DE69128919T2 - Ultraschallabbildung mit radialer Abtastung eines trapezförmigen Sektors - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallabbildung unter Benutzung einer linearen Wandleranordnung und insbesondere auf eine Abbildung durch Gebrauch einer solchen Wandleranordnung über ein einen trapezförmigen Sektor umfassendes Abbildungs feld.
• Ultraschall-Abbildungssysteme, die eine Sektorabtastung unter Benutzung einer linearen Anordnung ausführen, sind insoweit im Stand der Technik bekannt, als sie eine lineare Anordnung von Wandlern aufweisen, die aufeinanderfolgend zu Zeiten aktiviert werden, die bezüglich einzelner Wandler verzögert sind, um einen radialen Abtaststrahl in eine festgelegte Richtung auszusenden. Die relativen Verzögerungszeiten der Wandleraktivierung werden nacheinander verändert, so daß der radiale Strahl winkelmäßig über das Sektorabtastfeld gesteuert wird. In herkömmlicher Weise hat dieses Sektorabtastfeld einen auf der Oberfläche der Wandleranordnung liegenden Ursprungspunkt, so daß das Nahfeld in einem im wesentlichen dreieckigen spitzen Format dargestellt wird. Demgemäß ist die Nahfeldsichtbreite durch diesen Punktquellenursprung des Sektorabtastfeldes auf der Oberfläche des Wandlers begrenzt.
• Der Stand der Technik enthält zahlreiche Lösungen, die auf eine Verbesserung der Abtastbreite im Nahfeld gerichtet sind. Eine einfache Lösung besteht darin, den Abtastvorgang durch einen wassergefüllten Beutel hindurch, der von der Hautoberfläche absteht, vorzunehmen. Die Wirkung dieser Lösung liegt darin, den Ursprung des Feldes von der Hautoberfläche abzusetzen, wobei effektiv der dreieckige Sektor gestutzt wird und ein breiteres Sichtfeld auf der Hautoberfläche geschaffen wird. Bei der Bildauflösung sind jedoch bei zunehmenden Tiefen Abstriche zu machen, da diese Tiefen wegen der Dicke des wassergefüllten Beutels relativ weiter vom abtastenden Wandler entfernt sind.
• Eine zweite Lösung besteht darin, die herkömmliche Abtastung mit einer linearen Arrayanordnung über die Mitte des Sektors durch Aussendung einer Vielzahl von senkrecht zur Oberfläche der Arrayanordnung verlaufenden Strahlen vorzunehmen und einen Teil eines fächerartigen Sektorfeldes an jedem Ende der Anordnung abzutasten. Diese Technik steigert auch die Nahfeldauflösung, ohne die für die frühere Lösung charakteristische Verschlechterung bei der Feldtiefenauflösung hervorzurufen.
• Eine dritte Lösung besteht darin, die Wandler einer aufeinanderfolgend ausgewählten, seitlich sich verschiebenden Gruppe von Wandlern einer linearen Arrayanordnung zu aktivieren, so daß die ausgesendeten Strahlen ein Sektorabtastfeld bilden, dessen Ursprungspunkt hinter der Wandleranordnung angeordnet ist. Diese Technik ist in der US-Patentschrift 4 368 643 beschrieben und bietet eine Verbesserung bei der Vereinfachung des Abtastwandlers, der zur Verarbeitung der zurückgekommenen Echosignale für eine visuelle Anzeige notwendig ist. Das Anzeigeformat wird durch Inkrementierung des Winkels der radialen Abtaststrahlen in im wesentlichen gleiche tangentiale Inkremente vereinfacht. Darüber hinaus wird das zurückkommende Echodatensignal mit einer Rate abgetastet, die sich umgekehrt zum Kosinus des Winkels des radialen Abtaststrahls ändert. Die gewünschte Vereinfachung des Abtastwandlers wird somit durch eine gestiegene Komplexität bei der trigonometrischen Variabilität der Abtastrate wettgemacht. Zusätzlich wird die seitliche Auflösung in dem Maße herabgesetzt, mit dem die Abstände zwischen den radialen Abtaststrahlen in der seitlichen Richtung relativ zur Mitte des Abtastfeldes zunehmen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschall-Diagnosesystem vorgesehen, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
• In den Zeichnungen zeigen die:
• FIGUR 1 den Ultraschallstrahlbereich eines trapezförmigen Sektors, der gemäß der vorliegenden Erfindung abgetastet wird;
• FIGUR 2 die Steuerung eines ausgesendeten Ultraschallstrahls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
• FIGUREN 3a und 3b die Sendefokussierung von gesteuerten Ultraschallstrahlen gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
• FIGUR 4 das Kriterium zur Veränderung der Apertur einer Wandleranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
• FIGUR 5 die Fokussierung und Summierung empfangener Echosignalkomponenten gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung; und
• FIGUR 6 ein Blockdiagramm eines Bild-Strahlformers, der dynamisch die Apertur und die Fokussierung empfangener Echosignale verändert.
