DE69027284T2

DE69027284T2 - Dreidimensionaler Ultraschallabtaster

Info

Publication number: DE69027284T2
Application number: DE69027284T
Authority: DE
Inventors: Syohgo Iijima; Takashi Mochizuki
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2010-12-14
Also published as: CA2032204C; EP0432771A1; US5152294A; DE69027284D1; EP0432771B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallabtaster bzw. eine Ultraschall-Abtasteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Aussendung bzw. zum Empfang von Ultraschallwellen und insbesondere einen Ultraschallabtaster, der dazu geeignet ist, Objekten in einem für eine medizinische Diagnose zu untersuchenden lebenden Körpers betroffene dreidimensionale Daten zu erfassen.
Auf dem medizinischen Bereich findet die Ultraschall-Diagnose breite Anwendung. Eine derartige medizinische Diagnose wird unter Verwendung eines Ultraschall-Diagnosegerätes durchgeführt, das aus einer Ultraschall-Diagnosegerät-Zentraleinheit und einen eine (nachstehend als Meßwertaufnehmerfeld bezeichnete) regelmäßige Anordnung von Meßwertaufnehmern enthaltenden Abtaster besteht. In der Praxis sendet das Diagnosegerät Ultraschallwellen aus und empfängt reflektierte Echowellen von Objekten in dem lebenden Körper mittels eines die Körperhaut berührenden Ultraschall-Abtasters, und diese somit erfaßten Echodaten werden durch die Zentraleinheit des Diagnosegeräts analysiert und verarbeitet, so daß Informationen bezüglich eines Querschnitt-Schichtbildes oder der Blutflußgeschwindigkeit usw. als dynamisches Bild sichtbar angezeigt werden.
Vor der ausführlichen Beschreibung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Ultraschallabtasters ist unter Bezug auf Fig. 1 ein herkömmlich verwendeter Konvex-Abtaster beschrieben.
Gemäß diesem herkömmlichen, mit der Bezugszahl 10 bezeichneten Ultraschallabtaster bewirkt ein innerhalb eines konvexförmigen Endabschnitts des Abtasters angebrachtes Meßwertaufnehmerfeld 12 die Aussendung und den Empfang von Ultraschallwellen. Wie aus der Darstellung ersichtlich, besteht dieses Meßwertaufnehmerfeld 12 aus einer Vielzahl von entlang der Endoberfläche des konvexförmigen Abtasters 10 angeordneten Meßwertaufnehmer-Elementen 12a.
Bei der gekrümmten Endoberfläche des Abtasters 10 ist eine akustische Linse 14 zur Fokussierung der Ultraschallwellen und eine Anpassungsschicht 16 zur Anpassung der Schallimpedanz ist zwischen der akustischen Linse 14 und dem Meßwertaufnehmerfeld 12 angeordnet. Darüberhinaus ist zur Absorbierung unnötiger Ultraschallwellen eine rückwärtige Schicht 18 hinter dem Meßwertaufnehmerfeld 12 angebracht.
Bei einem derartigen Aufbau verursacht die Anlegung eines Ansteuersignals an jedes Meßwertaufnehmer-Element 12a eine Aussendung der Ultraschallwellen in einer bezüglich der oberen Oberfläche des Elementes 12a senkrechten Richtung. Folglich wird die Erfassung von einem trichterförmigen zweidimensionalen Bereich betreffenden Daten möglich.
Jedoch ist es bei dem herkömmlichen Ultraschallabtaster schwierig, mit dem stationären Abtaster andere Informationen als einem zweidimensionalen Bereich betreffende Echodaten zu erhalten. Zur dreidimensionalen Beobachtung eines angegriffenen Organs in einem lebenden Körper ist eine absichtliche Positionsänderung oder Winkelneigung des Abtasters durch einen manuellen Vorgang notwendig.
Wenn der Abtaster durch eine manuelle Einwirkung bewegt oder geneigt wird, ist es äußerst schwierig, das zu untersuchende Organ an der optimalen Position und mit dem optimalen Winkel zu beobachten, und auch die Datenerfassung wird nachteilig gestört. Deshalb gab es im medizinischen Dienstleistungsbereich einen Bedarf nach einem Ultraschallabtaster, der zur sicheren und genauen Erfassung von einen dreidimensionalen Bereich innerhalb eines lebenden Körpers betreffende Echodaten geeignet ist.
