DE2719130C3 - Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen - Google Patents
Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer UntersuchungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen, das
Ultraschallsende- und -empfangseinrichtungen, einen um eine Achse drehend oder schwenkend antreibbaren
Schalikopf und eine Schnittbüdeinrichtung zur Zuordnung der aus zu ausgesagten Schallimpulsen
empfangenen Echos gebildeten Signale zu entsprechenden Adressen auf einer Schnittbildanzeigeeinrichtung,
insbesondere einem Bildschirm aufweist.
Mit allen bekannten Ultraschallgeräten ist zu einem bestimmten Zeitpunkt nur die Abtastung und Darstellung
eines einzigen Schnittes nach einer bestimmten Schnittebene möglich, wobei die dargestellte
Schnittebene durch die Achse des Schwingers (Abstrahlachse) und ihre Bewegungsrichtung gegeben ist.
Praktisch wird durch das vom Schwinger abgestrahlte Schallbündel ein scheibenförmiger, also ein bestimmtes
Volumen aufweisender Teil des Patienten abgetastet. Die Darstellung und Auswertung erfolgt aber nur
oezogen auf die von der Schwinger- und damit Schallbündelachse bestimmte Ebene.
Bisher wird meist ein schwenkend antreibbarer Schallkopf vorgesehen, wenn das Schallbündel direkt,
also mit praktisch vernachlässigbar kleiner Vorlaufstrecke in die jeweils abzutastende Schnittebene eingeleitet
wird. Ein drehender Antrieb des Schallkopfes wird meist dann vorgesehen, wenn das Schallbündel
über eine Vorlaufstrecke, deren Länge größer ist als dann die ausnützbare Eindringtiefe des Schall bündeis
in die Schnittebene, eingeleitet wird. Dabei wird der Schallkopf vorzugsweise zwischen der Aufsatzstelle
und einem Reflektor, meist einem Parabolreflektor, angeordnet und sein Schwinger bzw. seine Schwinger
werden nur dann aktiviert, wenn sie gegen den Re-
flektor weisen. Es wird dadurch eine Abtastung des jeweils untersuchten Bereiches bei parallel zu sich
selbst über die Schnittfläche verstelltem Schallbündel erzielt.
Schließlich ist es auch bekannt (DE-OS 1566128),
sogenannte Multieleraent-SchaUköpfe zu verwenden. Diese besitzen viele in einer Reihe angeordnete
Schwinger, die alle aui den Untersuchungsbereich aufgesetzt werden müssen und nacheinander aktiviert
werden, so daß das Schallbündel wieder über die durch die Aufsatzstellung des Multielement-Schwingers gegebene
Schnittfläche verstellt wird. Aus physikalischen Gründen muß bei einer bestimmten erwünschten
Eindringtiefe eine bestimmte Mindestfläche des Multielement-Schwingers aktiviert sein. Um trotz
dieser Bedingung eine feinstufigere Verstellung des Schallbündels zu erzielen, ist es bekannt, dem Multielement-Schwinger
die geforderte Mindestbreite zu geben, die beispielsweise 8 mm beträgt, den Schwinger
aber der Länge nach viel feinstufiger in Einzelelemente
zu unterteilen, wobei die Breite eines Einzelelements
dann nur mehr 0,5 mm beträgt, !-.s wild jeweils
eine Gruppe dieser Einzelelemente gleichzeitig erregt, so daß ein quadratischer Bereich des Multielement-Schwingers
aktiviert wird, der die geforderte Mindestfläche aufweist. Dadurch, daß man die Elemente
an den Enden der aktivierten Grup>pe einzeln zu- und abschaltet, wird praktisch erreicht, daß der
Vorschub des Schallbündels über die Schnittfläche nur in der Elementbreite entsprechenden Schritten erfolgt.
Für die gruppenweise Aktivierung kommen mechanische oder elektronische Schalter in Frage. Es ist
auch eine Konstruktion bekannt, bei der die Aktivierung der Einzelelemente des Multielement-Schwingers
über Fotowiderstände erfolgt, die in gleicher Teilung wie die Schwingerelemente an der Rückseite des
Schallkopfes in einer Trommel angeordnet und mit den ihnen entsprechenden Schwingerelementen über
Aktivierungsleitungen verbunden sind, wobei in der Trommel eine Lichtquelle mit einer drehend angetriebenen
Blende vorgesehen ist, so daß jeweils die von einem durch die Blende bestimmten Lichtsektor getroffenen
Fotowiderstände die mit ihnen verbundenen Elemente des Multielement-Schwingers aktivieren.
