DE2534974B1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet - Google Patents

Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet

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Description

traschall-Sende/Empfangsschwingern zugeordnetes und sich mit diesen drehendes Markierungssystem aus Drehwinkelmarken umfaßt, deren Anzahl der erwünschten Winkelauflösegenauigkeit des jeweiligen Sende/Empfangsschwingers entsprechend gewählt ist und deren Abstände untereinander für Winkelschritte im Reflektormittenbereich der geringeren Ultraschall-Abtastgeschwindigkeit entsprechend breiter sowie für Winkelschritte im Bereich der Reflektorränder der dortigen höheren Ultraschall-Abtastgeschwindigkeit entsprechend enger ausgebildet sind, und daß dem Markierungssystem ein Markenabtaster zugeordnet ist, der bei sich drehendem Markierungssystem in Abhängigkeit von der zeitlichen Aufeinanderfolge der einzeln abgetasteten Marken den Anstieg der Spannung eines Spannungserzeugers steuert in dem Sinne, daß bei rascher Markenaufeinanderfolge der Spannungsanstieg rasch, bei weniger rascher Markenaufeinanderfolge entsprechend weniger rasch erfolgt.
Ein aus Drehwinkelmarken sowie einem Markenabtaster bestehender Drehwinkel/Spannungswandler läßt sich im Gegensatz zu einem induktiven Winkelgeber mit Kurvenscheiben einfacher aufbauen und auch gut in Massenfertigung reproduzieren. Dies vereinfacht nicht nur den technischen Aufwand; es ergibt sich auch optimale Linearität beim Bildaufbau und bei entsprechender Anpassung der Ultraschallabtastfrequenz, z.B. an den Abtasttakt des Markenabtasters, zusätzlich äußerst gleichförmige Informationsdichte im Ultraschallbild.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt
Fig. 1 den Ultraschall-Applikator des vorliegenden erfindungsgemäßen Ultraschall-Bildgerätes im schematischen Aufbau,
Fig. 2 einen Schnitt II-II durch ein optoelektrisches Abnahmesystem an einer Winkelscheibe, die zusammen ein Bestandteil des Drehwinkel/Spannungswandlers bilden.
Fig. 3 das erfindungsgemäße Ultraschall-Schnittbildgerät im Prinzipschaltbild,
Fig. 4 ein Diagramm der zeitlichen Verläufe der wichtigsten im Prinzipschaltbild nach der Fig. 3 auftretenden Spannungen,
Fig. 5 und 6 Schaltungsmodifikationen des Prinzipschaltbilds nach der Fig. 3 und
Fig. 7 ein praktisches Ausbildungsbeispiel für die Winkelscheibe.
In der Fig. 1 ist mit 1 der zylindrische Parabolreflektor bezeichnet, in dessen Brennlinie 2 um die Brennlinie als Achse drehbar und längs der Brennlinie verschiebbar ein Ultraschallkopf 3 angeordnet ist. Der Ultraschallkopf 3 weist insgesamt drei Ultraschallwandler 4,5 und 6 auf, die am Umfang des unteren Kopfteiles 3 jeweils gegeneinander um 120° versetzt angeordnet sind. Von den Wandlern 4 bis 6 sind in der perspektivischen Darstellung lediglich die Wandler 4 und 6 sichtbar. Der eigentlich nicht sichtbare dritte Wandler 5 ist jedoch gestrichelt angedeutet. Die einzelnen Wandler 4 bis 6 erzeugen jeweils im aktivierten Zustand einen Ultraschallstrahl aus Ultraschallimpulsen, die in Richtung auf den Reflektor 1 abgesendet und von diesem z.B. über eine nicht dargestellte Wasserankoppelstrecke in ein zu untersuchendes Objekt reflektiert werden. Bei rascher Rotation des Ultraschallkopfes 3 tastet auf Grund der Reflexionseigenschaften des Reflektors 1 der Ultraschallstrahl des jeweils aktivierten Ultraschallwandlers 4, 5 oder 6 das Objekt in zueinander parallelen Zeilen ab. Die aus jeder Ultraschallabtastzeile stammenden Echoimpulse, die von dem als Sender und Empfänger arbeitenden gerade aktiven Ultraschanwandler empfangen werden, werden schließlich in entsprechender zeilenweiser Form auf dem BiIdschirm einer Oszillographenröhre abgebildet. Es ergibt sich somit das gewünschte Ultraschall-Echo-Schnittbild des Objektes.
