EP1324701A1

EP1324701A1 - Ultraschalltomograph

Info

Publication number: EP1324701A1
Application number: EP01986583A
Authority: EP
Inventors: Rainer Stotzka; Werner Alois Kaiser; Hartmut Gemmeke
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-07-09
Also published as: WO2002030288A1; US20030158481A1; US6786868B2; JP2004520094A; DE10050232A1

Abstract

Hochauflösender Ultraschalltomograph nach dem Transmissions-, Streuungs- und Impuls-Echo-Verfahren arbeitend, bestehend aus einem oben offenen Behälter mit an der Behälterwandung über die gesamte Wandungsfläche fest angeordneten Ultraschallwandlern, einem Ankopplungsmedium im Behälter, sowie einer rechnergestützten Steuer- und Auswerteeinheit mit Arbeitsspeicher. Aufgabe ist es, den hochauflösenden Ultraschalltomographen so weiterzuentwickeln, dass eine erhebliche Verbesserung der zeitlichen Auflösung bei der Rekonstruktion der dreidimensionalen Abbildung auch in Echtzeit ohne Abstriche bei Abbildungsgenauigkeit ermöglicht wird. Die Aufgabe wird gelöst, dass Steuer- und Auswerteeinheit mit den Ultraschllwandlern in der Art verschaltet ist, die von mindestens einem Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschallsignale ein Ultraschallimpuls ist, welcher von allen anderen Ultraschallwandlern parallel empfangen und als elektrische Signale verstärkt, gefiltert und digitalisiert und im Arbeitsspeicher als Datensatz abgespeichert wird.

Description

Ul raschalltomograph

Die Erfindung betrifft einen Ultraschall-Tomographen nach dem Transmissions-, Streuungs- und Impuls-Echo-Verfahren arbeitend für Gewebeuntersuchungen von Extremitäten insbesondere der weiblichen Brust und des männlichen Fortpflanzungsorgans.

In der Medizintechnik erhält die Ultraschalluntersuchung immer größere Bedeutung. Zum einen schädigt der Ultraschall im Gegensatz zur Durchleuchtung mittels Röntgenstrahlen das zu untersuchende Gewebe nicht. Zum andern können Gewebearten unterschieden werden, die anderen bildgebenden Verfahren, z. B. beim Röntgen, einen nur sehr geringen Kontrast hinterlassen.

Ein medizinisches Ultraschallgerät besteht im wesentlichen aus einem Schallkopf mit einer Anzahl von Ultraschallwandlern sowie einer Steuer- und Auswerteeinheit, welche die Steuerimpulse für die Ultraschallwandler aussendet sowie die an diesen empfangenen Messsignale als elektrische Signale aufnimmt, verstärkt und während der Messung zu Echtzeit-Abbildungen auf einem Bildschirm rekonstruiert. Die Komplexität einer derartigen Rekonstruktion in Echtzeit beschränkt dabei nicht nur die Anzahl der einzelnen Ultraschallwandler bei medizinische Ultraschallgeräten, sondern auch in erheblichen Maße Korrekturmöglichkeiten bei der Rekonstruktion. Zudem sind die Schallköpfe in der Regel nicht ortsfest, sondern werden manuell geführt. Diese Tatsachen schränken insbesondere die Möglichkeiten bei Kontrastmitteluntersuchungen bei der Ultraschall-Mamographie, bei denen es auf eine hohe örtlichen und zeitlichen Auflösung bei der Rekonstruktion ankommt erheblich ein. Eine zusätzliche Einschränkung ist die fehlende Reproduzierbarkeit .

