequentie, die lager is dan de eerste centrale frequentie als gevolg van demping door 40 het voorwerp, zoals wordt waargenomen door de inrichting, na reflektie 8204334 r 3 door t^seB^La^toEt of discontinuïteiten., die op een. gegeven diepte in het voopwei|| zj^, gelegen. |r treedt een verschillende tweede centrale ->S ·: :.-0 : * 'f . ~ -¾ frequente j|p ^for^ êche*» ifkoastlg van elke diepte in het voorwerp. Middelen zijn £^a^|sloten v^or het kiezen van een aantal omzetters in 5 het stelsel^ voor ^t uitzesËen en/of ontvangen van ultrasone signalen gebaseerd op de tweede centrale frequentie. Het aantal omzetters voor het uitzenden en/of ontvangen van de ultrasone signalen wordt verhoogd als de tweede centrale frequentie afneemt, wat betekent dat het aantal aldus gekozen omzetters zal toenemen als een inrichting die bij een vas-10 te eerste vooraf bepaalde centrale frequentie uitzendt dieper weg van de inrichting in het te analyseren voorwerp wordt gefokusseerd. Het aantal van dergelijke omzetters, gekozen op basis van de tweede centrale frequentie van de ultrasone signalen, zoals door de inrichting wordt waargenomen, zal verschillen van het aantal omzetters, dat gekozen zou zijn 15 op basis van uitsluitend de fokusseringsdiepte, overeenkomstig de stand van de techniek. De tweede centrale frequentie kan zelf door de inrich** ting worden waargenomen en het aantal gekozen zendende omzetters, of een aangenomen tweede centrale frequentie kan als een funktie van de fokus** seringsdiepte worden gebruikt voor het kiezen van het aantal zendende 20 omzetters. Het aantal ontvangende omzetters kan op dezelfde wijze worden gekozen. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt zowel het aantal zendende als het aantal ontvangende omzetters aldus gekozen, maar het resulterende aantal van elk behoeft niet hetzelfde te zijn* Op** merking vergilent^ d£tt de laagste gebruikte centrale frequentie zowel af-25 hangt van dit fr^uentie-afhalkelljke demping door het weefsel als van de bij het zendpn êjn qjptvangen gebruikte elektrische filtertechnieken.

Het bovenstaande, de daérmee verband houdende doeleinden, voordelen f-. - en andere bij zonderheden van de uitvinding zullen thans in een gedetailleerde besc^ijtiiiig nader worden toegelicht, aan de hand van de tekenin** 30 gen. *' ;·

Fig. I toont een zijaanzicht van een conventioneel lineair, met stappen werkend stelsel, dat bij de onderhavige uitvinding kan worden toegepagt. ^ /

Fig. 2 toont grafisch frequentiespektra ter toelichting van de 35 onderhavige -uitvinding.

Fig. 3 toqpt In een bl#kschema een afbeeldinrichting voorzien van het stelsel fig. 1.

Fig. 4 toont een bloksehema van een andere inrichting volgens de onder!^^ge;:^i t||a^ag .

40 Fig.· 5/toeSfe. een bloksojhema van weer een andere inrichting volgens / "ft i' . - i' * 4 de onderhavige uitvinding.

In fig. 1 is een lineair met stappen werkend stelsel 10 weerge?* geven, dat bij de onderhavige uitvinding kan worden toegepast. Het stel*· sel 10 is geplaatst voor het afbeelden van een deel 12 van een menselijk 5 lichaam. Het deel 12 heeft een rechtlijnige vorm omdat op elkaar volgende groepen omzetterelementen 14 in het stelsel 10, een deel van de groe*· pen is respektievelijk aangegeven met de accoladen 16, 18 en 20, van links naar rechts door het stelsel 10 stappend worden geaktiveerd, zoals weergegeven, voor het bepalen van een rechtlijnig gezichtsveld 13 van 10 het stelsel 10.

Opmerking verdient, dat elke groep 16, 18 en 20 van omzetterelemen* ten 14 aangegeven in fig. 1 hier drie omzetterelementen 14 bevat. Zoals hierna nog meer uitvoerig wordt toegelicht zal het aantal elementen 14 van elke groep 16, 18 en 20 worden gewijzigd, afhankelijk van de cen-13 trale frequentie van ultrasone signalen, die door de omzetterelementen 14 worden waargenomen, als gevolg van demping door het te onderzoeken lichaam. De centrale frequentie van de waargenomen ultrasone signalen zal steeds lager zijn dan de frequentie van de ultrasone signalen uitgezonden door de elementen 14 en wel als gevolg van deze demping. Het ver-20 schil tussen de centrale frequentie van de ultrasone signalen zoals waargenomen en de centrale frequentie van de uitgezonden ultrasone signalen hangt af van hun penetratiediepte in het lichaam 12 voordat zij worden gereflekteerd. Terwijl dus de uitgezonden ultrasone signalen dieper in het lichaam 12 worden gefokusseerd treedt er een aanzienlijke af*-25 name op van de centrale frequentie van de waargenomen ultrasone signalen.

