DE3812434A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur messung der ultraschalldaempfung in einem untersuchungsobjekt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Ultraschalldämpfung in einem Untersuchungsobjekt, wobei ein Ultraschallsignal in das Untersuchungsobjekt gesandt und das vom Untersuchungsobjekt abgegebene Echosignal untersucht wird.

Die Entwicklung der medizinischen Ultraschall-Diagnostik geschieht vorzugsweise über die Anwendung neuer Technologien. Darüber hinaus gibt es aber auch Anstrengungen, methodisch Weiterentwicklungen zu betreiben. Vorschläge dazu richten sich entweder auf neue Bildgabeverfahren, d. h. darauf, eine andere Mischung physikalischer Parameter (z. B. Ultraschall-Computer- Tomographie in Transmission (UCTT), Doppler-Bild) das Bild bestimmen zu lassen. Diese sind in ihrer Anwendung auf bestimmte Fälle beschränkt.

In einem gewissen Gegensatz dazu stehen die Ultraschall- Reflexionsverfahren. Bei diesen Verfahren, d. h. also im Rahmen der Echotechnik, gibt es unter dem Stichwort "Gewebsdifferenzierung" zahlreiche Versuche, die Echoinformation anders als bisher üblich auszuwerten, z. B. durch Frequenzanalyse, Scatter- Scan, automatische Mustererkennung, etc. Neben solchen meist empirischen Versuchen laufen Bemühungen zur "Quantifizierung" des üblichen B-Bildes durch Isolierung einzelner Schallparameter des Gewebes aus den Echosignalen. Solche Bemühungen sind unter den Stichwörtern "Impediographie" und "Slope of Attenuation Method" bekannt. Absorptionsmessungen aus der Frequenz­ abhängigkeit der Echoamplituden sind beschrieben in dem Aufsatz von Kuc et al., "Variance Reduction in the Characterization of Liver Tissue Using Reflected Ultrasonic Signals, 1977 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. No 77CH1264-1SU, pp. 219-222, durchgeführt. Da die Echosignale von einer großen Zahl von Faktoren beeinflußt werden, ist bisher kein durch­ schlagender Erfolg zu verbuchen. Dennoch bleibt es von großem Interesse, isolierte physikalische Parameter zur Gewebsdifferenzierung aus den Echosignalen zu gewinnen und als Bild darzustellen. Ausgangspunkt hierfür sollte ein Reflexionsverfahren sein, weil ein Reflexionsverfahren auf Grund seiner breiten Anwendbarkeit und besseren Applizierbarkeit gegenüber dem Durch­ schallungsverfahren viel größere Bedeutung hat.

Die vorliegende Erfindung beruht darauf, einen bisher ungenutzten physikalischen Effekt des Ultraschalls in Wechselwirkung mit dem Körpergewebe zu nutzen und damit denjenigen Ultraschall- Parameter zu messen, der medizinisch besonders aussagekräftig ist.

Zur Frage nach dem "richtigen Parameter" zeigt die vorhandene Literatur noch größere Lücken auf. Die überzeugendsten Arbeiten betreffen die Korrelation der "Streckendämpfung", "Ultraschall­ schwächung" oder - wie diese im folgenden kurz genannt wird - "Ultraschalldämpfung", die von den Gewebeeigenschaften abhängig ist. Dies ist einleuchtend, weil die "Ultraschalldämpfung" des Gewebes den stärksten Einfluß auf die Ultraschallwelle ausübt. Der Dynamikbereich beträgt ca. 100 dB. Unter dem Begriff "Ultra­ schalldämpfung" wird dabei im folgenden die Energieabnahme durch das Zusammenwirken mehrerer Effekte verstanden: Absorption, Streuung, Transmission von Grenzschichten, Einfluß der Schallfeldgeometrie und des Ultraschall-Wandlers.

In der Literatur wurde bereits gezeigt, daß unterschiedliche gesunde Gewebsarten auch unterschiedliche Dämpfungswerte besitzen. Die Dämpfung steigt mit sinkendem Wasser- und steigendem Proteingehalt des Gewebes. Auch wurde in der Literatur gezeigt, daß sogar der Aktivierungszustand eines Muskels sich an der Veränderung seines Dämpfungswertes ablesen läßt. Nach weiteren Literaturstellen spiegeln sich auch krankhafte Veränderungen in der Ultraschalldämpfung wider. So ist in der Literatur gezeigt, daß Infarktgewebe des Herzens bei höheren Schallfrequenzen (z. B. oberhalb 6 MHz) größere Schallschwächung zeigt als gesundes Gewebe.

Besonders eindrucksvoll ist die in der Literaturstelle Miller, J. G. et al., "Ultrasonic Tissue Characterization: Correlation Between Biochemical and Ultrasonic Indices of Myocardial Injury", 1976 Ultrasonics Symposium Proceedings, IEEE Cat. No. 76CH1120-5SU, S. 33-43, angedeutete Klassifizierungsmöglichkeiten von Tumoren. Wenn die aufgeführten Fälle Allgemeingültigkeit haben, kann mittels einer Dämpfungsmessung bei üblichen Schallfrequenzen sogar zwischen benignen und malignen Tumoren unterschieden werden, wobei die zu fordernde Auflösung ca. 0,2 dB/Wellenlänge betragen sollte. Dieser Wert erfordert bei einem Tumor von z. B. 1 cm Durchmesser und 2 MHz Schallfrequenz 2,7 dB Unterschiedsschwelle oder nur 36% Meßgenauigkeit. Ent­ sprechendes gilt für die Unterscheidung zwischen einem Tumor und dem umliegenden gesunden Gewebe.

Zusammenfassend lassen sich die bisherigen Versuche zur "Gewebs­ differenzierung" durch Dämpfungsbestimmung so charakterisieren: Im B-Bild wird die Dämpfung bisher nur geschätzt, z. B. durch Einstellen einer global gleichmäßigen Bildhelligkeit in allen Tiefen und Beobachtung von regionalen Abschattungen oder Aufhellungen. Darüber hinaus gibt es Versuche zur Bestimmung der Dämpfung aus der Frequenzabhängigkeit der Rückstreuung oder durch automatische Mustererkennung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Messung der Ultraschallschwächung oder -dämpfung mit Hilfe eines Ultraschall-Reflexions- oder -Transmissionsverfahren bereitzustellen. Das Verfahren und die Schaltungsanordnung sollen sich dabei für die Erzeugung von Ultraschall-Dämpfungsbildern des Untersuchungsobjektes eignen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, daß diese Aufgabe unter Ausnutzung des Effektes der nichtlinearen Schallausbreitung gelöst werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem ersten Schritt als Ultraschallsignal ein erster Ultraschallimpuls höherer Mittenfrequenz und ein zweiter Ultraschallimpuls niederer Mittenfrequenz örtlich und zeitlich überlagert in das Untersuchungsobjekt gesandt werden, und daß anschließend in demjenigen Anteil des reflektierten Echosignals, der mit der niederen Mittenfrequenz als Grundwelle eines verzerrten Signals auftritt, die Zeitver­ schiebung der Nulldurchgänge dieser Grundwelle gegenüber dem nichtverzerrten Signal gemessen wird, wobei diese Zeitverschiebung ein Maß für die Ultraschalldämpfung ist.