In der US-4,478,083 wird ein System für die Ultraschallmammogra- phie mit Hilfe des Impuls-Echo-Verfahrens beschrieben, bei welchem die weibliche Brust durch geeignete Weise in einen zylindrischen Behälter von oben eingeführt und positioniert ist. Auf der gesamten zylindrischen Wandungsfläche dieses Behälters sind gleichmäßig Ultraschallwandler fest angeordnet, wovon man ausgehen kann, dass die Hauptabstrahlrichtung eines jeden Ultraschallwandlers senkrecht von der Behälterwandung in das Behälterinnere ausgerichtet ist (vgl. Spalte 5, letzter Absatz) . Zum Aufbaus eines dreidimensionalen Abbildes der zu untersuchenden Brust wird eine Auswerteeinheit beschrieben, welche so verschaltet ist, dass die Bereiche der zu untersuchenden Brust definiert und nacheinander abgeschallt werden, wobei für jeden Impuls-Echo-Vorgang ausschließlich ein Wandler oder eine Wandlergruppe von Ultraschallwandlern sowohl für die Aussendung des Ultraschallimpulses als auch für den Empfang des Rückschallechos über einen elektronischen Schalter angewählt und das Rückschallecho über das Setzen von Zeitfenstern herausgefiltert wird.

Ferner wird in DE 28 27 423 AI eine Vorrichtung zur Ermittlung der inneren Struktur eines Körpers mit Hilfe von Schallstrahlen beschreiben, bei dem der Körper in ein mit einem Ankopplungsme- dium gefüllten Behälter eingebracht und in diesem mit dem Ultraschalltransmissionsverfahren durchschallt wird. Dabei wird von einem oder mehreren Ultraschallsendern ein Schallstrahl durch den Körper auf mindestens einen Ultraschallwandler als Empfänger geschickt, die Empfangssignale in einer Auswerteeineinheit elektronisch weiterverarbeitet, gespeichert und anschließend die Verteilung des Schallbrechungsindexes sowie des Absorptionskoeffizienten ermittelt. Parallel hierzu wird in der Auswerteeinheit anhand eines Punktrasters ein Modell des Körpers aufgebaut, welches mit den empirischen Messwerten verglichen wird, durch iterative Wiederholung der Schallmessung optimierbar ist und dadurch zu einzelne Querschnittbilder weiterverarbeitbar wird. Bei einer vorgeschlagenen Ausführungsform sind die Schallwandler im Behälter in einer Matrix zylinderförmig angeordnet. Dabei müssen für eine Messung eine begrenzte Anzahl von Wandlern sowohl als Sender als auch als Empfänger durch einen elektronischen Schalter aktiviert werden, wobei für jeden aktiven Empfänger je ein nachfolgender Verstärker ggf. mit weiteren elektronischen Stufen (vgl. Seite 24, Absatz 2) vorgesehen ist. Mit dieser Anordnung sind zwar außer Transmissions-, Streuungs- auch Echo-Anteile der

Ultraschallimpulse empfangbar, werden jedoch für die Auswertung nicht herangezogen.

Ähnlich hierzu wird auch bei der in US-5,673,697 beschriebenen Ultraschallvorrichtung für die Ermittlung dreidimensionaler Abbildungen ein Körper in einem Behälter mit an der gesamten Wandung fest angeordneten Ultraschallwandlern eingebracht und aus mindestens einem dieser Ultraschallwandler mit einer Ultraschallfrequenz zwischen 1 und 5 MHz beschallt. Dabei sind alle anderen Wandler als nacheinander über einen elektronischen Schalter durchschaltbare Empfänger einsetzbar, dessen Signale nacheinander für die weitere Verarbeitung verstärkt und aufgezeichnet werden. Für die Weiterverarbeitung werden dabei Laufzeit, Phase und Amplitude der empfangenen Ultraschallimpulse herangezogen. Dabei werden über die hieraus ermittelten Reflexionseigenschaften und Schallgeschwindigkeiten eine dreidimensionale Abbildung des Körpers generiert. Das System eignet sich jedoch nicht für eine Rekonstruktion von schnellen Abläufen, da die nicht simultane Aufzeichnung aller Empfänger die zeitliche Auflösbarkeit entscheidend einschränkt. In Folge dessen findet sich in dieser Druckschrift kein Hinweis auf eine Rekonstruktionsmöglichkeit von zeitlichen Abläufen im Körper in Echtzeit.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hochauflösenden Ultraschalltomographen gemäß des zuletzt genannten Standes der Technik so weiterzuentwickeln, dass eine erhebliche Verbesserung der zeitlichen Auflösung bei der Rekonstruktion der dreidimensionalen Abbildung auch in Echtzeit ohne Abstriche bei Abbildungsgenauigkeit ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird durch einen hochauflösenden Ultraschalltomographen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Ultraschalltomographen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß werden die von einem oder einer Gruppe von Ultraschallwandlern erzeugten Impulse von allen, auch von den als Sender geschalteten Ultraschallwandlern, zeitgleich aufgenommen und als Messsignale für jeden Ultraschallwandler separat nach

