DE1573745C3

DE1573745C3 - Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von nicht-ebenen Körpern

Info

Publication number: DE1573745C3
Application number: DE19651573745
Authority: DE
Inventors: Edward P. Boulder Meyer; William L. Longmont Wright
Original assignee: Picker Electronics Inc
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1964-06-08
Filing date: 1965-06-08
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DE1573745A1; SE312690B; DE1573745B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von nicht ebenen Körpern, mit einem in einer Ebene und in einer dazu senkrechten Ebene beweglichen Trägerelement, an welchem ein in dieser Ebene um eine Welle schwenkbarer Halterungsarm für einen Ultraschallwandler-Kopf angebracht ist, mit einem an dem Trägerelement angebrachten Antriebsmechanismus, der einen um eine erste auf der genannten Welle angebrachte und fest mit dem Halterungsarm verbundene Riemenscheibe und um eine zweite auf der parallelen Welle eines Lageerkennungspotentiometers befestigte Riemenscheibe umlaufenden Riemen umfaßt und durch den der Schwenkwinkel zwischen Trägerelement und Halterungsarm auf das Lageerkennungspotentiometer übertragen wird, mit einer an dem Ultraschallwandler-Kopf und dem Potentiometer angeschlossenen elektronischen Schaltung zur Erregung und Aufnahme von Ultraschall-Echosignalen bzw. zur Erzeugung von vom Potentiometer gelieferten Lagekoordinaten-Signalen und mit einem Elektronenstrahl-Oszillographen zur Darstellung der Echosignale auf dem Schirm des Oszillographen an einer den Lagekoordinaten-Signalen entsprechenden Stelle.

Eine solche Vorrichtung ist aus der USA.-Patentschrift 3 086 390 bekannt. Nachteilig ist jedoch, daß der ganze schwere und dafür träge Apparat bewegt werden muß, um verschiedene Stellen des Untersuchungsobjektes mit dem Meßkopf abtasten zu können. Schwerer zugängliche Stellen sind überhaupt nicht zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die obengenannte Vorrichtung so auszugestalten, daß der Meßkopf leicht beweglich ist und bequem auch zu schwer zugänglichen Stellen des Körpers geführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Trägerelement zusätzlich zwei Gelenkarme mit zu den genannten Wellen parallelen Wellen umfaßt, deren Winkelstellung zum Halterungsarm und zu der angegebenen Ebene derart auf zwei weitere im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das erste Lageerkennungspotentiometer liegende Lageerkennungspotentiometer übertragen wird, daß eine Riemenverbindung zwischen der jeweiligen Potentiometerwelle und der zu dem jeweiligen Gelenkarm gehörenden Welle über Riemenscheiben hergestellt wird, die an dem jeweiligen Gelenkarm und der jeweiligen Potentiometerwelle fest und an den übrigen Wellen frei drehbar angeordnet sind.

Vorteilhafterweise braucht nur noch der Meßkopf, nicht dagegen die übrige Meßapparatur bewegt zu werden, wenn das Objekt abgetastet wird. Auch schwerer zugängliche Stellen (z. B. tiefere Einsenkungen und um von unten zugängliche Stellen) werden damit der Messung zugänglich.

Eine weitere Verbesserung der Beweglichkeit ergibt sich, wenn gemäß einer Weiterbildung die Bezugsebene um eine zu dieser parallelen. Achse drehbar ist.

Die Auswertung wird erleichtert, indem gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der in bekannter Weise Einrichtungen, welche die Lagekoordinaten des Ultraschallwandler-Kopfes auf Strahl-Ablenkeinrichtungen eines Anzeigeoszillographen übertragen, an die mit dem zweiten zusätzlichen Gelenkarm und dem ersten zusätzlichen Gelenkarm verbundenen Potentiometer eine Spannung angelegt ist, die proportional der Länge des jeweiligen Gelenkarmes ist, und daß die Potentiometer derart ausgebildet sind, daß die zugeführte Spannung gemäß den trägenometrischen Funktionen der Winkelstellung der Gelenkarme geteilt wird.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Darstellung eines Ausführungsbeispiels sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenaufrißansicht des Abtastteils der gemäß den Grundsätzen der Erfindung ausgebildeten Ultraschallausrüstung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der in F i g. 1' dargestellten Ausrüstung im wesentlichen in einer durch die Linie 2-2 angedeuteten Ebene,

F i g. 3 eine Rückauf rißansicht der in F i g. 1 dargestellten Ausrüstung,

Fig.4 eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 dargestellten Ausrüstungsteils entlang der Linie 4-4,

F i g. 5 eine Seitenauf rißansicht einer der in F ig. 1 dargestellten Potentiometer-Riemenscheiben,

Fig.6 eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Potentiometer-Riemenscheibe,

