DE2919476A1

DE2919476A1 - Ultraschallgeraet zur durchfuehrung von untersuchungen nach dem schnittbildverfahren

Info

Publication number: DE2919476A1
Application number: DE19792919476
Authority: DE
Inventors: Carl Dipl Ing Kretz
Original assignee: Kretztechnik AG
Current assignee: GE Medical Systems Kretztechnik GmbH and Co OHG
Priority date: 1979-01-25
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1980-08-07
Also published as: GB2040452A; ATA52279A; DE2919476C2; US4287767A; AT358714B; GB2040452B

Description

Anmelderin; Stuttgart, den 14. Mai 1979

Kretztechnik GmbH P 3729 We

A-4-873 Frankenburg

Vertreter;

Kohler-Schwindling-Späth Patentanwälte Hohentwielstraße 41

D-7000 Stuttgart 1

Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren

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Die Erfindung "betrifft ein Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbildverfahren, mit einer auf eine vorwählbare Schnittfläche eines Objektes einrichtbaren, wenigstens zwei Schwinger aufweisenden Scnnittbildmechanik, bei der die von den Schwingern abgestrahlten Schallbündel mit Hilfe mechanisch bewegter Teile über die Schnittfläche verstellbar sind, wobei die zu den ausgesandten Schallimpulsen einlangenden Echos auf einem Bildschirm an dem Ort ihrer Entstehung geometrisch zugeordneter Stelle darstellbar sind.

Ultraschallgeräte dieser Art können bei entsprechend hoher Äbtast- und damit Bildfolgefrequenz auch für die Darstellung bewegter Schnittbilder, sogenannte real-time-Darstellungen verwendet werden. Kir solche Darstellungen sind bisher zwei verschiedene Verfahren üblich,, die sich vor allem durch die Art der Bewegung des Schallbündels im Objekt und die Art, wie diese Bewegung hervorgerufen wird, unterscheiden. Bei der sogenannten Parallelabtastung (Parallel-Scan) wird das Schallbündel parallel zu sich selbst in möglichst gleichförmiger Geschwindigkeit verstellt, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiges Abtastraster entsteht. Heben Multielement-Schallköpfen, bei denen Einzelelemente bzw. Elementgruppen nacheinander erregt werden und die nur ein relativ grobes Abtastraster ergeben, so daß sie nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden, arbeitet man bei Geräten der gegenständlichen Art, bei denen die Verstellung des Schallbündels durch mechanisch bewegte Teile erzeugt wird, bei der Parallelabtastung

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"bisher vorwiegend mit einer indirekten Einleitung des Schallbündels in das Objekt. Zu diesem Zweck wird ein rotierender Schallkopf etwa im Brennpunkt eines Parabolreflektor angeordnet, der sich gegen das Objekt zu öffnet, so daß das von dem während des Vorbeiganges am Reflektor , also nach der vom Objekt abweisenden Seite, aktivierten Schallkopf abgegebene Schallbündel nach der Reflexion am Parabolreflektor in das Objekt eingeleitet wird. Die Vorlauf strecke, also die Wegstrecke zwischen dem aktivierten Schwinger des Schallkopfes, dem Reflektor und der Einleitstelle in das Objekt muß zwecks Vermeidung von Geisterechos prinzipiell größer sein als die ausgelöste Eindringtiefe des Schalles in das Objekt. Man kann am Schallkopf auch zwei z.B. verschieden fokussierte Schwinger vorsehen, die je nach der gewünschten Eindringtiefe und anderen Parametern wahlweise verwendet werden.

Grundsätzlich muß beim Parallel-Scan die Mechanik über die ganze Breite des darzustellenden Bildes Schallkontakt mit dem jeweils untersuchten Objekt haben, welche !Forderung oft nicht oder nicht vollständig realisiert werden kann. Untersuchungen mit einem eine bewegte Schnittbilddarstellung ermöglichenden Gerät sind vor allem an Lebewesen, insbesondere in der humanmedizinischen Diagnose, interessant. Der menschliche Körper ist nun an der zu untersuchenden Stelle oft stark gewölbt, so daß der Schallkontakt nicht einwandfrei auf der ganzen Länge aufrechterhalten werden kann. Ferner sind bei medizinischen Untersuchungen die sogenannten Schallfenster im Körper zu berücksichtigen, die erst eine Schalleinleitung ermöglichen. Solche Schallfenster stehen z.B. zwischen den Rippen zur Verfugung, wogegen sich bei einer Einschallung quer zu den Rippen nur Darstellungen aus den Rippenzwischenräumen gewinnen lassen.

