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DE10248747A1 - Breitstrahlabbildung - Google Patents

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DE10248747A1
DE10248747A1 DE10248747A DE10248747A DE10248747A1 DE 10248747 A1 DE10248747 A1 DE 10248747A1 DE 10248747 A DE10248747 A DE 10248747A DE 10248747 A DE10248747 A DE 10248747A DE 10248747 A1 DE10248747 A1 DE 10248747A1
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Novasonics Inc Mountain View
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Abstract

Systeme und Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials unter Verwendung eines Ultraschallstrahls. Echoortsdaten werden unter Verwendung einer mehrdimensionalen Transformation erzeugt, die in der Lage ist, eine Phasen- und Amplitudeninformation zu verwenden, um Echos, die sich aus Ultraschallstrahlkomponenten ergeben, die unter Verwendung von verschiedenen Ultraschallwandlern erzeugt werden, zu unterscheiden. Da die mehrdimensionale Transformation nicht von der Verwendung von Empfangs- oder Sendestrahllinien abhängt, kann ein mehrdimensionaler Bereich unter Verwendung einer einzelnen Ultraschallsendung abgebildet werden. In einigen Ausführungsbeispielen erhöht diese Fähigkeit die Bildrate und verringert die Menge an Ultraschallenergie, die zum Erzeugen eines Bildes erforderlich ist.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abbildung und insbesondere auf dem Gebiet der Ultraschallabbildung.
  • Die Ultraschallabbildung ist ein Analyseverfahren, das zum Untersuchen eines breiten Bereichs von Materialien verwendet wird. Das Verfahren ist insbesondere in der Medizin aufgrund seiner relativ eindringungsfreien Art, seiner geringen Kosten und seiner schnellen Ansprechzeiten üblich. Typischerweise wird eine Ultraschallabbildung durch Erzeugen und Leiten eines Ultraschallstrahls in ein zu untersuchendes Material in einer Sendephase und Beobachten von Reflexionen, die an den Grenzen von unterschiedlichen Materialien erzeugt werden, in einer Empfangsphase durchgeführt. In medizinischen Anwendungen werden beobachtete Reflexionen beispielsweise an Grenzen zwischen Geweben eines Patienten erzeugt. Die beobachteten Reflexionen werden durch Empfangsvorrichtungen (Wandler) in elektrische Signale (Kanaldaten) umgewandelt und unter Verwendung von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren verarbeitet, um die Orte von Echoquellen festzustellen. Die resultierenden Daten werden unter Verwendung einer Anzeigevorrichtung wie z. B. eines Monitors angezeigt.
  • Die Prozesse des Standes der Technik zum Erzeugen eines Ultraschallstrahls und zum Analysieren von resultierenden Echos werden "Strahlformung" genannt. Der Erzeugungsprozeß umfaßt wahlweise das Festlegen von "Sende"-Strahleigenschaften durch Blendenapodisation, Lenkung und/oder Fokussierung. Der Analyseprozeß umfaßt wahlweise das Berechnen eines "Empfangsstrahls", wobei empfangene Echos verarbeitet werden, um jene Echos zu isolieren, die entlang eines schmalen Bereichs erzeugt werden. Diese Berechnung umfaßt das Identifizieren einer eindimensionalen Linie, entlang der die Erzeugung von Echos angenommen wird, und wird daher hierin als "Echolinienberechnung" bezeichnet. Durch Strahlformung wird ein eindimensionaler Satz von Echoortsdaten unter Verwendung jedes Sende- und/oder Empfangsstrahls erzeugt. Die Echoortsdaten sind Positionsdaten hinsichtlich des physikalischen Orts von einer oder mehreren Echoquellen und umfassen wahlweise Intensität, Geschwindigkeit und/oder ähnliche physikalische Information. Echoortsdaten können Nach-Strahlformungs-Rohdaten, erfaßte Daten oder Bilddaten umfassen. Mehrdimensionale Echoortsdaten wie z. B. ein Ultraschallbild werden durch Abtasten eines Blickfeldes innerhalb des untersuchten Materials unter Verwendung von mehreren Sendeund/oder Empfangsstrahlen erzeugt.
  • Der während der Sendephase in das zu untersuchende Material gesandte Ultraschallstrahl wird durch Anlegen von elektronischen Signalen an einen Wandler erzeugt. Der Ultraschallstrahl kann gestreut, in Resonanz gebracht, gedämpft und/oder reflektiert werden, wenn er sich durch das zu untersuchende Material fortpflanzt. Ein Teil der reflektierten Signale wird an den Wandlern empfangen und als Echos erfaßt. Die Empfangswandler wandeln die Echosignale in elektronische Signale um und liefern sie wahlweise zu einem Echolinienrechner (Strahlformer), der die Echolinienberechnung durchführt, die zur Analyse unter Verwendung eines Empfangsstrahls gehört.
  • Nach der Strahlformung verwendet ein Bildabtastwandler die berechneten Echoortsdaten, um Bilddaten zu erzeugen. In Systemen des Standes der Technik ist die Bilderzeugungsrate (die Bildrate) durch zumindest die gesamten Impulsrücklaufzeiten aller Ultraschallstrahlen, die zum Erzeugen jedes Bildes verwendet werden, begrenzt. Die Impulsrücklaufzeit ist die Zeit zwischen dem Senden des Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material und dem Erfassen der letzten resultierenden reflektierten Echos. Die begrenzte Bildrate kann zu zeitlichen Bildfehlern führen, die durch die relative Bewegung zwischen dem Ultraschallsystem und einem untersuchten Material verursacht werden.
  • 1 zeigt ein Ultraschallsystem des Standes der Technik, das im Allgemeinen mit 100 bezeichnet ist. Das Ultraschallsystem 100 umfasst eine Elementmatrix 105 von Wandlerelementen 110, ein Unterlagematerial 120, eine wahlweise Abgleichsschicht 130, einen Sende/Empfangs-Schalter 140 und einen Strahlsender 150. Das Unterlagematerial 120 ist dazu ausgelegt, die Elementmatrix 105 zu tragen und irgendeine Ultraschallenergie zu dämpfen, die sich in Richtung des Unterlagematerials 120 fortpflanzt. Die Abgleichsschicht 130 überträgt Ultraschallenergie von den Wandlerelementen 110 in das zu untersuchende Material (nicht dargestellt). Die Wandlerelemente 110 umfassen einzelne Wandlerelemente 110A–110H, die einzeln durch Leiter 115 und 117 über den Sende/Empfangs-Schalter 140 mit einem Strahlsender 150 gekoppelt sind. Der Sende/Empfangs-Schalter 140 kann einen Multiplexer 145 umfassen, der ermöglicht, dass die Anzahl von Leitern 117 kleiner ist als die Anzahl von Leitern 115. In der Sendephase erzeugt der Strahlsender 150 elektronische Impulse, die über den Sende/Empfangs-Schalter 140 mit einigen oder allen Wandlerelementen 110A–110H gekoppelt werden und an diese angelegt werden und in Ultraschallimpulse 160 umgewandelt werden. Zusammengenommen bilden die Ultraschallimpulse 160 einen Ultraschallstrahl 170, der das zu untersuchende Material prüft.
  • Der Ultraschallstrahl 170 kann fokussiert werden, um den Bereich zu begrenzen, in dem Echos erzeugt werden. Wenn Echoquellen auf einen schmalen Bereich eingeschränkt werden, kann die Berechnung der Echoortsdaten vereinfacht werden, indem angenommen wird, daß die Echoquellen entlang einer "Sendelinie" liegen. Mit dieser Annahme wird die Aufgabe des Echostrahlrechners auf ein Problem des Ermittelns der Position einer Echoquelle in einer Dimension reduziert. Diese Position wird unter Verwendung der Rücklaufzeit des Echos festgestellt. Die Genauigkeit dieser Annahme und der Abstand von Sendelinien sind signifikante Faktoren bei der Feststellung der Auflösung von Ultraschallsystemen des Standes der Technik. Fein fokussierte Strahlen erleichtern eine höhere Auflösung als schlecht fokussierte Strahlen. Analoge Annahmen und Konsequenzen sind in Analysen zu finden, die berechnete Empfangsstrahlen beinhalten.
  • 2 zeigt ein Fokussierungssystem des Standes der Technik, in dem die Elementmatrix 105 eine phasenabgeglichene Matrix ist, die dazu ausgelegt ist, den Ultraschallstrahl 170 durch Verändern der Zeitsteuerung der elektronischen Impulse 210, die an die Wandlerelemente 110A–110H angelegt werden, zu fokussieren. In diesem System werden die elektronischen Impulse 210 am Strahlsender 150 erzeugt und durch den Sende/Empfangs-Schalter 140 geleitet. Die elektronischen Impulse 210 werden unter Verwendung eines Verzögerungsgenerators (nicht dargestellt) verzögert und mit den Wandlerelementen 110A–H gekoppelt. Der Ultraschallstrahl 170 wird erzeugt, wenn die Wandlerelemente 110A–H zweckmäßig verzögerte elektronische Impulse 210 in Ultraschallimpulse 160 (1) umwandeln. Wenn er einmal erzeugt ist, wird der Ultraschallstrahl 170 entlang einer Sendestrahllinie 250 mit einem Brennpunkt 230 mit einer resultierenden Strahleinschnürung 240, die durch eine Breite des Ultraschallstrahls 170 gekennzeichnet ist, gerichtet. In einer ähnlichen Weise wird eine phasenabgeglichene Anregung der Elementmatrix 105 verwendet, um den Ultraschallstrahl 170 in spezielle Richtungen zu richten (lenken). Die Querschnittsintensität des Ultraschallstrahls 170 ist typischerweise gaußförmig um einen Brennpunkt und umfaßt ein Maximum entlang der Sendestrahllinie 250. Die Form des Ultraschallstrahls 170 kann von der Blendenapodisation abhängen.
  • In einem Abtastprozeß sendet das Ultraschallsystem 100 eine Reihe von unterschiedlichen Ultraschallstrahlen 170 entlang einer weiteren, anderen Sendestrahllinie 250, um ein Bild über mehr als eine räumliche Dimension zu erzeugen. Ein spezieller Ultraschallstrahl 170 wird wahlweise in mehreren Sende/Empfangs-Zyklen gesendet, bevor ein weiterer Ultraschallstrahl 170 erzeugt wird. Zwischen jeder Sendephase findet eine Empfangsphase statt, während der Echos erfaßt werden. Da jeder Ultraschallstrahl 170, der in einer Ultraschallabtastung enthalten ist, mindestens einen Sende/Empfangs-Zyklus erfordert, können die Abtastprozesse viele Male die Impulsrücklaufzeit dauern. Diese Impulsrücklaufzeit, die durch die Geschwindigkeit von Schall in dem untersuchten Material festgelegt ist, ist eine Hauptbegrenzung für die Geschwindigkeit, mit der Ultraschallbilder des Standes der Technik erzeugt werden können. Außerdem können unerwünschte zeitliche Anomalien erzeugt werden, wenn sich die Wandlerelemente 110A–110H während des Abtastprozesses relativ zum untersuchten Material bewegen.
  • 3A bis 3E zeigen einen Abtastprozess des Standes der Technik in einer phasenabgeglichenen Matrix 310 mit acht Wandlerelementen, die mit 110A bis 110H bezeichnet sind. Teilmengen 320A–320E der acht Wandlerelemente 100A–110H werden jeweils verwendet, um einen von unterschiedlichen Ultraschallstrahlen 170A–170E zu erzeugen. 3A zeigt beispielsweise einen Ultraschallstrahl 170A, der durch die Teilmenge 320A mit den Wandlerelementen 110A–110D gebildet wird. Der nächste Schritt im Abtastprozess umfasst das Erzeugen eines Ultraschallstrahls 170B unter Verwendung der Teilmenge 320B mit den Wandlerelementen 110B–110E, wie in 3B gezeigt. In diesem Beispiel verläuft eine Sendestrahllinie 250B, die dem Ultraschallstrahl 170B zugeordnet ist, durch einen Brennpunkt 230B, der von einem Brennpunkt 230A um einen Abstand typischerweise gleich der Breite eines Wandlerelements 110 verschoben ist. Wie von 3C bis 3E dargestellt, wird jede Teilmenge 320C bis 320E, die verwendet wird, um jeden Ultraschallstrahl 170C bis 170E zu erzeugen, um ein Wandlerelement 110 jeweils relativ zu den Teilmengen 320B bis 320D verschoben. Echos, die in der Empfangsphase erfasst werden, die zwischen jeder Sendephase stattfindet, werden verwendet, um Echoortsdaten zu erzeugen, und diese Echoortsdaten werden typischerweise kombiniert, um ein Bild zu erzeugen, das sich zur Anzeige eignet. Der Abtastprozeß kann wiederholt werden, um mehrere Bilder zu erzeugen.
  • In der Praxis kann die phasenabgeglichene Matrix 310 vierundsechzig, einhundertachtundzwanzig oder mehr Wandlerelemente 110 enthalten. Die Auflösung der Echoortsdaten hängt von der Blende und der Anzahl von Wandlerelementen 110 und vom Grad, in dem die Sendestrahllinie 250 genau mögliche Echoquellen innerhalb des Ultraschallstrahls 170 darstellt, ab. Die Darstellung des Ultraschallstrahls 170A–E unter Verwendung der Strahllinie 250A–E ist eine Näherung, die die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten festlegt. Eine schlechte Näherung begrenzt die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten. Eine maximale Breite des Ultraschallstrahls 170A–E ist daher durch die gewünschte Auflösung der Echoortsdaten begrenzt. Die Genauigkeit der Näherung ist eine Funktion des Abstands von den Brennpunkten 230A–E, wobei die Näherung in ferneren Abständen weniger genau ist.