Diese Aufgabe wird auch erfindungsgemäß durch eine Schaltungs­ anordnung gelöst, die gekennzeichnet ist durch

• a) einen ersten Ultraschallwandler zur Aussendung des ersten Ultraschallimpulses höherer Mittenfrequenz,
• b) einen zweiten Ultraschallwandler zur Aussendung des zweiten Ultraschallimpulses niederer Mittenfrequenz,
• c) einen Ultraschallempfänger zum Empfang des vom Untersuchungsobjekt reflektierten Echosignals,
• d) ein dem Ultraschallempfänger nachgeschaltetes Filter, das aus dem Echosignal ein Meßsignal ausblendet, das mit der niederen Mittenfrequenz auftritt; und
• e) eine Meßstufe zur Bestimmung der Zeitverschiebung, die den Abstandsunterschied als Nulldurchgänge des ausgeblendeten Meßsignals gegenüber dem zugehörigen emittierenden Signal bestimmt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Verzerrung einer sinusförmigen Pulsform in einem Wasserbad,

Fig. 2 die Überlagerung eines HF- und eines NF-Druckimpulses und den auf die NF-Schwingung durch die HF-Schwingung ausgeübten "Mitreißeffekt" gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 die Differenz zwischen einem "mitgerissenen" NF-Druckimpuls und einem NF-Druckimpuls ohne HF-Druckimpuls- Überlagerung,

Fig. 4 die Überlagerung eines HF- und eines NF-Druckimpulses und den auf die NF-Schwingung ausgeübten "Mitreißeffekt" gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 ein Kurvenfeld für die Zeitverschiebung τ in Abhängigkeit vom Ultraschall-Laufweg z, wobei die Dämpfung α Parameter ist,

Fig. 6 eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Ultraschall- Wandler-Anordnung zur Überlagerung eines HF- und eines NF-Druckimpulses,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung zur Gewinnung und Darstellung der Zeitverschiebung τ oder der Dämpfung α auf einem Sichtgerät in Verbindung mit einem B-Bildgerät, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild des in der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 einsetzbaren Phasenvergleichers.

Zunächst sollen einige Ausführungen der Physik der nicht­ linearen Schallausbreitung gemacht werden.

Die Wellengleichung für die Schallausbreitung ist bekanntlich nur in "Lagrangeschen Koordinaten", d. h. bei Beobachtung eines mitschwingenden Massepunktes, linear. In "Eulerschen Koordinaten", d. h. bei Betrachtung eines ortsfesten Punktes, wird die Wellengleichung nichtlinear. Die Zustandsgrößen des Wellenfeldes beschreiben dann zeitlich wechselnde Masseteilchen. Die nichtlineare Wellengleichung lautet für das ebene Wellenfeld:

Hierbei ist u die Elongation, x die Ausbreitungskoordinate, t die Zeit, δ- die Ruhedichte der Masseteilchen und E deren Elastizitätsmodul.

Berücksichtigt man zusätzlich die Nichtlinearität des Über­ tragungsmediums in Form eines quadratischen Gliedes

in der Hookeschen Gleichung

wobei p∼ der Wechseldruck, l die Länge, Δ l die Änderung der Länge und B eine Konstante ist, so ergibt sich für die nichtlineare Wellengleichung

Daraus folgt mit der Abkürzung

wobei c die Schallgeschwindigkeit ist.

Man kann den Term c² in Gleichung (3b) als eine zustandsabhängige Schallgeschwindigkeit auffassen und erhält

wobei c₀ die Schallgeschwindigkeit beim Ruhedruck p₀ und v die Schallschwelle ist.

In der ebenen Welle gilt für den Wellenwiderstand Z = p∼/v, so daß folgt:

Im Wasser und im weichen Körpergewebe gilt näherungsweise B/E ≈ 5, so daß sich ergibt:

Die Gleichung (6) besagt z. B., daß die Schallgeschwindigkeit c in den Druckmaxima einer Welle höher als in den Druckminima ist. Dementsprechend kann man einen besonderen Effekt, nämlich eine "laufwegabhängige Verzerrung" der zeitlichen Druckpulskurve beobachten, wenn man mit einem Ultraschall-Wandler z. B. in einem Wasserbad einen Druckimpuls erzeugt und dessen zeitlichen Verlauf in einem Abstand vom Ultraschallwandler registriert. Dies ist schematisch in Fig. 1 für einen sinusförmigen Zeitverlauf des ausgesandten Druckimpulses p∼ dargestellt. Es werden zur Veranschaulichung nur drei Halbschwingungen betrachtet. Die durchzogene Kurve I zeigt dabei den unverzerrten, d. h. streng sinusförmigen Zeitverlauf p∼(t) unmittelbar vor dem Ultraschallwandler. (Ein solcher unverzerrter Zeitverlauf p∼(t) wird übrigens auch in einiger Entfernung z vom Ultraschallwandler beobachtet, sofern die emittierte Schall-Amplitude p∼ genügend klein ist). Die gestrichelte Kurve II dagegen zeigt den Druckzeitverlauf p∼(t) des Schalles in einer gewissen Laufstrecke z vom Ultraschall- Wandler entfernt, sofern die emittierte Schall-Amplitude nicht zu klein ist. Diese Kurve II, die - entgegen der Darstellung in Fig. 1 - gegenüber der Kurve I im Körpergewebe wegen der Dämpfung eigentlich eine kleinere Amplitude aufweist, zeigt gegenüber der Kurve I deutlich Verzerrungen, die auf der Lauf­ wegstrecke hervorgerufen werden. Diese Verzerrung äußert sich in einer Verschiebung der Maxima und Minima gegenüber der jeweiligen Mittellage. Gegenüber dem unverzerrten Fall (Kurve I) treten die Maxima um die Zeitdauer T früher und die Minima um die Zeitdauer T später auf. Der zeitliche Abstand T ist u. a. von der Schallgeschwindigkeit c und der Laufstrecke z abhängig.