Fig. 2 toont een geïdealiseerde voorstelling van spektra 21 en 23 van uitgezonden respektievelijk ontvangen ultrasone signalen, verkregen met het omzetterstelsel 10. Aangezien een naar verhouding grotere dem*· 30 ping van het zendspektrum (0 cm in het lichaam 12) optreedt bij hogere frequenties, is zijn centrale frequentie fc^ hoger dan de centrale frequentie fc2 van het spektrum 23, dat op een diepte van 4 cm in het lichaam 12 is gereflekteerd.

Voor een goed begrip van de uitvinding zullen enkele mathematische 35 samenhangen worden besproken, die de aard van de demping bepalen. De om4· zetters 14 in fig. 1 leveren ultrasone signalen, waarvan voor de eenvoud wordt aangenomen, dat zij een Gauss-frequentieresponsie bezitten, zoals ontvangen na reflektie terug naar de omzettere, zoals door de volgende vergelijkingen kan worden aangegeven: 8204334 5 W·..............................................' ............ F?: f(f) - Δ e"a(f"f°^2 (1) 5 waarin A : o* constante V(£) * retourspanningsresponsie jËgt., » centrale frequentie van ontvangsignaal ® ; * i (In 4)/{Af)^ M * -3 dB veile bandbreedte 10

In vergelijking (1) wordt geen demping in het weefsel verondersteld .

Vergelijking (1) kan werden uitgedrukt in termen van een fractio- %' - -¾. Af nele bandbreedte» die gelijk is aan ^ en wel als volgt: , 15 . ΐ -tin») tf-fn)2 (2) V«>-Ae V <Bf0)2 20 De demping van de signalen die optreedt bij transmissie door het lichaamsweefsel 12 kan worden benaderd door een verliesfaktor, die evenredig is met de frequentie, en wel op de volgende wijze:

Verlies (dB) =» K . f (MHz) * 2 . diepte (cm), waarin K varieert van 0,6 dB/cm/MHz tot 1,2 dB/cm/MHz 25 in bepaald zacht weefsel.

Dit amplitudeverlies kan op de volgende wijze exponentieel worden geschreven: A(f d) » ^0,23 X x f(MHz) x diepte (cm) ^ 30 -V.: >

Een van de voerdelen van de onderhavige uitvinding is dat er geen elektrische fil|§i^rking voor de uitgezonden of ontvangen signalen noodzakelijk is* Oöler aanname dat deze filterwerking achterwege blijft, kunnen de viergelijikngen (2) en (3) worden gekombineerd voor het ver- 35 krijgen van .liet retoursignaal als funktie van de frequentie en de diepte in het weefl^.jjpm voor élke fokusseringsdiepte de waargenomen centrale frequentie ' vladen moet de resulterende vergelijking worden gediffe rentieerd, ftjv®@tbeeld» η * 6 [V(f,d)J * o. Hieruit volgt f , = fn - 0.083 x K(dB/cm/MHz) x diepte (cm) centraal υ 5 o o <4> x B2 x f02

In vergelijking (4) is f ^ , nooit kleiner dan 0.

