DE1948463A1 - Geraet zur Untersuchung von Koerpern durch Abtastung mittels Ultraschall - Google Patents

Description

• Gerät zur Untersuchung von Körpern durch Abtastung mittels Ultraschall Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Untersuchung von Körpern durch Abtastung mittels Ultraschall. Um mit solchen Geräten Ultraschallquerschnittsbilder eines Körpers herstellen zu können, ist es notwendig, einen Ultraschall-Wandler (Sender/Empfänger) mit seinem Strahlenbündel möglichst geradlinig und mit konstanter Geschwindigkeit über den zu untersuchenden Körper zu fUhren.
• Es ist bekannt, die Bewegung des Ultraschallstrahlenbündels durch Ifin und Herbewegen des Ultraschallsenders selbst zu erreichen; dazu ist eine aufwendige Mechanik erforderlich, die störanfällig, platzraubend und relativ träge ist, sowie an den Umkehrstellen der Hin- und Herbewegung wegen grosser Beschleunigungskräfte stark beansprucht wird. FUr die Ankopplung dieser Mechanik an den zu untersuchenden, insbesondere menschlichen Körper ist auch eine Wasservorlaufstrecke erforderlich, deren Nachteil insbesondere darin liegt, dass sie das Gewicht der Sende apparatur weiter erhöht und diese nur noch mittels Stativ gehalten werden kann. Die Länge der Wasservorlaufbe strecke/grenzt auch die Bildaufbauzeit und die erzielbare Bildfolgefrequenz.
• Es ist ausserdem ein Gerbt bekannt, bei dem die Abtastung des zu untersuchenden Körpers dadurch erfolgt, dass im Brennpunkt eines Ultraschallparab¢lreflektors ein sich drehender Ultraschall-Sender/Empfänger angeordnet ist, so dass das reflektierte Ultraschallstrahlenbundel wie beim obengenannten bekannten Gerät weitgehend gleichmässig über den zu untersuchenden Körpe geführt wird. Dadurch entfallen die genannten störenden Beschleunigungskräfte, weil keine Massen abgebremst oder beschleunigt zu. werden brauchen. Dagegen ist aber eine schwere, teuere und störanfällige Ultraschalloptik und eine Wasservorlaufstrecke erforderlich.
• Ausgehend von diesen bekannten Geräten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die den bekannten Geräten anhaftenden Nachteile vermieden werden, d.h. keine gewichtige Mechanik mit Wasservorlaufstrecke, keine Beschleunigungskräften unterworfenen bewegten Teile des Ultraschall-Sende/Empfangssystems und keine Ultraschalloptik mehr erforderlich sind. Ausserdem soll de Sende/Empfangsapparatur leicht zu handhaben, d.h. ohne Stativ benutzbar sein.
• Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe gelöst durch eine Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschall-Wandlerelemente und Mittel zur Ansteuerung der Wandlerelemente in der Weise, dass über die Reihe fortlaufend jeweils eine Gruppe nebeneinander-liegender Wandlerelemente erregt wird (bzw. erregbar ist). Das erfindungsgemässe Gerät kann ohne Stativ direkt (unter Verwendung von Ankopplungsgelee) auf den zu untersuchenden Körper aufgesetzt werden; deshalb entfallen die genannten Störquellen und es sind ein schnellerer Bildaufbau und eine höhere Bildfolgefrequenz erzielbar. Wenn das erfindungsgemässe Gerät nach der Impuls-Echomethode betrieben wird, so ist es zweckmässig, die Wandler sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten zu lassen.