Der in Fig. 1 gezeigte Effekt der "laufwegabhängigen Verzerrung" oder "Selbstverzerrung" läßt sich bereits bei den in der Ultraschall- Diagnostik üblichen, verhältnismäßig geringen Sendeintensitäten im Wasserbad experimentell deutlich nachweisen. Er entspricht mathematisch einem Hinzutreten von Oberwellen. Im Körpergewebe werden solche Oberwellen allerdings schnell weg­ gedämpft, so daß sie bei Gewebeuntersuchungen nicht so stark in Erscheinung treten wie im Wasserbad. Die Oberwellen werden durch das Gewebe in unbekannter Weise gedämpft, so daß eine Dämpfungsmessung aus der Amplitude der Oberwellen bei Gewebe­ untersuchungen in der Regel nicht möglich ist.

Wie man dennoch den geschilderten Effekt der "laufwegabhängigen Verzerrung", die infolge der Nichtlinearität der Schallausbreitung auftritt, nutzen kann, um aus Echosignalen oder Transmissions­ signalen Informationen über die "Streckendämpfung" (Absorption, Reflexion, Beugung und Streuung zusammengenommen) zu gewinnen, wird nach obigen Ausführungen zur Physik nun im folgenden geschildert:

Der Grundgedanke des vorliegenden Meßprinzips besteht darin, die in den Gleichungen (5) und (6) angedeutete Druckabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit c so zu nutzen, daß Laufzeit­ verschiebungen entstehen, die trotz frequenzabhängiger Dämpfung im Untersuchungsobjekt (Gewebe) gut gemessen werden können. Man erreicht das, wenn man zwei Schallimpulse unterschiedlicher Mittelfrequenz örtlich und zeitlich überlagert durch das Übertragungsmedium laufen läßt. Dann kann man die transmittierten oder vorzugsweise reflektierten Wellen auf Laufzeit­ verschiebungen untersuchen.

Bei der Beschallung muß ein Kompromiß geschlossen werden hin­ sichtlich der Länge der eingestrahlten Ultraschallimpulse: Je länger die Impulse sind, d. h. je mehr einzelne Schwingungen der betreffende Impuls enthält, desto genauer ist die Laufzeit­ verschiebung und damit die Dämpfung meßbar; um so genauer wird aber die erreichbare Ortsauflösung in Tiefenrichtung. Je kürzer dagegen die Impulse sind, desto genauer kann die Laufwegstrecke zwischen Ultraschallsender und reflektierender Grenzschicht gemessen werden; die gemessene Dämpfung ist dann aber mit einem gewissen Fehler behaftet. Bei gewissen Anwendungsflächen können die eingestrahlten Ultraschallimpulse als Kompromiß z. B. zwischen 5 und 10 Perioden lang sein. Unter Länge wird hier also die Anzahl an einzelnen Schwingungen per Impuls verstanden.

Die zeitliche Überlagerung zweier sinusförmiger Schallimpulse ist in Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel gemäß einem ersten Verfahren dargestellt. Man sieht eine mit HF bezeichnete Sinusschwingung p∼(t) großer Amplitude und vergleichsweise hoher Frequenz, die einer mit NF bezeichneten Sinusschwingung kleiner Amplitude und vergleichsweise niedriger Frequenz über­ lagert ist. Sowohl der HF- als auch der NF-Druckpuls ist als durchgezogene Kurve eingezeichnet. Die in Fig. 2 gezeichneten Kurven stellen nur einen Ausschnitt der Impulse dar. Die NF- Schwingung hat im vorliegenden Fall bevorzugt die halbe Frequenz der HF-Schwingung:

f _NF = ½ f _HF .

Abweichend davon kann aber auch eine andere Frequenzrelation gewählt werden, z. B.

f _NF = ¼ f _HF oder f _NF = ⅛ f _HF ,

etc. Die Hochfrequenz f _HF ist hierbei aber stets ein geradzahliges Vielfaches der Niederfrequenz f _NF . Ein Fall mit

f _NF = ¹/₃ f _HF

ist nicht praktikabel, da - wie später noch deutlich werden wird - ein breitbandiges Spektrum entsteht, das in unvorher­ sehbarer Weise beim Lauf durch das Untersuchungsmedium (wie insbesondere ein menschliches Gewebe) verändert wird.

Die NF-Schwingung ist der HF-Schwingung absichtlich so überlagert, daß die Nulldurchgänge t₁, t₂, t₃ der NF-Schwingung in den Maxima der HF-Schwingung liegen. Das ist wichtig für das gezeigte Ausführungsbeispiel nach dem ersten Verfahren.

Die Wirkung der Nichtlinearität der Laufwegstrecke auf die Schallimpulse HF und NF ist gestrichelt dargestellt. Man erkennt in der Kurve HF (II) eine Verzerrung der HF-Schwingung analog zu Fig. 1, d. h. eine Selbstverzerrung. Die verzerrte HF-Schwingung HF (II) ist nicht von großem Interesse, weil die "Selbstverzerrung" durch die frequenzabhängige Gewebedämpfung stark gemildert wird, so daß die Verschiebung der Maxima und Minima gering ausfällt. Wegen der geringen Amplitude der NF-Schwingung bleibt die entsprechende (nicht eingezeichnete) Kurve NF (II) praktisch unverzerrt, d. h. die Verzerrung der NF- Schwingung analog zu Fig. 1 ("Selbstverzerrung") ist von noch geringerer Bedeutung. Von starkem Interesse ist aber die als Kurve WW eingezeichnete Wirkung der HF-Schwingung auf die NF- Schwingung. Hier kommt eine Wechselwirkung zwischen HF- und NF-Schwingung zustande. Die Druckmaxima der HF-Schwingung beschleunigen gemäß Gleichung (6) die Bewegung der Nulldurchgänge (Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ . . .) der NF-Schwingung, d. h. diese treten zu den Zeiten t₁′, t₂′, t₃′ . . . und im Zeitabstand früher (vor t₁, t₂ bzw. t₃) auf, und sie verzögern das Fort­ schreiten der Druckextrema der NF-Schwingung, d. h. diese treten zeitlich später auf. Die Einwirkung der HF-Schwingung auf die NF-Schwingung kann man als "Mitreißeffekt" und die Kurve WW als "mitgerissene NF-Schwingung" bezeichnen. Die Zeit­ differenz der Nulldurchgänge der unverzerrten Kurve NF und der "mitgerissenen" Kurve WW, z. B. t₁-t₁′, ist mit τ bezeichnet.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Methode zur Messung des Zeitabstandes τ. Diese Methode macht sich die bekannte Tatsache zunutze, daß die Differenzkurve zweier gegeneinander phasenverschobener Schwingungen in der Amplitude von der gegenseitigen Phasenlage abhängig ist.