Fig.7 eine schematische Draufsicht auf das Verbindungssystem, wobei einige Teile weggeschnitten sind, um die äußerste Verbindung des Gerätes mit -. den Potentiometern darzustellen, J F i g. 8 eine mechanische schematische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Ultraschallausrüstung, F i g. 9 ein elektrischer Schaltplan des Geräts und

Fig. 10a und 10b eine Veranschaulichung eines bekannten Meßverfahrens und des mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts durchgeführten Meßverfahrens.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1, 2, 3 und 4 weist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Geräts einen Rahmen 10 auf, dessen hintere Fläche an einem hinteren senkrechten Teil 12 eines Sockels 14 befestigt ist, der wahlweise mit einem Fuß 15 versehen sein kann. Ein Schraubenrad 16 ist auf einen Bolzen 17 aufgeschraubt, der durch den oberen Teil des hinteren senkrechten Teils 12 verläuft, und ist an dem Rahmen 10 befestigt, um eine Einstellung des Rahmens 10 in jeder gewünschten Winkelstellung um die Achse des Bolzens 17 zu gestatten. Im Innern des Rahmens 10 ist eine Mittelplatte 18 an Befestigungsansätzen 20 angeordnet. Auf der Mittelplatte 18 sind drei Sinus- \ Kosinus-Potentiometer übereinander angeordnet, die von oben nach unten mit 22, 24 und 26 bezeichnet sind. Der Gleitschieber jedes Potentiometers steht über eine mechanische Verbindung in betrieblicher Verbindung mit einem Ultraschallerzeuger 32, um elektrische Signale zu liefern, die die Stellung des Ultraschallerzeugers anzeigen, wie es weiter unten in der Beschreibung beschrieben wird." Zwei auseinanderliegende parallele Arme 28 verlaufen waagerecht von der Vorderseite des Rahmens 10 aus und sind an diesem an einem Ende mittels Schraubbolzen 29 befestigt. Die Arme werden durch Abstandsstücke 30 und Nietschäfte 31 in Abstand voneinander gehalten. Eine elektrische Steckerverbindung 13 ist an der Rückseite des Rahmens 10 angeordnet und dient der Zufuhr von elektrischem Strom zu der Vorrichtung und der Rückführung von elektrischen Stellungssignalen aus der Vorrichtung. Der Rahmen 10 kann wahlweise um eine waagerechte Achse verstellt werden, die durch den Bolzen 17 verläuft, in dem das Schraubenrad 16 gelockert wird, der Rahmen verstellt und das Schraubenrad wieder angezogen wird.

Nunmehr wird die Anlage beschrieben, durch die die Bewegung des Ultraschallerzeugers 12 in elektrische Signale umgeformt wird. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die Fig. 1 und 8 sei bemerkt, daß die vorgenannte Anlage 3 miteinander verbundene Arme 34, 36 und 40 aufweist. Der erste Arm 34 ist an jedem Ende gegabelt, und ein gegabeltes Ende des Armes 34 ist mittels einer Welle 37 drehbar mit den Armen 28 verbunden. Das andere gegabelte Ende des ersten Armes 34 ist in ähnlicher Weise mittels einer Welle 39 mit einem gegabelten Ende des zweiten Arms 36 drehbar verbunden. Das andere Ende des zweiten Arms 36 ist ebenfalls gegabelt und mit einem in ähnlicher Weise gegabelten Ende des dritten Arms 40 durch: eine Welle 43 drehbar verbunden. Der Ultraschallerzeuger 32 ist an dem entgegengesetzten' Ende des dritten Arms 40 durch eine Schraubverbindung 44 befestigt, die einen Stecker und eine Buchse für elektrische Verbindungen umfaßt. Es ist nunmehr ohne weiteres ersichtlich, daß der erste Arm 34 um die Achse der Welle 37 schwenkbar ist. Die schwenkbare Verbindung des zweiten Arms 36 mit dem ersten Arm 34 und die schwenkbare Verbindung des dritten Arms 40 mit dem zweiten Arm 36 gestattet die Drehung des Arms 40 um nahezu 360° um das Ende des zweiten Arms 36. Die Gelenkverbindungen der ersten und zweiten Arme 34 bzw. 36 gestatten die Anordnung des Endes des zweiten Armes an jeder Stelle innerhalb einer Ebene, die nur durch die Länge der Arme begrenzt wird. Der dritte Arm 40, der mit dem zweiten Arm 36 gelenkig verbunden ist, kann tatsächlich um jeden Punkt in einer Ebene geschwenkt werden, die nur durch die gesamte Bewegung des ersten Armes 34 und des zweiten Armes 36 begrenzt wird. Der dritte Arm 40 gestattet eine freie Winkeleinstellung des Ultraschallerzeugers 32, wodurch der Ultraschallerzeuger 32 an jedem Punkt in der Ebene angeordnet werden kann und seine Achse in jedem Winkel in ihren Begrenzungen ausgerichtet werden kann. Ferner kann die Zielebene im wesentlichen auf jeden gewünschten Winkel eingestellt werden, da der Rahmen 10 um eine waagerechte Achse gedreht werden kann, die senkrecht zu den Schwenkachsen der Arme 34, 36 und 40 verläuft.