Zudem schreitet entsprechend dem Fortschritt in der Bildverarbeitungstechnik die Entwicklung eines Geräts zur sichtbaren und dreidimensionalen Anzeige eines Bildes von einem Ziel in einem dreidimensional bestimmten Bereich in dem lebenden Körper voran. Selbst bei der Entwicklung eines derartigen Geräts wurde die Einführung des zur Erfassung von dreidimensionalen Echodaten-Informationen geeigneten Ultraschallabtasters erwartet.
Der gattungsbildende Ultraschallabtaster ist aus der D E-B-2 826 828 bekannt und weist eine aus einer regelmäßigen Anordnung von Meßwertaufnehmer-Elementen bestehende Meßwertaufnehmer-Einheit auf. Jedoch kann dieser Abtaster nur quasidreidimensionale Bilder erfassen. Die Meßwertaufnehmer-Einheit kann durch einen Positioniermechanismus in Rotationsund Translationsrichtung positioniert werden. Mittels des Positioniermechanismus gemäß der DE-B-2 826 828 wurde erreicht, daß die Ultraschallwellen des Meßwertaufnehmerfeldes auf einen bestimmten Punkt auf einem zu untersuchenden Objekt gerichtet werden, wobei die Ultraschallwellen eines einzelnen Meßwertaufnehmers auch auf diesen Punkt auftreffen. Die mechanische Positionierung erfolgt nur für die Einstellung, aber nicht für die Datenerfassung.
Weiterhin offenbart die FR-A-2 620 327 einen Abtaster, der keine dreidimensionale Daten erhalten kann. Gemäß der FR-A-2 620 327 war eine Abtastung eines zu untersuchenden Objekts mittels einer mechanischen Schwenkbewegung eines Meßwertaufnehmers bereits möglich, jedoch nur zum Erhalt von zweidimensionalen Daten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallabtaster gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine dreidimensionale Datenerfassung leicht durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dargelegten Merkmale gelöst.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
Während der Datenerfassung ist das mechanische Schwenken des Meßwertaufnehmers und dessen Winkelerfassung durch eine Winkel-Erfassungseinrichtung erfindungsgemäß mit einer elektronischen Abtastung durch das Meßwertaufnehmerfeld in senkrechter Richtung bezüglich des jeweils anderen überlagert, damit ein dreidimensionaler Datenerfassungsbereich ausgebildet wird.
Der dreidimensionale Bereich wird in einem Körper durch Bestimmung einer Position in drei Dimensionen ohne manuelle und absichtliche Veränderung des Winkels oder Bewegung der Position des Abtasters erhalten.
Die Meßwertaufnehmer-Einheit wird senkrecht zu einer Richtung geschwenkt, in der eine Vielzahl von Meßwertaufnehmer-Elementen angeordnet sind, und der durch diesen Schwenkvorgang gebildete Winkel wird gleichzeitig durch die Winkel-Erfassungseinrichtung erfaßt.
Folglich kann, da die Datenerfassung in einem dreidimensionalen Bereich durch mechanisches Schwenken der zweidimensionalen, durch die Abtastung durch das Meßwertaufnehmerfeld gebildeten Datenerfassungsebene verwirklicht werden kann, eine genaue und beständige Datenerfassung unabhängig von einer manuellen und bewußten Handlung durchgeführt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es aufgrund der Bestimmung der dreidimensionalen Position der Echodaten durch die Adresse eines anzusteuernden Meßwertaufnehmer-Elements und den Schwenkwinkel möglich wird, der Zentraleinheit des Ultraschall-Diagnosegerätes Informationen wie den für die Verarbeitung von dreidimensionalen Bildern unentbehrlichen Schwenkwinkel zuzuführen.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß eine Ausbreitung von Schallenergie zwischen der Meßwertaufnehmer-Einheit und der Hautoberfläche des lebenden Körpers möglich ist, ohne durch die Luft zu gelangen, indem ein Mediumbad innerhalb des Abtastergehäuses vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Dreidimensional-Abtasters,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Dreidimensional-Abtasters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung von vorne,
