DE3003200A1

DE3003200A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerstoerungsfreien untersuchen von gegenstaenden mittels ultraschall

Info

Publication number: DE3003200A1
Application number: DE19803003200
Authority: DE
Inventors: Heunry Martin
Original assignee: Mediscan Inc
Current assignee: SmithKline Instrument Inc
Priority date: 1979-02-01
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1980-08-14
Also published as: IT1200522B; NL8000562A; JPS55103842A; FR2448155A1; US4242911A; GB2041522A; IT8019575A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen von Gegenständen mittels eines gebündelten und intermittierenden Ultraschall-Strahls.

Die zerstörungsfreie und eingriffslose Untersuchung wird hauptsächlich bei weichem Zellgewebe und Körperorganen angewandt. Hierfür sind medizinische Ultraschall-Einrichtungen vorgeschlagen worden, die mit Ultraschall-Echos arbeiten.

Beispielsweise ist in der US-Patentschrift No. 4,137,777 ein Ultraschall-Körperabtaster beschrieben, dessen Untersuchungsstrahl um eine natürliche Brennweite gebündelt werden kann, wobei die natürliche Brennweite durch die Geometrie des den Strahl erzeugenden Wandlers bestimmt wird. Wenn ein Bereich von besonderem Interesse während der Untersuchung festgestellt wird, erhält man eine verbesserte Detaildarstellung dieses Bereichs, indem man erneut abtastet und die Brennweite des Strahls ändert, so daß der untersuchende Strahl in verschiedenen Tiefen des Körpers des Patienten gebündelt wird. Die Änderung der Brennweite des untersuchenden Ultraschall-Strahls wird elektronisch durchgeführt, und entsprechend einer besonderen Ausführungsform besteht der Wandler aus einem einzigen Kristall mit einer koaxialen Anordnung. Der Wandler kann beispielsweise einen piezoelektrischen Kristall enthalten, der so geformt ist, daß er eine natürliche Brennweite besitzt und daß seine erste Oberfläche mit einem leitenden Material beschichtet ist, während seine zweite und gegenüberliegende Oberfläche mit mehreren koaxialen und ringförmigen Elektroden versehen ist. Die in dem erwähnten Patent beschriebene Vorrichtung verwendet denselben Kristall sowohl für die Strahlerzeugung als auch als Empfänger, der die Echos, die vom Inneren des untersuchten Körpers kommen, für die nachfolgende Verarbeitung und Anzeige in elektrische Signale umwandelt. Die Vorrichtung und das Verfahren, die in dem erwähnten US-Patent Nr. 4,137,777 beschrieben sind, waren ein beachtlicher Schritt vorwärts in der Technik der Ultraschall-Diagnostik.

-10-

030033/0632

300320Ω

Allerdings bestand noch immer der Wunsch, eine verbesserte Bildqualität zu erzielen, indem einerseits die Ultraschall-Energie geregelt wird, die dem Patienten zugeführt wird und indem die Verarbeitung der Signale verbessert wird, die den empfangenen Echos entsprechen. Außerdem bestand der Wunsch, den Energieinhalt der Ultraschall-Impulse, die einem Patienten zuqeführt werden, auf ein Maß zu verringern, das einem annehmbaren echobezogenen Signal-Rausch-Verhältnis entspricht. Da die Signaldämpfung eine Funktion der Weglänge ist, wählten die bekannten Ultraschaneinrichtungen, welche in ihrer Brennweite geändert werden können, einen Energiestrahl inhalt aus, der bei maximaler Brennweitentiefe eine brauchbare Information lieferte. Hierdurch ergab sich natürlich bei geringerer Brennweitentiefe eine zu große Energie. Bei den bekannten Ultraschallabtastern, die entv/eder eine Wandleranordnung verwendeten oder einen einzelnen Wandler mit einer Elektrodenanordnung, war es allgemein üblich, alle elektrischen Signale mit Hilfe einer bekannten Summierschaltung aufzusummieren, wobei diese Signale von den Wandlern bzw. dem Wandler in Abhängigkeit von den empfangenen Echos abgegeben wurden. Das heißt, die Signale, welche mit den am Wandler oder an der Wandleranordnung empfangenen Echos übereinstimmten, wurden über ein Widerstands-Netzwerk direkt mit der signal verarbeitenden Schaltung gekoppelt. Diese Art der Signal kopplung bewirkt eine relativ hohe Dämpfung, weshalb die bekannten Ultraschall-Diagnosegeräte durch ein relativ schlechtes Signal/Rausch-Verhältnis gekennzeichnet sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die zerstörungsfreie Untersuchung vorzuschlagen, bei der ein Ultraschall-Diagnosegerät verwendet wird, welches eine verbesserte Auflösung des Ausgangssignals hat und welches weniger Energie verbraucht.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen gemäß den Merkmalen der Patentansprächen 1,8 und 23 gelöst.

-11-

030033/063 2

· ORIGINAL

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Figuren IA₅IB und IC zeigen eine Anordnung für die Steuerung eines Ultraschall-Diagnosegeräts, wobei die Darstellung teilweise als Blockschaltbild und teilweise als konkrete Schaltungsanordnung ausgeführt ist.

Zum Zwecke der allgemeinen Erläuterung eines Ultraschall-Körperabtasters, der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wird auf die Figuren 1 und 5 des US-Patents Nr.

4,137,777 verwiesen. Ein Etnzelkristall-Wandler vom Typ oer koaxial eingeteilten Anordnung, der für die vorliegende Erfindung besonders gut geeignet ist, ist in den Figuren 4A und 4B der US-Patentschrift Nr. 4,137,777 gezeigt. In den Figuren 2 und 5 dieses Patents ist ein Wandler dargestellt, der so geformt ist, daß er eine natürliche Brennweite hat. Es genügt zu erwähnen, daß mit Hilfe eines beweglichen Spiegels ein Strahl von Ultraschall-Energie, der von dem Wandler (dort 232) erzeugt wird, bewirkt werden kann, daß mehrere parallele Ebenen oder Sektoren abgetastet werden.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und unter Berücksichtigung des Umstands, daß die beschriebene Ausführungsform mit einem Einzel kristall-Wandler arbeiten soll, dessen vordere Oberfläche vollständig mit elektrisch leitendem Material bedeckt ist und der mehrere konzentrische und ringförmige Elektroden auf der hinteren Oberfläche aufweist, ist festzuhalten, daß das Steuersystem eine Schaltung zum "Zünden" der Elektrodenringe des Wandlerkristalls in geeigneter Reihenfolge aufweist, damit eine vorgewählte Tiefe der Brennweite des erzeugten Ultraschall-Strahls erzielt wird.