• Es wird zuerst auf die FIGUR 1 Bezug genommen, die eine lineare Anordnung 10 einzelner Wandlerelemente zeigt. Durch die zeitlich gesteuerte Betätigung aller Elemente oder Untergruppen der Elemente der Anordnung 10 werden von der Anordnung Ultraschallstrahlen mit zunehmenden Winkeln zur Normalenrichtung für Ultraschallstrahlen ausgesendet, die mit zunehmenden Abständen von der Mitte der Anordnung abgestrahlt werden. Eine Anzahl dieser Strahlen wird mit 4, 6, 8, 12, 14 und 16 bezeichnet. Alle durch die Anordnung 10 ausgesendeten Strahlen erscheinen so, als würden sie von einem Ursprung O abgestrahlt werden, der hinter der aussendenden Oberfläche der Anordnung liegt. Der auf diese Weise abgetastete Bereich stellt somit eine Stutzung des herkömmlichen dreieckigen Sektorbereiches mit verbesserter Sichtbreite im Nahfeld dar, verglichen mit einer phasengesteuerten Anordnung, und mit verbesserter Sichtbreite im Fernfeld, verglichen mit einer linearen Anordnung. Der abgetastete Bereich wird in der Form eines Trapezes gesehen und zwar mit der schmaleren Parallelseite des Trapezes benachbart zur linearen Anordnung 10 und die gewinkelten Seiten des Trapezes an den seitlichen Enden der Anordnung.
• Um ein Ultraschallbild mit gleichmäßiger Auflösung vorzusehen, werden aufeinanderfolgend angeordnete Ultraschallstrahlen mit Winkeln ausgesendet, die durch gleichmäßige Winkelinkremente inkrementiert sind, wobei von der Mitte der Anordnung 10 ausgegangen wird. Wenn beispielsweise der Ultraschallstrahl 4 in der FIGUR 1 der zentrale Strahl im Abtastfeld ist, so wird er unter einem Winkel von 90 Grad in bezug auf die Oberfläche der Anordnung 10 ausgesendet. Der benachbarte Strahl 6 in diesem Beispiel wird unter einem Winkel gleich 90 Grad + dt ausgesendet, wobei dt ein gegebenes Winkelinkrement Delta Theta ist. Der nächste Strahl 8 im Abtastfeld wird unter einem Winkel von 90 Grad + 2dt ausgesendet. Der Strahl 14 wird unter einem Winkel ausgesendet, der gegenüber den Winkeln der Strahlen 12 und 16 um das gleiche Winkelinkrement dt versetzt ist.
• Die Aussendung von Ultraschallstrahlen und der nachfolgende Echosignalempfang bei diesen gleichen Winkelinkrementen erlauben eine größere Freiheit bei der Implementierung von Bildverbesserungssignalprozessen. Diese Verschiebung von Signalen auf diese Weise ergibt eine gleichmäßige Verteilung der Echoinformation im r-Θ-Raum über das ganze Bild. Selbst wenn das Koordinatensystem des Bildes nachfolgend von r-Θ-Koordinaten in X-Y-Koordinaten eines Abtastwandlers umgewandelt wird, bietet die r-Θ-Gleichmäßigkeit der Bildinformation gleichmäßige Ergebnisse, wenn die Information Prozeßverbesserungen, wie z.B. einer Interpolation und einer räumlichen Filterabtastung, unterzogen wird. Verbesserungseffekte werden gleichmäßig über das ganze Bild verteilt, unabhängig von der Feldtiefenveränderung in den Ergebnissen.