Durchlauf durch einen Verstärker, die erforderlichen Filter sowie einen A/D-Wandler in einem Arbeitsspeicher abgespeichert werden. Somit lassen sich einerseits allein mit einem

Ultraschallimpuls ein ganzer Datensatz zeitgleicher Daten herstellen, andererseits durch unmittelbare Wiederholung des

Messvorganges mit anderen angewählten Ultraschallwandlern als

Sender für den Impuls, d. h. aus einer geänderten Perspektive, in möglichst kurzen Zeitabständen weitere Datensätze generieren, welche aufgrund der kurzen Wiederholungsfolge bei Tolerierung geringer Zeitfehler auch untereinander korrelierbar sind.

Beispielsweise lassen sich dadurch im Rahmen einer ultraschallgestützten Mammographie dynamische Kontrastmitteluntersuchungen mit hoher zeitlichen und örtlichen Auflösung anhand einer dreidimensionalen Darstellung der weiblichen Brust rekonstruieren und auswerten.

Der erfindungsgemäße hochauflösende Ultraschalltomograph wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Gesamtaufbau des hochauflösenden Ultraschalltomographen für die ultraschallgestützte Mammographie,

Fig. 2 schematisch die Verschaltung eines beliebigen Ultraschallwandlers 2 des hochauflösenden Ultraschalltomographs an den Rechner 10 der Steuer- und Auswerteeinheit 8,

Fig. 3 ein Übersicht über die einzelnen Verarbeitungsschritte, welche zur Rekonstruktion einer dreidimensionalen Abbildung erforderlich sind.

Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel den Gesamtaufbau des hochauflösenden Ultraschalltomographen zur Durchführung einer Mammographie. Er besteht aus einem zylindrischen, oben offenen Behälter 1, auf dessen gesamte zylinderförmigen Mantelfläche Ultra- schallwandler 2 angebracht sind. Die offene Seite des Behälters ist für den genannten Einsatzzweck bündig in eine Öffnung in einer Patientenliege 3 eingesetzt, wobei während der Mammographie eine Brust 4 der bäuchlings auf der Patientenliege 3 liegenden Patientin 5 in den Behälter 1 hineinhängt. Für eine verlustarme Übtragung der Ultraschallsignale von den Ultraschallwandlern 2 in die Brust 4 und zurück befindet sich in dem Behälter 1 ein Ankopplungsmedium 6, vorzugsweise ein Gel oder eine Flüssigkeit, welche die zu untersuchende Brust 4 und die Ultraschallwandler 2 benetzt.

Jeder der vorhandenen Ultraschallwandler 2 ist autark, beispielsweise einzeln über je eine geeignete Koaxialleitung 7 an eine rechnergestützten Steuer- und Auswerteeinheit 8 mit Arbeitsspeicher angeschlossen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 8 ist zur bildgebenden Ausgabe einer Rekonstruktion der Brust 4 mit einer Ausgabeeinheit 9, vorzugsweise einem Monitor ausgestattet .

Fig. 2 zeigt die Verschaltung eines beliebigen Ultraschallwandlers 2 mit dem Rechner 10 der Steuer- und Auswerteinheit 8. Dabei ist der Ultraschallwandler mit der Koaxialleitung 7 an einem elektronischen Schalter 11 angeschlossen, mit welchem der Ultraschallwandler 2 entweder als Empfangswandler oder als Sendewandler aktiviert und durchschaltbar ist. Das entsprechende Schaltsignal erhält der Schalter 11 dabei direkt über eine Steuerleitung 12 vom Rechner 10.

Ist der Ultraschallwandler 2 als Sendewandler aktiviert, erhält dieser von einem Impulsgenerator 13, welcher von einem Timer 14 im Rechner angetriggert wird, einen elektrischen Impuls, welcher von diesem als Stoßwelle in der Eigenfrequenz des Ultraschallwandlers in das Ankopplungsmedium eingeschallt wird.

