DE3586294T2

DE3586294T2 - Mit phasengesteuerter wandleranordnung ausgestattetes akustisches abbildungssystem.

Info

Publication number: DE3586294T2
Application number: DE8585105381T
Authority: DE
Inventors: Samuel H Maslak; John N Wright
Original assignee: Acuson Corp
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 1984-05-07
Filing date: 1985-05-02
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2005-05-03
Also published as: EP0161587B1; US4550607A; AU4202585A; DE3586294D1; EP0161587A1; JPS6122847A; CA1236210A; JPH0318456B2; ATE78105T1; AU575160B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zu den in letzter Zeit bei der Verwendung von Ultraschallenergie zum Beleuchten der inneren Organe des menschlichen Körpers erzielten Verbesserungen gehören das Erzeugen von "Echtzeit"-Bildern, die ein Sichtbarmachen der Bewegungen der Organe ermöglichen, und das Erzeugen von "Graustufen"- Bildern, die diagnostische Informationen hinsichtlich der Textur der weichen Gewebe des Körpers liefern. Dabei hat sich in letzter Zeit die Bilderzeugung mit Ultraschall unter Verwendung von Anordnungen von Wandlern mit geeigneten elektronischen Steuerungen als besonders erfolgreich erwiesen, weil die Wandler zuverlässig sind und das Verfahren flexibel ist und eine Steuerung und Folussierung der Ultraschallenergie ermöglicht. Ferner kann mit diesem Verfahren eine verbesserte Auflösung in einem bestimmten Schärfentiefebereich, insbesondere in der Nähe des Wandlers, erzielt werden.
Für eine Verbesserung über den derzeitigen Stand der Technik hinaus sind größere Wandleranordnungen mit einer größeren Anzahl von Elementen erforderlich, doch wird dadurch auch der Schaltungsaufwand entsprechend erhöht. Damit der artige Systeme wirtschaftlich hergestellt werden können, sind in der Systemarchitektur Neuerungen erforderlich, die einen flexiblen Betrieb des Systems ermöglichen, bei dem durch ausgedehnte Anwendung der Symmetrie der Bedarf an zweckgebundener Hardware zum Abbilden mit hoher Auflösung auf ein Minimum reduziert wird, die Leistungsqualität aber nicht beeinträchtigt wird.
Ein Beispiel einer bekannten Technologie unter Verwendung von Wandleranordnungen ist in dem am 20. Februar 1979 an Samuel H. Maslak erteilten und auf die Hewlett-Packard Company übertragenen US-Patent 4 140 022 beschrieben. Dort wird ein großem Maße von Abgriffwählern Gebrauch gemacht. In dem dort beschriebenen System ist die Anzahl der zur Abgriffwahl erforderlichen Analogschalter von dem Produkt der Anzahl der aktiven Wandlerelemente entsprechenden oder in proportionalen Anzahl von Eingangssignalen und der Anzahl der Abgriffe in der summierenden Verzögerungsleitungskonfiguration abhängig. Zum Verbessern der Leistung eines derartigen Systems beispielsweise durch Verdoppelung der Anzahl der Wandlerelemente muß die Anzahl der Analogschalter um einen Faktor vier erhöht werden, damit die Verzögerungsleitung soviel länger sein kann, wie dies für die entsprechende Leistungsverbesserung erforderlich ist. Diese Analogschalter tragen zu den Kosten des Systems in hohem Maße bei, weil sie rauscharme Bauelemente mit großer Bandbreite sein müssen. Daher ist es erwünscht, die Notwendigkeit einer Abgriffwahl vollkommen zu beseitigen. Ferner wird in dem System nach dem genannten Patent mit einer Sektorenabtastung gearbeitet, während eine Zeilenabtastung nicht möglich ist.
Nach einem anderen Beispiel des Standes der Technik gemäß den am 25. Januar 1977 an William L. Beaver erteilten und an Varian Associates übertragenen US-Patent 4 005 382 wird zwar eine Abgriffauswahl vermieden, doch kann das dort beschriebene System nicht die nichtmonotonen Verzögerunsprofile erzeugen, mit denen bei Winkeln, die der Normalen auf den Wandler wenigsten annähernd ein nennenswertes Fokussieren der Ultraschallwelle erzielt wird. Bei dieser patentieren Architektur sind verzögerungsfreie elektrische Verbindungen zwischen den Ausgängen einander benachbarter Verzögerungselemente erforderlich, was in einem hochauflösenden Bilderzeugungssystem mit zahlreichen gleichzeitig wirksamen Wandlerelementen zu großen technologischen Schwierigkeiten führt. In der dort patentierten Architektur ist auch nicht die zyklische Symmetrie vorhanden, die für eine Zeilenabtastung erforderlich ist, bei der nacheinander Zeilen akustische beaufschlagt werden, die zu dem Wandler normal, aber längs der Wandleranordnung um eine Strecke gegeneinander versetzt sind, die gleich dem Abstand der Wandlerelemente voneinander ist.