-12-

030033/0632

Der "Strahl" ist dabei natürlich durch periodische Impulse von Ultraschall-Energie definiert. Die Regel- oder Steuerschaltung der beschriebenen Vorrichtung kann sechs Brennweitenzonen oder -tiefen auswählen, wobei die Brennweite Z3 die natürliche Brennweite des geformten Wandlerkristalls ist. Die Zahl der Elektrodenringe auf der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Kristalls ist nicht notwendigerweise dieselbe wie die Zahl der verfügbaren Brennweiten des Strahls. Bei einer realisierten Form der Erfindung hat der Kristall elf konzentrische Elektrodenringe auf der Oberfläche. Wenn die Treibersignale gleichzeitig auf alle elf Elektrodenringe gegeben werden, wird der sich ergebende Strahl der Ultraschall-Energie bei der natürlichen Brennweite Z3 des Wandlers gebündelt. Die Steuerschaltung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung enthält eine Einrichtung für die Auswahl verschiedener Betriebsarten, eine Einrichtung für die Steuerung des Abtastvorgangs des Ultraschallstrahls durch Bewegen des Spiegels, der in dem Strahlengang zwischen dem Wandler und dem zu untersuchenden Körper angeordnet ist, sowie eine Einrichtung zum Verarbeiten und Anzeigen und/oder Speichern der Signale, die den empfangenen Echos entsprechen.

Die verschiedenen Untersysteme der Steuer- bzw. Regelschaltung sprechen auf die Ausgangssignale eines Zeitgebergenerators 200 für die Datenerfassung und -anzeige an. Der Zeitgeber-Generator 200 empfängt als Eingangssignale die Ausgangssignale eines Taktimpuls-Generators 202 sowie ein Befehlssignal von einer Betriebsarten-Auswahl schaltung 204. Der Zeitgeber-Generator 200 teilt die Ausgangssignale des Taktimpuls-Generators 202 herunter, um in geeigneter Folge Zeitgeber-Impulse zur Verfügung zu stellen, welche die Arbeitsweise eines ersten Sägezahn-Spannungs-Generators 210 sowie weiterer Sägezahn-Spannungs-Generatoren im Anzeigeschaltkreis steuern (vergl. Fig.ßC und 8D der US-PS 4,137,777). Der Zeitgeber-Generator 200 erzeugt außerdem Tor-Steuerimpulse, Vielehe den sechs möglichen Tiefen oder Bereichen

-13-

030033/0632

der Brennweite entsprechen, urn sie zu einer Bereichs-Auswahl Schaltung 206 zu leiten. Diese Torsteuerinipulse haben die Form von sechs aufeinanderfolgenden Impulsen mit derselben Breite.

Die Betriebsartenauswahl schaltung 204 kann einen Speicher aufweisen, der eine Flip-Flop-Anordnung enthält, die entsprechend der Betriebsart gesetzt wird, die von der Bedienungsperson ausgewählt wurde.

Mit Hilfe der "ABTASTEN/QUALITÄT"-Auswahlvorrichtung kann die Bedienungsperson die Betriebsart des Abtastens entv/eder auf Realzeit bzw. auf "ABTASTEN"-Betrieb legen, bei welcher der Strahl mit einer ersten und relativ schnellen Folge abgelenkt wird, oder sie kann einen "QUALITÄT"-Betrieb wählen, bei dem der Ultraschall-Strahl mit einer zweiten und langsameren Folge abgelenkt wird. Nachdem ein interessierender Bereich in Realzeit bestimmt wurde, kann ein "QUALITÄT"-Abtasten entlang derselben Ebene durchgeführt werden. Die "HALT/FREIGABE"-Steuerung, die hier nicht weiter beschrieben wird, kann derart betätigt werden, daß das Eingeben von zusätzlicher Information in solche Speichereinrichtungen gestoppt werden kann, die den Schaltunnsteil für die Anzeige enthalten. Die "BEREICHE"-Steuerung enthält einen Freigabe-Schalter, der ein Torsteuersignal abgibt, das zur Steuerung eines Schrittmotors 74 dient, damit die Mehrbereichs-Abtastbetriebsweise durchgeführt wird, wie bereits oben erwähnt wurde.

Nimmt man an, daß die "ABTASTEN"-Betriebsweise von der Bedienungsperson ausgewählt wurde und daß das Steuersystem in der bekannten Weiseaktiviert wurde, so gibt der Zeitgeber-Generator 200 eine Folge von Torsteuersignalen auf die Bereichsauswahlschaltung 206 ab, wie es oben bereits beschrieben wurde. Die Bereichsauswahl schaltung kann außerdem als zweites Eingangssignal ein Signal empfangen, das durch die Betätigung einer von

-14-

030 0 3 3/0632

mehreren Drucktasten einer Drucktastensteuerung erzeugt wird, wobei jeweils eine besondere Drucktaste für jede der sechs möglichen Strahlenbrennweiten vorgesehen ist. Die Bereichs-Auswahl schaltung 206 enthält einen Zehler sowie Gatter und Sperren, die aufgrund zweier Eingangssignale ein digital codiertes Ausgangssignal abgeben, das der gedrückten Bereichsauswahl taste zugeordnet ist. Dieses digital codierte Bereichssignal wird als Steuereingangssignal auf eine Bereichssteuerschaltung 208 gegeben. Die Bereichssteuerschaltung 208 kann einen Digital/Analog-Funktionsgenerator enthalten, der eine konstante Ausgangsspannung abgibt, deren Größe dem ausgewählten Bereich zugeordnet ist.

Die Ausgangsspannung der Bereichs-Steuerschaltung 208 ist als Steuereingangssignal für den Sägezahn-Spannungsgenerator 210 vorgesehen. Der Sägezahnspannungsgenerator 210 erhält außerdem vom Zeitgeber-Generator 200 in der bereits beschriebenen Weise ein Torsteuersignal, das als "Sägezahn-Start-Befehl" dient. Der Sägezahn-Spannungsgenerator 210 kann einen herkömmlichen steuerbaren Kipp-Spannungserzeuger bzw. Wobbelgenerator enthalten, der eine Sägezahnspannung erzeugt, deren Neigung sich entsprechend dem Pegel des Steuereingangs-Signals ändert, d.h. die Neigung der Ausgangsspannung, die vom Sägezahn-Spannungsgenerator 210 bereitgestellt wird, ist durch die Größe des auf den Sägezahngenerator 210 gegebenen Eingangssignals von der