• In FIGUR 2 ist in Blockschaltbildform eine Vorrichtung zum Aussenden eines der Winkelstrahlen 14 der FIGUR 1 dargestellt. Wie durch den Strahlrichtungspfeil 14 angedeutet ist, wird die Wellenfront dieses Strahls unter einem Winkel Θ bezüglich einer Achse ausgesendet, die in Normalenrichtung auf der Oberfläche der Wandleranordnung 10 steht. Veranschaulichende Komponenten der ausgesendeten Wellenfront, die von den einzelnen Wandlerelementen E6, E8, E10 usw. abgegeben werden, sind bei 28 angedeutet. Zur Aussendung der Wellenfront 28 in diese Richtung ist es erforderlich, die Zeiten, zu welchen die jeweiligen einzelnen Wandler der Anordnung betätigt werden, inkrementell zu staffeln. Dies veranlaßt die Wellenfront, unter einem Winkel zur Wandleranordnung abgegeben zu werden, der eine Funktion des Betrags der Laufzeit zwischen Sendebetätigungen benachbarter Elemente ist. In der Ausführung nach der FIGUR 2 sendet eine Steuerungseinrichtung 1 Pulserbetätigungssignale über Verzögerungsstrecken DL1 bis DL5. Zur Aussendung in Richtung des Pfeiles 14 nehmen die Längen der jeweiligen Verzögerungsstrecken fortschreitend von DL5 bis DL1 zu. Diese Zeiten werden durch die jeweiligen Positionen der Pulserbetätigungssignale w5 bis w1 angezeigt. Das Pulserbetätigungssignal w5 betätigt einen Pulser P5, der seinerseits das Wandlerelement E6 anregt. Danach betätigen die Pulserbetätigungssignale w4 bis w1 nacheinander die Pulser P4 bis P1, wobei dann die Wandler E8 bis E14 angeregt werden. Durch selektives Staffeln der Laufzeiten der Verzögerungsstrecken wird eine versetzte Wellenfront, wie sie durch 28 angedeutet ist, als ein kombiniertes Ergebnis der Betätigung der einzelnen Wandlerelemente E6 bis E14 abgestrahlt.
• Zusätzlich zur Steuerung des Strahls in die geeignete Richtung, wie dies in der FIGUR 2 gezeigt ist, ist es auch wünschenswert, den Strahl in einer ausgewählten Tiefe entlang des Strahlweges für eine höhere Auflösungsabbildung bei einer besonderen Tiefe von Interesse zu fokussieren. In FIGUR 3a ist eine Technik zur Fokussierung des in die Richtung 14 ausgesendeten Strahls in einem Brennpunkt 22 dargestellt. Durch Annahme einer bestimmten Schallgeschwindigkeit durch das in Abfrage befindliche akustische Medium und aufgrund der Kenntnis des Winkels Θ&sub1;&sub4; werden der Abstand vom Ursprung O zum Brennpunkt 22 und aufgrund des Zwischenelementabstands X die Abstände von den jeweiligen Wandlerelementen zum Brennpunkt 22 bestimmt. Zwei dieser Abstände a&sub1;&sub0; und b&sub6; sind in der FIGUR 3 für die Elemente E10 und E6 angezeigt. Aufgrund der Kenntnis des Abstandes von den Wandlerelementen zum Brennpunkt und der Schallgeschwindigkeit im akustischen Medium wird die Übergangszeit von Ultraschall von den jeweiligen Wandlerelementen zum Brennpunkt 22 ermittelt. Die Zwischenelement-Übergangszeitunterschiede werden durch die Auswahl der Längen der Verzögerungsstrecken DL1 bis DL5 bei der Anregung der Wandlerelemente berücksichtigt, um den gesteuerten Strahl zu veranlassen, in der Nähe des Brennpunktes 22 fokussiert zu werden. Wenn gewünscht, kann der Bildsektor wiederholt mit verschiedenen Brennpunkten entlang dem Ultraschall-Strahlweg 14 abgetastet werden, um ein Bild zu erstellen, das in zahlreichen Tiefen des Feldes fokussiert ist.
• In der FIGUR 3a ist der Ultraschallstrahl 14 dargestellt, wie er vom Wandleranordnungselement E10, das sich in der Mitte der Apertur des Strahls 14 befindet, abgestrahlt wird. Aufgrund der Diskussion der FIGUR 2 kann eingesehen werden, daß das Wandlerelement E6, wenn es in die Apertur des Strahls 14 mit einbegriffen ist, zu einer Zeit betätigt wird, welche der Betätigung des Elements E10 aufgrund der erhöhten Übergangszeit des Weges b&sub6; im Vergleich zu derjenigen des kürzeren Weges a&sub1;&sub0; vorangeht. Als Zeitmarkierung zur Aussendung des Ultraschallstrahls 14 wird jedoch die Zeit der Betätigung des effektiven zentralen Elements, also des Elements E10, in der FIGUR 3a, genommen, selbst wenn das zentrale Element nicht das erste beim Abstoßen der Wellenfront zu betätigende ist.