  • Die übliche Praxis umfaßt das Erzeugen von mehreren Ultraschallstrahlen mit unterschiedlichem Brennpunkt 230A–E und die Verwendung jedes Satzes von empfangenen Echos, um Daten nahe den Brennpunkten 230A–E zu erzeugen. Die Datenerzeugung des Standes der Technik kann auf einen Bereich nahe den Brennpunkten 230A–E begrenzt sein, da die Näherung der Sendestrahllinie 250 in ferneren Abständen nicht ausreichend genau sein kann, um die Echoortsdaten mit einer gewünschten Auflösung bereitzustellen. Typischerweise wird eine Empfangs- oder Sendestrahllinie 250 für jeden Sende/Empfangs-Zyklus erzeugt. Die Anzahl von Strahlen, die erforderlich ist, um einen Bereich abzubilden, hängt sowohl von der Breite als auch Tiefe des abzubildenden Bereichs sowie von der gewünschten Auflösung ab. Unter Verwendung von nur Echos nahe dem Brennpunkt 230 wird nur ein kleiner Teil (z. B. < 10%) des gesamten empfangenen Signals verwendet, wobei der Rest des empfangenen Signals verworfen wird. Der Stand der Technik macht ineffizienten Gebrauch vom erfaßten Signal. Ähnliche Nachteile treten in Systemen unter Verwendung von synthetischen Empfangslinien auf.
  • Im Stand der Technik sind der abzudeckende Bereich, die Sendestrahlbreite, die Anzahl von Sendestrahlen 170 und die Echoortsdatenauflösung voneinander abhängig. Die Sendestrahlbreite legt die minimale seitliche Auflösungsbreite der Echoortsdaten fest. Da jeder Sendestrahl 170 nur einen begrenzten Bereich abdeckt, ist eine größere Anzahl von Sendestrahlen 170 erforderlich, um einen größeren Bereich abzubilden. Die Verwendung einer größeren Anzahl von Sendestrahlen 170 verlängert die minimale Zeit, die erforderlich ist, um ein Bild zu erzeugen.
  • Die Nachteile des Standes der Technik wie z. B. eine Bilderzeugungsrate, die durch die Impulsrücklaufzeit eingeschränkt ist, und eine ineffiziente Signalverwendung, haben Ultraschallsysteme des Standes der Technik daran gehindert, die Fortschritte in der Mikroverarbeitungsleistung vollständig auszunutzen. Der Stand der Technik nimmt diese Nachteile in Kauf, um Bilder mit der höchsten möglichen Auflösung zu erzeugen.
    •
  • BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt ein Ultraschallsystem des Standes der Technik;
  • 2 zeigt ein Verfahren des Standes der Technik zur Fokussierung eines Ultraschallstrahls;
  • 3A bis 3E zeigen einen Abtastprozeß des Standes der Technik unter Verwendung einer phasenabgeglichenen Matrix von acht Wandlerelementen;
  • 4 ist ein Ablaufplan, der einen Überblick über ein Breitstrahlverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Breitstrahlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 6 ist ein Ablaufplan, der Details eines Breitstrahl-Konstruktionsschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 7A zeigt einen Ultraschallstrahl, der unter Verwendung einer linearen Wandlermatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird;
  • 7B zeigt einen Ultraschallstrahl, der unter Verwendung einer gekrümmten Wandlermatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird;
  • 7C zeigt einen Ultraschallstrahl, der zu einem beschallten Bereich führt, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt wird;
  • 7D zeigt ein Diagramm der Ultraschallintensität durch einen Querschnitt eines Breitstrahls;
  • 8 ist ein Ablaufplan, der Details eines Sendeschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 9 ist ein Ablaufplan, der Details eines Empfangsschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 10 zeigt gespeicherte Daten, die in einer Kanaldatenmatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet sind;
  • 11A zeigt eine Echoortsdatenmatrix mit einer ersten Achse, die die X-Position angibt, und einer zweiten Achse, die die Y-Position angibt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 11B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix mit einer ersten Achse, die den Winkel (θ) angibt, und einer zweiten Achse, die den Radius (R) angibt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 12A zeigt ein kartesisches Koordinatensystem mit elf "X"-Unterteilungen für die Zwecke der Erläuterung, die Datenintervallbereiche trennen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 12B zeigt ein radiales Koordinatensystem, das den mit einem Ultraschallstrahl beschallten Bereich darstellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 13A und 13B zeigen die Ultraschallfortpflanzung von Wandlerelementen zu Gegenständen innerhalb eines untersuchten Materials gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 14 zeigt Kanaldaten, die aus Echos erzeugt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 15 zeigt Echoortsdaten, die unter Verwendung der in 14 gezeigten Kanaldaten erzeugt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 16 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zeigt, das in einer Echoflächenberechnung enthalten ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 17 zeigt ein Kurvenbild, das drei alternative Apodisationsfunktionen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
  • 18 zeigt Ultraschall, der von zwei Wandlerelementen gesandt wird und auf einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand auftrifft;
  • 19 zeigt Signale, die von einem SCE-Wandlerelement erzeugt werden, das in einer Kanaldatenmatrix gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gespeichert wird; und
  • 20 ist ein Ablaufplan, der Details eines Echoflächen-Berechnungsschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden, wobei der Ultraschallstrahl Komponenten umfasst, die von jedem Wandler in der Vielzahl von Wandlern erzeugt werden, (2) Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen und einer Zeitdimension zuordenbar sind und über mindestens eine räumliche Dimension verteilt sind, (4) Verwenden der Phasen- und/oder Amplitudeninformation, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden, welche sich aus Ultraschallstrahlkomponenten ergeben, die durch eine Teilmenge von Wandlern in der Vielzahl von Wandlern erzeugt werden, und (5) Transformieren der ersten Daten in zweite Daten unter Verwendung der unterschiedenen Echos, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die über mindestens eine räumliche Dimension mehr verteilt sind als die ersten Daten.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Senden eines Ultraschallstrahls in das untersuchte Material, (2) Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten einen Wert aufweisen, der eine Phasen- und Amplitudeninformation umfasst und einer Zeit und mindestens einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar ist, und (4) Transformieren eines Teils der ersten Daten in zweite Daten unter Verwendung einer Transformation, die in der Lage ist, zweite Daten zu erzeugen, die über mindestens eine zweite räumliche Dimension und eine dritte räumliche Dimension verteilt sind, wobei die Transformation die Phasenund/oder Amplitudeninformation verwendet, um den zu transformierenden Teil der ersten Daten auszuwählen.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Senden von einem oder mehreren Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material, (2) Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem der gesendeten oder mehreren Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, wobei die Wechselwirkungen an Punkten auftreten, die über mindestens eine erste räumliche Dimension und eine zweite räumliche Dimension verteilt sind, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die in einer Zeitdimension verteilt sind und zusätzlich über mindestens die erste oder die zweite räumliche Dimension verteilt sind, (4) Transformieren der ersten Daten in zweite Daten mit Werten, die über zumindest sowohl die erste als auch die zweite räumliche Dimension verteilt sind, (5) Senden eines weiteren Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material, (6) Empfangen von weiteren Echos, die unter Verwendung des weiteren.Ultraschallstrahls erzeugt werden, (7) Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen weiteren Echos, wobei die dritten Daten Echoortsdaten sind und eine Dimensionalität aufweisen, und (8) Kombinieren der dritten Daten mit den zweiten Daten, wobei die Kombination dieselbe Dimensionalität aufweist wie die dritten Daten.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Senden eines Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material, (2) Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem gesandten Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Daten unter Verwendung der empfangenen Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die der Zeit und einer Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Anzahl von Positionen mindestens 64 ist und die Zuordnung zur Anzahl von Positionen von der Zuordnung zur Zeit unabhängig ist, und (4) Transformieren der ersten Daten in zweite Daten mit Werten, die zumindest der ersten räumlichen Dimension und einer zweiten räumlichen Dimension zuordenbar sind.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Verwenden einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden, (2) Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit und einer ersten Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen mehr als Eins ist, und (4) Erzeugen von zweiten Daten aus den ersten Daten, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die einer zweiten räumlichen Dimension und einer zweiten Anzahl von Positionen in der ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen geringer ist als die zweite Anzahl von Positionen; wobei zumindest einer der Werte der zweiten Daten, der einer der zweiten Anzahl von Positionen, aber keiner der ersten Anzahl von Positionen zuordenbar ist, ohne Interpolation zwischen den Werten der ersten Daten erzeugt wird.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten (1) Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material zu senden, (2) Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem ersten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, (3) Erzeugen von ersten Echodaten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Werte eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen, (4) Empfangen von zweiten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen zumindest einem zweiten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, (5) Erzeugen von zweiten Echodaten aus den empfangenen zweiten Echos, wobei die zweiten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer zweiten räumlichen Dimension zuordenbar sind, (6) Erzeugen von ersten Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Echodaten und einer Datentransformation als Reaktion auf die Phasen- und/oder Amplitudeninformation, (7) Verwenden der zweiten Echodaten, um zweite Echoortsdaten zu erzeugen, und (8) Kombinieren der ersten und der zweiten Echoortsdaten, um dritte Echoortsdaten mit derselben Dimensionalität wie die ersten Echoortsdaten zu erzeugen.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen ein Verfahren zum Erzeugen von Echoortsdaten mit den Schritten (1) Erzeugen von ersten Daten durch Umwandeln von Echos in elektronische Signale, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit zuordenbar sind und separat einer Vielzahl von Positionen in zumindest einer räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Vielzahl von Werten eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen, und (2) Erzeugen der Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Daten und einer Datentransformation als Reaktion auf die Phasen- und/oder Amplitudeninformation, wobei die Echoortsdaten mindestens einen Wert aufweisen, der von zwei oder mehr Elementen der Vielzahl von Werten abgeleitet wird, die verschiedenen Positionen in der Vielzahl von Positionen zuordenbar sind.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Neue BreitstrahlTM-Technologien sind Systeme und Verfahren, die ermöglichen, dass mehrdimensionale (Fläche oder Volumen) Echoortsdaten aus nicht mehr als einem Ultraschallstrahl erzeugt werden. Diese Technologien umfassen das Erzeugen eines Ultraschallstrahls und das Senden desselben in ein zu untersuchendes Material, das Erzeugen von Echosignalen aus den resultierenden Echos, und das Verarbeiten der Echosignale, um Echoortsdaten zu erzeugen, die in zwei oder mehr Dimensionen verteilt sind.
  • Breitstrahltechnologien sind weniger komplex als Ultraschallsysteme und -verfahren des Standes der Technik. Breitstrahlsysteme und -verfahren sind beispielsweise nicht durch die Verwendung von Sendelinien, Abtastlinien oder Empfangslinien eingeschränkt, und Breitstrahlsysteme und -verfahren können mehrdimensionale Echoortsdaten aus nicht mehr als einem gesendeten Ultraschallstrahl erzeugen. Die Abhängigkeit von Sendelinien und Empfangslinien wird beseitigt, da die Breitstrahltechnologien keine Annahme erfordern, dass Echoquellen entlang einer eindimensionalen Linie wie z. B. der Sendestrahllinie 250 und/oder einer Empfangslinie angeordnet sind. Breitstrahlsysteme und -verfahren erfordern nicht, dass mehrere Strahlabtast- oder Abtastlinien ein zweidimensionales Bild erzeugen. Im Gegensatz zum Stand der Technik können sich die resultierenden Echoortsdaten auch aus einem einzelnen gesandten Ultraschallstrahl ergeben, der über zwei Dimensionen verteilt sein kann. Unter Verwendung von Breitstrahlsystemen und -verfahren kann eine Mehrheit der empfangenen Echosignale zur Bilderzeugung verwendet werden.
  • Im Gegensatz zu Ausführungsbeispielen des Standes der Technik hängen Breitstrahlsysteme und -verfahren nicht notwendigerweise von der Form oder Breite eines gesandten Ultraschallstrahls ab, um die Auflösung der Echoortsdaten festzulegen. Diese Unabhängigkeit entsteht, da Breitstrahlsysteme keine Annahme beinhalten, dass ein gesandter Ultraschallstrahl durch eine Sendelinie oder eine Spalte, die eine Sendelinie umgibt, angenähert wird. Im Allgemeinen sind Ultraschallstrahlen (Breitstrahlen), die in Breitstrahlsystemen und -verfahren verwendet werden, breiter als der im Stand der Technik verwendete fein fokussierte Ultraschallstrahl 170.
  • Breitstrahlsysteme und -verfahren verarbeiten Daten anders als der Stand der Technik. Breitstrahlsysteme und -verfahren basieren auf mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen, die an Empfangswandlern empfangene Echos in Echoortsdaten umwandeln, wodurch mehrdimensionale Echoortsdaten aus einem einzelnen gesandten Ultraschallstrahl erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel beeinflusst ein Entfaltungsalgorithmus (Berechnung) beispielsweise eine Transformation von zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler) Rohdaten in zweidimensionale (X,Y-Position) Echoortsdaten. Die zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler) Rohdaten werden wahlweise unter Verwendung eines einzelnen gesandten Ultraschallstrahls und ohne Annahme einer Sendelinie oder einer Empfangslinie erzeugt. Die zweidimensionalen Echoortsdaten sind über einen Bereich verteilt, der mindestens zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung erfordert. Die in Breitstrahlsystemen und -verfahren enthaltene Datenverarbeitung ist in der Lage, einen einzelnen übertragenen Ultraschallstrahl zu verwenden, um ein zweidimensionales Bild zu erzeugen, das zur Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung ausgelegt ist.
  • Breitstrahlsysteme und -verfahren nutzen Steigerungen der Mikroprozessorleistung und Fortschritte in den integrierten Schaltkreistechnologien. Derzeitige Mikroprozessoren sind in der Lage, eine Breitstrahl-Datenanalyse mit einer Geschwindigkeit durchzuführen, die schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der einzelne Ultraschallstrahlen unter Verwendung von Strahlformungstechnologien des Standes der Technik gesandt und empfangen werden können. Obwohl Technologien des Standes der Technik durch die Impulsrücklauf zeit und die Anzahl von einzelnen Ultraschallstrahlen, die erforderlich sind, um einen Bereich abzubilden, eingeschränkt sind, wirken sich Ausführungsbeispiele der Breitstrahlmethode auf weitergehende Fortschritte in der Rechentechnologie aus. Breitstrahlsysteme und -verfahren erzielen Bilderzeugungsraten, die nicht hauptsächlich durch die Verwendung von schmal fokussierten Ultraschallstrahlen begrenzt sind wie im Stand der Technik.
