DE2811544C3

DE2811544C3 - Ultraschallsender/Empfänger

Info

Publication number: DE2811544C3
Application number: DE2811544A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Yokohama Iinuma
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1981-11-26
Also published as: JPS6150621B2; FR2384269A1; DE2811544A1; FR2384269B1; DE2811544B2; JPS53114282A; US4234940A; GB1587893A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallsender/ Empfänger, bestehend aus mehreren in einer geraden Linie nebeneinander angeordneten Ultraschall-Wandlerelementen, mehreren veränderbaren VerzögerungE-schaltungen, um Treibersignalen der Ultraschall-Wandlerelemente vorbestimmte Verzögerungen zu erteilen oder den durch Ultraschall-Wandlerelemente aufgefangenen Ultraschallwellen Verzögerungen zu erteilen, und aus einer Abtaststeuerschaltung zur Steuerung der azimutalen Aussenderichtung oder azimutalen Empfangsrichtung des Ultraschallstrahls, die eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Informationen enthält, welche die azimutale Aussenderichtung oder die azimutale Empfangsrichtung des Ultraschallstrahls umfassen.

In einem Aufsatz von F. L Thurstone und O. T. von Ramm, mit dem Titel »Electronic beam scanning for ultrasonic imaging« der Zeitschrift »Proceedings of the Second World Congress on Ultrasonics in Medicine«, Rotterdam, 4 —8 June 1973, Herausgeber M. de Vlieger et al, Excerpta Medica Amsterdam 1974, American Elsevier Publishing Company, Inc. New York, ist bereits ein Ultraschallsender/Empfänger der eingangs definierten Art bekannt. In einem Kernspeicher dieses bekannten Ultraschallsender/Empfängers sind alle notwendigen Informationen hinsichtlich einer azimutalen Aussenderichtung oder azimutalen Empfangsrichtung und Zeitsteuerung gespeichert. Jeder Kanal des Empfänger-Verzögerungssystems umfaßt sechs binär kodierte analoge Verzögerungselemente, so daß also jedes Verzögerungselement zwei Anschlüsse aufweist. Damit lassen sich von einem Computer inkrementelle Verzögerungsworte von 0 bis zum 63fachen der Grundverzögerungseinheit erzeugen, die bei diesem bekannten System bei 215nsec liegt. Eine Feinkorrektur bestimmter gewünschter Verzögerungswerte läßt sich jedoch mit Hilfe dieses bekannten Systems nicht realisieren.

Aus der DE-OS 26 04 048 ist eine Einrichtung zur Erzeugung einer bestimmten Richtcharakteristik mit einer Anzahl von Wandlerelementen, welche jeweils an Verzögerungseinheiten angeschlossen sind, bekannt. Die Wandlerelemente sind in einer eine Symmetrie zu einer Mittelachse aufweisenden Anordnung vorgesehen, welche eine Richtcharakteristik mit bestimmter Radialrichtung und bestimmter Neigung gegenüber der genannten Mittelachse zu erzeugen vermag. Die Wandlerelemente sind mit einer Anzahl von Verzögerungseinheiten verbunden, welche solche Gruppen von Verzö= gerungswerten den Signalen der Wandlerelemente aufprägen, daß sich die gewünschten Richtcharakteristiken einstellen. Die Verzögerungseinheiten sind dabei so steuerbar, daß sie verschiedene Gruppen von Verzögerungswerten entsprechend verschiedener Neigungswinkel der Richtcharakteristiken bereitstellen, wobei die Verzögerungseinheiten mit Steuereinrichtungen verbunden sind, mittels welchen die Verzögerungs-

werte für die Wandlerelemente mit Bezug auf einen Fortschritt um die genannte Mittelachse zur Änderung der Radialrichtung der Richtcharakteristik veränderbar sind. Die Steuereinrichtungen enthalten ferner Speichermittel, in welchen Befehlssignale entsprechend bestimmter Verzögerungswerte gespeichert sind, welche mittels Schalteinrichtungen den Verzögerungseinheiten derart zuleitbar sind, daß eine bestimmte Richtcharakteristik der Wa.idlerelemente erzielt werden kann. Auch bei dieser bekannten Einrichtung ist eine Feinkorrektur der von den Verzögerungseinheiten gelieferten Verzögerungen nicht möglich.

Weiter ist aus der Literaturstelle M. 1. Skolnik »Radar Handbook«, McGraw Hill BookCo, 1970, Seiten 11 -44 bis 11—46 eine Wandlerelementanordnung bekannt, die gruppenweise zusammengefaßt jeweils über ein Zeitverzögerungselement angesteuert werden. Jedes Wandlerelement ist ferner mit einem veränderbaren Phasenschieber ausgestattet. Die von der Anordnung der Wandlerelemente erzeugte Wellenfront kann hinsichtlich ihrer Gestalt, durch Verändern der Frequenz der Steuersignale, mit welchen die Wandlerelemente angesteuert werden, verändert bzw. verschoben werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 26 17 118 ist ein Verfahren zur laufzeitabhängigen Regelung der Echoanzeige bei Ultraschalluntersuchungen nach dem Impuls-Echoverfahren bekannt. Dabei w<rd eine mit den Effektivwerten der auftretenden maximalen Echospannung verknüpfte Bezugsspannung erzeugt, die nach einer mit der Echolaufzeit verknüpften Zeitfunktion abnimmt und zusätzlich von einem vorhandenen Störuntergrund beeinflußt ist. Diese Bezugsspannung wird als Regelspannung einem der Anzeigeeinrichtung vorgeordneten Verstärker für die ihm über ein Verzögerungsglied zugeleiteten Echosignale zugeführt, so daß der Anzeigeeinrichtung zugeführte Signale innerhalb des Dynamikbereichs der Anzeigeeinrichtung liegen, wobei maximale Echos laufzeitabhängig verstärkt, Echos, deren Intensität um vorgegebene, laufzeitabhängige Werte unter jeden vorhergehenden maximaler Echos liegen, unterdrückt und vorzugsweise ein auftretender Störuntergrund mit Ausnahme einer Anzeige der auftretenden Spannungsspitzen durch Zurückregelung der Anzeige unterdrückt wird.

Dieses bekannte Verfahren zie't also auf eine Verbesserung einer Echoanzeige bei Ultraschalluntersuchungen ab.

Aus der DE-OS 15 66 128 ist eine Vorrichtung zum Untersuchen innerer Körperteile durch Ultraschallwellen mit einem längs der Oberfläche des Körperteils verschiebbarem Schallgeber und mit einem Empfänger für die Schallwellen, die sich im Körper nach Reflexion an der Oberfläche des zu untersuchenden Organs fortpflanzen, bekannt. Der Ultraschallgeber besteht aus einer Anzahl getrennter Quellen für U'.tra-Schallschwingungen, die in einer flachen Ebene längs einer geraden oder einer gekrümmten Linie angeordnet sind und sich dazu eignen, nacheinander kurzzeitig Ultraschallwellen in engen, auf das zu untersuchende Körpeiorgan gerichteten Bündeln zu erzeugen, wobei eo in einer zur Ebene der Schallgeber senkrechten Welle eine Anzahl von Empfängern längs einer Linie angeordnet ist, welche die Linie der Schallgeber schneidet. Diese bekannte Vorrichtung umfaßt ein Steuerorgan, durch welches die Schallgeber in Reihenfolge betätigt werden können. Disses Steuerorgan hat die Aufgabe, die Bewegungsgeschwindigkeit eines Wagens, der sämtliche Wandlerelemente trägt, zu regeln, so daß also mit Hilfe dieses Steuerorgans die azimutale Aussenderichtung oder azimutale Empfangsrichtung aller Wandlerelemente gleichzeitig geregelt wird.