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Bei dem zweiten üblichen Verfahren, dem sogenannten Sektor-Scan, wird der Schallkopf um eine etwa in der Abstrahlfläche liegende Achse hin- und herschwenkend verstellt. Dadurch bestreicht das Schallbündel eine in ihrer Grundform dreieckige Schnittfläche im Körper, so daß eine praktisch punktförmige Aufsetzstelle genügt. Nachteilig ist aber, daß eben wegen der dreieckigen Form der abgetasteten Schnittfläche erst mit zunehmender Tiefe eine für eine vernünftige Beobachtung ausreichende Bildbreite zur Verfügung steht, wobei gerade in dem gut beobachtbaren Bereich wegen der starken Divergenz benachbarter Schallbündel ein grober Abtastraster auftritt und sich überdies wegen der Vergröberung des Abtastrasters von der Spitze nach unten zu nicht nur die Genauigkeit der Darstellung, sondern auch die Bildhelligkeit verändern.

Ein Kompromiß zwischen Parallel-Scan und Sektor-Scan besteht darin, die Schwenkachse um die der Schallkopf bei ebenfalls direkter Einleitung des Schallbündels in das Untersuchungsobjekt bewegt wird, nach außen zu verlegen, so daß eine in ihrer Grundform trapezförmige Schnittfläche abgetastet wird. Es ergibt sich gegenüber dem Parallel-Scan der Vorteil der unmittelbaren Einleitung des Schallbündels und der weitere Vorteil, daß eine kleinere Ankopplungsflache benötigt wird. Gegenüber dem anderen Sektor-Scan mit dreieckiger Schnittfläche ergibt sich eine wesentlich größere beobachtbare Fläche und eine ausreichende Bildbreite auch unmittelbar unter der Oberfläche sowie eine gleichmäßigere Rasterdichte. Ein entsprechendes Gerät ist in der eigenen AT-PS 338 407 beschrieben. Es wird ein Ead verwendet, auf dessen Umfang mehrere Schallkopf© angeordnet sind, die jeweils beim Durchgang durch ein zum Objekt weisendes Schallfenster des Gehäuses der Mechanik aktiviert werden.

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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ultraschallgerätes, das weitgehend universell an vorhandene Ankopplungsmöglichkeiten des untersuchten Objektes angepaßt werden kann und jeweils eine untersuchung unter den für den jeweiligen Pail günstigsten Bedingungen zuläßt.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schwinger der Schnittbildmechanik in wenigstens zwei gesonderten Schallköpfen vorgesehen sind und ihre Schallbündel mittels der Schnittbildmechanik für sich, aber in ihren Bewegungen aufeinander abgestimmt, insbesondere synchronisiert, über benachbarte Bereiche der Schnittfläche verstellbar sind, wobei die Schnittbildmechanik die der Ablenkung des Schallbündels dienenden !Teile bei dem einen Schallkopf im Sinne der Abtastung eines in seiner Grundform rechteckigen oder gering divergierende Ränder aufweisenden Schnittflächenbereiches und beim anderen Schallkopf im Sinne der Abtastung eines stark divergierende Ränder aufweisenden Schnittflächenbereiches antreibt und die erhaltenen Teilbilder gemeinsam am Bildschirm darstellbar sind.

Zufolge der beschriebenen Anordnung schließen auch die Mittelachsen der mit Hilfe der beiden Schallköpfe erzeugten Teilbilder einen Winkel miteinander ein und es ergibt sich an dem an den Körper aufsetzbaren Gehäuse der Mechanik eine weitgehend ebene oder gering gewölbte Ankopplungsflache für den Parallel-Scan und eine anschließende stark gewölbte oder im Winkel dazu stehende Ankopplungs- ■ fläche für den Sektor-Scan. Setzt man die Mechanik auf den Körper auf, so kann man beispielsweise das Gehäuse in Weichteile, wie den Oberbauch, eindrücken, so daß der Sektor-Scan, dessen oberer Rand verhältnismäßig flach gegenüber der Aufsetzfläche für den Parallel-Scan, im Bedarfsfall sogar parallel dazu verlaufen kann, Bereiche unter den Rippen-Tbogen erfaßt. Mir stark gewölbte Körperpartien kann man

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das Gehäuse so neigen, daß zumindest die Ankopplungsflache des Sektor-Scan am Körper anliegt. Es ist dabei denkbar, wahlweise umschalter vorzusehen, die nur eine Aktivierung des einen Schallkopfes einstellen. In den meisten Fällen wird man aber beide Schallköpfe immer betreiben und durch Verstellen des Mechanik-Gehäuses am Körper versuchen, zu einer günstigen Ankopplung zu kommen, wobei Bereiche, wo keine ordnungsgemäße Ankopplung erfolgt, in der Schnittbilddarstellung eben leer bleiben.