Bereichssteuerschaltung 208 bestimmt. Die Wobbelspannung, die von dem Sägezahn-Spannungsgenerator 210 erzeugt wird, wird als Eingangssignal auf mehrere gleiche Spannungsvergleicherschaltungen 212-212ⁿ gegeben. Die Zahl der Spannungsvergleicher-

Schaltungen 212-212ⁿ entspricht hierbei der Zahl der Elektrodenringe auf dem Wandler. Getrennt ausgewählte Vorspannungen von den Spannungsquellen Vl - Vn werden auf jeden der Spannungsvergleicher 212 gegeben. Die Vorspannungen werden mit der momentanen Amplitude der Sägezahnspannung des Generators 210 in den jeweiligen Vergleichern verglichen, und wenn die Sägezahn-

-15-

030033/0632

spannung den Vergleicher-Vorspannungspegel erreicht hat, geben die Vergleicher individuelle Torsteuersignale auf einen zugeordneten monostabilen Multivibrator 214, der auch als monostabiles Flipflop oder als Verzögerungselement bezeichnet werden kann. Jeder der Multivibratoren 214 hat eine vorgegebene Verzögerungszeit und, wie sich aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt, sind die jeweiligen Zeiten der Multivibratoren eine Funktion der Neigung der Sägezahnspannung, die von dem Generator 210 erzeugt wird, während die Rückflanken der Ausgangsimpulse, die von den Multivibratoren 214 abgegeben werden, eine Funktion sowohl der Taktzeit als auch der vorgegebenen Perioden- oder Verzögerungszeit der Multivibratoren ist.

Jeder der monostabilen Multivibratoren 214 ist mit einer separaten Treiberschaltung 216 verbunden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem elf Ringe auf dem Wandler-Kristall angeordnet sind, sind elf identische Treiberschaltungen 216 vorgesehen. Der Zweck dieser Treiberschaltungen besteht darin, einen elektrischen Impuls zur geeigneten Zeit und mit einer bestimmten Frequenz, z.B. 2,5 MHz, bereitzustellen und die Amplitude dieser Impulse als Funktion des Ausgangssignals der Bereichsauswahl schaltunq 206 zu verändern. Eine Schalteinrichtung 217 spricht auf die RUckfTanke des Ausgangsimpulses an, der von einem zugeordneten Multivibrator 214 bereitgestellt wird. Die Schalteinrichtung 217 ist normalerweise "offen" und geht aufgrund eines Ausgangsimpulses des Multivibrators in den Zustand "geschlossen" über, wodurch ein Entladungsweg zur Erde für einen Kondensator Cl hergestellt wird. Der Kondensator Cl wurde zuvor von einer Gleichstromquelle 218 und über die hierzu in Reihe geschalteten Primärwicklungen der Transformatoren Tl und T2 aufgeladen. Der Kondensator Cl und die Primärwicklungen der Transformatoren Tl und T2 bilden zusammen einen Serienresonanzkreis. Nach dem Schließen der Schalteinrichtung 217 wird eine Sinusspannung, die anfänglich eine Amplitude hat, die dem Spannungspegel proportional ist, auf den der Kondensator

-16-

030033/0632

Cl aufgeladen wurde, in der Sekundärwicklung der Transformatoren Tl und T2 induziert. Die Schalteinrichtung 217 bleibt im Zustand "geschlossen", bis ein Rücksetzimpuls empfangen wird, der in einer noch zu beschreibenden Weise erzeugt wird. Der Serienresonanzkreis, der den Kondensator Cl enthält, ist bestrebt zu "klingeln", wobei mehrere Schwingungsperioden der Sinusspannung mit ständig abnehmender Amplitude in den Sekundärwicklungen des Transformators induziert würden. Die Spitzenamplitude des Stroms, der durch die Primärwicklung des Stromtransformators T2 fließt, wird jedoch, wie weiter unten noch beschrieben wird, während der Perioden, in denen die Schalteinrichtung 217 "geschlossen" ist, konstant gehalten. Die Schalteinrichtung 217 kann beispielsweise einen CMOS-Zweirichtungs-Festkörperschalter enthalten, wie er von der Radio Corporation of America unter der Bezeichnung CA 4016 hergestellt wird. Ein Strombegrenzungswiderstand RIO verhindert, daß über den geschlossenen Schalter 217 zu große Ströme fließen.

Es ist festzuhalten, daß mittels elektronischer Schalter, wie sie beispielsweise schematisch durch die Schalter SWl und SW2 angedeutet sind, zusätzliche Kapazitäten, die mit C2 und C3 bezeichnet sind, zu dem Serienresonanzkreis hinzugefügt werden können, um die Frequenz des "Klingeins" - also die Resonanzfrequenz - zu ändern. Die zusätzliche Kapazität wird parallel zu dem Kondensator Cl geschaltet, um die Frequenz des energiezufiihrenden Signals zu verändern, das auf den Wandler 232 gegegeben wird. Hierdurch kann die Treiberfrequenz ausgewählt werden, wplche die beste Auflösung oder die maximale Eindringtiefe der Ultraschall-Energie erzielt. Die größte Tiefe, von der übliche Echos zurückkommen, ist eine Funktion der Dämpfung der Ultraschall-Energie, und der Dämpfungsgrad ist seinerseits eine Funktion der Frequenz. Soll mit dem erfindungsgemäßen Apparat die Anregungsfrequenz des Wandlers geändert werden können, so wird ein Kristall mit niedrigem Q-Faktor in einem stark gedämpften System verwendet.

-17-

030033/0632

Die Schalter SWl und SW2 sind bei der praktischen Realisierung im allgemeinen elektronische Schalter, die mittels geeigneter Mittel von einem Steuersignal des Diagnoseapparats aus ferngesteuert werden.

Der Pegel, auf den die Kapazität im Serienresonanzkreis aufgeladen wird - und damit auch die Erregungsleistung, die auf den Wandler 232 gegeben wird sowie der Energieinhalt des erzeugten Ultraschall-Strahl s - wird mittels der Potentiometer P.1-R6 eingestellt. Dabei ist für jeden Brennweitenbereich ein eigenes Potentiometer vorgesehen, das mittels der Bereichssteuerschaltung 208 ausgewählt werden kann. Eines dieser Leistungspegel-Auswahl potentiometer wird stets in Reihe zur Stromquelle 208 geschaltet, und zwar mittels einer Schalteinrichtung, die mit 219 bzw. 220 bezeichnet ist. Eine der sechs Schalteinrichtungen, welche auch die Schalteinrichtungen 219-220 umfassen, wird betätigt, um gleichzeitig mit der Auswahl eines Brennweitenbereichs von dem zugeordneten Potentiometer eine Verbindung zur Erde herzustellen, also gleichzeitig mit der Auswahl der Brennweite des Strahls mittels der Bereichsauswahl schaltung 206. Betrachtet man nur den "ABTASTEN"-Betrieb, so könnten die Schalteinrichtungen 219,220 einfache mechanische Schalter sein, die mit den Drucktastensteuerungen der Bereichsauswahl schaltung 206 gekoppelt sind. Bei einer vollautomatischen Vorrichtung, bei der die Bereiche automatisch während eines "QUALITÄT"-Abtastbetriebs geändert v/erden, sind die Schalteinrichtungen 219,220 elektronische Schalter mit zugeordneten Dekodern, wobei die Schalteinrichtungen individuell auf das kodierte Ausgangssignal ansprechen, das von der Bereichsauswahl schaltung 206 abgegeben wird.