In Fig. 3 ist durchgezogen die Amplitudendifferenz zwischen der verzerrten ("mitgerissenen") und der unverzerrten NF-Schwingung aufgetragen, d. h. WW(t) - NF(t). Eine der beiden Schwingungen wird vor der Differenzbildung gespeichert, um sie für die Differenzbildung zur Verfügung zu haben. Die gestrichelt eingezeichnete Grundwelle der Differenzkurve WW(t) - NF(t) ist mit GW bezeichnet. Man erkennt, daß die wesentliche Komponente der Differenzkurve bei der Frequenz f _NF der NF-Schwingung liegt. Auch wenn die Oberwellen, die zusammen mit der Grundwelle GW die Differenzkurve WW(t) - NF(t) ergeben, weggedämpft werden, bleibt die Grundwelle GW und damit deren Zeitverschiebung τ erhalten und kann gemessen werden, wie entsprechende Laborversuche bestätigt haben. Die Amplitude der Grundwelle GW ist ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen den Kurven WW(t) und NF(t) und damit für die zeitliche Differenz ihrer Nulldurchgänge τ.

Je stärker nun die HF-Schwingung beim Durchgang durch das Gewebe in ihrer Amplitude gedämpft wird, desto mehr sinkt der geschilderte Effekt des "Mitreißens" der NF-Schwingung durch die HF-Schwingung, d. h. desto kleiner wird der Zeitabstand τ. Dieser Zeitabstand τ wird sorgfältig gemessen. Hierzu gibt es verschiedene Verfahren, z. B. das in Fig. 3 gezeigte Überlagerungs­ verfahren. Aus dem Zeitabstand τ kann auf die Dämpfung geschlossen werden. τ = 0 entspricht dem Fall einer total weg­ gedämpften HF-Schwingung, und τ = t _max (mit τ _max gleich einem Maximalwert) entspricht dem ungedämpften Fall. Der Maximalwert τ _max ist abhängig von der Laufwegstrecke und der Amplitude der HF-Schwingung.

Dies stellt sich in Formeln folgendermaßen dar:

Daraus ergibt sich die Pulslaufzeit t _p zu

und die Zeitverschiebung τ durch den Mitreißeffekt zu

Demgemäß stellt sich ein erstes Verfahren zur Dämpfungsmessung nach Fig. 4 wie folgt dar: In einem ersten Schritt wird nur die NF-Schwingung ausgesandt. Ein Registriergerät kann dann die Nulldurchgänge der transmittierten oder reflektierten NF-Schwingung NF (II) registrieren. In einem zweiten Schritt werden nach der Zeit die NF-Schwingung und die HF-Schwingung ganz analog zu Fig. 2 gemeinsam ausgesandt, d. h. die Nulldurchgänge der NF- Schwingung fallen mit den Zeitpunkten der Maximalwerte der HF- Schwingung zusammen. Das Registriergerät registriert die Null­ durchgänge der nunmehr verzerrten und verschobenen NF-Wechsel­ wirkungsschwingung WW, wobei es sich entweder um transmittierte oder reflektierte Signale handelt. Aus einem Vergleich dieser beiden Messungen läßt sich die Zeitverschiebung τ und daraus die Dämpfung ermitteln. Beispielsweise ergibt sich τ auch aus τ = T₁ - T₂, wobei T₁, T₂ die Laufzeiten der beiden Schritte sind. Selbstverständlich können die beiden genannten Schritte auch zeitlich vertauscht werden. Auch kann der gesamte Signalverlauf NF (II) nach dem ersten Schritt gespeichert und dann während oder nach dem zweiten Schritt mit dem Signalverlauf WW gemäß Fig. 3 verglichen werden. Beispielsweise wird das gespeicherte Echo NF (II) mit dem folgenden, ebenfalls gespeicherten Echo WW verglichen, wobei die Amplitude der Differenzkurve entsprechend Fig. 3 ein Maß für τ ist.

Eine Steigerung der Meßempfindlichkeit ergibt sich gegenüber diesem Vorgehen nach folgendem zweiten Verfahren, dessen Prinzipien in Fig. 5 und 6 angedeutet sind.

Es wird die Phasenlage der HF-Schwingung relativ zur NF- Schwingung derart eingestellt, daß die Nulldurchgänge t₁, t₂, t₃ . . . der NF-Schwingung jetzt in den Druckminima der HF- Schwingung liegen. Gegenüber Fig. 2 liegt also eine 180°-Verschiebung vor. Das ist in Fig. 5 dargestellt und in Fig. 6 durch gegengerichtete Pfeile versinnbildlicht. Im Vergleich mit der bisherigen Lage der Nulldurchgänge t₁, t₂, t₃ . . . (Fig. 2) ergibt sich jetzt eine Verschiebung der Meßgröße τ nach rechts und gleichzeitig eine Verdopplung dieser Meßgröße τ:

Dies wird im Vergleich mit Gleichung (9) deutlich.

Nach diesem zweiten Verfahren wird also ebenfalls in einem ersten Schritt die NF-Schwingung ausgesandt, und es werden deren Nulldurchgänge in einem Registriergerät registriert. In einem zweiten Schritt werden gleichzeitig die NF-Schwingung und die HF-Schwingung gemäß Fig. 5 ausgesandt, d. h. die Null­ durchgänge der NF-Schwingung fallen mit den Minimalwerten der HF-Schwingung zusammen. Das Registriergerät registriert auch hier wieder die Nulldurchgänge der verzerrten NF-Schwingung WWl. Aus dem Vergleich der beiden Messungen läßt sich wieder die Meßgröße t ermitteln.

Setzt man für _HF (z) einmal den Druckverlauf auf dem Zentralstrahl eines Ultraschall-Wandlers im Wasserbad ein, d. h.

