DE3111196A1 - Vorrichtung zur untersuchung des magendarmkanals - Google Patents
Vorrichtung zur untersuchung des magendarmkanalsInfo
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Description
NACHGEREICHT
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9957/81 - Seite 4
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Untersuchungszwecke. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
für die innere Untersuchung des Magendarmkanals.
Verschiedene Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, um Informationen über den Magendarmkanal zu erhalten.
Die am weitesten verbreitete aller bekannten Methoden für die Untersuchung des Magendarmkanals ist die Röntgentechnik
mit Hilfe von Barium. Diese besteht darin, Barium in den Kanal einzuführen, wodurch er undurchlässig für Röntgenstrahlung wird. Pathologische Veränderungen können dann indirekt
durch die Änderungän in der Wand gesehen werden/ die durch
Fluoroskopie und auf verschiedenen Röntgenaufnahmen ersichtlich ist. Sowohl bei Röntgenaufnahmen als auch bei Fluoroskopie
müssen entsprechende Abschnitte des Patienten beträchtlicher Dosen von ionisierender Strahlung unterworfen werden. Abgesehen
von den Gefahren der Bestrahlung sowohl für den Patienten als auch für die Untersuchungsperson besteht der hauptsächliche
Nachteil darin, daß es in vielen Fällen schwierig ist, definitive Diagnosen zu stellen, da die erhaltene Information nur indirekt
ist.
Ein anderes Verfahren beruht auf Fortschritten im Bereich der Faseroptik. Hier wird eine Sonde geringen Durchmessers, die die
Faseroptik enthält, in den Magendarmkanal eingeführt. Durch geeignete Handhabung kann ein erfahrener Arzt die Wandung des
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Kanales optisch betrachten. Obwohl hierbei keine Strahlungsprobleme auftreten, so sind doch immer noch verschiedene
Gegebenheiten vorhanden, die die Anwendung des Verfahrens einschränken. Der Arzt kann wiederum nur die Wandung des
Kanales betrachten. Außerdem ist das Blickfeld sehr begrenzt, was von physikalischen Grenzen der Charakteristiken von Faseroptiksystemen
herrührt. Durch beide Nachteile wird die Wirksamkeit, pathologische Veränderungen zu erkennen, verringert.
Ein unmittelbares Ergebnis des begrenzten Blickfeldes besteht darin, daß je nach Grad der Erfahrung des Arztes Verletzungen
oder krankhafte Veränderungen übersehen werden können. Außerdem kann keine Aufzeichnung des üntersuchungsergebnisses gemacht
werden, was bedeutet, daß eine Diskussion mit anderen aufgrund dessen, was gesehen werden konnte, nicht möglich ist.
Es sind auch keine Bilder der Untersuchung für spätere Verwendung erhältlich.
Erfindungsgemäß wird daher eine Sonde mit einer Ultraschallwandleranordnung
geschaffen, die für die Untersuchung des Magendarmkanals in den Kanal eingeführt wird, wobei ein Fluid
zwischen der Anordnung und der Wandung des Kanals eingebracht wird, um die Anordnung und die Wandung miteinander zu koppeln.
Dann wird die Anordnung erregt, so daß ein Ultraschallbild des Kanals erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine
Sonde geschaffen, die für die innere Untersuchung des Magendarmkanales
geeignet ist und einen Kopf, der mit einem flexiblen Schlauch oder Kabel verbunden ist, eine Ultraschallanordnung,
die auf dem Kopf befestigt ist und eine Vielzahl von Wandlern aufweist, die in Umfangsrichtung mit Abständen um den
Kopf herum
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angeordnet sind, und Übertragungsmittel aufweist, durch die
Signale von den Wandlern zu einer Verarbeitungsschaltung geleitet werden, um so ein Bild zu erzeugen.
Bei der Erfindung wird eine Sonde eingeführt, die ungefähr dieselbe
Größe wie eine Faseroptiksonde hat, wobei die erfindungsgemäße Sonde akustisch mit dem Magendarmkanal mit einem geeigneten
Fluid gekoppelt ist. Durch die Sonde kann ein elektroakustisches dreidimensionales Bild der Strukturen erzeugt werden,
die die Wandleranordnung umgeben. Dies bedeutet, daß das vollständige Bild erhalten wird, ohne daß es notwendig ist, die
Wandleranordnung innerhalb des Patienten zu drehen.
