DE19625140C2 - Wandleranordnung für ein Ultraschallabbildungsgerät - Google Patents
Wandleranordnung für ein UltraschallabbildungsgerätInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich eine Wandleranordnung für ein
Ultraschallabbildungsgerät mit einem eindimensionalen Wand
lerarray und einem diesem vorgeschalteten Fokussierungs
element.
Echoverfahren zum Abbilden mittels Ultraschall für die me
dizinische Diagnose sind bekannt. Üblicherweise weist ein
Ultraschallgerät eine elektronische Anordnung zur Fern
erregung eines Ultraschallwandlerarrays oder einer Sonde
auf, um Querschnittsabbildungen der inneren Organe entlang
einer Vielzahl von Ebenen zu erhalten.
Das Wandlerarray kann ein lineares Array, ein gekrümmtes li
neares Array oder ein phasengesteuertes Array sein. Die
Grundstruktur jedes Arrays umfaßt eine Mehrzahl von Wandler
elementen, welche entlang einer Oberfläche aneinander an
grenzend angeordnet sind. Die Erregungssequenz der Wandler
ist unterschiedlich. Bei einem linearen Array werden die
Wandler sequentiell erregt, wobei nach einer vollständigen
Abbildung ein rechteckiges Bildfeld oder "Fenster" erhalten
wird. Typischerweise wird ein Multiplexer innerhalb der Son
de verwendet, um die sequentielle Erregung der Wandlerele
mente zu bewirken. Ein phasengesteuertes Arraysystem verwen
det eine nicht-sequentielle Erregung der Wandlerelemente,
wobei die aus einem phasengesteuerten Arraywandler resultie
rende Abbildung typischerweise sektorförmig ist. Der phasen
gesteuerte Arraywandler erzeugt üblicherweise eine Abbil
dung, die sich von einem Punkt aus, der üblicherweise der
Mittelpunkt des Arrays ist, auffächert. Die Verwendung eines
phasengesteuerten Arraywandlers macht es beispielsweise
möglich, daß eine Transthorax-Sonde von einem Punkt zwischen
den Rippen aus das Herz abbildet.
Die Brennweite des Wandlerarrays kann durch selektives Ak
tivieren der Elemente des Arrays verändert werden. In dem
Fall eines eindimensionalen Arrays (eine Reihe von Elemen
ten) kann eine Brennweitenänderung lediglich nur in einer
Ebene erreicht werden, indem die Erregung der Elemente se
lektiv zeitlich gesteuert wird. Ein zweidimensionales Array
(drei oder mehr Reihen von Elementen) kann durch selektive
zeitliche Steuerung in zwei Ebenen dynamisch fokussiert wer
den. Ein derartiges Array ist viel komplizierter, benötigt
viel mehr Verbindungen mit den zusätzlichen Elementen und
ist in der Herstellung teuerer.
Üblicherweise wird die Fokussierung senkrecht zur Mittel
linie der eindimensionalen Reihe von Elementen durch eine
zylindrische Linse aus einem Material mit einer zur Schall
geschwindigkeit des Körpergewebes unterschiedlichen Schall
geschwindigkeit bewirkt. Diese Linse weist eine feste Brenn
weite auf, befindet sich üblicherweise in einem vorgegebenen
Abstand zentral bezüglich des abgebildeten Bereichs und hat
senkrecht zur Verbindungslinie der Einzelelemente des Arrays
einen konstanten Krümmungsradius. Eine solche Wandleranord
nung ist in P. Fish, "Physics and Instrumentation of
Diagnostic Medical Ultrasound", 1990, Seiten 89-94, be
schrieben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Wandleranordnung für ein Ultraschallabbildungsgerät mit ei
nem eindimensionalen Wandlerarray und einem diesem vorgeschalteten Fokussierungselement zu schaffen, das
eine vergleichsweise gute Detailauflösung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Wandleranordnung gemäß An
spruch 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für eine bes
sere Detailauflösung im Objektinneren die senkrecht zu einer
Verbindungslinie der Einzelwandler gemessene Krümmung der
zum Ultraschallfeld hin gerichteten Oberfläche des Fokus
sierungselements ungleichmäßig ist, um für unterschiedliche
Fokustiefen geeignet zu sein.
Bei einer Wandleranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
variiert die Brennweite eines akustischen Wandlerarrays
durch die Krümmung der dem Ultraschallfeld zugewandten Ober
fläche des Fokussierungselements. Die Fokussierungseinrich
tung besteht aus einem ungleichmäßig gekrümmten Fokussie
rungselement, d. h. einem Fokussierungselement mit einem
Krümmungsradius, der entlang der Verbindungslinie der Ein
zelwandler des Wandlerarrys variiert, wodurch der Wandler
elektronisch und/oder mechanisch manipuliert werden kann, um
die Brennweite für den interessierenden Bereich zu optimie
ren. Das Fokussierungselement kann eine Linse für einen
linearen oder einen gekrümmten linearen Wandler sein, wobei
in Richtung der Verbindungslinie der Einzelwandler ein
Krümmungsradius an einem Ende des Wandlerarrays größer als
der Krümmungsradius an dem anderen Ende des Arrays ist. Wenn
der interessierende Bereich tiefer wird, kann der Wandler
derart geschoben oder gerollt werden, daß der optimale
Krümmungsradius über dieser Position positioniert ist. Da
das Abtastmuster für die meisten linearen Wandler eine
beträchtliche Breite aufweist, kann der interessierende
Bereich betrachtet werden, selbst wenn Abschnitte der
Abbildung neben dem interessierenden Bereich weniger gut
definiert sein sollten.