ANGABE DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein akustisches Bilderzeugungssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1.
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines akustischen Bilderzeugungssystems mit einer sehr flexiblen Architektur, die mit einer Anordnung aus einer sehr großen Anzahl von elektromechanischen Wandlerelementen eine wirtschaftliche Sektoren- und Zeilenabtastung ermöglicht. Die Grundlage dieser Architektur ist eine Verzögerungszelle, die ein elektronisch veränderbares Verzögerungselement enthält und die zum Empfang eines Signal von mindestens einem Wandler bestimmt ist. Die Architektur besitzt ein zyklisch kontinuierliche Struktur, so daß jede Verzögerungszelle, einschließlich der Endzellen, rechts und links je eine Zelle benachbart ist. Die einzelnen Verzögerungszellen sind so ausgebildet, daß unter digitaler Steuerung für jede Abtastzeile ein gewünschtes Verzögerungsprofil erzielt wird.
Jeder Verzögerungszelle besitzt ein elektronisch veränderbares Verzögerungselement, ferner eine Steuerungselektronik, Summierer und Festkörperschalter zum wahlweisen Summieren (1) des von dem Wandler kommenden Empfangssignals mit anderen an die Verzögerungszelle angelegten Eingangssignalen, einschließlich (2) des Ausgangssignals der vorhergehenden Verzögerungszelle und/oder (3) des Ausgangssignals der darauffolgenden Verzögerungszelle und/oder (4) des Ausgangssignals einer beliebigen anderen Verzögerungszelle. Das Ausgangssignal jeder Verzögerungszelle kann wahlweise einer von mehreren verschiedenen Stellen zugeleitet werden, und zwar (1) dem Eingang der vorhergehenden Verzögerungszelle oder (2) dem Eingang der darauffolgenden Zelle, oder (3) bei Videoverarbeitung oder (4) zum Aufschalten auf den Eingang einer wählbaren anderen Verzögerungszelle.
Eine derartige Architektur besitzt Mittel zum Aufbau einer Summier-Verzögerungsleitung derart, daß ein nichtmonotones Verzögerungsprofil erzielt wird, das für gutfokussierte akustisch beaufschlagte Zeilen erforderlich ist, insbesondere wenn sie bei Sektorenabtastung unter einem Winkel in einem Bereich von wenigen Graden, z. B. von bis zu etwa 15º, zu einer Normalen auf die Abstrahlfläche des Wandlers verlaufen.
Für Zeilenabtastung besitzt diese Architektur Mittel, die beim Empfang einen akustischen Brennpunkt entlang von parallelen akustisch beaufschlagten Zeilen erzeugen, die alle unter einem festen Winkel verlaufen normal zu der Wandleranordnung verlaufen und zwar derart, daß auch für die in der Nähe des letzten Wandlers der Anordnung zentrierten akustisch beaufschlagten Zeilen die ganze Summier-Verzögerungsleitung ausgenützt wird. Diese Fähigkeit ist auf die zyklische Symmetrie der Architektur der Verzögerungszellen zurückzuführen und vermeidet die Notwendigkeit, zum Erzielen einer vergleichbaren Leistung die Anzahl dem Verzögerungszellen zu verdoppeln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, in Kombination mit der Architektur der Verzögerungszellen jedes Empfangssignal der Wandler vor seiner Verzögerung mit einem von mehreren einzeln phasengesteuerten Taktsignalen zu überlagern oder zu mischen, damit eine Phasenkohärenz mit einem oder mehreren anderen Wandlerempfangssignalen erzielt wird, die ähnlich verarbeitet werden. Infolgedessen kann der Satz der Verzögerungszellen groß quantisiert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, diese und in der Phasenlage eingestellten Wandlerempfangssignale in phasenkohärenten Tripletten oder Quadrupletten oder in der bevorzugten Ausführungsform in phasenkohärenten Paaren zu summieren, ehe sie einer Verzögerung unterworfen werden. Dadurch wird die Anzahl der in einem bestimmten System erforderlichen Verzögerungszellen beträchtlich vermindert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zum dynamischen Verändern der Phasenlage des jedem Empfangssignal beigemischten Taktsignals zu verschiedenen Zeiten während des Empfanges, damit die Phasenkohärenz in allen aktiven Empfangskanälen in einem vorherbestimmten Bereich von beispielsweise weniger als 45º gehalten wird.
Eine Weitere Aufgabe der Erfindung ist das dynamische Aktualisieren der Amplitudengewichtung der Empfangssignale von jedem Wandler, einschließlich des Gewichtens mit null, zu verschiedenen Zeiten während des ganzen Empfanges, damit das Fokussieren und die Wirkung der Seitenzipfel verbessert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Aufrechterhalten eines annähernd konstanten Verhältnisses der Schärfentiefe zu der Größe der wirksamen Apertur mindestens in einem Teil des Blickfeldes.
Eine weitere Aufgang der Erfindung ist die Schaffung eines Bilderzeugungssystems, das nur mit Sektorenabtastung oder nur mit Zeilenabtastung oder mit einer kombinierten Zeilen- und Sektorenanpassung arbeitet.
Die Aufgaben und Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist ein Blockschema der Architektur des Systems.
Figur 2a zeigt graphisch das Verzögerungsprofil für eine Abtastzeile, die in der Mitte einer ebenen Wandleranordnung angeordnet und zu dieser normal ist.
Figur 2b zeigt schematisch die Verzögerungszellenanordnung für das in der Figur 2a dargestellte Verzögerungsprofil.
Figur 3a zeigt graphisch das Verzögerungsprofil für eine Abtastzeile, die in der Mitte zwischen zwei Wandlern 48, 49 einer ebenen Wandleranordnung angeordnet und zu dieser normal ist.
Figur 3b zeigt schematisch die Verzögerungszellenanordnung für das in der Figur 3a dargestellte Verzögerungsprofil.
Figur 3c zeigt graphisch das Verzögerungsprofil für eine am einen Ende der Anordnung der Wandlerpaare der Figur 3a angeordneten und zu dieser Anordnung normalen Abtastzeile.
Figur 4a zeigt graphisch das Verzögerungsprofil für eine Abtastzeile, die in einem Bereich von null Grad bis zu etwa 15º gegenüber der Normalen auf eine ebene Wandleranordnung ausgelenkt wird.
Figur 4b zeigt schematisch die Verzögerungszellenanordnung zum Erzielen des Verzögerungsprofils nach Figur 4a.
Figur 5a zeigt graphisch die Verzögerungsprofil für eine Abtastzeile bei deren Auslenkung über mehr als 15º gegenüber einer Normalen auf eine ebene Wandleranordnung.
Figur 5b zeigt schematisch die Verzögerungszellenanordnung zum Erzielen des in Figur 5a gezeigten Profils.