Fig. 3 eine Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Abtasters, die entlang der dort gezeigten strichpunktierten Linie III- III' genommen ist,
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht, die näher den dreidimensionalen Datenerfassungsbereich in Form eines "V" veranschaulicht,
Fig. 5 eine teilweise aufgeschnittene vergrößerte Ansicht eines Abtasters einschließlich einer Mehrfachreflexion von Ultraschallwellen,
Fig. 6 eine aufgeschnittene vergrößerte Teilansicht des Dreidimensional-Ultraschallabtasters, die die Absorption unnötiger mehrfach reflektierter Ultraschallwellen mittels eines bei diesem Abtaster verwendeten Absorptionsmaterials veranschaulicht,
Fig. 7 eine Explosions-Perspektivdarstellung einer bei dem erfindungsgemäß ausgeführten Dreidimensional-Ultraschallabtaster verwendeten Winkel-Erfassungseinrichtung und
Fig. 8 ein Blockschaltbild des Dreidimensional-Ultraschallabtasters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Dreidimensional-Abtasters gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung von vorne. Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 2 gezeigten Abtasters, die entlang der dort gezeigten strichpunktierten Linie III-III' genommen ist.
Gemäß Fig. 2 hat ein Abtastergehäuse 22, in dem ein Ultraschallabtaster 20 eingebaut ist, eine den unteren Wandteil bildende Kontaktwand 24, die zur Vermeidung von Unannehmlichkeiten für den Patienten beim Kontakt des Abtasters mit der Haut des Patienten in einer verhältnismäßig ebenen konvexen Form ausgebildet ist. Wie außerdem Fig. 3 entnommen werden kann, hat dabei ein den oberen Abschnitt des Abtastergehäuses 22 bildender Griffabschnitt 25 eine in der Seitenrißansicht kleinere Dicke als die des unteren Abschnitts des Gehäuses 22, damit ein leichtes Greifen ermöglicht wird.
Im Inneren des Abtastergehäuses 22 ist eine Meßwertaufnehmer- Einheit 28 vorgesehen, die durch einen Schwenkmechanismus 26 geschwenkt wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Meßwertaufnehmer-Einheit 28 an dessen unterer Seite konvex ausgebildet, und eine nachstehend als Meßwertaufnehmerfeld bezeichnete regelmäßige Anordnung 30 von Meßwertaufnehmern ist im Inneren des Endabschnitts parallel zu der konvexförmigen Außenfläche abgeordnet. Das Meßwertaufnehmerfeld 30 besteht aus einer Vielzahl von Meßwertaufnehmer-Elementen 30a, die parallel zur konvexförmigen Endoberfläche 28A der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 angeordnet sind.
Obwohl nicht gezeigt, ist eine akustische Linse an der konvexen Endoberfläche 28A zur Vermeidung von unerwünschter und störender Ausbreitung von Ultraschallwellen angebracht. Ausserdem ist eine Anpassungsschicht zwischen der akustischen Linse und dem Meßwertaufnehmerfeld 30 zur korrekten Anpassung der Schallimpedanz vorgesehen. Zusätzlich ist eine rückwärtige Schicht an der Rückseite des Meßwertaufnehmerfeldes 30 vorgesehen.
Nachstehend ist der Aufbau und die Arbeitsweise des Schwenkmechanismus 26 zur Ausführung eines Schwenkvorgangs der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 beschrieben.
Im Inneren des Abtastergehäuses 22 ist ein Sockel 32 zur Aufteilung des Innenraumes im wesentlichen in zwei Teile vorgesehen. Ein Paar gegenüberliegender Lagereinrichtungen 24 ist zur drehbaren Befestigung einer Stützwelle 36 auf der Trägerplatte 32 befestigt.
Die Meßwertaufnehmer-Einheit 28 ist an den unteren Enden zweier Stützarme 38 angebracht, wohingegen die oberen Enden dieser Stützarme 38 fest an der Stützwelle 36 befestigt sind.
Somit ist, wie aus Fig. 2 klar entnehmbar ist, die Meßwertaufnehmer-Einheit 28 zusammen mit der Stützwelle 36 in einer derartigen Position hängend befestigt, daß dessen Wellen- Übertragungs-/Empfangs-Endoberfläche 28A nach unten oder genauer auf den nicht dargestellten zu untersuchenden lebenden Körper zeigt.