  • In einem herkömmlichen System, das auf eine Tiefe von 200 mm abbildet, benötigen beispielsweise 128 Sende/Empfangs-Zyklen 33,3 Millisekunden auf der Basis einer Schallgeschwindigkeit von 1,54 mm/Mikrosekunde. Diese Geschwindigkeit ergibt eine Bildrate von ungefähr 30 Vollbildern/Sekunde mit einer Bildauflösung über die Bildfläche senkrecht zur Achse der Elementmatrix 105 von 128 Zeilen. Im Vergleich kann unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Abbilden derselben Tiefe eine ähnliche Auflösung unter Verwendung von fünf bis sieben Sende/Empfangs-Zyklen, die insgesamt 1,3 bis 1,8 Millisekunden benötigen, erhalten werden. Diese Zeiten begrenzen die resultierende Bildrate auf 769 bzw. 549 Vollbilder/Sekunde. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden Bilder mit Bildauflösungen von 128 Zeilen wie vorstehend in weniger als 25, 17, 10, 5 oder 2 Millisekunden erhalten.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologien ergeben Bilder, die das Auftreten von unerwünschten zeitlichen Anomalien, die mit Abtastprozessen des Standes der Technik verbunden sind, minimieren. Die mehrdimensionalen Echoortsdaten, die von einem Breitstrahl-Ultraschallstrahl abgeleitet werden, stellen einen Abschnitt des untersuchten Materials während des kurzen Zeitraums einer Impulsrücklaufzeit dar. Da diese Zeit kürzer ist als die Zeit, die erforderlich ist, um eine zweidimensionale (Mehrstrahl-) Abtastung im Stand der Technik durchzuführen, wird die Wahrscheinlichkeit einer relativen Bewegung zwischen den Wandlern und dem untersuchten Material während der Datenerfassung relativ zum Stand der Technik verringert.
  • Breitstrahlsysteme und -verfahren hängen nicht von der Näherung des Standes der Technik ab, dass ein Ultraschallstrahl durch eine Linie dargestellt werden kann, wie z. B. die Strahllinie 250. Daher ist die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten keine Funktion des Abstands von einem Brennpunkt, wie z. B. den Brennpunkten 230A–E des Standes der Technik. Breitstrahlen sind typischerweise breiter und in der Lage, Bereiche abzubilden, die größer sind als jeder der fokussierten Strahlen des Standes der Technik.
  • Da jeder Breitstrahl in der Lage ist, einen Bereich abzubilden, der größer ist als Ultraschallstrahlen des Standes der Technik, wird die Anzahl von Ultraschallstrahlen, die erforderlich ist, um einen speziellen Bereich abzubilden, relativ zum Stand der Technik verringert. Da weniger Ultraschallstrahlen, wie z. B. nur ein Ultraschallstrahl, erforderlich sind, können Breitstrahlsysteme und -verfahren weniger Leistung verwenden, um ein zu untersuchendes Material abzubilden, als Systeme des Standes der Technik. Die Verwendung von weniger Leistung senkt die Menge an Energie, die in das zu untersuchende Material eingeschossen wird, und senkt die Menge an Elektrizität, die zum Erzeugen jedes Bildes erforderlich ist. Verringerte elektrische Anforderungen können Vorrichtungen, die eingebaute Leistungsquellen wie z. B. Batterien verwenden, nutzen.
  • Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie umfassen einen Prozess der FlächenformungTM zum Erzeugen, Empfangen und Analysieren eines Ultraschallstrahls, wobei ein Satz von Echoortsdaten, die über einen Bereich verteilt sind, der zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung erfordert, unter Verwendung von nicht mehr als einem Ultraschall erzeugt werden. Die Empfangspunkte, an denen die Echoerfassung stattfindet und Echoortsdaten erzeugt werden, können irgendwo im geprüften Bereich liegen. Die Empfangspunkte liegen wahlweise entlang eines variablen Gitters, dessen Granularität und Regelmäßigkeit mit der Position variieren. Weitere Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie umfassen einen Prozess der VolumenformungTM ähnlich der Flächenformung, außer dass drei räumliche Dimensionen erforderlich sind, um die Echoortsdaten, die unter Verwendung von nicht mehr als einem Ultraschall erzeugt werden, angemessen darzustellen. Die Flächenformung und Volumenformung werden wahlweise mit nicht-räumlichen Dimensionen wie z. B. Zeit und Geschwindigkeit kombiniert, um Prozesse der mehrdimensionalen FormungTM zu erzielen.
  • 4 ist ein Ablaufplan, der einen Überblick über ein Breitstrahlverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und im Allgemeinen mit 400 bezeichnet ist. Das Verfahren 400 beginnt mit einem Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410, das die Festlegung der Anzahl und Formen von Ultraschallstrahlen (Breitstrahlen), die zum Abbilden einer Fläche oder eines Volumens erforderlich sind, umfasst. Innerhalb dieses Schritts werden gewünschte Eigenschaften von zumindest einem der festgelegten Breitstrahlen berechnet und Parameter für die Breitstrahlerzeugung werden festgelegt. Die gewünschten Eigenschaften jedes Breitstrahls können Faktoren wie z. B. Position, Richtung, Breite, Intensität, Streuung oder dergleichen umfassen. Die Parameter können Spannungen, Blendenfunktionen, Anregungsverzögerungen und ähnliches umfassen.
  • In einem Sendeschritt 420 wird der in Schritt 410 konstruierte Breitstrahl erzeugt und in ein zu untersuchendes Material gesendet. Der Sendeschritt 420 umfasst die Erzeugung einer elektronischen Wellenform unter Verwendung von beispielsweise einem digitalen oder analogen Wellenformgenerator. Diese Wellenform wird mit mehreren Kanälen gekoppelt, von denen jeder unter Verwendung von Vorrichtungen wie z. B. einem Mehrkanal-Verzögerungsgenerator und einem Mehrkanal-Leistungsverstärker unabhängig verzögert und verstärkt werden kann. Typischerweise werden die Verzögerungszeiten als Reaktion auf die gewünschte Form, Breite und Richtung des Breitstrahls ausgewählt. Die verstärkten Wellenformen regen Wandlerelemente 110 an, die bewirken, dass der Breitstrahl in ein zu untersuchendes Material gesandt wird.
  • Ein Empfangsschritt 430 verwendet die Wandlerelemente 110, um Echos zu erfassen, die durch den gesandten Breitstrahl erzeugt werden. Die Wandlerelemente 110 erzeugen elektronische Signale als Reaktion auf die erfassten Echos. Die resultierenden elektronischen Signale (Analogkanaldaten) werden wahlweise unter Verwendung eines analogen Filters gefiltert und typischerweise mit einem Mehrkanal-A/D-Wandler digitalisiert, um Digitalkanaldaten zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel umfassen die Kanaldaten vorzugsweise sowohl eine Amplituden- als auch Phaseninformation. In einem Datenspeicherschritt 440 werden die Kanaldaten in einem Kanaldatenpuffer gespeichert. Dieser Kanaldatenpuffer befindet sich in einem Speicher wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien, optischen Medien oder dergleichen.
  • Ein Echoflächen-Berechnungsschritt 450 umfasst die Verarbeitung der gespeicherten Kanaldaten unter Verwendung von mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen. Diese Algorithmen sind mathematische Verfahren, die die Kanaldaten in mehrdimensionale Echoortsdaten transformieren. Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 kann die mehrdimensionalen Echoortsdaten ohne Verwendung der Sendelinien, Empfangslinien oder Abtastlinien, die den Stand der Technik kennzeichnen, erzeugen.
  • Das Verfahren 400 fährt mit einem Echoortsdaten-Speicherschritt 460 fort, in dem die resultierenden Echoortsdaten unter Verwendung einer Echoortsdatenmatrix gespeichert werden, die ein vorgewähltes Koordinatensystem verwendet. Die Echoortsdaten befinden sich typischerweise in einem Speicher wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien, optischen Medien oder dergleichen.
  • In einem Schritt 465 prüft das Verfahren 400, ob der Datenerfassungsprozess vollständig ist (z. B. die zum Erzeugen des gewünschten Bildes erforderlichen Daten erfasst wurden). Wenn der Datenerfassungsprozess unvollständig ist, kehrt das Verfahren zum Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zurück, in dem ein weiterer Breitstrahl konstruiert wird. Wenn in Schritt 465 der Datenerfassungsprozess vollständig ist, kann ein Bild in einem wahlweisen Bilderzeugungsschritt 470 erzeugt und in einem wahlweisen Anzeigeschritt 480 auf einer Anzeigevorrichtung wie z. B. einem Computermonitor angezeigt werden.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel schließt der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 die Berechnung von Kennwerten für verschiedene Breitstrahlen ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rückkehr zu Schritt 410 zwischen den Schritten 465 und 420 optional. Das Verfahren kann direkt vom Schritt 465 zum Sendeschritt 420 fortfahren, da die gewünschten Kennwerte für den nächsten Breitstrahl vor dem Schritt 410 vorausberechnet werden.
  • 5 zeigt ein Breitstrahlsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Allgemeinen mit 500 bezeichnet ist. Ein Wellenformgenerator 510 wie z. B. ein programmierbarer Impulssequenzgenerator oder dergleichen wird verwendet, um elektronische Signale zu erzeugen, wie z. B. elektronische Impulse 210, die später verwendet werden, um einen Breitstrahl-Ultraschallstrahl zu erzeugen. Die elektronischen Signale werden individuell durch eine Verzögerungsvorrichtung 515 in verschiedenen Signalkanälen mit einem Satz von Verzögerungen, die dazu ausgelegt sind, einen Ultraschallstrahl mit den in Schritt 410 von 4 konstruierten Eigenschaften zu erzeugen, verzögert. Das Ausgangssignal der Verzögerungsvorrichtung 515 wird mit einem Leistungsverstärker 520 wie z. B. einem Leistungstransistor, Operationsverstärker, Hochgeschwindigkeits-FET oder dergleichen gekoppelt, wo es verstärkt und durch einen Sende/Empfangs-Schalter 525 geleitet wird. Der Sende/Empfangs-Schalter 525 umfasst wahlweise einen Multiplexer 527, der dazu ausgelegt ist, Eingangskanäle mit Signalen, die von der Verzögerungsvorrichtung 515 empfangen werden, mit Ausgangskanälen zur Übertragung zu einer Wandlermatrix 530 zu koppeln, die analog zur Elementmatrix 105 des Standes der Technik sein kann. Die Wandlermatrix 530 umfasst Ultraschallwandlerelemente wie z. B. die Ultraschallwandlerelemente 110A–110H, die durch Umwandeln von elektrischen Signalen, die vom Sende/Empfangs-Schalter 525 empfangen werden, in Ultraschallimpulse einen Breitstrahl erzeugen.
  • Die Wandlermatrix 530 ist dazu ausgelegt, den Breitstrahl in ein zu untersuchendes Material 535 zu senden. Das Senden des Breitstrahls findet in Schritt 420 von 4 statt. Echos werden im untersuchten Material 535 durch Wechselwirkungen zwischen dem Breitstrahl und Ultraschall reflektierenden Gegenständen wie z. B. Gewebe und Knochen erzeugt. Die Wandlermatrix 530 empfängt die erzeugten Echos und erzeugt entsprechende elektrische Signale in Schritt 430 von 4. Diese elektrischen Signale, die typischerweise analoge elektrische Signale sind, werden über den Sende/Empfangs-Schalter 525 mit einem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung wie z. B. einem spannungsgeregelten Operationsverstärker, einem digital gesteuerten Verstärker, einer Verstärkungstransistorschaltung oder dergleichen gekoppelt.
  • Nach der Verstärkung werden die Signale über ein wahlweises analoges Filter 545 zu einem A/D-Wandler 550 geleitet, wo die verstärkten Signale digitalisiert werden. Das analoge Filter 545 kann irgendein analoges Filter sein, das auf dem Fachgebiet bekannt ist, wie z. B. ein Bandpassfilter, ein Bandsperrfilter oder dergleichen. Der A/D-Wandler 550 ist typischerweise ein kommerziell erhältlicher Analog-Digital-Wandler oder dergleichen.
  • Die resultierenden digitalen Daten werden in Schritt 440 (4) in einem Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert, wo sie vom Signalprozessor 560 verarbeitet werden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 kann sich in einem beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Speichersystem befinden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 ist beispielsweise wahlweise in einem elektronischen Speicher wie z. B. einem RAM oder einem magnetischen oder optischen Speicher wie z. B. Plattenlaufwerken, Kompaktplatten oder dergleichen angeordnet. Die vom Signalprozessor 560 durchgeführten Operationen umfassen Echoflächenberechnungen von Schritt 450 (4), die die im Datenkanal-Speicherpuffer 555 gespeicherten Zeitdomänendaten in Echoortsdaten transformieren, wie z. B. Rohdaten oder erfasste Daten, die in Schritt 460 (4) in einem Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert werden. Aus dem Echoortsdaten-Speicher 565 werden Daten wahlweise zu einem zusätzlichen Datenspeicher 570 übertragen oder auf diese wird durch einen Bildwandler 575 zugegriffen. Der Echoortsdaten-Speicher 565 und der zusätzliche Datenspeicher 570 können beliebige geeignete Speichervorrichtungen wie z. B. ein elektronischer Speicher, magnetische oder optische Medien oder dergleichen sein. Der Bildwandler 575 ist analog zu "Bildabtastwandlern" des Standes der Technik, kann jedoch zusätzlich vielmehr Daten verarbeiten, die unter Verwendung eines einzelnen Ultraschallstrahls erzeugt werden, als Daten, die unter Verwendung einer "Abtastung" mit mehreren Ultraschallstrahlen erzeugt werden. In Schritt 470 (4) kann der Bildwandler 575 Daten verwenden, die im Echoortsdaten-Speicher 565, im zusätzlichen Datenspeicher 570 oder beiden gespeichert sind, um Erkennungsdaten oder Bilddaten zu erzeugen.