• In ähnlicher Weise ist die Aussendung und Fokussierung des nächstbenachbarten Ultraschallstrahls 16 des Abtastbereiches in der FIGUR 3b abgebildet. Der Strahl 16 wird unter einem Winkel Θ&sub1;&sub6;, der gleich dem Winkel Θ&sub1;&sub4;+dt ist, ausgesendet. Wenn der Strahl 16 beim Punkt 22' fokussiert werden soll, werden der Abstand vom effektiven Ursprung O zum Brennpunkt 22', der Zwischenelement-Abstand X und der Winkel Θ&sub1;&sub6; zur Ermittlung der Abstände a'&sub1;&sub0; und b'&sub6; von den aktiven Wandlerelementen zum Brennpunkt 22' benutzt und die Ultraschallgeschwindigkeit des Mediums wird zur Ermittlung der entsprechenden Übertragungszeiten verwendet. Auf diese Weise wird eine Datentabelle von Übergangszeiten und Übergangsbrennpunkttiefen für die benutzten Wandlergruppen zur Aussendung aller Ultraschallstrahlen des Abtastfeldes erstellt.
• Es ist auch festzustellen, daß das effektive zentrale Element des Strahls 16 zwischen den Elementen E10 und E12 in der FIGUR 3b ist. Für dieses Beispiel ist die Zeitmarkierung zur Abgabe des Ultraschallstrahls 16 weder die Betätigungszeit des Elements E10 noch des Elements E12, sondern eine berechnete Zeit zwischen zwei Betätigungszeiten.
• Zur Minimierung des Rauschbetrags im Sektorbild werden Nebenzipfelwirkungen durch fortschreitendes Aufweiten der Apertur des Wandlers bei zunehmenden Feldtiefen verringert. Im Nahfeld können somit nur wenige Elemente zur Erzeugung der gesteuerten und fokussierten Wellenfront benutzt werden, während im Fernfeld eine größere Anzahl von Wandlerelementen verwendet wird. Das Kriterium zur Ermittlung der Anzahl von in der Apertur bei einer beliebigen Tiefe verwendeten Elementen ist das Empfindlichkeitsdiagramm des jeweiligen Wandlers. Jedes einzelne Wandlerelement in der Anordnung hat sein eigenes Antennendiagramm, das häufig als Element-Empfindlichkeitsdiagramm bezeichnet wird, das nicht rundstrahlend ist und im allgemeinen Signale begünstigt, die aus der Normalenrichtung des Wandlers kommen. Drei beispielhafte Empfindlichkeitsdiagramme A5, A14 und A20 sind für die jeweiligen Wandlerelemente E8, E14 und E20 in der FIGUR 4 gezeigt. Die Grenzlinie jedes Empfindlichkeitsdiagramms zeigt einen konstanten Pegel verringerter Empfindlichkeit an, die in bezug auf die Spitzenempfindlichkeit für jedes der entsprechenden Wandlerelemente genommen ist. Aus diesem Beispiel läßt sich ersehen, daß der Punkt 23 auf dem Ultraschallstrahl 14 innerhalb der Grenzen der Empfindlichkeitsdiagramme A8 und A14 für die Elemente E8 bzw. E14 liegt. Der Punkt 23 liegt nicht innerhalb des Empfindlichkeitsdiagramms des Elements E20 und daher würden die Elemente E8 und E14 , aber nicht das Element E20 beim im Brennpunkt 23 fokussierenden Strahl 14 angewendet werden. Der Punkt 25 jedoch liegt innerhalb der gleichmäßigen Empfindlichkeitsgrenzlinien aller drei Empfindlichkeitsdiagramme A8, A14 und A20. Wenn der Strahl 14 im Punkt 25 fokussiert wird, würden daher alle Elemente E8, E14 und E20 ebenso wie dazwischenliegende Wandlerelemente in die Strahlapertur eingeschlossen werden.