BESCHREIBUNG DER VERBESS BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In der Figur 1 ist schematisch die Systemarchitektur einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, in der phasenkohärente oder gleichphasige Paare von Wandlersignalen verwendet werden. Für jede akustisch beaufschlagte Abtastzeile sendet die Wandleranordnung eine akustische Druckwelle aus, die elektronisch geführt und fokkussiert wird. Die Wandler 10, 10' eines gleichphasigen Paares werden durch einen Treiberimpuls von den zugeordneten Sendetreibern 20, 20' aktiviert, die mit in dem Sendeapodisationsspeicher 22 gespeicherten Werten amplitudengewichtet sind. Die radiale Richtung einer zum Sektorenabtasten von det Anordnung ausgesendeten akustischen Druckwelle wird durch die relativen Zeiten bestimmt, während derer jedem Wandler der Anordnung einen Impuls empfängt.
In der Sende-Verzögerungszelle 24 wird ein Signal mit einer geeigneten Zeitverzögerung erzeugt. Dies in dem Sende- Verzögerungsspeicher 26 gespeicherten Zeitverzögerungswert für je ein aktives Wandlerelement bewirken das Führen und Fokussieren des gesendeten akustischen Strahls. Das in jeder Sende-Verzögerungszelle erzeugte verzögerte Signal wird jeweils einem Sendetreiber 20 zugeführt, der daraufhin das zugeordnete Wandlerelement 10 aktiviert.
Die einander benachbarten Wandler 10, 10' gehören zu einer ebenen Anordnung von einhundertachtundzwanzig identischen elektromechanischen Wandlern, die beispielsweise von 0 bis 127 numeriert sind.
Nach dem vollständigen Aussenden einer akustischen Welle beginnt jeder der Wandler 0 bis 127, beispielsweise beginnen die beiden gleichphasigen Wandler 10, 10', mit dem Empfang von akustischen Echos von spiegelnden und Rayleigh- Reflektoren im Körper. Jeder Wandler wandelt das empfangene akustische Echo in ein elektrisches Empfangssignal um, das in einem jedem Wandler zugeordneten Empfangskanal verarbeitet wird, der für das gleichphasige Paar 10, 10' eine Schutzschaltung 28, 28' zum Isolieren des Kanals gegenüber Sendeimpulsen, einen Regelverstärker 30, 30' und einen Empfangs- Apodisativusverstärker 32, 32' besitzt, der jedes Empfangssignal mit in dem Empfangs-Apodisativusspeicher 40 gespeicherten Werten amplitudengewichtet. In Abhängigkeit von in dem Verstärkungsregelspeicher 36 gespeicherten Werten gibt der Abtastverstärkungstreiber 34 an den Regelverstärker 30, 30' dynamisch aktualisierte Vorspannungs- und Verstärkungssignale ab. Für jeden Kanal wird auf Grund von in dem Empfangs-Apodisationsspeicher 40 gespeicherten Werten die Amplitudengewichtung durch Empfangs-Apodisierer 38 unabhängig ausgewählt, die mit den Apodisativusverstärkern 32, 32' verbunden sind. Die Gewichtung kann während des Empfanges dynamisch verändert werden.
Das Ausgangssignal des Empfangs-Apodisationsverstärkers besitzt die größte Energie im Bereich der Mittenfrequenz des ihm zugeordneten Wandlers und kann im Mischer 42, 42' mit einem von einer Mehrzahl von einzelnen phasengesteuerten Taktsignalen, wie cos (wLOt+Ω0) und cos(wLOt+Ω&sub1;), gemischt werden, die auf Grund von in dem Phasensteuerspeicher 46 gespeicherten Werten von einem Mischer-Taktgeber 44 erzeugt werden, der von einem Empfangs-Bezugsoszillator gespeist wird. Der jeweilige Phasenwinkel der Taktimpulse wird so gewählt, daß das Ausgangssignal 48 des Mischers 42 mit dem Ausgangssignal 48' des Mischers in dem benachbarten, dem Wandler 10' zugeordneten Kanal gleichphasig ist. Die mit angemessener Genauigkeit, z. B. von 45º oder weniger, phasenkohärenten Ausgangssignale der Mischer 42, 42' werden von dem Summierverstärker 50 summiert, der ein phasengesteuertes Zwischenfrequenzsignal 52, z. B. Pi(0,t) für das erste Paar von gleichphasigen Wandlern 10, 10' (Wandler 0, 1) bis Pi(63,6) für das letzte Paar von gleichphasigen Wandlern (Wandler 126, 127) der Anordnung erzeugt. Wenn die einzelnen Empfangskanäle nicht beispielsweise in gleichphasigen Paaren gruppiert sind, kann Pi(0,t) einfach das Mischerausgangssignal 48 eines einzigen nicht zu einer Gruppe gehörenden Empfangskanals sein.