Aus der DE-OS 22 15 001 ist schließlich eine Vorrichtung zur Herzuntersuchung mittels Ultraschallwellen bekannt, bei welcher die Abmessungen des Herzens aus den Zeitpunkten hergeleitet werden, an denen Wandlerelemente die vom Herzgebilde reflektierten Echosignale empfangen. Eine Ausführungsform dieser bekannten Vorrichtung enthält einen Programmgeber, der die Koordinatentransformation der Ablenksignale steuert und gleichzeitig die abwechselnde Erregung von Gruppen der Wandlerelemente steuert. Die Koordinatentransformation wird zum Zwecke der Oberlagerung von Ablenksignalen einer Kathodenstrahlröhre vorgenommen, wobei die Überlagerung bei solchen Echosignalen vorgenommen wird, die von einem gleichen Punkt des zu untersuchenden Organs stammen.

Wenn bei einer Ultraschall -.<e- und -empfangsvurrichtung vom elektronischen Alita itiyp impulse mit Verzögerungszeiten entsprechend

(n - !) — sin (-), (n - 2) - sin (-),.. .0
c c

(mit Θ = Azimutwinkel in Radianten [RAD] eines Ultraschallstrahls, d = Mittenabstand zwischen benachbarten Wandlerelementen, c = Schallgeschwindigkeit [1500 m/s] im Medium, η = Zahl der Wandlerelemente) an eine Anzahl von Wandlerelementen angelegt werden, die eine Wandlerelementereihe oder -batterie bilden, richten sich die Wellenfronten der von den betreffenden Wandlerelementen erzeugten Ultraschallimpuls'.; auf einer geraden Linie A-A 1 gemäß F i g. 1 aus, so daß ein Ultraschallstrahl oder -bündel in Richtung Θ übertragen wird.

Beim Empfang kommen die von den ?ielflächen in Richtung der Sendeimpulse zurücklaufenden Echos zu verschiedenen Zeiten an den Wandlerelementen an. Oies macht eine Verzögerung der Empfangssignale nötig, damit die effektive Ausrichtung oder Anordnung der Wandlerelementreihe beim Empfang der Anordnung beim Aussenden entspricht.

Wenn daher die von den jeweiligen Wandlerelementen empfangenen Echosignale durch einen Summierverstärker in Phase summiert werden, nachdem sie einer Zeitverzögerung entsprechend derjenigen bei den ausgesandten Impulsen unterworfen worden sind, können d'e in der Richtung β empfangenen akustischen Wellen als starkes Signal oder als summiertes Echosignal aus einer gewünschten azimutale." Richtung oder Orientierung abgegriffen werden. Dieses Signal wird durch einen Verstärker verstärkt, durch eine Sigi alverarbeitungs- bzw. -prozessorschaltung verarbeitet und durch eine Anzeigevorrichtung wiedergegeben.

Bei der Segmentabtasüing werden die Größen der an jedes Watidlerelement angelegten relativen Verzögerungszeiten sequentiell variiert, um die Abtastung durch Änderung der azimutalen Richtung β der Übertragung oder des Empfangs des Ultraschallstrahls durchzuführen.

Bei der Segmentabtastung ist es daher wesentlich, jedes Wandlerelement einer Verzögerungszeit der richtigen Größe zu unterwerfen.

Zur Änderung der Azimutrichtung des Uliraschallstrahls muß die Verzögerungsschaltung die Zeitver-

zögerung in den einzelnen Wandlerelementen ändern bzw. variieren. Da zudem das Echosignal die variable Verzögerungsschaltung als elektrisches Analogsignal durchläuft, muß diese Schaltung eine analoge Verz.ögerungsschaltung sein. Als Beispiel für eine Verzögerungskette, die diese Bedingung erfüllt, sei eine LCVerzögerungskette genannt.

Es wurde daher versuchsweise eine angezapfte bzw. mit Abgriff versehene I.CVer/ögerungskette verwendet, doch ist der Fehler in der Verzögerungszeil bei einer solchen Verzögerungskette so groß, daß diese in der Praxis nicht brauchbar ist Wenn die angezapfte l.C-Ver/ogeriingskette so ausgelegt wird, daß sie aufgrund einer Verkleinerung des I ehlers eine genaue V er/ögeriingszei! gewährleiste', win.l sir außerordentlich sperrig und sehr teuer

Wenn die Ver/ogenings/eit genau eingestellt ist. wird der Frequenzgang unregelmäßig, während der Verzögerungszeitfehler groß wird, wenn der Frequenzgang zu flach gestaltet wird.

Beispielsweise sei angenommen, daß tier Abstand /wischen benachbarten Wandlerelenenten J-= 0.5 mm. die Zahl der Wandlerelemente n- i2. tier azimutale Winkel des Ultraschallstrahls H = 0.·) - 40 und die Verzögerungszeit /wischen den Wand! rele -lenten ins bei b.b us betragen I),>s Verhältnis /weihen tier kleinsten und der größten \ erzogeningszeii betrag¹ daher 2WX). Da die \ er/ögerungszeit in einem Bereich dieser Breite hegt, wird sie ,ils (Quanten-Verzöge rungszeit angegeben. Das Verfahren !er (Quantelung der Verzögerung wird speziell auf dem Gebiet der Radargeräte angewandt, insbesondere bei einem Phasenreiher.in'ennensvstern otl dgl. Genau genommen ist im Fall der Antenne das Quanten/iel nicht die Verzögerung, sondern die Phase, was dem I achmann bekannt sein durfte Die Quantelung bei einer Antenne der angegebener: Art ist um Skolnik in »Radar Handbook", herausgegeben von McGraw-Hill Inc.. 1170. S. 1 1 — 35 und 1 1 - 4 j τι ein/einen beschrieben.

Wenn die Oudn'-ηΛ er/ogenings/eit als r ausgedr ickt w,rd. kon-en aMe erforderlichen Verzögerung*· zelten gequan'>.-lt und mit Näherungswerten austausch-

Die Quanten-Ver/oger.ings/eit r sollte weniger als bis ' ;o der Periode T (Re/iprokw en der Frcr/ier,/ ^r) des I '!traschai:imp'ilses betragen. Infolgedessen muß der Absolutfehler tier \ erzögerungszei: nei der Vc-zogerungsseh.iitung kleiner sein als T 10- T, 20.

Wenn beispielsweise a-.e Freque"/ des '..'itraschallimpulses gleich /"=2.5 MH/ :s; und tier Absoi nfehler der Verzögeruiigsze^!t T '.>-. entsprich;, so betragt die Periode 77-. = 400 ns. so d<-.3 weniger ais T !6 = 25 ns fur den Fehler der Verzogerungszett erforderlich sind. Ausgedrückt als relativer Fehler, ergibt sich die zulässige Fehle^rzeit zu

J^5ns_ y 100 = 0.38% .

6000 ns

Die Relativfehiergenauigkeit einer handelsüblichen LC-Verzögerungskette zur Gewährleistung einer Verzögerungszeit in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden beträgt normalerweise etwa ±2°·' ~ ±5%. Bei dieser Genauigkeit ist dt- Fehler der Verzögerungszeit somit so groß, daß die Gewinnung

Fehler in der azimutalen Richtung der Übertragung oder des Empfangs des ljltraschallsi-ahls und auch aufgrund der großen Nebenkeule schwierig ist, welche die Übertragung oder den Empfang des Ultraschall-Strahls in vom Haiiptstrahl abweichenden Richtungen

angibt.

Im Fall des Uhraschallempfängers mit Verzögeriingsschrtllungen. die angezapfte I,C-Verzögerungsketten umfassen, wurde bereits vorgeschlagen, eine Anzahl von Verzögerungsschaltungen gemäß F i g. 2 in Kaskade zu schalten, um ein reflektiertes Mischsignal zu erhalten.