• Eine weitere Technik zur Ausführung der gleichen Ermittlung von in die Apertur zur Fokussierung im Punkt 23 einzuschließenden Elementen besteht darin, die Empfindlichkeit einzelner Wandlerelemente in der Anordnung auf Signale zu ermitteln, die vom Punkt 23 über ein festgelegtes akustisches Medium abgestrahlt werden. Diejenigen, die innerhalb eines Bereiches von Empfindlichkeitspegeln unter einen gegebenen Schwellenwert fallen, der beispielsweise bei 6 dB unter der Signalstärke des dem Brennpunkt am nächsten liegenden Wandlers liegt, würden in der Apertur für den Punkt 23 benutzt werden. Bei anwachsenden Feldtiefen würden die relativen Unterschiede in der Empfindlichkeit zwischen benachbarten Wandlern abnehmen, und daher würde eine zunehmende Anzahl von Wandlern in der Apertur für angewachsene Brennpunkttiefen benutzt werden.
• Beim Empfang von Echos, die sich aus Aussendungen in die in FIGUR 1 gezeigten Strahlrichtungen ergeben, tritt eine Umkehr einiger der Sendebedingungen und Reaktionen auf. In der FIGUR 5 ist eine zurückkommende Echo-Wellenfront 281 dargestellt, die zur Wandleranordnung 10 in einer durch den Pfeil 34 angezeigten Richtung zurückkommt. Wie in der FIGUR 5 angezeigt ist, erreicht diese Wellenfront das Wandlerelement E5 zuerst und kommt dann der Reihe nach bei den Elementen E7 bis E13 an und wird aufeinanderfolgend durch diese Elemente detektiert. Die empfangenen Echosignalkomponeneten werden durch mit 50 bezeichnete Verstärker verstärkt und jeweils durch Verzögerungsstrecken verzögert, die mit DL1 bis DL7 bezeichnet sind. Die Längen der jeweiligen Verzögerungsstrecken werden durch ein Zeitsteuerungs- und Steuerungs-Untersystem 54 gesteuert. In diesem Beispiel wäre die Verzögerungsstrecke DL5 die längste verwendete Verzögerungsstrecke, um die Echosignalkomponenten des Winkelstrahls 34 in zeitliche Koinzidenz mit den Verzögerungsstrecken DL3, DL1, DL2 und DL4 zu bringen, die in der Länge fortschreitend kürzer sind, um die von den Elementen E5 bis E13 empfangenen Komponenten des Echos 28' zu fokussieren. Wenn die Längen der Verzögerungsstrecken geeignet gestaffelt sind, werden Signalkomponenten am Ausgang der Verzögerungsstrecken zeitlich synchron erzeugt und konstruktiv durch einen Summierer 52 summiert. Die Echos, die von den zunehmenden Feldtiefen entlang der Strahlrichtung 34 zurückkommen, werden von einem Zeilenprozessor und Bildspeicher 56 verarbeitet und gespeichert und nachfolgend auf einer Bildanzeigevorrichtung 58 dargestellt.
• Wie im Sendefall werden zurückkommende Echosignale fokussiert und die Anordnungsapertur wird während des Echoempfangs entsprechend der Tiefe der zurückkommenden Signale verändert. Anders als beim Sendemode wird jedoch die Empfangsfokussierung und -apertur dynamisch verändert, da Echos aus dem Nahbis Fernfeld empfangen werden.
• In der FIGUR 6 ist in Blockschaltbildform eine Implementierung der Empfangsanordnung der FIGUR 5 dargestellt, die empfangene Echosignalkomponenenten über die volle Feldtiefe fokussiert, während die Apertur der Wandleranordnung verändert wird. Die einzelnen Elemente E1 bis En der Wandleranordnung sind mit Verzögerungsstrecken von passender Länge über einzelne Empfangsverstärker 50 der jeweiligen Verzögerungsstrekken verbunden. Die Verstärkungscharakteristiken der Empfangsverstärker 50 können durch ausgewählte zeitliche Verstärkungssteuersignale geformt werden, wie durch die TGC(Time Gain Control)-Eingänge der Empfangsverstärker angezeigt wird. In der FIGUR 6 sind drei der Verzögerungsstreckenwege der Empfangsanordnung dargestellt; es ist jedoch selbstverständlich, daß es genauso viele Verzögerungsstreckenwege gibt, wie Elemente in der Wandleranordnung 10 vorhanden sind.