  • Der Bilderzeugungsprozess kann zu Verfahren des Standes der Technik zur Bilderzeugung unter Verwendung von Echoortsdaten, die durch Strahlformungsverfahren erzeugt werden, analog sein. Beispielsweise wird eine spezielle Position im Echoortsdaten-Speicher 565 wahlweise in eine spezielle Stelle auf einem Anzeigebildschirm abgebildet. Die Intensität und/oder Farbe einer Position innerhalb des Bildes kann die Intensität oder eine andere Eigenschaft von Echos anzeigen, die innerhalb des untersuchten Materials 535 erfasst werden. Dieses Bild wird in Schritt 480 ( 4) wahlweise auf einer Anzeige 580 wie z. B. einem LCD-Schirm, einem CRT-Schirm, einem Computermonitor, einer elektronischen Anzeige oder dergleichen gezeigt.
  • Vom Bildwandler 575 verwendete Daten können sich aus einer Reihe von Ultraschallstrahlen oder alternativ aus einem einzelnen Ultraschallstrahl ergeben. Daten im zusätzlichen Datenspeicher 570 werden mit anderen Komponenten des Breitstrahlsystems 500 wie z. B. dem Bildwandler 575, der Datenübertragungselektronik 585 und der Benutzerschnittstellenelektronik 590 gekoppelt. Die Komponenten des Breitstrahlsystems 500 werden durch eine Steuerelektronik 595 über Verbindungen, die in 5 nicht gezeigt sind, gesteuert und koordiniert. Die Steuerelektronik 595 umfasst Mikroprozessoren, DSPs und einen wahlweisen Computercode 596, der dazu ausgelegt ist, Elemente des Breitstrahlsystems 500 zu steuern und Verfahren der Erfindung wie z. B. den Breitstrahlprozess 400 auszuführen.
  • 6 ist ein Ablaufplan, der den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel werden Berechnungen unter Verwendung des Computercodes 596 durchgeführt und können beispielsweise mathematische Modelle der Ultraschallstrahlerzeugung, -fortpflanzung und -rückstrahlung umfassen. In einigen Fällen werden Nachschlagetabellen verwendet, um den Berechnungsprozess zu beschleunigen. Wenn ein Benutzer beispielsweise eine spezielle Analysetiefe angegeben hat, wird wahlweise eine erwünschte Intensität aus einer Nachschlagetabelle festgestellt. Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 beginnt mit einem Abdeckungsfestlegungsschritt 610, in dem die zu untersuchende Fläche (oder das Volumen) innerhalb des untersuchten Materials 535 und die Zeitdauer, über die die Untersuchung stattfinden soll, festgelegt werden. Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann auf Optionen, die von einem Benutzer ausgewählt werden, und auf die Anforderungen der aktuellen Abbildungs- (Analyse-) Betriebsart reagieren. In einer Doppler-Abbildungsbetriebsart kann der Benutzer beispielsweise eine kontinuierliche Überwachung und einen Breitstrahl, der durch eine kontinuierliche Reihe von Ultraschallimpulsen gekennzeichnet ist, auswählen. In einem anderen Beispiel kann ein Benutzer wählen, einen Bereich innerhalb des zu untersuchenden Materials 535 unter Verwendung eines eingeschränkten Blickfeldes anzustrahlen. Die Wahl eines speziellen Blickfeldes wird wahlweise verwendet, wenn eine Breite eines erzeugten Breitstrahls berechnet wird. Breiten von Breitstrahlen können beispielsweise derart ausgewählt werden, dass eine ganze Zahl von Breitstrahlen mit einer Überlappung von 10% in ein gewähltes Blickfeld passt.
  • Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann auch eine Anzahl von Breitstrahlen festlegen, die zum Abbilden einer Fläche (oder eines Volumens) innerhalb des zu untersuchenden Materials 535 erforderlich sind. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 beispielsweise eine Berechnung, die dazu ausgelegt ist, eine Abdeckung im fernen Feld zu simulieren, die feststellt, dass eine Fläche am besten unter Verwendung von drei Breitstrahlen, die unter Verwendung von Blockschaltverfahren gegeneinander verschoben werden, abgebildet wird. In anderen Ausführungsbeispielen stellt die Berechnung fest, dass eine Fläche am besten unter Verwendung von einem, zwei oder mehr Breitstrahlen abgebildet wird. Wenn der Benutzer eine Betriebsart ausgewählt hat, die mehrere verschiedene Breitstrahlen, eine wiederholte Abbildung oder eine kontinuierliche Überwachung umfasst, wird der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 wahlweise einmal für jeden Breitstrahl durchgeführt.
  • Dem Abdeckungsfestlegungsschritt 610 folgt ein Eigenschaftsfestlegungsschritt 620, in dem weitere Eigenschaften des (der) Breitstrahls (Breitstrahlen), der (die) im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 festgelegt wurde(n), festgelegt werden. Diese Eigenschaften umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Ultraschallfrequenzen, Richtung, Streuung, Impulsform, Phasenbeziehungen, Blende, Intensität, Dauer, Wiederholungsrate und/oder andere Eigenschaften eines Ultraschallstrahls. Die Eigenschaften hängen typischerweise von der Abbildungsanalyseart, die durchgeführt wird, von der erforderlichen Auflösung und von Optionen, die von einem Benutzer gewählt werden, ab. Eine Betriebsart der kontinuierlichen Überwachung kann beispielsweise einen Breitstrahl erfordern, der mit einer speziellen Impulsrate erzeugt wird, eine hohe Auflösung kann die Verwendung von mehreren Ultraschallfrequenzen erfordern, und ein Benutzer kann wählen, einen schmalen Bereich zu untersuchen, der am besten durch einen Breitstrahl mit geringer Streuung geprüft wird. Zusätzlich zu den vorstehend erörterten Eigenschaften kann der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 die Auswahl eines Koordinatensystems, mit dem die durch den Breitstrahl abgedeckte Fläche dargestellt werden soll, und eines Ursprungs dieses Koordinatensystems umfassen. Ein solches Koordinatensystem kann verwendet werden, um Echoortsdaten zu speichern. Die Auswahl eines Koordinatensystems reagiert wahlweise auf die Form eines Breitstrahls. Beispiele von möglichen Koordinatensystemen sind in 7 dargestellt.
  • Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise auf Anforderungen der Auflösung und des dynamischen Bereichs. In einem Ausführungsbeispiel reagieren diese Schritte beispielsweise auf eine Benutzereingabe, die ein Bild festlegt, das auf eine spezielle Fläche gezoomt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel reagieren diese Schritte auf eine Benutzereingabe, die eine höhere Bildauflösung für einen Teil oder alles eines Bildes festlegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 eine Festlegung, dass ein einzelner Ultraschallstrahl erzeugt werden sollte, aber dass beispielsweise zum Erhöhen der Auflösung die vom einzelnen Ultraschallstrahl erzeugten Echos durch mehrere verschiedene Sätze von Empfangswandlern in mehreren Sende/Empfangs-Zyklen erfasst werden sollten.
  • Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise auf eine Rückkopplung, die in anderen Schritten der Erfindung erzeugt wird. In einem Ausführungsbeispiel geben Echoortsdaten beispielsweise an, dass ein Bereich der abgedeckten Fläche schlecht abgebildet wird und dass die schlechte Abbildung durch eine stark reflektierende Grenze verursacht wird, die zwischen dem schlecht abgebildeten Bereich und dem nächsten der Wandlerelemente 110 angeordnet ist. Als Reaktion auf diese Rückkopplung umfassen der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 das Definieren eines gelenkten Breitstrahls, der den Bereich von alternativen Ultraschallwandlern prüft, die nicht mit der reflektierenden Grenze und dem zu prüfenden Bereich in einer Linie liegen.
  • Der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 umfasst die Auswahl eines Breitstrahls zum Senden. Der Breitstrahl wird aus jenen ausgewählt, die im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 definiert wurden. Wenn mehrere Breitstrahlen im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 gekennzeichnet wurden, dann wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 wahlweise vor dem nächsten Stattfinden des Eigenschaftsfestlegungsschritts 620 mehr als einmal ausgeführt. In einem solchen Fall wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 nach Schritt 465 von 4 wiederholt.
  • Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 endet mit einem Anregungsberechnungsschritt 640. Der Anregungsberechnungsschritt 640 umfasst das Festlegen der zweckmäßigen physikalischen Parameter, die erforderlich sind, um den im Breitstrahl-Auswahlschritt 630 ausgewählten Breitstrahl zu erzeugen. Diese physikalischen Parameter umfassen beispielsweise, welche Wandlerelemente 110 anzuregen sind, elektronische Impulsspannungen, Impulsverzögerungszeiten, Einstellungen des Multiplexer 527 und/oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel erfordert ein ausgewählter Ultraschallstrahl mit einer speziellen gewünschten Form und Richtung beispielsweise die Verwendung eines speziellen Satzes von Wandlerelementen 110, die durch eine spezielle elektronische Wellenform angeregt werden, die durch Amplituden, Frequenzen und Phasen gekennzeichnet ist, wobei jedes des erforderlichen Satzes von Wandlerelementen 110 mit einer geeigneten Verzögerung angeregt wird. Die zweckmäßigen physikalischen Parameter werden beispielsweise unter Verwendung eines mathematischen Modells zum Berechnen einer Spannung, Wellenform und Verzögerung, die zum Anregen eines speziellen Elements der Wandlerelemente 110 verwendet werden, ermittelt. In einem Ausführungsbeispiel reagiert die Spannung auf einen Abstand in das zu untersuchende Material 535, von dem erwartet wird, dass der Breitstrahl in dieses eindringt.
  • 7A–7C zeigen Ausführungsbeispiele (710A–710C) eines Breitstrahls 710, der im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 festgelegt wurde. 7A zeigt den Breitstrahl 710A, der unter Verwendung eines linearen Ausführungsbeispiels der Wandlermatrix 530 erzeugt wird. Die Fläche eines beschallten Bereichs, die im Allgemeinen mit 715A bezeichnet ist, wird wahlweise durch ein radiales (θ, R) Koordinatensystem mit einem Ursprung 720, der sich an der Oberfläche der Wandlerelemente 110 befindet, dargestellt. Punkte innerhalb des beschallten Bereichs 715 werden durch ihren Abstand (R) von einem Ursprung 720 und ihre Winkelkoordinate (θ) relativ zur Wandlermatrix 530 oder einer Achse wie z. B. einer Achse 730 oder einer Achse 735 identifiziert. In alternativen Ausführungsbeispielen befindet sich der Brennpunkt des Breitstrahls 710B vielmehr hinter der Wandlermatrix 530 als vor den Wandlerelementen 110, wie in 2 dargestellt.
  • 7B zeigt den Breitstrahl 710B, der unter Verwendung eines gekrümmten Ausführungsbeispiels der Wandlermatrix 530 erzeugt wird. Ein beschallter Bereich, der im Allgemeinen mit 715B bezeichnet ist, wird wahlweise durch ein radiales Koordinatensystem mit einem Ursprung 755 hinter der Wandlermatrix 530 dargestellt. Dieser Ursprungsort sieht eine Beschallung von mehr Fläche nahe den Wandlerelementen 110 vor als ein Ursprungsort näher an der Wandlermatrix 530, wie in 7A dargestellt. Der Ort des Ursprungs 755 hinter der Wandlermatrix 755 ist wahlweise von der Form der Wandlermatrix 755 unabhängig. Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch, sind jedoch nicht begrenzt auf die Positionierung des Ursprungs 755 und/oder eines Brennpunkts hinter einem linearen Ausführungsbeispiel der Wandlermatrix 530.
  • 7C zeigt den Breitstrahl 710C, der zu einem beschallten Bereich führt, der im Allgemeinen mit 715C bezeichnet ist. Der beschallte Bereich 715C weist eine rechteckigere Form auf als jene, die vom Breitstrahl 710A und Breitstrahl 710B erzeugt werden, die in 7A bzw. 7B gezeigt sind. Der vom Breitstrahl 710C beschallte Bereich kann aufgrund der rechteckigen Form des Bereichs vorzugsweise durch ein kartesisches (x, y) Koordinatensystem 780 dargestellt werden.
  • Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem die maximale Intensität in der Mitte eines Ultraschallstrahls zu finden ist, kann die maximale Intensität eines Breitstrahls wie z. B. des Breitstrahls 710B oder 710C an anderen Punkten als entlang der Mitte des Strahls liegen. 7D zeigt ein Diagramm 790 einer Ultraschallintensität durch einen Querschnitt des Breitstrahls 710C, gemessen in einem Abstand von der Wandlermatrix 530 von ungefähr gleich 1/2 der Breite der Strahlblende. Dieser Querschnitt ist durch eine gestrichelte Linie 785 in 7C angegeben. Unter einem gewissen Umstand stellt das Intensitätsprofil eines Breitstrahls eine erwünschtere Energieverteilung dar als jene, die im Stand der Technik zu finden sind. Die durch das Diagramm 790 dargestellte Energieverteilung ist beispielsweise gleichmäßiger über den beschallten Bereich 715C verteilt als die Energieverteilung innerhalb eines Breitstrahls des Standes der Technik in dem Bereich eines Brennpunkts.