Falls gewünscht kann die räumliche Stellung der Sonde innerhalb des Körpers festgestellt und festgehalten werden. Auf diese
Weise kann der Ort bestimmt werden, von dem ein bestimmtes Bild bzw. mit einer entsprechenden Kennung markiertes Bild
erhalten wurde. Mit Hilfe dieser Bilder kann die Diagnose und Feststellung des Ortes von Verletzungen und krankhaften Veränderungen
innerhalb des Magendarmkanales, hinter der Wandung desselben und auch in benachbarten Organen direkt vorgenommen
werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform
beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungi
gemäßen Vorrichtung für die Untersuchung eines Magendarmkanales;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der
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in Figur 1 gezeigten Vorrichtung, wohei Teile der Vorrichtung für größere
Klarheit weggelassen wurden;
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Gerät der Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Quer
schnittes der Vorrichtung der Fig. 3.
Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, weist die Untersuchungsvorrichtung 10 eine Sonde 12 und ein Signalverarbeitungsgerät
auf, das allgemein mit 14 bezeichnet ist. Der Aufbau der Sonde ist am besten aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich.
Die Sonde weist einen Kopf 16 und einen Hauptteil 18 auf.
Der Hauptteil 18 ist aus einem länglichen Rohr oder Schlauch 20 hergestellt, das in einer Richtung quer zur Längsachse
des Schlauches biegsam ist, jedoch ausreichend steif ist, so daß die Probe entlang des Magendarmkanales vorgeschoben
werden kann. Der Schlauch 20 hat eine geschlossene Umfangswand 22, die sanft in eine äußere Oberfläche 24 des Kopfes
16 übergeht. Der Kopf 16 weist zwei ültraschallkristallanordnungen
48, 50 auf. Die Anordnung 48 besitzt eine Anzahl von Ultraschallkristallen 52, die in Umfangsrichtung um den
Kopf 16 herum in Abstünden angeordnet sind; durch diese soll ein Ultraschallbild des Teiles des Kanales erhalten werden,
der den Kopf 16 umgibt. Die Anordnungen 48, 50 werden durch
Miniaturkristalltreiber betrieben, die elektrisch mit einem
elektrischen Kabel 54 verbunden sind/ das sich durch den Schlauch
20 zu einer Verarbeitungsschaltung 56* erstreckt. Die Verarbeitungsschaltung 56 kann so betrieben werden, daß sie jeden
Kristall 52 der Anordnung 48 selektiv erregt und. die Signale verarbeitet, die von dem Kristall aufgenommen werden. Die so
aufgenommenen Signale können durch ein Aufzeichnungsgerät 58
aufgezeichnet werden. Das Bild des Kanales kann auf der BetracHnngseinheit
60 betrachtet werden. Die Kristalle 52 werden
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nacheinander erregt/ so daß eine Echtzeitabtastung erhalten
wird. Diese Abtastung besteht aus einer Anzahl von aneinander -grenzenden Abschnitten, durch die ein Bereich von
3 60 Grad abgetastet wird. Jeder Abschnitt wird durch geeignete zeitliche Summierung der Signale vom Kristall 52
erhalten.
In Fig. 4 ist z.B. eine Gruppe von Kristallen 52a, b, c, d, e gezeigt. Durch die Verarbeitungsschaltung 56 wird anfänglich
der Kristall 52b erregt. Kurze Zeit danach werden die Kristalle 52a und 52c erregt, um die Welle zu fokussieren, die durch
den Kristall 52b erzeugt wurde. Die Wellenfront wird teilweise durch die Kanalwandung reflektiert und durch den Kristall 52b
empfangen, der ein Ausgangssignal erzeugt, das durch das Kabel 54 zu der Verarbeitungsschaltung 56 geleitet und dort in einer
Weise bearbeitet wird, daß eine Anzeige im Betrachtungsgerät 60 möglich ist. Die Zeit, die zwischen der Erregung des Kristalles
und dem Auftreten des Signales verstrichen ist, das durch die reflektierte Wellenfront erzeugt wurde, ist ein Maß für die
Entfernung der Kanalwandung vom Kristall 52b. Die Wellenfront kann auch teilweise durch die Kanalwandung hindurch-gehen und
durch benachbarte Organe reflektiert werden, so daß eine weitergehende Betrachtung des Kanals und benachbarter Organe
möglich ist, wobei eine teilweise Reflektion jeweils an Stellen einer Dichteänderung des bescnalltenMaterials auftritt.
Das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung 56 wird daher als eine Serie von Punkten angezeigt, die auf einer Radiallinie
liegen, die sich von dem Mittelpunkt, der der Achse des Kopfes 16 entspricht, durch einen Punkt erstreckt, der dem Ort des
Kristalles 52b entspricht.