Ist der Ultraschallwandler 2 als Empfangswandler aktiviert, wird das empfangene Signal vom Schalter 11 auf einen Verstärker 15, in dem das Signal verstärkt, gefiltert und digitalisiert wird und als digitale Daten zu dem Arbeitsspeicher 16 des Rechners weitergeleitet wird. Im Arbeitsspeicher 16 erfolgt dann Abspeicherung aller zeitgleichen Daten von den als Empfangswandler aktivierten Ultraschallwandler als Datensatz. Die Filterung der Signale im Verstärker dient vorzugsweise der Herausfilterung von Untergrundrauschen oder Störsignale mittels Frequenzfilter sowie der Selektierung der Signale z. B. durch Setzen eines Zeitfensters, wobei die Filtereigenschaften als Befehle vom Rechner 10 über eine Steuerleitung 17 auf den Verstärker 15 übermittelt werden.

Bei einer Ultraschallmessung bei einer Mammographie wird ein von den durchgeschalteten Sendewandlern ausgesendeten Ultraschallimpuls also von allen aktiven Empfangswandler empfangen und aufbereitet in Form digitaler Daten in einem Datensatz im Arbeitsspeicher gespeichert. Aus den einzelnen Daten der Datensätze erfolgt im Rechner die Rekonstruktion der dreidimensionalen Darstellung der untersuchten Brust. Dabei wird aus einem Datensatz eine dreidimensionale Momentaufnahme erzeugt.

Eine lokale Auflösung ist durch eine Reduzierung der zeitlichen Auflösung optimierbar. Ist beispielsweise für eine Diagnose eine Momentaufnahme mit erhöhter lokalen Auflösung erforderlich, sind für die Rekonstruktion auch verschiedene Datensätze aus mehreren, jedoch in möglichst kurzer Zeitfolge unmittelbar aneinander anschließenden Ultraschallmessungen unter Verwendung jeweils anderer, als Sendewandler durchgeschaltete Ultraschallwandler, d. h. jeweils aus einer anderen Perspektive, heranziehbar. Sehr schnell ablaufende Phänomene in der zu untersuchende Brust können dabei jedoch als zeitlich bedingte Fehlereinflüsse in einer Rekonstruktion führen und müssen bei Bedarf eliminiert oder korrigiert werden. Große zeitbedingte Fehlereinflüsse sind bei realistischen Wiederholungsfrequenzen der Ultraschallmessungen jedoch nicht zu erwarten. Beispielsweise ist bei einer angenommenen Schallgeschwindigkeit im Ankopplungsmedium und in der Brust von ca. 1500 m/s sowie einer maximalen Lauflänge eines Ultraschallimpulses im Behälter von 0,50 m eine maximale Widerho- lungsfrequenz von 2000 Ultraschallmessungen pro Sekunde realisierbar.

Eine weitere Möglichkeit für eine höhere lokale Auflösung bietet sich über eine Separierung eines bestimmten Bereiches in der zu untersuchenden Brust an, bei dem nur der Signalverlauf in einem reduzierten zeitlichen Fenster, ausgewertet wird, d. h. mit einer entsprechend höheren Auflösung als Datensatz aufzeichenbar ist. Die Umwandlung der Koordinaten des interessierenden Bereichs in entsprechende Steuersignale an den Verstärker 15 erfolgt im Rechner 10.

Für die Rekonstruktion von zeitlichen Abläufen sind Ultraschallmessungen in zeitlich vorwählbaren Abständen zu wiederholen, wobei jeder Datensatz die Basis einer eigenen Momentaufnahme darstellt. Ähnlich wie bei einer Filmprojektion lässt sich der zeitliche Ablauf durch Darstellung einer Folge von rekonstruierter Momentaufnahmen visualisieren.

Im Einzelnen erfolgt die Rekonstruktion einer dreidimensionalen Abbildung der untersuchten Brust oder eines anderen Körperteils anhand des folgenden Schemas.

