DE3222451A1 - Ultraschall-bilderzeugungsapparat - Google Patents

Description

Ultraschall-Bilderzeugungsapparat

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultras dall- Bilderz agjrjgs-Apparat, der Mittel zum Fokussieren von Ultraschall-Wellen und einen Ultraschall-Detektor zum Empfangen der fokussierten Ultraschall-Wellen enthält, welcher

Detektor eine Vielzahl von länglich ausgebildeten • piezoelektrischen Detektorelementen aufweist.

Ultraschall-Systeme dieser Art sind beispielsweise aus der US-PS 39 67 066, aus 'Acoustical Holography Vol. 5, (1974), Seiten 493 bis 503 undaiB 'Acoustical Holography,' Vol. 6, (1975), Seiten 1 bis 13 bekannt. Weiterhin wird in der US-PS 39 71 962 ein lineares Wandlerelementen-Array für Ultraschall-Bildsystem beschrieben. Die vorbekannte Wandleranordnung ent-, hält eine große Anzahl von länglich ausgebildeten Wandlerelementen. Beim Stand der Technik wird erwähnt, daß es aufgrund der Auflösung günstig wäre, jedes einzelne Element vom Aufnehmer-Array klein auszubilden und mit gleicher Höhe und Breite ausgestattet. Jedes Element soll also entweder einen quadratischen oder runden Durchmesser haben und soll klein in beiden Dimensionen sein. Mit der Ausbildung von kleinen Wandlerelementen sind jedoch eine Reihe von Problemen verbunden: Die elektrische Impedanz von solch einem Element ist vergleichsweise groß. Dies kann zu Impedanz-Anpassungsproblemen im elektrischen Schaltkreis, der die Signale detek'tiert und weiterverarbeitet, welche von einem einzelnen Element abgeleitet werden, führen. Dies ist beispielsweise

Wht 5 Rl / 07.06.1982

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wichtig für Vorverstärker, die zu jedem diesbezüglichen Wandlerelement verbunden sind. Geringe Impedanz-Anpassung kann zu einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis führen.
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Um diese Probleme zu vermeiden, werden bei den Geräten des Standes der Technik sehr lange Empfängerelemente gewählt. Jedes von den länglichen Elementen entspricht oder ist äquivalent zu vielen kleinen EIementen, die parallel verbunden sind. Eine Parallelverbindung von Elementen hat vergleichsweise niedrige Impedanz. Damit ist zwar das Impedanz-Anpassungs-Problem gelöst. Allerdings ist gleichzeitig die Auflösung des Arrays von Elementen in einer Richtung verringert, nämlich die Richtung der Längsachse der W_andlerelemente. Um diese Reduktion an Auflösung zu korrigieren, wird beim Stand der Technik vorgeschlagen, eine Zylinderlinse vorzusehen, die in kurzem Abstand vor dem Array aus länglichen Elementen angeordnet ist.

Die Zylinderlinse ist in dieser Position zu dem Zweck vorgesehen, um die konvergierenden Wellenfronten von einer Bildformlinse in einer Richtung zu bündeln.

Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Zylinderlinse unerwünschte interne Reflexionen der Ultraschall-Wellen zwischen der vorderen und hinteren Oberfläche der Linse bewirken kann. Aus diesem Grunde können unechte akustische Wellen dan Bildfeld, das von den Wandlerelementen erhalten wird, überlagert werden. Die Überlagerung dieser Wellen bewirkt eine zusätzliche Struktur, die dem wahren Ultraschall-Bild überlagert ist, welches dargestellt werden soll. Es ist dringend erwünscht, die Überlagerung von solchen Bildern zu vermeiden.