centraal

Fig. 3 toont in een blokschema een uitvoeringsvorm van het elek-10 tronische deel voor het bedienen van een lineair, met stappen werkend stelsel volgens fig. 1, met toename van het aantal elementen in elke groep 16, 18 of 20, gebaseerd op de afname van de centrale frequentie van de uitgezonden ultrasone signalen, zoals waargenomen door de inrichting na reflektie door het deel 12 (fig. 1) van een menselijk lichaam of 15 een ander te onderzoeken voorwerp. Elk element 14 van het stelsel 10 is door middel van een geleider in de kabel 24 verbonden met een van de zend/ontvangschakelaars 26 voor het sturen van de zend- of ontvangmodus van de elementen 14. De zend/ontvangschakelaars zijn verbonden met een kruispuntschakelmatrix 28 door kabel 30, waarbij het aantal lijnen in de 20 kabel 30 ook gelijk is aan het aantal (Nx) elementen 14 in het stelsel 10. De kruispuntschakelmatrix 28 is via kabel 34 verbonden met voorver-sterkers 32. Het aantal (Nr) ontvangvoorversterkers aangegeven met 32, komt overeen met het maximum aantal elementen 14 in de groepen 16, 18 en 20 van het stelsel 20. Aangezien dit aantal elementen Nr toeneemt met 25 het afnemen van de centrale frequentie van de ultrasone signalen als gevolg van demping in het te onderzoeken voorwerp, zoals door de inrichting wordt waargenomen, wordt Nr bepaald door de maximum grootte van de signaaldemping die bij gebruik van de inrichting wordt verwacht. Via kabel 36 zijn de voorversterkers 32 verbonden met de vertragingslijnen 30 35. Het aantal lijnen in de kabel 36 en het aantal vertragingslijnen 35 is weer gelijk aan Nr. De vertragingslijnen 35 kunnen als gebruikelijke digitale vertragingslijnen worden uitgevoerd. De vertragingslijnen 35 zijn met sommeerschakellngen 38 verbonden via kabel 40, die weer Nr lijnen bevat. Via lijn 44 zijn sommeerschakellngen 38 met de signaalver^· 35 werkingsschakelingen 42 verbonden. De signaalverwerkingsschakelingen 42 zijn op hun beurt via lijn 48 aangesloten op de aftastconvertorschakelingen 46. Deze aftastconvertorschakelingen zijn via lijn 52 verbonden met de weergeefinrichting 50. Deze weergeefinrichting 50 kan een normale videomonitor zijn.

40 De zenders 60 zijn via kabel 64 verbonden met de kruispuntschakel- 8204334 1' 7

; : g. ' <g-g- ..-/'- · X

matrix 42. Het aantal (N^) zenders voorgesteld met 60 wordt bepaald door het aantal elementen 14 binnen de groepen 16, 18 en 20 van het stelsel 10 gebruikt voor het zenden van signalen naar het te analyseren voorwerp* Omdat Nt toeneemt op dezelfde wijze als bij Nr, gebaseerd 5 op signaaldemping, kunnen Nt en Nr gelijk in aantal zijn maar ook verschillend in aantal. De kruispuntschakelmatrix 62 wordt gebruikt voor het kiezen van de elementen 14 voor het uitzenden van de door zender 60 opgewekte signalen* De kruispuntschakelmatrix 62 is via kabel 66 verbon*· den met de zendr en ontvangschakelaars 26, met hetzelfde aantal lijnen 10 als het aantal (Nx) elementen 14 in het stelsel 10. Voor het sturen van de werking van sommige funktionele blokken in de inrichting is een centrale stuurinrichting 70 via stuurlijnen 72, 74, 76, 78 en 80 respek-tievelijk verbonden met de kruispuntschakelmatrix 28, de vertragingsr lijnen 35, de aftastconvertor 46, zenders 60 en kruispuntschakelmatrix 15 62* De stuurinrichting 70 kan voor het verkrijgen van voldoende snelheid in de vorm van hardware worden uitgevoerd, maar ook worden verwezenlijkt met behulp van een geïntegreerde schakeling in een gebruikelijke microprocessor, zoals een Intel 8086 of Motorola 68000. De stuurlijnen 72 en 80 leveren elementkiesinstrukties aan de kruispuntschakelmatrices 20 28 en 62. De signaallijnen 74 en 78 leveren vertragingsstuursignalen aan de vertragingslijnen 34 en de zenders 60, teneinde de ultrasonesignalen in.de inrichting te fokusseren. De stuurlijn 76 levert passende signalen voor het omzetten van informatiesignalen in weergeefsignalen.

Miet uitzondering van de keuze van het aantal Nt zendomzetters 14 25 en het aantal BTr ontvangoma^tters 14 in de groepen 16, 18 en 20 van het stelsel 10, gebaseerd op signaaldemping, werkt de inrichting volgens // .. \·. ^ : iv;j j fig. 2 op dè gebruikelijke wijze. De signaaldemping kan ofwel werkelijk worden gemeden en het aantal Nt en Nr kan op die basis dynamisch worden gesteurd^ maar ook kaai in de inrichting een veronderstelde sig-30 naaldemping worden, opgenomen en kan het aantal Nt en Nr worden gevarieerd op/bas$s 'fan de aangenomen demping gekorreleerd met de fokus*