Eine ImpulsosziΠator-Treiberschaltung, die einen Operationsverstärker 221 aufweist, ist mit der Sekundärwicklung des Transformators Tl verbunden. Ein Potentiometer R7 ist zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Verstärkers 221 gelegt und

-18-

030033/0632

wirkt somit als Verstärkungsein^teller. Eine RC-Schaltung, die einen Widerstand R8 und einen Kondensator C4 enthält, liegt zwischen dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 221 und einem Ende der mit einer Mittel anzapfung versehenen Sekundärwicklung des Transformators Tl. Das andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators Tl ist mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 221 verbunden. Eine Vorspannungsquelle, die in der Zeichnung durch die Batterie 222 angedeutet ist. ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 221 verbunden. Die Mittel anzapfung der Sekundärwicklung des Transformators Tl ist. ebenso wie der negative Anschluß der Vorspannungsquelle 222, geerdet. Der Verstärker 221 gibt, in Abhängigkeit von der Summe der Eingangssignale an seinem invertierenden Eingangsanschluß, ausreichenden Strom auf die Sekundärwicklung des Transformators Tl, um die Schwingungen des Serienresonanzkreises aufrechtzuerhalten, der die Primärwicklung des Transformators Tl enthält. Der Kondensator C4 ist ein gleichstromblockierender Kondensator, während der Widerstand R8 dazu dient, den Strom durch den Verstärker 221 auf einen sicheren Pegel zu begrenzen. Das Potentiometer R7 ist so eingestellt, daß der Operationsverstärker 221 genügend Leistung zurück auf die Sekundärwicklung des Transformators Tl gibt, um diese Leistung auf die Primärwicklung des Transformators zu koppeln, so daß die Schwingungen des Serienresonanzkreises aufrechterhalten werden, der durch die Primärwicklung des Stromtransformators T2 und die hierzu in Serie geschaltete Kapazität definiert ist. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es erwünscht, daß eine konstante Leistung solange auf den Wandler gegeben wird, bis die Schalteinrichtung 217 in den Zustand 30. "offen" zurückkehrt.

Das Signal, welches an dem Ausgang des Operationsverstärkers 221 erscheint, wird außerdem auf den Eingang des Impulsformers 223 gegeben. Der Impulsformer 223 wandelt das sinusförmige Ausgangssignal des Verstärkers 221 in eine Rechteckwelle um,

-19-

030033/063 2

die mit der Verstärker-Ausgangsspannung synchronisiert ist. Da eine induktive Schaltung beteiligt ist, eilt die Spannung am Eingang des Impulsformers 223 dem Strom um 90 voraus. Das Ausgangssignal des Impulsformers 223 wird als Eingangssignal auf einen Nullspannungserkenner 224 gegeben, der eine Serie von Impulsen abgibt, die dem Durchgang der Spannung des Serienresonanzkreises durch den Nullspannungspegel entspricht. Die Ausgangsimpulse, die von dem Nullspannungserkenner 224 bereitgestellt werden, werden als Eingangssignale auf einen Binärzähler 225 gegeben. Der Zähler 225 zählt die Halbwellen der Spannung, die sich durch das Schwingen des Serienresonanzkreises mit der Primärwicklung des Transformators T2 ergeben und stellt Torsteuersignale bereit, die nach einer vorgegebenen Zeit die Zufuhr von Energie zu dem Wandler 232 unterbrechen und die Schalteinrichtung 217 veranlassen, in den Zustand "offen" zurückzukehren, so daß die Kapazität im Serienresonanzkreis wieder aufgeladen werden kann. In einem typischen Fall gibt somit der Zähler 225 zwei voneinander unabhängige Ausgangssignale bei demselben vorgewählten Zählerstand ab, die das "öffnen" der Schalteinrichtung 217 bzw- eine Unterbrechung der Ansteuerung des Wandlers 232 bewirken. Ein weiterer Ausgang des Zählers 232, der einem niedrigeren Zählerstand entsoricht z.B. einer Periode der Serienresonanzkreis-Schwingung, verbindet den Treiber mit dem Wandler 232.

Es ist zu beachten, daß die Serienresonanzschaltungen in den Treibern 216 normalerweise eine Eigenfrequenz von ungefähr 2,5 MHz haben. Entsprechend der Ausbreitungsverzögerunq über die Schalter bei dieser Frequenz, bewirkt die Erzeugung von Tor-Steuersignalen durch den Zähler 225 in Übereinstimmung mit dem _; Nulldurchgang der Spannung in der Tat, daß die Schalter ungefähr beim Nulldurchgang des nacheilenden Stroms schließen. Dies gilt auch dann, wenn die Schwingungsfrequenz durch Hinzufügen einer Kapazität zu dem Serienresonanzkreis geändert wird, weil sich praktisch keine unerwünschten Effekte ergeben, wenn

-20-

030033/0632

der Schalter innerhalb von 20° bis 30° relativ zum Nulldurchgangspunkt des Stroms geöffnet wird.

Das Signal, das in der Sekundärwicklung des Stromtransformators T2 induziert wird, wird in einem Vorverstärker 226 verstärkt. Der Ausgang des Vorverstärkers 226 ist über eine Schalteinrichtung 227 mit einem Leistungsverstärker 228 verbunden. Die Schalteinrichtung 227, die der Schalteinrichtung 217 entsprechen kann, wird - wie bereits erwähnt - durch den ersten Ausgang des Zählers 225 in den Zustand "geschlossen" gebracht, und sie wird durch den größeren zweiten Ausgang des Zählers 225 geöffnet, und zwar gleichzeitig mit dem "öffnen" der Schalteinrichtung 217.