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Die Anwendung von einer Zylinderlinse kann auch andere Effekte haben. Es können z.B. Reflexionen zwischen den länglich ausgebildeten Wandlerelementen und der Zylinderlinse auftreten. Die Oberfläche der Elemente hat eine Impedanz, die unterschiedlich von der Impedanz der Flüssigkeit ist, welche gewöhnlicherweise zwischen den Wandlerelementen und der Zylinderlinse angeordnet ist. Dadurch können Reflexionen auf der Oberfläche der Elemente und Reflexionen auf der Oberfläche der Zylinderlinse auftreten. Ganz entsprechend wird dieser Effekt unerwünschte Strukturen im Ultraschall-Bild bewirken.

Die Zylinderlinse selbst definiert eine zusätzliche komplexe Komponente, welche einigen Aufwand erfordert.

Für eine korrekte Wirkung muß die Zylinderlinse von einer Anpassungsschicht abgedeckt sein. Das Aufbringen dieser Schicht erfordert einige Arbeit und ist zeitaufwendig. Deswegen ist es wünschenswert, länglich ausgebildete Wandlerelemente mit geringer Impedanz zu benutzen, aber andererseits gleichzeitig die Forderung oder Notwendigkeit der Zylinderlinse zu eliminieren.

Es ist also Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschall-Apparat vorzusehen, in welchem längliche Wandlerelemente mit niedriger Impedanz benutzt werden, und in denen trotzdem eine Zylinderlinse vermieden werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschall-Bilderzeugungsapparat zu schaffen, in welchem überlagerte Strukturen durch interne Reflexionen vermieden werden. Es ist zusätzlich Aufgabe der Erfindung, ein orthographisches Ultraschall-Bildgerät zu schaffen, das längliche Wandlerelemente hat, in welchen die konvergierenden Wellenfronten von einer bildgebenden Linse in eine Dimension gebündelt werden, ohne daß eine zusätzliche Zylinderlinse erforderlich wäre.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fokussierungsmittel eine erste und eine zweite Fokusebene haben und astigmatisch wirken, die longitudinale Achse der länglichen Detektorelemente des Ultraschall-Detektors gekrümmt ist und der Ultraschall-Detektor in einer der Fokusebenen positioniert ist.

• Durch die Erfindung ist also ein Ultraschall-Apparat geschaffen, der eine Fokussierungseinrichtung zum Fokussieren der Ultraschall-Wellen enthält und einen Ultraschall-Detektor zum Empfangen der fokussierten Ultraschall-Wellen. Vor der eigentlichen Detektion sind die Ultraschall-Wellen durch ein Untersuchungsobjekt getreten, insbesondere durch einen Patienten.

Der Detektor enthält eine gewisse Anzahl von länglich ausgebildeten piezoelektrischen Detektorelementen, d.h. ein sogenanntes Sensor-Array. Die einzelnen Elemente des Sensor-Arrays sind gekrümmt und die Fokussierungseinrichtung, die die Ultraschall-Wellen auf das Sensor-Array fokussiert, ist erfindungsgemäß astigmatisch ausgebildet. Dabei hat die Fokussierungseinrichtung zwei Fokusebenen, wobei das Sensor-Array in einer dieser Fokusebenen positioniert ist.

In letzterem Zusammenhang ist der Ausdruck "Fokussiereinrichtung" im weitesten Sinne zu verstehen. Er umfaßt eine Bildlinse ebenso wie ein Bildlinsensystem und er umfaßt auch einen Bildspiegel ebenso wie ein System von Bildspiegeln. Vorzugsweise ist aber eine Linse oder ein Linsensystem angewendet.

Die Linse oder das Linsensystem, von welchem verlangt ist, daß sfe^s astigmatisch ist, wird vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. Im Prinzip kann sie aus jedem

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Festkörpermaterial bestehen, welches den geforderten Brechungsindex aufweist. Es sind auch Kombinationen von festen Materialien und Flüssigkeiten verwendbar.

