ULTRASONIC TOMOGRAPHY APPARATUS

Abstract: 1. An ultrasonic tomography device with an ultrasonic transmitting/receiving system which, for purposes of scanning, is arranged to be rotatable about an object to be investigated, characterised in that the rotatable ultrasonic transmitting/receiving system comprises a plurality of sector scanners (2, 3, 4; 53) which operate in accordance with the echo transmission method and which focus to different object depths (F1, F2, F3).

Description: Ultraschall-Tomtgraphiegerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Tomo graphiegerät gemäss den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ein Ultraschall-Tomographiegerät für Transmissions Tomographie (UCTT) ist z.B. aus der US-PS 41 05 018 vorbekannt. Hier erzeugt ein einzelner Ultraschallsender, der an einer konkav gekrümmten Abstrahlfläche mehrere schmale Sendewandlerelemente umfasst, ein sich fächerförmig erweiterndes Feld von Ultraschallstrahlen. Als Ultraschall-Empfänger dient ein konvex gekrümmtes grossflächiges Ultraschall-Array mit einer Vielzahl von einzelnen Empfangswandlerelementen, das dem Ultraschall Sender bezüglich des zu untersuchenden Objektes (z.B. weibliche Brust) diametral gegenüberliegend angeordnet ist. Die Anordnung aus Ultraschall-Sender- und Ultraschall-Empfänger-Array lässt sich um das zu untersuchende Objekt drehen. Man erhält so tomographische Schnittbilder aus einer Vielzahl von Blickwinkeln. Wie bei der Röntgen-Computer-Tomographie lassen sich die Intensitäten an den Kreuzpunkten der Ultraschallstrahlen in den verschiedenen Blickrichtungen und daraus dann ein Tomographie-Schnittbild rechnerisch ermitteln. Weitere Ultraschall-Tomographiegeräte sind für die Reflexions Tomographie (UCTR) bekannt, z B. durch den Aufsatz "Resolution And Image Quality By Ultrasonic Echo Tomography: Experimental Approach" von E. Hundt, G. Naderlechner, E. Kronmüller und E. Trautenberg aus "Fifth International Symposium on Ultrasonic Imaging and Tissue Characterization And Second International Symposium on Ultrasonic Materials Characterization", June 1-6, 1980, Seite 7,oder auch durch den Aufsatz Ultrasonic Reflectivity Tomography: Reconstruction With Circular Transducer Arrays von Stephen J. Norton und Melvin Linzer aus ¯Ultrasonic Imaging 1", 1979, Seiten 154 bis 184. Die Ultraschall-Transmissions-Tomographie (UCTT) und die Ultraschall-Reflexions-Tomographie (UCTR) haben Je- de für sich Vor- und Nachteile. Im Gegensatz zur Reflexions-Tomographie erlaubt die Transmissions-Tomographie beispielsweise die Gewinnung von Zusatzinformationen, wie z.B. örtliche Schallgeschwindigkeitsverteilung und Dämpfungsverteilung. Was die Ortsauflösung betrifft, so ist jedoch die Transmissions-Tomographie in ihrer diagnostischen Aussagekraft begrenzt. Die Reflexions-Tomographie liefert auf jeden Fall eine bessere Ortsauflösung als die Transmissions-Tomographie bei vertretbarem technischen Aufwand. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschall Reflexions-Tomographiegerät aufzubauen, das bei einfachstem technischem Aufwand eine optimale Ortsauflösung erlaubt. Das Reflexions-Tomographiegerät soll bei Bedarf ohne allzu grossen technischen Mehraufwand auch für Transmissions-Tomographie einsetzbar sein. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung vereinigt in optimaler Weise die hervorragenden Auflösungseigenschaften eines auf unterschiedliche Objekttiefen fokussierbaren Sektorabtasters mit der Möglichkeit des Einsatzes bei der Ultraschall-Reflexions-Tomographie. Damit ist mit geringstem technischem Aufwand ein optimal auflösendes Ultraschall-Tomographiegerät für Reflexions-Tomographie geschaffen. Die Konzeption dieses Reflexions-Tomographiegerätes erlaubt aber auch ohne allzu grossen technischen Mehraufwand einen Einsatz für Transmissions-Tomographie. Hierzu braucht neben den nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden Sektorabtastern lediglich noch ein Ultraschall-Transmissionssender vorhanden zu sein, dem zum Transmissions-Tomographie-Betrieb ein Empfänger diametral gegenüberliegend zugeordnet ist. Der Transmissionssender sollte vorzugsweise wieder ebenfalls ein Sektorabtaster sein, der jedoch jetzt linienfokussiert sein sollte. Hierdurch ergibt sich eine besonders feine Abtastung im Transmissionsbetrieb. Der Ultraschall-Empfänger für Transmissionsbetrieb ist vorzugsweise ein Ultraschall-Empfangs-Array, das hinsichtlich des einzigen Transmissionssenders in ähnlicher Weise zusammen mit diesem um das Untersuchungsobjekt rotierbar angeordnet ist, wie dies beim Ultraschall-Transmissions Tomographiegerät der zuvor abgehandelten US-PS 41 05 018 der Fall ist. Die nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden und unterschiedlich fokussierten Sektorabtaster sowie gegebenenfalls ein Ultraschall-Transmissionssender können am Umfang eines Rotationselementes gegeneinander versetzt angeordnet sein. Ebensogut können auch einige oder auch alle nach dem Sende-/Echoverfahren arbeiten- den und unterschiedlich fokussierten Sektorabtaster gegebenenfalls zusammen mit einem Ultraschall-Trans missionssender dicht benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse, das auf einem Rotationskörper drehbar montiert ist, angeordnet sein. Ein Ultraschall-Abtastgerät, das eine Mehrzahl von nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden Ultraschall-Sen dem/Empfängern umfasst, die drehbar angeordnet sind, ist beispielsweise aus der US-PS 42 45 511 bekannt. Bei diesem Gerät rotieren aber die Sender/Empfänger einerseits nicht um das Untersuchungsob#ekt. Es handelt sich also nicht um ein Ultraschall-Tomographiegerät wie im vorliegenden Sinne. Andererseits sind die rotierenden Ultraschall-Sender/Empfänger selbst auch keine Sektorabtaster. Alle Ultraschall-Sender/Empfänger erzeugen vielmehr gemeinsam in Verbindung mit einem im Strahlengang angeordneten ebenen Reflektor ein einzelnes Ultraschall-Sektorfeld, dessen Sektorspitze ausserhalb der Ebene der auf den Reflektor geworfenen Ultraschallstrahlen liegt. Nicht die einzelnen Sender/Empfänger sind also Sektorabtaster; vielmehr ist das Gesamtgerät selbst der Sektorabtaster, der lediglich ein einziges Sektor abtastfeld erzeugt. Ein Ultraschall-Abtastgerät, das bereits mit einer Mehrzahl von einzelnen Sektorabtastern arbeitet, ist allerdings aus der US-PS 39 90 300 vorbekannt. Bei diesem Gerät sind aber die einzelnen Sektorabtaster auf einem Bogensegment angeordnet, das mit Hilfe eines Schlittens in horizontaler und vertikaler Richtung relativ zum Untersuchungsobjekt bewegbar ist. Eine Rotation um das Untersuchungsobjekt, d. h. eine Ultraschall-Tomographie im vorliegenden erfindungsgemässen Sinne, ist mit diesem Gerät also nicht möglich. Schliesslich ist aus der GB-PS 13 16 549 noch ein Ultraschall-Abtastgerät bekannt, bei dem mehrere Ultraschallwandler, die unterschiedlich gestufte Betriebsfrequenzen haben, auf