Der Zugriff zu den einzelnen Speichern und das dynamische Aktualisieren derselben wird durch eine digitale Steuereinrichtung 54 durchgeführt, die einen Mikroprozessor enthalten kann. Die dynamischen phasenschiebende Signalverarbeitung in dem jedem Wandler zugeordneten Kanal erfolgt in der im US-Patent 4 140 022 ausführlich beschriebenen Weise. Dabei wird jedoch anstelle des Abgrffwählers und der mit Abgriffen versehenen Hauptverzögerungsleitung, die dort beschrieben werden, gemäß der Erfindung an jeweils einen Satz von symmetrischen Verzögerungszellen 58 eine Summier-Verzögerungsleitung 56 für ein phasengesteuertes Zwischenfrequenzsignal, z. B. 52, angeschlossen, das von zwei gleichphasigen Wandlern oder einer anderen Gruppe von Wandlern zu den entsprechenden Empfangs-Signalsverarbeitungskanälen abgegeben wird. Die phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignale können auch von phasenkohärenten Wandlertripletten oder -quadrupletten abgeleitet werden, damit die Verzögerungszellen gröber quantisiert werden können und die Anzahl der für ein gegebenes System erforderlichen Verzögerungszellen weiter herabgesetzt wird. Man kann die phasengesteuerten Zwischenfreqenzsignnale auch von phasenkohärenten Wandlersinguletten ableiten, damit bei der Verwendung einer größeren Anzahl von Verzögerungszellen diese feiner quantisiert werden können.
Jede Verzögerungszelle 58 besitzt eine Eingangssummiereinrichtung, z. B. einen Summierverstärker 70, zum summieren des phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignals 52, Pi(0,t) und jeder beliebigen Kombination von drei weiteren Eingangssignalen. Jede Verzögerungszelle 58 besitzt ferner ein Verzögerungselement 72 für eine oder mehrere wählbare Verzögerungszeiten. In der hier beschriebenen Ausführungsform sind je nach dem Zustand des elektronischen Verzögerungsschalters 74 zwei Alternativen möglich, und zwar ein Betrieb mit nur der normalen elektronischen Verzögerung und ein Betrieb mit einer vorgewählten endlichen Verzögerung von z. B. 230 ns.
Außer (1) dem phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignal 52, Pi(0,t) gehören zu dem an den Summierverstärker 70 der Verzögerungszelle 58&sub0; angelegten Eingangssignalen noch (2) das Eingangssignal Ai(0,t) vom Ausgang der in der Summier-Verzögerungsleitung (56) vorhergehenden Verzögerungszeile 58&sub6;&sub3;; (3) das Eingangssignal Bi(0,t) vom Ausgang der darauffolgenden Verzögerungszelle 58, und (4) ein aufgeschaltetes Verzögerungszellen-Ausgangssignal INSEL (0,t), das vom Ausgang einer Verzögerungszelte kommt, die mit Schaltern 80 und 84 ausgewählt worden ist. Gemäß der Figur 1 ist für die Verzögerungszelle 58&sub0; die ihr vorhergehende, elektrisch benachbarte Zelle 58&sub6;&sub3; physisch am anderen Ende der Verzögerungsleitung 56 angeordnet.
Für jede Verzögerungszelle 58 sind je nach dem Zustand der elektronischen Verzögerungszelleen-Ausgangsschaltereinrichtung 75 drei wählbare Ausgangswege vorhanden. Die wählbaren Ausgangswege der Verzögerungszelle 58&sub0; sind Ao(0,t), Bo(0,t) und OUTSEL(0,t). Gemäß der Figur 1 führen Bo(0,t) und Ao(0,t) zu den Eingängen der vorhergehenden bzw. der darauffolgenden Verzögerungszelle 58&sub6;&sub3; und 58, über den Weg OUTSEL(0,t) kann das Ausgangssignal der Verzögerungszelle einem zugeordneten Abzweig-Summierverstärker 78 zugeführt, von dem aus es dann über einen zugeordneten elektrischen Verteilschalter 80 dem Aufschalt-Summierverstärker 82 und der Aufschalteinrichtung 84 zugeführt werden oder nach der vollständigen Verstärkungsverarbeitung dem Zwischenfrequenzsummierpunkt des Systems an dem ZF-Summierverstärker 86 für die endgültige Videodemodulation, die weitere Verarbeitung und die Sichtdarstellung bei 88. Das Ausgangssignal des zugeordneten Abzweig-Summierverstärkers 78 kann von dem Signalweg bei 90 entkoppelt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform werden acht Abzweig-Summierverstärker 78 verwendet. Mit dem Eingang jedes Abzweig-Summierverstärkers 78 sind die Abzweigausgänge der acht ihm benachbarten Verzögerungszellen verbunden. Das Ausgangssignal jedes Abzweig-Summierverstärkers wird über den zugeordneten Verteilschalter 80 entweder (1) zu dem ZF-Summierverstärker 86 oder (2) zu dem Aufschalt-Summierverstäker 82 geleitet oder (3) bei 90 von dem Signalweg entkoppelt.