Als wesentlicher Bestandteil des Drehwinkel/ Spannungswandlers sowie gleichzeitig als Steuerele-
1S ment zur zeitsynchronen Ein- bzw. Ausschaltung der einzelnen Wandler als Sender und Empfänger dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine inkrementale Winkelscheibe in Kombination mit zwei optoelektrischen Impulsgebern. In der Fig. 1 ist die Winkelscheibe 7 auf der Oberseite des Ultraschallkopfes 3 angeordnet. Die Scheibe, die z.B. aus einem durchsichtigen Grundmaterial, vorzugsweise Plexiglas besteht, weist an ihrem Umfang eine Vielzahl von zur Scheibenmitte gerichteten dünnen schwarzen Strichen 8 auf, die durch insgesamt drei fettere Schwärzungen 9,10, 11 in drei Winkelsektoren von jeweils 120° unterteilt sind. Die räumliche Anordnung der Scheibe 7 bezüglich der Ultraschallwandler 4 bis 6 kann so sein, daß sich das Schwarzsegment 9 direkt oberhalb des Wandlers 4, das Schwarzsegment 10 direkt oberhalb des Wandlers 5 und das Schwarzsegment 11 direkt oberhalb des Wandlers 6 befindet. Die Schwarzsegmente 9,10 und 11 dienen primär jeweils zur Markierung des Anfangs jeder Sende/Empfangsperiode eines Ultraschallwandlers 4 bis 6. Die dünnen schwarzen Striche 8 hingegen markieren jeweils solche Winkelschritte des zugehörigen Ultraschallwandlers 4 bis 6 während der jeweiligen Sende/Empfangsperiode des zugeordneten Wandlers, die im wesentlichen konstant gleichgroßen Verschiebungsschritten des Ultraschallabtaststrahles im Untersuchungsobjekt entsprechen sollen. Der Strichabstand der einzelnen Striche 8 in den drei durch die Schwarzsegmente 9 bis 11 unterteilten 120° -Winkelsektoren ist demgemäß unterschiedlich gewählt, so daß jeweils in Richtung auf jedes Schwarzsegment 9, 10, 11 die Strichabstände bezüglich des Strichabstandes in der Mittenposition zunehmend enger werden. Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 7 beinhaltet z.B. praktisch jeder Sektor zwischen den Schwarzsegmenten 9 bis 11 etwa 160 dünne Einzelstriche, wobei in jeder Sektormittenposition der Strichabstand etwa 0,8 mm beträgt und nach beiden Seiten zu den Schwarzsegmenten hin kontinuierlich bis auf etwa 0,5 mm abnimmt. Zur Abtastung der Strichsegmente 8 sowie der Schwarzsegmente 9 bis 11 dient ein erster, als Lichtschranke ausgebildeter optoelektrischer Wandler 12. Ein zweiter, ebenfalls als Lichtschranke ausgebildeter optoelektrischer Wandler 13 dient hingegen in Kombination mit einem weiteren, mehr zur Scheibenmitte hin versetzt angebrachten dicken Schwarzstrich 14 auf der Winkelscheibe als weiteres Synchronisierelement zur zeitlich korrekten Aktivierung der jeweiligen Ultraschallwandler 4, 5 oder 6. Wie im Schnittbild nach der Fig. 2 näher verdeutlicht ist, weist jeder optoelektrische Wandler 12 bzw. 13 einen Lichterzeuger auf, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine Lumineszenzdiode sein soll. Jedem dieser Licht-
erzeuger ist auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe ein Lichtempfänger, z.B. Fotowiderstand, zugeordnet. In der Fig. 2 ist beispielsweise der Lichterzeuger des optoelektrisdhen Abnehmers 12 mit 15 und der zugehörige Lichtempfänger mit 16 bezeichnet. Der Lichterzeuger des fotoelektrischen Abnehmers 13 trägt hingegen die Kennziffer 17 und der zugehörige Lichtempfänger die Kennziffer 18. Die Elemente 19 bis 22 sind Trageteile zur Halterung der Lichterzeuger bzw. Lichtempfänger des jeweiligen optoelektrischen Abnehmers.
Als Antriebsdrehelement für Schallkopf und Winkelscheibe des Applikators gemäß den Fig. 1 und 2 dient ein Elektromotor 23, der beispielsweise über ein Reib- oder Zahnraddrehgetriebe mit der Drehwelle 25 für den Schallkopf 3 betriebsmäßig verbunden ist.