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Nachdem das Signal empfangen wurde/ wählt die Verarbeitungsschaltung
56 den Kristall 52c aus und erregt denselben. Kurz danach werden die Kristalle 52b, 52d erregt, um die Wellenfront
zu fokussieren. Vom Signal 52c wird dann ein Signal empfangen, das verarbeitet wird, um so eine zweite Serie
von Punkten auf einer zweiten Radiallinie zu erhalten, die der Beschallungslinie des Kristalles 52c entspricht. Die
Verarbeitungsschaltung erregt dann weiter nachfolgende Kristalle 52, um eine 360 Grad-Ansicht des Kanals zu erzeugen. Diese
Abtastung findet schnell statt, d.h. mehr als 20-mal pro Sekunde, so daß ein Echtzeitbild des Kanales erzeugt wird.
Der Betrieb der Verarbeitungsschaltung, durch den die Kristalle ausgewählt und erregt werden, ist bekannt und soll daher nicht
weiter beschrieben werden. Die Kristalle 52 sind aus einer Reihe von Scheiben von piezoelektrischem Material gebildet und
werden gewöhnlich mindestens aus 50 Stück bestehen, obwohl für größere Auflösung noch mehr verwendet werden können.
Die Anordnung 50/ die normalerweise parallel zum Ende der Sonde
angeordnet ist, wird auch durch die Verarbeitungsschaltung 56 gesteuert, um ein Bild des Kanales unmittelbar vor dem Kopf 16
zu erzeugen. Dieses Bild kann auf dem Bildanzeigegerät 60 beobachtet werden, während die Sonde 12 vorgeschoben wird, so daß
der Kopf 16 in der richtigen Richtung vorgeschoben werden kann.
Aufgrund der Fähigkeit der Wellenfront, durch im Kanal vorhandenes
Material hindurchzugehen , kann die Natur und das Ausmaß eines Hindernisses während des Vorschiebens der Sonde 12
bestimmt werden, um so die Gefahr von Beschädigungen oder Verletzungen zu vermeiden,
... 10
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AO
Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9957/81 - Seite 10
Im Innern 26 der Röhre bzw. des Schlauches 20 sind vier Kabelanordnungen 28 angeordnet, die mit gleichen Abständen
um die Wand 22 herum angeordnet sind. Jede dieser Kabelanordnungen 28 weist eine Hülle 30 und ein Kabel 32 auf. Die
Hülle 30 ist an der Wand 22 befestigt, das Kabel 32 ist an einer unteren Oberfläche 34 des Kopfes 16 befestigt.
Das Kabel 32 kann relativ zur Hülle 30 gleiten, so daß die relative Orientierung des Kopfes 16 und des Hauptteiles 18
geändert werden kann.
Jede Kabelanordnung 28 ist an ihrem unteren Ende mit einem Vergleicher 36 verbunden, der als Ergebnis eines von Hand
eingegebenen Signals betätigt werden kann, um das Kabel relativ zur Hülle zu bewegen und ein Signal abzugeben, das
die Relativbewegung zwischen Kabel und Hülle angibt. Jeder Vergleicher 36 ist mit einem Stellungsaufzeichner 38 verbunden,
der auch ein Signal von einem Translationswandler 40 enthält. Der Translationswandler 40 detektiert dabei die
Bewegung der Sonde in Richtung ihrer Längsachse, so daß der Stellungsaufzeichner 38 die Richtung der Bewegung des Kopfes
mit Hilfe des Vergleichers 36 und die Translation der Sonde in dieser Richtung aufzeichnen kann. Dies ermöglicht eine
Darstellung des Weges, auf dem sich die Sonde bewegt; als Ergebnis hiervon kann die Form des Magendarmkanals rekonstruiert
werden.
Im Innern 26 der Röhre bzw. des Schlauches 20 sind noch drei Röhren 42 angeordnet, die um die Achse der Röhre bzw. des
Schlauches 20 gleiche Abstände haben und sich in den Kopf erstrecken. Die Röhren42 enden zwischen einer Endfläche 44
und einer Unterfläche 34 und sind mit der äußeren Oberfläche
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Giawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9957/81 - Seite 11
24 durch eine Düse 46 verbunden. Die Röhren 4 2 sind mit einer Fluidversorgung 48 verbunden, durch die selektiv Fluid in
eine oder mehrere der Röhren 4 2 eingegeben werden kann, damit das Fluid durch die entsprechende Düse 46 abgegeben
werden kann.