einem gemeinsamen Träger rotieren. Dieser Träger befindet sich mit seiner Drehachse in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolreflektors. Die von den Ultraschallwandlern auf den Parabolreflektor abgestrahlten Ultraschallwellen werden demnach an diesem reflektiert, so dass sich ein reflektierter Ultraschallstrahl ergibt, der parallel zu sich selbst in einer Ebene verschoben wird. Das Ultraschall-Abtastgerät der GB-PS arbeitet also nicht als Sektorabtaster, sondern vielmehr als Gerät zur Erzeugung eines Linear-Scans, wobei die einzelnen Ultraschallwandler allerdings wegen der unterschiedlichen Betriebsfrequenzen auf unterschiedliche Objekttiefen fokussierbar sind. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen: Figur 1 den Prinzipaufbau der Erfindung in Draufsicht, Figur 2 das Aufbauschema der Erfindung in perspektivischer Ansicht, Figur 3 eine Modifikation der Ausführungsbei spiele der Figuren 1 und 2. In der Figur 1 sind am Rand einer rotierbaren Ringscheibe 1 insgesamt drei mechanische Sektorabtaster 2, 3 und 4, die auf unterschiedliche Objekttiefen fokussierbar sind, angeordnet. Die Fokustiefen der Schallkeulen 5, 6 und 7 der einzelnen Sektorabtaster sind in der Figur 1 mit F1, F2 und F3 angedeutet. Entsprechend der tage dieser Fokusse tastet also der Sektorabtaster 2 das Untersuchungsobjekt 8 (im vorliegenden Fall z.B. die weibliche Brust) im tiefsten Schichtgebiet ab. Entsprechend tastet der Sektorabtaster 3 das Untersuchungsobjekt in einem mittleren Tiefengebiet und der Sektorabtaster 4 das Untersuchungsobjekt im Randgebiet ab. Die unterschiedliche Fokussierung F1, F2, F3 kann in üblicher Weise wahlweise durch rein mechanische KrUm- mung der Sektorabtaster, durch Vorschaltung von Fokus sierungslinsen oder gekrümmte Spiegel oder durch elektronische Fokussierung oder einer Mischform aus mechanischer und elektronischer Fokussierung erzeugt werden. Ebensogut können zur unterschiedlichen Fokussierung die einzelnen Sektorabtaster auch mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen arbeiten. Die Apertur der Sektorabtaster ist an die Tiefenlage der Fokusse angepasst, um konstanten Fokussierungsgrad bzw. gleichmässige Tie fenschärfe zu gewährleisten. Zur Erzeugung der Sektorabtastfelder können die Sektorabtaster eine reine Schwenkbewegung ausführen, wie dies z.B. in der Figur 1 für die einzelnen Sektorabtaster 2, 3 und 4 durch die Schwenkpfeile 9, 10 und 11 sowie zugehörigen (strichpunktiert dargestellten) Begrenzungslinien 12 bis 17 des jeweils zugeordneten Sektorfeldes dargestellt ist. Die einzelnen Sektorabtaster 2, 3 und 4 können jedoch selbstverständlich auch rundum rotierende Abtaster sein, wie dies z.B. in der Figur 1 für den Sektorabtaster 3 durch die punktierte Pfeillinie -18 (bzw. auch in den Figuren 2 und 3) angedeutet ist. Bei beiden möglichen Ausführungsbeispielen rotieren die Sektorabtaster jedoch zusammen mit der Ringscheibe 1 langsam um das Untersuchungsobjekt. Die Scheibenrotationsfrequenz ist sehr viel niedriger als die Frequenz, mit der die Sektorabtaster geschwenkt oder gedreht werden. So beträgt z.B. die Drehgeschwindigkeit der Ringscheibe zusammen mit dem Sektorabtaster etwa 0,1 Hz. Die Schwenk- oder Drehfrequenz der Sektorabtaster liegt hingegen bei 3 bis 4 Hz. Die Anordnung der Figur 1 ermöglicht Ultraschall-Reflexions-Tomographie bei optimaler Bildauflösung. Wird die Anordnung, wie in der Figur 1 angedeutet, auch noch durch ein Empfangs-Array (z.B. gekrümmtes Empfangs Array 19 oder geradliniges Empfangs-Array 20) mit einer Vielzahl von Empfangswandlerelementen 21 (PVF2) ergänzt, das dem Sektorabtaster 3 gegenüberliegt und das zusammen mit diesem um das Untersuchungsobjekt rotiert, so ergibt sich die Möglichkeit der wechselweisen Umschaltung zwischen Reflexions-Tomographie und Transmissions Tomographie. Im Unterschied zum Transmissions-Tomographiegerät, US-PS 41 OS 018, ist allerdings der Ultraschall-Sender 3 im vorliegenden Falle ein mechanischer Sektor-Schallkopf, der vom Sende -Echo-Betrieb auf reinen Transmissionsbetrieb umgeschaltet ist. Ausserdem sollte der Sektorabtaster im Transmissionsbetrieb auch noch linienfokussiert sein. Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemässe Ausführungsform in perspektivischer Darstellung. Der Rotationsring 1 besteht dabei aus insgesamt zwei Ringteilen 30 und 31, die mittels Hydraulikelementen 32, 33 in der Höhe relativ zueinander verstellbar sind. Die Hydraulikelemente 32, 33 sind mittels eines Motors 34 antreibbar. Auf dem oberen Ringteil 31 sitzen in dosenförmigen Gehäusen 35, 36 und 37 die Ultraschall-Sektorabtaster 2, 3 und 4. Die Dosengehäuse sind in Richtung der Pfeile 38, 39 und 40 um Rotationsachsen 41, 42, 43 zur Erzeugung der Sektor-Abtastfelder drehbar. Die gesamte Anordnung sitzt in einem wassergefüllten Gehäuse 44. Dieses beinhaltet ein Formgebungselement 4#: z.B. aus Folienmaterial, in dem das zu untersuchende Objekt, d.h. im vorliegenden Falle die weibliche Brust, mit besonderer Formvorgabe (z.B. gestreckte oder gepresste oder auch schlaffe Form) gelagert wird. Das Gehäuse 44 ist um eine Rotationsachse 45 drehbar. Dazu dient ein Drehantriebsmotor 46 mit Antriebswelle 47 und Antriebszahnrad 48. Das Antriebszahnrad 48 greift in einen Zahnkranz 49 am Umfang des unteren Rotationsscheibenteiles 18. Dadurch wird das Gehäuse 44 mit der Gesamtanordnung der Ultraschall-Sektorabtaster in Rotation versetzt. Die Anordnung der Figuren 1 und 2 umfasst unterschiedlich fokussierte mechanische Sektorabtaster, die am Umfang eines Rotationsringes gegeneinander versetzt angeordnet sind. Selbstverständlich können einige oder auch alle Sektorabtaster mit unterschiedlicher Frequenz (einschliesslich eines separaten linienfokussierten Sektorabtasters als Sender im Transmissionsbetrieb) dicht benachbart in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein, das zusammen mit dem Rotationering rotiert. Diese Ausfuhrungsmöglichkeit ist in der Figur 3 dargestellt, wo die Sektorabtaster 2, 3 und 4 zusammen mit einem separaten Transmiosslonssender 50 in einer gemeinsamen Gehäusedose 51 angeordnet sind, die auf einem sich drehenden Rotationsring 52 zur Sektorabtastung rotiert. Mit den bisher beschriebenen Anordnungen erhält man speziell Koronarschnitte, d.h. im Falle der Brustabtastung Schnitte parallel zur Brustwand. Sagicalschnit- te, d.h. Schnitte senkrecht-zur Brustwand, kann man zusätzlich erhalten, wenn weitere Ultraschall-Sektorabtaster mit ihren Sektor-Abtastebenen senkrecht zu den vorhergehenden am Rotationskörper angeordnet werden. In der Figur 2 ist eine solche Möglichkeit mit einem zusätzlichen Sektorabtaster 53 in einer Gehäusedose 54, die in Richtung des Pfeiles 55 um die Rotationsachse 56 drehbar ist, angedeutet. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele haben lediglich exemplarischen Charakter. Sie lassen sich im Rahmen der Erfindung beliebig modifizieren. So kann beispielsweise die Zahl der Sektorabtaster insgesamt variiert werden. Auch ihre Anordnung an der Drehvorrichtung kann so sein, dass jede sich drehende Dose z.B. in einem eigenen ultraschalldurchlässigen und wassergefüllten Gehäuse (z.B. aus Gummi) sitzt, das drehstarr an der Drehvorrichtung befestigt ist, wie dies z.B. in Figur 3 mit 57 angedeutet ist. Die dünne Wasserschicht 58 zwischen Gehäuse 57 und rotierender Dose 51 hält die Gesamtverwirbelung von Wasser gering. 3 Figuren 9 PatentansprUche