Verwendet man für den Parallel- oder Pseudo— parallel-Scan eine Schnittfläche mit divergierenden Bändern, dann wird man den maximalen Dxvergenzwxnkel des Schallbündels in dieser Teilschnittfläche gleich oder kleiner als den halben Divergenzwinkel in der anderen Teilschnittfläche wählen.

Die Bedingung der gleichzeitigen Darstellung der aneinander grenzenden Teilfelder der Schnittfläche kann exakt nur dann eingehalten werden, wenn gewährleistet wird, daß das von Jedem Schallkopf abgegebene Schallbündel tatsächlich in der lage ist, den Grenzbereich zwischen den beiden Abtastflächen zu erreichen. Dieser Grenzbereich muß also bei exakter Einhaltung der Bedingung vom jeweils anderen Schallkopf bzw. dem von diesem ausgesandten Schallbündel während der Abtastung durch den einen Schallkopf freigegeben werden. Um diese Bedingung zu erfüllen, wird vorzugsweise eine Konstruktion gewählt, bei der die Schallkopfmechanik für den einen Schallkopf eine vernachlässigbar kleine und für den anderen^ insbesondere das den die geringere Eanddivergenz aufweisenden Schnittflächenbereich abtastende Schallbündel abgebenden^ Schallkopf eine ausgeprägte Vorlaufstrecke aufweist, da hier durch Umlenkung erreicht werden kann, daß nur der eine Schallkopf tatsächlich

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im Ankopplungsbereich den Grenzbereich der "beiden Teilflachen körperlich überstreicht. Dieser Schallkopf muß dann in wenigstens einer vorbestimmten Stellung den angrenzenden Eandbereich der dem anderen Schallkopf zugeordneten Vorlaufstrecke freigeben.

Um eine geringe Bauhöhe für die Schallkopfmechanik, also den vom untersuchenden zu handhabenden Teil zu erzielen, kann man in der Vorlauf strecke wenigstens einen das Schallbündel vom Schallkopf zu einem Schallaustrittsfenster od.dgl. der Schallkopf mechanik ableitenden Reflektor vorsehen, wobei zur Verstellung des Schallbündels über den zugehörigen Schnittflächenbereich dieser Schallkopf r\r\<\ bzw. oder der Reflektor insbesondere oszillierend antreibbar sind. Der Reflektor kann auch gewölbt ausgeführt sein und es ist auch möglich, mehrere Reflektoren vorzusehen, so daß der Raum, in dem die Vorlaufstrecke untergebracht ist, weiter verkleinert wird. Wenn man einen nahtlosen Übergang der einen in die andere Teilschnittfläche auch im Oberflächenbereich des Objektes nicht unbedingt benötigt, kann man die beiden Teilschnittflächen mit einander überlappenden divergierenden Rändern vorsehen, xirobei ohne weiteres unmittelbar am Mechanikgehäuse zwischen diesen beiden Randbereichen ein Abstand freibleiben kann, d.h. daß sich die zugehörigen Ränder der Teil Schnittflächen erst im Objekt schneiden. Hier braucht die Bedingung, daß der eine Schallkopf den Weg für das Schallbündel des anderen Schallkopfes auch innerhalb der Mechanik im Grenzbereich freigeben muß, nicht eingehalten zu werden. Man kann bei der Darstellung Maßnahmen vorsehen, daß aus den überlappenden Bereichen der beiden abgetasteten Flächen nur die dem einen Teilschnittbild zugeordneten Signale für die Schnittbilddarstellung ausgewertet werden.

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Hach einer Weiterbildung sind die Schallköpfe "bzw. der eine Schallkopf und der im anderen Schallbündel liegende Reflektor oszillierend und in der Schwingungsphase über eine Viertelperiode verschoben antreibbar, wobei die zugehörigen Schwinger über Schalter nur während jenen Teilabschnitten der Schwingungsperiode aktivierbar sind, in denen die Verstellgeschwindigkeit der zugehörigen Schallbündel in der von ihnen abgetasteten Schnittfläche etwa konstant ist, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Abtastraster trotz des schwingenden Antriebes erzielt wird.

Man kann für die Darstellung der beiden Teiischnittbilder als Gesamtschnittbild verschiedene Maßnahmen vorsehen. Kann man mit hinreichend hoher Abtastfrequenz arbeiten, so ist es möglich, wechselweise, z.B. zeilenweise auf die beiden Schallkopfe umzuschalten, so daß die beiden Schnittbilder mit dem jeweils analog zur Bewegung des zugehörigen Schallbündels im untersuchten Objekt über den Bildschirm verstellten Schreibstrahl geschrieben werden. Eine vereinfachte Darstellung z.B.. mit Hilfe eines Pernsehmonitors wird erreicht, wenn den beiden Schallköpfen Speicher zur adressenrichtigen Zwischenspeicherung der von ihnen aufgenommenen Signale zugeordnet sind, die von Abfrageeinheiten in von der !Reihenfolge des Einschreibens gegebenenfalls abweichender Reihenfolge in einem vorbestimmten Programm auf die Anzeigeeinheit auslesbar sind.