Bei medizinischen Untersuchungen nach dem Ultraschall-Schnittbildverfahren
ist rs häufig für die Erstellung einer Diagnose erforderlich, mehrere
Schnittbilder in verschiedenen Schnittebenen anzufertigen. Wie erwähnt, können die bekannten Geräte
aber nur gleichzeitig eine Schnittfläche bestreichen. Man muß deshalb bisher dann, wenn man verschiedene
Schnittbilder erhalten oder die Lage der Schnittebene im Objekt verändern will, den aufgesetzten
Schallkopf von Hand aus oder über die Schnittbildmechanik entsprechend umsetzen und auf die neue
Schnittebene einstellen. Es müssen also bisher komplizierte UmJustierungen der Schnittbildmechanik
vorgenommen werden, wobei sich weitere Schwierigkeiten dadurch ergeben, daß es besonders bei nachgiebigen
Körpern, also bei der medizinischen Unter- ι suchung weicher Körperpartien, sehr schwierig ist,
beim Umsetzen des Schallkopfes wieder den vorher in einer anderen Schnittebene dargestellten Bereich
zu treffen, also z. B. zu einem im Querschnitt dargestellten Organ od. dgl. einen exakten Längsschnitt ι
darzustellen. Für die Herstellung paralleler Schnittbilder hat man zwar Schnittbildmechaniken entwikkelt,
bei denen der Schallkopf in genau bekannten Stufen in parallel zueinander liegenden Spuren verschoben
wird, doch ist auch hier ein Umsetzen des Schallkopfes zwischen den einzelnen Schnitten erforderlich,
wobei sich Ankoppelungsschwierigkeiten, Verlagerungen von Organen usw. zwischen den einzelnen
Schnittbildabtastungen ergeben können. Es ist also bisher mit Geräten der gegenständlichen Art unmöglich,
ohne Veränderung der Grundeinstellung des Schallkopfes praktisch gleichzeitig und ohne Zwi-11»
schenspeicherung zwei oder mehrere Schnittbilder aus verschiedenen wählbaren Schnittebenen zu erhalten
und so u. a. einen bestimmten Volumenbereich im Objekt, der ein Vielfaches der schon erwähnten, einer
Schnittebene zugeordneten »Scheibe« des Objektes ι '·>
beträgt, rasch in verschiedenen Schnittebenen durchzumustern und dann Einstellungen auf besonders interessante
Schnittebenen vorzunehmen.
Zur Ortung einzelner Reflexionsflächen in einem Körper ist es bei einer für die Schnittbilddarstellung
.ή ungeeigneten Konstruktion schon bekannt, einzelne
Schallköpfe auf einem Längsträger anzuordnen und diesen Längsträger seinerseits schrittweise verstellbar
auf einer zur Abstrahlrichtung der Tastköpfe konkaven Führungsbahn zu lagern. Auf einem zu <itm ge-
-'' nannten Träger senkrechten Träger sitzen Empfängerköpfe.
Die Sender werden nacheinander erregt. Daraus, welcher Sender eben erregt wurde, und welcher
Empfänger zu t'iesem Sende impuls Echo empfangen
hat, soll über einen Rechner ermittelt werden, »ι wo die diese Echos erzeugende Reflexionsstelle in einem
untersuchten Körper liegt. Es sei noch einmal betont, daß diese Konstruktion für eine Schnittbilddarstellung
ungeeignet ist und daß hier die Senderachsen auf eine einzige, horizontale Ebene und die Empi
> Irängerachsen auf einer dazu senkrechten, vertikalen Ebene ausgerichtet sind, wobei sich die Achsen von
Sendern und Empfängern an keiner Stelle schneiden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Un-4Ii
liersuchungsgerätes, das es ermöglicht, verschiedene Schnittebenen ohne Änderung der Aufsetzlage Ties
Schallkopfes auszuwählen und darzustellen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schallkopf mehrere, in Richtung seiner Dreh- bzw.
'. Schwenkachse gegeneinander versetzte Einzelschwinger
besitzt, die bei angetriebenem Schallkopf mit ihren Achsen in mehreren getrennten Schnittflächen
gleichzeitig ein bestimmtes Volumen des Patienten bestreichen, wobei eine Wähleinrichtung vorgesen
hen ist, mit deren Hilfe aus dem Volumen durch Auswahl der Einechaltzeiten. Einschaltreihenfolge
und Einschaltdauer der einzelnen Schwinger eine Schnittfläche ausgewählt werden kann, die normal,
par^ile! oder schräg zur Achse liegt, welche Wählein-
> richtung die Schwinger nur in jener Stellung aktiviert bzw. mit der Anztigeeinrichtung verbindet, in der ihre
Achsen in der gewählten Schnittebenc liegen.
Mit dem Geiät wird ein größeres, aus vielen je einem
Schwinger zugeordneten E in/e Ischeibe η zusammengesetztes
Volumen abgetastet, wobei aber Bilder nur aus der eingestellten Schnittebene erzeugt werden.
Nach einer Weiterbildung können au-;h mehrere verschiedene Schnittebenen ausgewählt und die aiii,
ihnen erhaltenen Schnittbilder gleichzeitig dargestellt werden. Die Auswahl der Schnittebenen erfolgt durch
elektrische Maßnahmen, und es ist daher möglich, die ausgewählten Schnittebenen innerhalb des erfaßten
Volumenbereiches beliebig zu verstellen, ohne daß
dazu ein Umsetzen des Schallkopfes erforderlich ist.