Wenn die verschiedenen Zwischenfrequenzsignale Pi(0,t) bis Pi(63,t), z. B. 52, in die Verzögerunsleitung 56 eintreten, werden sie zu den Zwischenfrequenzsignalen hinzugefügt, die von vorhergehenden Verzögerungszellen an der Sequenz eingeführt worden sind, so daß an dem Summierungspunkt, dem ZF-Summierverstärker 86, alle Frequenzen einander überschneidend und im wesentlichen phasenkohärent vereinigt werden. Das geeignete Frequenzband des Ausgangssignals des ZF-Summierverstärkers 86 wird durch ein Filter in dem Videodemodulator 88 ausgewählt und dann für die Anzeige durch eine Kathodenstrahlröhre oder eine andere Einrichtung verarbeitet.
An den Enden der Summier-Verzögerungsleitung 56 ist eine zyklische Symmetrie vorhanden. Das Eingangssignal Ai(0,t) des ersten Summierverstärkers 70 kommt als Ausgangssignal Ao(63,t) von der letzten Verzögerungszelle 58&sub6;&sub3;. Ferner kommt das Eingangssignal Bi(63,t) der letzten Verzögerunszelle 58&sub6;&sub3; als Ausgangssignal Bi(63,t) von der ersten Verzögerungszelle 58&sub0;. Die Verzögerungsleitung ist tatsächlich kreisförmig aufgebaut. Durch diese Symmetrie wird die Auslegung sehr vereinfacht, weil die zur Steuerung des Signalflusses verwendetet Daten für eine große Anzahl von akustisch beaufschlagten Abtastzeilen wieder verwendet werden können, wenn die Daten mit der digitalen Steuereinrichtung 54 einfach gedreht werden.
In den Figuren 2a, 3a, 3c, 4a und 5a ist die Konfiguration der Summier-Verzögerungsleitung 56 unter verschiedenen typischen Bedingungen dargestellt. In jeder dieser Figuren ist ein bestimmtes Verzögerungsprofil dargestellt. Dabei ist die relative Verzögerung auf der vertikalen und sind Paare von gleichphasigen Wandlern, wie 10, 10' längs der horizontalen Achse aufgetragen. Das Verzögerungsprofil soll richtig in quantisierten Verzögerungseinheiten dargestellt werden, doch sind hier der Klarheit halber Quantisierungseffekte nicht berücksichtigt worden. In den Figuren 2b, 3b, 4b und 5b sind bei entsprechenden Konfigurationen der Summier-Verzögerungsleitung schematisch dargestellt. In diesen Figuren ist jeder Verzögerungszelle 58 durch eine Eingangs- Summiereinrichtung dargestellt, die dem Summierverstärker 70 in Figur 1 entspricht, wobei das von dem Paar von gleichphasigen Wandlern, z. B. 52, kommende, durch Mischen erhaltene Zwischenfrequenzsignal typisch dem Ausgangssignal einer benachbarten Zelle hinzugefügt wird.
Insbesondere ist in dem Figur 2a ein Verzögerungsprofil dargestellt, das für eine Abtastzeile benötigt wird, die in der Mitte der Anordnung normal zu ihr verläuft und zwischen den Paaren von gleichphasigen Wandlern 31 und 32 beginnt. In der Figur 2b ist die Konfiguration der Summier- Verzögerungsleitung 56 dargestellt, mit der das in der Figur 2a dargestellte Verzögerungsprofil erzielt wird. Die gleichphasigen Zwischenfrequenzsignale Pi(31,t) und Pi(32,t) werden der Eingangssummiereinrichtung 70 in den mittleren Verzögerungszellen 58&sub3;&sub1; und 58&sub3;&sub2; zugeführt. Die links davon vorhandenen Signale, P&sub1;(31,t) bis Pi(0,t) werden in der Verzögerungsleitung nach links geleitet und vergrößern fortlaufend die Verzögerung in den in Reihe geschalteten Verzögerungszellen. Die rechts davon vorhandenen Signale Pi(32,t) bis Pi(63,t) werden in der entgegengesetzten Richtung geführt. In diesem Beispiel wird die ganze Apertur ausgenützt.
Von der Verzögerungszellen-Ausgangssignalschaltereinrichtung 76 der am Ende angeordneten Verzögerungszelle 58&sub0; wird das summierte und verzögerte Signal OUTSEL(0,t) dem zugeordneten Summierverstärker 78 zugeführt. Ebenso wird OUTSEL(63,t) von dem Schalter 76 der Verzögerungszelle 58&sub6;&sub3; dem zugeordneten Summierverstärker 78 zugeführt. Die beiden Signale OUTSEL (0,t) und OUTSEL(63,t) werden dann über zugeordnete Verteilschalter 80 dem Summierpunkt an dem ZF-Summierverstärker 86 im wesentlichen phasenkohärent mit zeitlicher p Überschneidung zugeführt.