• Die von den Empfangsverstärkern 50 aufgenommenen Echosignalkomponenten werden jeweils durch Analog/Digital-Wandler 70, 72 und 74 digitalisiert und die digitalisierten Signalabtastungen werden in die Eingangsstufen von Schieberegister-Verzögerungsstrecken 80, 82 und 84 von Längen eingeschoben, die den den jeweiligen Echokomponenten verliehenen Laufzeiten angepaßt sind. Die Länge jedes Verzögerungsstreckenregisters muß wenigstens eine ausreichende Länge haben, um die maximale Laufzeitperiode vorzusehen, die von dem ihm zugeordneten Wandlerelement während einer beliebigen Abtastprozedur erfordert wird. Die Verzögerungsstreckenlängen sind eine Funktion der Übergangszeitunterschiede von Echosignalkomponenten von den verschiedenen Punkten des abgetasteten Bereiches zu den jeweiligen Wandlerelementen. Die Laufzeitperiode einer besonderen Verzögerungsstrecke 80, 82 oder 84 wird durch die Startzeiten der Echosignalabtastung und die Frequenz bestimmt, mit der die digitalisierten Abtastungen in die Verzögerungsstrecken eingetaktet und aus diesen ausgetaktet werden, in Anbetracht des maximalen Winkels Θmax, auf den die Strahlen gesteuert werden, und der maximalen Apertur. Die von jedem Wandlerelement benötigte Laufzeitperiode kann in Ausdrücken der für die Fokussierung benötigten Laufzeit und der für die Steuerung benötigten Laufzeit analysiert werden. Im allgemeinen erfordert das zentrale Element der Arrayanordnung die längste Fokussierungslaufzeit, während die seitlich angeordneten geringere Laufzeiten entsprechend einer Funktion ihres Abstandes vom zentralen Element erfordern. Zur Steuerung der Laufzeiten verlangt das in der Steuerungsrichtung am weitesten seitlich angeordnete Element die größte Laufzeit und das in der Richtung entgegen der Steuerungsrichtung am weitesten seitlich angeordnete Element erfordert die kürzeste Steuerungslaufzeit. Da die Steuerungslaufzeiten im allgemeinen in der Größe überwiegen, sind nach einem allgemeinen Grundsatz die benötigten Laufzeiten für die seitlichen Elemente am größten und für das zentrale Element am geringsten.
• Dies ist der in der FIGUR 6 ausgeführte Grundsatz, wonach das Register der Verzögerungsstrecke 80 für das Element E9 in der Länge kürzer ist als jene der Verzögerungsstrecken 82 und 84, die weiter seitlich angeordneten Elementen E8 und E7 zugeordnet sind. Für ein breites Sichtfeld sind maximale Verzögerungen von bis zu 80 bis 100 Mikrosekunden hinauf wünschenswert.
• Die jeweiligen Analog/Digital-Wandler und die Eingangsstufen zu den Verzögerungsstrecken 80, 82 und 84 werden durch Taktsignale CF&sub7;, CF&sub8; und CF&sub9; getaktet, die von der zentralen Steuerungseinrichtung 88 ausgelöst werden. Um die empfangenen Echos über die volle Feldtiefe zu fokussieren, ist es notwendig, das Verhältnis, mit dem Abtastungen zeitlich bei den jeweiligen Elementen der Apertur entnommen werden, dynamisch zu ändern. In der FIGUR 6 läßt sich die Bedingung, mit der die Aperturelemente E1 bis En auf die Spitze des Strahlpfeils 35 fokussiert werden sollen, betrachten. In diesem Falle ist der Abstand (und daher die Übergangszeit des Schalles) vom Brennpunkt zum zentralen Element ES viel geringer als die Abstände vom Brennpunkt zu einem der beiden seitlich angeordneten Elemente E1 oder En. Wenn aber die Anordnung auf zunehmende Feldtiefen fokussiert wird, nimmt diese relative Ungleichheit in den Abstanden ab. Beispielsweise ist die Ungleichheit in den Abständen vom Ende des Strahlpfeils 35 zu den Elementen E1, E8 und En auf einer Prozentsatzbasis wesentlich geringer. An einem unendlichen Brennpunkt würden selbstverständlich alle Ultraschall-Weglängen in diesem Beispiel die gleichen sein. Um diesen sich ändernden Ungleichheiten Rechnung zu tragen und somit die Wandleranordnung während des Echoempfangs kontinuierlich zu fokussieren, werden die Abtastfrequenzen von ausgewählten