DE19808151A1 - Ultraschallmeßeinrichtung für die Medizintechnik, Verfahren zum Messen mit einer derartigen Einrichtung und ihre Verwendung in der Medizintechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallmeßeinrichtung für die Me­ dizintechnik mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, weiterhin auf die Verwendung einer derartigen Ultraschallmeßeinrichtung und ein Verfahren zum Messen mit einer derartigen Ultraschallmeßeinrich­ tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Ultraschallmeßeinrichtungen finden in der Medizintechnik sehr umfangreich Anwendung. Dies gilt auch für Ultraschallmeßeinrichtungen der eingangs genannten Art, die periodisch Ultraschallimpulse aussenden und die emp­ fangenen Echosignale nach dem Dopplerverfahren auswerten. Mit ihnen kann die Bewegung, insbesondere eine im wesentlichen periodische Bewe­ gung einer Gewebegrenzfläche erfaßt werden, beispielsweise der Wand einer Herzkammer, der Bauchdecke bei Wehen, Bewegungen eines Fötus in der Fruchtblase usw. Auf periodische Bewegung ist allerdings das Verfahren nicht beschränkt.

Bei den vorbekannten Meßeinrichtungen dieser Art treten folgende Proble­ me auf: Das ausgesandte Ultraschallsignal, das ausreichend breit sein muß, um die Grenzfläche auch wirklich vollständig erfassen zu können, muß auch so ausreichend kurz sein, daß zwischen ersten Echosignalen, die von einer ersten Grenzfläche kommen und zweiten Echosignalen, die von einer zweiten, in unmittelbarer Nachbarschaft der ersten liegenden Grenzfläche kommen, klar unterschieden werden kann. Üblicherweise wird bei den be­ kannten Meßeinrichtungen mit Impulsfolgen gearbeitet. Dabei kann man nicht unterscheiden zwischen den Echosignalen zweier kurz hintereinander­ liegenden Grenzflächen, weil die zeitlich zuerst eintreffenden Echosignale der Grenzfläche mit kürzerer Laufzeit noch nicht beendet sind, wenn schon die Echosignale der Grenzfläche mit längerer Laufzeit eintreffen. Die zeit­ liche Länge des Sendeimpulses bestimmt die erreichbare örtliche Auflösung in der Tiefe.

Nun gibt es bildgebende Ultraschallmeßeinrichtungen, bei denen ein momen­ tanes Zustandsbild, beispielsweise eines Fötus innerhalb einer Fruchtblase, abgefragt und dargestellt wird. Auf derartige Ultraschallmeßeinrichtungen bezieht sich die Erfindung jedoch nicht. Sie bezweckt die kontinuierliche Erfassung der Bewegung von Grenzflächen und nicht ein momentanes Zu­ standsbild innerhalb einer längeren Beobachtungszeit. Demgemäß arbeitet die Ultraschallmeßeinrichtung nach der Erfindung auch nicht mit einer Vielzahl von einzelnen, separat angesteuerten Einzelschwingern mit relativ kleiner Fläche, sondern mit einem großen Ultraschallschwinger, der der Größe nach der Fläche der zu untersuchenden Grenzflächenschicht angepaßt ist und der eine im wesentlichen keulenförmige Schallemission entlang ein­ er Hauptachse, die quer zu seinen Hauptflächen verläuft aufweist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, eine mit einem Sende- und Empfangsschwinger arbeitende Ultraschallmeßeinrichtung für die Medi­ zintechnik dahingehend weiterzubilden, daß die örtliche Auflösung in der Tiefe gesehen verbessert wird und unterschiedlich schnelle und langsame Bewegungen verschiedenen Grenzflächen erfaßt werden können. Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, die Ultraschallmeßeinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine verbesserte Tiefenau­ flösung erreicht wird, so daß unterschiedliche sich bewegende Gewebe­ grenzflächen, die in einem kurzen Tiefenabstand hintereinander angeordnet sind, einzeln erfaßt werden können, beispielsweise unterschiedliche Teilbe­ reiche eines fetalen Herzens.

Ausgehend von der Ultraschallmeßeinrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ultraschallschwinger eine möglichst unregelmäßige Form aufweist und/oder aus einer Vielzahl von kleinen Einzelschwingern aufgebaut ist, deren erste Elektroden alle mitein­ ander verbunden und deren zweite Elektroden alle miteinander verbunden sind.