Auf dem Sockel 32 ist ein Motor oder eine Antriebsquelle zum Schwenken der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 um die Stützwelle 36 angebracht. Zur Übertragung der Antriebsenergie des Motors 40 auf die Stützwelle 36 ist ein aus einer Vielzahl von Zahn rädem bestehender Getriebeabschnitt 42 zwischen dem Motor 40 und der Stützwelle 36 vorgesehen.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Schwenkmechanismus 26 den Motor 40, den Getriebeabschnitt 42, die Stützwelle 36 und die Stützarme 38 auf.
Mittels dieses Mechanismus kann, wenn dem Motor 40 Energie zugeführt wird, die Meßwertaufnehmer-Einheit 28 um die Stützwelle 36 in einer zu der Anordungsrichtung der Meßwertaufnehmer-Elemente 30a senkrechten Richtung geschwenkt werden.
Nachstehend ist die Arbeitsweise einer Winkel-Erfassungseinrichtung 44 zur Erfassung eines Schwenkwinkels der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 beschrieben.
Diese Winkel-Erfassungseinrichtung 44 weist eine an der Stützwelle 36 befestigte Schlitzscheibe 46 und eine Lichtunterbrechungseinrichtung 48 auf, an deren einem Ende zur Erzeugung eines Lichtstrahlengangs Licht ausgestrahlt wird, wohingegen an deren anderem Ende gezählt wird, wie oft das Licht durch die Schlitzscheibe 46 gefallen ist.
Diese Winkel-Erfassungseinrichtung 44 ist außerdem in einer Explosions-Perspektivdarstellung von Fig. 7 genauer dargestellt.
Es ist leicht verständlich, daß mittels einer derartigen Winkel-Erfassungseinrichtung 44 der Schwenkwinkel der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 ständig erfaßt werden kann. Weiterhin könnten, falls notwendig, die somit erhaltenen Schwenkwinkelinformationen zur Regelung der Schwenkbewegung verwendet werden. Natürlich ist der Aufbau der Winkel-Erfassungseinrichtung 44 nicht auf den vorstehend beschriebenen beschränkt, sondern kann zu anderen Formen abgeändert werden.
Nachstehend ist ein in Fig. 2 gezeigtes Verbindungs-Mediumbad 50 beschrieben.
Wie dargestellt, ist das Verbindungs-Mediumbad 50 in dem inneren unteren Teil des Abtastergehäuses 22 eingebracht, oder genauer ist das Bad in einem Raum zwischen einer Trennmembran 52 und einer konkaven inneren unteren Oberfläche 24A ausgebildet, der mit einem Schallenergie-Ausbreitungsmedium gefüllt ist.
Der äußere Rand der Trennmembran 52 ist hermetisch an die innere Seitenwand des Abtastergehäuses 22 angefügt, und ein fester Mittelbereich der Membran 52 ist an der Gesamtoberfläche der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A angeheftet.
Diese Trennmembran 52 hat zur Ermöglichung der Schwenkbewegung der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 ein geringfügigen Spielraum, wie in Fig. 3 gezeigt.
Folglich ist, wie vorstehend erwähnt, der Raum zwischen der Trennmembran 52 und der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A hermetisch abgedichtet, und die Schallimpedanz-Anpassung wird durch Einbringung des Schallenergie-Ausbreitungsmediums dazwischen ungeachtet des von der Meßwertaufnehmer-Einheit 18 angenommenen Winkels und der von dem Abtaster eingenommenen Position aufrechterhalten.
Insbesondere verursacht, wie allgemein bekannt ist, eine Ultraschallwelle an der Grenzfläche zwischen Materialen verschiedener Schallimpedanzen beträchtliche Reflexionen. Deshalb wird durch die Einbringung eines derartigen Verbindungs- Mediumbades 50 die akustische Ausbreitung von Ultraschallwellen sichergestellt, die von der Wellen-Übertragungs-/-Empfangsendoberfläche 28A der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 ausgehen, ohne daß auf dem Wellenausbreitungsweg Luft vorhanden ist.
Das Schallenergie-Ausbreitungsmedium kann in das Bad 50 durch einen in Fig. 3 gezeigten Einlaß 54 eingefüllt werden. Alternativ dazu kann dieses Medium durch jede Flüssigkeit ersetzt werden, die eine der in dem lebenden Körper ähnliche Schallimpedanz aufweist, wie beispielsweise durch Wasser, Öl oder dergleichen.