Bei Herzuntersuchungen erhält man an und für sich aus acht vollständigen Abtastungen in der Sekunde ein hinreichend aussagekräftiges, bewegtes Schnittbild. Bei dieser Anzahl von Abtastungen ergibt sich auch bei der mit der Vorlaufstrecke arbeitenden Abtasteinheit eine mögliche» genügend hohe Impulsfolgefrequenz zur Erzielung einer ausreichenden Rasterdichte. Um nun ein Plackern des

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Bildes zu verhindern, kann man bei der Zwischenspeicherung ein mehrfaches Ablesen zulassende Überschreibungsspeicher vorsehen und die Ablesefrequenz mehrfach größer als die Abtastfrequenz der Schnittflächen mit den Schallbündeln wählen.

Wenn man die mögliche Abtastfrequenz bei dem über die Vorlaufstrecke geführten Schallbündel voIL ausnützen und vor allem Pausen der Abtastung mit diesem Schallbündel wegen einer notwendigen Umschaltung auf den anderen Schallkopf vermeiden will, kann man die Schwinger der beiden Schallköpfe über den gleichen bzw. gleichzeitig auslosbare Sendeimpulse in der maximal für das mit Vorlaufstrecke arbeitende Schallbündel zulässigen Impulsfolgefrequenz aktivieren und vom Sendeimpuls getriggerte, zeitabhängige Umschalter, Torschaltungen u.dgl. vorsehen, die nacheinander den unmittelbar und dann den über die Vor lauf strecke abstrahlenden Schallkopf mit der Empfangsbzw. Adressiereinrichtung verbinden. Eine entsprechende Anordnung ist dann interessant, wenn sich durch die jeweilige Relativlage der beiden Schallbündel Rückwirkungen des einen Schallkopfes auf den anderen während der Phase, in der dieser Schallkopf für den Echoempfang empfindlich geschaltet ist, ausschließen lassen.

Will man bei nur periodisch wechselweise aktivierten Schallköpfen eine möglichst hohe Abtastgenauigkeit erzielen, kann man bei dem unmittelbar angekoppelten Schallkopf mit einer höheren Abtastfrequenz als beim anderen Schallkopf arbeiten, also einen jeweils bei der Umschaltung von dem einen auf den anderen Schallkopf die Impulsfolgefrequenz ändernden Schalter od.dgl. vorsehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt ]fig.1 eine Schnittbildmechanik eines erfindungsgemäßen Gerätes, stark schematisiert im Schnitt,

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Pig. 2 als Detail dazu die Antriebseinricatung für den

einen Schallkopf,
Pig.3 ein Geschwindigkeitswegdiagramm der von den beiden

Schallköpfen abgegebenen Schallbündel und Pig.4 ein Blockschaltschema eines erfindungsgemäßen Gerätes.

Nach den Pig.1 und 2 ist die gesamte akkustische Einrichtung einer Schnittbildmechanik in einem Gehäuse untergebracht, das mit einer schalleitenden Flüssigkeit gefüllt ist und an seiner Unterseite ein Schallfenster 2,3 mit einem beim Ausführungsbeispiel längeren ebenen Abschnitt 2 und einem anschließenden gewölbten Abschnitt besitzt. Im Gehäuse 1 sind zwei Schallköpfe 4,5 untergebracht, wobei der Schallkopf 4 um eine im Abstand vom gewölbten Pensterabschnitt 3 liegende Achse 6 verschwenkbar ist, so daß er mit seinem Schwinger über das Schallfenster 3 gleitet und zwischen den Extremlagen 7 und 8 mit seinem Schallbündel einen stark divergierende Ränder aufweisenden Schnittflächenabschnitt bestreicht. Die eine Extremstellung des Schallkopfes 4 xvurde voll und die andere Extremstellung 4a strichliert eingezeichnet. Ein üblicher Abstrahlwinkel 9 zwischen den beiden Extremlagen 7 und 8 kann 60 bis 70° betragen. Wie sich aus Pig.2 ergibt, ist der Schallkopf, damit seine Antriebsmechanik und er selbst in der voll eingezeichneten Extremstellung nach Pig.1 den Übergangsbereich zum Schallfensterbereich 2 völlig freigeben, an der seitlich über ihn versetzten Achse 6, die in einem Lager 10 gelagert ist, mit Hilfe eines Kurbelstückes 11 befestigt.