Das Ausgangssignal jedes der Leistungsverstärker 228 fließt durch die Primärwicklung eines weiteren Transformators, der mit T3 bezeichnet ist. Der Transformator T3 ist einer von elf identischen Transformatoren, durch die Leistung auf die Elektrodenringe am Wandler 232 gegeben wird. Ein erstes Ende der Sekundär-Wicklung des Transformators T3 ist mit einer Ringelektrode des Wandlers 232 verbunden, während das andere Ende der Sekundärwicklung des Transformators T3 und die leitende Schicht auf der Oberfläche des Wandler-Kristalls, von dem die Ultraschall energie ausgeht, an einen gemeinsamen Punkt angeschlossen sind. In der Praxis wird das Signal, welches durch die Schalteinrichtung 227 durchgelassen wird, transformatorisch auf den Leistungsverstärker 228 gekoppelt, der ein mehrstufiger Verstärker sein kann und dessen Ausgangsleistung durch die Verwendung von VMOS-FeIdeffekt-Transistören erhöht wird. Die Leistungsverstärker 228 sind gewöhnlich Gegentaktschaltungen, deren Ausgangstransformatoren T3 eine Primärwicklung mit Mittel anzapfung besitzen.

Die Spannungen, die an den Elektrodenringen erscheinen, wenn die akustische Energie auf den Wandler-Kristall auftrifft, werden über die Primärwicklungen der individuellen Ausgangstransforma-

-21-

030033/0632

toren T4-T4 gegeben. Der resultierende Stromfluß durch die Primärwicklungen des Transformators T4 bewirkt, daß Spannungen in dessen Sekundärwicklungen induziert werden. Die Transformator-Sekundärwicklungen sind elektrisch in zwei Gruppen verbunden, wobei die Wicklungen jeder Gruppe additiv in Reihe geschaltet sind. So sind beispielsweise die Sekundärwicklungen der Transformatoren, die mit den Wandlerringen 1 bis 6 verbunden sind, in Serie geschaltet, wobei die hierin induzierten Signale addiert werden. Die Sekundärwicklungen der Transforniatoren, die den Ringen 7-11 auf dem Wandler-Kristall zugeordnet sind, sind ebenfalls in Reihe geschaltet. Jeweils zwei antiparallel geschaltete Dioden D2 und D3 sind parallel zu den Sekundärwicklungen des Transformators T4 gelegt. Diese Dioden, in Verbindung mit den zugeordneten Begrenzungswiderständen R9 und den Streureaktanzen der Transformatoren, begrenzen die sekundärsei tigen Spannungen der Transformatoren T4 während der übertragung. Die Dioden D2 und D3 arbeiten somit in an sich bekannter Weise als Schalter in einem Strombegrenzungs-Netzwerk. um die Wandler-Treibersignale daran zu hindern, am Eingang der Empfänger-Schaltung während der Erregung des Wandlers zu erscheinen. Während des Empfangs haben die interessierenden Signale eine geringere Amplitude als das Leit- oder Arbeitsfunktionspotential der Dioden, so daß die Dioden nicht in den leitenden Zustand geschaltet werden. Der Kondensator C5 stellt eine Wechsel Stromerdung für eine erste Gruppe von in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen der Transformatoren T4 dar, während der Kondensator C6 dieselbe Funktion im Hinblick auf eine andere Wicklungsgruppe erfüllt.

Die aufsummierten Signale der beiden Gruppen von Wandlerelektroden werden jeweils auf die Eingänge des Differenzverstärkers 250 gegeben. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist der Verstärker 250 zwei Feldeffekt-Transistoren auf. Diese Feldeffekttransistoren werden deshalb gewählt, weil sie nur ein geringes Rauschen haben. Die in Serie geschalteten Trans-

-22-

030033/0632

formatorwicklungen jeder Gruppe sind so geschaltet, daß ihre dem Differenzverstärker 250 zugeführten Eingangssignale entgegengesetzte Polarität haben. Somit stellt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 250 die Summe der Signale dar, die in den elf Sekundärwicklungen der Transformatoren T4 induziert werden.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 250 wird auf den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 252 gegeben.

Dieser Verstärker 252 spannt den Verstärker 250 vor, so daß die Feldeffekt-Transistoren stets in ihrem linearen Bereich arbeiten. Es wird dann das Gleichstrom-Ausgangssignal des Differenzverstärkers, das am Widerstand RIl abfällt, abgefühlt und mit einer Referenzspannung verglichen, die von einer Quelle kommt, welche die Gleichspannungsquelle 254 und einen Spannungsteiler enthält, der durch die Widerstände R12 und R13 bestimmt wird. Die Referenzspannung, die an dem Verbindungspunkt der Widerstände R12 und R13 abgegriffen wird, wird auf den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 252 gegeben und - über eine erste Gruppe von Sekundärwicklungen der Transformatoren auch auf einen ersten Eingang des Differenzverstärkers 250. Jedes Gleichstrom-Fehlersignal, das am Ausgang des Operationsverstärkers 252 erscheint, wird über die zweite Gruppe der Sekundärwicklungen der Transformatoren T4 auf den anderen Eingang des Differenzverstärkers 250 rückgekoppelt, um das System ins Gleichgewicht zu zwingen. Der Widerstand R14 und der Kondensator C7 stellen ein stabilisierendes Netzwerk für den Operationsverstärker 252 dar. Das Wechselstromausgangssignal des Verstärkers 252 wird als informationstragendes Eingangssignal auf die Anzeige 256 gegeben.

Um kurz zu erwähnen, mit welchen Mitteln der Abtastvorgang des Strahls, der von dem Wandler 232 bereitgestellt wird, geregelt wird, sei darauf hingewiesen, daß ein nicht dargestellter "Spiegel" beweglich im Strahlengang angeordnet ist. Dabei ist