  • 8 zeigt Details eines Ausführungsbeispiels des Sendeschritts 420 von 4. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst Schritt 420 einen Wellenformerzeugungsschritt 810, in dem der Wellenformgenerator 510 verwendet wird, um eine elektrische Wellenform mit Eigenschaften zu erzeugen, die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 berechnet wurden. Die erzeugte Wellenform umfasst wahlweise eine Vielzahl von Impulsen mit veränderlicher Frequenz oder Phase. In einem Signalverzögerungsschritt 820 wird die erzeugte Wellenform in mehreren Signalkanälen reproduziert und unter Verwendung der Verzögerungsvorrichtung 515 um Zeiten verzögert, die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 festgelegt wurden. Die Wellenformen in jedem Signalkanal werden in einem Verstärkungsschritt 830 unter Verwendung des Leistungsverstärkers 520 verstärkt. Die verstärkten Wellenformen werden über den Multiplexer 527 in einem Multiplexschritt 840 gekoppelt. Der Multiplexer 527 ist eingestellt, um die Wellenform in jedem Signalkanal zu einem oder mehreren Elementen der Wandlerelemente 110 in der Wandlermatrix 530 zu leiten. Im Schallerzeugungsschritt 850 bewirken die geleiteten Wellenformen, dass die Wandlermatrix 530 den Breitstrahl 710 erzeugt, der in das zu untersuchende Material 535 gerichtet wird. Der Schallerzeugungsschritt 850 beendet den Sendeschritt 420.
  • 9 zeigt Details eines Ausführungsbeispiels des Empfangsschritts 430 von 4, in dem Echos erfasst und in digitale Daten umgewandelt werden. In einem Schaltereinstellschritt 910 wird der Sende/Empfangs-Schalter 525 derart eingestellt, dass Signale, die an den Wandlerelementen 110 erzeugt werden, über den Multiplexer 527 mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelt werden. In einem Echoerfassungsschritt 920 werden Echos von innerhalb des untersuchten Materials 535 durch Elemente der Wandlerelemente 110 in der Wandlermatrix 530 erfasst. Die Elemente der Wandlerelemente 110, die zur Erfassung von Echos verwendet werden, sind wahlweise andere als die Elemente der Wandlerelemente 110, die zum Senden des Breitstrahls 710 verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen sind diese zwei Sätze von Wandlerelementen 110 in einer Anzahl von Arten ausgelegt. Die Sätze können beispielsweise identisch, verschachtelt, teilweise entlang der Wandlermatrix 530 überlappt oder nicht entlang der Wandlermatrix 530 überlappt sein. Die elektronischen Signale, die sich aus den erfassten Echos ergeben, werden mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelt, da der Sende/Empfangs-Schalter 525 im Schaltereinstellschritt 910 eingestellt wurde.
  • Die mit dem Verstärker 540 mit variabler Verstärkung gekoppelten elektronischen Signale werden in einem Schritt 930 zur variablen Verstärkung verstärkt. Der Schritt 930 zur variablen Verstärkung umfasst wahlweise eine Rückkopplung auf der Basis von Daten, die unter Verwendung eines vorherigen Breitstrahls 710 erhalten wurden. Die Rückkopplung sieht eine adaptive Verarbeitung vor und kann verwendet werden, um das Signal innerhalb jedes Kanals derart einzustellen, dass der dynamische Bereich von nachfolgenden Datenverarbeitungsschritten maximiert wird. Wenn die vorherige Ausführung des Schritts 930 zur variablen Verstärkung beispielsweise zur Sättigung eines speziellen Kanals führte, dann wird bei einem Ausführungsbeispiel die Verstärkung in diesem Kanal wahlweise in einer folgenden Ausführung des Schritts 930 zur variablen Verstärkung verringert. Die Verringerung oder adaptive Eingangsverstärkung wird bei der späteren Datenverarbeitung, die nach der Digitalisierung des verstärkten Signals stattfindet, kompensiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass die Wandlerelemente 110 nahe der Mitte der Wandlermatrix 530 systematisch stärker auf Echos reagieren als die Wandlerelemente 110 nahe einer Kante der Wandlermatrix 530. Der Schritt 930 zur variablen Verstärkung umfasst wahlweise die Kompensation dieser systematischen Differenz.
  • In einem wahlweisen analogen Filterschritt 940 werden die elektronischen Signale, die im Schritt 930 zur variablen Verstärkung verstärkt wurden, unter Verwendung eines analogen Filters 545 verarbeitet. Diese Verarbeitung umfasst beispielsweise I/Q-Mischen, Entfernung von ungewollten Frequenzen und Verschieben von Signalen in Frequenzbereiche, die zur weiteren Datenverarbeitung geeigneter sind.
  • In einem Datenumwandlungsschritt 950 werden die elektronischen Signale, die im analogen Filterschritt 940 wahlweise gefiltert wurden, unter Verwendung des A/D-Wandlers 550 digitalisiert. Die Erzeugung von digitalen Daten beendet den Empfangsschritt 430 (4). In verschiedenen Ausführungsbeispielen findet der Datenumwandlungsschritt 950 zu abwechselnden Zeiten innerhalb des Breitstrahlprozesses 400 statt. Nach der Beendung des Empfangsschritts 430 werden die resultierenden digitalen Daten im Datenspeicherschritt 440 (4) im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert.
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kanaldatenmatrix 1000, die dazu ausgelegt ist, die im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten digitalen Daten zu halten. Die Kanaldatenmatrix 1000 wird im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert. Eine erste Achse 1010 der Kanaldatenmatrix 1000 ist durch Echoempfangselemente der Wandlermatrix 530 indiziert. Eine zweite Achse 1020 der Kanaldatenmatrix 1000 ist in Zeitkanäle unterteilt. An jeder Stelle in der Matrix gespeicherte Werte geben die Intensität und Phase von Echosignalen an, die durch ein spezielles Element der Wandlermatrix 530 zu einem speziellen Zeitpunkt erfasst werden.
  • Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 umfasst wahlweise mehrere Kanaldatenmatrizes 1000. Außerdem kann die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeicherte Information verwendet werden, um empfangene Signale zu mitteln oder zu summieren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Kanaldatenmatrix 1000 dazu ausgelegt, mehrdimensionale Daten zu speichern. In einem Ausführungsbeispiel ist die Wandlermatrix 530 beispielsweise eine zweidimensionale Matrix von Wandlerelementen 110. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kanaldatenmatrix 1000 zwei Achsen, die die zwei Dimensionen der Wandlermatrix 530 darstellen, und eine Achse, die die Zeitkanäle darstellt.
  • Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 verwendet die im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten Daten, um Echoortsdaten zu erzeugen, die die Positionen und Stärken von Echoquellen innerhalb des untersuchten Materials 535 angeben. Diese Erzeugung von Echoortsdaten umfasst eine Transformation von mehrdimensionalen Zeitkanaldaten innerhalb der Kanaldatenmatrix 1000 in mehrdimensionale Positions- (Echoorts-) Daten. In einem Ausführungsbeispiel werden die zweidimensionalen Zeitkanaldaten beispielsweise in Echoortsdaten transformiert, die durch zweidimensionale räumliche Koordinaten dargestellt werden. Die Datentransformation des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 wird unter Verwendung einer Vielzahl von alternativen Transformationsalgorithmen durchgeführt, von welchen Beispiele hierin offenbart werden. Diese Transformationen werden wahlweise verwendet, um zweidimensionale Echoortsdaten unter Verwendung von Signalen zu erzeugen, die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls 710 empfangen werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 gegen einen analogen Echovolumen-Berechnungsschritt mit einer zusätzlichen räumlichen Dimension ausgetauscht. Die Echovolumenberechnung umfasst die Erzeugung von dreidimensionalen Echoortsdaten unter Verwendung von Signalen, die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls empfangen werden, wobei der Breitstrahl ein dreidimensionales Volumen abdeckt.
  • 11A und 11B zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Echoortsdatenmatrix 1100, die im Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert wird und dazu ausgelegt ist, Positionsdaten zu speichern, die sich aus dem Echoflächen-Berechnungsschritt 450 ergeben. Diese zwei Ausführungsbeispiele verwenden verschiedene Koordinatensysteme. Wie nachstehend genauer erörtert, kann das effizientere Koordinatensystem unter anderen Faktoren von der Form eines einzelnen Ultraschallstrahls 710 abhängen. In den meisten Fällen überlagert ein effizienteres Koordinatensystem eng die beschallte Fläche. Wie in 7A–7C gezeigt, wird die vom Breitstrahl 710A, vom Breitstrahl 710B und vom Breitstrahl 710C beschallte Fläche beispielsweise jeweils vorzugsweise durch verschiedene Koordinatensysteme mit verschiedenen Ursprüngen dargestellt. Die Verwendung eines effizienteren Koordinatensystems kann die Abtastwirksamkeit und räumliche Auflösung erhöhen. Die Auswahl eines bevorzugten Koordinatensystems und einer bevorzugten Echoortsdatenmatrix 1100 kann auf die Form eines Ultraschallstrahls 710 wie z. B. des Ultraschallstrahls reagieren und geschieht wahlweise in den Schritten 410, 440 oder 450.
  • 11A zeigt ein Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine X-Koordinate (Position) angibt, und einer zweiten Achse 1120, die eine Y-Koordinate (Position) angibt. 11B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines radialen Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine Winkel-(θ)Koordinate angibt, und einer zweiten Achse 1120, die eine Radiuskoordinate angibt. Alternative Ausführungsbeispiele der Echoortsdatenmatrix 1100 werden durch alternative Koordinatensysteme dargestellt. Zusätzliche Daten, die nicht dargestellt sind, werden wahlweise verwendet, um die erste Achse 1110 und die zweite Achse 1120 mit der Wandlermatrix 530 in Beziehung zu bringen. Die Echoortsdatenmatrix 1100 ist beispielsweise wahlweise durch Vektoren gekennzeichnet, die den Ursprung jedes Koordinatensystems mit einem speziellen Element von Ultraschallwandlerelementen 110 in Beziehung bringen.
  • 12A und 12B stellen dar, wie die Verwendung eines Koordinatensystems effizienter sein kann als die Verwendung eines anderen Koordinatensystems. 12A und 12B zeigen die Ausführungsbeispiele der Echoortsdatenmatrix 1100, die in 11A bzw. 11B dargestellt sind, auf einen Ultraschallstrahl 1210 überlagert. Der Ultraschallstrahl 1210 ist ein Ausführungsbeispiel des Breitstrahls 710.
  • 12A zeigt ein kartesisches Koordinatensystem, das für die Zwecke der Erläuterung elf "X"-Unterteilungen umfasst, die Datenintervallbereiche 1220 trennen. Die Datenintervallbereiche 1220 sind gerade angemessen, um das ferne Feld abzudecken, das im Allgemeinen mit 1230 bezeichnet ist. Da der Abstand der Datenintervallbereiche 1220 in der X-Dimension im nahen Feld gleich ist, das im Allgemeinen mit 1240 bezeichnet ist, werden eine Anzahl von Datenintervallbereichen 1220 im nahen Feld 1240 auf den Bereich abgebildet, der nicht vom Ultraschallstrahl 1210 geprüft wird. Diese Datenintervallbereiche 1220, die nicht auf den geprüften Bereich abgebildet werden, stellen eine ineffiziente Abtastung des untersuchten Materials 535 dar.
  • Im Gegensatz dazu zeigt 12B die Verwendung eines radialen Koordinatensystems, um den vom Ultraschallstrahl 1210 beschallten Bereich darzustellen. Im radialen Koordinatensystem variiert die Größe der Datenintervallbereiche 1250 als Funktion der "R"-Koordinate. Datenpunkte in diesem Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 werden folglich effizienter in den vom Ultraschallstrahl 1210 geprüften Bereich abgebildet als beim Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100, das in 12A dargestellt ist. Die Veränderung der Größe des Datenintervallbereichs 1250 nimmt effizient zu, da, wie in 12B gezeigt, ein größerer Bruchteil von Datenintervallbereichen 1250 innerhalb der Datenmatrix 1100 innerhalb den vom Ultraschallstrahl 1210 abgedeckten Bereich fallen.
  • Die Granularität der Datenintervallbereiche ist dynamisch. In einigen Ausführungsbeispielen stellt die Echoortsdatenmatrix 1100 einen Nyquist-Abtastraum dar, wobei die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert wird, dass die Anzahl von Abtastwerten genau die Nyquist-Kriterien für eine unverzerrte Abtastung über einen ganzen interessierenden Bereich erfüllt. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert, dass die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten in einem speziellen Bereich größer ist. In einem Ausführungsbeispiel legt ein Benutzer beispielsweise einen speziellen Bereich fest, in dem mehr Bilddetail erwünscht ist. Als Reaktion verwenden Breitstrahlsysteme und -verfahren eine Echoortsdatenmatrix 1100 mit größerer Dichte von Intervallbereichen 1250 in diesem Bereich.
  • Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen eine Extrapolation und Interpolation zwischen den Datenintervallbereichen 1250. In einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine Interpolation im fernen Feld verwendet, bei der jeder der Datenintervallbereiche 1250 eine größere Fläche darstellt, um die Dichte der Echoortsdaten zu erhöhen. Wahlweise wird weniger Interpolation im nahen Feld verwendet, in dem die Dichte der Datenintervallbereiche 1250 größer ist.
  • Die Auflösung (Abtastfrequenz) der im Empfangsschritt 430 erzeugten Kanaldaten begrenzt grundsätzlich die Auflösung der resultierenden Echoortsdaten infolge des Nyquist-Theorems. Die Auflösung der im Empfangsschritt 430 erzeugten Daten wird jedoch wahlweise durch Signalmittelung oder Aufwärtsabtastungsverfahren verbessert. Aufwärtsabtastungsverfahren umfassen die Verwendung von zusätzlichen Daten und umfassen wahlweise eine Rückkopplung, so dass zusätzliche Daten in Bereichen erfasst werden, in denen eine verbesserte Auflösung am nötigsten ist.