Bei der Verstellung des Ultraschallerzeugers 32 zur Abtastung des zu untersuchenden Gegenstandes oder der zu untersuchenden Person bewegt er die Gleitschieber der an dem Rahmen 10 angebrachten Potentiometer 22, 24 und 26 entsprechend seiner Verstellung. Die Potentiometer formen die Bewegung des Ultraschallerzeügers in elektrische Signale um, die einer Anzeigevorrichtung, wie z.B. einer Katodenstrahlenröhre, zur Darstellung der gewünschten inneren Struktur des zu untersuchenden Gegenstandes auf dem Schirm der Röhre zugeführt werden.

Aus den Fig; 4, 5 und 6 ist ersichtlich, daß die obenerwähnten Potentiometer 22, 24 und 26, welche von der Art der Sinus-Kosinus-Potentiometer sind, an der Mittelplatte 18 des Rahmens 10 übereinander angeordnet sind. Die Wellen 35, 38 bzw. 42 der Potentiometer körinen durch Drehung so verstellt werden, daß sie ein Ausgangssignal liefern, das den trigonometrischen Funktionen der zwischen den Armen 34, 36 bzw. 40 und der waagerechten gebildeten Winkel entspricht. Die Potentiometerwellen verlaufen durch öffnungen in der Platte 18. Auf den Wellen der Potentiometer sitzen fest angeordnete Riemenscheiben 47, 62 und 49, die durch Schrauben 25, 63 bzw. 57 in ihrer Stellung gehalten werden.

Unter besonderer Bezugnahme auf die F i g. 1, 2 und 7 wird nunmehr die Ausbildung und die Arbeitsweise hinsichtlich der. Betätigung der Potentiometer und der Erzeugung einer geeigneten Wiedergabe des zu·untersuchenden Gegenstandes erörtert. Wie veranschaulicht, ist eine Riemenscheibe 48 auf der Welle 37 am Drehpunkt des Armes 34 und in den Gabelungen: des Armes 34 und der parallelen Arme 28 dreh_r bar angeordnet. Die Riemenscheibe 48 ist mittels

herumgeführt, um eine Antriebsverbindung zwischen dem Arm 40 und der Potentiorneterwelle 24 zu bilden. Der Riemen 64 kann zweckmäßig so angeordnet sein, daß er fortlaufend um die vier vorgenannten 5 Riemenscheiben verläuft, indem er um jede Riemenscheibe öfters als notwendig gewunden wird. Da die Riemenscheibe 60 direkt mit dem Ultraschallerzeugerarm 40 verbunden ist, wird die Winkelbewegung des Arms 40 um den von der Welle 43 gebildeten

eines Stiftes oder einer Schraube 50 fest mit dem io Schwenkpunkt auf die Welle des Potentiometers 24 Arm 34 verbunden und bewegt sich mit diesem. Die übertragen. Somit ist ersichtlich, daß bei Verände-Riemenscheibe 47 ist mittels Feststellschrauben 25 rung der Stellungen der Arme 34, 36 und 40 die verfest mit der Welle 35 des Potentiometers 22 verbun- wendeten Riemen- und Riemenscheibenanordnungen den. Ein Riemen 46, der ein Stahldraht sein kann, eine Verstellung der Gleitschieber der drei Potentioverläuft um jede der Riemenscheiben 47 und 48 und 15 meter-je nach der Winkelverstellung des entsprebildet damit eine Antriebsverbindung zwischen dem
Potentiometer 22 und dem Arm 34 derart, daß sie
eine proportionale Drehung zwischen dem Potentio

meter 22 und dem Arm 34 gestattet, die zweckmäßi-

sam verwendet werden kann. Ultraschallwellen können in zweckmäßiger Weise dadurch erzeugt werden, daß ein Ultraschallerzeuger betätigt wird, indem ihm

chenden Arms bewirken.

Um die Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gerätes, besser verständlich zu machen, wird auf FigJ9 hingewiesen, gerweise im Verhältnis 1:1 steht. Schrauben 66 und 20 die eine schematische Ansicht der elektrischen Schal-68, die in der Nähe des Umfangs der Riemenscheibe tungen zeigt, mit denen die Abtastvorrichtung wirk-47 vorgesehen sind, nehmen die Enden des Riemens
46.in einer. Weise auf, in der die Spannung des
Riemens 46 über die Riemenscheiben gestattet wird.