In diesem Zusammenhang sei auf die Arbeit »Receiving System of Plcctronic Sector Scanning S>stern«, hinterlegt bei der |apan Ultrasound Medical Societv Mai l°>7b, verwiesen.

Bei diesem S\stem werden von Wandlerclemcnten /·. 7": ... T- empfangene, reflektierte akustische Wellen summiert, indem sie durch Verzögerungsschaltungen D-. D· ... D- und Summierverslarker S,\\. SA; ... SA_n geleitet werden, und dann gemäß f i g. 2 nach Heilig keitsmoduiation über einen Versiärket i2 ιιικΙ eine Signalprozessorschaltung U an einer Anzeigevorrichtung 14 angezeigt bzw·, wiedergegeben. Bei dieser Vorrichtung werden die Ver/ögerungs/eiten der Ver-/ogerungssehaltungen Ιλ. D_: ... D. , jeweils gleich eingestellt, so daß ein I lltraschallstr.ihl in Richtung θ (Ultraschall- Azimutrichtung) erhalten wird.

Da der azimutale Winkel bzw. Azimutwinkel θ variiert, variieren die Ver/ögerungszeiten der Ver-/oger.,,!^schaltungen D-. D? ■■■ Dn , zur Durchführung tier Abtastung.

Bei dieser Vorrichtung ist es schwierig, die Absolutwerte oder grö3en tier Vet/ögerungszeiten genau abzugleichen.

Aus diesem Grund kann die Azimutrichtung beim Empfang von der richtigen Richtung der Zielfläche verschieden sein.

Wenn daher bei dieser Vorrichtung verschiedene Verzögerungsschaltungen für Übertragung und Empfang der akustischen Welle verwendet werden, weichcn die Azimutrichtungen bei Übertragung und Empfang häufig voneinander ab. wodurch die .Strahlbreite beträchtlich vergrößert wird. Obgleich in F i g. 2 nicht 'J-i πτίΐι tollt ict ίκ λΙλΚοι nr\iia Ptiffppuprst ürliPr 7U/!«*hi»n benachbarte Verzögerungsschaltungen zu schalten. Da solche Verstärker zusätzliche Zeitverzögerungen einführen, müssen weitere Korrektur-Verzögerungsschaltungen zwsehen die Wandlerelemente Γι. Τ}... T„ und die .Summierverstärker SA·. SA: ... SA_n zum Kompensieren dieser Verzögerungszeiten eingeschaltet vserden. so daß zahlreiche Schaltkreise nötig sind. Da /.,dem zahlreiche Verzögerungsschaltungen. etwa 16 oder 32 Schaltungen, in Kaskade gtschaltet sind, wird der Frequenzgang der Verzögerungsschaltungen D;. D₂ ... D_n-] erheblich verschlechtert, so daß die Erzielung einer flachen Frequenzgangkurve unmöglich wird (DAS 27 36 310).

Die der Erfindung zugmnde liegende Aufgabe besteht darin, den Ultraschallsender/Empfänger der eingangs definierten Art insbesondere hinsichtlich der Genauigkeit der Verzögerungszeiten und damit hinsichtlich der Genauigkeit und der Zielanpeilung der Steuerungsmögüchkeiten zu verbessern.

Ausgehend von dem Ultraschallsender/Empfänger der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfir,dungsgemä3 dadurch gelöst daß die veränderbaren Verzögerungsschaltungen jeweils mindestens zwei angezapfte Verzögerungskreise aufweisen, deren Anzapfungen über Schalter selektiv in wechselseitige

elektrische Verbindung schaltbar sind und mit der Speichereinrichtung verbindbar sind, derart, daß die Speichereinrichtung die wechselseitig elektrisch verbundenen Anzapfungen durch Speicherung fixiert, wobei die Speicherinhaltc der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von Ausg.ingssignalcn der Abtast· steuerschaltung auslesbar sind, derart, daß die Auswahl cii,.," Anzapfung der angezapften Verzögerungskreise entsprechend jeder Position der aufgelesenen Speichcrinhalte möglich ist.

Durch clic ("rfindunp wird aKo ein I Mtraschall sendcr T.mplänge:' geschallen. bei welchem verbinder bare Vei/ogeningsschaliungen zur Anwendung gelangen, wobei durch Umschalten \<n Siciierklcmmen der Verzögerungsleitungen die Anzapfungen ausgewähll werden. Indem Speicher cnlspi ichl ledc Adresse ilen A/iniutw inkeln des F.nipl'.mgs des I liraschallstr;ihls und du· Informationen bezüglich uer Verbindung zwischen den ί I'nerii agungwiiaiiet n und den Sleuerklcmmen der Verzögerungsleitungen werden in der .^peichcremru hliing üespeichcri. wahrend diinh (las Ausgangssignal dec Ahiastslciiersi haltung die Inlornuiiionen aus der Speichereinrichtung atisgi. lesen und an die I'berlragungssehalter angelegt werden, so daß die Yerzogerunysschaltimgen liir die W.indlerelemenle gelingend genaue \ ciV'n lungszci ten lielcrn. um die \orheMimmten Azimuirichtungen heim Senilen oiler beim Lmplüniic'. des Ultraschall-■-II iihls zu erhalten.

Hesonders \orteil!iafle Ausgcstjitimueii und Weilerb.idungen der ΙτίιικΙιιιν ergeben snh aus den Ansprüchen 2 bis S.

Im lolgemlen sind bevorzugte Au^l'ihniHL'sheispicL' der Erfindung im Vergleich /um Stand dir Technik anhand der beigefügten Zeichnung n.ihcr erläutert. l'.s zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der elektronischen Segment ab tastung.

l· ι g. 2 ein Blockschaltbild einer bisherigen Segmentabt a suing-Ultraschalldiagnose vorrichtung.

F i g. 3 e^;n Blockschaltbild einer Ausfiihrungsform der

Frfmrliina in Λ nu. r-»nrliinij :mf pinp i [itmsi'hnlMincrnoSf¹-

\ornchtung.

F · g. 4 ein Blockschaltbild einer Sender- und Empfänger-We llens teuerschal tu ng.

F i g. 5a bis 5f Zeitdiagramme fur die Sender- und Empfänger-Wellensteuerschaitung.

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer AbtdsiMeucrschaltung.

F ie. 7 ein Schaltbild eines Toils der Schaltung nach F i g. 3.

Fig. 8a eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel θ des Ultraschallstrahls und den Adressen einer Speichervorrichtung entsprechend dem Ablenkwinkel Θ.

Fig. 8b eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel θ und der Verzögerungszeit der einzelnen Wandlerelemente.

F i g. 9 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichur.g der Art der Speicher der Kombinationen von Anzapfungen angezapfter Verzögerungsleitungen in einer Festwertspeichervorrichtung und

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden ist eine Ultraschallsender- und -empfängervornchtung zur Verwendung bei einer Ültraschalldiagnosevorrichtung beschrieben.