  • 13 bis 15 werden verwendet, um Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) zu zeigen. 13 zeigt die Fortpflanzung von Ultraschall zwischen den Wandlerelementen 110A–1105 und Ultraschall reflektierenden Gegenständen innerhalb des untersuchten Materials 535. 14 zeigt Kanaldaten, die aus erfassten Echos erzeugt werden. Und 15 zeigt Echoortsdaten, die unter Verwendung der in 14 gezeigten Kanaldaten erzeugt werden.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 mit Datentransformationsverfahren wird angenommen, dass der Hauptbeitrag zu den erfassten Echos von jedem Ort innerhalb des untersuchten Materials 535 das zu diesem Ort am nächsten liegende Element der Wandlerelemente 110 ist. Dieses Element wird als Hauptbeitragselement (MCE) bezeichnet. Typischerweise ist das Element der Wandlerelemente 110, das zu einem Ort am nächsten liegt, das MCE für diesen speziellen Ort und irgendeinen Ultraschall reflektierenden Gegenstand an diesem Ort. Die Identität des MCE kann jedoch auch von der Richtung des Breitstrahls 710 und der Form der Wandlermatrix 530 abhängen. In einem solchen Fall kann das MCE nicht das am nächsten zu diesem speziellen Ort liegende Wandlerelement 110 sein. Die Datentransformationsverfahren des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) umfassen wahlweise die Richtung des Breitstrahls 710, die Geometrie der Wandlermatrix 530, die Rückkopplung sowie andere Faktoren zum Ermitteln eines MCE, das nicht das nächste Element der Wandlerelemente 110 zu einem Ultraschall reflektierenden Gegenstand ist.
  • 13A zeigt Ultraschall 1305, der von einem einzelnen Wandlerelement 110G gesandt wird. Der Ultraschall 1305 läuft durch das zu untersuchende Material 535 (nicht dargestellt), bis er auf einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Das Wandlerelement 110G ist das nächste der Wandlerelemente 110A–1105 zum Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A und wird folglich als MCE für den reflektierenden Gegenstand 1310A betrachtet. Am Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A erzeugt der Ultraschall 1305 Ultraschallechos 1315, von denen Ultraschallechos 1315A–1315F dargestellt sind. Die Ultraschallechos 1315 pflanzen sich zu den Wandlerelementen 110A–110S zurück aus, wo sie erfasst werden.
  • Obwohl 13A den Ultraschall 1305 von einem Wandlerelement 110G (dem MCE) gesandt darstellt, wird in den meisten Ausführungsbeispielen der Ultraschall von einer Vielzahl von Wandlerelementen 110A–1105 während der Erzeugung des Breitstrahls 710 gesandt. 13B zeigt Ultraschall 1330, der von einem einzelnen Wandlerelement 110Q erzeugt wird, welches das MCE für einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310B ist. Echos 1340, von denen Ultraschallechos 1340A–1340F dargestellt sind, die am reflektierenden Gegenstand 1310B erzeugt werden, laufen zurück zu den Wandlerelementen 110A–110S und werden von diesen erfasst.
  • 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kanaldatenmatrix 1000 mit Daten, die vom Ultraschall 1305 und Ultraschall 1330, die in 13 gezeigt sind, erzeugt werden. Jede der Spalten 1410A–1410S in der Kanaldatenmatrix 1000 stellt (ein) Signal(e) dar, das (die) an einem der Wandlerelemente 110A–110S erfasst wird (werden). Jede der Reihen 1420A–1420U in der Kanaldatenmatrix 1000 umfasst das während eines speziellen Zeitraums erfasste Signal. In 14 sind die Datenelemente 1430, die Daten umfassen, die durch die Erfassung der Echos 1315 und 1340 erzeugt werden, jene Datenelemente 1430, die eine Datenortslinie 1440A bzw. eine Datenortslinie 1440B schneiden. Somit ergeben die Ultraschallechos, die von einem reflektierenden Gegenstand erzeugt werden, wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310 innerhalb des untersuchten Materials 535, Daten, die entlang einer Linie wie z. B. den Datenortslinien 1440A oder 1440B liegen. Die Datenortslinien 1440A und 1440B können aus ersten. Prinzipien der Physik und Geometrie unter Verwendung einer bekannten Geometrie der Wandlermatrix 530 und der Geschwindigkeit von Schall innerhalb des untersuchten Materials 535 berechnet werden. Die Datenortslinien 1440A und 1440B schneiden das MCE, das Wandlerelement 110G nicht, und typischerweise auch kein anderes Wandlerelement 110. In der Praxis enthält das untersuchte Material 535 zahlreiche Ultraschall reflektierende Gegenstände 1310 und die Kanaldatenmatrix 1000 umfasst von jedem erzeugte Daten.
  • In Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden die Echoortsdaten durch Summieren der Daten entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1440A, der Datenortslinie 1440B oder dergleichen berechnet. Die Summierung von Daten entlang der Datenortslinie 1440B erzeugt beispielsweise ein Ergebnis, das die Amplitude der Echos 1315 angibt, die an der Position erzeugt werden, die vom Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310B belegt ist und durch einen Datenintervallbereich wie z. B. den Datenintervallbereich 1220 oder den Datenintervallbereich 1240 dargestellt wird. Die Summe wird im darstellenden Datenintervallbereich gespeichert. Eine ähnliche Summierung wird wahlweise für jeden Datenintervallbereich in der Echoortsdatenmatrix 1100 durchgeführt. Durch mehrere Summierungen wird die Echoortsdatenmatrix 1100 mit Echoortsdaten belegt, die Ultraschall reflektierende Gegenstände innerhalb des untersuchten Materials 535 darstellen.
  • 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Echoortsdatenmatrix 1100 mit Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520. Jeder der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 ist einer eindeutigen Linie, wie z. B. der Datenortslinie 1440A, in der Kanaldatenmatrix 1000 zugeordnet, wie in 14 gezeigt. Daten entlang der eindeutigen Linie werden summiert, um die Amplitude der Echoerzeugung zu berechnen, die an den physikalischen Stellen aufgetreten ist, die durch jeden der Datenintervallbereiche 1520 dargestellt werden. Diese Summierung wird wahlweise für alle Datenintervallbereiche 1520 durchgeführt und kann somit verwendet werden, um die Echoortsdaten über die gesamte Echoortsdatenmatrix 1100 zu berechnen.
  • 16 zeigt ein Datentransformationsverfahren, das in einem Ausführungsbeispiel des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 eingeschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst einen Elementauswahlschritt 1610, in dem einer der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 innerhalb der Echoortsdatenmatrix 1100 ausgewählt wird. Typischerweise wird die Auswahl von jedem der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 durch Durchqueren der Echoortsdatenmatrix 1100 in einer systematischen Weise durchgeführt. Dem Elementauswahlschritt 1610 folgt ein Linienfeststellungsschritt 1620, in dem die eindeutige Linie in der Kanaldatenmatrix 1100, die den ausgewählten Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 zugeordnet ist, festgestellt wird. Die Feststellung wird durch Berechnen der Linie aus geometrischen Prinzipien, unter Verwendung einer Nachschlagetabelle mit vorher berechneten Linien oder dergleichen durchgeführt. Die Feststellung kann vor oder während des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 stattfinden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen findet die Feststellung vor oder während des Breitstrahl-Konstruktionsschritts 410 statt. In alternativen Ausführungsbeispielen findet die Feststellung während der Schritte 420, 430 und/oder 440 (4) statt. Dem Linienfeststellungsschritt 1620 folgt ein Datensummierschritt 1630, der das Summieren der Daten von den Datenelementen 1430, die die im Linienfeststellungsschritt 1620 festgestellte Linie schneiden, umfasst. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Datensummierschritt 1630 eine einfache Addition von Daten. In alternativen Ausführungsbeispielen umfasst der Datensummierschritt 1630 die Verwendung von Gewichtungsfunktionen, eine Matrixverarbeitung, Extrapolation, Interpolation oder ähnliche mathematische Verfahren. In einem Ausführungsbeispiel wird der Datensummierschritt 1630 durch Firmware innerhalb der Steuerelektronik 595 vereinfacht. In einem Ergebnisspeicherschritt 1640 wird das Ergebnis der Summierung von Schritt 1630 in dem Datenelement gespeichert, das im Elementauswahlschritt 1610 ausgewählt wurde.
  • Die Schritte 1610 bis 1640 werden wahlweise für alle Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 in der Echoortsdatenmatrix 1100 wiederholt. 15 zeigt zwei Sätze (1550 und 1560) von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 mit von Null verschiedenen Werten, die sich aus der Summierung entlang der Datenortslinien 1440A und 1440B unter Verwendung des in 16 gezeigten Verfahrens ergeben. Jeder Satz (1550 und 1560) von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 umfasst typischerweise Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 mit unterschiedlichen von Null verschiedenen Werten. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden einer oder mehrere der Schritte 1610 bis 1640 als parallele Prozesse durchgeführt.
  • Alternative Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen alternative Verfahren zur Datentransformation. Diese Verfahren verwenden beispielsweise Berechnungen, die in der Frequenzdomäne durchgeführt werden, Verwendung von Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen, Verwendung von Apodisationsfunktionen, um Beiträge jedes der Wandlerelemente 110 zu gewichten, Rückkopplungsmechanismen, Korrelationsanalyse und Betrachtung von anderen Sendewandlerelementen 110 als dem MCE. Diese anderen Wandlerelemente 110 werden verwendet, um sowohl die Qualität als auch die Geschwindigkeit der Transformation von Kanaldaten in Echoortsdaten zu verbessern.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 die Verwendung einer Apodisationsfunktion, um Beiträge jedes Wandlerelements 110 zu gewichten. Die Gewichtung kann erwünscht sein, da jene Wandlerelemente 110, die näher am MCE liegen, stärkere Echos von einem speziellen reflektierenden Gegenstand 1310 empfangen als Wandlerelemente 110, die vom MCE weiter entfernt sind. An einem MCE und den naheliegenden Wandlerelementen 110 erfassten Signalen wird daher ein größeres Gewicht gegeben als den weiter vom MCE entfernten Wandlerelementen 110.
  • 17 zeigt drei alternative Apodisationsfunktionen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das Kurvenbild 1710 stellt diese drei alternativen Apodisationsfunktionen dar, die mit 1720, 1730 und 1740 bezeichnet sind. Wenn das Wandlerelement 110G beispielsweise das MCE für eines der Datenelemente 1430 ist, die im Elementauswahlschritt 1610 von 16 ausgewählt werden, dann wird die Apodisationsfunktion 1720 im Datensummierschritt 1630 verwendet, so dass die resultierende Summe einen größeren Beitrag von den Wandlerelementen 110 nahe dem Wandlerelement 110G umfasst. Ebenso werden für Summierungen, bei denen die Wandlerelemente 110K und 1105 das MCE sind, die Apodisationsfunktionen, die durch die Linien 1730 und 1740 dargestellt sind, wahlweise verwendet.
  • In alternativen Ausführungsbeispielen wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 zumindest teilweise in der Frequenzdomäne durchgeführt. Daten werden unter Verwendung von invertierbaren Transformationen, beispielsweise einer Sinustransformation, einer Fourier-Transformation, einer Wellenlängentransformation oder dergleichen umgewandelt.
  • In einigen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen verwendet, um zwischen jenen Signalen, die sich aus dem Ultraschall ergeben, der vom MCE gesandt wird, und jenen Signalen, die sich von sekundären Beitragselementen (SCEs) ergeben, zu unterscheiden. SCEs sind andere Wandlerelemente 110 als das MCE, die zum Signal beitragen, das aus einem gegebenen Ultraschall reflektierenden Gegenstand wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310 entsteht.
  • 18 zeigt Ultraschall 1810 und 1305, der von den Wandlerelementen 110F und 110G gesandt wird und auf den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Das Wandlerelement 110G wird als MCE für den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A betrachtet, da es das nächste Element der Wandlerelemente 110 ist. In alternativen Ausführungsbeispielen wird ein eng gruppierter Satz von Wandlern gemeinsam als MCE behandelt. Andere Wandlerelemente 110 wie z. B. das Wandlerelement 110F erzeugen auch Ultraschall, der den reflektierenden Gegenstand 1310A erreichen kann. In diesem Beispiel ist das Wandlerelement 110F ein SCE. Ultraschall muss von diesen (SCE) Wandlerelementen 110 weiter laufen als von den MCE-Wandlerelementen 110, bevor er den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A erreicht. Wie bei dem vom MCE erzeugten Ultraschall erzeugt der Ultraschall von den SCEs Echos, wenn er auf den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Einige dieser Echos werden an der Wandlermatrix 530 erfasst.
  • 19 zeigt Orte von Signalen, die durch das SCE-Wandlerelement 110F in der Kanaldatenmatrix 1000 erzeugt werden. Diese Signale liegen entlang einer Datenortslinie 1910 ähnlich der Datenortslinie 1440A, jedoch zu einem geringfügig späteren Zeitpunkt. Die Zeitdifferenz zwischen den Datenortslinien 1440A und 1910 liegt an der Differenz der Zeit, die erforderlich ist, damit der Ultraschall vom Wandlerelement 110F und vom Wandlerelement 110G zum Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A läuft. Es ist erwünscht, Daten, die sich von SCEs ergeben, von Daten, die sich von einem MCE ergeben, zu unterscheiden. Obwohl das Signal vom MCE typischerweise stärker ist als das Signal, das sich aus SCEs ergibt (aufgrund der längeren Strecke, den der Ultraschall durchlaufen muss), wird das Signal von den SCEs zusätzlich durch eine Phasendifferenz unterschieden, die sich aus der Differenz der durchlaufenen Strecke ergibt. Das Betrachten von Signalen nur mit speziellen Phasen ermöglicht, dass Signale, die sich von SCEs ergeben, durch Filterung getrennt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das SCE-Signal beispielsweise um mehr als 10 dB ausgefiltert und in einigen Ausführungsbeispielen um mehr als 38 dB.