Damit können die Schnittbilder aus verschiedenen Ebenen bei exakt gleichbleibenden Untersuchungsbedingungen hergestellt und bei Ableitung mehrerer
Schnittbüder sogar praktisch gleichzeitig und unter gleichen Bedingungen erhaltene Bilder unmittelbar
miteinander verglichen werden. Ferner ist es bei aufgesetztem Schallkopf möglich, durch einfaches Verstellender
Auswahleinrichtung die dargestellte Ebene zu verschieben und damit eine schnelle Durchmusterung
des erfaßten Volumens zu erhalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mit der Auswahleinrichtung
die dargestellte Schnittebene, deren Grundeinstellung durch eine Ersteinstellung bestimmt wurde,
parallel zu sich selbst zu verschieben, so daß praktisch bei der Bilddarstellung der Eindruck entsteht, daß das
untersuchte Objekt normal zur dargestellten Schnittebene durchfahren wird.
Der Schallkopf kann als Walze ausgebildet sein, auf deren Mantel die Einzelschwinger längs einer Schraubenlinie
angeordnet sind. Diese Walze kann an einem Ankopplungsstück lagern, mit dem sie unmittelbar auf
das Objekt aufgesetzt wird. Vorzugsweise werden die Schwinger grundsätzlich nur dann aktiviert, wenn sie
zum Ankopplungsstück weisen, so daß der Schall mit möglichst kurzer Vorlaufstrecke in das untersuchte
Objekt eingeleitet wird.
Unter »Schwinger« ist jeweils ein für die Abgabe und den Empfang eines Schallimpulses aktivierbares
Element zu verstehen. Es kann sich hier um einen einteiligen Einzelschwinger, aber auch um eine jeweils
gleichzeitig aktivierbare Gruppe bei Multi-Element-Schwingern
handeln. Ferner kann ein Schwinger auch aus anderen Gründen, z. B. zur Erzielung einer Fokussierung,
zur Ermöglichung der Einstellung verschiedener Nahfeldbereiche und zur Vermeidung von
Minimas der Empfindlichkeit im Schallstrahl, mehrteilig ausgeführt sein. Bei Multi-Element-Schwingern
ist es möglich, die Lage des durch die eingeschaltete Elementgruppe bestimmten Schwingers relativ zum
Schallkopf durch Zu- und Abchalten von Randelementen zu verandern. Der Einfachheit halber wird in
Schwingern gesprochen, ohne noch einmal auf die möglichen Ausführungsformen einzugehen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus der nachfolgenden
Zeichnungsbeschreibung hervor.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise
veranschaulicht. Es zeigt
Fig. 1 schematisiert im Schaubild eine Anordnung zur Erläuterung Jes Grundprinzips des erfindungsgemäßen
Gerätes.
Fig. 2 bis 4 Abwicklungen des Mantels verschiedener Schallköpfe,
Fig. 5 eine mögliche Ausbildung einer Steuereinrichtung für einen Schallkopf,
Fig. 6 eine Steuerungsmöglichkeit eines Einzelschwingers,
Fig. 7 und 8 mögliche Verkopplungen der Schalter
der Einzelschwinger in der Walze, und
Fig. 9 ein Blockschaltschema eines erfindungsgemäßen
Gerätes.
Nach Fig. 1 sind auf einer sich um die jc-Achse drehenden,
einen Mehrfachschallkopf bildenden Walze 1 mehrere Schwinger la bis Id angebracht, die nach
einem bestimmten Programm mit einem Ultraschallgerät verbunden bzw. von ihm getrennt werden können.
Je nachdem, welcher Schwinger wie lange mit dem Gerät verbunden ist, entstehen verschiedene
Schnittbüder aus verschiedenen Ebenen. Wird z. B. ein Schwinger während einer Walzendrehung um 90°
ununterbrochen mit dem Ultraschallgerät verbunden, so entsteht ein Schnittbild aus einer Schnittebene, die
senkrecht zur .v-Achse liegt und beispielsweise durch die Ebene 3 angedeutet ist. Durch Wechsel des angeschalteten
Schwingers läßt sich die Schnittebene in Richtung der .r-Achse parallel zu sich selbst verschieben,
wobei diese Verschiebung allerdings nicht kontinuierlich erfolgen kann, sondern nur in Stufen, deren
Größe dem Abstand zweier benachbarter Schwinger in .r-Richtung entspricht. Die Dichte der Abtastung
innerhalb der Schnittebene wird durch die Impuls-Folgefrequenz und die Drehgeschwindigkeit der
Walze 1 bestimmt. Würde man hingegen immer nur jenen Schwinger, der sich im Augenblick in der tiefsten
Stellung befindet, kurzzeitig mit dem Ultraschallgerät
verbinden, so erhielte man das Schnittbild aus einer in «-Richtung liegenden Ebene 4. Durch ein
zeitliches Verschieben des Augenblickes der Anschaltung der einzelnen Schwinger, könnte diese Schnittebene
aus der gezeichneten Lage um die .r-Achse geschwenkt werden. Der Zeilenabstand entspricht
wiederum dem Abstand der Schwinger in .r-Richtung. Im gezeichneten Prinzip wäre dieser Abstand natürlich
viel zu groß, um ein geschlossenes Bild der Schnituiäche zu erhalten, weshalb eine später noch
zu besprechende Schwingeranordnung verwendet wird. Die Walze 1 kann in einem Gehäuse gelagert
sein, das an der Stelle, an der es das zu untersuchende Objekt berührt, ein schalldurchlässiges Fenster besitzt.