Gemäß F i g. 3 sind 32 Wandlerelemente TR - TR₁₂ für die Übertragung von Ultraschallimpulsen und zum Empfang von reflektierten Uhraschallwel'en in einer Linie bzw. Reihe angeordnet. Obgleich nicht dargestellt, sind die einzelnen Wandlerelemente über Leitungen mit

■Ί den Ausgangskiemmen von Treiberimpulsgeneratoren DP\ - DPn sowie mit den Eingangsklemmen von Begrenzern Li — Ln verbunden. Die Ausgangsklemmen dieser Begrenzer Li - L₁₂ sind dabei an die Eingangsklemmen von entsprechenden Vorverstärkern in PA\ — PA12 angeschlossen. Die Ausgangsklemmen dieser Vorverstärker PA- — PA^, die Ausgangsklemme eines Bezugssignalgenerators 31 und die Eingangsklemmen von Ver/.ögerungsschaltungcn DC - DCr. sind mit jeweils zugeordneten Analogschaltern St-S₁; einer

. Schaltergruppe 35 verbunden. In Abhängigkeit von einem von einer Sender- und Empfänger-Wellensteuer-Schaltung 36 gelieferten Steuersignal werden die einzelnen variablen bzw. regelbaren Verzögerung?)-

I. 1, r~\/~* 11/ ' _m;, [)_n..i.f..imiMili _lo , ,, -,irliim

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_'" Bezugssigniilgeneralor 31 oder mit reflektierten Ultraschallsignalen beaufschlagt, welche durch Vorverstärker PA· PA,; hindurchgelaufcn sind. Die Analogschalter SW'.--SW·; der Schallcrgruppe 37 werden durch das Ausgangssignal der Wellensteuerschaltung 36 gesteuert, um im Gleichlauf bzw. Takt mit den Schaltern .S^-I -- .Su der Schaltergruppe 35 umgeschaltet zu werden. Wenn daher die Eingangsklcmmcn der Verzögerungsschaltungen DC- - IK" 1; mit der Ausgangsklemme des Bezugssignalgenerators 31 verbunden sind, werden ihre :■ Ausgangsklemmen auf di; Eingang-klemmen von Treiberimpulsgeneratoren DPi - DP· umgeschaltet, während dann, wenn die Eingangsklemmen der Verzögcriingsschaltungen OCi - Dd; mit den Ausgangsklemmen der jeweiligen Vorverstärker P.-\i - P.Ai.· verbunden sind, die Ausgangsklemmen dieser Vcr/ogerungsschaltungen DC- - DCr. über Widerstände R- - Rr. mit der Eingangsklemrne eines Verstärkers 32 \ erblinden werden.

Im folgenden ist die Beziehung zwischen der Sender- :■■ und Empfänger-Weüenstcuerschaltung 36 und den Schaltergruppen 35 und 37 erläutert. Gemäß F i g. 4 ist insbesondere eine Ausgangsklemme des Bezugssignalgenerators 31 mit der Eingangsklemme eines monostabilen Multivibrators 41 verbunden, während seine 1" andere Ausgangsklemme .:ti den Analogschalter S- der Schaltergruppe 35 angeschlossen ist. Die Ausgangsklemme des monostabiien Multivibrators 41 ist mit der .Steuerklemme des Analogschalters S- verbunden. Die Ausgangskiemme des monostabilen Multivibrators 41 ist über einen Umsetzer 45 mit der Steuerklemme eines Analogschalters SW- der Schaltergruppe 37 verbunden. Weiterhin sind die Sammeiklemmen der Analogschalter S- und 5VV- an die Verzögerungsschaltung DC angeschlossen.

-^; Nach der Erläuterung der Ausbildung der Wellensteuerschaltung 36. der Analogschalter S-,-Sn sowie der Schalter SW- -SiV_Vj der Schaltergruppen 35 bzw. 37 ist im folgenden die Arbeitsweise der Sender- und Empfänger-WeHensteuerschaltung 36 anhand der -" F i g. 5a bis 5f näher beschrieben.

Wenn das vom Bezugssignalgenerator 31 erzeugte Ausgangssignal gemäß F i g. 5a den hohen Pegel annimmt, geht das Ausgangssignal des Multivibrators 41 gemäß F i g. 5b auf den hohen Pegel über, während der ■ϊ obere Kontakt I des Analogschalters S. gemäß Fi g. 5e in den Einschaitzustand übergeht so daß der Anaiogschalter S-. auf den oberen Kontakt I umschaltet Das Ausgangssignal des Umsetzers 45 geht dagegen gemäß

F i g. 5f auf den niedrigen Pegel über, so daß der Analogschalter SWi auf den unteren Kontakt Il umgeschaltet wird. Infolgedessen liefert der Treiberimpulsgenerator DPi einen Impuls der Art gemäß F i g. 5c. Wenn ein Empfangswellensignal gemäß F i g. 5d an den > Vorverstärker PA] angelegt wird, geht das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 41 auf den niedrigen Pe^l über, während das Ausgangssignal des Umsetzers 45 den hohen Pegel annimmt. Infolgedessen werden der Analogschalter S\ auf den unteren Kontakt w Il und der Analogschalter SW_t auf den oberen Kontakt I umgelegt.

Die empfangenen Ultraschallsignalc werden durch die Widerstandskreise (R], K; ... R) summiert bzw. addiert, durch den Verstärker 32 verstärkt und dann von der Signalprozessorschaltung 33 abgegriffen. Aufbau und Arbeitsweise der Signalprozessorschaltiing 33 sind von I'. N. T. Wells in »Physical Principle of Ultrasonic Diagnosis«, Academic Press (1969). S. 108. Fig. 1 und 12. im einzelnen beschrieben. -'"

Das durch die Signalprozessorschaltiing 33 verarbeitete Signal wird auf der Anzeigevorrichtung 34 wiedergegeben.

Die Betriebszeit der Wellcnsteuerschaltung 36. der Abtaststeiierschaltiing 38, der .Signalprozessorschaltung 33 und der Anzeigevorrichtung 34 wird durch das von der Bczugssignalgeneratorschaltung 31 erzeugte Signal gesteuert. Die durch die Verzögcrungsschaltungen DC — DCi: gewährleisteten Verzögerungszeiten für die Fingangssignale werden durch die Abtastsicuerschal- ;" hing 38 gesteuert, die in ihrer einfachsten Form gemäß F i g. 6 durch Binärzähler 61 und 62 gebildet wird.

Beim Aussenden von akustischen Wellen und Empfangen der Echosignale von 256 verschiedenen Azimutrichtungen besteht die einfachste Konstruktion aus zwei Binärzählern 61 und 62. die jeweils vier in Reihe geschaltete Bits enthalten und deren Ausgänge an 8-Bit-Eingangsklenimen r. — /v eines Festwertspeichers 63 angelegt sind. Wenn ein vom Bezugssignalger.erator 31 erzeugter Frequenzimpuls an die Binärzähler 61 und ··" 62 angelegt wird, zählen diese nacheinander bzw. einzeln hoch, um Wiederholungen der Codes 00000000, ύύύύύύύί, ιΧιΟΟΟύιΟ ... ι ι ι ι ι ι ι ι ab die Adressen tics Festwertspeichers 63 zu bezeichnen, wodurch 256 Abtastzeilen bezeichnet bzw. festgelegt werden. Für die ' · 4-Bit-Binärzähler 61 und 62 eignet sich der von der Firma Texas Instrument Co. unter der Bezeichnung SN 74 193 vertriebene Binärzähler.

Im folgenden ist die Art der Einstellung der Veizögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen v. DC — DCi2 durch das Ausgangssignal der Abtaststeuerschahung 38 anhand von Fig. 7 unter beispielhafter Bezugnahme auf eine Verzögerungsschaltung Dd für einen Kanal erläutert.

Gemäß F i g. 7 weist die Verzögerungsschaltung DCi =>5 eine erste und eine zweite angezapfte bzw mit Abgriff versehene LC-Verzögerungsleitung mit 16 Ausgangsabgriffen, zwei identische Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und 74 mit jeweils 16 Eingangsklemmen, die an die 16 Ausgangsklemmen der Verzögerungsleitung ange- ft" schlossen sind und einer Ausgangsklemme, einen Festwertspeicher 63, der mit vier Steuereingangsklemmen Ai — Aa und B; — S₄ der Umschalter 73 bzw. 74 verbunden ist sowie einen zwischen die Ausgangsklemme des ersten Umschalters 73 und den Einganj der zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung 72 eingeschalteten Pufferverstärker 75 auf. In der Praxis sind die durch die strichpunktierten Linien umrissenen Schaltkreiselemente tatsächlich auf derselben gedruckten Schaltungsplati >. ausgebildet.