-23-

030033/0632

ein übertragunqsniedium, z.B. entgastes Wasser, vorgesehen, in dem die Sende- bzv/. Empfangsfläche des Wandlers und die Vorderseite des Spiegels eingetaucht sind. Die Lage des Spiegels wird von zwei Schrittmotoren 72 und 74 (Fig.IA) gesteuert. Der Motor 72 bewirkt, daß sich der Spiegel so bewegt, daß der Strahl entlang einer Linie oder eines Abschnitts geführt wird, während der Motor 74 bewirkt, daß die Abtastlinien in tranversaler Richtung versetzt werden. Ein Ausgangssignal des Zeitgeber-Generators 200 wirkt als Steuereingangssignal für die Steuerschaltung 234, welche die Steuersignale für den Schrittmotor 72 zur Verfugung stellt. Die Schrittmotor-Steuerschaltung 234 kann einen handelsüblichen Schaltkreis aufweisen, uer den Rotor des Schrittmotors 72 veranlaßt, um einen bestimmten Hinke! zu drehen, wenn ein Eingangssignal von diesem Schaltkreis empfangen wird. Beim "ABTASTEN"-Betrieb wird der Motor 72 bei jedem Wobbein des Sägezahngenerators 210 um einen Schritt weitergeschaltet. Im "QUALIW'-Betrieb wird der Motor 72 infolge der Regelung des Ausgangssignals des Zeitgeber-Generators 200 durch die Betriebsartenauswahl schaltung 204 bei jeder sechsten Aktivierung des Wandlers 232 weiterqeschaltet. Die mechanische Ausgangswelle des Schrittmotors 72 ist mit einem Index-Signal-Generator 114-116 mechanisch gekoppelt. Das elektrische Ausgangssignal des Index-Signal-Generators 114,116 wird als Synchronisierungssignal auf einen Schrittzähler 240 rückgekoppelt. Da die Zahl der für eine vollständige Sektorabtastung erforderlichen Zähl schritte bekannt ist, kann der Zähler 240 eine Information bereitstellen, die dem Ablenkwinkel des Spiegels entspricht, und die ein Eingangssignal für die Anzeigeschaltung 256 darstellt.

Wenn eine Mehr-Ebenen-Abtastung gewünscht wird, kann die Bedienungsperson die "BEREICHE"-Steuerung bedienen, die der Betriebsartenauswahl schal tung 204 zugeordnet ist, worauf ein Vorbereitungssignal auf die Steuerschaltung 242 des Motors 74 gegeben wird. Die Motor-Steuerschaltung 242 erhält dann auch ein "Ende des Bereichs"-Signal von dem Schrittzähler 240, der dem

-24-

030033/0632

Motor 72 zugeordnet ist. Ein weiteres Eingangssignal zu der Schrittmotor-Steuerschaltung 242 wird von einem Schrittzähler 246 abgeleitet, und es können zusätzliche Eingangssignale manuell mittels Daumenradschaltern erzeugt werden, die von der Bedienungsperson betätigt werden. Diese manuell auswählbaren Einqangssignale ermöglichen die Steuerung des Abstands zwischen den Ebenen oder Sektoren. Die Schrittmotor-Steuerschaltung 242 steuert, in Abhängigkeit von dem Vorbereitungssignal der Betriebsartenausv/ahl schal tung 204 und dem Einlei- tungs- oder "BEREICHE"-Ende-Signal des Schrittzählers 240, den Schritt-Motor 74, damit dieser schrittweise umläuft, wobei diese Schritte eine Größe haben, die durch die Einstellung der von der Bedienungsperson bedienten Daumenradschalter bestimmt werden. Der Index-Generator 114,116 gibt ein Synchronisierungssignal ab, das auf den Zähler 246 zurückgekoppelt werden kann. Der Zähler 246 erhält auch die Motorsteuerimpulse der Motorsteuerung 242. Der Zähler 246 gibt ein Signal ab, das die Lage des Rotors des Motors 74 anzeigt, die der Winkellage des Spiegels in einer Richtung quer zur Winkellage-Information entspricht, die vom Zähler 240 kommt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in folgendem: Bei der eingrifflosen Untersuchung von weichem Zellgewebe wird ein Ultraschall-Strahl verwendet, der in verschiedenen Tiefen des Körpers des Patienten gebündelt v/erden kann. Dabei wird der Energieinhalt des Ultraschall-Strahls in Abhängigkeit von der Tiefe des Brennpunkts verändert, um mit dem minimalen Energiebetrag auszukommen, der für eine gute Auflösung des Bildes bei der gewählten Untersuchungstiefe erforderlich ist. Der Ultraschall-Strahl wird elektrisch gebündelt, indem die Zeit geregelt wird, in der die Zuführung von Treibersignalen zu den Elektrodenringen des Wandlers erfolgt. Der Energiebetrag des Strahls wird in Abhängigkeit von der Brennweite in der Heise variiert, daß die Erregungsleistunn sehr präzise für den Wandler verändert wird.

Hierdurch nimmt der Energieinhalt der Ultraschall-Impulse mit

-25-

030033/0631

wachsender Brennweite ebenfalls zu. Die Auflösung wird verbessert und die dem Patienten zugeführte Energie minimiert, indem die Länge der Impulse verkürzt wird, die den Ultraschall-Strahl definieren. Hierdurch wird erreicht, daß man den Wandler nicht mit stetig v/achsenden Spannungen beschicken muß, die auf einen Maximalwert ansteigen und dann entsprechend einer gewünschten Kurvenform kleiner werden. Vielmehr wird der Wandler mit einem konstanten Sinustreiber-Signal für eine bestimmte Zeit erregt. Die Signale, welche den empfangenen Echos entsprechen, werben transformatorisch in eine Signal verarbeitungsschal tung eingekoppelt, so daß die Dämpfung minimiert und das Signal/Rausch-Verhältnis maximiert wird.

030033/0632

-2G-

Leerseite

Claims

P 150-ΜΙ/80

MEDISCAN, Inc.

South Satellite Road, 45

South Windsor, Conn.

U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum zerstörungsfreien Untersuchen von Gegenständen mittels Ultraschall

Patentansprüche

01 1. Verfahren zum zerstörungsfreien Untersuchen von Gegenstän-

02 den mittels eines gebündelten und intermittierenden Ultra-

03 schallstrahls, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 04- ■ a) die Brennweite des Strahls wird geändert und

05 b) gleichzeitig wird der Energieinhalt des Strahls als

06 Funktion der Brennweite geändert. 07

08 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

09 Frequenz der Ultraschall-Energie selektiv geändert wird. 10

11 3. Verfahren zum zerstörungsfreien und eingrifflosen Unter-

12 suchen von Körpern, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

13 a) es werden periodische Impulse von Ultraschall-Energie

14 erzeugt, wobei diese.Impulse einen Untersuchungsstrahl

15 mit einer Brennweite definieren;

16 b) aer Untersuchungsstrahl wird zu einem zu untersuchenden

17 Körper gesendet;

18 c) der Untersuchungsstrahl wird entlang einer Geraden abge-

19 lenkt;

-2-

01 d) die Brennweite des Untersuchungsstrahls wird während

02 des Ablenkens geändert;

03 e) der Energieinhalt des Untersuchungsstrahls wird gleich-

04 zeitig mit der Änderung der Brennweite geändert, wobei

05 die in den zu untersuchenden Körper gerichtete Energie

06 mit wachsender Tiefe der Untersuchung zunimmt;

07 f) es werden Echos empfangen, die von dem Inneren des zu

08 untersuchenden Körpers kommen;