Durch die möglichst unregelmäßige Form des Ultraschallschwingers, also die möglichst von einer regelmäßigen Form abweichende Ausbildung der beiden formgleichen Hauptflächen und/oder durch die Aufteilung eines ausreichend großen Einzelschwingers in eine Vielzahl von kleinen Einzel­ schwingern und Betrieb der Einzelschwinger als einen einzigen Gesamt­ schwinger wird es möglich, sehr kurzzeitige Ultraschallimpulse zu erzeugen. Bei Anregung des Ultraschallschwingers durch eine elektrische Spannung, die typischerweise bei fünf Volt liegt, wird bei einem Ultraschallschwinger nach dem Stand der Technik eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungs­ formen im Kristall, also im Ultraschallschwinger, angeregt. So werden ne­ ben der Festkörperschwingung, die zu der erwünschten Schallemission quer zu den Hauptflächen führt, auch Schwingungszustände angeregt, z. B. die quer hierzu verlaufen und die im folgenden als Querwellen bezeichnet wer­ den. Diese Querwellen koppeln mit den mechanischen Schwingungen, die die erwünschte Schallemission quer zu den Hauptflächen bewirken, beispiels­ weise Platten- oder Dickenschwingungen. Dies führt zu Schallemissionen in der gewünschten Ausbreitungsrichtung quer zu den Hauptflächen auch noch nach Abklingen der elektrischen Anregung. Je länger aber die Zeitdauer des Ultraschallimpulses ist, der von einem Ultraschallschwinger abge­ strahlt wird, umso größer ist auch die Unschärfe der Auflösung in der Tie­ fe.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale, also möglichst unregelmäßige Form des Ultraschallschwingers und/oder Zerteilen einer Scheibe in eine Vielzahl von Einzelschwingern und Betrieb als Gesamtschwinger wird nun die Aus­ bildung von Querwellen deutlich verringert. Damit aber werden die Aus­ gangsimpulse in Ausbreitungsrichtung kürzer.

Durch eine möglichst unregelmäßige Form des Ultraschallschwingers wird erreicht, daß sich keine stehenden Querwellen im Ultraschallschwinger aufbauen können. Bei zur Schwingung angeregten Platten kennt man diese als sogenannte chladnische Klangfiguren. Unter einer möglichst unregelmä­ ßigen Form wird also eine Form verstanden, bei der Querwellen nicht di­ rekt zwischen zwei gegenüberliegenden Randbereichen hin- und herlaufen können, vielmehr die schmalen seitlichen Grenzflächen quer zu den Haupt­ flächen so ausgebildet sind, daß eine reflektierte Querwelle nicht in ihre Ausgangsrichtung zurück reflektiert wird, vielmehr in eine andere Rich­ tung reflektiert wird. Die Gesamtanordnung ist dabei so ausgeführt, daß auch kein geschlossener Weg für eine mehrfache Reflexion im Ultraschall­ schwinger erreicht wird, also auch dreieckförmige, viereckförmige usw. geschlossene Umlaufwege von Querwellen vermieden sind.

Bei einer Herstellung des Ultraschallschwingers aus einer Vielzahl von kleinen Einzelschwingern wird ausgegangen von einer großen, keramischen Scheibe aus piezoelektrischem Material. Diese wird in einzelne, kleine Ele­ mente unterteilt, beispielsweise durch Sägen oder Brechen. Die Elemente müssen nicht notwendigerweise formgleich sein, obwohl dies nicht ausge­ schlossen sein soll. Bei dem Zerkleinern bzw. Zerteilen soll die ausgangs­ mäßig vorliegende Scheibe ihre Außenkontur nicht verändern, die einzelnen Einzelschwinger bleiben also an dem Platz, den sie auch zuvor in der Ge­ samtscheibe hatten. Die vorderseitigen und rückseitigen Elektroden der Einzelschwinger werden insgesamt miteinander verbunden, so daß der in Einzelschwinger unterteilte Ultraschallschwinger nach wie vor wie ein großflächiger, unzerteilter Ultraschallschwinger betrieben wird.

Es hat sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß mit den erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Ultraschallschwingern sehr kurzzeitige Ultra­ schallimpulse ausgesandt werden können. Die Zeitdauer der ausgesandten Ultraschallimpulse hängt nun nicht mehr im wesentlichen von der Ausbil­ dung des Ultraschallschwingers ab, sondern vielmehr von der ansteuernden Elektronik.