Analog/Digital-Wandlern kontinuierlich verändert. Da bei nahen Brennpunkten die Abstände zu den seitlich weit entfernten Elementen der Apertur viel größer als der Abstand zum zentralen Element der Apertur sind, aber der Abstand zum zentralen Element angenähert wie die Reichweite zunimmt, ist es notwendig, die Echos entsprechend dem Abnehmen dieser Abstandsungleichheit abzutasten. Dies wird durch Abtasten bei den seitlich entfernten Elementen mit höheren Frequenzen und durch ein Abnehmen der Abtastfrequenzen in dem Maße erreicht, in dem die Brennpunkttiefe zunimmt. Die Frequenzen der Taktsignale CF&sub7;, CF&sub8; und CF&sub9; nehmen von jeweils höheren Frequenzen für einen Nahfeldbrennpunkt ab und nähern sich bei einer sich kontinuierlich ändernden Basis irgendeiner festgelegten niedrigeren Frequenz in dem Maße, in dem die Brennpunkttiefe zunimmt. Vorzugsweise nähern sich die unterschiedlich ändernden Taktfrequenzen einer Nennrate im Fernfeld an, die in einem Bereich von 10 bis 30 MHz liegt. Die den seitlich angeordneten, größere räumliche Abstände zu den anfänglichen Brennpunkten aufweisenden Wandlerelementen der Apertur zugeordneten Taktsignale haben anfängliche Taktfrequenzen CF, die höher sind als jene, die Wandlerelementen zugeordnet sind, die näher zum Brennpunkt liegen.
• Da die Echosignalabtastungen in die Verzögerungsstrecken 80, 82 und 84 eingetaktet werden, breiten sich die Abtastungen schnell über die dazwischenliegenden zentralen Register aus und sammeln sich in ihrer Abtastfolge am Ende des Registers an. Die Signalabtastungen werden dann aus den Verzögerungsstrecken durch Ausgangstaktsignale IC&sub5;, IC&sub6; und IC&sub7; zeitsynchron ausgetaktet. Die Ausgangsstufen der Verzögerungsstrekken werden somit normalerweise synchron durch die Ausgangstaktsignale getaktet, und die Folge von Signalabtastungen in den zentralen Registern breitet sich kontinuierlich zu den Ausgangsstufen aus, wenn Signalabtastungen aus den Verzögerungsstrecken ausgetaktet werden. Die gleichzeitig getakteten Ausgangssignalkomponenten der Verzögerungsstrecken 80, 82 und 84 werden kohärent durch Addierer in einem Summiernetz 52 summiert und die summierten Signale werden dann zum Zeilenprozessor und Bildspeicher 56 zur Darstellung auf der Anzeigevorrichtung 58 übertragen.
• Zusätzlich zum synchronen Takten der verzögerten Echosignalkomponenten aus den Ausgangsstufen der Verzögerungsstrecken 80, 82 und 84 heraus steuern die Ausgangstaktsignale auch die dynamische Anderung der Empfangsapertur. Die Anzahl der in der Empfangsapertur benutzten Wandlerelemente variiert von einer anfangs kleinen Anzahl zu einer größeren Anzahl im Fernfeld gemäß der Anzahl von Wandlern, die einem Empfindlichkeitskriterium bei verschiedenen Brennpunkten genügen, wie in der FIGUR 4 dargestellt ist. Die Zeiten, zu denen seitlich vom Strahlzentrum entfernt liegende Elemente zur aktiven Apertur beizutragen beginnen, werden somit verzögert, bis eine empfindlichkeitsbestimmte Brennpunkttiefe erreicht ist, wonach sie ab diesem Zeitpunkt zur Apertur hinzugefügt werden sollen. Die zentrale Steuerungseinrichtung 88 zieht die Zeiten hinaus, zu denen die Eingangs- und Ausgangsstufen der Verzögerungsstrecken von seitlich entfernt liegenden Wandlerelementen der Apertur abzutasten beginnen, und erzeugt somit verzögerte Ausgangssignale zur Summierung mit den anderen Signalkomponenten der Apertur. Bei einer ausgearbeiteten Ausführung kann eine maximale Laufzeit von bis zu 340 Mikrosekunden vorgesehen werden, bevor ein jeweiliges Wandlerelement bei der Signalsummierung teilnimmt. In dem Maße, wie die Feldtiefe zunimmt, wird somit die Empfangsapertur aufgeweitet, indem Signalkomponenten von seitlich weiter entfernt liegenden Elementen zum kohärenten Signal hinzugefügt werden. Dies hält die seitliche Auflösung über das ganze Abbildungsfeld hinweg im wesentlichen aufrecht.