Der Begriff "Fokussierungseinrichtung" kann auch die Möglichkeit einschließen, zwischen der/den Fokussierungslinsen oder dem/den Spiegeln eine Prismenkombination oder andere Mittel zum Abtasten der Ultraschall-Wellen entlang dem Detektor-Array einzufügen.
Diese Scanning-Prismen-Kombination ist vom Stand der Technik bekannt.

Es soll herausgestellt werden, daß das Sensor-Array, welches üblicherweise eine Tielzahl von länglich ausgebildeten Elementen aufweist, entweder auf der ersten Fokusebene oder auch auf der zweiten Fokusebene
positioniert werden kann. Es wird angenommen, daß die zweite Fokuslänge größer als die erste Fokuslänge ist. Deswegen wird das Sensor-Array bevorzugt in der ersten Fokusebene angeordnet. Der Grund dafür ist, daß man einen guten Kontakt zwischen dem Sensor-Array und
einer Membran erhält, welche entsprechend dem Stand der Technik benutzt wird, um das Sensor-Array von einem Wassertank abzudichten. In diesen Tank kann ein Pa-

tient zur Untersuchung eingebracht werden. Für einige Anwendungen kann es auch leichter seil, ein konvexes
Array von Elementen (konvex im Hinblick auf die Ultraschall-Quelle) zu konstruieren, das entgegengesetzt einem konkaven Array positioniert wird.

Die länglich ausgebildeten Elemente der Längsachsen, welche die oben erwähnte Krümmung haben, können vorzugsweise aus piezoelektrischer Keramik bestehen. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, schlanke ge-

bogene piezoelektrische Keramikteile zu formen. Beim

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Herstellungsprozeß wird das Material für die länglich ausgebildeten Elemente vorzugsweise gegossen oder in Formen eingebettet, um die erwünschte Krümmung zu erhalten.

Impedanz-Anpassungs-Beschichtungen können auf den einzelnen Elementen angeordnet sein. Es können Mittel vorgesehen sein um die Elemente parallel oder annähernd parallel zueinander zu halten. Diese Mittel können zwei Kammstrukturen enthalten, um die beiden Enden der Elemente zu unterstützen.

Das Array der Elemente kann linear ausgerichtet sein. Vorzugsweise jedoch sind die Elemente mit bestimmter Krümmung ausgebildet. Diese Krümmung ist vorgesehen um das Detektor-Array in Koinzidenz mit der Ebene des optimalen Fokus zu bringen.

"Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Untersuchungsgerätes,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer astigmatisehen Linse, die bei der Fokussierungseinrichtung in Fig. 1 benutzt wird, ■

Fig. 3 einen Schnitt der astigmatisehen Linse nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt der astigmatisehen Linse nach · Fig. 2 im rechten Winkel des Schnittes nach Fig. 3,

-y? - VPA 81 P 8801 DE Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Arrays von länglich ausgebildeten, gebogenen Detektorelementen, das in der erstmFokusebene der astigmatischen Linse nach Fig. 2 angeordnet werden kann,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung von länglich ausgebildeten, gebogenen Detektorelementen, die in der zweiten Fokusebene der astigmatischen Linse nach Fig. 2 angeordnet werden

können,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung von gebogenen länglich ausgebildeten Detektorelementen entsprechend dem Array nach Fig. 5, welche Ele

mente entlang einer Kurve angeordnet sind,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung von gebogenen länglich ausgebildeten Detektorelementen entsprechend dem Array nach

Fig. 6, welche Elemente entlang einer Kurve angeordnet sind,

Fig. 9 eine vergrößerte Frontdarstellung von einem Viel-Elementen-Empfänger-Wandler-Array, welche

eine Stützanordnung für die einzelnen Elemente aufweist,

Fig. 10 eine vergrößerte Seitenansicht des Wendler-Arrays nach Fig. 9,

Fig. 11 eine Ausschnittsvergrößerung des Wandler-Arrays nach Fig. 9,

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Fig. 12 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Arrays nach Fig. 9, welche eine Kammstruktur zeigt und

Fig. 13 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Arrays nach Fig. 9 aus der Sicht der Linie X-X.