Um auch insoweit möglichst kurze Emissionen erhalten zu können, benutzt die Erfindung zur Anregung des Ultraschallschwingers eine Elektronik, die den Ultraschallschwinger dergestalt anregt, also mit einer Spannung ver­ sieht, daß der akustische Ausgangsimpuls möglichst nur eine Halbwelle ist. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, daß die Fouriertransfor­ mierte des akustischen Ausgangssignals als elektrisches Signal durch den Senderteil auf den Ultraschallschwinger gegeben wird. Einem Nachschwin­ gen des Ultraschallschwingers kann dadurch begegnet werden, daß eine entsprechende Gegenspannung vom Senderteil auf den Ultraschallschwinger einwirkt.

Die erfindungsgemäßen Ultraschallschwinger für die Ultraschallmeßeinrich­ tungen der hier in Rede stehenden Art benötigen keine Bedämpfungskörper auf ihrer Rückseite. Die Ultraschallschwinger sind aus einem harten Mate­ rial, insbesondere einem kristallinen Material hergestellt. Folienschwinger kommen nicht zum Einsatz. Bei Ausbildung des Ultraschallschwingers aus einer Vielzahl von kleinen Einzelschwingern kann es günstig sein, die Zwi­ schenräume zwischen den Einzelschwingern durch ein Material mit anderem Schallverhalten als dem piezoelektrischen Material auszufüllen, beispiels­ weise durch Kunststoff. Dadurch wird auch der Zusammenhalt des in Einze­ lelemente aufgeteilten Gesamtschwingers verbessert.

Frequenzmäßig wird der Ultraschallschwinger im Bereich zwischen 200 KHz und 8 MHz, insbesondere im Bereich 1 bis 4 MHz betrieben. In diesem Fre­ quenzbereich werden auch tieferliegende Gewebeteile, Organe usw. des menschlichen Körpers, insbesondere eines Fötus, noch gut erkannt, bei höheren Frequenzen findet dagegen eine zu starke Schallabsorption statt.

In einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Weiterbildung wird das Ultraschallmeßgerät nach Anspruch 1 nun derart betrieben, daß von dem Ultraschallschwinger periodisch einerseits eine erste Impulsanordnung und andererseits eine zweite Impulsanordnung abgesandt wird, die sich in der Wiederholfrequenz und in der Ausbildung von der ersten Impulsanordnung unterscheidet, daß die beiden periodischen Impulsanordnungen von dem Ultraschallschwinger wieder empfangen werden und daß die Auswertung im Empfängerteil so erfolgt, daß die empfangenen Echosignale nach Wieder­ holfrequenz und Ausbildung sortiert werden und die von den ersten Impul­ sanordnungen stammenden Signale getrennt von denjenigen der zweiten Impulsanordnung dargestellt werden.

Auf diese Weise können zwei unterschiedliche Bewegungen, beispielsweise eine Wehentätigkeit der Bauchdecke der Mutter und der Herzschlag eines Fötus, gleichzeitig erfaßt werden. Die in ihrer Frequenz wesentlich lang­ samere Wehenbewegung wird entsprechend mit Impulsen abgetastet, die eine relativ langsame Wiederholfrequenz haben. Demgegenüber wird die Herzbe­ wegung des Fötus mit einer im Vergleich hierzu höheren Wiederholfrequenz abgetastet. Aufgrund der unterschiedlichen Form und Ausbildung der Im­ pulsanordnungen können die empfangenen Echosignale zugeordnet werden. Im Empfängerteil und insbesondere in der nachgeschalteten Auswerteelek­ tronik wird also danach ausgewertet, ob ein Echosignal von einer ersten Impulsanordnung oder von einer zweiten Impulsanordnung stammt.

Unter einer Impulsanordnung wird dabei der Bereich zwischen einem Einzel­ impuls und einem Mehrfachimpuls verstanden. Die erste Impulsanordnung kann also beispielsweise ein periodisch ausgesandter Einzelimpuls sein, die zweite Impulsanordnung kann aus mehreren, schnell hintereinander folgen­ den Einzelimpulsen bestehen, beispielsweise 3, 5, 7 oder 20 Einzelimpulse. Die Einzelimpulse können aber selbst noch eine charakteristische Form haben und es können sich die Einzelimpulse innerhalb einer Impulsgruppe voneinander unterscheiden, beispielsweise in ihrer Form und/oder in ihrem zeitlichen Abstand. So kann beispielsweise eine zweite Impulsanordnung aus drei kurzen Einzelimpulsen, einer kurzen Pause, die beispielsweise die Länge des vierten Einzelimpulses hat, und aus anschließend weiteren Einzel­ impulsen bestehen.