_HF (z) = _HFW (z),

das andere Mal den durch z. B. eponentielle Dämpfung veränderten Druckverlauf _HFW (z) e^{- α z} , wobei α der Dämpfungsexponent ist, so erhält man ein Kurvenfeld gemäß Fig. 7. Dargestellt ist ein Kurvenfeld für die Zeitverschiebung α in Abhängigkeit vom Laufweg z und der Dämpfung α. Das gezeichnete Diagramm τ (z) wurde für einen Ultraschall-Wandler von 2 MHz, einer Sendespannung von 70 Volt (Spitze-Spitze) und einem Spitzendruck von 4 bis 5 bar ermittelt. Es ist ersichtlich, daß die Zeitverschiebung τ mit wachsendem Dämpfungsexponenten α absinkt. Dabei entspricht α = 0 dem Dämpfungsexponenten des Wasserbades. Erhält man nun z. B. für eine Tiefe z den Meßwert τ _z für die Zeitver­ schiebung, so kann man aus dem Kurvenfeld nach Fig. 7 den (mittleren) Dämpfungsexponenten α als Parameter ablesen. Wird also z. B. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren τ = 50 ns gemessen und wird aus einer Laufzeitmessung z. B. z = 10 cm ermittelt, so liefert das Diagramm im eingezeichneten Punkt P eine mittlere Dämpfung α = 0,58 dB/cm auf der Strecke von 10 cm.

Soll nicht nur eine mittlere Dämpfung oder Ersatzdämpfung, sondern ein längs der Tiefe z variabler Dämpfungsgang ermittelt werden, so müssen Meßwerte für die Zeitverschiebung an vielen Stellen z gewonnen werden, d. h. an all den Stellen z, an denen Echos auftreten. Dabei muß ein Mindestabstand für den Meßvorgang selbst berücksichtigt werden. Bei hinreichend feinem Abstand der Meßpunkte findet an die zwischen zwei Meßpunkten wirksame Dämpfung auf Grund des Steigungsmaßes

wiederum aus einer Kurvenschar gemäß der rechten Seite obiger Gleichung (11), die aus Fig. 7 durch Differenzierung gewonnen wird, und erhält die Dämpfungsexponenten durch Ablesen des Kurvenparameters α. Die ortsabhängige Dämpfungsverteilung α (z) läßt sich dann als Bild z. B. über Helligkeitsmodulation oder mittels Farbcodierung zusätzlich im B-Bild darstellen.

Das geschilderte Meßprinzip, das von einer Reflexionsstelle im Wasserbad ausging, kann auf Echosignale von "weichen" Reflexionsstellen, wie sie in weichem Körpergewebe vorkommen, übertragen werden. Die Größe der Ultraschallechos kann das Ergebnis nicht entscheidend beeinflussen, weil die Information in einer Laufzeitänderung τ steckt, welche nur geringfügig von der Größe der Echoamplitude abhängt. Diese geringfügige Abhängigkeit rührt daher, daß auch auf dem Rücklaufweg nichtlineare Effekte wirken. Da aber die Echoamplitude in der Regel kleiner ist als ¹/₁₀ der Amplitude des einfallenden Ultraschalls, bleibt der Effekt gering. Auch die geometrische Form der eine Reflexion bewirkenden Grenzschicht und damit die Frequenzab­ hängigkeit der Reflexion spielt keine Rolle, weil keine neu erzeugten Frequenzen vermessen werden und Pulsformänderungen die Messung der Laufzeitdifferenz τ (zwischen 0° und 180°-Überlagerung) nicht verfälschen.

Das vorliegende Meßprinzip geht allerdings davon aus, daß Bewegungen der reflektierenden Grenzschicht nur so langsam verlaufen, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (bei 0°-Überlagerung nach Fig. 2; oder bei 180°-Überlagerung nach Fig. 5) die Laufzeitunterschiede klein gegen den hier ausgenutzten Effekt bleiben. Dies bedeutet bei einem Pulsabstand = 300 µs und einer Auflösung von 0,1 ns eine Geschwindigkeit von 0,25 mm/s. Da solche (geringen) Bewegungsgeschwindigkeiten in der medizinischen Diagnostik häufig vorkommen können, ist bevorzugt vorgesehen, das Meßprinzip dahingehend zu modifizieren, daß eine Phasenumschaltung der Überlagerung von HF- und NF-Impulsen oder auch eine kontinuierliche Verschiebung von 0° auf 180° und zurück häufig wiederholt wird, z. B. alle 300 µs. Es handelt sich also um einen Mitteilungsvorgang, bei dem das erwähnte 1. und 2. Verfahren abwechselnd mehrfach wiederholt und aus den Messungen jeweils ein Mittelwert für den Zeitunter­ schied τ gebildet wird. Da es unwahrscheinlich ist, daß eine Bewegung der reflektierenden Grenzschicht mit derselben Frequenz hin- und hergeht, wird damit eine Unterscheidungsmöglichkeit gegeben. Meßunsicherheiten können so reduziert werden. Die zugehörige Signalverarbeitung ist weiter unten beschrieben.

Das vorliegende Meßprinzip geht weiter davon aus, daß der NF- Puls räumlich voll von einem HF-Puls umschlossen wird, der nach Möglichkeit energetisch homogen ist.

Wie Messungen gezeigt haben, bleibt die eingestellte Phase 0° oder 180° (Maxima- bzw. Minima-Einstellung) nur im Fernfeld der Ultraschall-Wandler, d. h. im Fokusbereich, ungestört, so daß die Pulsüberlagerung von Nahfeldern nach Möglichkeit zu vermeiden ist. Eine an dieser Forderung orientierte Wandler­ anordnung wird anschließend noch erklärt.

Es soll noch erwähnt werden, daß sich eine Steigerung der Empfindlichkeit erzielen läßt, wenn man einen hohen V-Wert wählt, wobei V das Verhältnis der HF-Amplitude zur NF-Amplitude ist.