Die erste LC-Verzögerungsleitung 71 besitzt zwischen den Anzapfungen eine Verzögerungszeit von 25 ns, so daß ihre Verzögerungszeit durch Betätigung des ersten Übertragungs- bzw. Umschalters 73 in einem Bereich von 0-75 ns variiert werden kann und ihr Fehler ± IO ns für die maximale Verzögerungszeit von 375 ns beträgt. Der relative Fehler in der Verzögerungszeit beträgt ±2,7%, und eine Verzögerungsleitung mit einer solchen Genauigkeit läßt sich ohne weiteres herstellen.

Die zweite angezapfte !.(-Verzögerungsleitung 72 besitzt zwischen ihren Abgriffen bzw. Anzapfungen eine Ver/ögerungszeit von 380 ns, was praktisch der maximalen Verzögerungszeit der ersten LC-Verzögerungsleitung 71 entspricht. Der Fehler in der Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen der Verzögerungsleitung 72 beträgt etwa ± 10 ns, und er ist in einem Bereich von 0 — 5,7 [is variabel. Die Verzögerungsleitung 72 besitzt für die längste Verzögerungszeit von 5.7 J.IS einen Fehler von ±150 ns. d.h. einen relativen Fehler von ±2,6%. Eine derartige Verzögerungsleitung läßt sich ebenfalls leicht herstellen.

Das Umschalten der jeweiligen Schalter C, - CV und D\ - Dih (entsprechend den Alisgangsanzapfungen der Verzögerungsleitung) der Umschalter 73 und 74 wird durch ein Binär signal gesteuert, das vom Festwertspeicher 63 den Steucreingangsklemmen Α·~Α.% und D] — Βλ zugeführt wird.

Der Inhalt dieser Speichervorrichtung wird wie folgt eingeschrieben:

Die optimalen Verzögerungszeiten werden nach einer Gleichung entsprechend den jeweiligen Azimutwinkeln der Übertragung und des Empfangs des UHraschallstrahls vorherbestimmt, und die jeweiligen Adressen des Festwertspeichers werden so ausgelegt, daß sie den betreffenden speziellen Winkeln der Richtungen bei der Übertragung und beim Emp'ang der akustischen Weile entsprechen. Eine Steuerinformation wird in die Festwertspeichervorrichtung eingeschrieben, wodurch die beiden Umschalter 73 und 74 derart gesteuert werden, uaiTi die erste und die zweite LC-Verzögerungsleitung 71 bzw. 72 jeweils eine Verzögerungszeit liefert, die möglichst dicht an der optimalen Verzögerungszeit liegt.

Obgleich in den unmittelbar vorangehenden Ausführungen nur auf die Verzögerungsschaltung DC Bezug genommen wurde, gilt dasselbe auch für die anderen Verzögerungsschaltungen DC;— DCn.

Da die Verzögerungszeiten zwischen den Anzapfungen der angezapften Verzögerungsleitungen 71 und 72, wie erwähnt. Fehler besitzen, die von den verwendeten Verzögerungsleitungen abhängen, kann der Inhalt des Festwertspeichers 63 desselben Kanals je nach der verwendeten LC-Verzögerungsleitung verschieden sein.

Bei der dargestellten Vorrichtung, bei welcher der Ultraschall in 256 verschiedenen Richtungen θ ausgesandt und empfangen wird, legt beispielsweise die Abtaststeuerschaltung 38 an den Festwertspeicher 63 der betreffenden Verzögerungsschaltungen DCi — DC32 ein aus acht Bits bestehendes Binärsignal entsprechend

den jeweiligen Winkeln von 6:2s Θ128 (insgesamt 256

Winkel) an. Jeder Festwertspeicher liefert die Steuereingangssignaie, die in den betreffenden Adressen gespeichert, an die Steuereingangsklemmen des ersten und des zweiten Umschalters 73 bzw. 74, wodurch die

Verzögerungsschaltungen DC\ — DCu so angesteuert werden, daß Verzögerungszeiten gewährleistet werden, die am dichtesten an der richtigen Verzögerungsi:eit liegen, welche für die Übertragung und den Empfang der Ultraschallwelle in den bezeichneten Richtungen erforderlich ist.

Wenn beispielsweise ein Ultraschallstrahl gemäß F i g. 8a von einer Reihe oder Batterie von Wandlerelementen 77?i - TRu in Richtung θι^β ausgesandt wird und die Wellenempfangsrichtwirkung in dieser betreffenden Richtung liegt (im folgenden als »Ablenkung in Richtung von Ö|_2S« bezeichnet), liefert die Abtastsleuerschaltung 38 ein Ausgangssignal 00000000. Zu diesem Zeitpunkt wird in dieser Adresse des Festwertspeichers 63 ein Steuer iignal gespeichert, das einen bestimmten der beiden Umschalter 73 und 74 angibt bzw. darstellt, welcher die Ver/ögerungszeit liefert, die am dichtcsicn an der zu diesem Zeitpunkt erforderlichen Ver/ögerungszeit liegt.

Wenn die Ablenkung gemäß Fi g. 8b in Richtung θι?κ erfolgt, ist -.lie am Wandlerelement TR, wirksame Verzögerungszeit am größten. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Festwertspeicher 63 der Verzögerungsschaltung DC ein Steuersignal, welches selektiv die Schalter C-* und D^ der beiden Umschalter 73 und 74 anschaltet.

Da jedoch die beiden angezapften LC-Verzögerungsleitungen 71 und 72 die vorstehend genannten Fehlergrößen besitzen, ist es nicht immer sicher, daß die Verzögerungsleitungen 71 uno 72 der Verzögerungsschaltung DC-, beim Umschalten der Stellungen der Schalter Ci- und Du, die Verzögerungszeiten liefern, die am dichtesten an der optimalen Verzögerungszeit liegen.

Da die beiden Verzögerungsleitungen 71 und 72. wie beschrieben. Verzögerungszeitfehler von weniger als ± 150 ns besitzen, ist es nötig. Zeiten zu bemessen bzw. zu bestimmen, wenn die .Schalterklemmen der Umschalter 73 und 74 mit den Anzapfungen der Verzögerungsleitungen 71 und 72 verbunden sind, um in den den betreffenden Winkeln entsprechenden Adressen des Festwertspeichers Kombinationen der Anzapfungen der Anaiogschaiter zu speichern, weiche Verzogeningszeiten liefern, die am dichtesten an den für die betreffenden Winkelrichtungen erforderlichen Verzögerungszeiten liegen.

Wenn zur Segmentabtastung eine elektronische Fokussierung (vgl. US-PS 39 14 683) hinzugefügt wird, entspricht die erforderliche Verzögerungszeit der durch die strichpunktierte Linie in Azimutrichtung θι₂₈ gemäß F i g. 8b dargestellten Größe. Obgleich durch elektronische Fokussierung bewirkte Verzögerungszeiten allgemein zur elektronischen Abtastung hinzugefügt werden, ist im folgenden nur die Verzögerungszeit zur Gewährleistung der Richtwirkung näher beschrieben.

Wenn eine Verzögerangsschaltung mit einer Kombination aus dem den erwähnten Inhalt speichernden Festwertspeicher 63, der angezapften LC-Verzögerungslei:ung und dem Umschalter für die Vcrzögerungsschaltung DCi verwendet wird, werden die erforderlichen Verzögerungszeiten mit ausreichend hoher Genauigkeit in bezug auf die Adressen des Festwertspeichers 63 geboten, und zwar unabhängig von einer mangelhaften Genauigkeit der LC-Verzögerungsleitung selbst.