Es ist somit ersichtlich, daß das Potentiometer 22 25 ein Signal mit einer Frequenz im Ultraschallbereich mechanisch mit dem Arm 34 über die Riemenschei- zugeführt wird. Der Ultraschallerzeuger weist norben 47 und 48, dem Riemen 46 und die Schraube 50 malerweise ein Ultraschallerzeugerelement auf, das verbunden ist. ·..·...■ aus Bariumtitanat oder Lithiumsulfat besteht, es kann

Das Potentiometer 26 weist ebenfalls eine Riemen- jedoch aus anderen Stoffen auch bestehen, die druckscheibe 49 auf, die an seiner Welle 42 durch eine 30 elektrische oder magnetostriktive Eigenschaften auf-Schraube 57 befestigt ist und durch eine Riemen- weisen. Die erzeugten Ultraschallwellen werden dann und Riemenscheibenanordnung so angetrieben wird, strahlenförmig in das zu untersuchende Objekt gedaß es mechanisch mit dem Arm 36 verbunden ist. schickt. Wenn die Ultraschallwellen in Berührung Das Potentiometer 26 wird durch einen Riemen 51 mit Zonen verschiedener Dichte innerhalb des unterverbunden, der um die Riemenscheibe 49 über eine 35 suchten Objekts gelangen, werden von den Zwischenzweite Riemenscheibe 52 verläuft, die als leer- flächen Echos zu dem Ultraschallerzeuger, zurücklaufende Riemenscheibe wirkt, die gleichachsig mit reflektiert, wo sie ein elektrisches Signal erzeugen, und . frei. drehbar gegenüber der Riemenscheibe 48 Das in das zu untersuchende Objekt und von Flächen auf der Welle 37 angeordnet ist. Die Riemenscheibe und Zwischenflächen zu dem Ultraschallerzeuger 52 ist nicht direkt mit dem Arm 34 verbunden und 40 zurückgeschickte Signal kann dem Z-Achseneingang dreht sich nicht mit diesem. Der Riemen 51 verläuft eines Oszilloskops zugeführt werden, um die Stärke weiter über eine Riemenscheibe 54, die auf der Welle des Elektronenstrahls zu modulieren und eine Spur 39 sitzt, und ist an dem Arm 36 mittels eines Stiftes zu erzeugen, die den Signalen entspricht, die an einer 61 befestigt. Da die Riemenscheibe 54 direkt mit dem Zeitablenkungsschaltung empfangen werden. Die Arm 36 verbunden ist wird dessen Bewegung um den 45 Schreibgeschwindigkeit der Zeitablenkungsschaltung, Drehpunkt 39 natürlich über den Riemen 51, die die halb so groß ist wie die Geschwindigkeit der Leerlauf riemenscheibe 52 und die Riemenscheibe 49 Ultraschallwelle in dem zu untersuchenden Körper, auf das Potentiometer.26 übertragen, während keine erzeugt eine maßstabgerechte Darstellung auf der Bewegung der Potentiometerwelle., gegenüber dem Fläche des Oszilloskops. Wenn der Ultraschallerzeu-Arm34 stattfindet. An der Riemenscheibe 49 sind 50 ger an der Oberfläche des untersuchten Objekts anwiederum Schrauben 74 und 76 vorgesehen, die der Hegt, wird das ihm zugeführte Signal unmittelbar Spannung und Befestigung des Riemens 51 dienen.

.Das dritte Potentiometer 24 wird dazu verwendet,
die Winkelbewegung des dritten Armes 40 aufzuzeichnen. Eine Leerlauf riemenscheibe 56 ist auf der 55 wird die relative Stellung ebenfalls in Folge der Welle 37 in ähnlicher Weise wie die Riemenscheibe korrespondierenden Ausbreitungen der Katodendrehbar angeordnet. Eine weitere Leerlaufriemenscheibe58 ist in ähnlicher Weise auf der Welle 39
gleichachsig mit der Riemenscheibe 54 drehbar angeordnet. Die Riemenscheibe 60 ist so auf der Welle 60 für eine Zeitdauer sichtbar, die für die Herstellung angeordnet, .daß sie direkt mit dem dritten Arm 40 einer dauernden Aufzeichnung ausreicht, oder köndurch den Stift 63 verbunden wird. Die Riemen- nen, falls erwünscht, einer Speicherröhre u.dgl. zur scheibe 60 dreht sich bei Bewegung des dritten Armes künftigen Verwendung zugeführt werden. im Maße dieser Bewegung. Eine Riemenscheibe Es ist nun festgestellt worden, daß eine deutlich