Der Schallübergang zwischen der sich drehenden Walze (Schallkopf) und dem ruhenden Gehäuse, das
auch noch weitere Schalteinrichtungen beinhaltet, wird durch die Füllung mit einer schalleitenden Flüssigkeit
bewirkt.
Nach den Fig. 2 und 4 sind die Schwinger jeweils längs Schraubenlinien am Schallkopf 1 angeordnet.
Fig. 2 zeigt zunächst die Ausgangssituation. Die Schwinger la bis Ig sind in einer Schraubenlinie an-(mhrarht wnhpi cprh« Srhwinopr riaropstpllt wiirdpn
o- - ο
ο
Damit ließe sich die Schnittebene 3 in sechs Stufen verstellen. Das Schnittbild aus der Schnittebene 4
würde jedoch nur mit sechs Zeilen geschrieben, was für eine geschlossene Darstellung nicht ausreicht. Um
die Zeilenfolge dichter zu gestalten, müssen die Abstände benachbarter Schwinger in Jt-Richtung kleiner
gewählt werden. Da sie aus schall-physikalischen Bedingungen nicht beliebig klein gemacht werden können,
werden zwei mögliche Wege aufgezeigt, die in Fig. 3 und 4 dargestellt sind.
In Fig. 3 erfolgt die Anordnung der Schwinger 2 wiederum nach einer Schraubenlinie, die jedoch gegenüber
Fig. 2 eine viel kleinere Steigung besitzt. Im gezeigten Beispiel wurde die Steigung im Verhältnis
1:3 reduziert, in der Praxis wird dies viel stärker sein.
Im gleichen Maß, wie die Steigung reduziert wird, steigt die Liniendichte in bezug auf das aus der
Schnittebene 4 erzielbare Bild an. Um die gleiche Ausdehnung des Bildes aus dieser Ebene in χ-Richtung
wie bei dem Schallkopf nach Fig. 2 zu erhalten, ist es jetzt jedoch notwendig, mehrere Walzenumdrehungen
durchzuführen. Für das gezeichnete Beispiel würde das bedeuten, daß bei jeder Umdrehung der
Walze ein Schnitt senkrecht zur χ -Achse angefertigt werden kann, jedoch drei Umdrehungen für einen
Schnitt in der .v-Aehse erforderlich sind, Es ist jedoch
möglich, die Schwingerannrdnung so zu wählen, daß auch das Schnittbild aus der Ebene 4 bei einer Umdrehungvollständig
mit entsprechend dichter Zeilenfolge geschrieben wird. F ig. 4 zeigt dafür ein Beispiel.
Die Schraubenlinien besitzen die gleiche Steigung wie in Fig. 2, jedoch wird hier eine dreigängige Schraube
gewählt, wobei in den einzelnen Schraubenlinien die SchaHköpfe in ^-Richtung um ein Drittel der Ganghöhe
gegenüber dem vorhergehenden Schraubengang versetzt sind. Es würde hier die gleiche Zeilendichte
wie bei der Walze nach Fig. 3 entstehen, doch können beide Bilder (aus der v- und y-Ebene) mit einer einzigen
Drehung vollständig geschrieben werden.
Auch hier muß darauf hingewiesen werden, daß in der Zeichnung der besseren Übersicht halber die Verhältnisse
gegenüber der Wirklichkeit verzerrt und schlechter dargestellt sind. Ein konkretes Beispiel soll
praktisch mögliche Werte aufzeigen. Besitzt die Waize ί einen Durchmesser von i 5 cm, was in der
Praxis erforderlich ist, um keine zu starke Krümmung der Oberfläche zu erhalten, und soll die Hubhöhe in
-v-Richtung ebenfalls 15 cm betragen, so ergibt sich die Länge einer Schraubenlinie, die die Walze einmal
umschlingt, wiediesFig. 2 entspricht, mit etwa 47 cm. Entlang dieser Linie können neunundzwanzig
Schwinger mit 15 mm Durchmesser angebracht werden. Dies führt dazu, daß der Sprung in .r-Richtung
von Schallkopf zu Schallkopf etwa 5 mm beträgt. Ordnet man die Schallköpfe entsprechend Fig. 3 oder
Fig. 4 an. so verringert sich die Sprunghöhe und damit der i^'ilenabstand auf etwa 1,7 mm. Da der wirksame
Durchmesser des Schallbündels bereits erheblich größer ist als die Sprunggröße, wäre eine weitere Verringerung
der Sprunggröße nicht sinnvoll und brächte zwar vielleicht infolge der dichteren Zeilenfolge ein
schöneres, aber auf keinen Fall ein aussagekräftigeres Bild. Die Erfordernisse bezüglich einer entsprechenden
dichten Zeilenfolge sind also innerhalb der sinnvollen Grenzen durchaus realisierbar.
Für die Erzeugung der Schnittbilder ist es notwendig, daß die einzelnen Schwinger in der sich drehenden
Walze im richtieen Zeitpunkt an- bzw. abgeschaltet werden. Eine dafür geeignete Steuerung zeigen Fig. 5
und 6. Bei dem zu besprechenden Beispiel wird von der Verwendung von magnetisch zu steuernden
Schaltern ausgegangen.