Fig· 4"jjfeoeeÉ: φη iets meer gedetailleerd blokschema van een andere ultrasone a^beeldinrichting volgens de onderhavige uitvinding. Het stel*- > - - ,/'/'ί - -ï 35 sel 100 omvèt qftzetterelementen 104, die in elkaar overlappende groepen - '."A-V ' -·- !*£' H.: I.st'· " r ·

106, 108 en JL10 zijn opgesteld zoals in de fig. 1 en 2. Elk element 104 van het stelsel 100 is via Sen lijn 114^*1 tot 114^-X verbonden met een zend/ontvan^schakelaar 116^1 t/m lló^X. Elke zend/ontvangschakelaar 116-1 tot 116^X Is Via een lijn 118rl tot 118-X verbonden met zendpuls-40 schakei^^e^ l^^^Ot llO-X^ De zend/ontvangschakelaars 116-1 t/m 116-X

,» i 8 zijn eveneens via lijnen 122-1 t/m 122-X verbonden met voorversterkers 124-1 t/m 124-X. De voorversterkers 124*1 tot 124¾ zijn op hun beurt via lijnen 126-1 t/m 126-X aangesloten op digitale vertragingslijnen 128-1 t/m 128-X. De digitale vertragingslijnen 128-1 t/m 128¾ zijn door 5 lijnen 130-1 t/m Ί30-Χ verbonden met sommeerschakelingen 132. De som* meerschakeling 132 zijn via lijn 134 verbonden met s ignaal verver king s * schakelingen 136. Deze signaalverwerkingsschakelingen 136 zijn via lijn 138 aangesloten op aftastconvertorschakelingen 140, die op hun beurt weer zijn verbonden met een videoweergeefinrichting 144 via lijn 142.

10 De centrale stuurinrichting 150 is via lijnen 152*1 tot 152¾ ver- bonden met elk van de zendpulsschakelingen 120rl tot 120¾. De centrale stuurinrichting 150 is via stuurlijnen 154*1 tot 154¾ verbonden met elke digitale vertragingslijn 128-1 tot 128¾. De stuursignaallijnen 152-1 tot 152¾ leveren zendvertragingsstuursignalen aan de zendpuls-15 schakelingen 120*1 tot 120¾. De stuurlijnen 154-1 tot 154¾ zenden ont* vangvertraagstuursignalen naar de vertragingslijn 128*1 tot 128-X. De centrale stuurinrichting 150 is bovendien via stuurlijn 156 verbonden met de aftastconvertor 140. Als de stuurinrichting 150 als microprocessor is uitgevoerd kan in een leesgeheugen (ROM) een passend stuurpro-20 gramma voor het uitvoeren van de stuurfunkties worden opgeborgen.

De in fig. 4 weergegeven inrichting verschilt van de inrichting volgens fig. 3 daarin, dat de zendpulsschakelingen 120-1 t/m 120*X, de voorversterker 124-1 tot 124-X en de vertragingslijnen 128-1 tot 128¾ in volledig parallelle vorm zijn uitgevoerd. Door deze konstruktie kan 25 het stelsel volgens fig. 4 ofwel werken volgens de onderhavige uitvinding, ofwel volgens de techniek aangegeven in het bovengenoemde artikel van Wilson "Frequency Controlled Hybrid Ultrasonic Imaging Arrays". Volgens de onderhavige uitvinding kan onder alle omstandigheden een deel van de omzetters 104 als zenders werken en een deel als ontvangers, 30 waarbij het aantal omzetters 104 in elke groep 106, 108, 110 wordt geko* zen op basis van de waargenomen signaaldemping.

Zowel de uitvoeringsvorm van fig. 3 als die van fig. 4 kan werken met een vaste zendbrandpuntsafstand, een zwaaiontvangbrandpuntsafstand en met dynamische fokussering of met zone-zend* en -ontvangfokussering 35 en dubbele dynamische fokussering.

Bij de werking van een stelsel volgens de fig. 3 en 4 wordt onder aanname van een zendfrequentie van 10 MHz, het ultrasone signaal bij benadering gedempt zoals is weergegeven in de hierna volgende tabel, gebaseerd op het bovenbesproken mathematische verband.