09 g) die Echos entsprechen den den gesendeten Strahl empfangen-

10 den Grenzschichten zwischen den Gebieten mit unterschied-

11 1 icher Ul traschall energie-Impedanz;

12 h) es wird eine Information angezeigt, welche den Echos

13 entspricht
14

15 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim

16 Erzeugen der Ultraschall-Impulse ein Piezo-Kristall mit

17 einem elektrischen Signal erregt wird, das eine Sinus-Form

18 und eine konstante Größe für eine bestimmte Zahl der HaIb-

19 wellen der Sinuskurve hat.
20

21 5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeich-

22 net, daß bei der Änderung des Energieinhalts des Strahls

23 die Amplitude des Kristall-Erregungssignals mit den Än-

24 derungen der Brennweite geändert wird. 25

26 6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeich-

27 net, daß der Kristall mit einer Anordnung von koaxialen

28 Elektroden an mindestens einer Oberfläche versehen ist und

29 daß bei der Änderung der Brennweite die relativen Zeiten

30 der Zuführung der Erregungssignale zu den einzelnen Elek-

31 troden selektiv geregelt werden. 32

33 7. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeich-

34 net, daß bei der Anzeige elektrische Signale addiert werden,

35 welche den Spannungen entsprechen, die auf eine erste Elek-

-3-

030033/0632

01 trodengruppe der koaxialen Anordnung aufgrund der empfange-

02 nen Echos gegeben werden, daß ferner elektrische Signale

03 .addiert werden, die Spannungen entsprechen, welche auf

04 eine zweite Gruppe von Elektroden der koaxialen Anordnung

05 in Abhängigkeit von den empfangenen Echos gegeben werden,

06 und daß die addierten Signale der beiden Elektrodengruppen

07 summiert werden.
08

09 8. Vorrichtung zum Untersuchen von Gegenständen mit Ultra-

10 schall-Energie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

11 a) einen Wandler (232) für die Erzeugung eines Strahls

12 von Ultraschall-Energie;

13 b) eine Einrichtung zum Einkoppeln des erzeugten Strahls

14 in ein Testobjekt;

15 c) eine Einrichtung zum Empfangen von Echos aus dem Innern

16 des Testobjekts und zum Anzeigen einer Information, die

17 den empfangenen Echos entspricht;

18 d) eine Einrichtung zum Verändern der Brennweite des erzeug-

19 ten Strahls der Ultraschallenergie, so daß die Unter-

20 suchung verschiedener Tiefen in dem Testobjekt erleich-21/ tert wird;

22 e) eine Einrichtung, welche mit der Einrichtung zum Verän-

23 dem der Brennweite zusammenwirkt, um die Leistung zu

24 variieren, die von dem Wandler (232) als Funktion der

25 " Brennweite abgegeben wird.
26

27 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

28 - der Wandler (232) ein einzelner Piezo-Kristall ist, der

29 - eine Anordnung von ringförmigen koaxialen Elektroden an

30 mindestens einer Oberfläche aufweist, wobei die Einrichtung,

31 welche die Brennweite verändert, Mittel zum Erzeugen von

32 Torsteuer-Signalen enthält, die eine Zeitbeziehung aufwei-

33 sen, die der Zeit der Zuführung eines Treibersignals zu

34 jeder Elektrode entspricht, welche die gewünschte Brenn-

35 weite bewirkt, wobei ein individuelles Torsteuerungs-Signal

030033/063 2

01 für jede Elektrode vorgesehen ist, und daß eine Oszillator-

02 Einrichtung vorgesehen ist, welche mehrere Wandler-Treiber-

03 Signale für die Zuführung zu den einzelnen Elektroden er-

04 zeugt, und daß Schaltmittel vorgesehen sind, welche auf

05 die Torsteuerungs-Signale ansprechen, um die Treibersignale

06 von der Oszillator-Einrichtung auf die Wandler-Elektroden

07 zu geben.
08

09 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

10 der Oszillator Einrichtungen zum Erzeugen von Wechselsig-

11 nalen mit vorgegebener Frequenz und maximaler Amplitude

12 aufweist, wobei die Zahl der Wechsel signal erzeuger der Zahl

13 der Wsndlerelektroden entspricht. 14

15 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekenn-

16 zeichnet, daß die Einrichtung, welche die Leistung variiert,

17 eine Einrichtung zum Erzeugen eines Signals aufweist, das

18 der gewünschten Brennweite des Strahls entspricht, und daß

19 Mittel vorgesehen sind, welche auf die Signale ansprechen,

20 die der gewünschten Brennweite zugeordnet sind, um die

21 maximale Amplitude der Wechsel signale zu verändern, die

22 von der erwähnten Einrichtung erzeugt werden. 23

24 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekenn-

25 zeichnet, daß jede die Wechselsignale erzeugende Einrichtung

26 einen Sinusgenerator sowie eine dynamische Regeleinrichtung

27 für die Amplitude des Ausgangssignals des Sinusgenerators

28 enthält.
29

30 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekenn-

31 zeichnet, daß jede Einrichtung zur Erzeugung eines Wechsel -

32 signals mindestens einen Kondensator (Cl) und mindestens

33 einen Transformator (Tl,T2) enthält, v/obei der Transformator

34 (Tl,T2) und der Kondensator (Cl) einen Resonanzkreis bilden

35 und sich der Kondensator (Cl) über den Transformator (Tl,T2)

-5-

0300 3 3/0632

30Q32GQ

01 in Abhängigkeit von dem Schließen eines Schalters (217)