  • In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden Daten, die sich von SCEs ergeben, verwendet, um die Ergebnisse zu verbessern, die im Echoflächen-Berechnungsschritt 450 erhalten werden. In einigen Ausführungsbeispielen werden beispielsweise Daten, die sich von einem SCE ergeben, zu Daten addiert, die sich von einem MCE ergeben. Somit werden Daten, die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, wie in 19 gezeigt, zu Daten addiert, die entlang der Datenortslinie 1440A liegen. Die Daten, die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, umfassen Daten, die sich aus Ultraschall ergeben, der am (SCE) Wandlerelement 110F erzeugt wird, und vom reflektierenden Gegenstand 1310A zurückgestrahlt wird. Nach einer Phaseneinstellung und Gewichtung können sich diese Daten konstruktiv zu Daten addieren lassen, die entlang der Datenortslinie 1440A liegen, und somit den Rauschabstand der Echoortsdaten verbessern, welche die Anwesenheit des reflektierenden Gegenstandes 1310A anzeigen. Typischerweise wird SCEs, die am nächsten zu einem MCE liegen, mehr Gewicht gegeben als SCEs, die weiter entfernt liegen. Ein Ausführungsbeispiel verwendet beispielsweise eine Chi-Quadrat-Gewichtungsverteilung, die am MCE zentriert ist, um die Gewichtung von benachbarten SCEs festzulegen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel reagiert die Gewichtungsverteilung auf Rückkopplungsalgorithmen, die das Gewicht der SCEs verringern, deren Signal in der Kanaldatenmatrix 1000 mit einem starken MCE-Signal überlappt.
  • In weiteren Ausführungsbeispielen wird das Signal, das sich von einem SCE ergibt, vom Signal, das sich von einem MCE ergibt, subtrahiert. Wenn beispielsweise ein großes MCE-Signal entlang der Datenortslinie 1440A, wie in 19 gezeigt, erfasst wird, dann wird ein entsprechend großes SCE-Signal entlang der Datenortslinie 1910 erwartet. Da das entsprechende SCE-Signal voraussagbar ist und ungefähre Werte als Funktion des MCE-Signals berechnet werden können, können die berechneten Werte von den in den Datenelementen 1430 gespeicherten Kanaldatenwerten subtrahiert werden, bevor diese Datenwerte zum Berechnen von Werten für andere Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 verwendet werden. Die Betrachtung der Daten, die sich von SCEs ergeben, um Echoflächenberechnungen zu verbessern, findet wahlweise als Teil des Datensummierschritts 1630 (16) statt.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 verwenden eine Rückkopplung. In einem Ausführungsbeispiel werden berechnete Echoortsdaten beispielsweise in einer "umgekehrten" Datentransformation unter Verwendung von Verfahren verarbeitet, die ein simuliertes Echosignal (simulierte Kanaldaten) auf der Basis der berechneten Echoortsdaten erzeugen. Diese umgekehrte Transformation erzeugt eine Simulation der Kanaldaten, die erwartet werden würden, wenn die Berechnung von Echoortsdaten optimal wäre. Die umgekehrte Transformation wird wahlweise unter Verwendung von Strahldurchrechnungsverfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, vorgebildet. Die simulierten Kanaldaten werden mit den tatsächlichen Echodaten verglichen, die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeichert sind. Die Ähnlichkeit zwischen diesen zwei Datensätzen zeigt die Qualität der Berechnung an, die verwendet wird, um die Echoortsdaten zu erzeugen. In einem wahlweisen iterativen Prozess wird die Berechnung der Echoortsdaten unter Verwendung von veränderlichen Parametern, die auf diese Ähnlichkeit reagieren, wiederholt. Diese Parameter können verschiedene Gewichtungsfaktoren, Apodisationsfunktionen oder SCEs umfassen, die verarbeitet werden, um die Ähnlichkeit zwischen den Daten in der Kanaldatenmatrix 1000 und den simulierten Echosignalen zu optimieren.
  • In anderen Ausführungsbeispielen umfasst die Rückkopplung die Verwendung von Echoortsdaten, um den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel reagiert die Richtung eines in Schritt 410 konstruierten Ultraschallstrahls beispielsweise auf den Ort von reflektierenden Grenzen in dem untersuchten Material 535. In anderen Beispielen reagieren der Brennpunkt, die Breite, die Frequenz, die Intensität oder die Anzahl von Strahlen, die in Schritt 410 konstruiert wurden, auf die berechneten Echoortsdaten.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen Datentransformationen, die eine Korrelationsanalyse verwenden. Korrelationsverfahren sind auf dem Datenanalysefachgebiet bekannt und sind zum Verbessern von Ähnlichkeiten und Durchführen von Vergleichen zwischen Daten nützlich. Die Korrelation ist zum Vergleichen von Daten, die sich systematisch unterscheiden, beispielsweise durch eine Phasenänderung, besonders nützlich. Eine Kreuzkorrelationsanalyse von zwei Datensätzen, die sich um einen konstanten Grad entlang einer Koordinate unterscheiden, identifiziert die konstante Differenz und die Ähnlichkeit der Daten nach dem Berücksichtigen dieser Differenz. Eine Autokorrelationsanalyse eines Datensatzes veranschaulicht periodische oder wiederholte Signale innerhalb der Daten.
  • 20 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Echoflächen-Berechnungsschritts 450, der ein Kreuzkorrelationsverfahren umfasst, das verwendet wird, um Komponenten von SCE-Daten zu identifizieren, die gut mit MCE-Daten korrelieren. In einem Kreuzkorrelations-Berechnungsschritt 2010 werden Daten, die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1440A (14) liegen, die einem MCE zugeordnet ist, mit Daten, die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1910 (19) liegen, die einem SCE zugeordnet ist, kreuzkorreliert. Jeder dieser Sätze von Daten wird wahlweise unter Verwendung einer Funktion wie z. B. einer Apodisationsfunktion 1720 vorverarbeitet. Die Kreuzkorrelation erzeugt einen Korrelationsdatensatz, der als Funktion der Phasendifferenz als Funktion der Ähnlichkeit zwischen den zwei Datensätzen ausgedrückt werden kann. In einem Phasendifferenz-Berechnungsschritt 2020 wird die erwartete Phasendifferenz zwischen den MCE-Daten und den SCE-Daten auf der Basis einer bekannten geometrischen Beziehung zwischen dem MCE und dem SCE berechnet. In einem Nachschlageschritt 2030 wird diese berechnete Phasendifferenz verwendet, um einen Ähnlichkeitswert im Korrelationsdatensatz, der durch die Kreuzkorrelation erzeugt wird, bei dieser speziellen Phasendifferenz im Korrelationsdatensatz nachzuschlagen.
  • Der Ähnlichkeitswert entsprechend der im Phasendifferenzschritt 2020 berechneten Phasendifferenz zeigt an, wie nützlich die SCE-Daten bei der Verbesserung des Rauschabstands der MCE-Daten sein können, da ähnlichere SCE-Daten sich wahrscheinlicher konstruktiv zu den MCE-Daten addieren lassen. In einem Entscheidungsschritt 2040 wird der Ähnlichkeitswert mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen. Wenn der Ähnlichkeitswert größer ist als die Schwelle, dann werden die SCE-Daten zu den MCE-Daten in einem Datenaddierschritt 2050 addiert. Wenn in Schritt 2040 festgestellt wird, dass, der Ähnlichkeitswert geringer ist als die vorbestimmte Schwelle, stellt der Computercode 596 in einem Entscheidungsschritt 2060 fest, ob eine weitere Analyse des speziellen SCE-Datensatzes gerechtfertigt ist. Eine weitere Analyse kann gerechtfertigt sein, wenn beispielsweise naheliegende SCEs noch untersucht werden sollen oder wenn ein Benutzer eine zusätzliche Verbesserung des Rauschabstandes angefordert hat. Wenn nicht, wird die Analyse dieses speziellen SCE-Datensatzes beendet. Wenn Schritt 2060 feststellt, dass eine weitere Analyse gerechtfertigt ist, dann wird der SCE-Datensatz in einem wahlweisen Filterschritt 2070 verarbeitet. Die Verarbeitung in Schritt 2070 umfasst Filterung, Beschneidung oder ähnliche Mittel, die dazu ausgelegt sind, die Komponenten des SCE-Datensatzes, die gut mit dem MCE-Datensatz korrelieren, zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise eine alternative Funktion wie z. B. die Apodisationsfunktion 1740 auf den SCE-Datensatz angewendet. Die in 20 gezeigten Schritte werden wahlweise auf mehr als einen SCE-Datensatz angewendet.
  • Die unter Verwendung von alternativen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 erzeugten Echoortsdaten werden wahlweise verglichen und der Vergleich kann verwendet werden, um die Konsistenz der Berechnungen zu ermitteln oder eine Rückkopplung vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel umfassen beispielsweise zwei Wiederholungen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 die Betrachtung von verschiedenen SCEs. Die Genauigkeit dieser Berechnungen wird durch Vergleichen der Ergebnisse von jeder Wiederholung geprüft. Je näher die Ergebnisse liegen, desto wahrscheinlicher erzeugt die Verwendung von SCEs ein genaues Ergebnis. In einem weiteren Beispiel wird festgestellt, dass die unter Verwendung von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 berechneten Echoortsdaten signifikant unterschiedlich sind. Diese Unterschiede werden als Rückkopplung verwendet, die sich auf andere Schritte in der Breitstrahltechnologie auswirkt. Die Irreproduzierbarkeit von Echoortsdaten in einem speziellen Bereich wird beispielsweise wahlweise verwendet, um eine Rückkopplung für den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 vorzusehen, so dass eine Eigenschaft (Intensität, Frequenz, Richtung etc.) eines Breitstrahls, der diesen Bereich prüft, modifiziert wird.
  • In der Echoortsdatenmatrix 1100 gespeicherte Daten werden wahlweise im Bilderzeugungsschritt 470 (4) verwendet, um Bilder des untersuchten Materials 535 zu erzeugen, die für einen Benutzer angezeigt werden können. Diese Erzeugung und Anzeige wird unter Verwendung des Bildwandlers 575 bzw. der Anzeige 580 durchgeführt. Da zweidimensionale Daten aus einem einzelnen Ultraschallstrahl unter Verwendung von Breitstrahlverfahren erzeugt werden können, kann ein zweidimensionales Bild aus einem einzelnen Ultraschallstrahl erzeugt werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen erhöht diese Fähigkeit die Bildrate relativ zu Verfahren des Standes der Technik, da ein Bild in einer Zeit erzeugt wird, die vielmehr durch eine einzelne Impulsrücklaufzeit oder wahlweise die Rücklaufzeit von einigen Impulsen (d. h. < 5, < 10, < 20, < 40 oder < 64) als die vielen (d. h. > 100) Impulsrücklaufzeiten des Standes der Technik begrenzt ist. Vorteile der Erzeugung eines Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl umfassen möglicherweise die Verringerung von Zittern im resultierenden Bild, da relativ zum Stand der Technik weniger Zeit für eine relative Bewegung zwischen der Wandlermatrix 530 und dem untersuchten Material 535 während des Zeitraums, in dem Daten erfasst werden, besteht. Das Erzeugen eines Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl kann auch die Menge an Ultraschallenergie, die in das zu untersuchende Material 535 gerichtet wird, und die Menge an elektrischer Leistung, die erforderlich ist, um ein Bild zu erzeugen, verringern.
  • Aus der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele des Prozesses und der Vorrichtung, die hierin dargelegt sind, ist für einen üblichen Fachmann ersichtlich, dass Veränderungen und Zusätze an den Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Wandlerelemente 110 können beispielsweise gegen alternative Ultraschallerzeugungselemente ausgetauscht werden und der Sende/Empfangs-Schalter 515 kann gegen separate Sende- und Empfangsschalter ausgetauscht werden. Die Anzahl von Wandlerelementen 110, die in den Figuren gezeigt ist, soll keine Begrenzung bedeuten. Typische Ausführungsbeispiele umfassen eine größere Anzahl von Wandlerelementen 110. Ebenso ist die Auflösung der gezeigten Datenmatrizes nur für Erläuterungszwecke ausgewählt. Typische Ausführungsbeispiele umfassen Datenmatrizes mit einer größeren Anzahl von Datenintervallbereichen.
  • Die Breitstrahltechnologie ist auf Systeme anwendbar, die dazu ausgelegt sind, sowohl die Flächenformung als auch die herkömmliche Strahlformung zu verwenden. Einige Ausführungsbeispiele umfassen ein Mittel zum Umschalten zwischen diesen zwei Methoden. Die Flächenformung kann beispielsweise verwendet werden, um eine Fläche aufzunehmen, und herkömmliche Strahlformungsverfahren können verwendet werden, um Energie auf einen speziellen interessierenden Bereich zu fokussieren. In einigen Ausführungsbeispielen mit zweidimensionalen Wandlermatrizes wird die Flächenformung gleichzeitig mit den herkömmlichen Strahlformungsverfahren verwendet. Ein Satz von Wandlerelementen kann beispielsweise zur Flächenformung verwendet werden, während ein anderer Satz von Wandlerelementen zur herkömmlichen Strahlformung verwendet werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Flächenformung verwendet werden, um Daten in einer räumlichen Dimension zu sammeln, während die herkömmliche Strahlformung verwendet wird, um Daten in einer anderen räumlichen Dimension zu sammeln. Ein Ultraschallstrahl kann zur Flächenformung in einer Dimension und zur herkömmlichen Strahlformung in einer anderen Dimension ausgelegt werden. In diesen Beispielen wird mehr als ein Echoortsverfahren gleichzeitig durchgeführt, wobei jedes Verfahren wahlweise einer speziellen räumlichen Dimension zugeordnet ist.
  • Die Breitstrahltechnologie ist auf ein beliebiges System anwendbar, das durch die Verwendung von phasenabgeglichenen Matrizes begrenzt ist, um mit einem fokussierten Strahl eine Fläche oder ein Volumen abzutasten. Diese Systeme können Schallsysteme wie z. B. Sonar sowie elektromagnetische Systeme wie z. B. Radar umfassen. Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie werden mit zweidimensionalen Wandlermatrizes verwendet. In diesen Ausführungsbeispielen ersetzen Echovolumenberechnungen Echoflächenberechnungen und die Transformation von Schritt 450 umfasst die Umwandlung einer dreidimensionalen (Wandler, Wandler, Zeit) Matrix von Echodaten in eine dreidimensionale (x, y, z) Echoortsdatenmatrix. In einem Ausführungsbeispiel wird ein einzelner dreidimensionaler Ultraschallstrahl verwendet, um eine Volumenformung durchzuführen und somit Echoortsdaten zu erzeugen, die ein Volumen im Raum abdecken.