Unter Bezug auf Fig. 4 ist nachstehend ein durch den erfindungsgemäßen Ultraschallabtaster 20 erzeugter dreidimensionaler Datenerfassungsbereich beschrieben.
Gemäß Fig. 2 und 4 wird eine Abtastebene "S" eines schraffiert dargestellten, trichterförmigen zweidimensionalen Abtastbereichs durch eine elektronische Abtastung mittels der Ultraschallwellen erhalten. Genauer wird diese elektronische Abtastebene "S" derart verwirklicht, daß eine Vielzahl von Meßwertaufnehmer-Elementen 30a einzeln nacheinander oder gleichzeitig zu mehreren angesteuert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Verwendung des herkömmlichen Ultraschallabtasters nur die zweidimensionale Abtastebene "S" als Datenerfassungsbereich erhalten. Erfindungsgemäß kann die Schwenkbewegung der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 mittels des Schwenkmechanismus 26 in einer zu der Anordnungsrichtung der Meßwertaufnehmer-Elemente 30a senkrechten Richtung oder in einer zu der Abtastebene 5 senkrechten Richtung durchgeführt werden, wodurch ein Erfassen von den in Fig. 4 gezeigten Datenerfassungsbereich V betreffenden Echodaten möglich wird.
Genauer werden zunächst eine Abtastebene S betreffende Echodaten bei einem gegebenen Winkel erfaßt, danach werden, nachdem die Abtastebene um einen sehr kleinen Schwenkwinkel vorbewegt worden ist, weitere die Abtastebene S betreffende Echodaten erfaßt. Durch aufeinanderfolgende Wiederholung der Reihe der Datenerfassungsvorgänge ist die Durchführung einer Datenerfassung aller den Datenerfassungsbereich V betreffenden Informationen möglich.
Zudem ist aufgrund der ständigen Erfassung des Schwenkwinkels jeder Abtastebene S durch die Winkel-Erfassungseinrichtung 44 eine Ausführung der Datenerfassung durch Erhalt der genauen Positionsbeziehungen zwischen den Abtastebenen möglich.
Nachstehend ist ein zwischen der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A auf der Meßwertaufnehmer-Einheit 28 und der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A verursachtes Mehrfachreflexionsphänomen von Ultraschallwellen beschrieben.
Fig. 5 zeigt zur vergleichenden Beschreibung ein beispielhaftes Phänomen der Mehrfachreflexion von Ultraschallwellen.
Wie Fig. 5 entnommen werden kann, wird in dem Fall, daß sowohl die konkave innere untere Oberfläche 24A und die Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A annähernd die gleiche Krümmung in der Anordnungsrichtung der Meßwertaufnehmer-Elemente aufweisen, ein Teil der von dem Meßwertaufnehmer-Element 30a ausgegangenen Ultraschallwellen von der kon kaven inneren unteren Oberfläche 24A einmal reflektiert und außerdem von der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A reflektiert. Die Wiederholung eines derartigen Reflexionsphänomens verursacht die Mehrfachreflexion von Ultraschallwellen. Dies hat zur Folge, daß das Auftreten von Störungen bei den erfaßten Echodaten eine Erzeugung eines mehrdeutigen Bildes durch die Zentraleinheit des Ultraschall-Diagnosegerätes verursacht.
Zur Vermeidung dieses Problems sind gemäß dem Dreidimensional-Abtaster die Formen der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A und der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A derart ausgelegt, daß die Krümmung der ersteren kleiner als die der letzten wird. Das heißt, daß die Formen der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A und der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A derart ausgewählt werden, daß der Krümmungsradius der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A größer als der der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs Endoberfläche 28A ist.
Zudem ist auf der innere Seitenwand des Verbindungs-Mediumbades 50 ein Ultraschallwellen absorbierendes Material 56 angebracht.