Zunächst wird dabei ausgegangen, dass ein Schallimpuls als Teilkugelwelle in die Brust eingestrahlt wird, dieser in der Brust an verschiedenen Punkten beispielsweise durch Brechung, Ablenkung oder Reflexion gestreut wird, und an verschiedenen Empfängerpositionen gemessen wird. Im Anschluss wird unter der Annahme konstanter Schallgeschwindigkeit im Messraum und unter ausschließlicher Berücksichtigung von Reflexionen 1. Ordnung die Schallgeschwindigkeit bestimmt. Dabei liegen alle möglichen Positionen der Streupunkte auf einer Ellipse um den Sender und den Empfänger, dessen Abmessungen durch die gemessene Schalllaufzeit vom Sender über einen beliebigen Punkt auf der Ellipse zum Empfänger bestimmt wird. Zur genauen Bestimmung eines Streupunktes werden die Ellipsen aus zeitgleichen Messungen (gleicher Ultraschallimpuls) mit verschiedenen Empfängern übereinanderge- legt, wobei die Schnittpunkte der Ellipsen die Streupunkte darstellen und für die Rekonstruktion einem Pixel mit einer Grauoder Farbstufe zugeordnet werden.

Im Falle mehrerer Streupunkte werden von einem Empfangswandler auch mehrere Ultraschallimpulse empfangen, welche wiederum jeweils eine Ellipse generieren. Ansonsten werden hier für die dreidimensionale Rekonstruktion der untersuchten Brust ebenfalls die Ellipsen aus einer möglichst großen Anzahl zeitgleicher Messungen herangezogen und die ermittelten Streupunkte einem Pixel mit einer Grau- oder Farbstufe zugeordnet. Für eine Eliminierung von Rauschen oder anderen Störungen eignet sich dabei eine Phasenbetrachtung der empfangenen Ultraschallimpulse. Werden die Signale nicht als Absolutwerte summiert, sondern als Vektoren, mittelt sich beispielsweise ein Rauschen aus dem Ergebnis heraus. Eine weitere Möglichkeit bietet bei einer Rekonstruktion die Transformation eines empfangenen Signals in Amplitude und Phase mit Hilfe einer Hiberttransformation in eine reale und einen imaginäre Signalkomponente, wobei sich die Graustufen mittels kohärenten Addition der Einzelsignale bestimmen lassen.

Die Pixel werden dann für jeden möglichen Punkt im Behälter mit den ermittelten Grau- oder Farbstufen zu einem rekonstruierten, dreidimensionalem Bild zusammengesetzt.

Die Präzision der Rekonstruktion wird dabei durch folgende Einflüsse begünstigt:

Sowohl die Verstärker als auch das Ankopplungsmedium 6 und die zu untersuchende Brust lassen sich als lineare Systeme beschreiben.

Geringe Schallgeschwindigkeitsvariation.

Die Möglichkeit das Absorptionsvermögen der Brust rechnerisch zu bestimmen und durch die Reflexionsrekonstruktions- verfahren zu korrigieren. Beschreibung der Streuzentren als huygensche Punktquellen. In der Praxis erfolgt der Mess- und Rekonstruktionsvorgang mit den im Folgenden beschriebenen Schritten (vgl. Fig. 3) . Voraussetzung hierfür ist, dass die zu untersuchende Brust 4 in das Gefäß 1 eingeführt und in diesem eine genügende Menge des An- kopplungsmediums für die vollständige Benetzung der Brust und der Wandler enthalten ist.

1. Vormessung

Bei der Vormessung wird mit wenigen Messungen die Position der Brust 4 im Gefäß 1 unter Ausnutzung des Reflexionsvermögens der Haut im Ankopplungsmedium ermittelt. In einem Unterschritt wird dann über eine Laufzeitzeitmessung bei bekanntem Laufweg vom Sendewandler zum Empfangswandler die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit im Ankopplungsmedium und in einem zweiten Unterschritt die Schallgeschwindigkeit in der Brust ermittelt.