8204334 , ; I 9

, Tabel I

dempfakcor fcentraal fcentraal 5 ,1 ...;.· ;; / . bi j 2 cm bi j 4cm '2-0t| (dB/ca/MHz) (MHz) (MHz) 40 . t 0,3 7,9 5,8 .40 1,0 7,3 4,7 40 " 1,2 6,8 3,6 10 ’ 50 ' 0,1 6,7 3,4 50 1,0 5,9 1,7 50 ,1 , 1,2 5,0 0,04

Bi| aesg; bandbreedte van. bijvoorbeeld 40% (wat geldt voor een goede 15 afbeeldomzet^er); es. een weef|eldemping van 1,0 dB/cm/MHz moet de werking van het stelsel bi^ een centrale frequentie van 7,3 MHz optimaal zijn bij 2 cm en bij een centrale frequentie van 4,7 MHz bij 4 cm.

Als de frequentie daalt neemt de bundelbreedte van elk element bij benadering toe met 1/frequentie, zodat het aantal elementen dat effek-20 tief kan worden gebruikt eveneens bij benadering met deze faktor toer neemt. Het aantal te gebruiken elementen is in de hierna volgende tabel II weergegeven.

Tabel II

. 25

Diepte e (Aantal gebruikte elementen) bestaand ontwerp* nieuw ontwerp 2 cm 9 12 4 cm 15 32 30 * Toename elementen evenredig met de fokusseringsafstand.

Bij een volledig stelsel kan dit soort analyses worden uitgevoerd op elke diepte voor een stelsel met kontinue fokussering of in elke 35 plaatselijke zone voor een stelsel met zonefokussering.

lig. 5 toont een deel van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarin een ringvormig stelsel 200 wordt gebruikt voor het zenden en ontvangen van de ultrasone signalen teneinde met de inrichting een beeld v§p. eé|i te onder zoekenvoorwerp te vormen. Het ringvormige stelsel 40 200 omvat dé elementen 202*·| t/m 202 ^X, elk respektievelijk verbonden 10 met de geleiders 214-1 t/m 214-X. Een mechanisch aftastmechanisme 204 is met het ringvormige stelsel 200 verbonden, zoals aangegeven bij 206, waardoor het stelsel 200 op een gebruikelijke wijze aftast voor het vormen van een beeld* De resterende delen van het systeem waarin het ring** 5 vormige stelsel 200 wordt toegepast zijn weergegeven in fig. 4.

Tijdens de werking vindt er een variatie plaats van het aantal elementen 202-1 t/m 202-X van het stelsel 200 gekozen voor het zenden en/of ontvangen van dé ultrasone signalen voor het vormen van het beeld van het voorwerp, en wel afhankelijk van de frequentiedemping van het uitge-10 zonden ultrasone signaal in het voorwerp, ofwel zoals gemeten, ofwel zoals aangenomen bij het ontwerp van het systeem. Bij een lineair stelsel neemt het aantal elementen 202-1 t/m 202-X toe met toenemende diepte in het te onderzoeken voorwerp.

Hierna volgt een listing van een programma voor het berekenen van 15 de centrale frequentie van een ultrasoon spektrum bij een gegeven diepte in het weefsel, welke listing kan worden gebruikt bij het kiezen van een aantal zend- en/of waarneemomzetterelementen overeenkomstig de uitvin*· ding. Het programma is geschikt voor een minicomputer van het type Digital Equipment PDP 11/40.

20 5 ! PEAK

10 ! TISSUE ATTEN EFFECT ON CENTER FREQ 20 INPUT "ATTEN (DB/CM/MHZ)",A 40 ? ? "" 50 ? "D", "FR", "RMAX” 25 100 FOR D=0 TO STEP .5

103 KM = O

105 FOR FR=.25 T0 15 STEP .25 110 A1».0496.(FR-9.75).(FR**9.75) 120 A2=*.23.A.FR.D 30 130 R-EXP(-A1-A2) 140 IF R KM THEN RM=R:FM=*FR 150 NEXT FR 155 ? ""

160 ? D.FMjRM 35 170 NEXT D

De hierna volgende listing vormt een programma voor een bureaucom- puter van het type Hewlett-Packard HP-85, waarmee ultrasone spektra kunnen worden uitgezet bij verschillende diepten in het weefsel, welk programma verder geschikt is voor het kiezen van een aantal zend- en/of 40 waarneemomzetter's overeenkomstig de uitvinding.