In der Figur 1 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Kamerasystems oder eines orthographischen Ultraschall-Bildsystems dargestellt. In diesem System können das Wandler-Array und die Fokussierungseinrichtung entsprechend der Erfindung verwendet werden.

Entsprechend der Figur 1 überträgt ein variabler Spannungs-RF-Verstärker oder Wandler 2 einen Puls von elektrischer Energie zu einer ausgewählten Anzahl von Ultraschall-Wandlern 4, welche in einem Transmissionswandler-Array 6 angeordnet sind. Das Wandler-Array wandelt die elektrischen Signale zu einer Druckwelle, welche durch eine Kollimatorlinse 8 zu einem Untersuchungsobjekt (nicht dargestellt) gelangt. Das Objekt, beispielsweise ein Patient, ist in der Fokusebene des Systems angeordnet. Die Ultraschall-Wellen werden durch das Objekt gestreut.

Zwei Kunststofflinsen 12 bzw. 14 sammeln und fokussieren die gestreuten Wellen auf ein Vielelementen-Wandler-Array 16, um ein Ultraschall-Bild zu erzeugen. Dieses Bild wird von einem Linien-Array 16 detektiert, welches eine große Anzahl von einzelnen Empfänger-Wandlern oder Elementen 18 aufweist.

Das Empfänger-Wandler-Array 16 detektiert nur eine Darstellung des Bildes. Ein komplettes Bild wird durch

AX

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wiederholtes Abtasten oder Ablenken des fokussierten Ultraschall-Bildes entlang des Linien-Arrays 16 der Empfänger-Wandler 18 erhalten. Dies wird durch eine Scan-Vorrichtung 20 durchgeführt, welche durch zwei gegenläufig rotierende Ultraschall-Prismen realisiert ist, die zwischen den zwei Fokuslinsen 12 und 14 angeordnet sind. Die Prismen rotieren um die Hauptstrahlung sr ichtung. Die Linsen 12 und 14 und die Scan-Einrichtung 20 bilden eine Ablenkungseinheit 22.

Das Wandler-Array 16 ist Teil einer Empfänger-Einheit oder einer akustischen Kamera, welche das vom bestrahlten Objekt erhaltene Druckwellenfeld empfängt und fokussiert. Für diesen Zweck ist eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung 24 vorgesehen. Die elektrischen Signale werden in ein sichtbares "RealTime'i-Bild des bestrahlten Objektes in der Fokus-Ebene 10 dargestellt. Die erhaltenen Informationen können auf Darstellungseinrichtungen wie einem Anzeigegerät 26 aufgezeichnet werden. Einzelheiten hinsichtlich des Ultraschall-Systems werden in der US-PS 39 37 066 beschrieben. Die technische Lehre dieses US-Patentes kann bei der Ultraschall-Kamera gemäß vorliegender Erfindung angewandt werden.

In Figur 2 ist eine ein astigmatisches Bild formende Linse 30 beschrieben. Diese Linse 30 repräsentiert die Fokussierungslinsen 12 bzw. 14 aus der Figur 1. Um im einzelnen die Position und die Kurvenausbildung · des länglich ausgebildeten Elementes 18 zu zeigen, werden rechtwinklige Koordinaten x, y, ζ eingeführt. Die astigmatische Linse 30 hat zwei Fokuspunkte F^ und F„ und zwei Fokusebenen. Beide Fokuspunkte F. und Fp sind voneinander auf der z-Achse entfernt angeordnet.

Es wird angenommen, daß Ultraschall-Wellen 32 auf die

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Linse 30 von der rechten Seite einfallen, so daß die Wellen 32 sich in (-z)-Richtung fortpflanzen und daß die horizontale Wellenfront (Ebene xz) auf dem ersten Fokuspunkt F,. fokussiert ist, während die vertikale Wellenfront (Ebene yz) in dem zweiten Fokuspunkt F₂ fokussiert ist. Der erste Fokuspunkt F^ ist in dieser Anordnung näher als der zweite Fokuspunkt F₂ zu der Linse 30 gelegen.