2. Messung

Hierbei wird, wie zuvor beschrieben, der Messvorgang mehrfach mit einer vorgewählten Wiederholungsfrequenz durchgeführt. Dabei sind die im Gefäß 1 installierten Ultraschallwandler 2 zum Teil entweder als Sendewandler, jedoch komplett als Empfangswandler durchgeschaltet, wobei angestrebt wird, den Ultraschallimpuls möglichst als Teilkugelwelle durch einen Sendewandler oder einer entsprechend ansteuerbaren Wandlergruppe in das Gefäß ein- zuschallen.

3. Logarithmische Verstärkung

Während der Messungen werden die gemessenen Messsignale zur Kompensierung von Amplitudenunterschied der empfangenen Ultraschallimpulse aufgrund laufstreckenabhängiger Dämpfung analog logarithmisch verstärkt. Die analoge logarithmische Verstärkung ermöglicht es also, die Auflösung bei der Digitalisierung (im Beispiel ein 8 Bit A/D-Wandler) und damit die für die Messung bereitzustellende Speicherkapazität zu begrenzen. 4. Parameter der Filterung und Signalverarbeitung festlegen Basierend auf den Daten der Vormessung werden durch den Rechner 10 entsprechende Filterfunktionen im Verstärker 15 aktiviert. Insbesondere enthält dieser Schritt auch die Festlegung des Auflösungsvermögens der dreidimensionalen Rekonstruktion durch Wahl des Pixelrasters sowie die Ermittlung eine an dieses Raster gebundene Schallgeschwindigkeitstabelle für die Laufzeitkorrektur bei der Rekonstruktion. Für eine Reduzierung der für die Rekonstruktion erforderlichen Rechenleistung bietet sich an, für das Ankopplungsmedium und für die Brust jeweils eine einheitliche Schallgeschwindigkeit anzusetzen. Ferner enthält dieser Schritt eine Festlegung der erforderlichen Abtastfrequenz, wobei diese, wie zuvor beschrieben, auch durch eine Herabsetzung der für die Rekonstruktion erforderlichen Auflösung dann vergrößerbar ist, wenn für die Rekonstruktion einer Momentaufnahme ein zeitgleicher Datensatz ausreicht.

5. Laufzeit- und Phasenkorrektur

Dieser Schritt dient der Korrektur von Laufzeit- und Phasenfehler im Ankopplungsmedium aufgrund von Temperaturänderungen. Dies geschieht durch Dehnung oder Stauchung der gemessenen Signale.

6. Stapeln und amplitudenkorrigierte Bildberechnung

Als Stapeln bezeichnet man eine Eliminierung doppelt auftretender identischer Einzeldaten. Beispielsweise ist die gemessene Laufzeit eines Ultraschallimpuls unabhängig von der Ausbreitungsrichtung, d. h. die Übertragungsfunktion zwischen zwei Wandlern ist unabhängig davon, welcher der zwei Wandler als Empfangswandler und welcher als Sendewandler eingesetzt wird. Bei einer Amplitudenkorrektur wird in Ergänzung zu der in Schritt 3 dargestellten dämpfungsabhängigen groben Korrektur eine feinere Abstimmung hinsichtlich vorhandener Fehlereinflüsse, vorzugsweise basierend auf das Abstrahlverhalten der aktiven Ultraschallwandler, durchgeführt. Im Anschluss daran erfolgt die Rekonstruktion der dreidimensionalen Abbildung mit Hilfe des zu- vor beschriebenen Algorithmus durch Bildung einer Ellipse pro

Einzelmessung.

7. Anpassung von Farbwerten und Auflösung

Durch diesen Schritt wird die Auflösung des rekonstruierten Abbildes auf ein erforderliches Maß reduziert. Ferner lassen sich im Nachgang einer Rekonstruktion die Farbwerte für eine bessere Darstellbarkeit ändern.