Die Abfolge der Impulse der ersten Impulsanordnung und der zweiten Im­ pulsanordnung ist so gewählt, daß die möglichen Echos der Emission einer Impulsanordnung erst alle wieder im Ultraschallschwinger empfangen sind, bevor die nächste Impulsanordnung ausgestrahlt wird. Demgemäß stehen die Frequenzen, mit denen die erste Impulsanordnung wiederholt wird und mit denen die zweite Impulsanordnung wiederholt wird, in einem festen Ver­ hältnis zweier natürlicher Zahlen. In der Praxis wird die erste Impulsan­ ordnung mit einer größeren Wiederholfrequenz ausgesandt und in jede z. B. zehnte, hundertste oder zweihundertste Pause zwischen zwei ersten Impuls­ anordnungen eine zweite Impulsanordnung hineingegeben. Die erfindungs­ gemäße Ultraschallmeßeinrichtung kann aber auch so betrieben werden, daß mit einer festen Wiederholrate Impulsanordnungen abgesandt werden, und zwar zunächst eine vorgegebene Anzahl erster Impulsanordnungen, bei­ spielsweise 99 und dann, als hundertster Impuls, eine zweite Impulsanord­ nung. Auch diese Emission wiederholt sich periodisch. Es können aber die Impulsanordnungen auch zeitlich nacheinander ausgesandt werden.

Insbesondere aber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Ar­ beitsweise, die dazu hilft, Gewebegrenzflächen erst einmal aufzufinden und danach, wenn sie aufgefunden sind, genauer analysieren zu können. Hierzu wird zunächst, während der Suche, eine erste Impulsanordnung ausgesandt, die aus relativ viel Einzelimpulsen besteht, also eine größere Schallenergie insgesamt darstellt. Ist mit dieser die gewünschte Grenzfläche, beispiels­ weise die Wand einer Herzkammer, zunächst einmal gefunden, was man an der Dopplerfrequenz der Echosignale ersehen kann, wird die Anzahl der Impulse reduziert auf die zweite Impulsanordnung, letztendlich bis hin zu Einzelimpulsen. Dann kann die lokale Auflösung soweit gesteigert werden, daß unterschiedliche Grenzflächen, die eng benachbart sind, voneinander unterschieden werden können. Bei diesem beschriebenen Verfahren wird also das Ultraschallmeßgerät in seiner Ausgangsleistung schrittweise ver­ ändert und zunächst mit viel Schallenergie lokalisiert, danach mit wenig Schallenergie und entsprechend kurzzeitigen Impulsen analysiert. Man kann hier von einer Suchfunktion oder von einer Lupenfunktion sprechen. Es soll betont werden, daß bei dem zuletzt beschriebenen Verfahren es nicht notwendig ist, daß die erste Impulsanordnung gleichzeitig mit der zweiten Impulsanordnung ausgesandt wird. Dies ist allerdings nicht ausgeschlossen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnah­ me auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf einen Ultraschallschwinger, der in Form einer dünnen, fünfeckigen Scheibe vorliegt und vorn und hinten mit einer Elektrode versehen ist,

Fig. 2: eine Darstellung eines Ultraschallschwingers ähnlich Fig. 1, je­ doch nunmehr mit im wesentlichen kreisförmiger, allerdings unre­ gelmäßig berandeter Form,

Fig. 3: eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Ultra­ schallschwingers in einer Sicht wie Fig. 1, nunmehr in Form einer Kreisscheibe mit unregelmäßigen Einsägungen,

Fig. 4: eine Draufsicht auf einen Ultraschallschwinger entsprechend Fig. 1, nunmehr mit kreisrunder Grundform, der durch eingezeichnete Schnittlinien in eine Vielzahl von Einzelschwinger unterteilt ist,

Fig. 5: eine Prinzipdarstellung in Form eines Blockschaltbildes eines Ultra­ schallmeßgerätes mit einem Computer, einem Dopplerbaustein, einem Ultraschallschwinger nach der Erfindung und weiteren einzelnen Bauteilen,

Fig. 6: ein Diagramm der Ausgangsspannung U in Volt über der Zeit t in Sekunden, wie sie in einer Ausführungsform der Erfindung am Ul­ traschallschwinger gemäß einem der vorangegangenen Figuren an­ liegt,

Fig. 7: ein Diagramm entsprechend Fig. 6, jedoch nunmehr mit einer ande­ ren Impulsabfolge und

Fig. 8: eine Darstellung entsprechend Fig. 6, jedoch mit wiederum geän­ derter Impulsabfolge.