Für einen phasengesteuerten Arraywandler wird der Linsen
radius entsprechend der Zunahme des Abstandes von der Mitte
des Arrays zu den Enden desselben in Richtung der Verbin
dungslinie der Einzelwandler vergrößert. Für kleinere Tiefen
werden nur die mittleren Elemente des Arrays benötigt. Diese
sind daher durch den kleineren Radius in der Mitte der Linse
auf eine kleinere Tiefe fokussiert. Für größere Tiefen kann
das gesamte Array verwendet werden, wodurch die größeren
Radien an den Enden des Arrays für einen tieferliegenden
Fokus vorteilhaft ausgenutzt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Wandleranordnung mit einem ungleichmäßig
gekrümmten Fokussierungselement;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Wandleranordnung mit einem ungleichmäßig
gekrümmten Fokussierungselement;
Fig. 3A bis 3C die unterschiedlichen Brennweiten für das
zweite Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Wandleranordnung mit einem ungleichmäßig
gekrümmten Fokussierungselement.
Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungs
gemäßen Wandleranordnung mit einem ungleichmäßig gekrümmten
Fokussierungselement dar. Das Fokussierungselement 10 ist
eine über einer Wandleranordnung 12 angeordnete Linse. Die
Linse kann ein linearer oder ein gekrümmter linearer Ultra
schallwandler sein. Der Krümmungsradius an einem Ende des
Wandlers ist größer als an dem anderen Ende desselben. Wenn
der interessierende Bereich tiefer liegt, kann die Wandler
anordnung 12 derart geschoben oder gerollt werden, daß der
optimale Krümmungsradius für diese Tiefe über dem in
teressierenden Bereich liegt. Da das Abtastmuster für die
meisten linearen Wandler eine beträchtliche Breite aufweist,
kann der interessierende Bereich untersucht werden, selbst
wenn Abschnitte der Abbildung außerhalb dieser Region weni
ger gut definiert sein sollten.
Das ungleichmäßige Fokussierungselement kann aus einem gieß
baren Material, wie z. B. Silikongummi, mit einer kleineren
Geschwindigkeit als Körpergewebe hergestellt werden. Die Ge
schwindigkeit im Körpergewebe befindet sich in der Größen
ordnung von 1500 m/s, während Silikongummi etwa die Ge
schwindigkeit von 1000 m/s aufweist.
Fig. 2 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Wandleranordnung mit ungleichmäßig gekrümmtem
Fokussierungselement dar. Das Fokussierungselement 10 ist
eine Linse, die über einem phasengesteuerten Ultraschallar
raywandler 12 positioniert ist. Die Linse weist einen klei
neren Radius in der Mitte des Arrays auf, wobei der Radius
zu den Enden in Richtung der Verbindungslinie der Array
elemente allmählich größer wird. Der Radius an den Enden ist
für die maximal verwendbare Arbeitstiefe des Wandlers opti
miert. Diese kann bei einer Neonatalsonde ein paar Zentime
ter betragen, dieselbe kann jedoch bei einem Wandler für
Erwachsene auch bis zu 16 Zentimeter oder mehr betragen.
Die Fig. 3A-3C stellen die unterschiedlichen Brennweiten
für das zweite Ausführungsbeispiel dar. In Fig. 3A ist für
Nahfeld-Brennweiten der Mittenabschnitt aktiv. Für mittlere
Brennweiten, wie sie in Fig. 3B gezeigt sind, ist ein Zwi
schenbereich, der den mittleren Abschnitt des Wandlerarrays
umfaßt, aktiv. Das gesamte Array und die Linse werden, wie
es in Fig. 3C dargestellt ist, für Fernfeldtiefen verwendet.
Fig. 4 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfin
dungsgemäßen Wandleranordnung dar. Die Elementlängen des
Wandlerarrays sind an die Sehnenlängen der Linse angepaßt,
wobei die Sehnen zu der Mitte hin kürzer werden. Diese An
ordnung tendiert dahin, die für den interessierenden Fokus
verfügbare Ultraschall-Leistung anzupassen, da für größere
Tiefen mehr Elemente aktiviert werden.
Claims (4)
1. Wandleranordnung für ein Ultraschallabbildungsgerät mit
einem eindimensionalen Wandlerarray (12) und einem die
sem vorgeschalteten Fokussierungselement (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß in Richtung einer Verbindungslinie der Einzelwand
ler die senkrecht zu dieser Verbindungslinie gemessene
Krümmung der dem Ultraschallfeld zugewandten Oberfläche
des Fokussierungselements (10) variiert.
2. Wandleranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net,
daß sich die senkrecht zu der Verbindungslinie gemesse
nen Krümmungen der dem Ultraschallfeld zugewandten
Oberfläche des Fokussierungselements (10) an den beiden
Enden des eindimensionalen Wandlerarrays (12) unter
scheiden.
3. Wandleranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet,
daß der Krümmungsradius der senkrecht zu der Verbin
dungslinie gemessenen Krümmung der dem Ultraschallfeld
zugewandten Oberfläche des Fokussierungselements (10)
an den beiden Enden des Wandlerarrays größer als in der
Mitte des Wandlerarrays ist.
4. Wandleranordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net,
daß die Elementlängen der Einzelelemente des Wandler
arrays (12) an die Sehnenlängen des Fokussierungsele
ments (10) angepaßt sind.
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