Bezugs zeichenliste

1 Behälter

2 Ultraschallwandler

3 Patientenliege

4 Brust

5 Patientin

6 Ankopplungsmedium

7 Koaxialleitung

8 Steuer- und Auswerteeinheit

9 Ausgabeeinheit

10 Rechner

11 Elektronischer Schalter

12 Steuerleitung

13 Impulsgenerator

14 Timer

15 Verstärker

16 Arbeitsspeicher

17 Steuerleitung

Claims

Patentansprüch :

1. Hochauflösender Ultraschalltomograph nach dem Transmissions- Streuungs- und Impuls-Echo-Verfahren für Gewebeuntersuchungen von Körperteilen und insbesondere der weiblichen Brust, bestehend aus einem oben offenen Behälter, in den der zu untersuchende Körperteil eingeführt wird, mit an der Behälterwandung über die gesamte Wandungsfläche fest angeordneten Ultraschallwandlern, deren Hauptabstrahlrichtung jeweils senkrecht von der Wandungsfläche in das Behälterinnere ausgerichtet ist, eines Ankopplungsmediums, welches im Behälter eingefüllt den zu untersuchenden Körperteil benetzt und der Ankopplung und Übertragung der Ultraschallsignale zwischen Ultraschallwandlern und der zu untersuchenden Extremität dient, sowie einer rechnergestützten Steuer- und Auswerteeinheit mit Arbeitsspeicher, welcher mit den Ultraschallwandlern im offenen Behälter in der Art verschaltet ist, dass a) eine beliebige Anzahl der Ultraschallwandler sowohl als Sender als auch als Empfänger über einen elektronischen Schalter anwählbar sind, b) die von den angewählten Empfängern empfangenen Signale als elektrische Signale verstärkt, gefiltert und digitalisiert und im Arbeitsspeicher als Daten abgespeichert werden, c) aus den im Arbeitsspeicher abgelegten Daten die Schalllaufzeiten und über diese und die geometrischen Verhältnisse die einzelnen Schallgeschwindigkeiten ermittelt sowie durch eine rechnerische Aufteilung des Behältervolumens in zahlreiche Bereiche sowie geeignete Korrelation verschiedener Datensätze die Schallgeschwindigkeiten in den einzelnen Bereichen berechnet werden, d) mit den Schallgeschwindigkeiten in den einzelnen Bereichen sowie der Amplitude und dem Phasenverlauf der empfangenen Signale alle möglichen Reflexionspunkte in dem Behälter berechnet werden, sowie e) die Signale als Daten für die möglichen Reflexionspunkte aus allen Messungen für jeden Punkt im Behälter aufsummiert werden, hieraus für jeden Punkt eine der Höhe des Summenwertes entsprechender Farbwert zugeordnet und diese je nach gewünschter Auflösung je mindestens einem Pixel in der dreidimensionalen Rekonstruktion zugeordnet wird, gekennzeichnet dadurch, dass f) die von den Sendern ausgesendeten Ultraschallsignale ein Ultraschallimpuls ist, welcher von allen Empfängern parallel empfangen und als elektrische Signale verstärkt, gefiltert und digitalisiert und im Arbeitsspeicher als Datensatz abgespeichert wird.

2. Hochauflösender Ultraschalltomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnergestützte Steuer- und Auswerteeinheit mit Arbeitsspeicher mit den Ultraschallwandlern im offenen Behälter in der Art verschaltet ist, dass alle Ultraschallwandler als Empfänger aktiviert sind.

3. Hochauflösender Ultraschalltomograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnergestützte Steuer- und Auswerteeinheit mit Arbeitsspeicher mit den Ultraschallwandlern im offenen Behälter in der Art verschaltet ist, dass der Messvorgang in möglichst kurzer zeitlicher Folge mit jeweils einem anderen Ultraschallwandler oder -wandlergruppe wiederholt wird, dabei je Messvorgang ein Datensatz generiert wird, wobei bei Verwendung mehrerer Datensätze für die dreidimensionale Rekonstruktion diese eine mit zunehmender Wiederholfrequenz die Datensätze zunehmende zeitliche Auflösung aufweist .

4. Hochauflösender Ultraschalltomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rechnergestützte Steuer- und Auswerteeinheit mit Arbeitsspeicher mit den Ultraschallwandlern im offenen Behälter in der Art verschaltet ist, dass bei der Ermittlung der Farbwerte in der Rekonstruktion die Amplitude und die Phase eines Signals mit

Hilfe einer Hiberttransformation in eine reale und einen imaginäre Signalkomponente transformiert und die Graustufen mittels kohärente Addition der Einzelsignale bestimmt werden.