Fig. 5 zeigt wieder die Walze 1, die sich um die .v-Achse dreht. Knapp über der Mantelfläche der
Walze sind zwei Magnete angeordnet, die sich zwar nicht mit der Walze drehen, aber innerhalb gewisser
Bereiche beweglich, d. h. einstellbar sind. Ein kammförmiger Magnet 5 liegt parallel zur Drehachse und
kann um diese in einem Winkelbereich geschwenkt werden, der der Austrittsmöglichkeit des Schallbündels
durch das Fenster im (nicht gezeichneten) Gehäuse entspricht. Ein zweiter Magnet 6 umfaßt einen
Teil des Umfanges der Walze entsprechend dem Winkel des Austrittsfensters. Der Magnet 6 kann in axialer
Richtung verschoben werden, wobei die Verschiebung jedoch in Stufen erfolgt, die so gewählt sind,
daß sich der Magnet 6 immer auf einer Umfangslmie befindet, die durch eine Lücke im Kamm des Magneten
5 läuft. Ob die Magnete elektrisch erregt werden, oder ob es sich um Permanentmagnete handelt, ist
ohne Bedeutung. Wichtig ist hingegen, daß der Kamm-Magnet S soviel Zähne aufwcst, als Schwinger
auf der Walze vorhanden sind.
Fig. 6 stellt einen Schnitt durch die Walze 1 dar. Jedem Schwinger 2 sind zwei Schalter 7 und 8 zugeordnet,
die an verschiedenen Stellen des Umfanges in der Walze angeordnet sind und sich mit der Walze
mitdrehen, so daß sie immer in der gleichen Winkelstellung zum Schwingerstehen. Außerdem sind beide
Schalter, was in der Zeichnung nicht erkennbar ist. in axialer Richtung so versetzt, daß jeder Schalter nur
von einem der genannten Magnete erregt werden kann. Der Schalter 7 kann z. B. nur vom Magnet 5
erregt werden, da er bezüglich des Magneten 6 immer vor oder hinter diesem Magnet vorbeiläuft. Umgekehrt
kann der Schalter 8 nur vom Magnet 6 gesteuert werden, da er immer in den Lücken des Kammes des
Magneten 5 durchläuft. Beim Drehen der Walze 1 wird der Schalter 8, der sich auf der Umfangsiinie befindet,
auf der im Augenblick der Magnet 6 steht, für die Dauer des Durchlaufes unter diesem Magnet geschlossen
und der zugehörige Schwinger angeschaltet. Es entsteht ein Schnitt entsprechend der Schnittebene
3. Durch Verschieben des Magneten 6 läßt sich die Schnittebene verschieben, da dann eben ein entsprechend
anderer Schallkopf angeschlossen wird. Analog dazu bestimmt abwechselndes Anschalten der
verschiedenen Schwinger mittels des Magneten 6 die Schnittebene 4.
Es ist selbstverständlich möglich, die erforderlichen Schaltvorgänge auch durch andere als die hier beschriebenen
Magnetschalter zu steuern, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung geändert wird. Es wäre
so z. B. eine Betätigung der Schalter durch verstellbare Nocken oder durch Lichtstrahlen mittels Fototransistoren
denkbar.
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann es bei diesen Anordnungen der Schwinger vorkommen, daß
sich zwei Schwinger gleichzeitig in einer Position befinden, in der sie die den beiden vorgewählten Schnittebenen
zuzuordnenden Signale empfangen können. Beim Betrieb der beschriebenen Anordnung mit nur
einem Ultraschallgerät muß durch einen entsprechend gesteuerten Umschalter dafür gesorgt werden, daß
immer nur ein Schwinger mit dem Gerät verbunden wird, auch wenn sich gleichzeitig ein zweiter Schwinger
in einer für die Aufnahme geeigneten Stellung befände. Dadurch wird aber die Kapazität der Schallkopfanordnung
nicht voll ausgenützt. In einer Weiterbildung wurden Schaltungen entwickelt, die
den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Schwinger gestatten. Dies sei an einem Beispiel für den Betrieb
durch zwei Geräte erörtert, die praktisch gleichzeitig zwei Schwinger erregen. Dafür müssen jedoch folgende
Maßnahmen beachtet werden:
1. Es darf nie vorkommen, daß ein Schallkopf gleichzeitig mit beiden Geräten verbunden ist,
und
2. es muß dafür gesorgt werden, daß keine gegenseitige Störung eintritt, die vor allem dann zu erwarten
ist, wenn zwei nahe beieinander liegende Schwinger erregt werden, so daß ein Schwinger
auch die Echos empfangen kann, die vom Schallimpuls stammen, den der zweite Schwinger ausgesendet
hat.
Die Lösung der ersten Forderung wurde durch eine Verkuppelung der Schalter in der Walze erreicht.