In der Figur 3a ist eine Zeilenabtastung mit einer zwischen den Paaren von gleichphasigen Wandlern 48 und 49 beginnenden, zu der Anordnung normalen Abtastzeile dargestellt. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden Signale von den Paaren von gleichphasigen Wandlern mit der Bezugsziffer 48 oder kleiner nach links geleitet und werden Signale von den Paaren mit einer Bezugsziffer über 48 nach rechts geleitet. In der Verzögerungsleitung mit der dargestellten Konfiguration nimmt die Verzögerung der Zwischenfrequenzsignale von Pi(17,t) bis Pi(48,t) fortlaufend zu. Da Pi(17,t) nicht zusätzlich verzögert zu werden braucht, wird das Ausgangssignal der Verzögerungszelle 58&sub1;&sub7; von den Schaltern 76, 78, 80 an den ZF-Summierverstärker 86 abgegeben. Auf der anderen Seite der Anordnung werden die Signale Pi(49,t) bis Pi(63,t) nach rechts geleitet und wird Pi(63,t) dank der vorstehend beschriebenen zyklischen Symmetrie ebenfalls nach "rechts", zu dem Eingangs-Summierverstärker 70 der Verzögerungszelle 58&sub0; bis 58&sub1;&sub6; eine zusätzliche Verzögerung bewirkt wird. Die phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignale Pi(0,t) bis Pi(16,t) werden durch eine die Empfangsapertur steuernde Einrichtung, wie die Apodisationsverstärker 32 unter Steuerung durch den Apodisierer 38 und dem Apodisationsspeicher 40 der Figur 1 abgeschaltet, so daß die wirksame Apertur nur von den gleichphasigen Paaren 17 bis 63 gebildet wird.
Diese statische Apertursteuerung kann zum Desaktivieren von aufeinanderfolgenden gleichphasigen Paaren verwendet werden, während gleichzeitig das Verzögerungsprofil auf die angegebene zyklische Weise nach rechts geschoben wird, so daß die Abtastzeilen in der Anordnung schrittweise abwärtswandern, wie dies für eine Zeilenabtastung notwendig ist. Im Grenzfall ist die letzte Abtastzeile über dem letzten Element der Anordnung angeordnet. In diesem Fall ist, wie in Figur 3c gezeigt, eine Hälft der Anordnung aktiv. Von der Verzögerungszelle 58&sub3;&sub2; erfolgt eine Abzweigung zu dem ZF-Summierverstärker 86, und die phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignale Pi(0,t) bis Pi(31,t) werden wegapodisiert.
In der Figur 4a sind Verzögerungsprofile gezeigt, die beim Betrieb mit Sektorenabtastung zum Erzielen von Führungswinkeln θ zwischen null und etwa 15º benötigt werden. Es handelt sich um ein nichtmonotones Profil ohne besondere Symmetrie. In dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß die größte Verzögerung zwischen dem gleichphasigen Wandlerpaaren 37 und 37 erzielt wird. Bei gleichphasigen Paaren mit der Bezugsziffer 36 oder kleiner führt der Verzögerungsweg in der üblichen Weise nach links. Das Ausgangssignal der Verzögerungszeile 58&sub0; wird an den ZF-Summierverstärker 86 angelegt. Die für die Wandlerpaare 37 bis 63 erforderliche Verzögerung wird dadurch erzielt, daß die phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignale Pi(37,t) bis Pi(63,t) über die entsprechenden Verzögerungszellen nach rechts geleitet werden. Das Ausgangssignal des Paares 63 wird der Aufschaltleitung der Verzögerungszelle 58&sub1;&sub6; zugeführt, damit die von den Verzögerungszellen 58&sub1;&sub6; bis 58&sub0; bewirkte zusätzlich benötigte Verzögerung verwendet wird. Das Ausgangssignal der Verzögerungszelle 58&sub0; wird dem ZF-Summierverstärker 86 zugeführt.
In dem in den Figuren 5a und 5b gezeigten, letzten Beispiel ist die Konfiguration der Verzögerungsleitung für eine typische außeraxiale Anordnung ausgelegt, bei der der Auslenkwinkel θ größer ist als etwa 15º. In einem solchen Fall wird die größte Verzögerung am Ende der Anordnung erzielt. Daher blickt mit 63 beginnend, jedes gleichphasige Paar nur nach links bis zu dem ersten gleichphasigen Paar 0, von dem dann eine Weiterleitung zu dem ZF-Summierverstärker 86 erfolgt.
Die vorstehenden Beispiele sollen die erfindungsgemäße Architektur der Verzögerungszellen erläutern. Für den Fachmann versteht es sich, daß zahlreiche Abänderungen möglich sind und nützlich sein können, z. B. ein Ersatz des Verzögerungselements 72 durch mehrere diskrete Verzögerungselemente zwecks Erzielung kleinerer Quantisierwerte.