Der zweite Schallkopf 5 ist um eine Achse 12 hin- und her schwenkbar, wobei wieder die eine Extremstellung voll und die andere Extremstellung 5a strichliert eingezeichnet wurden. Der Schwenkwinkel 13 ist beim Ausführungsbeispiel halb so groß wie der Schwenkwinkel 9 des Schallkopfes 4. Die Abstrahlachse des

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Schallkopfes 5 weist gegen einen Reflektor 14. Bei einer Schwenkbewegung bestreicht das vom Schallkopf 5 ausgesandte Schallbündel den ihm zugeordneten Schnittflächenbereich des zu untersuchenden Objektes im wesentlichen zwischen den Extremstellungen 8 und 15. Die Divergenz zwischen den Richtungen 8 und 15 ist gleich oder kleiner der Hälfte der Divergenz zwischen den Richtungen 7 und 8. Die Neigung der Richtung 7 gegenüber dem Schallfensterbereich 2 ist sehr gering. Der Schallkopf 4 kann also auch einen seitlich und oberhalb des Fensters 2 liegenden Bereich eines zu untersuchenden Objektes, in das das Gehäuse etwas eingedrückt wird, mit seinem Schallbündel bestreichen. Die beiden Schallköpfe 4 und 5 werden von einem außerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Motor über wegen der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Zwischengetriebe, z.B. verschieden groß übersetzende Kurbeltriebe, angetrieben, wobei die Bewegungen aufeinander abgestimmt sind, so daß das vom Schallkopf 5 abgegebene Schallbündel immer nur dann in die Stellung 8 gelangt, wenn der Schallkopf 4 diesen Richtungsverlauf auch innerhalb des Gehäuses 1 freigegeben hat. "Vorzugsweise wird man trachten, daß die beiden Schallköpfe 4 und 5 immer Stellungen einnehmen, in denen die von ihnen abgegebenen Schallbündel keine den anderen Schallkopf störend beeinflussende Echos hervorrufen können. Kir Sonderfälle kann man auch jeweils nur einen der beiden Schallköpfe 4 oder 5 antreiben und von einem Sender über einen Umschalter jeweils nur den angetriebenen Schallkopf aktivieren, so daß nur das von diesem Schallkopf abgetastete Teilschnittbild dargestellt wird. Wenn beide Schallköpfe 4,5 gleichzeitig betrieben und die erzeugten Schnittbildabschnitte dargestellt werden, kann man für jeden Schallkopf einen eigenen Sender und einen eigenen Empfänger vorsehen. Dabei ist es möglich, entweder jedem Schallkopf einen eigenen Elektronenstrahl an der dann als Zweistrahlröhre ausgebildeten Kathodenstrahlröhre

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zuzuordnen oder für jeden Schallkopf einen Speicher und einen Adressencomputer vorzusehen und zunächst die von den beiden Schallköpfen aufgenommenen Signale adressenrichtig und möglichst auch in der richtigen Intensität zu speichern, wobei ein Abfragecomputer die Speicher periodisch abfragt und so die von beiden Schallköpfen erzeugten Signale gemeinsam zur Darstellung bringt. Die jeweilige Abfrageadresse gibt gleichzeitig die Ablenkspannung für die Darstellung am Bildschirm und die jeweilige Intensität ein Steuerparameter für die Helligkeit. Die jeweilige Adresse für die Speicherung wird vom Schallkopfantrieb analog zur jeweiligen Schallkopfstellung über entsprechende Signale abgebende, am Motor, den Getriebeteilen oder unmittelbar auf den Schallköpfen 4,5 bzw. deren Achsen 6,12 sitzende Fühler erhalten, welche Signale mit einer auf den Sendeimpuls synchronisierten Kippspannung verarbeitet werden, die ein Maß für die Laufzeit der einzelnen Echosignale darstellt. Als Zeitintervall für das Abfragen der Speicher bietet sich der Zeitraum für den Rücklauf der Kippspannung an, wobei das Abfragen viel schneller als das durch die Laufzeit der möglichen Echos bedingte Einschreiben erfolgen kann. Für einen störungsfreien Betrieb sollen die beiden Speicher gleichzeitig abgefragt werden können, zu welchem Zweck man die Sender für die beiden Schallköpfe vom gleichen Taktgeber her steuert, so daß die Speicheradressen von der gleichen Kippspannung abgeleitet werden können und auch der Abfragezeitraum für beide Speicher während des Rücklaufes dieser Kippspannung gleich ist.