ist auf der Potentiometerwelle 38 angeordnet und 65 erhöhte Auflösung der inneren Struktur eines Körpers wird durch Schrauben 63 gehalten. Ein Riemen 64 erhalten wird, wenn der Ultraschallenergiestrahl in wird um jede der Riemenscheiben 56, 58, 60 und 62 den Körper von einer Strahlenquelle geschickt wird, in eine in der Technik bekannten Art und Weise die an der Oberfläche des Körpers angeordnet ist,

reflektiert, um die relative Stellung des Ultraschallerzeugers auf der Anzeigevorrichtung dazustellen. Wenn Echos empfangen und aufgezeichnet werden,

strahlröhrenspur und der Schallwelle dargestellt.
Durch die Verwendung einer Katodenstrahlröhre
mit geeignetem Nachleuchtstoff bleiben diese Signale

und wenn der Strahl um die Stelle geschwenkt wird, an der er in den Körper eingeführt wird, um einen Winkelbereich oder Sektor innerhalb des Körpers zu bestreichen. Abtastungen des Körpers in mehreren Sektoren werden dadurch erhalten, daß von verschiedenen Punkten an der Körperoberfläche aus abgetastet wird. Das beschriebene Gerät führt diese Abtastung mehrerer Sektoren eines zu untersuchenden Körpers wirkungsvoll und zweckmäßig unter Verwendung von UltraschaHtechniken aus.

Um die Anwendung des Gerätes zu erleichern, weist der Ultraschallerzeuger eine große Bewegungsbreite auf. Die Bewegung wird an einer Anzeigevorrichtung angezeigt, um dem das Gerät Bedienenden jederzeit zu ermöglichen, die Stellung des Ultraschallerzeugers oder der Ultraschallquelle im Verhältnis zu dem Bild oder den Angaben zu bestimmen, die auf der Anzeigevorrichtung erscheinen. Wie dies durchgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Um diese Beschreibung zu erleichtern, sei Bezug auf F i g. 8 genommen, die das schwenkbare Aufhängungssystem gemäß F i g. 1 schematisch darstellt. Wie oben angedeutet, sind die Arme 34, 36 und 40 jeweils mechanisch mit einem der Potentiometer 22, 26 bzw. 24 gekuppelt, die dazu dienen, die Stellung des Drehpunktes des Armes 40 bzw. der WeMe 43 gegenüber dem feststehenden Drehpunkt der Welle 37 zu bestimmen.

Um die Stellung der Welle 43 zu bestimmen, werden Bezugsachsen gewählt, die durch den Drehpunkt der Welle 43 verlaufen. Die Koordinaten der Welle 43 sind (algebraisch):

chen. Wenn der Arm sich in der Waagerechten befindet, ist der Sinus des Winkels Null, und das Sinusausgangssignal von dem Gleitschieber 22 a ist gleich Null.

Um für das genaue Verhältnis der Ausgangsspannungen von den Potentiometern 22 und 26, ausgedrückt in Volt pro Zentimeter, zu sorgen, stehen die durch die Potentiometer 22 und 26 geschickten Spannungen in demselben Verhältnis wie die entsprechenden Längen der Arme 34 und 36 oder:

FF

_~lj'in _ _ 2_ι·]η_

L₁ L₂

Nunmehr kann die Stellung der Welle 43 im Verhältnis zu der X- und y-Achse durch Addition der Spannungen erhalten werden:

= F A-

aus ~ · χ 1 aus >

2 aus

F = F A-F

'-'y aus '-'y l aus ' *-Ί>

> 2 aus >

X =^z X₁ -\r X₂

x = L₁ cos O₁ + L₂ cos Ct₂,

wobei L₁ und L₂ die Längen der Arme 34 und 36 sind und Ct₁ und a₂ die Winkel sind, die diese Arme Arme mit der AT-Achse bilden.

Ferner

35

40

y = 3Ί + y₂

y = L₁ sin Ct₁ + L₂ sin a₂ .

Die Potentiometer 22, 26 und 24 sind von der Art, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das einer trigonometrischen Funktion der Wellendrehung entspricht. Wenn bei der dargestellten Anordnung positive und negative Spannungen durch die Potentiometer geschickt werden, kann sich die Polarität des Ausgangssignals ändern, wenn die Funktion des Winkels seine Polarität ändert, d. h. positiv oder negativ. Wenn also +.E_ein und — E_ein Volt zugeführt werden, sind die Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22 a bzw. 22 b (F i g. 9)

Ly ι aus L_{1 e}-_m SUl Oi₁
^xiaus = ^l ein COSa₁,

55

wobei Ct₁ der Drehwinkel der die Gleitschieber verbindenden Welle gegenüber der Bezugsstellung ist, die in diesem Fall die Waagerechte ist.