8204334 11 ppr -

100 GOSUB 1000 INIT 110 GOSUB 2000 1 INPUT 120 GOSUB 4000 i PLOT SET-UP 130 GOSUB 3000 I CALCULATE&PLOT 5 140 GOSUB 5000 I COPT

160 GOTO 110 1000 1 INIT

1010 F0*10 l MHz XDUCER CENTER FREQ 1020 Fl-0 i MIN FREQ 10 1030 F2*15 I MAX FREQ

1040 F3*.25 1 AF 1050 Bl*40 ZBANDWIDTH 1060 B=B1*.01 I FRAC BANDWIDTH 1070 K*.6 i dB/cm/MHz 15 1080 Zl*ó 1 DEPTH INTO TISSUE(cm)

1090 Z2*l ï ΔΖ FOR PLOTTING 1100 CLEAR

1110 DISP "DATE" ® INPUT D9sji 1999 RETURN 20 2000 I INPUT

2005 CLEAR

2010 DISP "F*";F0;"MHz XDUCER FREQ" 2020 DISP "B=";B1;”2BANDWIDTH" 2030 DISP "Ke";K;"dB/cm/MHz" 25 2040 DISP "ZMAX=";Zl;"cm DEEP"

2050 DISP @ DISP

2060 DISP "TSPE,VALUE";® INPUT T$,V 2070 IF T$»"F" THEN F0=V 2080 IF T^=”B” THEN B1=V @ B*.01*B1 30 2090 IF Tif="K" THEN K=V

2100 IF T$*"Z" THEN Z1=V 2110 IF T^="0M THEN RETURN 2120 GOTO 2005 2999 RETURN

35 3000 I CALCULATE

3003 FOR Z»0 TO Z1 STEP Z2

3007 PENUP

3008 Q=0 3010 FOR F=F1 TO F2 STEP 13 40 3020 A»-K*F*2*z 8204334 12

3030 T=-12*((F-F0)/(B*F0)) 2 3040 L=A+T

3050 IF L>Y1 THEN PLOT F,L @ Q*1

3055 IF LCY1 AND Q 0 THEN LABEL VAL$(Z) @ PENUP @ Q*2 5 3060 NEXT F

3065 IF Q#2 THEN IHOVE .25,0 0 LABEL VAL$(Z)

3070 PENUP 3080 NEXT Z 3999 RETURN

10 4000 1 PLOT SET-UP

4010 CLEAR 4020 GCLEAR 4040 Yl=-80 ï YMIN 4050 Y2=0 YMAY

15 4060 SCALE F1-1,F2+1,Y1-10,Y2+10 4070 XAXIS Y1,1,F1,F2 4080 XAXIS Y2,1,F1,F2 4085 XAXIS -40,1,F1,F2 4090 YAXIS F1,10,Y1,Y2 20 4100 YAXIS F2,10,Y1,Y2 4110 YAXIS 5,10,Y1,Y2 4115 YAXIS 10,10,Y1,Y2 4120 FOR F=1 TO F2 STEP 5 4130 MOVE .95*F,Yl-10 @ LABEL VAL^(F)

25 4140 NEXT F

4990 PENUP

4999 RETURN

5000 1 COPY

5005 PRINT "DATE IS ";D9ijs @ PRINT 30 5010 PRINT "XDUCER FREQ»";F0;"MHz" 5020 PRINT "BANDWIDTH*”;BI;" 5030 PRINT K;"dB/cm/MHz" 5040 PRINT "DEPTHS FROM 0 TO";Zl;"cm"

5050 PRINT @ PRINT 35 5060 GRAPH @ COPY

5070 PRINT @ PRINT @ PRINT @ PRINT @ PRINT 5999 RETURN

8204334 I 1'K: ^ 13- .

Inhetbov&ashaande is de uitvinding toegelicht aan de hand van ' ,jfw '· ' *ï : ·· -Z .

ultrasone ajlbeeldaiiparatuur yoor bet bereiken van de genoemde doelein-den» Wat betreft bet in stappen merkende stelsel van de fig. 3 en 4, hiermee kau-eeu verbeterde beeldresolutie worden verkregen door vergro” 5 ting van de,apei!^uo^:afmeting'op basis van de afname van de centrale frer quentie doo^ sl|haaldemping«^Bij de benadering volgens de stand van de techniek wc^dt jLn s®n dergelijk systeem het aantal elementen, die de apertuura£^&in|[be;palaa slethts vergroot in evenredigheid met de fokus-seringsdiep||i - Se resolutie wordt bij elke diepte konstant veronder*· 10 steld, omda|t de centrale frequentie onafhankelijk van de diepte wordt ’· -j- ί · · "?· - "'-t- % geachte Omdat echter de ceaatrale frequentie in werkelijkheid in het beeld af neemt neemt; ook de fieiteli jke resolutie bij de bekende systemen met teepaoei#an de diepte in.het beeld af.