In der Fig. 3, die die Gesamtanordnung des Ultraschall-Schnittbildgerätes im Prinzipaufbau zeigt, sind der Reflektor wieder mit 1, der Ultraschallkopf mit 3 sowie die drei um jeweils 120° gegeneinander versetzt angeordneten Ultraschallwandler mit 4, 5 bzw. 6 bezeichnet. Die Darstellung entspricht einem Querschnitt durch den Ultraschallkopf 3 unterhalb der Winkelscheibe 7. Von den optoelektrischen Abnehmern 12 bzw. 13 ist ferner lediglich der jeweils zugeordnete Lichtempfänger 16 bzw. 18 aufgezeichnet. Die Ultraschallwandler 4, 5 bzw. 6 des Prinzipschaltbildes nach der Fig. 3 sind über zugeordnete Schalter 26,27 bzw. 28 (Relaisschalter) jeweils einzeln mit einem Hochfrequenzimpulserzeuger 29 verbindbar, der von einem Leittaktimpulsgenerator 30 gesteuert ist. Die zeitgerechte Einschaltung der Schalter 26 bis 28 erfolgt über die Schaltimpulsausgänge eines Ringzählers 31 mit zwei Steuereingängen, von denen der erste über einen Signalverstärker 32 mit dem Lichtempfänger 18 des optoelektrischen Wandlers 13 verbunden ist. Der zweite Steuereingang liegt am Ausgang eines ersten Schwellendiskriminators 33 (Schmitt-Trigger) für die vom Lichtempfänger 16 des optoelektrischen Wandlers 12 abgegebenen und in einem Verstärker 34 verstärkten elektrischen Lichtunterbrechungssignale. Mit 35 ist ferner ein zweiter Schwellendiskriminator (Schmitt-Trigger) für letztere Signale bezeichnet, der ausgangsseitig mit dem Zähleingang eines Impulszählers 36 verbunden ist. Auf diesen Impulszähler 36, der zudem einen mit dem Ausgang des ersten Schwellendiskriminators 33 verbundenen Schalteingang 37 aufweist, folgt ein Digital-Analogwandler 38 mit nachgeschaltetem Verstärker 39 für die Bildablenkung am Horizontalablenkplattenpaar 40 einer Elektronenstrahlröhre 41. Das Vertikalablenkplattenpaar 42 der Röhre 41 ist hingegen mit dem Zeilenkippgenerator 43 und dieser wiederum zur Steuerung des Zeilenkipps in Abhängigkeit von den Abstrahlzeitpunkten der Ultraschall-Sendeimpulse mit dem Ausgang des Leitimpulsgenerators 30 verbunden. Zur Berücksichtigung von Vorlaufzeiten, z.B. der Ultraschall-Sende/Empfangsimpulse in einer WasServorlaufstrecke, kann beispielsweise bei Bedarf eine monostabile Kippstufe 44 in der Verbindung zwischen Zeilenkippgenerator 43 und Leitgenerator 30 dienen, die den Zeilenkipp zur Aufzeichnung der Echoimpulse gegenüber dem Sendezeitpunkt um eine vorgebbare Zeit verzögert. Die zum Leitgenerator 30 führende Leitung 45 bzw. gestrichelt gezeichnete weitere Leitung 46 sind Steuerleitungen zur Steuerung der Taktfrequenz des Leitimpulsgenerators 30 bei Bedarf wahlweise in Abhängigkeit von den Ausgangsspannungen des ersten Diskriminators 33 oder des zweiten Diskriminators 35.
Die Funktionsweise des Bildgerätes nach der Fig. 3 ergibt sich in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 sowie den Spannungsdiagrammen gemäß der Fig. 4 wie folgt:
Mit Einschaltung des Motors 23 wird der Ultraschallkopf 3 samt Winkelscheibe 7 in rasche Rotation versetzt. Die Rotation der Winkelscheibe wiederum
ίο bewirkt, daß im Schrittakt der schwarzen Winkelstriche der Lichtstrahl des optoelektrischen Wandlers 12 periodisch unterbrochen wird. Am Ausgang des Lichtempfängers 16 erscheint somit nach Verstärkung im Verstärker 34 ein Spannungssignal CZ1 (0, das den in der Fig. 4 schematisch dargestellten zeitlichen Verlauf aufweist. Dieser jeweils immer eine Umlaufperiode des Schallkopfes bzw. der Winkelscheibe wiedergebende Spannungsverlauf ist im wesentlichen gekennzeichnet durch insgesamt drei aufeinanderfolgende Züge 47 bzw. 48 und 49 von schmalen Impulsen, die durch längere Impulspausen 50, 51 bzw. 52 unterbrochen sind. Die längeren Impulspausen 50,51 bzw. 52 stammen jeweils von den Lichtunterbrechungen durch die Schwarzsegmente 9,10 bzw. 11 auf der Scheibe 7. Die Impulszüge der schmalen Impulse 47, 48 bzw. 49 sind hingegen das Ergebnis der Lichtunterbrechungen durch die schmalen Striche 8 auf der Winkelscheibe 7. Da, wie bereits erwähnt, der Strichabstand in den drei 120°-Segmenten jeweils von der Mitte aus zu den benachbarten breiteren Schwarzsegmenten abnimmt, sind entsprechend auch in den Zügen 47 bzw. 48 oder 49 die zuerst bzw. jeweils zuletzt auftretenden Impulse schmaler als die zugehörigen Impulse in der Mitte der