Fig. 7 und 8 geben zwei verschiedene Lösungsmöglichkeiten an, die zwar den gestellten Forderungen
entsprechen, aber doch unterschiedliche Wirkung haben. Die Anspeisung des Schallkopfes von zwei Ultra-
schallgeräten her erfolgt über rotierende Transformatoren
9 und 10, von denen nur die bewegliche Sekundärspule dargestellt ist, wogegen die feststehende
Primärspule nicht gezeichnet ist. Zwei Schwingersind durch Kondensatoren 2a und 2b symbolisiert.
Jedem Schallkopf sind zwei hintereinanderliegende Schalter 11a und 12a bzw. 11b und 12b zugeordnet,
die analog uer vorher beschriebenen Steuerung durch die zwei Magnete gesteuert werden. In der gezeigten
Schaltung besitzen die Schalter 11a und 11b die Priorität gegenüber den Schaltern 12a und 12b. Ist einer
der Schalter 11 geschlossen, was der linken Stellung entspricht, so ist der zugehörige Schwinger mit dem
Transformator 9 verbunden, unabhängig davon, welche Stellung der Schalter 12 einnimmt. Nur wenn der
Schalter 11 in der offenen Stellung ist, also rechts, kann eine Verbindung zum Transformator 10 hergestellt
werden, wenn gleichzeitig der Schalter 12 - linke Steüun" — °esch!ossen ist. Der Anschluß sn ύζν.
Transformator 9 wird also gegenüber dem Anschluß an 10 bevorzugt, da bei gleichzeitigem Schließen beider
Schalter nur der Anschluß an den Transformator 9 erfolgt.
Fig. 8 stellteine andere Schaltungsvariante dar, bei der beide Schalter 11, 12, die diesmal nur für einen
Schwinger 2 gezeichnet sind, gleichberechtigt sind. Wie man durch Verfolgen des Strompfades feststellen
kann, wird bei dieser Schaltung der Schwinger nur dann angeschlossen, wenn sich ein Schalter in der
»ein«- und der andere Schalter in der »aus«-Stellung befindet. Sind beide Schalter in »ein«-Stellung oder
beide Schalter in »aus«-Stellung, so erfolgt kein Anschluß zu einem Transformator. Auch hier bedeutet
die linke Schalterstellung »ein« und die rechte Stellung »aus«. Diese Schaltungsvariante besitzt einen
besonderen Vorteil: Befindet sich ein Schallkopf genau in der Stellung, in der sein Schallbündel in der
Schnittlinie der Bildebenen 3 und 4 liegt, werden entsprechend der beschriebenen Steuerung der Schalter
beide Schalter in die »ein«-Stellung gebracht und damit entsprechend der angegebenen Schaltung der
Schwinger abgeschaltet. Dies bedeutet, daß an dieser Stelle keine Signale gesendet und empfangen werden
können. Es entsteht so in beiden Bildern eine »schwarze« Zeile, die die Schnittlinie der beiden Bildebenen
in beiden Bildern zeigt.
Die Forderung nach Vermeidung einer gegenseitigen Störung läßt sich dadurch verwirklichen, daß
beide Ultraschallgeräte über einen gemeinsamen Taktgeber so gesteuert werden, daß abwechselnd das
eine und das andere Gerät arbeitet. In der Pause darf das jeweilige Gerät nicht nur nicht senden, sondern
muß auch für den Empfang abgeschaltet sein. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man vor jedes Gerät
einen elektronischen Schalter schaltet, der durch das zweite Gerät so gesteuert wird, daß er die Zuleitung
zu den Schwingern unterbricht, wenn das zweite Gerät arbeitet. Obwohl durch den alternierenden Betrieb
beider Geräte eine Gleichzeitigkeit im strengsten Sinne des Wortes nicht gegeben ist, kann man doch
davon sprechen, da die bei den einzelnen Geräten aufeinanderfolgenden aktiven Phasen so kurz sind,
daß sich in der Zwischenzeit der Schwinger um viel weniger als eine Bündelbreite bewegt hat, so daß
weitgehend die gleichen Echoflächen erfaßt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist der Antrieb
der Schallkopf-Walze 1. Bei den bisher üblichen Schnittbiid-Mechaniken wird der Antrieb von Hand
aus oder durch einen frei laufenden Motor durchgeführt und die jeweilige Stellung der Anordnung durch
entsprechende Weg- oder Winkelaufnehmer abgetastet, in elektrische Signale umgewandelt und an einen
Adressen-Computer weitergeleitet, der die Adresse des jeweils anzuzeigenden Signals bestimmt. Da derartige
Wegaufnehmer störanfällig sind, besonders wenn sie sehr schnell bewegt werden, wurde hier ein
anderer Weg beschritten: Die Walze wird zwangsweise durch einen an und für sich bekannten Schrittmotor
gedreht, der von einem Taktgeber mit Impulsen gesteuert wird, wobei der Motor sich bei jedem Impuls
um einen bestimmten Winkelbetrag weiterdreht. Die Impulsfolgefrequenz wird dabei so hoch gewählt, daß
es zu einer praktisch kontinuierlichen Bewegung der Walze kommt. Die gleichen Impulse die zur Steuerung
des Schrittmotors verwendet werden, werden auch Adresse n-Com^ütCrr! ZU^fÜhrt und hpwirkpn Hort
eine der Walzendrehung entsprechende Verschiebung oder Verschwenkung der Bildzeilen. Da die einzelnen
Steuerimpulse die Walze zwar um einen bestimmten Winkel verdrehen, jedoch keinen Rückschluß auf die
absolute Größe des Drehwinkels in bezug auf eine Ausgangsstellung zulassen, wird in der Walze ein
Rückmeldeimpuls erzeugt, der immer dann abgegeben wird, wenn die Walze eine bestimmte Stellung
eingenommen bzw. durchlaufen hat. Dieser Rückmeldeimpuls stellt die Adressen-Computer auf eine
definierte Ausgangsstellung. Sollte daher beim Einschalten die Anfangsstellung der Walze mit den
Adressen-Computern nicht übereinstimmen, so würde die erforderliche Synchronität spätestens im
Laufe der ersten Umdrehung hergestellt werden. Das gleiche tritt ein, wenn infolge irgendeiner Störung
Adressen-Computer und Walze während des Betriebes außer Takt fallen. Auch wird im Laufe der nächsten
Umdrehung die Synchronität wieder hergestellt. Der erforderliche Rückstellimpuls kann durch einen
mechanischen Kontakt, aber auch über einen entsprechend auf- oder abgeblendeten Lichtstrahl oder auf
andere Weise erzeugt werden.