Eine Biopsieröhre 62 ist im Kopf 16 auf der Längsachse der Sonde angeordnet, um so die Einführung einer Biopsienadel
zum Entnehmen von Proben aus dem Kanal zu ermöglichen. Zusätzlich kann die Röhre 62 dafür benutzt werden, lokale
Luf tansanunlungen aus dem Kanal zu entfernen, indem ein Unterdruck an das andere Ende der Röhre angeschlossen wird.
Bei Betrieb wird die Sonde 12 längs dem Kanal unter Beobachtung des Bildes bewegt, das durch die Anordnung 50 erzeugt
wird, wobei der Kopf während der Vorwärtsbewegung entsprechend manipuliert wird. Während dieser Vorwärtsbewegung zeichnet der
Stellungsaufzeichner 38 die Bewegung der Sonde entlang des Kanals auf, und schafft so eine Aufzeichnung des Weges, auf
dem sich die Sonde bewegt hat. Gleichzeitig wird von der Fluidversorgung 49 ein Fluid zu den Düsen 46 und durch die Biopsieröhre
62 geleitet, um auf diese Weise akustische Kopplung für die Anordnung 50 zu bewirken.
Die Anordnung 50 ist auch nützlich für die Feststellung, welche Natur ein Hindernis in dem Kanal hat, wie weit sich dieses
Hindernis erstreckt, und,natürlich,welche Handlung vorgenommen
werden muß.
Hat die Sonde 12 die gewünschte Stellung im Kanal erreicht, wird die Anordnung 48 erregt, und es wird Fluid von der Fluidr
Versorgung 49 entlang den Röhren 42 geleitet und von den Düsen
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4 6 ausgestoßen, so daß eine lokalisierte Fluidumgebung erzeugt wird. Durch das Fluid, z.B. eine Flüssigkeit,
werden die Kristalle 52 und die Kanalwand akustisch gekoppelt. Die Zufuhr des Fluids findet dabei mit Unterbrechungen
statt, wie dies notwendig ist, um die Kopplung und die Qualität des Bildes aufrechtzuerhalten. Der Kopf 16
kann im Kanal durch selektive Zuführung von Fluid zu einem der Düsen 4 6 zentriert werden, wobei dann der Kopf durch
den Stoß'aus der Düse von der benachbarten Kanalwand wegbewegt wird.
Diese Sonde 12 wird anschließend allmählich herausgezogen, wobei das Bild des Kanales, das durch die Anordnung 48 erzeugt
wird, aufgezeichnet wird. Der Ausgang des Stellungsauf-Zeichners 38 kann mit dem Bild der Wandleranordnung 48 aufgezeichnet
werden, so daß eine Anzeige der Stellung der Sonde 12 innerhalb des Kanales erhalten wird, die dem Bild entspricht.
Es kann so eine Korrelation zwischen den Daten des Stellungsaufzeichners und des BildaufZeichners erhalten werden.
Man sieht daher, daß ein dreidimensionales Bild des Kanals und der Teile des Körpers, die sich darüber hinaus bis zu den
benachbarten Organen erstrecken, erhalten wird, auf das auch später zurück-gegriffen werden kann.
Falls gewünscht kann die Stellung der Sonde innerhalb eines Kanals durch einen Radiosender aufgezeichnet werden, der mit
dem Kopf einstückig ausgebildet ist. In diesem Fall kann man dann auf den Translationswandler, Vergleicher oder Stellungsaufzeichner
verzichten. Als weitere Alternative kann der Kopf 16 durch den Kanal magnetisch durch äußere Magnete ge-
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Glawe, DeIfs, Moll & Partner - ρ 9957/81 - Seite 13
führt werden, die um den Körper herum angeordnet und selektiv gesteuert werden, um so die Orientierung des Kopfes 16 zu
verändern. Ist ein völlig unabhängiger Durchgang der Sonde 16 durch den Kanal erforderlich, so kann die Sonde die Form
einer Kapsel mit einer einstückig damit verbundenen Leistungsquelle haben. Die Daten, die Bilder der Anordnung 48 darstellen,
können dann als Radiosignal gesendet werden, das außerhalb des Kanals empfangen wird. In diesem Fall kann die
Kopplung zwischen der Anordnung 48 und dem Kanal dadurch erhalten werden, daß ein Fluid zusammen mit der Kapsel eingegeben
wird, das mit der Kapsel durch den Kanal hindurchgehen kann.
Bei Benutzung der Probe ist eine innere Untersuchung des Kanales daher möglich, indem noch eine akustische Kopplung mit Hilfe
einer lokalisierten Fluidumgebung vorgesehen wird. Hierdurch werden die Probleme gelöst, die bei von außen durchgeführter
Ultraschalluntersuchung auftreten und durch Gastaschen innerhalb des Patienten verursacht werden. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren und die Vorrichtung werden also genaue Informationen erhalten, die aufgezeichnet werden und nach
Notwendigkeit auch wieder betrachtet werden können.