Mittels dieses Aufbaus wird, wie in Fig. 6 gezeigt, ein Teil der von dem Meßwertaufnehmer-Element 30a ausgegangenen Ultraschallwellen von der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A reflektiert und außerdem von der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A reflektiert, und die somit reflektierte Welle wird weiterhin zwischen beiden Oberflächen nacheinander reflektiert und zu dem Randabschnitt des Verbindungs-Mediumbades 50 geführt. Schließlich wird die reflektierte Welle von dem Ultraschallwellen absorbierenden Material 56 absorbiert.
Dementsprechend wird mittels dieses Aufbaus die Mehrfachreflexion von Ultraschallwellen wirksam beseitigt, wodurch eine weitestmögliche Unterdrückung eines Auftretens von Störungen bei den erfaßten Daten möglich ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Krümmungsradius der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A etwa 100 mm, wohingegen der der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A etwa 60 mm beträgt. Es sei bemerkt, daß das gleiche Ergebnis erhalten werden kann, wenn nur die Krümmung der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A kleiner als die der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A ist. An dieser Stelle ist zu erkennen, daß gemäß dem Experiment mittels dieses vorstehend beschriebenen Aufbaus die Mehrfachreflexion der Wellen mit hoher Effektivität abgestellt sind.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet Silikongummi als das vorstehend beschriebene Ultraschallwellen absorbierende Material 56 Verwendung. Weiterhin ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Ultraschallwellen absorbierende Material 56 entlang des gesamten inneren Umfangs des unteren Teils des Abtastergehäuses 22 angebracht, damit unnötige Ultraschallwellen durch Absorption soweit wie möglich zu beseitigt werden. Im übrigen können, falls die Differenz zwischen den Krümmungsradien der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A und der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A außerordentlich groß wird, die von der Wellen-Übertragungs-/-Empfangs-Endoberfläche 28A ausgegangenen Wellen zu häufig von der konkaven inneren unteren Oberfläche 24A reflektiert werden. Deshalb ist es vorzuziehen, den Differenzwert der beiden Radien innerhalb eines für die praktische Anwendung geeigneten Bereichs zu wählen.
Nachstehend ist unter Bezug auf Fig. 3 ein Funktionsschalter 58 beschrieben.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Funktionsschalter 58 an einem Griffabschnitt 25 vorgesehen. Dieser Funktionsschalter 58 dient zum Starten und zum Stoppen des Datenerfassungsvorgangs, und die Funktion des Schalters 58 durch die Bedienperson ermöglicht eine einfache Durchführung des Datenerfassungsvorgangs. Alternativ können auch weitere Funktionen hinzugefügt werden, wie ein momentanes Anhalten der Schwenkbewegung oder dergleichen.
Somit ist mittels des erfindungsgemäßen Dreidimensional-Ultraschallabtasters die Erfassung von einen dreidimensionalen Bereich innerhalb des lebenden Körpers betreffenden Daten mittels des mit der Oberfläche des lebenden Körpers in Berührung gehaltenen Ultraschallabtasters 20 ohne eine Neigung oder Bewegung des Abtasters selbst möglich.
Weiterhin ist verständlich, daß die Erfassung von hochgenauen Echodaten mit der durch die Verwendung des Verbindungs-Mediumbades 50 und des Ultraschallwellen absorbierenden Materials 56 verwirklichten geeigneten Ausbreitung von Ultraschallwellen möglich wird.
Nachstehend ist ein Spiel des Getriebeabschnitts beschrieben.
Zur Unterdrückung des Spiels bei dem Getriebeabschnitt 42 ist die Ausübung einer Zwangskraft auf die Meßwertaufnehmer-Einheit 28 in eine der Schwenkrichtungen vorzuziehen, beispielsweise mittels einer Feder.