Die Fokuspunkte F,. und F₂ werden durch die Fokuslängen der Linse und die damit verbundene Fokusebene, welche in dem Objekt liegt, ■ das abgebildet werden soll, entsprechend vorbekannten Prinzipien der Optik bestimmt.

In den Figuren 3 und 4 ist gezeigt, daß dieses erreicht werden kann, wenn die Linse 30 eine Form in der yz-Ebene hat, welche unterschiedlich von der Form der xz-Ebene ist. In diesem Beispiel in der yz-Ebene ist die Linse plankonkav, während in der xz-Ebene die Linse bikonkav ist. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt in der x-Richtung während Figur 4 einen Ausschnitt in der (-y)-Richtung zeigt. Wichtig ist, daß die Linsendicke in z-Richtung, wenn man entlang der x-Achse geht, unterschiedlich von der Linsendicke in z-Richtung ist, wenn man von der y-Achse herangeht. Die astigmatische Linse 30 kann aus einem Stück bestehen. Sie kann aber auch eine Kombination von zwei oder mehr Linsen sein.

Anstatt einer Linse 30 oder einem Linsensystem, kann auch ein Spiegel oder ein Spiegelsystem verwendet werden. Solch -ein Spiegel oder Spiegelsystem kann ebenso dafür vorgesehen sein, einen Astigmatismus zu bewirken.

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Allgemein ausgedrückt wird eine astigmatische Linse oder Spiegel erhalten, wenn der gesamte Kurvenverlauf in eine Richtung, beispielsweise in x-Richtung, unterschiedlich ist von dem gesamten Kurvenverlauf in der dazu senkrechten Richtung, beispielsweise in y-Richtung.

In der Figur 5 ist eine Vielzahl von läaglich piezoelektrischen Detektorelementen 18 dargestellt, die ein Detektor-Array 16 bilden. Diese Elemente 18 sind jeweils aneinander parallel angeordnet. Sie können in der ersten Fokusebene positioniert sein und den ersten Fokuspunkt einschließen. Um die Wellenfront in die erste Fokusebene anzupassen, sind die Längsachsen von allen Detektorelementen 18 gebogen ausgebildet. Dadurch wird ein Array oder Anordnung erhalten, die konvex ist,wie es von der Ultraschallquelle gesehen wird. Um die Position des Detektor-Arrays leichter zu kennzeichnen, insbesondere im Hinblick auf die Komponenten die in der Figur 2 dargestellt sind, ist wieder ein x-, y-, z-Koordinatensystem eingeführt. Die Hauptstrahlungsrichtung ist ebenfalls die (-z)-Richtung. Die Längsachsen der Elemente 18 sind kurvig oder gebogen bezüglich zur x-Achse.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Querschnitt eines individuellen Elementes 18 rechteckig sein kann, insbesondere quadratisch. Jedoch können auch andere Formen gewählt werden. Die Entfernung von einem länglich aisgebildeten Element zu dem nächsten kann ebenso in weitem Umfang gewählt werden. Diese Entfernung ist grundsätzlich nicht in Beziehung zur Form und Querschnitt eine's einzelnen Elementes zu sehen.