Sowohl die Sinus- als auch die Kosinusfunktionen können somit von den Potentiometergleitschiebern oder von anderen in Technik bekannten Mitteln erhalten werden.

Ausgangsspannungen werden von den Potentiometern erhalten, die der Stellung des mit dem Potentiometer gekoppelten Arms gegenüber der Indexstellung, wie z.B. der Waagerechten, entspre- und
wobei

und wobei die Konstante K die Dimension Volt pro Längeneinheit hat.

Unter nochmaliger Bezugsnahme auf die F i g. 9 werden die Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22 a und 26 a £j,_lauä und Ej,_2aus einer F-Addiervorrichtung 70 zugeführt, und die Summe wird dem senkrechten Ablenkungsverstärker 72 zugeführt, der die senkrechten Ablenkungsplatten der Katodenstrahlröhre 74 antreibt. In ähnlicher Weise werden die Ausgangsspannungen von den Gleitschiebern 22 b und 26 b E_{x t} _aus und E_x _{2 aU5} einer X-Addiervorrichtung 76 zugeführt, und die Summe wird dem waagerechten Ablenkungsverstärker 78 zugeführt, der die waagerechten Ablenkungsplatten der Katodenstrahlröhre 74 antreibt. Diese Spannungen begründen den Ursprung der Abtastung des Elektronenstrahls an der Fläche der Röhre, und in Verbindung mit der Verstelllung der Einstellsteuerungen des Oszilloskops kann der Anzeigefleck je nach Wunsch an jeder Stelle auf der Fläche der Röhre oder von der Fläche der Röhre entfernt angeordnet werden. Der Fleck kann unsichtbar sein, da der Strahl dahingehend vorgespannt werden kann, daß er nur sichtbar ist, wenn ein Signal mit der richtigen Polarität der Z-Achsen-Elektrode 92 des Oszilloskops zugeführt wird. Das Potentiometer 24, das mit der Bewegung des Arms 40 gekoppelt ist und durch die Bewegung des den Ultraschallerzeuger 32 tragenden Arms 40 betätigt wird, erzeugt elektrische Signale, die die Winkelstellung des Arms 40 gegenüber der Waagerechten anzeigen. Somit bestimmt der von dem Arm 40 gebildete Winkel auch die Richtung des Ultraschallenergiestrahles von dem Ultraschallerzeuger 32. An dem Gleitschieber 24 a wird ein Signal entwickelt, das der Sinusfunktion des Winkels a₃ gegenüber der Waagerechten entspricht und einem Kippgenerator 80 zugeführt wird, der bei Empfang eines Impulses am Auslöseeingang 81 ein Sägezahn-Ausgangssignal entwickelt, dessen Anstiegszeit durch das Signal von dem Gleitschieber 24 α geregelt wird. In ähnlicher Weise wird an dem Gleitschieber 24 b ein Signal entwickelt, das der Kosinusfunktion des Winkels a₃ gegenüber der Waagerechten entspricht, und dieses Signal wire

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9 10

einem Kippgenerator 82 zugeführt, der auf ein mit der Z-Achsen-Elektrode der Katodenstrahlröhre zudem Signal von dem Gleitschieber 24 b zusammen- geführt und erscheint an deren Fläche als ein Punkt hängendes Signal zu dem Auslösereingang 83 hin eine oder Fleck sichtbaren Lichts. Der Ultraschallstrahl Ausgangsspannung entwickelt. Das Ausgangssignal pflanzt sich innerhalb des Körpers fort, und wenn von dem Generator 80 wird dem senkrechten Ver- 5 der Strahl innerhalb des Körpers auf eine veränderte stärker 72 zugeführt, und das Ausgangssignal von Dichte auftrifft, wird eine Reflektionswelle oder ein dem Generator 82 wird dem waagerechten Verstärker Echo zu dem Ultraschallerzeuger 32 zurückreflektiert. 87 zugeführt. Die kombinierten Ausgangssignale von Wenn eine derartige Reflektion empfangen wird, wird den Kippgeneratoren 80 und 82 bewirken, daß der sie durch den Verstärker 90 verstärkt und der Elektronenstrahl über die Fläche der Katodenstrahl- io Z-Achse der Katodenstrahlröhre zugeführt und erröhre 74 streicht und so ausgerichtet ist, daß die Be- scheint ebenfalls als ein Lichtfleck. Zwischen dem wegungsbahn des Elektronenstrahls von dem Win- von dem Ultraschallerzeuger 32 erzeugten Ursprungskel Ct₃ des Arms 40 abhängig ist und gesteuert wird. schallerzeuger 32 erzeugten Ursprungssignal und dem