Die zu wählende Schalterkiemmenzahl der Obertragungs- bzw. Umschalter wird auf die im folgenden beschriebene Weise im Festwertspeicher 63 gespei

chert.

Gemäß Fig. 9 sind Verzögerungsschaltungen DCi - DCj₂, ähnliche Schaltkreiselemente, ein Impulsgenerator 91, ein Zählerkreis I (92), ein Zählerkreis Il (93) und ein Oszillograph 94 vorgesehen. Die Adressen des Festwertspeichers 100 werden (jewei.i) durch acht Bits gebildet, und seine Ausgänge bestehen aus (jeweils) 10 Bits.

Das Umschalten der 32 Schaltklemmen der Übertrf gungs- bzw. Umschalter 96 und 97 wird durch Eingangssignale von fünf Bits gesteuert. Zwischen dem ersten Umschalter 96 und die angezapfte Verzögerungsleitung 99 ist ein Pufferverstärker 95 eingeschaltet.

Die beiden angezapften Verzögerungsleitungen 98 und 99 sind jeweils mit 32 Anzapfungen bzw. Abgriffen versehen. Die Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen der ersten Verzögerungsleitung 98 beträgt 6.25 ns, während die zweite Verzögerungsleitung 99 eine solche von 200 ns besitzt. Die Verzögerungszeit dieser Verzögerungsleitung ist außerdem mit praktisch keinem Fehler behaftet. Für den vorgesehenen Zweck können Oberflächenwellen-Verzögerungsleilungen verwendet werden.

Die erforderlichen, mit ausreichend hoher Genauigkeit durch die beiden Verzögerungsleitungen 98 und 99 gelieferten Verzögerungszeiten werden am Oszillographen 94 dargestellt bzw. wiedergegeben. Die Anzapfungen der beiden angezapften LC-Ver/ögerungsleitupgcn 71 und 72 werden dabei so gewählt, daß sie Verzögerungszeiten derselben Größe liefern.

Ein Impulsgenerator 91 liefert eine Impulsreihe mit einer Wiederholungsfreqiien/ von beispielsweise 1 kH/. Der crsie Zählerkreis 92 umfaßt acht Bits, und sein Inhalt wird durch einen von Hand betätigbaren Schalter jeweils um einen Schritt fortgeschaltet, um die Adressen der Festwertspeicher 100 und 63 zu bezeichnen bzw. zu wählen. Der Fesiwertspeicher 100 speichert die Adresse einer Schalterklemme, die eine Verzögerungszei: liefert. welche der von jeder Adresse geforderten Verzögerungszeit am besten entspricht.

Zunächst setzt der erste Zählerkreis I (92) die Adresse des Festwertspeichers 100 auf 00000001. Zu diesem Zeitpunkt gehen die Memmen der Üßertragungs- D/w. Umschalter % und 97, die durch den Aus^-ng des Festwertspeichers entsprechend dieser Adresse 00000000 gesteuert werden, auf den Einschaltzustand über.

Der vom Impulsgenerator 91 erzeugte Impuls wird durch die Verzögerungsleitungen 98 und 99 um die richtige Verzögerungszeit verzögert und am Oszillographen 94 dargestellt.

Sodann wird die Zahl der Zählungen des Zählers II (93) von Hand so eingestellt, daß der am Oszillographen über die Verzögerungsleitungen 71 und 72 angezeigte Impuls dem über die Verzögerungsleitungen 98 und 99 gelieferten Impuls überlagert ist, worauf die Zählung dieses Zählerkreises 93 dann, wenn diese Impulse koinzidieren, in einer Adresse des Festwertspeichers 63 gespeichert wird. Anschließend wird der Schalter des Zählerkreises I (92) zur Bezeichnung der nächsten Adresse 00000001 der Festwertspeicher 100 und 63 betätigt Auf dieselbe Weise werden passende Größen in den Festwertspeicher 63 eingeschrieben. Die Speichervorrichtung, in welche passende Größen bzw. Werte für die zu diesem Zeitpunkt verwendeten Verzögerungsleitungen 71 und 72 an den 256 eingeschrieben sind, wird in der Vorrichtung gemäß F i g. 3 zusammen mit den Übertragungs- bzw. Umschaltern 73

und 74 sowie den zu diesem Zeitpunkt benutzten Verzögerungsleitungen 71 und 72 verwendet Der beschriebene Vorgang wird mit einer Häufigkeit entsprechend der Zahl der V erzögerungsschahungen, d. h. 32mal, wiederholt und die Festwertspeicher, welche die Informationen in ihren Adressen speichern, werden an die Verzögerungsschaltungen angeschaltet bzw. angekoppelL

Neben den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten gibt es noch verschiedene andere Verfahren zum Einschreiben entsprechender Größen bzw. Werte in den Festwertspeicher 63, in den beispielsweise die durch Messung der Verzögerungszeit zwischen den einzelnen Anzapfungen (32 Daten für jeden Kanal) der angezapften LC-Verzögerungsleitungen 71 und 72 erhaltenen Daten durch einen Rechner ausgewertet werden und das Ausgangssignal des Rechners unmittelbar in den Festwertspeicher 63 eingeschrieben wird.

Die in den F i g. 3 und 7 dargestellte Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Das Ausgangssignai der Sende- und Empfangs-Weilensteuerschaltung 36 steuert die Schalter der Schaltergruppe 35 in der Weise an, daß sie auf ihre oberen Kontakte umgelegt werden, während die Schalter der Schaltergruppe 37 zum Umschalten auf die unteren Kontakte angesteuert werden.

Die Abtaststeuerschaltung 38 erzeugt ein aus acht Pits bestehendes Signal entsprechend dem Ultraschall-Azimutwinkel θ im. und jeder Festwertspeicher 63 der einzelnen Verzögerungsschaltungen DC-, — DCn bezeichnet dieselbe Adresse 00000000. Das Ausgangssignal vom Festwertspeicher 63 bezeichnet eine Schalterkombination, die für die Verzögerungszeit am besten geeignet ist. weiche den betreffenden Wandlerelementen TR — TRu für den ersten und den zweiten Umschalter 73 bzw. 74 aufgeprägt wird. Die bezeichneten Klemmen der Übertragungs- bzw. Umschalter 73 und 74 gehen auf den Einschaltzustand über, so daß der vom Bezugssignalgenerator erzeugte Impuls an die Treiberimpulsgeneratoren DP\-DP_i2 angelegt wird und mit geeigneter Verzögerungszeit durch die Verzögerungsschaltungen DC\ — DCu hindurchläuft, so daß die Wandlerelemente TR] — TRn durch den von den Treiberimpulsgeneratoren DP\ — DPu erzeugten Treiberimpuls mit entsprechender Verzögerungszeit angesteuert werden. Da die Größe der Verzögerungszeit von der Verzögerungsschaltung DC. zur Verzögerungsschaltung DCv. abnimmt, werden die Wandlerelemente in der Reihenfolge von TRu-TR₁ angesteuert, so daß der Uliraschallstrahl in der Richtung Θ12« ausgestrahlt wird.

Danach wird das Ausgangssignal der Wellensteuerschaltung 36 über die Schalter der Schaltergruppen 35 und 37 an die oberen bzw. die unteren Kontakte angelegt. Die von den Wandlerelementen TR\ — TRn empfangenen, reflektierten Ultraschallsignalc werden durch die Vorverstärker PAy - PAu verstärkt, durch die Verzögerungsschaltungen DCi - DCn auf dieselbe Weise wie beim Ausstrahlen verzögert und dann summiert. Die Azimutsteuerung der empfangenen akustischen Welle erfolgt in Richtung θι»

Die Begrenzer U - Lw begrenzen die an c'ie Eingänge der Vorverstärker PAt- PAu angelegten Hochspannungs-Sendeimpulse.