• Gemäss weiterer Erfindung ist die Reihe nebeneinander angeordnoter Vttraschallsender gebildet aus einem Str.if.n beidseitig elektrisch kontaktierten piezoelektrischen Schwingermatsrials, wobei die Kontaktierung mindestens auf einer Seite aus vorzugsweise quer zur Streifenlängsrichtung aufgebrachten, von kontaktlosen Zwischenräumen getrennten Kontakten, insbesondere Kontaktlamellen, besteht. Die Herstellung eines solchen Schwingers kann noch dadurch vereinfacht werden, dass nur eine einzige Streifenseite mit Lamellen kontaktiert wird und die andere Seite mit einer gemeinsamen durchgehenden Kontaktierung versehen ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn bei einer Streifenlänge von etwa 12 cm und einer Streifenbreite von etwa 8 mm die Lamellen etwa 0,5 mm und die kontaktlosen Zwischenräume etwa 0,3 mm breit sind. Im Rahmen der Erfindung wird jeder Lamelle ein Schalter für den Anschluss an die Erregerspannung zugeordnet. Welche Art von Schaltern benutzt wird, ist grundsätzlich beliebig; es können magnetische, induktive, kapazitive oder mechanische Schalter sowie fotoelektrische oder elektronische Schalter benutzt werden. Bei der Auswahl geeigneter Schalter hat sich herausgestellt, dass ein kontaktloser Schalter, nämlich ein Fotowiderstand, beim erfindungsgemässen Gerät besonders vorteilhaft ist. Bei Verwendung eines Fotowiderstandes als Schalter ist es nämlich möglich, alle Schalter in einfachster Weise zusammenzufassen. Dabei werden auf dem Fotowiderstand Kontaktierungen vorgesehen, deren Zahl der Lamellenzahl auf dem piezoelektrischen Streifen entspricht, wobei die Kontaktierungen mindestens einem ebenfalls am Fotowiderstand angebrachten, mit dem anderen Anschluss der Erregerspanbe nung verbundenen Kontakt gegenüberstehen. Eine/sonders zweckmässige Ausbildungsform der zusammengefassten Schalter ergibt sich, wenn der Fotowiderstand streifenförmig ausgebildet wird und mit quer zur Streifenlängsrichtung verlaufenden, mit Abstand nebeneinanderliegenden Kontaktlamellen versehen wird, von denen alle zweiten gemeinsam an der Erregerspannung angeschlossen und die anderen der Reihe nach einzeln mit je einer Lamelle des piezoelektrischen Streifens verbunden werden. Für die Ansteuerung der einzelnen Schalter bzw. Schaltergruppen ergibt sich eine besonders einfache und zweckmässige Lösung,wenn der Fotowiderstand, auf dem die Kontakte und Schalter aufgebracht sind, kreisförmig gebogen ist und wenn seine kontaktierte Seite dem Kreiszentrum zugewandt ist. Die Ansteuerung der fotoelektrischen Schalter erfolgt dann dadurch, dass im Innern des Kreises eine Lichtquelle und zwischen Lichtquelle und Fotowiderstand eine rotierende Blende vorgesehen werden. Die Blendenöffnung ist dabei vorzugsweise einstellbar bzw. so eingestellt, dass Jeweils eine Gruppe von mehreren, vorzugsweise zehn Schaltern, durch das Licht der Lichtquelle in ihren leitenden Zustand gebracht w*ik» und dementsprechend eine gleiche Anzahl nebeneinanderliegender Wandlerelemente erregt wird.
• Die An steuerung einer ganzen Gruppe der kleinen Wandlerelemente ist deshalb erforderlich, weil in der Diagnostik erst ein bestimmte Ausgangs querschnitt des Ultraschall-Strahlenbündels -der wesentlich breiter als die Breite eines einzigen Wandlerelementes ist - optimale Bildauflösungsverhältnisse ergibt.
• Bei den in der medizinischen Ultraschalldiagnostik üblichen Ultraschallfrequenzen von etwa 2 bis 5 NHz und den erforderlichen Eindringtiefen von einigen Zentimetern bis etwa 20 cm beträgt der Ausgangs querschnitt in der Grössenordnung von etwa 50 mm2 bis 300 mm2. Im vorliegenden Fall wurde für einen spe- 2 ziellen Anwendungszweck ein Ausgangsquerschnitt von etwa 60 mm2 gewählt, d.h. eine Streifenbreite des piezoelektrischen Materials von 8 mm und - bei den genannten Abmessungen der Lamellen bzw. deren Isolation - eine Zahl von 10 Lamellen pro erregter Gruppe. Die Aufteilung in schmale Lamellen bringt den Vorteil mit sich, dass das Fortschreiten der Erregung über das Schwingermaterial weitgehend kontinuierlich erfolgen kann, weil die Erregung jeweils nur um eine einzige Lamellenbreite (0,8mm) fortzuschreiten braucht.
• Weitere Vorteile und Ausbildungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispieles, das anhand einer Figur erläutert wird.