Fig. 1 bis 4 zeigen einzelne Ultraschallschwinger 34, die jeweils aus einer flachen Scheibe aus keramischem, piezoelektrischem Material herge­ stellt sind. Die Scheibe hat Dickenabmessungen im Bereich von beispiels­ weise 0,2 bis 2 mm, insbesondere 0,5 bis 1 mm, ihre in der Draufsicht er­ kennbaren Abmessungen in ihrer Hauptfläche liegen dagegen im Bereich von mehreren Zentimetern, beispielsweise 5 bis 7 cm. Die Scheibe hat so­ wohl an ihrer in Fig. 1 oben liegenden frontseitigen Hauptfläche 20 als auch auf ihrer gleich ausgebildeten, nicht sichtbaren rückseitigen Haupt­ fläche 22 eine Elektrode, die sich über die gesamte Fläche erstreckt. Die Elektrode der frontseitigen Hauptfläche 20 ist mit einer Zuleitung 24 ver­ bunden, die Elektrode der rückseitigen Hauptfläche 22 ist an eine Zulei­ tung 26 angeschlossen. Die Grundfrequenz des Ultraschallschwingers 34 beträgt etwa 1 MHz. Aufgrund der beschriebenen Abmessungen liegt der Flächeninhalt der Hauptfläche 20 deutlich über einem Quadratzentimeter, er liegt bei mehreren Quadratzentimetern, etwa bei dreißig Quadratzentime­ tern.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Ultraschallschwinger von fünf geradlinigen Kanten begrenzt, es wird insgesamt ein unregelmäßiges Fünfeck gebildet. Die Winkel zwischen den einzelnen Geraden sind so ge­ wählt, daß an einer Kante reflektierte Ultraschall-Querwellen nicht einen geschlossenen Umlauf durchführen können.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anfänglich ausgegangen worden von einer Kreisscheibe, die ebenfalls wieder vorn und hinten mit Elektro­ den versehen ist. Durch randseitige Beschädigungen, beispielsweise Abbre­ chen usw., ist die ausgangsmäßig regelmäßige runde Form aufgehoben, der Ultraschallschwinger hat nun eine sehr unregelmäßige Begrenzung. Dadurch wird vermieden, daß sich stehende Querwellen im flachen Scheibenmaterial ausbilden können.

In der Ausführung nach Fig. 3 ist die ausgangsmäßig runde Form beibe­ halten worden, Querwellen werden nun aber dadurch gestört, daß unregel­ mäßige und nicht radial Einschnitte erfolgt sind. Dies gehen allerdings nicht durch, so daß der Ultraschallschwinger einstückig bleibt, wie dies auch bei den vorangegangenen Ausführungen der Fall ist. Aufgrund der Einschnitte wird der Schwinger in unterschiedliche Bereiche, die allerdings zusammenhängen, aufgeteilt. Ein Entstehen von stehenden Wellen im Materi­ al wird behindert.

Die bisher besprochenen Ausführungen können kombiniert werden. So kann beim Ultraschallschwinger 34 nach Fig. 1 durch Abbrechen und Verletzen der dort gezeigten geraden Kanten eine unregelmäßige Kantenform, wie sie Fig. 2 beschreibt, erhalten werden. Zusätzlich können Einschnitte 28 von den Kanten ins Innere erfolgen, wie sie Fig. 3 lehrt. Auch die Ausführun­ gen nach Fig. 2 und 3 können miteinander kombiniert werden, es kann also im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 durch eine Vielzahl von Schnit­ ten eine weitere Unterdrückung von Querwellen erhalten werden.