Das summierte Signal wird durch den Verstärker 32 verstärkt, von der Signalpro/.essorschaltung 33 abgegriffen und dann nach einer Helligkeitsmodulation auf der Anzeigevorrichtung 34 als ein der Richtung θι?« entsprechendes Signal wiedergegeben.

Das Ausgangssignal von der Wellensteuerschaltung 36 läßt die Schalter der Schaltergruppen 35 und 37 auf die oberen bzw. die unteren Kontakte umschalten, während die Abtaststeuerschaltung 38 ein aus acht Bits bestehendes Signal 00000001 entsprechend Θ127 erzeugt Die zweckmäßigen Klemmen der beiden Übertragungsbzw. Umschalter 73 und 74 werden durch das Ausgangssignal des Festwertspeichers 63 gewählt, am

eine Verzögerungszeit entsprechend der Übertragungsrichtung Qm des Ultraschallstrahls zu erhalten.

Danach wird der vom Bezugssignalgenerator 31 erzeugte Bezugsimpuls über die Verzögerungsschaltungen DCi — DC32 an die betreffenden Treiberimpulsgeneratoren DP\ — DPy> angelegt, so daß die Wandlerelemente TR\ - TRi₂ den Ultraschallstrahl in der Richtung Θ127 ausstrahlen. Auf dieselbe Weise erfolgt die Ultraschallabtastung bis zum Erreichen des Winkels — θ 128-

:» Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Verzögerungsschaltung aus einer ersten angezapften LC-Verzögerungsleitung mit kürzerer Gesamtverzögerungszeit und einer zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung mit einer Zwischenanzapfungs-Verzöge-

->"> rungszeit praktisch entsprechend der Gesamtverzögerungszeit der ersten Verzögerungsleitung und einer längeren Gesamtverzögerungszeit und außerdem einer niedrigeren Ab'Olutgenauigkeit. Durch Verwendung der beiden Arten von angezapften LC-Verzögerungslei-

i'i tungen kann die Zahl der Anzapfungen bzw. Abgriffe im Vergleich zu dem Fall beträchtlich verringert werden, in welchem die Verzögerungsschaltung durch eine einzige angezapfte LC-Verzögerungsleitung gebildet wird.

Beispielsweise sind im Fall einer einzigen Verzögerungsleitung 256 Anzapfungen bzw. Abgriffe erforderlich, um zwischen den Anzapfungen eine Verzögerungszeit von jeweils 25 ns und eine maximale Verzögerungszeit von 6,4 \is zu gewährleisten, während bei Verwendung von zwei Verzögerungsleitungen nur 32 Anzap-

■ii) fungen nötig sind. Bei Verwendung von vier Verzögerungsleitungen verringert sich die Gesamtzahl der Anzapfungen auf 16. Durch eine zu große Zahl von Verzögerungsleitungen wird jedoch deren Anschluß schwierig. Bei Verwendung von zwei Verzögerungslei-

4i tungen zur Lieferung von 256 Verzögerungszeiten ergibt die Anordnung von 16 Anzapfungen bzw. Abgriffen für jede Verzögerungsleitung eine kleinstmögliche Gesamtzahl von Anzapfungen.

Obgleich bei der vorstehend beschriebenen Ausfüh-

w rungsform die zweite angezapfte LC-Ver/Ogerungsleitung der ersten angezapften Verzögerungsleitung nachgeschaltet ist, kann diese Anschlußreihenfolge auch umgekehr t sein.

Da bei der beschriebenen Ausführungsform ein und

Vi dieselbe Vorrichtung sowohl für das Aussenden als auch für das Empfangen der Welle benutzt wird, koinzidieren die Richtwirkungen bzw. Richtungen beim Senken und beim Empfang, wodurch ausgezeichnete Eigenschaften der Vorrichtung gewährleistet werden. Wenn die

·><> Bauteile gemäß Fi g= 7 auf ein und derselben gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet sind, kann eine solche Anordnung als hochqualitative Verzögerungsleitung zur Erleichterung ihres Anschlusses betrachtet werden, weil die (betreffende) Adresse der Festwertspeicher (63;

μ allen Verzögerungsschaltungen DCi - DC12 gemeinsam ist. Da die Eichung bzw. der Abgleich der Verzögerungsschaltungen auf der Schaltungsplatte zusammen mit den verwendeten elektronischen Schaltungselemen-

ten erfolgt, ist der Genauigkeitsgrad der Verzögerungszeit hoch genug, wenn diese Bauteile in der Vorrichtung untergebracht sind. Außerdem kann der Frequenzgang der Verzögerungsschaltungen ohne weiteres auf bis zu 4 MHz erweitert werden.

Obgleich die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bei einer Ultraschalldiagnosevorrichtung mit Sender- und Empfängerschaltungen verwendet wird, ist es ebenso möglich, die Erfindung nur auf eine Sendervorrichtung anzuwenden und ebenso ι ο eine Digitalvorrichtung als Sender zu benutzen und die Erfindung nur auf die Empfängervorrichtung anzuwenden.

Obgleich weiterhin für die einzelnen Ultraschall-Wandlerelemente Treiberimpulsgeneratoren vorgesehen sind, ist es ebenso möglich, nur einen einzigen Treiberimpulsgenerator zu benutzen, und dessen Ausgangssigna] an die einzelnen variablen Verzögerungsschaltungen anzulegen.

Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf ein Segmentabtastgerät begrenzt ist sondern auch bei einer Kombination aus einem Linearabtast- und einem Segmentabtastgerät angewandt werden kann.

Die Anwendung der elektronischen Fokussierung auf die beschriebene Ultraschalldiagnosevorrichtung bietet den großen Vorteil, daß tomographische Bilder mit hoher Güte erzeugt werden können.

Selbst wenn die benutzte angezapfte Verzögerungsleitung eine gewöhnliche Verzögerungszeitgenauigkeit besitzt, die für die Lösung der Erfindungsaufgabe ungenügend ist, läßt sich erfindungsgemäß eine ausreichend genaue Verzögerungszeit ohne Beeinträchtigung des Frequenzgangs erreichen, während es ebenfalls möglich ist, die Ultraschallwellen für die gewünschte Azimutrichtung beim Senden und Empfangen der Ultraschallwelle mit genügend großer Genauigkeit zu steuern.

Wenn als beschriebene Verzögerungsleitung eine angezapfte LC-Verzögerungsleitung verwendet wird, kann darüber hinaus ohne weiteres ein dynamischer Bereich (Steilheit) von über 100 dB erreicht werden, so daß sich die Schaltkreiselemente und die peripheren Geräte wesentlich vereinfachen lassen. Da die Verzögerungsleitung ausschließlich durch die Adresse der 4-, Speichervorrichtung bestimmt wird und die Adresse für alle Kanäle gemeinsam gilt, kann die Zahl der Verbindungsleitungen beträchtlich verringert und dadurch die gesamte Steuerschaltung vereinfacht werden. Da die Einstellung für jeden einzelnen Kanal erfolgen -,n kann, läßt sie sich sehr einfach durchführen.

Weiterhin ist eine Unregelmäßigkeit im Verzögerungszeitfehler vorhanden, so daß die Quantelung wahlfrei wird. Hierdurch wird die Regelmäßigkeit des Quantelungsfehlers ausgeschaltet. Dies ist insofern y, vorteilhaft, als die Quantelungs-Nebenkeule verkleinert werden kann.