Wegen der Vorlaufstrecke für das vom Schallkopf 5 abgegebene Schallbündel können zumindest mit diesem Teil der Mechanik in der Zeiteinheit theoretisch weniger vollständige Abtastungen als mit dem unmittelbar einleitenden Schallkopf 4 vorgenommen werden. Es lassen sich aber etwa 8 Abtastungen in der Sekunde, wie sie für die Darstellung von Bewegungsvorgängen im Inneren des Körpers ausreichen, durchführen, wobei man zur Verhinderung eines Flackerns bei der Darstellung am Bildschirm

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nach dem Einschreiben eines Bildes in die Speicher zwei- oder mehrmals abfragt, so daß man mit der üblichen Bildfolgefrequenz von 20 bis 30 Bildern pro Sekunde arbeiten kann.

Will man eine Vereinfachung erzielen, kann man auch elektronische Umschalter vorsehen, mit deren Hilfe die beiden Schallköpfe 4 und 5 mit hoher Umschaltfrequenz wechselweise mit Sender und Empfänger verbunden werden. Es ist nur mehr ein Speicher und ein Adressencomputer für das Einschreiben notwendig, da immer nur Signale von einem Schallkopf einlangen können. Allerdings muß der Adressencomputer synchron umgeschaltet werden, also jeweils die der Momentanlage des aktivierten Schallkopfes entsprechenden Signale erhalten bzw. verarbeiten.

Um zu große Massenkräfte zu vermeiden, werden die beiden Schallkopfe 4 und 5 vorzugsweise so angetrieben, daß sich ein harmonischer Bewegungsverlauf ihrer oszillierenden Bewegung ergibt, wie er in Pig.3 durch die beiden Sinuskurven 16,17 veranschaulicht wurde. Dabei ergibt sich aber, daß die Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung jedes Schallkopfes nicht konstant ist, was in weiterer Folge bei konstanter Impulsfolgefrequenz zu einem ungleichmäßigen Abtastraster der Schnittfläche führt, wobei dieser Easter gegen die Ränder des jeweiligen Schnittflächenbereiches dichter wird. Man kann nun auch einen gleichmäßigen Raster erzielen, wenn man entweder die Impulsfolgefrequenz beim Abtasten des jeweiligen Mittelbereiches der Schnittfläche vergrößert und beim Abtasten der Randbereiche verkleinert oder nach einer einfachen Möglichkeit die Schallkopfe 4,5 weiter schwingen läßt, als dies zur Abtastung des jeweiligen Schnittflächenteiles notwendig wird. In diesem Pail werden nur die im wesentlichen geradlinig verlaufenden Abschnitte

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16a,17a nach den Kurven 16,17 der Fig.3 tatsächlich für die Abtastung ausgenützt, wobei sich hier eine im wesentlichen konstante Winkelgeschwindigkeit der Schallbündelverstellung ergibt. Wenn man nach Fig.3 ferner die Bewegungsabläufe der beiden Schallköpfe 4 und 5 um eine Viertelperiode gegeneinander versetzt, dann durchläuft jeder Schallkopf immer dann die aktive Bewegungsperiode mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, während beim anderen Schallkopf eine starke Änderung in der Winkelgeschwindigkeit auftritt. Man kann nun die Schallköpfe immer nur dann aktivieren, wenn sie sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit bewegen, so daß immer einer der beiden Schallköpfe aktiviert ist. Die zur Verfugung stehende Zeit v/ird also zu 100 % ausgenützt.

Bei dem in Fig.jp im Blockschaltschema dargestellten Gerät ist ein Taktgeber 18 vorgesehen, der sowohl einen Kippgenerator 19 als auch einen Sender 20 triggert. Die Sendeimpulse des Senders 20 gelangen zu einem elektronischen Umschalter 21, der sie über Leitungen 4b,5b wechselweise den beiden Schallköpfen 4,5 in der Schallkopf mechanik 1 zuführt. Die Umschaltung erfolgt nach dem Zeitplan gemäß Fig.3ο Der Umschalter 21 wird von der Mechanik 1 her in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage der Schallköpfe 4,5 gesteuert. Da der Schallkopf 4 ohne Vorlaufstrecke arbeitet, könnte man während der Anschaltung dieses Schallkopfes jeweils die Impulsfolgefrequenz erhöhen, zu welchem Zweck man von der Mechanik 1 her über eine strichliert eingezeichnete Leitung 22 den Taktgeber 18 während der Einschaltung des Schallkopfes 4 auf eine höhere Taktfrequenz einstellt. Gleichgültig, ob diese Maßnahme gesetzt wird oder nicht, erfolgt die weitere Verarbeitung in der noch zu beschreibenden Weise.