Impulszüge. Die so erzeugte Spannung CZ1(O wird nun gleichzeitig auf die beiden Schwellendiskriminatoren 33 bzw. 35 gegeben. Gemäß den Schwellwertandeutungen in Fig. 3 bzw. im Spannungsverlauf CZ1(O in Fig. 4 begrenzt der Schwellendiskriminator 33 die Spannung CZ1(O auf Werte bis zur Schwelle G1. Am Ausgang des Schwellendiskriminators 33 ergibt sich somit ein Spannungsverlauf CZ2(O gemäß Fig. 4. Der auf der Schwelle G2 liegende Schwellendiskriminator 35 erfaßt hingegen lediglich Spannungen, die diese Schwelle überschreiten. Es ergibt sich somit am Ausgang des Schwellendiskriminators 35 der Spannungsverlauf CZ3 (0 gemäß Fig. 4. Die Einzelimpulse der Impulszüge CZ3(O werden nun im digitalen Zähler 36 aufgezählt und durch Weitergabe an den Digital-Analogwandler 38 dem jeweiligen Zählerstand entsprechend in eine analoge Bildablenkspannung umgesetzt, die den treppenförmigen Verlauf der Spannung CZ4(O gemäß Fig. 4aufweist. Die periodische Rückstellung des Zählers 36 in seine Nullstellung am Ende jedes Zählintervalls erfolgt jeweils mit dem Durchgang eines Schwarzsegments 9 bzw. 10 oder 11 durch die Lichtschranke des optoelektrischen Wandlers 12. Da dieser mit der Rückflanke der Impulse CZ2(O zusammenfällt, dient letztere jeweils auch als Triggerimpuls zur Zurücksetzung des Zählers 36 über die Steuerleitung 37.
Aus dem zeitlichen Verlauf der Bildablenkung CZ4(O ergibt sich nun am Bildschirm der Röhre 41 eine Zeilenverschiebung, die bei wenigstens annähernd immer gleichen Zeaenschrittabständen zu BiIdbeginn rasch erfolgt, zur Bildmitte hin sich schrittweise verlangsamt und nach Überschreiten der Bildmitte zum Bildende hin entsprechend in der Geschwindigkeit wieder zunimmt. Diese Art der Zeilenverschie-
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bung erfolgt jedoch im Sinne der Ultraschallabtastgeschwindigkeit im Untersuchungsobjekt, die wie beschrieben aus der Mitte des Reflektors heraus zu den Reflektorrandbezirken hin zunimmt. Es ergibt sich somit der angestrebte Linearisierungseffekt in der Bilddarstellung und bei entsprechender Anpassung der Abtastfrequenz auch gute gleichbleibende Informationsdichte, wie im nachfolgenden noch näher erläutert wird. Die beschriebene Funktionsweise betrifft lediglich die Erzeugung einer Bildablenkspannung gemäß dem zeitlichen Verlauf ί/4(ί) nach Fig. 4. Es fehlt noch die direkte zeitliche Synchronisation zwischen Sende- bzw. Empfangszeiten eines jeden Wandlers 4,5 bzw. 6 mit der Zeilenablenkung U4(t). Diese Synchronisation ergibt sich in Kombination der beiden optoelektrischen Wandler 12 und 13 mit dem Ringzähler 31 sowie den Schaltern 26 bis 28 für die Einschaltung der einzelnen Wandler 4 bis 6 wie folgt:
In der Darstellung nach Fig. 1 befindet sich bei gleichzeitigem Auftreffen des Lichtstrahles des optoelektrischen Wandlers 12 auf das Schwarzelement 11 sowie des Lichtstrahles des optoelektrischen Wandlers 13 auf das Schwarzelement 14 der unterhalb des Schwarzelementes 9 angeordnete Wandler 4 unmittelbar im Eingangsbereich des Reflektors 1. Das gleichzeitige Auftreffen jedes der Lichtstrahlen auf ein Schwarzelement bewirkt jedoch, daß Unterbrecherimpulse sowohl am Ausgang des Verstärkers 32 ais auch am Ausgang des Schwellendiskriminators 33 auftreten. Der gleichzeitige Auftritt speziell dieser Unterbrecherimpulse bewirkt nun wiederum im Ringzähler 31 eine Impulsabgabe über die Impuls-Steuerleitungen zu den Schaltern 26 bis 28 in dem Sinne, daß zuerst der Schalter 26 geschlossen und somit durch den Generator 29 der Wandler 4 im Sinne der Abstrahlung und des Empfangs von Ultraschallsignalen aktiviert wird. Im Takt der dann aufeinanderfolgenden Unterbrechungen des Lichtstrahles des optoelektrischen Wandlers 12 durch die Schwarzsegmente 10 bzw. 9 im Sinne der gezeichneten Drehrichtung des Schallkopfes 3 werden schließlich bei geöffneten Schaltern 26, 27 der Schalter 28 und später bei geöffnetem Schalter 26, 28 der Schalter 27 geschlossen. Es werden somit in synchroner Aufeinanderfolge zuerst der Wandler 4, anschließend der Wandler 6 und schließlich der Wandler 5 erregt. Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch mit jeder Umdrehung des Ultraschallkopfes 3 jeweils mit dem erneuten Zusammentreffen der Unterbrecherimpulse aus den Schwarzsegmenten 11 und 14.
Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 ergeben sich hinsichtlich der Wahl der Zeilenfrequenz verschiedene Möglichkeiten. Da jeder Impuls des optoelektrischen Wandlers 12 voraussetzungsmäßig einem Sprung des Ablenkstrahles auf der Bildröhre um einen konstanten Wert entspricht, kann man nun die Anzahl der Impulse pro Umdrehung so wählen, daß sie gleich ist der Anzahl der gewünschten Bildzeilen. Bei dieser Wahl kann somit die Impulsfolge U3(t) am Ausgang des Schwellendiskriminators 35 direkt zur Triggerung des Leitimpulsgenerators 30 im Sinne der Abgabe von Auslöseimpulsen für den Hochfrequenzerzeuger 29 herangezogen werden. Es ergibt sich somit eine der Strichzahl auf der Winkelscheibe zwischen zwei dikken Schwarzsegmenten entsprechenden Anzahl von Zeilen mit immer exakt konstantem Zeilenabstand und somit auch konstanter Informationsdichte, unabhängig von irgendwelchen Schwankungen des Antriebssystems. Ebensogut ist es jedoch auch möglich, den Leitimpulsgenerator 30 lediglich mit den Impulsen der Impulsfolge U2(Jt) zu synchronisieren (beispielsweise über die gestrichelt gezeichnete Steuerleitung 46) und ansonsten den Leitgenerator 30 mit vorwählbarer Folgefrequenz frei laufen zu lassen. Die Leitimpulsfolgefrequenz kann etwa entsprechend « vorstehend angeführter Zeilenfrequenz gewählt werden. Es bietet sich dabei auch die Möglichkeit durch entsprechende Frequenzvervielfachung, z.B. Verdoppelung (in einem Frequenzverdopplungsglied 53 gemäß Fig. 5), der Impulse der Impulsfolge U3 (i) die an sich für jede Stufe immer gleichen Stufensprünge der Treppenspannung U4. (t) insgesamt zu verkleinern, was entsprechend automatisch zu einer Verminderung der Gefahr einer Zeilenpendelung zwischen zwei Stufensprüngen im Ultraschallbild führt. Schließlich kann ao auch die Taktfolge des Leitgenerators, d.h. die Sendeimpulsfolge des jeweils aktiven Ultraschallsenders, frequenzmoduliert werden mit einer Modulationsspannung, die beispielsweise durch Differenzierung der Bildablenkspannung U4(i) gemäß Fig. 4 gewon- «5 nen wird. Diese Möglichkeit ist in der Schaltungsmodifikation nach Fig. 6 angedeutet, wo das Differenzierglied für die Spannung U4(i) mit 54 bezeichnet ist. Aus der Spannung EZ4(O ergibt sich ein GleichSpannungsverlauf, der der dargestellten Spannung U5(t) entspricht. Dieser Spannungsverlauf Us(t) bewirkt eine Frequenzmodulation der Pulsfolgefrequenz des Leitgenerators 30 in der Weise, daß mit steigender Spannung Us(t) die Leitfrequenz erhöht und mit fallender Spannung entsprechend erniedrigt wird. Hierdurch ergeben sich im speziellen besonders gleichmäßige Informationsdichten im Ultraschallbild bei beliebiger Abtastfrequenz.
Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel sitzt die Winkelscheibe unmittelbar auf dem rotierenden Ultraschallkopf. Sie kann jedoch selbstverständlich auch auf einer separaten Antriebswelle angeordnet sein, die beispielsweise mit einer 1 : 3-Übersetzung (infolge der Verwendung von insgesamt drei um je 120° gegeneinander versetzten Ultraschall-Sendern/Empfängern) von der Schallkopfwelle 25 angetrieben wird. In einem solchen Fall reicht eine Winkelscheibe aus, die zur Markierung des Anfangs einer jeden Periode lediglich einen einzigen breiten Markierungsstrich aufweist und bei der die schmalen Striche der gewünschten Winkelauflösung entsprechend nicht innerhalb dreier Sektoren liegen, sondern über den gesamten Scheibenumfang verteilt sind.
Das Ausführungsbeispiel arbeitet ferner bevorzugt mit insgesamt drei Ultraschallwandlern, die um jeweils 120° gegeneinander versetzt sind. Die Praxis hat gezeigt, daß sich hierdurch in Verbindung mit der Erfindung bei geringstmöglichem technischen Aufwand sowie besten Bildfrequenz- und Bildauflösungsbedingungen optimale Linearisierungsverhältnisse ergeben. Der Einsatz von Schallköpfen mit einer geringeren oder auch höheren Anzahl von Schallwandlern ist zwar im Rahmen der Erfindung durchweg gegeben. Diese Ausführungsbeispiele verschlechtern jedoch allenfalls die Bildqualität (bei geringerer Wandleranzahl) oder erhöhen den technischen Auf wand (bei höherer Wandleranzahl).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Nach dem Impuls-Echo verfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit einem Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und einer Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie einem Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei der Ultraschall-Applikator einen Parabelreflektor sowie einen in der Brennlinie des Parabelreflektors an- *5 geordneten und um diese als Achse drehbaren Träger für auf den Reflektor auszurichtende Ultraschallschwinger, die als Sender und/oder Empfänger arbeiten, umfaßt und wobei den Schwingern ein Drehwinkel/Spannungswandler zugeord- ao net ist, der in Abhängigkeit vom Drehwinkel des jeweils aktiven Schwingers dem Bildgenerator in Anpassung an die unterschiedlichen Verschiebungsgeschwindigkeiten des reflektierten Ultraschallstrahles in Reflektormitte und in den Reflektorrandbezirken eine anfänglich rasch, zur Mitte hin langsamer und zum Ende hin wieder rascher ansteigende Verschiebespannung für die Bildzeile zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel/Spannungswandler ein den Ultraschall-Sende/Empfangsschwingern (4, 5, 6) zugeordnetes und sich mit diesen drehendes Markierungssystem (7) aus Drehwinkelmarken (8) umfaßt, deren Anzahl der erwünschten Winkelauflösegenauigkeit des jeweiligen Sende/Empf angsschwingers entsprechend gewählt ist und deren Abstände untereinander für Winkelschritte im Reflektormittenbereich der geringeren Ultraschall-Abtastgeschwindigkeit entsprechend breiter sowie für Winkelschritte im Bereich der Reflektorränder der dortigen höheren Ultraschall-Abtastgeschwindigkeit entsprechend enger ausgebildet sind, und daß dem Markierungssystem ein Markenabtaster (12) zugeordnet ist, der bei sich drehendem Markierungssystem in Abhängigkeit von der zeitlichen Aufeinanderfolge der einzeln abgetasteten Marken (8) den Anstieg der Spannung eines Spannungserzeugers (33 bis 38) steuert in dem Sinne, daß bei rascher Markenaufeinanderfolge der Spannungsanstieg rasch bei weniger rascher Markenaufeinanderfolge entsprechend weniger rasch erfolgt.
2. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Markenabtaster (12) in Abhängigkeit von der zeitlichen Aufeinanderfolge einzelner abgetasteter Drehwinkelmarken (8) elektrische Impulse (U1(I)) erzeugt, die bei rascher Markenaufeinanderfolge entsprechend eine kürzere Impulsdauer aufweisen als bei weniger rascher Markenaufeinanderfolge.
3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungserzeuger (33 bis 38) einen Impulszähler (37) umfaßt, der die vom Markenabtaster (12) gelieferten elektrischen Impulse aufzählt und daß dem Impulszähler (36) ein Digital-Analogwandler (38) nachgeschaltet ist, der eine mit wachsendem Zählerstand entsprechend der Einzählgeschwindigkeit von Impulsen in den Zähler (36) mehr oder weniger rasch ansteigende Ausgangsspannung ( U4(t)) erzeugt.
4. Ultraschall-Bildgerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Markierungssystem (7) neben den Drehwinkelmarken (8) auch dazu unterschiedliche Markierungen (9,10,11) zur Festlegung der Sende/Empfangsperioden eines jeden Ultraschall-Sende/ Empfangsschwingers (4, 5, 6) umfaßt.
5. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Markenabtaster (12) in dem Sinne ausgebildet ist, das er jeweils mit dem Anfallen einer Periodenmarkierung (9, 10,11) einerseits den jeweils zugeordneten Ultraschall-Sende/Empfangsschwinger (4, 5, 6) im Sinne der Aussendung und des Empfangs von Ultraschall aktiviert und andererseits den Spannungserzeuger (33 bis 38) steuert in der Weise, daß dessen Ausgangsspannung vom hohen Endwert einer Periode auf den niedrigeren Anfangswert einer nächstfolgenden Periode zurückgestellt wird.
6. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitlichen Synchronisation der Umlaufperioden der Schwinger (4, 5, 6) mit den jeweiligen Sende/Empfangsperioden das Markierungssystem (7) auch noch eine dritte Markierungsart (14) zusammen mit einem zusätzlichen zweiten Markenabtaster (13) umfaßt, wobei die dritte Markierungsart (14) einer Periodenmarke (z.B. 11) des ersten Markenabtasters (12) nebst dem zu dieser Periodenmarke gehörenden Ultraschallschwinger (z.B. 4) speziell räumlich so zugeordnet ist, daß jeweils mit dem Einschwenken dieses Schwingers in den Reflektorbereich die dritte Markierungsart (14) durch den zweiten sowie die Periodenmarke (11) durch den ersten Markenabtaster gleichzeitig erfaßt werden und daß mit dem so bewirkten zeitlichen Markenzusammenfall in einem Schaltimpulsgeber (31) ein den Beginn der Umlaufperiode festlegender Einschaltimpuls speziell für diesen Schwinger (4) erzeugt wird.
7. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltimpulserzeuger (31) ein Ringzähler ist, der periodisch nach jedem Einschaltimpuls zu Beginn einer Umlaufperiode im Takt der nachfolgenden Durchgänge der weiteren Periodenmarken (10, 9) durch den ersten Markenabtaster (12) weitere Schaltimpulse zur zeitgerechten Ein- bzw. Abschaltung der speziell diesen Periodenmarken zugeordneten Sende/Empfangsschwinger erzeugt.
8. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung gleichförmiger Informationsdichten die Sendeimpulsfolge der Sende/Empfangsschwinger (4, 5, 6) mit der Taktfolge der Markenimpulse (CZ1(O) des ersten Markenabtasters (12) zeitlich synchronisierbar ist.
9. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendung der Ultraschallsendeimpulse im Takt der Aufeinanderfolge der Markenimpulse (U1(^) des ersten Markenabtasters (12) erfolgt.
10. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erzielung gleichförmiger Informationsdichten die Sendeimpulsfolge der Sende/Empfangsschwinger (4,5,6) frequenzmodulierbar ist mit einer Modulationsspannung, die durch Differenzierung der Bildablenkspannung gewonnen wird.
11. Ulraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Markierungssystem (7) eine sich mit dem Träger (3) für die Schwinger (4,5,6) drehende inkrementale Winkelscheibe aus durchsichtigem Material, z.B. Plexiglas, mit aufgebrachten Schwarzstrichen als Winkel- bzw. Periodenmarkierungen ist, und daß als Markenabtaster (12, 13) ein optoelektrisches Lichtschrankensystem dient, dessen Lichtgang im Takt der Schwarzstriche unterbrochen wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit einem Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und einer Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie einem Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei der Ultraschall-Applikator einen Parabelreflektor sowie einen in der Brennlinie des Parabelreflektors angeordneten und um diese als Achse drehbaren Träger für auf den Reflektor auszurichtende Ultraschallschwinger, die als Sender und/oder Empfänger arbeiten, umfaßt und wobei den Schwingern ein Drehwinkel/Spannungswandler zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Drehwinkel des jeweils aktiven Schwingers dem Bildgenerator in Anpassung an die unterschiedlichen Ver-Schiebungsgeschwindigkeiten des reflektierten Ultraschallstrahles in Reflektormitte und in den Reflektorrandbezirken eine anfänglich rasch, zur Mitte hin langsamer und zum Ende hin wieder rascher ansteigende Verschiebespannung für die Bildzeile zuführt. Durch die deutsche Patentschrift 1289617 ist bereits ein Ultraschall-Bildgerät mit einem Ultraschall-Applikator vorbekannt, der einen zylindrischen Parabolreflektor aufweist, in dessen Brennlinie ein Ultraschall-Sende/Empfangskopf (mit