In Fig. 8 ist eine Realisierungsmöglichkeit für die angestrebte Überlagerung akustischer Pulse gezeigt. In einem Wasserbad 2 befindet sich ein HF-Ultraschall-Wandler 4 von z. B. 4 MHz Mittenfrequenz, der eine lange Schallkeule oder einen langen "Brennschlauch 6" des Ultraschallfeldes erzeugt, z. B. nach der in der DE-PS 28 55 143 angegebenen Methode. Am Anfang des Brennschlauches 6 liegt ein akustischer Halbspiegel 8, den das Feld des HF-Ultraschall-Wandlers 4 unter z. B. 45° durchsetzt, wobei die Intensität nur geringfügig geschwächt wird. Über diesen Halbspiegel 8 wird das Feld eines NF-Ultraschall-Wandlers 10 eingeblendet. Dieser hat eine Mittenfrequenz von z. B. 2 MHz. Die gezeigte Einspiegelung verhindert die Überlagerung von Nahfeldern mit ihren Problemen der Einhaltung der Phasenbedingung, wonach die Nullpunkte der NF-Schwingung nach dem ersten Verfahren stets mit den Maxima (s. Fig. 2) oder nach dem zweiten Verfahren stets mit dem Minima (s. Fig. 5) der HF-Schwingung zusammenfallen sollten. Das Feld des HF-Ultraschall-Wandlers 4 ist so breit gehalten, daß das Feld 12 des NF-Ultraschall- Wandlers 10 gut "überdeckt" wird, d. h. insbesondere, daß die -3-dB-Schallfeldbreite des HF-Feldes 6 gleich oder größer als die des NF-Feldes ist. Das NF-Feld 12 "paßt" also gut in das HF-Feld 6 hinein. Der Fokusbereich ist mit 14 bezeichnet.

Die anhand von Fig. 8 diskutierte Wandleranordnung kann nun mit einer Signalverarbeitungsschaltung betrieben werden, die im Blockschaltbild nach Fig. 9 dargestellt ist.

Nach Fig. 9 erzeugt ein Pulsgenerator 20 ein Signal mit der Frequenz f _HF . Es kann sich dabei z. B. bevorzugt um ein Rechtecksignal mit 1 bis 10 Perioden pro Puls handeln. Ein Generator 21 stößt den HF-Pulsgenerator 20 mit der Wiederholfrequenz f _p =1/ an. Die Wiederholfrequenz f _p legt die Anzahl der Impulse (jeweils mit mehreren Schwingungen) pro Sekunde fest. Die vom Pulsgenerator 20 abgegebenen HF-Impulse gehen zum einen direkt und zum anderen auch invertiert durch eine Invertierstufe 23 auf die Kontakte eines Umschalters 24. Von hier wird wahlweise das nicht-invertierte oder das invertierte Signal über einen Endverstärker 25 auf den HF-Ultraschall-Wandler 4 geleitet, der gemäß Fig. 8 angeordnet ist. Dieser gibt bei Aktivierung durch das Signal Ultraschallimpulse mit jeweils vorbestimmter Anzahl von sinusförmigen Schwingungen ab.

Die vom HF-Pulsgenerator 20 gelieferten HF-Pulse werden außerdem bezüglich ihrer Frequenz mittels eines Flip-Flop 26 durch 2 geteilt, so daß NF-Pulse mit der Frequenz f _NF = 0,5 f _HF = 1/T _NF entstehen. Diese NF-Impulse gelangen über ein Laufzeitglied 27 mit einstellbarer Laufzeit τ _a und über einen Verstärker 28 auf den Ultraschall-Wandler 10, der gemäß Fig. 8 ausgebildet ist. Im Laufzeitglied 27 wird die Verzögerungszeit τ _a so eingestellt, daß die NF-Druckpulse am Beginn des Brennschlauches 12 (vgl. Fig. 8) die gewünschte Phasenlage zueinander haben. Die Messung beginnt mit einem Startsignal an einer Klemme 29, welches Signal eine wiederholte Umpolung des HF-Feldes einleitet. Das "Start"-Signal wird zum Schließen eines Schalters 30 verwendet, der das Ausgangssignal (Frequenz f _p ) des Generators 21 auf einen Frequenzteiler 31 weiterleitet. Hier findet eine Frequenzuntersetzung im Verhältnis 1 : 2 statt. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 31, das also speziell die Frequenz f _p /2 besitzt, wird zur Betätigung des Umschalters 24 verwendet. Die Bauelemente 30, 31, 24 bewirken, daß das eine Mal die Maxima (vgl. Fig. 2), das andere Mal die Minima (vgl. Fig. 5) der HF- Schwingung mit den Nullpunkten t₁, t₂, t₃ der NF-Schwingung zusammenfallen.

Echosignale, die vom NF-Ultraschall-Wandler 10 nach jedem Sendepuls abgegriffen werden können, werden mittels eines an sich bekannten TGC oder Tiefenausgleichsverstärkers 32 in ihrer Amplitudendynamik eingeschränkt oder normiert. Der Ausgang des Tiefenausgleichsverstärkers 32 ist dabei an ein übliches B-Bildgerät 50 angeschlossen. Der TGC 32 wird dabei vom Ausgang des Generators 21 getriggert. Anschließend werden mittels eines Tores 33 nur Echos aus einem vorgebbaren Tiefenbereich ausgewählt. Die Auswahl erfolgt über die Zeiten τ _z , τ _Δ z mittels einer Einstellstufe 34, die ebenfalls vom Generator 21 getriggert ist. τ _Δ z ist dabei das gewählte Zeitfenster und t _z charakterisiert den Beginn des Zeitfensters.

Ein an das Tor 33 anschließender Bandpaß 36 läßt nur das Spektrum der NF-Pulse passieren. Er unterdrückt die restlichen HF-Pulse, welche noch vom NF-Wandler 10 empfangen werden. Die durchgelassenen NF-Pulse werden einem Phasenmeßglied oder -vergleicher 37 zugeführt. Dessen Schaltbild ist in Fig. 10 dargestellt. Es wird später erläutert.

Der Phasenvergleicher 37 ist auf die Frequenz des Generators 21 eingestellt. An seinem Ausgang erscheint eine Wechselspannung der Frequenz f _p , deren Amplitude im "eingeschwungenen Zustand" ein Maß für die Zeitverschiebung τ auf Grund des erläuterten Effekts der Nichtlinearität ist. Diese Amplitude wird durch Demodulation in einem Gleichrichter 38 und einem Tiefpaßfilter 39 gemessen. Die obere Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 39 liegt unterhalb der Frequenz, mit der Bewegungen der reflektierenden Grenzschicht im Untersuchungsgebiet auftreten können. Zusammen mit der Mittelwertbildung aus mehreren Messungen des Zeitunter­ schiedes τ werden somit Meßunsicherheiten reduziert. Ein an­ schließender Schalter 40 sorgt dafür, daß nur Meßwerte zur Auswerteschaltung, vorliegend einem Rechner 41, gelangen, die eine gewisse Zeit τ _M nach Meßbeginn, d. h. nach einer gewissen Zahl von Umpolungen des HF-Feldes entstehen, wenn also der "ein­ geschwungene Zustand" vorliegt. Zu diesem Zweck wird das "Start"-Signal einem Zeitglied 42 zugeführt, das die Verzögerungs­ zeit t _M besitzt und das den Schalter 40 betätigt. Der Rechner 41 ermittelt für jede Tiefe z aus die zugehörige Dämpfung. Die Differenzen der -Werte für benachbarte Tiefen z können zum Bildaufbau für "Dämpfungsbilder" in einem Bildgerät 43 verwendet werden. Der Rechner 41 wird auch zur Steuerung des TGC 32 über eine Steuerleitung 44 eingesetzt.