Die Kippgeneratoren werden durch einen Impuls reflektierten Signal hat sich der Elektronenstrahl

von einem Zeitgeber 84 ausgelöst, um die Abtast- 15 weiter über die Fläche der Röhre bewegt, so daß die

bewegung des Ionenstrahls zu beginnen. Derselbe Lichtflecke in einem Abstand voneinander'auftreten,

Impuls wird über eine Verzögerungsvorrichtung 86 der dem Abstand von der Oberfläche des Objekts

einem Impulsgeber 88 zugeführt. Der von der Ver- und der im Inneren des Objekts befindlichen Ano-

zögerungsvorrichtung 86 hervorgerufene Zeitunter- malie in einer Richtung entspricht, die im wesent-

schied reicht aus, um zu gestatten, daß der Elektronen- 20 liehen mit der Achse des Ultraschallstrahls überein-

strahl eine Strecke vorauseilt, die dem Abstand der stimmt. Die Folgefrequenz des Zeitgebers 84 wird so

strahlenden Oberfläche des Erzeugers 32 von der gewählt, daß der Empfang und die Speicherung der

Welle 43 entspricht, bevor der Ultraschallerzeuger Echosignale von einem besonderen Objekt ermög-

erregt wird. Diese Verzögerung ist nur notwendig, licht wird, bevor ein neues Signal erzeugt wird,

wenn der Ultraschallerzeuger aus der bekannten as Mit dem System gemäß der vorliegenden Erfin-

Stellung der Welle 43 verschoben ist. Der Ultraschall- dung ist es möglich, eine sektorenweise Abtastung

erzeuger 32 wird durch den Impulsgeber 88 erregt eines Objekts von nahezu jedem Punkt und in jeder

und erzeugt eine Wellenfront von Ultraschallenergie. Ebene durchzuführen. In den Fig. 10a und 10b

Die Ausgangsspannung des Impulsgebers 88 wird zeigt die Fig. 10a, in welcher Weise das Abtasten

ferner über einen Verstärker 90 der Z-Achsen-Elek- 30 gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wurde,

trode 92 der Katodenstrahlröhre zugeführt. Zunächst einmal sind der Erzeuger 96 und das zu

Es ist ersichtlich, daß der Maßstab oder die Bild- untersuchende Objekt 98 für gewöhnlich durch Wasgröße eine Funktion der Größe der Ablenkungs- ser getrennt, und der Erzeuger wird geradlinig hinspannungen ist, die den Ablenkungsplatten der und herbewegt. Ein Fehler 99 innerhalb des Körpers Katodenstrahlröhre 74 zugeführt werden. Durch Ver- 35 98 wird für gewöhnlich auf einer Katodenstrahlenstellung der dem Potentiometer 24 zugeführten Span- röhre oder einer Speicherröhre angezeigt, und das nungen mittels eines Regelwiderstandes94 u.dgl. Bild litt für gewöhnlich unter einem geringen Aufoder anderer geeigneter Mittel, kann der Maßstab lösungsvermögen. Im Gegensatz hierzu befindet sich des Bildes nach Wunsch eingestellt werden. Der bei dem beschriebenen Gerät (Fig. 10b) der Ultra-Maßstab oder die Größe des Bildes kann ferner 40 schallerzeuger 32 in unmittelbarer Nähe des zu unterdadurch verändert werden, daß die Eingangsspan- suchenden Objekts und wird im wesentlichen um nung an 'dem Potentiometer 24 konstant gehalten einen Punkt auf der Oberfläche des Objekts gewird und der Verstärkungsgrad der Ablenkungs- schwenkt. Aus Gründen, die noch nicht ganz klar erverstärker 72 und 78 verändert wird, wie es für den kannt sind, ist die Auflösung eines Bildes eines Feh-Fachmann verständlich wird. 45 lers in dem Körper gegenüber den Bildern bedeutend