Fig. 9 zeigt schließlich ds Biockschahbiid einer erfindungsgemäßen
Anordnung. Ein Taktgeber 13 erzeugt die zur Steuerung eines Schrittmotors und von
Adressen-Computern 17a und YJb erforderlichen Impulse. Gleichzeitig werden diese Impulse einer
Wippe 15 zugeführt, die sie abwechselnd Ultraschallgeräten 16α und 16b zuleitet und so für den alternierenden
Betrieb der Geräte sorgt. Vor jedes Gerät 16a und 16b ist eine Sperre 18a und 18b geschaltet, die
über Leitungen 22a und 22b so gesteuert wird, daß sie die Verbindung zwischen 24a und 26a bzw. 24b
und 26b unterbricht, wenn das jeweils andere Gerät aktiviert ist.
Die Schall- und Echo-Impulse laufen über 26a bzw. 26b zu Primärwicklungen von Transformatoren in der
Schallkopf-Walze 21/1, die mit dem Schrittmotor 21/2 festverkuppelt ist. Der Schrittmotor 21/2 bezieht
die zu seiner Steuerung erforderlichen Impulse über eine Leitung 14b vom Taktgeber 13. Die von der
Schallkopf-Walze 21/1 ausgelösten Rückstellhnpulse laufen über eine Leitung 27 zu den Adressen-Computern
17a und 17b. In der Leitung zum Adressen-Computer 17a ist noch ein Untersetzer 20 vorgesehen,
der folgende Aufgabe hat:
Bei einer Schallkopfanordnung gemäß Fig. 3 wird das in axialer Richtung liegende Schnittbild 4 erst
nach mehreren Umdrehungen der Walze vollständig geschrieben. Dementsprechend darf auch die Rückstellung
des Adressen-Computers nicht bei jeder Drehung erfolgen, sondern erst nach so vielen Drehungen,
als zum Schreiben des vollständigen Bildes notwendig sind. Die dafür erforderliche Reduzierung der Rückstellimpulse
übernimmt der Untersetzer 20. Bei einer Schallkopfanordnung nach Fig. 4 wird das axiale Bild
bei jeder einzelnen Umdrehung vollständig geschrieben, so daß hier nach jeder Drehung der Rückstellimpuls
erfolgen müßte. Dementsprechend würde der Untersetzer 20 entfallen. Der Adressen-Computer
erhält über 14a bzw. 14b die zur Zeilenfortschaltung erforderlichen Impulse. Über die Leitungen 23« bzw.
23fr wird ein aus der Kippspannung der Ultraschallgeräte 16α bzw. 166 gewonnenes Zeitsignal zugeführt,
das die Lager des über die gleiche Leitung eintreffenden Echosignals in der Zeile bestimmt. Die Adres-
«pn-Pnmnntpr prmittpln aiie Hips#*n ^ionalpn Hpn Ort
an dem das Echosignal in den Anzeige-Geräten 19a bzw. 19b aufgezeigt werden soll und leiten die dafür
erforderlichen Werte über die Leitungen 25« bzw. 2Sb zu den Anzeigegeräten.
Die aufgeführte Schaltung könnte noch erweitert
werden, indem man z. B. Zwischenspeicher vorsieht, die es gestatten, daß die darzustellenden Werte in einer
anderen Reihenfolge für die Anzeige aufgerufen werden als sie empfangen werden. Derartige Ma2
ι·1 nahmen sind als »Scan-Converter« hinreichend bekannt.
Es wäre auch denkbar, die Schaltung durch Hinzufügen eines dritten Ultraschallgerätes so zu erweitern,
daß auf dem zu diesem Gerät gehörigen Anzeigeteil ein C-BiId, als das Schnittbild einer Ebene.