Claims (4)

1. Ultraschall-Diagnoseabbildungssystem zum Abtasten und Anzeigen eines Bildsektors in Form einer trapezförmigen Bildfläche mit Hilfe einer linearen Anordnung (10) von Wandlerelementen, bei dem die kürzeste Seite des Trapezes der Wandleranordnung benachbart ist und die Winkelseiten des Trapezes von Seitenpunkten der Anordnung, die aus der Mitte der Anordnung verschoben sind, nach außen gewinkelt sind, mit:

Mitteln (1, DL, P) zum Betätigen von unterschiedlichen Gruppen von Wandlerelementen der Anordnung (10), um gesendete Ultraschallstrahlen in unterschiedliche Winkelrichtungen bezüglich der Anordnung durch Betätigen von einzelnen Elementen jeder Gruppe zu sequentiell unterschiedlichen Zeiten zu steuern;

einem Mittel zum Wählen der Zahl von Elementen in jeder Gruppe entsprechend einem gewählten Brennpunkt eines gesendeten Ultraschallstrahls, wobei die Zahl von Elementen für Brennpunkte des relativen Nahfelds relativ kleiner und für Brennpunkte des relativen Fernfelds relativ größer ist;

einem Mittel (60, 70, 80, 82, 84, 88) zum Empfangen und Fokussieren von aus besagten Strahl-Winkelrichtungen empfangenen Echosignalen durch Leiten von von einzelnen Wandlerelementen empfangenen Echosignalkomponenten durch Verzögerungsstrecken (80, 82, 84) mit jeweils unterschiedlichen Verzögerungen entsprechend der Richtung eines bestimmten Strahls und einem gegebenen Empfangs- Brennpunkt;

einem Mittel (88) zum dynamischen Verändern des Empfangs- Brennpunkts, während Echokomponenten vom Nahfeld bis Fernfeld empfangen werden;

einem Mittel (52) zum Kombinieren der verzögerten und dynamisch fokussierten Echosignalkomponenten, um ein kombiniertes Echosignal zu bilden;

einem Mittel (88) zum dynamischen Verändern der Zahl von Wandlerelementen, von denen Echosignalkomponenten kombiniert werden, von relativ wenigen Elementen im Nahfeld zu einer relativ größeren Zahl von Elementen im Fernfeld durch Einbeziehen von Echosignalkomponenten von einer zunehmenden Zahl von seitlich der Strahlmitte angeordneten Elementen, wenn Echosignale aus vom Nahfeld zum Fernfeld zunehmenden Feldabständen empfangen werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Verzögerungsstrecken digitale Schieberegister (82, 84, 80) umfassen, durch die Echosignalkomponenten durch ein Taktsignal einer vorgegebenen Frequenz geschoben werden; und

das Mittel zum dynamischen Verändern des Empfangsbrennpunkts ein Mittel (88) zum Verändern der Taktfrequenz von Taktsignalen von Verzögerungsstrecken, die seitlich von der Strahlmitte angeordneten Wandlerelementen zugeordnet sind, von einer relativ hohen Frequenz während des Empfangs von Echosignalkomponenten aus dem Nahfeld zu einer relativ niedrigen Frequenz während des Empfangs von Echosignalkomponenten aus dem Fernfeld umfaßt.

2. Ultraschall-Diagnoseabbildungssystem nach Anspruch 1, bei dem die relativ niedrigere Frequenz im Bereich von 10 bis 25 MHz ist.

3. Ultraschall-Diagnoseabbildungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Mittel zum dynamischen Verändern der Anzahl von Wandlerelementen, von denen Echosignalkomponenten kombiniert werden, ein Mittel zum Sperren der Zeiten umfaßt, an denen Echosignalkomponenten von seitlich angeordneten Wandlerelementen von den Verzögerungsstrecken an das Mittel zum Kombinieren geliefert werden.

4. Ultraschall-Diagnoseabbildungssystem nach Anspruch 3, bei dem Echosignalkomponenten von den seitlich angeordneten Wandlerelementen von der Übertragung an das Mittel zum Kombinieren durch das Mittel zum Sperren für bis zu 340 us ab der Anfangsperiode des Echoempfangs gesperrt sind.