• In der Fig. / ist mit 1 eine Glühlampe, die als Lichtquelle dient, bezeichnet. Um diese Glühlampe 1 als Zentrum ist die Blende 2 in Richtung des Drehpfeiles 3 drehbar. Die Blende 2 hat eine Blendenöffnung 4, durch welche ein von der Glühlampe 1 ausgehendes Lichtstrahlenbündel 5 auf den kreisförmig gebogenen Fotowiderstand 6 fällt. Dieser Fotowiderstand ist konzentrisch zur Blende bzw zur Glühlampe angeordnet. Ausserdem ist der Fotowiderstand mit einer Vielzahl von Kontakten versehen, die durch Aufdampfen auf den Fotowiderstand aufgebracht sind. Diese Kontakte haben Lamellenform und sind nebeneinander mit Abstand und quer zur Längsausdehnung des streifenförmigen Fotowiderstandes angeordnet. Alle zweiten Kontaktlamellen 7 sind an der Streifenseite 8 des Fotowiderstandes 6 zusammengefasst und mittels der Leitung 9 an die Erregerspannung U angeschlossen. Die anderen Kontaktlamellen 10 sind über Leitungen 11 einzeln an den Kontaktlamellen 12 elektrisch angeschlossen, welche auf der einen Seite eines streifenförmigen piezoelektrischen Schwingermaterialg 13 quer zu dessen Längsausdehnung und im Abstand voneinander aufgebracht sind.
• Die andere Seite 14 des streifenförmigen piezoelektrischen Schwingermaterials 13 Ist durchgehend kontaktiert und über die Leitung 15 an dem anderen Pol der Erregerspannung angeschlossen.
• Der Ubersichtlichkeit wegen sind nur die ersten zehn Leitungen+/ Die Wirkungsweise des beschriebenen Gerätes ist folgende: In der gezeichneten Stellung wird der von der Lampe 1 bestrahlte Bereich des Fotowiderstandes 6 leitend, so dass die Erregerspannung über die Leitung g und die gemeinsame Elektrode 8 auf die im bestrahlten Bereich liegenden Kontaktlamellen 10 übergehen kann. Von dort aus wird die Erregerspannung über die Leitungen 11 auf die Kontaktlamellen 12 gegeben und So eine Erregung dieses Teiles des piezoelektrischen Scilwingermaterials eraielt. Beim Drehen der Blende 2 in Pfeilrichtung S verschiebt sich der bestrahlte Bereich des Fotowiderstandes nach rechts +/ 11 gezeichnet.
• s D dass über die Reihe fortlaufend Jeweils eine gleichgrosse Gruppe nebeneinander liegender Sender erregt wird. Beim Ausführungabeispiel sind die Lamellen des Schwingermaterials etwa 0,5 mm und die kontaktlosen Zwischenräume etwa 0,3 mm breit.
• Statt fotoelektrischer Schalter können auch, wie oben schon angedeutet, elektronsiche Schalter verwendet werden, insbesondere monostabile Multivibratoren, die vorzugsweise derart geschaltet werden, dass am Anfang eine Gruppe von z.B. zehn Schaltern in ihrem leitenden Zustand ist und dass der erste von den zehn Multivibratoren eine Schaltzeit von 1 t, der zweite von 2 t usw. hat. Beim Umkippen in seine nichtleitende Stellung ist die Schaltung so vorgenommen, dass der erste Multivibrator mit seiner Abfallflanke den elften Multivibrator, der zweite Nultivibrator den zwölften Multivibrator usw. einschaltet (wobei diese folgenden Multivibratoren alle die Schaltzeit 10 t haben), so dass wiederum fortlaufend eine Gruppe nebeneinander liegender Sender erregt wird. Am Ende des Schwingers soll die Schaltung derart wirken, dass alle zehn letzten Sender gleichzeitig abgeschaltet werden.
• Damit bei der angegebenen fotoe3Elctrischen Schalteinrichtung ebenfalls gewährleistet ist, dass-die Erregung mit einer vollständigen Gruppe von Elementen erfolgt (Beginn der Bildaufzeichnung), ist im Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher fotoeleBrischer Schalter 16 bei der zehnten Lamelle 17 vorgesehen.