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Es ist auch zu erwähnen, daß elektrische' Elektroden 34 und 36 mit jedaneinzelnen Element 18 verbunden oder an ihm angebracht sind. Diese Elektroden 34 und 36 können dünne metallische Schichten sein, die auf die Frontseite und die Rückseite des Elementes 18 aufgebracht sind. Die Elektroden 36 auf der Rückseite sollen elektrisch miteinander verbunden sein und die Elektroden 34 auf der Frontseite sollen mit einzelnen Leitungen verbunden sein; auch eine umgekehrte Ano-rdnung kann benutzt werden. Jede einzelne Leitung ist aufwärts in (x-y)-Ebene und die Leitungen dazwischen sind nach unten ausgerichtet, wie in der Figur 5 dargestellt ist. Alternativ sind alle Leitungen zur gleichen Richtung ausgerichtet. Es ist zu erwähnen, daß das Abtasten des Bildes in der y-Richtung durchgeführt wird.

In der Figur 6 ist eine Detektoranordnung oder ein Array 16 dargestellt, welches in der zweiten Fokusebene angeordnet sein kann und den zweiten Fokuspunkt Fp einschließt. Dieses Detektor-Array 16 enthält väeder eine Vielzahl von gekrümmten, länglich ausgebildeten Elementen 18. Die Elemente 18 sind hier gegenüber der y-Achse gebogen oder kurvig ausgebildet. Das heißt, die gebogenen Längsachsen sind jeweils in Ebenen parallel zu der x-z-Ebene angeordnet. Ebsnfells dient die Krümmung dazu, das Array 16 wenigstens annähernd in Koinzidenz mit der Ebene des besten Brennpunktes zu bringen. Es sind Elektröden 34 und 36 auf jedem einzelnen Element 18 angebracht, die alle auf der Frontfläche und auf der Rückseite verbunden sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß dieses Array 16 eine konkave Anordnung ist, wie sie von der Ultraschall-Welle gesehen wird, so daß die Elemente also konkav sind. Dies ist im Gegensatz zum

VPA 81 P 8801 DE Array 16, welches anhand der Figur 5 beschrieben wurde. Die Krümmung des einzelnen Elementes 18 ist in Übereinstimmung mit der Krümmung der Ultraschall-Wellenfront, die empfangen werden soll.

Es ist auch zu erwähnen, daß das Abtasten eines Bildes in dieser Anordnung in der x-Richtung durchgeführt wird.

In den Figuren 5 und 6 ist der Radius der Krümmung der länglichen Detektorelemente 18 gleichgesetzt zum Radius der Krümmung der Wellenfront, die von der Fokussiereinrichtung 30 entsteht als ein Ergebnis der Wellenfrontj das an der Objektebene 10 von der Fokussiereinrichtung 30 erzeugt wird.

In den Figurm7 und 8 ist dargestellt, daß die Detektor-Arrays 16 der Figuren 5 und 6 entlang Kurven 40 bzw. 42 angeordnet werden können, um den sich ankommenden Ultraschall-Wellen anzupassen.

In den Figuren 9 bis 13 sind Einzelheiten eines Viel-Elementenilmpfängei^Wandler-Arrays entsprechend der Erfindung erläutert. Speziell in Figur 9 und 10 ist das Wandler-Array 16 getragen von einer Halterungseinheit 50, welche aus einem stabilen Material wie Aluminium hergestellt ist. Zwei Öffnungen 52 und 54 sind an entgegengesetzten Seiten vorgesehen, um die Trageeinrichtung 50 mit der Kameraeinheit (nicht dargestellt) zu verbinden. Im mittleren Bereich der Halterungsvorrichtung 50 sind eine Vielzahl von einzelnen verlängerten Elementen 18 angeordnet. Zum Beispiel können bei dem gezeigten Wandler-Array 192 Elemente 18 verwendet werden. Aus der Figur 10 ist ersichtlich, daß die Elemente 18 frontseitig an der Vorrichtung 50 auf einer Kurve 56 angeordnet sind. Die Kurve 56, welche bereits in

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Verbindung mit den Figuren 7 bzw. 8 erwähnt wurde, ist vorgesehen, um das Array mit der besten Fokusebene in Koinzidenz zu bringen. Die Kurven 40 und 42 sind für den gleichen Zweck vorgesehen. In der Figur 10 ist die gebogene Längsachse von den einzelnen Elementen 18 etwa rechtwinklig zur Zeichnungsebene positioniert. Die einzelnen Elemente des gebogenen Arrays 16 sind aus der Figur 9 klar ersichtlich.