Claims: Patentansprüche 1. Ultraschall-Tomographiegerät mit einem Ultraschall Sende/Empfangssystem, das zur Abtastung um ein Untersuchungsobjekt drehbar angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das drehbare Ultra schall-Sende/Empfangs system aus einer Mehrzahl von nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden Sektorabtastern (2, 3, 4 bzw. auch 53) besteht, die auf un terschiedliche Objekttiefen fokussierbar (F1, F2, F3) sind. 2. Ultraschall-Tomographiegerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass neben den nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden Sektorabtastern (2, 3,4 bzw. auch 53) ein Ultraschall-Trans missionssender (3 oder 50) vorhanden ist, dem zum Transmissions-Tomographie-Betrieb ein Empfänger (19 oder 20), vorzugsweise Empfangs-Array, diametral gegenüberliegend zugeordnet ist. 3. Ultraschall-Tomographiegerät nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transmissionssender (3 oder 50) ebenfalls ein Sektorabtaster ist. 4. Ultraschall-Tomographiegerät nach Anspruch 2 und 3, a a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sektorabtaster (50) für Transmissions-Tomographie zusätzlich zu den nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden Sektorabtastern (2, 3, 4) vorhanden ist. 5. Ultraschall-Tomographiegerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sektorabtaster für Transmissions-Tomographie einer der Sektorabtaster (3) für die Reflexions-Tomographie ist, der vom Sende-/Echoverfahren auf Transmissionsverfahren umschaltbar ist. 6. Ultraschall-Tomographiegerät nach einem der AnsprUche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der als Transmissionssender (3 oder 50) arbeitende Sektorabtaster linienfokussiert ist. 7. Ultrasohall-Tomograpbiegerät nach einem der Ansprü- che 1 bis 6, da du roh g e k e n n z e i c h n e t , dass die nach dem Sende-/Echoverfahren arbeitenden und unterschiedlich fokussierten Sektorabtaster (2, 3, 4 bzw. auch 53) sowie gegebenenfalls ein Ultraschall-Transmissionssender (50) am Umfang eines Rotationselementes (i) gegeneinander versetzt angeordnet sind. 8. Ultraschall-Tomographiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass einige oder auch alle nach dem Sende-/ Echoverfahren arbeitenden und unterschiedlich fokussierten Sektorabtaster (2, 3, 4) gegebenenfalls zusammen mit einem Ultraschall-Transmissionssender (50)l dicht benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse (51), das auf einem Rotationskörper (1) drehbar montiert ist, angeordnet sind. 9. Ultraschall-Tomographiegerät nach einem der Ansprü che 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass die Sektorabtaster (2, 3, 4, 50 bzw. 53) zur Erzeugung von Koronarschnitten und/oder Sagi#l- schnitten des Untersuchungsobjektes (8) ausgebildet und angeordnet sind.

Inventors: HASSLER, DIETER, TRAUTENBERG, ELMAR, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: A61B8
IPC codes: A61B8