Entscheidend ist in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 stets, daß die Randlinie, die die beiden Hauptflächen 20, 22 begrenzt, mög­ lichst unregelmäßig ist, also keine insbesondere geradzahligen Perioden aufweist.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführung. Wiederum ist ein ausgangsmäßig kreisförmiger Schwinger benutzt, der an seinen beiden Hauptflächen 20, 22 wieder mit Elektroden belegt ist. Diesmal ist er durch eine erste Schaar von zueinander parallelen Sägelinien und weiterhin durch eine zweite Schaar schräg hierzu verlaufender, paralleler Sägelinien in einzelne, un­ tereinander gleichgroße Parallelogrammteilchen zersägt worden. Um dies zu ermöglichen, ist er vorzugsweise ausgangsmäßig auf einen Träger aufge­ klebt worden, der allerdings nicht als Dämpfungskörper wirkt. Der Träger hat lediglich die Aufgabe, die später zersägten Teilchen in der Anordnung zusammenzuhalten, in der sie auch in unzersägter Form vorlagen. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von Einzelschwingern 30 erreicht, die elektrisch jedoch so kontaktieren und miteinander verbunden waren, wie dies vor dem Sägen der Fall war. Die sehr vielen Einzelschwinger 30 nach Fig. 4 wirken also gemeinsam wie der ursprüngliche, unzerschnittene Schwinger. Durch die Schnittlinien ist lediglich eine kleine Flächenreduzierung erfolgt. Zwi­ schen den Einzelschwingern 30 bestehen Spalten 32, die ein Überkoppeln von Querwellen verhindern. Sie können mit Kunststoff gefüllt sein.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ultraschallmeßeinrichtung der hier in Rede stehenden Art. Der Ultraschallschwinger 34 ist auf der rechten Seite der Figur dargestellt, er ist über zwei Leitungen mit einem Sende-/Empfangs­ schalter 36 verbunden. Dies ist durch einen Doppelpfeil gekenn­ zeichnet. Auf seiner rechten Seite ist die Ultraschallemission durch drei nach rechts weisende, kontinuierlich ausgezogene, V-förmige Pfeilspitzen dargestellt, der Empfang von Ultraschall-Echosignalen ist durch zwei ge­ strichelt eingezeichnete, in Gegenrichtung verlaufende Pfeilspitze darge­ stellt.

Durch den Sende-/Empfangsschalter 36 wird mindestens einer der beiden Anschlußdrähte des Ultraschallschwingers 34 wechselseitig entweder mit einem Empfängerteil 38 oder mit einem Senderteil 40 verbunden. Beide sind als breitbandige Operationsverstärker ausgeführt. Sie sind mit einem Dopp­ lerbaustein 42 verbunden. Zu diesem gehört ein Digital/Analog-Konverter 44, der ein digital erzeugtes Sendesignal in eine analoge Spannung umsetzt, das vom Senderteil 40 verstärkt wird und am Ultraschallschwinger 34 an­ liegt. Weiterhin gehört zum Dopplerbaustein 44 ein Analog/Digital-Konver­ ter 46, der die vom Ultraschallschwinger 34 aufgenommenen Echosignale, die in elektrische Spannung wieder umgesetzt sind, nach Verstärken durch den Empfängerteil 38 digitalisiert. Der eigentliche Dopplerbaustein 42 und natürlich auch ein mit diesem verbundener Computer 48 arbeiten rein digi­ tal. Die Arbeitsweise des Dopplerbausteins 42 und des Computers 48 ist aus dem Stand der Technik bekannt.

In den Fig. 6 bis 8 sind unterschiedliche Schallimpulse dargestellt, wie sie bei entsprechender Anregung des Ultraschallschwingers 34 von diesem abgegeben und beispielsweise durch einen hier nicht dargestellten Test­ schwinger mit angeschalteter Empfangselektronik empfangen werden kön­ nen. Mit dem in Fig. 5 gezeichneten Gerät kann man sie empfangen, wenn man dem Ultraschallschwinger eine reflektierende Platte gegenüberstellt.

Dargestellt in den Diagrammen nach den Fig. 6 bis 8 ist stets der Ver­ lauf der dem Ultraschallimpuls entsprechenden Spannung U in Volt, wie sie an dem erwähnten Testempfänger abgelesen werden kann, über der Zeit t in Sekunden. Die Anregung jedes einzelnen, jeweils durch einen Strich darge­ stellten Ultraschallimpulses erfolgt durch den Computer 48 dabei so, daß die Fouriertransformierte dieses Einzelimpulses erzeugt und dem Ultra­ schallschwinger 34 analog zugeführt wird. In einer vereinfachten Ausfüh­ rung können aber einfach Rechtecksignale oder Nadelpulse und dergleichen auf der elektrischen Seite eingesetzt werden.