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Claims (13)
- Patentansprüche[Λ J Sonde zur Untersuchung des Magendarmkanals, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Ultraschallwandleranordnung (4 8, 50) versehen, in den Kanal einführbar ist und so ausgebildet ist, daß ein Fluid zwischen die Anordnung (48, 50) und die Wandung des Kanales zum Koppeln von Anordnung (48, 50) und Wandung einbringbar ist und daß die Anordnung (48, 50) zur Erzeugung eines Ultraschallbildes erregbar ist.
- 2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild für anschließende Wiedergabe aufgezeichnet werden kann.
- 3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Stellung der Sonde (12) mit dem Bild, insbesondere dem aufgezeichneten Bild korrelierbar ist.
- 4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einführen der Sonde (12) in den Kanal die Sonde (12) entlang des Kanals bewegbar ist, während130065/0729NAOHGEREICHTGlawe, DeIfs, Moll & Partner- - ρ 9-957/8Γ- Seite 2die Anordnung (48, 50) erregt wird, wobei das Bild während dieser Bewegung beobachtbar ist und die Stellung der Sonde (12) mit dem beobachteten Bild während dieser Bewegung korrelierbar ist.
- 5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anordnung (48, 50) einer Vielzahl am Umfang angeordneter Wandler (52a, 52b,...) aufweist, die nacheinander so erregbar sind, daß ein Echtzeitbild des Kanals erzeugt wird.
- 6. Sonde für die innere Untersuchung eines Magendarmkanals, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kopf (16), der mit einem biegsamen Kabel (20) verbunden ist, aufweist, daß eine Ultraschallanordnung (48, 50) auf dem Kopf (16) angebracht ist, die eine Vielzahl von Wandlern (52a, 52b,...) aufweist, die in Umfangsrichtung um den Kopf (16) herum angeordnet sind, und daß Übertragungseinrichtungen (54) zum übertragen von Signalen von den Wandlern (52a, 52b,...) zu einer Verarbeitungsschaltung(56) zum Erzeugen eines Bildes vorgesehen sind.
- 7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (12) eine Ultraschallanordnung (50) auf einer vorderen Oberfläche (44) der Sonde (12) zur Erzeugung eines Bildes in der Bewegungsrichtung der Sonde (12) aufweist.
- 8. Sonde nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (16) Fluidauslaßeinrichtungen (42, 46) zum Abgeben von Fluid in den Kanal um den Kopf herum (16) aufweist.
- 9. Sonde nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidabgabeeinrichtungen (42, 46) eine Vielzahl von Düsen (46) aufweisen, die in Umfangsrichtung Abstand voneinander haben, und daß eine axiale Röhre (62) in der Sonde (12) vorgesehen ist, durch die örtliche Luftansammlungen aus dem Kanal entfernt werden können und die13006S/0729 ...Glawe, DeIfε, Moll & Partner - ρ 9957/81 - Seite 3eine Biopsienadel aufnehmen kann.
- 10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Ändern der Fließgeschwindigkeit durch die Düsen (46) vorgesehen sind.
- 11. Sonde nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Manipuliereinrichtungen zum Verändern der Orientierung des Kopfes (16) in bezug auf das Kabel (20) vorgesehen sind.
- 12. Vorrichtung für die innere Untersuchung eines Magendarmkanals, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Verarbeitungsschaltung (56), eine Sonde (12), die einen Kopf (16) aufweist , der mit einem flexiblen Kabel (20) verbunden ist, eine Ultraschallanordnung (48, 50), die auf dem Kopf (16) befestigt ist und eine Vielzahl von Wandlern (52a, 52b,...) aufweist, die in Umfangsrichtung mit Abständen um den Kopf (16) angeordnet sind, und Übertragungseinrichtungen (54) aufweist, durch die die Sonde (12) mit der Verarbeitungsschaltung (56) verbunden ist, wobei die Verarbeitungsschaltung (56) die Wandler (52a, 52b,...) selektiv so erregt, daß nacheinander um den Kopf (16) herum abgetastet werden kann und ein 360 Grad-Echtzeitbild des Kanales hergestellt werden kann.
- 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verarbeitungsschaltung (56) eine Gruppe der Wandler (52a, 52b,...) zum Fokussieren einer Wellenfront aktivierbar ist, die von einem der Wandler (52a, 52b,...) abgegeben wird.130065/0729
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