02 entlädt, um ein sinusförmiges Treibersignal zu erzeugen. 03

04 14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10,11 oder 13, dadurch

05 gekennzeichnet, daß jede der Einrichtungen, welche die

06 maximale Signalamplitude verändern, eine Einrichtung zum

07 selektiven Zuführen von Spannungen auf den Resonanzkreis

08 (C1,T1,T2) besitzt, um die Ladung zu verändern, die in dem

09 Kondensator (Gl) gespeichert werden soll. 10

11 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekenn-

12 zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die mit jedem Trans-

13 formator verbunden sind, der v/ährend derjenigen Perioden,

14 in denen die Schalter geschlossen sind, Energie auf die

15 Resonanzkreise gibt, um die ausgev/ählte Maximal amplitude

16 der sinusförmigen Treibersignale auf einem im wesentlichen

17 konstanten Niveau zu halten.
18

19 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch

20 gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen ersten Schalter

21 für die Energieversorgung des Oszillators in Abhängigkeit

22 von den Torsteuersignalen aufweisen, sowie einen zweiten

23 Schalter, der die von dem Oszillator erzeugten Treibersignale

24 auf die Wandlerelektroden gibt, ferner Mittel, welche auf

25 die Betätigung des Oszillators ansprechen, um das Schließen

26 des zweiten Schalters und das öffnen des ersten und zweiten

27 Schalters zu steuern.
28

29 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

30 die Einrichtung zum Steuern der Schaltmittel in Abhängigkeit

31 vom Betrieb des Oszillators eine Einrichtung zum Zählen der

32 erzeugten Oszillator-Schwingungs-Signalen enthält, sowie

33 eine Einrichtung zum Zuführen eines Steuersignals auf die

34 zweiten Schalter, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von

35 Halbwellen der vom Oszillator erzeugten Signale abgegeben

-6-

030033/0632

01 wurde, um das Schließen der zweiten Schalter zu bewirken,

02 ferner eine Einrichtung, welche die Steuersignale auf die

03 ersten und die zweiten Schalter nach einer zweiten vorbe-

04 stimmten Zahl von Halbwellen des vom Oszillator erzeugten

05 Signals abgibt, um das 'Offnen des ersten und zweiten Schal-

06 ters zu bewirken, wobei die zweite vorbestimmte Zahl von

07 Halbwellen größer als die erste ist. 08

09 18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 17, dadurch gekenn-

10 zeichnet, daß die Einrichtungen, welche die Ausgangssignall le des Sinuswellengenerators dynamisch steuern, jeweils

12 eine Einrichtung zum Abfühlen der Amplitude des Ausgangs-

13 Signals besitzen, daß ferner eine Einrichtung vorgesehen

14 ist, welche das abgefühlte Ausgangssignal mit dem Bezugs-

15 pegel vergleicht, und daß außerdem eine Einrichtung zum

16 Zuführen von Energie zu dem Sinuswellengenerator vorgesehen

17 ist, um dessen Schwingungen aufrecht zu erhalten, wenn das

18 abgefühlte Ausgangssignal von dem Bezugspegel abweicht. 19

20 19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 18, dadurch gekenn-

21 zeichnet, daß die Sinuswellengeneratoren jeweils einen

22 Serien-Resonanzkreis besitzen, der eine Kapazität und einen

23 Transformator aufweist, wobei die Kapazität sich über den

24 Transformator und den ersten Schalter entlädt, und daß eine

25 Energiequelle vorgesehen ist, v/elche einen Ladestrom für

26 die Kapazität bereitstellt.
27

28 20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 19, dadurch gekenn-

29 zeichnet, daß die Einrichtungen, welche die maximale Ampli-

30 tude ändern, jeweils Mittel zum selektiven Verändern des

31 Potential besitzen, das der Kapazität während des Ladevor-

32 gangs zugeführt wird.
33

34 21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 bis 20, dadurch gekenn-

35 zeichnet, daß Einrichtungen zum Verändern der Frequenz des

-7-

030033/063 2

Ol Oszillators vorgesehen sind.
02

03 22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 21, dadurch gekenn-

04 zeichnet, daß dritte Schalter sowie Kapazitäten vorgesehen

05 sind, wobei die dritten Schalter die Kapazitäten in Reihe

06 zu dem Serienresonanzkreis schalten können, um dadurch die

07 Frequenz der Ultraschall-Energie, die zum Testobjekt ge-

08 schickt wird, zu verändern.
09

10 23. Vorrichtung zum Untersuchen von Gegenständen mit Ultraschall-

11 Energie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

12 a) einen Wandler (232) zum Erzeugen eines Strahls von

13 Ul traschall-Energie;

14 b) eine Einrichtung zur Einführung des erzeugten Strahls in

15 ein Testobjekt;

16 c) eine Einrichtung zum Empfangen von Echos aus dem Testob-

17 \ jekt und zum Anzeigen einer Information, die dem empfange-

18 nen Echos entspricht;

19 . d) die Empfangseinrichtung stellt gleichzeitig eine Vielzahl

20 von echobezogenen Ausgangssignalen zum Verarbeiten und

21 Anzeigen dar;

22 e) es ist eine Einrichtung (T4,R9,D2,D3) zum Summieren eines

23 ersten Teils des Ausgangssignals vorgesehen;

24 f) es ist eine Einrichtung (T4^VI,R9^VI,D2^VI, D3^VI) zum Summie-

25 ren des verbleibenden Teils des Ausgangssignals vorgesehen;

26 g) es sind Differenzverstärker (250) vorgesehen, welche auf

27 die Ausgangssignale ansprechen, die von den Summierein-

28 richtungen abgegeben werden, um ein infor^ationstragendes

29 Signal vorzusehen, welches eine Größe hat, die dem Gesamt-

30 betrag der Ausgangssignale der Summiereinrichtung ent-

31 spricht;

32 h) eine Einrichtung, welche das Gesamtsignal zum Verarbeiten

33 ' und Anzeigen weitergibt.
34

35 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

030033/063 2

BAD ORIGINAL

01 die Empfangseinrichtung einen Einzel-Kristall-Wand!er ent-

02 hält, der mehrere koaxiale ringförmige Elektroden an min-

03 destens einer Seite besitzt, und wobei die Summierein-

04 richtung jeweils mehrere Transformatoren aufweist, deren

05 Zahl der Zahl der Elektroden entspricht, von denen der Teil

06 des aufzusummierenden Ausgangssignals abgeleitet wird, wobei

07 die Primärwicklungen der Transformatoren mit einzelnen Elek-

08 troden verbunden sind, und daß Mittel vorgesehen sind, welche

09 die Sekundärwicklungen der Transformatoren in Reihe schalten,

10 wobei die darin induzierten Signale aufsummiert werden. 11

12 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß

13 der Einzel-Kristall-Wand!er (232) Ultraschall-Energie er-

14 zeugt und empfängt, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist,

15 die mit jeder der Transformator-Sekundärwicklungen verbunden

16 ist, um Wechselstromsignale, welche eine bestimmte Größe

17 überschreiten, zu dämpfen, wodurch keine Wechselstromsignale

18 auf den Differenzverstärker (250) gegeben werden, wenn der

19 Kristall als Ultraschallgenerator wirkt. 20

21 26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekenn-

22 zeichnet, daß eine Einrichtung (252) zur dynamischen Vor-

23 spannung des Differenzverstärkers (250) in einen linearen

24 Arbeitsbereich vorgesehen ist, die das Verstärker-Ausgangs-

25 signal mit einem Referenz-Signal vergleicht und ein Fehler-

26 signal erzeugt, das auf einen ersten Eingang des Differenz-

27 Verstärkers (250) gegeben wird

-9-

030033/0632

BAD ORIGINAL