Claims

1. Akustisches Bilderzeugungssystem mit einer Einrichtung zum wiederholten Senden einer akustischen Druckwelle in einen zu untersuchenden Körper, einer Anordnung von nebeneinander angeordneten Wandlern (0-127) zum Umsetzen des auf jedem von ihnen auftreffenden akustischen Echos in ein entsprechendes elektrisches Empfangssignal; einer Mehrzahl von im wesentlichen identischen Kanälen (28, 30, 32, 48, 50, 52) zum Verarbeiten der von der Anordnung von Wandlern kommenden Empfangssignale; einem Summierpunkt (86) zum Vereinigen der verarbeiteten Empfangssignale von je einem der Wandler der Anordnung für jede Abtastzeile; einer Summierverzögerungsleitung (56), die bewirkt, daß die an dem Summierpunkt (86) eintreffenden, verarbeiteten Empfanssignale von den einzelnen Wandlern einander zeitlich überlappen, wobei die Verzögerungsleitung eine Mehrzahl von Verzögerungszellen (58) aufweist, die in einer gewählten Reihenfolge die Summierverzögerungsleitung bilden und die je eine Verzögerungszellen-Eingangssummiereinrichtung (70) besitzen, die für den Empfang eines Eingangssignals (Pi(0,t) ... Pi(63.t)) geschaltet ist, das von dem verarbeiteten Empfangssignal wenigstens eines Wandlers (10) abgeleitet ist, ferner eine Verzögerungszellen-Ausgangsschalteinrichtung (76) und mindestens ein zwischen die Eingangssummiereinrichtung und die Verzögerungszellen-Ausgangsschaltereinrichtung (76) schaltbares Verzögerungselement (72), das ein Verzögerungszellen-Ausgangssignal erzeugt, wobei die Verzögerungszellen-Ausgangsschalteinrichtung (76) so eingerichtet ist, daß die das Verzögerungszellen-Ausgangssignal wahlweise an (a) die Eingangssummiereinrichtung (70) einer ersten benachbarten Verzögerungszelle oder (b) die Eingangssummiereinrichtung (70) einer zweiten benachbarten Verzögerungszelle abgibt; und mit einer Steuereinrichtung (54) zum Koordinieren der Stellung der Ausgangsschalteinrichtung jeder Verzögerungszelle (58) derart, daß die Verzögerungsleitung für jede Abtastzeile der Wandleranordnung in einer vorgewählten Weise aufgebaut ist; dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungszellen-Ausgangsschalteinrichtung (76) wahlweise auch mit einer der entsprechenden Verzögerungszelle zugeordneten Abzweigstrecke (OUTSEL (0,t) ... (OUTSEL(63,T)) verbindbar ist und daß jede Verzögerungszellen-Eingangssummiereinrichtung (70) ferner durch eine Aufschalteinrichtung (84) wahlweise zum Summieren eines hereingewählten Signal (INSEL(0,t) ...INSEL(63,t)) schaltbar ist, das durch die Kombination von ausgewählten der anderen Verzögerungszellen-Ausgangssignale entsteht, die über die Abzweigstrecken (OUTSEL(0,t) ... OUTSEL(63,t)) übertragen werden.

2. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Abzweigstrecken eine Ausgangsverteilungs-Schaleinrichtung (80) zum wahlweise Verbinden der Ausgänge der Verzögerungszellen mit dem Summierpunkt (86) oder mit der Aufschalteinrichtung (84) angeordnet ist.

3. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet durch einen mit der Aufschalteinrichtung (84) gekoppelten Summierverstärker (82) und dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsverteilungs-Schalteinrichtung (80) die Abzweigstrecken der Versögerungszellen wahlweise mit dem Summierverstärker (82) oder mit dem Summierpunkt (86) verbindet oder sie entkoppelt (90).

4. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zeilenabtastung eine zyklische Symmetrie der Summier-Verzögerungsleitung (56) dadurch hergestellt wird, daß die Steuereinrichtung den Ausgang der letzten Verzögerungszelle (Ao(63,t)) mit der Eingangs-Summiereinrichtung der ersten Verzögerungszelle und den Ausgang der ersten Verzögerungszelle (Ro(0,t)) mit der Eingangs-Summiereinrichtung der letzten Verzögerungszelle der Anordnung verbindet.

5. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (54) ein digitales Steuergerät ist.

6. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das diskrete Verzögerungselement (72) bewirkte Verzögerung die durch die die Verzögerungszelle bildenden Komponenten bewirkte, normale elektronische Verzögerung oder eine diskrete Verzögerung mit einem vorgewählten größeren Wert ist.

7. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennziechnet, daß bie einer Zeilenabtastung jede Abtastzeile mit der Normalen auf die Wandleranordnung einen vorherbestimmten, im wesentlichen konstanten Winkel einscließt und der Ort jeder Abtastzeile von dem digitalen Steuergerät bestimmt wird.

8. Akustisches Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtastzeile mit einer Normalen durch die Wandleranordnung an einem gemeinsamen Schnittpunkt einen Winkel einschließt und daß der Winkel und der Schnittpunkt von dem digitalen Steuergerät bestimmt werden.

9. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorgergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verzögerungszelle weitere diskrete Verzögerungselemente und ferner eine Verzögerungs-Schalteinrichtung (74) zum Erzeugen des Verzögerungszellen-Ausgangssignals durch wahlweises Anlegen des von der Eingangs-Summiereinrichtung (70) kommenden Ausgangssignals über eines oder mehrere der diskreten Verzögerungselemente mit der Verzögerungszellen-Ausgangsschalteinrichtung (76) bseitzt und daß das digitale Steuergerät (54) ferner die Stellung der Verzögerungsschalteinrichtung (74) jeder Verzögerungszelle koordiniert.

10. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Phaseneinstelleinrichtung (42) zum Herstellen einer Phasenkohärez zwischen den Empfangssignalen von mindestens zwei einander benachbarten Wandlern (10), um eine grobe Quantifizierung der Verzögerungselemente der Mehrzahl von Verzögerungszellen zu ermöglichen.

11. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phaseneinstelleinrichtung in jedem Empfangssignal-Verarbeitungskanal eine Überlagerungseinrichtung (42) zum Ableiten eines phasengesteuerten Zwischenfrequenzsignals von Empfangssignalen von mindestens zwei einander benachbarten Wandlern (10) aufweist.

12. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50) zum Summieren von von Gruppen von einander benachbarten Wandlern (10) kommenden Empfangssignalen, so daß für jede mit einer Verzögerungszelle (58) verbundene Wandlergruppe ein einziges Signal als das von dem verarbeiteten Empfangsignal von mindestens einem Wandler (10) abgebleitete Signal erzeugt wird.

13. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Summieren von Gruppen von einander benachbarten Wandlern (10) abgeleiteten Empfangssignalen derart, daß für jede mit einer Verzögerungszelle (58) verbundene Wandlergruppe ein Zwischenfrequenzsignal als das von dem verarbeiteten Empfangssignal von mindestens einem Wandler abgeleitete Signal erzeugt wird.

14. Akustisches Bilderzeugungssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24, 26) zum dynamischen Verändern der Phaseneinstellung während des Empfanges jedes akustischen Echos derart, daß eine Phasenkohärenz von Wandlerempfangssignalen in verschiedenen Entfernungen von der Wandleranordnung (10) aufrechterhalten wird.

15. Akustiches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordnung die Einrichtung zum Senden ist und daß eine Sende-Apodisationseinrichtung (20, 22) vorgesehen ist, die dazu dient, die Amplitude jedes an jeden Wandler (10) angelegten Sendeimpulses zwischen null und einem Höchstwert zu verändern, um die Wirkung der Seitenzipfel der gesendeten akustischen Energie zu verbessern und die Schärfentiefe zu vergrößern.

16. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorgergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (32, 38, 40) zum dynamischen Apodisieren des Empfanges derart, daß der Verstärkungsfaktor jedes Wandler-Empfangssignals zwischen null und einem Höchstwert verändert und dadurch beim Empfang die Verwendung einer kleinen wirksamen Apertur ermöglicht wird, indem bei Empfangssignalen von Nahzielen für äußere Wandler (10) der Apodisationswert null gewählt wird, während bei Empfangssignalen von von dem Wandler weiter entfernten Zielen eine größere Apertur gewählt wird, so daß die Schärfentiefe bie allen Tiefen, aus denen Empfangssignale erhalten werden, verbessert wird und durch Steuerung der Form der wirksamen Empfangsapertur die Wirkung der Seitenzipfel verbessert wird.

17. Akustisches Bilderzeugungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine digitale Zeitzsteuer- und Steuereinrichtung (54) zum Aufrechterhalten eines annähernd konstanten Verhältnis der dynamisch veränderbaren Empfangbrennweite zu der Größe der ebenfalls dynamisch veränderbaren Empfangsapertur in mindestens einem Teil der Empfangstiefe, so daß über den genannten Teil der Empfangstiefe eine annährend konstante laterale Auflösung erzielt wird.