Entsprechend dem vergrößerten Ausschnitt in der Vorderansicht der Figur 11, sind die einzelnen Stäbe oder länglichen Elemente 18 an ihrem Ort durch zwei Seitenbefestigungen 58 und 60 gehalten, welche zueinander parallel sind. Jede dieser seitlichen Halterungen enthält erste und zweite Zwischenräume 62 bzw. 64. Der erste Zwischenraum dient dsaj, die Elemente 18 in ihren Längspositionen zu halten, während der zweite Zwischenraum 64 entsprechende Lücken 66 von einer vorbestimmten Breite zwischen den Elementen 18 vorsieht. Dadurch sind die Elemente 18 parallel zueinander, wenn die Kurve 56 mißachtet wird. Beide Halterungseinrichtungen 58, 60 können aus Aluminium bestehen.

In der vergrößerten Seitenansicht aus Figur 12 ist ersichtlich, daß die seitliche Halterung 58 und 60 eine Kammstruktur hat. Die Elemente 18 sind in Aussparungen gehalten, von denen jede durch aei benachbarte Abstandsstücke .64 geformt ist und einem ersten Abstandsstück 62. Die Elemente 18 sind in diesenAEspsruqEpn fixiert durch einen geeigneten Zement 70. Aus der Figur 12 ist auch ersichtlich, daß die äußere Fläche oder die Frontansicht der Elemente 18 mit einem Impedanz-Anpassungsbelag oder -schicht 72 versehen ist. Derartige Schichten 72 sind allerdings nicht unbedingt notwendig.

AB

- VPA 81 P 8301 DE Figur 13 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung entsprechend der Schnittlinie in Figur 9. In Figur 13 ist gezeigt, daß die innere Oberfläche oder die Rückseite der einzelnen Elemente frei von einer Schürt 72 ist und keine besondere Funktion hat. Dies ist erreicht durch einen offenen Raum 74, welcher mit Luft gefüllt ist. Die Figur 13 zeigt, daß die Elemente 18 mit einem Impedanz-Anpassungs-Belag 72 bedeckt sind. Die linke Seite 76 von jedem Element 18 ist freigelassen, um eine Verbindungsleitung zur Frontelektrode anzuschließen. Aus der Figur 13 ergibt sich auch, daß nahe an der Elektrode und der Verbindungsleitung ein freier Raum 78 für eine geeignete Schaltungsanordnung (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Diese Schaltungsanordnung enthält Schaltkreise des Signalverarbeitungssystems. Ein ähnlicher Raum 80 kann auf der rechten Seite der Halterung 50 vorgesehen sein für die Elemente 18, deren Elektroden und Verbindungsleitungen zur rechten Seite ausgerichtet sind.

Die anhand der Figuren 1 bis 13 beschriebenen Einrichtungen können folgendermaßen zusammengefaßt werden: Wie beim Stand der Technik wird eine Verringerung der Empfänger-Array-Element-Impedanz dadurch erreicht, daß die Elemente 18 in der Form aus länglichen Stäben wie kleine Quadrate der gewünschten Auflösung gebildet sind. Um zu verhindern, daß die Bildauflösung über die Länge des Stabes durch die Signalintegration verringert wird, ist das Array aus gebogenen Elementen 18 geformt. Der Radius der Krümmung ist gleich dem Radius der Krümmung der Wellenfront, welche von der Linse 30 als Ergebnis der Wellenfront der Objektebene erzeugt wird. Die Bildformlinse 30 ist astigmatisch ausgebildet, so daß sie die Wellenfront exakt auf dem Array 16 in einer Ebene fokussiert,

VPA 81 P 8801 DE während hinter dem Array 16 in der dazu orthogonalen Ebene fokussiert wird, so daß die Wellenfront in der zweiten Ebene auf ein Array-Element in Koinzidenz trifft.