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die erzeugende verbessert, die bei Befolgung der Lehren gemäß dem Fläche des Ultraschallerzeugers an der Oberfläche Stand der Technik erhalten werden. Dies liegt wohl des zu untersuchenden Objekts angeordnet. Jedesmal, daran, daß bei der erfindungsgemäßen Art und Weise wenn ein Zeitgeberimpuls von dem Zeitgeber 84 die des Abtastens ein größeres Auftreffen von Wellen Kippgeneratoren erreicht, werden Kippsignale von so auf der fehlerhaften Stelle erzeugt wird. .
geeigneter Wellenform erzeugt und den Ablenkungs- Das erfindungsgemäße Gerät gestattet die Ultramitteln der Katodenstrahlröhre in Übereinstimmung Schalluntersuchung in Zonen, in denen Röntgenstrahmit den Signalen zugeführt, die von dem Potentio- len entweder zu keinen schlüssigen Ergebnissen fühmeter 24 empfangen werden, das den Winkel «₃ ren oder unratsam sind, wie. z. B. bei der Untersureflektiert, den der Arm 40 mit der Waagerechten 55 chung des Schädels und der Augen. Durch die Ausbildet. Somit beginnt der Elektronenstrahl die Wertung der dargestellten Angaben kann der unter-Fläche der Röhre abzustreichen, wenngleich er für das suchende Arzt zwischen normalen und anomalem Auge unsichtbar ist. Die Abstreichung beginnt an Geweben unterscheiden. Es wurde festgestellt, daß einer Stelle, die der Stellung der'Welle 43 entspricht diese Ultraschalltechniken für die Feststellung von und bewegt sich in einer Richtung, die der Stellung 60 Krebs und anderen Geschwulsten in Gehirn, Brust des Arms 40 entspricht, welche diejenige Richtung und Herz anwendbar sind. Für die Untersuchung von ist, in die der Ultraschallstrahl von dem Ultraschall- Organen wie Leber, Niere, Milz, Bauchspeicheldrüse, erzeuger 32 gerichtet wird. Nachdem der Elektronen- Brustdrüse und für die Untersuchung von Gebilden strahl eine Strecke zurückgelegt hat, die der Länge mit Flüssigkeit wie Blase, Magen und die Gebärdes Arms 40 entspricht, wird der Impulsgeber 88 65 mutter schwangerer Frauen gibt die Ultraschalltecherregt, der dem Ultraschallerzeuger 32 einen Impuls nik bildlich dargestellte anatomische und pathologiverleiht Die Ausgangsspannung des Impulsgebers 88 sehe Informationen, die mit Hilfe von Röntgenstrahwird ferner über den Verstärker 90 verstärkt und len nicht erhalten werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung von nicht ebenen Körpern, mit einem in einer Ebene und in einer dazu senkrechten Ebene beweglichen Trägerelement, an welchem ein in dieser Ebene um eine Welle schwenkbarer Halterungsarm für einen Ultraschallwandler-Kopf angebracht ist, mit einem an dem Trägerelement angebrachten Antriebsmechanismus, der einen um eine erste auf der genannten Welle angebrachte und fest mit dem Halterungsarm verbundene Rie-. menscheibe und um eine zweite auf der parallelen Welle eines Lageerkennungspotentiometers befestigte Riemenscheibe umlaufenden Riemen umfaßt und durch den der Schwenkwinkel zwischen Trägerelement und Halterungsarm auf das Lageerkennungspotentiometer übertragen wird, mit einer an dem Ultraschallwandler-Kopf und dem Potentiometer angeschlossenen elektronischen Schaltung zur Erregung und Aufnahme von Ultraschall-Echosignalen bzw. zur Erzeugung von vom Potentiometer gelieferten Lagekoordinaten-Signalen und mit einem Elektronenstrahl-Oszillographen zur Darstellung der Echosignale auf dem Schirm des Oszillographen an einer den Lagekoordinaten-Signalen entsprechenden Stelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement zusätzlich zwei Gelenkarme (36, 34) mit zu den genannten Wellen (43, 38) parallelen WeI-len (39, 37) umfaßt, deren Winkelstellung zum Halterungsarm (40) und zu der angegebenen Ebene (18) derart auf zwei weitere im wesentlichen in der gleichen Ebene wie das erste Lageerkennungspotentiometer (24) liegende Lageerkennungspotentiometer (22, 26) übertragen wird, daß eine Riemenverbindung (51, 46) zwischen der jeweiligen Potentiometerwelle (35, 42) und der zu dem jeweiligen Gelenkarm (36, 34) gehörenden Welle (39, 37) über Riemenscheiben (47, 48, 49, 52, 54) hergestellt wird, die an dem jeweiligen Gelenkarm (36, 34) und der jeweiligen Potentiometerwelle (35, 42) fest und an den übriben Wellen (z. B. 52) frei drehbar angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsebene (18) um eine zu dieser parallelen Achse (17) drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit Einrichtungen, die die Lagekoordinaten des Ultraschallwandler-Kopfes auf Stxahl-Ablenkeinrichtungen einem Anzeigeoszillographen übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß an die mit dem zweiten zusätzlichen Gelenkarm (36) und dem ersten zusätzlichen Gelenkarm (34) verbundenen Potentiometer (26 bzw. 22) eine Spannung angelegt ist, die proportional der Länge des jeweiligen Gelenkarmes (36 bzw. 34) ist, und daß die Potentiometer (26 bzw. 22) derart ausgebildet sind, daß die zugeführte Spannung gemäß den trigonometrischen Funktionen der Winkelstellung der Gelenkarme (36 bzw. 34) und einer waagerechten Bezugsebene geteilt wird.