Die vom jeweils aktivierten Schallkopf 4 oder 5 aufgenommenen Echosignale gelangen wieder zum Umschalter

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und werden von diesem einem Empfänger 23 zugeführt, wobei als Empfänger der die Signalverarbeitung durchführende Teil des Gerätes "bezeichnet wird. Unter Signalverarbeitung sind Verstärkung, Demodulation, Siebung, Schwellwerteinstellung, Tiefenausgleich usw. zu verstehen. Pur den Tiefenausgleich selbst sind zwei Generatoren 24,25 zur Erzeugung einer Regelspannung vorgesehen, die vom Kippgenerator 19 her jeweils gestartet werden und eine sich nach einer Zeitfunktion ändernde Regelspannung erzeugen, wobei die verschiedenen Generatoren 24,25 deshalb notwendig sind, weil die Schallköpfe 4,5 das Schnittbild mit verschiedenen Teilen ihres Schallfeldes erzeugen, so daß sich auch ein unterschiedlicher Tiefenausgleich ergibt. Ein elektronischer Umschalter 26, der ebenfalls von der Schnittbildmechanik 1 her gesteuert wird, verbindet jeweils jenen Spannungsgenerator 24 oder 25-niit dem Verstärker 23» der dem jeweils aktivierten Schallkopf zugeordnet ist.

Für jeden der beiden Schallköpfe ist ein Adressencomputer 27,28 vorgesehen, der aus einem ihm von der Schallkopf mechanik 1 zugeführten Lagesignal des jeweils aktivierten Schallkopfes und der vom Eippgenerator 19 zugeführten Kippspannung eine Adresse bestimmt, die jeweils einem einlangenden Echo zugeordnet ist. Die Ausgänge der beiden Adressencomputer 27 »28 führen zu einem weiteren Umschalter 29» der ebenfalls von der Schnittbildmechanik 1 her gesteuert ist und jeweils den dem aktivierten Schallkopf zugeordneten Adressencomputer durchschaltet .Die Echosignale aus dem Verstärker 23 und die zugeordneten Adressensignale werden einem Speicher zugeführt und dort an der entsprechenden Adresse gespeichert. Der Kippgenerator 19 steuert ferner einen Abfragecomputer 31, der jeweils beim Rücklauf der Kippspannung aktiviert wird und den Inhalt des Speichers 30

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abfragt. Das Programm, nach, dem der Abfrage computer 31 die einzelnen Adressen abfragt, kann weitgehend unabhängig von der Reihenfolge des Einschreibens in den Speicher festgelegt werden. Das Abfrageprogramin bestimmt über die Leitung 32 die Ablenkung des Elektronenstrahles der Kathodenstrahlröhre und damit des Lichtpunktes am Bildschirm 35· Die durch Abfrage der einzelnen Plätze des Speichers 30 erhaltenen Intensitätswerte werden über die Leitung 33 zur Helligkeitssteuerung herangezogen. Auf diese Weise entsteht jeweils zwischen zwei Sendeimpulsen eine vollständige Bilddarstellung 34 am Bildschirm 35 und die Bildfolgefrequenz am Bildschirm ist wesentlich höher als die Frequenz, in der die Ergebnisse einzelner vollständiger Abtastungen der Schnittfläche in den Speicher 30 eingeschrieben werden.

Es wurde schon erwähnt, daß man den Schallkopf 5 auch feststehend anbringen und dafür den Reflektor 14 oszillierend antreiben kann. Auch eine gleichzeitige Verschwenkung von Schallkopf 5 und Reflektor 14 ist möglich. Der Öffnungswinkel des über den Schallkopf 5 erzeugten Teilschnittbildes könnte durch eine Krümmung des Reflektors 14 beeinflußt werden, um z.B. mit kleineren Schwenkbewegungen des Schallkopfes 5 das Auslangen zu finden und dadurch die auftretenden Massenkräfte zu verringern. Man kann auch Umschalter vorsehen, die es ermöglichen, wahlweise nur einen der beiden Schallköpfe 4 oder 5 in Betrieb zu nehmen, wobei man den jeweils anderen Schallkopf in einer Stellung festlegt, in der er den in Betrieb befindlichen Schallkopf nicht behindert bzw. ihn erregungsfrei mitlaufen läßt. Mit der Abschaltung eines Systems wird man auch die Umschalter 21,26 und 29 in der dem aktivierten Schallkopf zugeordneten Stellung festlegen. Die beiden dargestellten Abtasteinheiten 4 und können konstruktiv andere Aufbauten besitzen als dies dargestellt wurde. Insbesondere kann der Schallkopf 5

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an anderer Stelle in der Mechanik angeordnet und das Schallbündel über mehrere Reflektoren mehrfach umgeleitet werden. Ein Schallkopf kann auch zwei "winkelversetzte Schwinger aufweisen, die wechselweise aktiviert werden, so daß sich der notwendige Schwenkwinkel verringert. Es sind auch Anordnungen mit rotierenden Schallköpfen oder,zumindest für den Parallel-Scan, mit im wesentlichen in einer Linearbewegung über den Schallfensterbereich 2 hin- und herverstellbaren Schallköpfen möglich.