ι - die zu den beiden vorhergehenden Ebenen senkrecht
steht, aufscheint. Ferner kann durch andere Programmierung der Aktivierung der Schwinger auch eine
schräg zur Achse .v verlaufende Schnittebene eingestellt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Ultraschallgerät zur Durchführung medizinischer Untersuchungen, das Ultraschallsende- und
-empfangseinrichtungen, einea um eine Achse
drehend oder schwenkend antreibbaren Schallkopf und eine Schnittbüdeinrichtung zur Zuordnung
der aus ausgesandten Schallimpulsen empfangenen Echos gebildeten Signale zu entsprechenden
Adressen auf einer Schnittbildanzeigeeinrichtung, insbesondere einem Bildschirm, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkopf (1) mehrere in Richtung seiner Drehbzw.
Schwenkachse (χ) gegeneinander versetzte Einzelschwinger (2a-2g) besitzt, die bei angetriebenem
Schallkopf in mehreren getrennten Schnittflächen ein bestimmtes Volumen des Patienten
bestreichen und daß eine Wähleinrichtung (5,6) vorgesehen ist, mit deren Hilfe aus dem Volumen
durch Auswahl der Einschaltzeiten, Einschaltdauer
und Einschaltreihenfolge der einzelnen Schwinger eine Schnittfläche ausgewählt weiden kann, die normal, parallel oder schräg zur
Dreh- oder Schwenkachse des Schallkopfes liegt, welche Wähleinrichtung die Schwinger nur in jener
Stellung aktiviert bzw. mit der Anzeigeeinrichtung verbindet, in der inre Achsen in der gewählten
Schnittebene (3, 4) liegen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallkopf (1) als Walze ausgebildet
ist, auf dessen Mantel die Einzelschwinger (2a bis Ig) auf einer Schraubenlinie angeordnet
sind (Fig. 2).
3. Gerät nach Ampruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraub .ilinie in mehreren
Windungen um die Walze (1) führt (Fig. 3).
4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinger (2) längs der einzelnen
Gänge einer mehrgängigen Schraubenlinie angeordnet sind (Fig. 4). wobei ihre Versetzung
auf benachbarten Ganglinien vorzugsweise gleich dem Quotienten aus Ganghöhe und Gangzahl gewählt
ist.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Walze
(1) ein Schrittmotor (21/2) vorgesehen ist, zu dessen Aktivierung ein Taktgeber (13) dient, dessen
Steuerimpulse zusatzlich die z. B. aus Adressencomputern bestehende Adressiereinrichtung der
Anzeigeeinrichtung zeilen- oder spaltenweise weiterschalten, wobei vorzugsweise die Taktfrequenz
hoch gewählt ist, so daß die Walze (1) eine praktisch kontinuierliche Drehbewegung ausführt
ft. Gerj>t nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Walze (21/1) am Ende jeder vollen Drehung einen Rückmelder betätigt,
der einen gegebenenfalls über einen Unter-Setzer (20) zu der Adressiereinrichl ung (17a, 17/>)
der Anzeigeeinrichtung geführten und diese in eine vorbestimmte Ausgangslage schaltenden
Rückstellimpuls erzeugt.
7. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schallkopf (1,
21/1) zwei oder mehrere auf verschiedene Schnittebenen einstellbare Ultraschallgeräte
(16e, 16/;) angeschaltet sind und ein Taktgeber
(13) vorgesehen ist, der die Geräte jeweils in bestimmter
Reihenfolge für Senden und Empfang mit dem Schallkopf verbindet und während einer
Einschaltdauer eines Gerätes die übrigen Geräte sperrt.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Taktgeber (13) zur
Steuerung des Walzenantriebes (21/2), der Adressiereinrichtung (VJa, 17i>) und des Umschaltens
der Ultraschallgeräte (16c, 166) voigesehen
ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Schwinger (2)
in der Schallkopfwalze (1) für sich von außen betätigbare Schalter (7, 8., 12, 12a, 11, 11a, lift)
zugeordnet sind, über die der Schwinger aktivierbar bzw. bei Verwendung mehrerer Geräte (16a,
166) die der gewählten Schnittebene des eben eingeschalteten Gerätes augenblicklich nicht zugeordneten
Schwinger für Sendung und Empfang sperrbar sind.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der
Geräte (16a, 166) Anzeigeeinrichtungen zur Darstellung der Lage der in dem bzw. den anderen
Geräten eingestellten Schnittebenen bzw. der Schnittlinie der auf diesem Gerät eingestellten
Schnittebene «it den auf den anderen Geräten eingestellten Schnittebenen aufweist.
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DE2719130C3 true DE2719130C3 (de) | 1981-03-19 |
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FR2553895B1 (fr) * | 1983-10-25 | 1986-02-07 | Thomson Csf | Systeme transducteur de sonar pour imagerie |
CA1252553A (en) * | 1984-09-25 | 1989-04-11 | John G. Abbott | Ultrasonic compound scan with a rotating transducer |
CA1241430A (en) * | 1984-09-25 | 1988-08-30 | John G. Abbott | Ultrasonic compound scan with an oscillating transducer |
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US4993416A (en) * | 1989-04-25 | 1991-02-19 | Board Of Reagents The University Of Texas System | System for ultrasonic pan focal imaging and axial beam translation |
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-
1977
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Also Published As
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