Die Erfindung beinhaltet Vielfachelemente-BLldlinsen, bei denen die astigmatische Komponente beschränkt wird auf ein Element oder entlang mehrerer Elemente verteilt wird. Die Erfindung ist nützlich für Bildsysteme, die ein einzelnes lineares Wandler-Array enthalten, auf dem das fokussierte Wellenfeld entlanggeschwenkt wird durch einen beweglichen Ablenkungsapparat 20, oder in dem das Transducer-Array 16 in der Bildebene bewegt wird.

Obwohl die dargestellten Ausführungsformen des Ultraschall-Bilderzeugungsapparates ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreiben, ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf diese dargestellten Ausführungsformen der Anordnung beschränkt sind und daß eine Vielzahl von Abänderungen im Rahmen der Erfindung gemacht werden können.

13 Figuren

8 Patentansprüche

Leerseite

Claims (8)

3222Λ51 VPA 81 P 8801 DE Patentansprüche

1. Ultraschall-Bilderzeugungs-Apparat, der Mittel zum Fokussieren von Ultraschall-Wellen und einen Ultraschall-Detektor zum Empfangen der fokussierten Ultraschall-Wellen enthält, welcher Detektor eine Vielzahl von längausgebildeten piezoelektrischen Detektorelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
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a) die Fokussierungsmittel (12, 14; 30) eine erste (F,.) und eine zweite (Fp) Fokus ebene haben und astigmatisch wirken,

b) die longitudinale Achse der länglichen Detektorelemente (18) des Ultraschall-Detektors (16) gekrümmt ist und

c) der Ultraschall-Detektor (16) in einer der Fokusebenen (F,, , Fp) positioniert ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Radius der Krümmung der länglich ausgebildeten Detektorelemente (18) gleich dem Radius der Krümmung der Wellenfront ist, welche von den Fokussierungsmitteln (12, 14; 30) ankommt als Ergebnis der Wellenfront, die durch die Fokussierungsmittel (12, 14; 30) von einer Objektebene erzeugt wird.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Fokussierungsmittel (12, 14) eine astigmatische Linse (30) sind.'

4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß die Linse (30) eine Kunststofflinse ist.

- -yet - VPA 81 ρ 8801 de

5. Apparat nach Anspruch 1, d-adurch gekennzeichnet , daß die Elemente (18) in einem einzigen Wandler-Array (16) angeordnet sind, wobei eine AbIenkungseinrichtung (20) zum Schwenken des Wandlerfeldes über das Wandler-Array (16) vorhanden ist, welches Wellenfeld durch die Fokussierungsmittel (12, 14; 30) fokussiert wird.

6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß jedes der länglich ausgebildeten Detektorelemente (18) zum Erfassen von Ultraschalls

a) einen Stab (18) aus piezoelektrischem Material, der eine erste und eine zweite Grasfläche (34, 36) hat, wobei die erste und zweite Grenzfläche (34, 36) an einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und

b) eine erste und zweite Elektrode, welche an der diesbezüglichen ersten und zweiten Grenzfläche (34, 36) angebracht sind, um die elektrischen Signale abzuleiten, enthält,

wobei die Längsachse in einer Ebene gekrümmt ist, welche zwischen der obigen ersten und zweiten Grenzfläche (34, 36) verläuft.

7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch g e kennzeichnet, daß die erste und zweite Grasfläche (34, 36) des Detektorelementes (18) parallel zueinander angeordnet sind.

8. Apparat nach Anspruch 1, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Elemente durch zwei

VPA 81 P 8801 DE kairanartlge Halterungen (58, 60) gehaltert werden, welche an den entgegengesetzten Enden der Elemente (18) angeordnet sind.