Integ^stSllittg hiermee biedt een vergroting van de apertuur door :. 'I;. - 'Z.

15 toename van, het. aantal omzhtterelementen in elke stapgroep omgekeerd it - Sïj . -ijlt . φ £ evenredig. n||t de signaalafnéotó het behoud van een hoge beeldresolutie bij diepe fekusaering. let Ml teren van het signaal kan achterwege blij” ven en de sELgnhal/piisverhofding behoeft niet achteruit te gaan. Dit” zelfde principe ispp gelijke wijze van toepassing bij lineaire stelsels II - '-H-' ijl· 20 die met lagere frequentie wérken, bijvoorbeeld bij een zendfrequentie van 3,5 MHz voor het aftasten van de onderbuik. Het principe kan ook worden toegepast bij een ringvormig stelsel door toepassing van een grote groep ringvormige omzetterelementen diep in het beeld, gekozen op basis van reduktie van de centrale frequentie door signaaldemping* 25 Het spreekt verder vanzelf, dat verschillende wijzigingen in vorm en details van de uitvinding kunnen worden toegepast zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

8204334

Claims

1. Ultrasone afbeeldinrichting, voorzien van een stelsel van omzet* terelementen voor het uitzenden van ultrasone signalen met een eerste vooraf bepaalde centrale frequentie in een te onderzoeken voorwerp onder 5 toepassing van uitgezonden signalen, die binnen het voorwerp worden ge* reflekteerd en die door de inrichting worden waargenomen, waarbij de door de inrichting waargenomen gereflekteerde signalen een tweede cen* trale frequentie bezitten, die als gevolg van signaaldemping door het voorwerp lager is dan de eerste centrale frequentie, gekenmerkt door 10 middelen, die zodanig zijn geschakeld, dat een aantal omzettere in het stelsel wordt gekozen voor het uitzenden van de ultrasone signalen, op basis van de tweede centrale frequentie.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stelsel omzetterelementen bestaat uit een lineair met stappen werkend stelsel.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stelsel omzetterelementen bestaat uit een ringvormig stelsel.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stelsel omzetterelementen bovendien de door het voorwerp gereflekteerde uitgezonden signalen ontvangt.

5. Inrichting volgens conclusie 4, gekenmerkt door middelen die zo* danig zijn aangesloten, dat zij een aantal omzetters in het stelsel om* zetterelementen kiezen voor het waarnemen van de gereflekteerde signalen op basis van de tweede centrale frequentie.

6. Inrichting volgens conclusie 5, gekenmerkt ' door middelen voor 25 het bepalen van de tweede centrale frequentie, welke frequentiebepalende middelen zodanig zijn aangesloten dat zij de middelen voor het kiezen van de zendomzetters en de middelen voor het kiezen van de ontvangomzet^ ters sturen.

7. Inrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen voor 30 het bepalen van de tweede centrale frequentie, welke frequentiebepalende middelen zodanig zijn aangesloten, dat zij de middelen sturen voor het kiezen van de zendomzetters.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede centrale frequentie wordt berekend op basis van de diepte binnen het te 35 onderzoeken voorwerp.

9. Ultrasone afbeeldinrichting, voorzien van een stelsel van omzet* terelementen, voor het uitzenden van ultrasone signalen met een eerste vooraf bepaalde centrale frequentie in een te onderzoeken voorwerp onder toepassing van de binnen het voorwerp gereflekteerde uitgezonden signar 40 len, die door het stelsel omzetterelementen wordt waargenomen, waarbij 8204334 '"Ϋί '•-- '"ί" rJ- de gere^ekSfeer*§e· signalen e^n tweede centrale frequentie bezitten die lager la da^de^eerlte centrale frequentie als gevolg van slgnaaldemplng door hef vo^^e^K feekeïnaerS^ door middelen die zodanig zijn geschakeld dat zlj , een^^aaai^l.r|omzetter^ In het stelsel kiezen voor het waarnemen 5 van de gperep.ekt§e^e signalen op basis van de tweede centrale frequentie. . i . ; y. , ·· ;r ; Ijl. IQ^ lxi^ch$ln^ volgens conclusie 9, gekenmerkt door middelen voor het bepqilmyandéltweede centrale frequentie, welke middelen zodanig 'y v': si’ zijn ui^ivnerd^dil zij de ^Lesmiddelen voor de ontvangomzetter sturen.