Fig. 10 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Verzögerungsschaltung DCi durch zwei angezapfte LC-Ver- t>o zögerungsleitungen 101 und 102 mit jeweils 16 Ausgangsanzapfungen, zwei identischen Übertragungsbzw. Umschaltern 103 und 104 mit jeweils 16 Eingängen, die an die 16 Ausgangsanzapfungen der Verzögerungsleitungen angeschlossen sind, eine an die vier Steuerein· f,-, gangsklemmen A\—A< und B\ — Bi dieser Umschalter angeschlossene Speicherverklinkung 105 und einen Pufferverstärker 106 gebildet wird, der zwischen die Ausgangsklemme des ersten Umschalters 103 und die EingangsWemme der zweiten angezapften LC-Verzögerungsleitung 102 eingeschaltet ist Diese Bauteile sind sämtlich auf derselben gedruckten Schaltungsplatte ausgebildet

Die Abtaststeuerschaltung 110 umfaßt eine Rjchtungsbezeichnungs- bzw. -kennschaltung 111, weiche die Sende- und Empfangsrichtung der Ultraschallwelle bezeichnet einen programmierbaren Festwertspeicher (PROM) 112, dessen Inhalt aktualisiert werden kann und in welchem die Zahlen der Schalter gespeichert sind, weiche Verzögerungszeiten liefern, die genügend dicht an den Verzögerungszeiten für die betreffenden Verzögerungsschaltungen DQ-DC₃₂ unter Verwendung der durch die Richtungskennschaltung bezeichneten Richtung liegen, und eine EinschreibverkJinkungskennschaltung 112, welche die Daten in eine Verklinkungsschaltung 105 auf jeder bzw. der betreffenden Schaltungsplatte bei jedem Frequenzimpuls einschreibt Das Ausgangssignal des Speichers 112 wird an die Eingangsklemme der Speicherverklinkung 105 dcr betreffenden Verzögerungsschaltungen DCi - DC₃₂ angelegt. Bei der beschriebenen AbtaststeuerschaJtung 110 liefert die Richtungskennschaltung 111 ein aus acht Bits bestehendes Signal 00000000 entsprechend dem Azimutwinkel 6_m der Ultraschallwelle, während der programmierbare Festwertspeicher 112 eine Kombination von zu wählenden Schalterzahlen der betreffenden Verzögerungsschaltungen DC, - DC₃₂ an die Speicherverklinkung dieser Verzögerungsschaltungen anlegt. In Abhängigkeit vom Takt- bzw. Frequenzimpuls des Bezugssignalgenerators 31 wird das Ausgangssignal der Einschreibverklinkungskennschaltung 114 an die Speicherverklinkung 105 angelegt um das Ausgangssignal des Speichers 112 in die Speicherverklinkungsschaltung 105 einzuschreiben.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird die zu wählende Anzapf- bzw. Abgriffstellung der angezapften Verzögerungsleitung aller Verzögerungsschaltungen in eine einzige Festwertspeichervorrichtung eingeschrieben. Jede Verzögerungsschaltung läßt sich leicht und kostensparend herstellen, da die in der Festwertspeicherschaltung gespeicherte Abgriffposition durch die Speicherverklinkungsschaltung beibehalten werden kann. Außerdem werden durch Änderung bzw. Abwandlung des Inhalts der einzigen Festwertspeichervorrichtung eine Änderung der Abtastrichtung, die Gewährleistung einer Verzögerung für die Fokussierung und die Hinzufügung einer Verzögerung für andere Zwecke vereinfacht.

Der Begriff »Festwertspeicher« soll sowohl programmiei'oare als auch löschbare Festwertspeicher umfassen. Da die Inhalte der Festwertspeicher im allgemeinen je nach den Verzögerungsleitungen unterschiedlich sind, sind erfindungsgemäß der programmierbare oder der löschbare Festwertspeicher außerordentlich zweckmäßig.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung können in den einzelnen Verzögerungsschaltungen verschiedene Arten von Speichervorrichtungen verwendet werden, beispielsweise Festwertspeicher, Speicherverklinkungsschaltungen usw,

Anstatt die Adresse der Festwertspeichervorrichtung durch acht Bits zur Bezeichnung der 256 Richtungen des Ultraschallstrahls zu bilden, läßt sich eine höhere Qualität der tomographischen Bilder bei einer Ultraschalldiagnosevorrichtung erreichen, welche die Ultraschallsender- oder -empfängervorrichUing umfaßt, bei

welcher 256 Richtungen mit acht Bits aus zehn Bits codiert bzw, verschlüsselt sind, welche die Adresse des Festwertspeichers darstellen, während die beiden restlichen Bits als Fokussierungsinformation benutzt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschallsender/Empfänger, bestehend aus mehreren in einer geraden Linie nebeneinander angeordneten Ultraschall-Wandlerelementen, mehreren veränderbaren Verzögerungsschaltungen, um Treibersignalen der Ultraschall-Wandlerelemente vorbestimmte Verzögerungen zu erteilen oder den durch Ultraschall-Wandlerelemente aufgefangenen Ultraschallwellen Verzögerungen zu erteilen, und aus einer Abtaststeuerschaltung zur Steuerung der azimutalen Aussenderichtung oder azimutalen Empfangsrichtung des Ultraschallstrahls, die eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Informationen enthält, welche die azimutale Aussenderichtung oder die azimutale Empfangsrichtung des Ultraschallstrahls umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Verzögeriingsschaltungen (DQ, ..., DC32) jeweils mindestens zwei angezapfte Verzögerungskreise (71, 72) aufweisen, deren Anzapfungen über Schalter (73, 74) selektiv in wechselseitige elektrische Verbindung schaltbar sind und mit der Speichereinrichtung (63) verbindbar sind, derart, daß die Speichereinrichtung (63) die wechselseitig elektrisch verbundenen Anzapfungen durch Speicherung fixiert, wobei die Speicherinhalte der Speichereinrichtung (63) in Abhängigkeit von Ausgangssignalen der Abtaststeuerschaltung (38) auslesbar sind, derart, daß d.^ Auswahl einer Anzapfung der angezapften Verzögerunfskreisc (71, 72) entsprechend jeder Position der ansgelesenen Speicherinhalte möglich ist.

2. Ultraschallsender/Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften analogen Verzögerungsleitungen (71, 72), die Schalter (73, 74) und die Speichereinrichtung (63) nebeneinander angeordnet sind.

3. Ultraschallsender/Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften analogen Verzögerungsleitungen (71, 72) jeweils eine erste Verzögerungsleitung (71) mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend einer Quanten-Verzögerungszeit und jeweils eine zweite Verzögerungsleitung (72) mit einer Verzögerungszeit zwischen den Anzapfungen ungefähr entsprechend der Gesamtverzögerungszeit der ersten Verzögerungsleitung und einer Gesamtverzögerungszeit, die größer ist als diejenige der ersten Verzögerungsleitung (71) und mit einer Verzögerungszeit aufweist, die zur Gewährleistung eines maximalen Ablenkwinkels der Ultraschallwellenrichtung erforderlich ist.

4. Ultraschallsender/Empfänger nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften analogen Verzögerungsleitungen (71, 72) jeweils zwei Analog-Verzögerungsleitungen (71, 72) mit jeweils 16 Anzapfungen umfassen.

5. Ultrasehallsender/Empfänger naeh Anspruch 1, so dadurch gekennzeichnet, daß die angezapften analogen Verzögerungsleitungen (71, 72) jeweils eine LC-Verzögerungsleitung enthalten.

6. Ultraschallsender/Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (63) aus einem Lesespeicher besteht.

7. Ultraschallsender/Empfängcr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (63) einen programmierbaren Lesespeicher oder einen löschbaren und programmierbaren Lesespeicher enthält.

8. Ultraschallsender/Empfänger nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (63) eine Speicher-Sperrschaltung (105) enthält.