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Claims (56)

  1. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden, wobei der Ultraschallstrahl Komponenten umfasst, die von jedem Wandler in der Vielzahl von Wandlern erzeugt werden; Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die eine Phasenund Amplitudeninformation umfassen und einer Zeitdimension zuordenbar sind und über mindestens eine räumliche Dimension verteilt sind; Verwenden der Phasen- oder Amplitudeninformation, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden, welche sich aus Ultraschallstrahlkomponenten ergeben, die durch eine Teilmenge von Wandlern in der Vielzahl von Wandlern erzeugt werden; und Transformieren der ersten Daten in zweite Daten unter Verwendung der unterschiedenen Echos, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die über mindestens eine räumliche Dimension mehr verteilt sind als die ersten Daten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Amplitudeninformation verwendet wird, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformation verwendet wird, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Phaseninformation verwendet wird, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Ultraschallstrahl dazu ausgelegt ist, einen interessierenden Bereich mit zwei oder mehr räumlichen Dimensionen zu prüfen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner einen Schritt des Sendens eines zusätzlichen Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material umfasst, wobei der zusätzliche Strahl dazu ausgelegt ist, einen zweiten interessierenden Bereich, welcher den interessierenden Bereich mit zwei oder mehr räumlichen Dimensionen überlappt, zu prüfen.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner die Schritte umfasst Senden eines zusätzlichen Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material, wobei der zusätzliche Strahl dazu ausgelegt ist, einen zweiten interessierenden Bereich, der den interessierenden Bereich mit zwei oder mehr räumlichen Dimensionen überlappt, zu prüfen, Empfangen von zweiten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem zusätzlichen Ultraschallstrahl und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden, Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen zweiten Echos, und Erzeugen eines Bildes unter Verwendung sowohl der zweiten Daten als auch der dritten Daten.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner einen Schritt des Auslegens des Ultraschallstrahls als Reaktion auf eine Abbildungsart umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner die Schritte des Erzeugens von elektronischen Signalen aus den empfangenen Echos unter Verwendung von Empfangswandlern und des Verstärkens der erzeugten elektronischen Signale unter Verwendung einer Gewichtungsfunktion mit einem Faktor als Reaktion auf eine Identität eines Elements eines Satzes von Empfangswandlern umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Gewichtungsfunktion auf die Identität eines Hauptbeitragselements reagiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten eine mehrdimensionale Datentransformation umfasst.
  12. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Senden eines Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material; Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten einen Wert aufweisen, der eine Phasen- und Amplitudeninformation umfasst und einer Zeit und mindestens einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar ist; und Transformieren eines Teils der ersten Daten in zweite Daten unter Verwendung einer Transformation, die in der Lage ist, zweite Daten zu erzeugen, die über mindestens eine zweite räumliche Dimension und eine dritte räumliche Dimension verteilt sind, wobei die Transformation die Phasen- oder Amplitudeninformation verwendet, um den zu transformierenden Teil der ersten Daten auszuwählen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformation verwendet wird, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Phaseninformation verwendet wird, um Echos unter den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste räumliche Dimension die gleiche ist wie die zweite räumliche Dimension.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, welches ferner einen Schritt des Festlegens von Eigenschaften eines Ultraschallstrahls, der dazu ausgelegt ist, einen Bereich innerhalb des zu untersuchenden Materials zu analysieren, umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner einen Schritt des Festlegens einer mit dem Ultraschallstrahl zu prüfenden Fläche umfasst, wobei die zweiten Daten über die Fläche verteilt sind.
  18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Transformation das Feststellen einer Datenortslinie unter Verwendung des Orts eines Hauptbeitragselements umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Datenortslinie gekrümmt ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Datenortslinie das Hauptbeitragselement nicht schneidet.
  21. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten eine Transformation umfasst, die eine Korrelationsanalyse verwendet.
  22. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten die Feststellung eines Hauptbeitragselements umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten die Betrachtung eines sekundären Beitragselements umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner einen Schritt des Sendens eines zusätzlichen Ultraschallstrahls umfasst, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten vor dem Schritt des Sendens des zusätzlichen Ultraschallstrahls stattfindet.
  25. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Senden von einem oder mehreren Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material; Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem der gesendeten oder mehreren Ultraschallstrahlen und dem untersuchten Material erzeugt werden, wobei die Wechselwirkungen an Punkten auftreten, die über mindestens eine erste räumliche Dimension und eine zweite räumliche Dimension verteilt sind; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die in einer Zeitdimension verteilt sind und zusätzlich über mindestens die erste oder die zweite räumliche Dimension verteilt sind; Transformieren der ersten Daten in zweite Daten mit Werten, die über zumindest sowohl die erste als auch die zweite räumliche Dimension verteilt sind; Senden eines weiteren Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material; Empfangen von weiteren Echos, die unter Verwendung des weiteren Ultraschallstrahls erzeugt werden; Erzeugen von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen weiteren Echos, wobei die dritten Daten Echoortsdaten sind und eine Dimensionalität aufweisen; und Kombinieren der dritten Daten mit den zweiten Daten, wobei die Kombination dieselbe Dimensionalität aufweist wie die dritten Daten.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Eigenschaften des weiteren Ultraschallstrahls gemäß einem Algorithmus modifiziert werden, der die zweiten Daten verarbeitet.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt des Kombinierens der zweiten Daten und der dritten Daten den Rauschabstand in einem resultierenden Bild gegenüber dem Rauschabstand eines resultierenden Bildes, das unter Verwendung von nur den zweiten Daten oder nur den dritten Daten erzeugt werden kann, verbessert.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt des Sendens des weiteren Ultraschallstrahls auf die zweiten Daten reagiert.
  29. Verfahren nach Anspruch 25, welches ferner den Schritt des Auslegens des einen oder der mehreren der gesendeten Strahlen als Reaktion auf eine Abbildungsart umfasst.
  30. Verfahren nach Anspruch 25, welches ferner einen Schritt des Festlegens einer unter Verwendung des einen oder der mehreren Ultraschallstrahlen zu prüfenden Fläche umfasst.
  31. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt des Transformierens der ersten Daten die Verwendung einer Datentransformation mit einer Gewichtungsfunktion als Reaktion auf eine Identität eines Hauptbeitragselements umfasst.
  32. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zweiten Daten unter Verwendung eines Koordinatensystems als Reaktion auf eine Form des einen oder der mehreren Ultraschallstrahlen indiziert werden.
  33. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Senden eines Ultraschallstrahls in das zu untersuchende Material; Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem gesandten Ultraschallstrahl und dem untersuchten Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Daten unter Verwendung der empfangenen Echos, wobei die ersten Daten Werte aufweisen, die der Zeit und einer Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Anzahl von Positionen mindestens 64 ist und die Zuordnung zur Anzahl von Positionen von der Zuordnung zur Zeit unabhängig ist; und Transformieren der ersten Daten in zweite Daten mit Werten, die zumindest der ersten räumlichen Dimension und einer zweiten räumlichen Dimension zuordenbar sind.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Anzahl von Positionen mindestens 128 ist.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Anzahl von Positionen mindestens 256 ist.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, welches ferner den Schritt des Empfangens von zweiten Echos umfasst, die durch Wechselwirkungen zwischen einem zweiten Ultraschallstrahl und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden.
  37. Verfahren nach Anspruch 36, welches ferner den Schritt des Erzeugens von dritten Daten unter Verwendung der empfangenen zweiten Echos umfasst, wobei irgendeine Kombination der ersten Daten und der dritten Daten dieselbe Dimensionalität aufweist wie die ersten Daten.
  38. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die zweiten Daten Echoortsdaten sind.
  39. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Verwenden einer Vielzahl von Ultraschallwandlern, um einen Ultraschallstrahl in das zu untersuchende Material zu senden; Empfangen von Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen dem Ultraschallstrahl und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Daten aus den empfangenen Echos, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit und einer ersten Anzahl von Positionen in einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen mehr als Eins ist; und Erzeugen von zweiten Daten aus den ersten Daten, wobei die zweiten Daten Werte aufweisen, die einer zweiten räumlichen Dimension und einer zweiten Anzahl von Positionen in der ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die erste Anzahl von Positionen geringer ist als die zweite Anzahl von Positionen; wobei zumindest einer der Werte der zweiten Daten, der einer der zweiten Anzahl von Positionen, aber keiner der ersten Anzahl von Positionen zuordenbar ist, ohne Interpolation zwischen den Werten der ersten Daten erzeugt wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Anzahl von räumlichen Dimensionen, die den zweiten Daten zuordenbar sind, von einer Anzahl von gesandten Ultraschallstrahlen unabhängig ist.
  41. Verfahren nach Anspruch 39, wobei der gesandte Ultraschallstrahl durch eine Richtung, einen Brennpunkt und eine Strahlbreite am Brennpunkt gekennzeichnet ist, wobei die Strahlbreite durch den Brennpunkt entlang einer geraden Linie senkrecht zu der Richtung gemessen wird und die zweiten Daten Echoortsdaten mit einer Auflösung in einer räumlichen Dimension senkrecht zur Richtung des Strahls sind, die kleiner ist als die Strahlbreite.
  42. Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt des Erzeugens von zweiten Daten die Verwendung eines Transformationsalgorithmus mit einer Gewichtungsfunktion umfasst, die den Echos gemäß dem Echoempfangsort ein Gewicht zuweist.
  43. Verfahren nach Anspruch 39, wobei der Schritt der Verwendung einer Vielzahl von Wandlern zum Senden eines Ultraschallstrahls die Verwendung einer Vielzahl von Wandlern umfasst, und der Schritt des Erzeugens von zweiten Daten die Verwendung eines Transformationsalgorithmus umfasst, der dazu ausgelegt ist, Signale, die sich aus verschiedenen Elementen der Vielzahl von Wandlern ergeben, unter Verwendung einer Phasenbeziehung in den empfangenen Echos oder unter Verwendung einer Amplitude in den empfangenen Echos zu unterscheiden.
  44. Verfahren zum Prüfen eines zu untersuchenden Materials mit den Schritten: Verwenden einer Vielzahl von Wandlern, um eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen in das zu untersuchende Material zu senden; Empfangen von ersten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen einem ersten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von ersten Echodaten aus den empfangenen ersten Echos, wobei die ersten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer ersten räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Werte eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen; Empfangen von zweiten Echos, die durch Wechselwirkungen zwischen zumindest einem zweiten Element der Vielzahl von Ultraschallstrahlen und dem zu untersuchenden Material erzeugt werden; Erzeugen von zweiten Echodaten aus den empfangenen zweiten Echos, wobei die zweiten Echodaten Werte aufweisen, die einer zeitlichen Dimension zuordenbar sind und separat mehr als einer Position in zumindest einer zweiten räumlichen Dimension zuordenbar sind; Erzeugen von ersten Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Echodaten und einer Datentransformation als Reaktion auf die Phasen- oder Amplitudeninformation; Verwenden der zweiten Echodaten, um zweite Echoortsdaten zu erzeugen; und Kombinieren der ersten und der zweiten Echoortsdaten, um dritte Echoortsdaten mit derselben Dimensionalität wie die ersten Echoortsdaten zu erzeugen.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Datentransformation auf die Phasen- und Amplitudeninformation reagiert.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die Datentransformation auf die Phaseninformation reagiert.
  47. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die erste räumliche Dimension die gleiche ist wie die zweite räumliche Dimension.
  48. Verfahren nach Anspruch 44, wobei erste Echos unter Verwendung von mindestens einem der Wandler in der Vielzahl von Wandlern empfangen werden.
  49. Verfahren nach Anspruch 44, welches ferner einen Schritt des Anzeigens eines Bildes unter Verwendung der dritten Echoortsdaten umfasst.
  50. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die ersten Echodaten Dimensionen der Zeit und Position aufweisen, wobei die Positionsdimension Orten der Wandlerelemente zuordenbar ist und die ersten Echoortsdaten zwei räumliche Dimensionen aufweisen, die durch ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt werden.
  51. Verfahren nach Anspruch 44, wobei die ersten Echodaten Dimensionen der Zeit und Position aufweisen, wobei die Positionsdimension Orten der Wandlerelemente zuordenbar ist und die ersten Echoortsdaten zwei räumliche Dimensionen aufweisen, die durch ein radiales Koordinatensystem dargestellt werden.
  52. Verfahren zum Erzeugen von Echoortsdaten mit den Schritten: Erzeugen von ersten Daten durch Umwandeln von Echos in elektronische Signale, wobei die ersten Daten eine Vielzahl von Werten aufweisen, die der Zeit zuordenbar sind und separat einer Vielzahl von Positionen in zumindest einer räumlichen Dimension zuordenbar sind, wobei die Vielzahl von Werten eine Phasen- und Amplitudeninformation umfassen; und Erzeugen der Echoortsdaten unter Verwendung der ersten Daten und einer Datentransformation als Reaktion auf die Phasen- oder Amplitudeninformation, wobei die Echoortsdaten mindestens einen Wert aufweisen, der von zwei oder mehr Elementen der Vielzahl von Werten abgeleitet wird, die verschiedenen Positionen in der Vielzahl von Positionen zuordenbar sind.
  53. Verfahren nach Anspruch 52, wobei der mindestens eine Wert nicht unter Verwendung einer Interpolation zwischen Elementen der Vielzahl von Werten erzeugt wird.
  54. Verfahren nach Anspruch 52, wobei eine Vielzahl von Werten in den Echoortsdaten jeweils von Elementen der Vielzahl von Werten mit verschiedenen Positionen in der mindestens einen räumlichen Dimension abgeleitet werden.
  55. Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Echos durch eine Vielzahl von Wandlerelementen empfangen werden und die verschiedenen Positionen der zwei oder mehr Elemente der Vielzahl von Werten um mindestens zweimal den kürzesten Abstand zwischen irgendwelchen zwei Elementen der Vielzahl von Wandlerelementen getrennt sind.
  56. Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Datentransformation auf die Phaseninformation reagiert.
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