10

11 * Inrfchtljx^volgens Conclusie 9, met het kenmerk, dat de tweede centrale frequenties wordt betekend op basis van de diepte binnen het te - : ,i:? :V' . . . analyseren #ots«èrp^ ·; ; H ί

> 12^ Bl|^as^e^fh^ldintichting, voorzien van een stelsel van om* zetterej^eme^eax 3|aj0|jr het uiteenden van ultrasone signalen met een eerste 15 vooraf &epa^de^rè|^ntieep4&trum in een te onderzoeken voorwerp onder toepassing Ί£ω -$&;>'|fn het voqxwerp gereflekteerde uitgezonden signalen, die in 4& l^ric^i^g worden waargenomen, welke gereflekteerde, door de inrichting ^at^aïflftten signdjjten een tweede frequentiespektrum bezitten dat verE^ehi^ -vau^-^' eerstes^-frequentiespektrum als gevolg van signaal-20 demping door het vqjèrwetp, gekenmerkt door middelen die zodanig zijn ger schakeld, dat zij een aantal omzettere van de omzetterelementen van het stelsel kiezen voor het uitzenden van de ultrasone signalen op basis van het tweede frequentiespektrum.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het stel* 25 sel omzetterelementen een lineair, met stappen werkend stelsel vormt.

14. Inrichting volgens conclusie 13, gekenmerkt door middelen die zodanig zijn aangesloten dat zij een aantal omzetters van het stelsel met omzetterelementen kiezen voor het waarnemen van de gereflekteerde signalen op basis van het tweede frequentiespektrum.

15. Inrichting volgens conclusie 14, gekenmerkt door middelen voor het bepalen van tenminste éên parameter van het tweede frequentiespek* trum, welke middelen zodanig zijn aangesloten, dat zij de kiesmiddelen voor de zendende omzetters em de kiesmiddelen voor de ontvangende omzet* ters sturen.

16. Inrichting volgens conclusie 13, gekenmerkt door middelen voor het bepalen van tenminste éSn parameter van het tweede frequentiespek* trum, welke middelen zodanig zijn aangesloten, dat zij de kiesmiddelen voor de zendomzetters sturen.

17. Infjubting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat tenminste 40 één parameter va^ het tweede frequentiespektrum wordt berekend op basis van een diepte ln het te onderzoeken voorwerp.

18. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat het stel^· sel omzetterelementen bestaat uit een ringvormig stelsel.

19. Inrichting volgens conclusie 18, gekenmerkt door middelen voor 5 het kiezen van een aantal omzettere in het stelsel omzetterelementen voor het waarnemen van gereflekteerde signalen op basis van het tweede f r equentiespektrum.

20. Inrichting volgens conclusie 19, gekenmerkt door middelen voor het bepalen van tenminste één parameter van het tweede frequentiespek* 10 trum, welke middelen zodanig zijn aangesloten, dat zij de kiesmlddelen voor de zendomzetter en de kiesmlddelen voor de ontvangomzetter sturen.

21. Inrichting volgens conclusie 18, gekenmerkt door middelen voor het bepalen van tenminste één parameter van het tweede frequentlespek-^ trum, welke middelen zodanig zijn aangesloten, dat zij de kiesmlddelen 13 voor de zendomzetter sturen.

22. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat tenminste één parameter van de tweede centrale frequentie wordt berekend op basis van een diepte binnen het te onderzoeken voorwerp.

23. Ultrasone afbeeldinrichting, voorzien van een stelsel van om*· 20 zetterelementen voor het uitzenden van ultrasone signalen met een eerste voorafbepaald frequentiespektrum in een te onderzoeken voorwerp, onder toepassing van de in het voorwerp gereflekteerde uitgezonden signalen, die door het stelsel omzetterelementen worden waargenomen, waarbij de gereflekteerde signalen een tweede frequentiespektrum bezitten dat als 25 gevolg van signaaldemping door het voorwerp verschilt van het eerste frequentiespektrum, gekenmerkt door middelen voor het kiezen van een aantal omzettere in het stelsel omzetterelementen voor het waarnemen van de gereflekteerde signalen op basis van het tweede frequentiespektrum.

24. Inrichting volgens conclusie 23, gekenmerkt door middelen voor 30 het bepalen van tenminste één parameter van het tweede frequentiespek** trum, welke middelen zodanig zijn aangesloten dat zij de kiesmlddelen voor de ontvangomzetters sturen.

25. Inrichting volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat tenminste één parameter van de tweede centrale frequentie wordt berekend op basis 35 van een diepte in het te onderzoeken voorwerp. ***** 8204334