Weiterhin ist als Referenzbeispiel die Arbeitsweise eines beispielhaften Ultraschall-Diagnosegerätes beschrieben, das dreidimensionale Bilder unter Verwendung des erfindungsgemässen Dreidirnensional-Abtasters anzeigen kann.
Das in Fig. 8 gezeigte Ultraschall-Diagnosegerät weist den Dreidimensional-Ultraschallabtaster 20 und eine Zentraleinheit 100 des Ultraschall-Diagnosegerätes zur Verarbeitung der erfaßten Daten und zur Abbildung der daraus erhaltenen Bilder auf.
Eine in der Zentraleinheit 100 integrierte Steuerungseinrichtung 102 steuert sowohl das Lesen von Daten aus einem und das Schreiben von Daten in einen nachstehend beschriebenen dreidimensionalen Speicher 108 als auch den Schwenkmechanismus 26 des Abtasters 20.
Der Steuerungseinrichtung 102 wird sowohl ein Winkel-Erfassungssignal aus der Winkel-Erfassungseinrichtung 44 als auch ein Funktionssignal aus dem Funktionsschalters 58 zugeführt. Die Steuerungseinrichtung 102 steuert den Schwenkmechanismus 26 im Ansprechen auf diese Signale. Ein Sender 104 dient zur Zufuhr eines Sendesignals an das Meßwertaufnehmerfeld 30, und dessen Arbeitsweise wird durch die Steuerungseinrichtung 102 gesteuert.
Ein Empfangssignal aus dem Meßwertaufnehmerfeld 30 wird in einen Empfänger 106 eingegeben. Dieser Empfänger 106 führt eine Verstärkung und eine Erfassung des Empfangssignals durch, und ein verarbeitetes Signal wird dann an den dreidimensionalen Speicher 108 abgegeben.
Dieser dreidimensionale Speicher 108 dient zur Speicherung von den in Fig. 4 gezeigten dreidimensionalen Datenerfassungsbereich V betreffenden Echodaten derart, daß die dreidimensionale Position der Echodaten jeder Adresse im Speicher entspricht. Das Schreiben der Echodaten in den Speicher wird durch die Steuerungseinrichtung 102 im Ansprechen auf das Winkelsignal aus der Winkel-Erfassungseinrichtung 44 gesteuert.
Die in dem dreidimensionalen Speicher 108 gespeicherten Echodaten werden nacheinander ausgelesen und in eine dreidimensionale Bildverarbeitungseinrichtung 110 eingegeben. Diese dreidimensionale Bildverarbeitungseinrichtung 110 dient zur Ausführung der Bildverarbeitung, um Bilder auf der Grundlage der den dreidimensionalen Bereich innerhalb des zu untersuchenden lebenden Körpers betreffenden Echodaten stereographisch anzuzeigen.
Auf diese erzeugte dreidimensionale Bilder werden darauffolgend an eine Kathodenstrahlröhre (CRT) 112 übertragen, und als Bilder angezeigt.
Deshalb kann durch Verwendung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Diagnosegerätes erkannt werden, daß der Zustand von Zielobjekten, wie angegriffenen Organen anhand der erhaltenen Bilder stereographisch beobachtet werden kann, wodurch die Genauigkeit der medizinischen Diagnose verbessert wird.
Es wird ein Dreidimensional-Ultraschallabtaster zur Erfassung von einen dreidimensionalen Bereich innerhalb eines zu untersuchenden lebenden Körpers betreffenden Daten angegeben. Im Inneren eines Abtastergehäuses ist eine Meßwertaufnehmer-Einheit eingebaut. Zudem ist an dem unteren Endabschnitt der Meßwertaufnehmer-Einheit ein Meßwertaufnehmerfeld vorgesehen, das aus einer Vielzahl von in einer Reihe nebeneinander angeordneten Meßwertaufnehmer-Elementen besteht. Die elektronische Abtastung mittels dieses Meßwertaufnehmerfeldes erzeugt eine zweidimensionale Abtastebene. Zusätzlich ist ein Schwenkmechanismus zum mechanischen Schwenken der Meßwertaufnehmer-Einheit in einer zu der Anordnungsrichtung der Meßwertaufnehmer-Elemente senkrechten Richtung vorgesehen. Diese mechanische Schwenkbewegung der Meßwertaufnehmer-Einheit verschiebt die zweidimensionale Abtastebene in eine dazu senkrechte Richtung, wodurch ein dreidimensionaler Datenerfassungsbereich in dem lebenden Körpers erzeugt wird. Dabei wird ein Schwenkwinkel der Meßwertaufnehmer-Einheit durch eine Winkel-Erfassungseinrichtung erfaßt.