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Claims

Patentansprüche

Ultraschallgerät zur Durchführung von Untersuchungen nach dem Schnittbi laver fahr en, mit einer auf eine vorwählbare Schnittfläche eines Objektes ausrichtbaren, wenigstens zwei Schwinger aufweisenden Schnittbildmechanik, bei der die von den Schwingern abgestrahlten Schallbündel mit Hilfe mechanisch bewegter Teile über die Schnittfläche verstellbar sind, wobei die zu den ausgesandten Schallimpulsen einlangenden Echos auf einem Bildschirm an dem Ort ihrer Entstehung geometrisch zugeordneter Stelle darstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger der Schnittbildmechanik (1) in wenigstens zwei gesonderten Schallköpfen (4,5) vorgesehen sind und ihre Schallbündel mittels der Schnittbildmechanik für sich, aber in ihren Bewegungen aufeinander abgestimmt, insbesondere synchronisiert, über benachbarte Bereiche der Schnittfläche verstellbar sind, wobei die Schnittbildmechanik die der Ablenkung des Schallbündels dienenden Teile (5,14) bei dem einen Schallkopf (5) im Sinne der Abtastung eines in seiner Grundform rechteckigen oder gering divergierende Ränder (8,15) aufweisenden Schnittflächenbereiches und beim anderen Schallkopf (4) im Sinne der Abtastung eines stark divergierende Ränder (7»8) aufweisenden Schnittflächenbereiches antreibt und die erhaltenen Teilbilder gemeinsam am Bildschirm darstellbar sind.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Divergenzwinkel der Bänder (8,15) der einen Teilschnittfläche gleich oder kleiner als der halbe Divergenzwinkel zwischen den Extremstellungen (7» 8) des Schallbündels in der anderen Teilschnittfläche gewählt ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallkopf mechanik für den einen Schallkopf (4) eine vernachlässigbar kleine und für den anderen, insbesondere das den die geringere Randdivergenz aufweisenden Schnittflächenbereich abtastende Schallbündel abgebenden Schallkopf (5) eine ausgeprägte Vorlaufstrecke aufweist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3_} dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schallkopf (4) in wenigstens einer vorbestimmten Betriebsstellung den angrenzenden Randbereich der dem anderen Schallkopf (5) zugeordneten Vorlaufstrecke freigibt.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorlaufstrecke wenigstens ein das Schallbündel vom Schallkopf (5) zu einem Austrittsfenster od.dgl. (2) der Schallkopfmechanik ableitender Reflektor (14) vorgesehen ist, wobei zur Verstellung des Schallbündels über den zugeordneten Schnittflächenbereich dieser Schallkopf und bzw. oder der Reflektor insbesondere oszillierend antreibbar sind.
6. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (14) gewölbt ist.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallköpfe (4,5) bzw. der eine Schallkopf (4) und der im anderen Schallbündel liegende Reflektor (14) oszillierend und in der Schwingungsphase um eine Viertelperiode verschoben antreibbar sind, wobei die zugehörigen Schwinger über Schalter (21,26,29) nur während gener Teilabschnitte der Schwingungsperiode aktivierbar sind, in denen die Verstellgeschwindigkeit

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des zugehörigen SchalIbündels etwa konstant ist.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Schallköpfen (4,5) Speicher (30) zur adressenrichtigen Zwischenspeicherung der von ihnen aufgenommenen Signale zugeordnet sind, die von Abfrageeinheiten (31) in von der Seihenfolge des Einschreibens gegebenenfalls abweichender Eeihenfolge in einem vorbestimmten Programm auf die Anzeigeeinheit auslesbar sind.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrfaches Ablesen zulassende Überschreibungsspeicher (30) vorgesehen sind, und die Auslesefrequenz mehrfach größer als die Abtastfrequenz der Schnittfläche mit den Schallbündeln gewählt ist.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9? dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger der beiden Schallköpfe (4,5) über die gleichen bzw» gleichzeitig auslösbare Sendeimpulse aktivierbar und vom Sendeimpuls getriggerte zeitabhängige Umschalter, Torschaltungen od.dgl. vorgesehen sind, die nacheinander den unmittelbar und dann den über die Torlaufstrecke abstrahlenden Schallkopf mit der Empfangs- bzw«, Adressier einrichtung verbinden*

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