Wie Fig. 6 zeigt, wird eine erste Impulsanordnung, die hier aus vier sehr kurzzeitig hintereinander folgenden Einzelimpulsen gleicher Amplitude be­ steht, periodisch im Zeitabstand t1 erzeugt und abgesandt. Mit diesen Im­ pulsen der ersten Impulsanordnung 50 wird beispielsweise eine sich schnel­ ler bewegende Gewebegrenzfläche, z. B. eine Herzkammerwand, abgetastet.

Zusätzlich werden Einzelimpulse mit etwas geringerer Amplitude als zweite Impulsanordnung 52 erzeugt, sie fallen etwa mittig zwischen zwei Impulsa­ nordnungen 50 der ersten Periode der Impulsanordnungen und haben eine geringere Wiederholfrequenz, die hier durch t2 gekennzeichnet ist. Danach liegen zwischen zwei zweiten Impulsanordnungen stets drei erste Impulsan­ ordnungen. In der Praxis kann das Verhältnis noch viel größer sein, bei­ spielsweise kann aller 50 erste Impulsanordnungen eine zweite Impulsan­ ordnung folgen. Mit den zweiten Impulsanordnungen 52 können langsamere Bewegungen von Gewebegrenzflächen, beispielsweise Wehen, erfaßt werden.

Fig. 7 zeigt, daß zunächst mit einer ersten Impulsanordnung 50 von je­ weils sieben Einzelimpulsen eingeschallt wird, beispielsweise um erst ein­ mal ein Ziel auffinden zu können. Die Periode ist t1. Wenn das Ziel gefun­ den ist, wird die Impulsanordnung verändert, in Fig. 7 ist dies darge­ stellt durch zwei weitere zweite Impulsanordnungen 52 mit jeweils nur zwei Einzelpulsen. Um die örtliche Auflösung weiter zu steigern, wird unter Bei­ behaltung der zeitlichen Periode anschließend noch eine dritte Impulsan­ ordnung 54 gewählt, die in Fig. 7 dargestellt ist durch einen Einzelpuls im rechten Bereich der Figur. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der erste Impuls jeder Impulsanordnung 50, 52, 54 jeweils t1 Sekunden hinter dem Erstimpuls der vorangegangenen Impulsanordnung 50, 52, 54 auftritt. Es wird also nur mit einer Periode gearbeitet.

Ähnliches gilt in Fig. 8. Auch hier fallen periodisch in Zeitabständen t1 jeweils Impulse an, nämlich einerseits Impulse einer ersten Impulsanord­ nung 50 bestehend aus drei Einzelpulsen mit etwas geringerer Amplitude und eine zweite Impulsanordnung 52 bestehend aus einem Einzelpuls mit etwas höherer Spannung. Diese beiden Impulsanordnungen 50, 52 alternieren nun jedoch nicht, sondern auf drei zweite Impulsanordnungen 52 folgte eine erste Impulsanordnung 50. Anders ausgedrückt läuft die zweite Impulsan­ ordnung 52 periodisch mit der Periodenzeit t1 durch, nach im Ausführungs­ beispiel 3 ausgesandten zweiten Impulsanordnungen 52 wird jedoch deren Aussendung unterdrückt, also es wird die vierte Aussendung der zweiten Impulsanordnung unterdrückt, statt dessen wird eine erste Impulsanordnung 50 ausgesandt.

Claims (10)

1. Ultraschallmeßeinrichtung für die Medizintechnik und bevorzugt für die fetale Analyse,

• - mit einem Ultraschallschwinger (34), der aus einer flachen Scheibe aus keramischem, piezoelektrischem Material hergestellt ist, eine Fläche von mindestens einem Quadratzentimeter insgesamt aufweist und eine in seiner Abstrahlrichtung vorn liegende erste Elektrode auf einer Haupt­ fläche (20) und eine in seiner Abstrahlrichtung hinten liegende zweite Elektrode auf der zweiten Hauptfläche (22) aufweist,
• - mit einem Senderteil (40), das mit dem Ultraschallschwinger (34) ver­ bunden ist und
• - mit einem Empfängerteil (38), das ebenfalls mit dem Ultraschall­ schwinger (34) verbunden ist,
  dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallschwinger (34) eine mög­ lichst unregelmäßige Form aufweist und/oder aus einer Vielzahl von kleinen Einzelschwingern (30) aufgebaut ist, deren erste Elektroden alle miteinander verbunden und deren zweite Elektroden alle miteinander verbunden sind.

2. Ultraschallmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Ultraschallschwingers (34) mehr als drei, insbeson­ dere mehr als zwölf und vorzugsweise mehr als zwanzig Quadratzentime­ ter beträgt.

3. Ultraschallmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Vielzahl von Einzelschwingern (30) hergestellte Ul­ traschallschwinger (34) so aufgebaut ist, daß die kleinen Einzelschwin­ ger (30) dicht an dicht nebeneinander angeordnet sind und insbesondere benachbarte Einzelschwinger (30) nur durch die Breite eines Säge­ schnitts voneinander getrennt sind, daß der Abstand zwischen ihnen kleiner als fünf, insbesondere kleiner als drei Millimeter ist und daß sie sich auf einer regelmäßigen Fläche, insbesondere einer Ebene, be­ finden.

4. Ultraschallmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ultraschallschwinger (34) mit möglichst unregelmäßiger Form die Seitenlinien nicht parallel zueinander verlaufen, insbesondere daß der Ultraschallschwinger (34) eine Form eines regelmäßigen n-Ecks hat, wobei n eine ungerade, ganze Zahl ist.

5. Ultraschallmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Senderteil (40) angesteuert wird über einen Computer (48), der mit dem Senderteil (40) über einen D/A-Wandler verbunden ist und daß der Empfängerteil (38) ausgangsseitig an den Computer (48) angeschlos­ sen ist, mit dem er über einen A/D-Wandler verbunden ist.

6. Verwendung einer Ultraschallmeßeinrichtung

• - mit einem Ultraschallschwinger (34), der aus einer flachen Scheibe aus keramischem, piezoelektrischem Material hergestellt ist, eine Fläche von mindestens einem Quadratzentimeter insgesamt aufweist, eine in seiner Abstrahlrichtung vorn liegende erste Elektrode auf einer Haupt­ fläche (20) und eine in seiner Abstrahlrichtung hinten liegende zweite Elektrode auf der zweiten Hauptfläche (22) aufweist, und der zur Un­ terdrückung von Querwellen im Ultraschallschwinger (34) eine möglichst unregelmäßige Form aufweist und/oder aus einer Vielzahl von kleinen Einzelschwingern (30) aufgebaut ist, deren erste Elektroden alle mitein­ ander verbunden und deren zweite Elektroden alle miteinander verbun­ den sind
• - mit einem Senderteil (40), das mit dem Ultraschallschwinger (34) ver­ bunden ist und
• - mit einem Empfängerteil (38), das ebenfalls mit dem Ultraschall­ schwinger (34) verbunden ist,
  für die Erfassung bewegter Gewebegrenzflächen in der Medizintechnik und bevorzugt in der fetalen Analyse.

7. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschallmeßeinrichtung für die Medi­ zintechnik und bevorzugt für die fetale Analyse mit einer Ultraschall­ meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Ultraschallschwinger (34) periodisch einerseits eine erste Impulsanord­ nung (50) und andererseits eine zweite Impulsanordnung (52) abgesandt wird, die sich in der Wiederholfrequenz und in der Ausbildung von der ersten Impulsanordnung (50) unterscheidet, daß die beiden periodi­ schen Impulsanordnungen (50, 52) von dem Ultraschallschwinger (34) wieder empfangen werden und daß die Auswertung im Empfängerteil (38) so erfolgt, daß die empfangenen Echosignale nach Wiederholfre­ quenz und Ausbildung sortiert werden und die von den ersten Impulsa­ nordnungen (50) stammenden Signale getrennt von denjenigen der zwei­ ten Impulsanordnung (52) dargestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der er­ sten Impulsanordnung (50) eine schneller erfolgende Bewegung an einer Gewebegrenzfläche, beispielsweise eine Bewegung eines Teils eines Herzens, und daß mit der zweiten Impulsanordnung (52) eine langsame erfolgende Bewegung, zum Beispiel die Wehentätigkeit erfaßt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impul­ sanordnung (50, 52, 54) einen Monoimpuls aufweist, der möglichst kurz ist und insbesondere nach einer Halbwelle deutlich abgeklungen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ultraschallschwingers (34) im Bereich zwischen 200 KHz und 8 MHz, insbesondere im Bereich von 1 bis 4 MHz liegt.