Claims

1. Ultraschallabtaster mit

einem Abtastergehäuse (22),

einer Meßwertaufnehmer-Einheit (28) mit einem Meßwertaufnehmerfeld (30), das aus einer Vielzahl von Meßwertaufnehmer-Elementen (30a) besteht, die an einem Endabschnitt (28A) davon angeordnet sind und in dem Abtastergehäuse (22) eingebaut sind, wobei das Meßwertaufnehmerfeld (30) in einer ersten Abtastebene elektronisch abtastet, und

einer Winkel-Erfassungseinrichtung (44), dadurch gekennzeichnet, daß

ein Schwenkmechanismus (26) die Meßwertaufnehmer-Einheit (28) während der Datenerfassung in eine zweite Abtastebene in einer zu der ersten Abtastebene senkrechten Richtung mechanisch schwenkt, wodurch ein dreidimensionaler Datenerfassungsbereich durch Überlagerung des Ausgangssignals der das mechanische Schwenken der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) erfassenden Winkel-Erfassungseinrichtung (44) und der elektronischen Abtastung der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) erzeugt wird.

2. Ultraschallabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine innere untere Oberfläche (24A) des Abtastergehäuses (22) in einer konkaven Form ausgebildet ist.

3. Ultraschallabtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Endabschnitt (28A) der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) in einer konvexen Form ausgebildet ist, und

die Vielzahl der Meßwertaufnehmer-Elemente (30a) parallel nebeneinander entlang der konvexen Endoberfläche der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) angeordnet ist.

4. Ultraschallabtaster nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Krümmung der inneren unteren Oberfläche (24A) des Abtastergehäuses (22) in einer Richtung, in der die Meßwertaufnehmer-Elemente (30a) angeordnet sind, kleiner als die des Endabschnitts (28A) der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) in der Anordnungsrichtung der Meßwertaufnehmer-Elemente (30a) ist.

5. Ultraschallabtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

ein mit einem Schallenergie-Ausbreitungsmedium gefülltes Verbindungs-Mediumbad (50) innerhalb des Abtastergehäuses (22) ausgebildet ist, wodurch das Schallenergie-Ausbreitungsmedium zumindest zwischen dem Endabschnitt (28A) der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) und der inneren unteren Oberfläche (24A) des Abtastergehäuses (22) eingebracht ist, die einer Oberfläche des Endabschnitts (28A) der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) gegenüberliegt, durch die Ultraschallwellen ausgesendet/empfangen werden.

6. Ultraschallabtaster nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch

eine flexible Trennmembran (52), wobei deren äußerer Randabschnitt an eine innere Seitenwand des Abtastergehäuses (22) hermetisch befestigt ist, und deren mittlerer Abschnitt an dem Endabschnitt der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) befestigt ist, und

das Verbindungs-Mediumbad (50) in dem Raum zwischen der Trennmembran (52) und der inneren unteren Oberfläche (24A) des mit dem Schallenergie-Ausbreitungsmedium gefüllten Abtastergehäuses (22) ausgebildet ist.

7. Ultraschallabtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Trennmembran (52) eine genügend Spiel hat, damit der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) die Ausführung eines Schwenkvorgangs gestattet wird.

8. Ultraschallabtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Material (56) zur Absorbierung von Ultraschallwellen an der inneren Seitenwand des Abtastergehäuses (22) angebracht ist.

9. Ultraschallabtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

zumindest ein Funktionsschalter (58) an dem oberen Abschnitt des Abtastergehäuses (22) zur Ausführung eines Datenerfassungsvorgangs vorgesehen ist.

10. Ultraschallabtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schwenkmechanismus (26) zumindest einen Antriebsmotor (40) und einen aus einer Vielzahl von Zähnen bestehenden Getriebeabschnitt (42) aufweist.

11. Ultraschallabtaster nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßwertaufnehmer-Einheit (28) an einer quer durch den Innenraum des Abtastergehäuses (22) angebrachten Stützwelle (36) mittels einer Vielzahl von an der Meßwertaufnehmer-Einheit (28) befestigten Stützarmen (38) hängend befestigt ist.