insgesamt zwei Sende/Empfangsschwingern) um die Brennlinie als Achse drehbar und längs der Brennlinie verschiebbar angeordnet ist. Bei rascher Rotation des Ultraschallkopfes um die Brennlinie wird auf Grund der Reflexionseigenschaften des Reflektors ein in Richtung auf den Reflektor abgestrahlter und von diesem beispielsweise in einen zu untersuchenden Körper reflektierter Ultraschallstrahl im Körpergebiet parallel zu sich selbst verschoben. Der reflektierte Ultraschallstrahl tastet somit dieses Körpergebiet in rascher Aufeinanderfolge in zueinander parallelen Zeilen ab. Bei entsprechender zeilenweisen Abbildung der jeweils aus einer Abtastzeile im Körpergebiet empfangenen Echosignale auf dem Bildschirm eines Oszillographen als Aufzeichnungsvorrichtung erhält man ein Schnittbild des zu untersuchenden Körpers in der Abtastebene. Hierzu parallele Ebenen erhält man durch entsprechende Verrückung des Ultraschall-Sende/Empfangskopfes in Richtung der Brennlinie des Parabolreflektors. Das bekannte Ultraschall-Bildgerät hat jedoch folgenden Nachteil: Erfolgt die Drehung der Drehwelle für den Ultraschallkopf (z.B. bei Verwendung eines Elektromotors als Drehantrieb) mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit, dann bewegt sich der am Reflektor reflektierte Strahl des jeweils gerade aktiven Ultraschall-Senders/Empfängers senkrecht zu seiner Ausbreitungsrichtung in den Randbezirken der Parabel mti größerer Geschwindigkeit (senkrecht zur Richtung der parallel verlaufenden Schallwellenzüge) als im Mittelteil der Parabel. Dies hat zur Folge, daß die Abtastung des Untersuchungsgebietes nicht mit gleicher Geschwindigkeit erfolgt und damit einerseits die Informationsdichte aus diesem Gebiet nicht gleichmäßig ist und andererseits nichtlineare Verzerrungen bei der Bildaufzeichnung auftreten. Man hat nun bereits Versuche unternommen, diese Nachteile wenigstens teilweise zu beseitigen. So wurden beispielsweise auch bei den Geräten nach der deutschen Patentschrift 1289617 bereits Drehwinkel/Spannungswandler eingesetzt, die wenigstens zum Zwecke einer Linearisierung der Bildaufzeichnung eine Zeilenverschiebespannung am Bildgenerator mit dem eingangs beschriebenen zeitlichen Verlauf erzeugten. Die Modulation der Bildspannung erfolgte jedoch durch induktive Widerstandsänderung an Hand eines Kurvenscheibenpaares, das in Abhängigkeit von der Winkelstellung des jeweils zugeordneten Ultraschallschwingers mehr oder weniger tief in den Luftspalt eines Hochfrequenzübertragers eintauchte. Derartige Drehwinkel/Spannungswandler sind nun technisch nicht nur sehr aufwendig; sie sind darüber hinaus auch schlecht reproduzierbar und führen somit zu unnötig hohem Fertigungsaufwand. Der Linearisierungseffekt ist wegen der schlechten Reproduzierbarkeit des Wandlers außerdem nicht optimal und es ergeben sich auch weiterhin ungleichförmige Informationsdichten. Weitere Lösungsversuche beschreibt auch z.B. die deutsche Patentschrift 1466912. Die dort beschrittenen Lösungswege sind jedoch durchweg nur mechanischer Art, d. h. die Kompensation nichtlinearer Effekte bzw. ungleicher Informationsdichten erfolgt durch Eingriff in die Getriebe für den Drehantrieb des Ultraschallkopfes in der Weise, daß mittels entsprechend ausgebildeter Kurvenscheiben der ursprüngliche Antrieb mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit in einen Antrieb für die Abgabe einer ungleichförmigen Geschwindigkeit umgesetzt wird (Drehgeschwindigkeit des Schallkopfes zu den Reflektorrandbezirken hin langsamer als in Reflektormitte). Auch diese rein mechanischen Lösungen sind technisch zu aufwendig und kompensieren ebenfalls - wie die Praxis gezeigt hat - Nichtlinearitäten bzw. unterschiedliche Informationsdichten aus dem Untersuchungsgebiet nicht in dem hohen Maße, wie es eigentlich wünschenswert ist.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß mit technisch sehr viel weniger aufwendigen und zugleich auch sehr viel besser reproduzierbaren Lösungsmitteln einerseits optimale Linearitätsverhältnisse und andererseits bei Bedarf auch äußerst konstante Informationsdichten gewährleistet sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehwinkel/Spannungswandler ein den Ul-
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