Der Phasenvergleicher 37 arbeitet nach Fig. 10 so, daß er das NF-Signal vom Ausgang des Tores 33 zunächst amplitudenmäßig in einem Begrenzer 51 begrenzt, um die Nulldurchgänge t₁, t₂, t₃ zu gewinnen. Das Signal wird anschließend in einem Verzögerungsglied 52 um ± T _NF /2 verzögert. Das unverzögerte Signal wird mit dem verzögerten Signal in einer Vergleichs- oder Subtrahierstufe 53 verglichen. Wenn keine Verschiebung τ vorliegt (τ = 0), ist das Ergebnis des Vergleichs im eingeschwungenen Zustand Null. Liegt dagegen eine Verschiebung vor (τ ≠ 0), so ergibt sich ein Rechtecksignal der Grundfrequenz f _p . Zur Sicherung gegen Bewegungsartefakte wird mit Hilfe eines Bandpaßfilters 54 nur diese Grundfrequenz f _p herausgesucht. Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 54 wird in einem Verstärker 55 verstärkt und dann an das Bauglied 38 (s. Fig. 9) weitergeleitet. Die Amplitude des weitergeleiteten Signals ist ein Maß für die Verschiebung.

Die Auswertung der Meßsignale geschieht nach dem vorher geschilderten Parameterverfahren (s. Fig. 7) durch Vergleich mit Tabellenwerten, die in dem Rechner 41 gespeichert sind.

Die Realisierung der Signalverarbeitung kann entweder analog oder digital mittels des Rechners 41 geschehen.

Die beschriebene Realisierung des dargestellten Meßprinzips kann selbständig sein oder kann im B-Bild-Gerät 50 integriert werden.

Das Meßergebnis α kann z. B. dazu dienen, die Tiefenausgleichsfunktion nicht subjektiv, sondern in reproduzierbarer Form anhand eines Meßwertes (u. U. automatisch) einzustellen, so daß ein Schritt in Richtung auf ein quantitatives B-Bild (Bild­ normung, Austauschbarkeit, Reproduzierbarkeit) getan ist.

Die aufgezeigte Dämpfungsmessung kann aber auch dazu dienen, bestimmte interessierende Bereiche (z. B. ein Krebsgeschwür) bezüglich seiner Dämpfung längs einer Strecke zwischen zwei Echo­ signalen (Ein- und Austrittsecho) zu vermessen. Auf diese Weise kann ein "Dämpfungsbild" nur für den interessierenden Bereich erzeugt werden.

Andererseits lassen sich auch vollständige Bilder aufbauen. Diese können die Streckendämpfung z. B. in Helligkeitsmodulation oder farbkodiert dem B-Bild überlagert darstellen. Dann würde man nur ein einziges Darstellungsgerät benötigen.

Zusammenfassend läßt sich also folgendes feststellen: Der Effekt der nichtlinearen Schallausbreitung wird vorliegend dazu herangezogen, unterschiedliche Laufwegsdämpfungen des Ultraschalls in unterschiedliche zeitliche Verschiebungen der Ultraschallechoimpulse zu transformieren. Da Laufzeiten gut, d. h. fast unabhängig von Nebeneffekten meßbar sind, ergibt sich so eine genauere Meßmethode als bisher verfügbar. Die Dämpfungsmeßwerte sind von Interesse bei der Gewebsdifferenzierung mit Ultraschall, z. B. zur Tumordiagnostik, aber auch zur Quantifizierung und Normierung des bisher verwendeten B-Bildes.

Claims (35)

1. Verfahren zur Messung der Ultraschalldämpfung in einem Untersuchungsobjekt, wobei ein Ultraschallsignal in das Unter­ suchungsobjekt gesandt und das vom Untersuchungsobjekt abge­ gebene Echosignal untersucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt als Ultraschallsignal ein erster Ultraschallimpuls (HF) höherer Mittenfrequenz (f _HF ) und ein zweiter Ultraschallimpuls (NF) niederer Mittenfrequenz (f _NF ) örtlich und zeitlich überlagert in das Untersuchungsobjekt gesandt werden, und daß anschließend die durch nichtlineare Effekte auf der Untersuchungsstrecke vom ersten Ultraschallimpuls (HF) hervorgerufene Zeitverschiebung ( τ ) der Nulldurchgänge der Grundwelle des zweiten Ultraschall­ impulses (NF) der Echo- oder Transmissionssignale gegenüber dem nicht zeitverschobenen zweiten Ultraschallimpuls (NF) gemessen wird, wobei diese Zeitverschiebung ( τ ) ein Maß für die Ultraschalldämpfung ( α ) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aussenden der beiden Ultraschallimpulse (HF, NF) die Nulldurchgänge (t₁, t₂, t₃) des zweiten Ultraschallimpulses (NF) mit den Maxima des ersten Ultraschallimpulses (HF) zeitlich zusammenfallen (Fig. 2).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aussenden der beiden Ultraschallimpulse (HF, NF) die Nulldurchgänge (t₁, t₂, t₃) des zweiten Ultraschallimpulses (NF) mit den Minima des ersten Ultra­ schallimpulses (HF) zeitlich zusammenfallen (Fig. 5).