• Bei Beleuchtung dieses Schalters wird über eine Triggerschaltung 18 erst die Hochfrequenzspannung an die gemeinsame Elektrode 8 angelegt. Bei der letzten Lamelle ist noch ein fotoelektrischer Schalter 19 angebracht, der bei Beleuchtung über die Triggerschaltung 18 die Elochfrequenzspannung wieder unterbricht. Auf diese Weise ist erreicht, das die Abtastung immer mit einer tollen Gruppe beginnt und endet. Statt vom Schalter 19 kann der Triggerschaltung zum Ausschalten der Erregungsspannung auch ein Impuls zugeführt werden der durch Erregung des letzten Wandlerelementes 20 der Reihe entsteht.

Claims (17)

1. Pa tentansprtlche

   gerät Gerät zur Untersuchung von Körpern durch Abtastung mittels Ultraschall, insbesondere nach der Echomethode, g e -k e n n z e i o h n e t d u r c h eine Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschallwandlerelemente und-Mittel zur Ansteuerung der Wandlerelemente in der Weise, dass Uber die Reihe fortlaufend jeweils eine Gruppe nebeneinanderliegender Wandler elemente erregt wird.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandler sowohl als Sender auch als Empfänger arbeiten.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe nebeneinander angeordneter Ultraschallwandler gebildet ist aus einem Streifen beidseitig elektrisch kontaktierten piezoelektrischen Sohwingermaterials und dass die Kontaktierung mindestens auf einer Seite aus vorzugsweise quer zur Streifenlängsrichtung aufgebrachten, von kontaktlosen Zwischenräumen voneinander getrennten Kontakten, insbesondere Kontaktlamellen, besteht.
4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Streifenseite mit Lamellen kontaktiert ist und die andere Seite mit einer gemeinsamen durchgehenden Kontaktierung fUr den Anschluß der Speisespannung versehen ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen etwa 0,5 mm und die kontaktlosen Zwischenräume etwa 0,3 mm breit sind.
6. 6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Jedem Wandlerelement bzw. Jeder Labile ein Schalter fUr den Anschluss an die Erregerspannung zugeordnet ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeiohnet, dass als Schalter ein Photowiderstand dient.
8. 8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter zusammengefasst sind, indem auf dem Photowiderstand eine der Zahl der Wandlerelemente entsprechende und mit diesen einzeln elektrisch verbundene Kontakte vorhanden sind, die mindestens einem ebenfalls am Photowiderstand angebrachten, mit der Erregerspannung verbundenen Kontakt gegenUberstehen.
9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Photowiderstand streifenförmig ausgebildet und mit quer zur Streifenlängsrichtung verlaufenden, mit Abstand nebeneinanderliegenden Kontaktlamellen versehen ist, von denen alle zweiten gemeinsam an der Erregerspannung angeschlossen und die anderen einzeln mit je einem der Ultraschallsender verbunden sind.
10. 10. Gerbt nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Photowiderstand kreisförmig gebogen und seine kontaktierte Seitedem Zentrum zugewandt ist, dass im Innern des Kreises eine Lichtquelle und zwischen Lichtquelle und Photowiderstand eine rotierende Blende vorgesehen sind.
11. 11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung einstellbar ist.
12. 12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenö£fnung so weit eingestellt ist, dass Jeweils eine Gruppe von etwa zehn Schaltern durch das Licht der Lichtquelle in ihren leitenden Zustand gebracht werden.
13. 13. Gerät nach Anspruch 1 bis 12, gekennzeict¢let durch Mittel zum Einschalten einer Gesamten Elementengruppe am eglnn der Reihe.
14. 14. Gerät nach Anspruch 1 bis 13, gekennzeichnet durch Mittel zum Ausschalten der Erregungsspannung nach der Erregung des letzten .Wandlerelementes.
15. 15. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Einschalten ein zusätzlicher photoelektrischer Wandler vorgesehen ist, der bei Beleuchtung der Schalter, die der ersten Gruppe der Reihe der Wandlerelemente zugeordnet sind, mitbelichtet wird.
16. 16. Gerät nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet-, dass dis Ein- und Ausschaltung Uber eine Triggerschaltung erfolgt.
17. 17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerschaltung zum Zwecke der Aussohaltung der Erregung spannung von der Erregung des letzten Wandlerelementes der Reihe gesteuert wird.