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd ein erster und zweiter Ultraschallimpuls (HF bzw. NF), bei denen die Null­ durchgänge des zweiten und die Maxima des ersten Ultraschall­ impulses zeitlich zusammenfallen, und ein erster und zweiter Ultraschallimpuls (HF bzw. NF), bei denen die Nulldurchgänge des zweiten und die Minima des ersten Ultraschallimpulses zeitlich zusammenfallen, in das Untersuchungsobjekt gesandt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Ultraschallimpuls (HF, NF) jeweils etwa 10 Schwingungen umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Ultraschallimpuls (HF, NF) jeweils eine vorgegebene Zahl von Sinusschwingungen umfaßt (Fig. 2 und 5).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des ersten Ultraschallimpulses (HF) beträchtlich größer ist als die Amplitude des zweiten Ultraschallimpulses (NF) (Fig. 2 und 5).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Mittenfrequenz (f _HF ) ein geradzahliges Vielfaches der niederen Mittenfrequenz (f _NF ) ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen (f _HF , f _NF ) sich um den Faktor 2 unterscheiden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Zeitverschiebung ( τ ) die Dämpfung ( α ) berechnet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Zeitverschiebung ( τ ) für verschiedene Laufwegstrecken (z) wiederholt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung ( α ) in Abhängigkeit von der Laufwegstrecke (z) im Bild auf einem Monitor dargestellt wird.

13. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch

• a) einen ersten Ultraschallwandler (4) zur Aussendung des ersten Ultraschallimpulses (HF) höherer Mittenfrequenz (f _HF );
• b) einen zweiten Ultraschallwandler (10) zur Aussendung des zweiten Ultraschallimpulses (NF) niederer Mittenfrequenz (f _NF );
• c) einen Ultraschallempfänger (10) zum Empfang des vom Unter­ suchungsobjekt reflektierten Echosignals;
• d) ein dem Ultraschallempfänger (10) nachgeschaltetes Filter (36), das aus dem Echosignal ein Meßsignal ausblendet, das mit der niederen Mittenfrequenz (f _NF ) auftritt; und
• e) eine Meßstufe (37 bis 39) zur Bestimmung der Zeitverschiebung ( τ ), die den Abstandsunterschied der Nulldurchgänge (t₁′, t₂′, t₃′) des ausgeblendeten Meßsignals gegenüber der Nulldurchgänge (t₁, t₂, t₃) des zugehörigen emittierten Signals (NF) bestimmt.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßstufe (37 bis 39) zur Unterscheidung von Bewegungsartefakten ein Tiefpaßfilter (39) vorgesehen ist, dessen Grenzfrequenz niedriger ist als die Bewegungsfrequenz von Grenzschichten im Untersuchungsgebiet.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Hochfrequenz- Pulsgenerator (20) vorgesehen ist, der den ersten Ultraschall­ wandler (4) direkt mit seiner Ausgangsfrequenz (f _HF ) und den zweiten Ultraschallwandler (10) über einen Frequenzteiler (26) mit verringerter Ausgangsfrequenz f _NF ) steuert.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Frequenzteiler (26) ein solcher vorgesehen ist, der die Ausgangsfrequenz (f _HF ) des Hochfrequenz-Pulsgenerators (20) auf den halben Wert herabsetzt.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß einem der Ultraschallwandler (4, 10) ein Schaltglied (23, 24) vorge­ schaltet ist, mit dem sich die Lage der Nulldurchgänge des ersten Ultraschallimpulses (HF) gegenüber der Lage der Null­ durchgänge des zweiten Ultraschallimpulses (NF) einstellen läßt.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die niedere Mittenfrequenz (f _NF ) die Hälfte der höheren Mittenfrequenz (f _HF ) ist, und daß das Schaltglied (23, 24) so ausgestaltet ist,

• a) daß bei einer ersten Schaltstellung der Nulldurchgänge (t₁, t₂, t₃) des zweiten Ultraschallimpulses (NF) mit den Maxima des ersten Ultraschallimpulses (HF) zusammenfallen, und
• b) daß bei einer zweiten Schaltstellung die Nulldurchgänge (t₁, t₂, t₃) des zweiten Ultraschallimpulses (NF) mit den Minima des ersten Ultraschallimpulses (HF) zusammenfallen.

19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (23, 24) eine Invertierstufe (23) für den ersten Ultraschallimpuls (HF) umfaßt.

20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anstoßen des Hochfrequenz-Pulsgenerators (20) mit vorgegebener Wiederholfrequenz (f _p ) diesem ein Generator (21) vorgeschaltet ist.

21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Generators (21) mit dem Betätigungsorgan des Schaltgliedes (23, 24) über einen Schalter (30), der bei Abgabe eines Startsignals geschlossen ist, und über einen Frequenzuntersetzer (31) verbunden ist.

22. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß als Ultraschallempfänger (10) zum Empfang des vom Untersuchungsobjekt reflektierten Echosignals der zweite Ultraschallwandler (10) vorgesehen ist.

23. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ultraschallempfänger (10) ein Tor (33) zur Auswahl eines Echosignales aus einem an einem Einstellglied (34) vorgegebenen Tiefenbereich (z) nachgeschaltet ist.

24. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstufe (37 bis 39) einen Phasenvergleicher (37) umfaßt.

25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleicher (37) eine Vergleichsstufe (53) besitzt, dem das Meßsignal sowohl unverzögert als auch um einen vorgegebenen Betrag (±T _NF /2) verzögert zugeführt ist.

26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß dem Phasenvergleicher (37) ein Gleichrichter (38) und diesem ein Tief­ paßfilter (39) nachgeschaltet ist.

27. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Messung nur im eingeschwungenen Zustand der Meßstufe (37 bis 39) ein Zeitglied (42) zugeordnet ist, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ( τ _M ) einen Schalter (40) betätigt, der zur Weiterleitung des Meßsignals vorgesehen ist.

28. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Meßstufe (37 bis 39) einem Rechner (41) zugeführt ist.

29. Schaltungsanordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rechner (41) ein Bildgerät (43) nachgeschaltet ist.

30. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Ultraschallempfängers (10) ein B-Bildgerät (50) angeschlossen ist.

31. Schaltungsanordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie in das B-Bildgerät (50) integriert ist.

32. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallimpulse (HF, NF) des ersten und zweiten Ultraschallwandlers (4, 10) mittels eines Überlagerungsgliedes (8) in Richtung auf das Untersuchungsobjekt ausrichtbar sind (Fig. 8).

33. Schaltungsanordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß als Überlagerungsglied (8) ein für Ultraschall halbdurchlässiger Spiegel vorgesehen ist (Fig. 8).

34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Ultraschallwandler (10) über das Überlagerungsglied (8) das Echosignal zugeleitet ist.

35. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (4, 10) so angeordnet und ausgerichtet sind, daß das Ultraschall-Wellenfeld des ersten Ultraschallwandlers (4) das Ultraschall-Wellenfeld des zweiten Ultraschallwandlers (10) räumlich einfaßt (Fig. 8).