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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zum Untersuchen von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, wobei zwischen dem Schallkopf od. dgl. und dem Objekt oder der zu untersuchenden Zone des Objektes eine zumindest bei der gewählten Empfindlichkeit echofreie Strecke liegt, in der die Schallaufzeit gleich oder grösser ist als im Objekt bzw. der zu untersuchenden Zone und vor der Rückkehr der zu einem ausgesandten Schallimpuls in der untersuchten Zone entstehenden Echos zum Schallkopf od. dgl. wenigstens ein weiterer Schallimpuls in einem zumindest der Schallaufzeit in der untersuchten Zone entsprechenden zeitlichen Abstand vom ersten Schallimpuls ausgesandten wird, wobei ferner zu jedem Schallimpuls eine Kippspannung zur laufzeitabhängigen Darstellung der Echos erzeugt wird.
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od. dgl., eingesetzt.
Zum Aufbau eines Echosichtbildes werden im allgemeinen Kathodenstrahlröhren verwendet, wobei je nach Anwendungsfall (B-Scan oder A-Scan) der Elektronenstrahl der Röhre in Abhängigkeit von den Ultraschall-Sendeimpulsen entweder zeilenförmig über den Röhrenbildschirm oder lediglich periodisch über dessen Zeitachse abgelenkt wird und wobei die Abbildung der Echoimpulse durch Helltasten oder durch analoge Vertikalauslenkung des Elektronenstrahls jeweils beim Anfallen eines Echoimpulses geschieht. Die Vorlaufstrecke zwischen Ultraschall-Sende/Empfangssystem und dem zu untersuchenden Objekt (z. B. Patientenkörper) soll dabei einerseits das Arbeiten in der Fernzone des Systems ermöglichen, in der eindeutige Intensitätsverhältnisse innerhalb der Richtcharakteristik des Ultraschallsenders vorhanden sind.
Die Vorlaufstrecke dient anderseits aber auch zur Ausblendung von bildverfälschenden Mehrfachechos aus dem Bildbereich der Echoabbil-
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der Vorlaufstrecke, insbesondere bedingt durch den hohen Reflexionsfaktor der Grenze zwischen Schallkopf und Vorlaufstreckenmedium. Hiebei tritt vor allem das besonders starke Echo der Grenzfläche zwischen Vorlaufstreckenmedium und Objektoberfläche störend in Erscheinung. Die am Schallkopf reflektierten Echos wirken wie zusätzlich abgestrahlte Sendeimpulse, die immer noch so viel Energie aufweisen, dass sie ebenfalls Echos im Objektinnern auslösen können. In dieser Weise erzeugte Mehrfachechos treten nun jedoch an undefinierten Stellen im Echogramm, z. B. Echosichtbild, auf und erzeugen somit nicht reelle Bildpunkte.
Nach üblicher Praxis konnten diese Mehrfachechos bisher dadurch ausgeblendet werden, dass die Laufzeit der Impulse durch die Vorlaufstrecke grösser gewählt wurde als die Laufzeit der Echos im Objekt, bezogen auf die maximale Objekttiefe. In einem solchen Fall tritt nämlich das erste Mehrfachecho erst nach dem Eintreffen des letzten reellen
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Mehrfachechos nicht aufgezeichnet. Sämtliche Mehrfachechos fallen also üblicherweise in die Vorlaufzeit des nächstfolgenden Sendeimpulses. Das vorstehend geschilderte Verfahren funktioniert ausgezeichnet, sofern mit relativ geringen Impulsfolgezeiten gearbeitet wird. Aus Gründen der flackerfreien Darstellung von Echosichtbildern ist man jedoch bestrebt, mit erhöhter Sendeimpulsfolge
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DE-OS 2230940), lassen sich eventuell entstehende Mehrfachechos jedoch nicht mehr ohne weiteres aus dem Echogramm ausblenden.
Vielmehr treten diese Mehrfachechos weiterhin als Störechos im Bild auf und sie können allenfalls bei Übergang von fester auf gewobbelte Impulsfolge auf Grund der sich mit der Wobbelfrequenz ändernden Standorte im Echosichtbild als solche Störechos erkannt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Ultraschalluntersuchungsgerät der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass sich Mehrfachechos auch bei hohen Zeilenfrequenzen mit Echobild nicht mehr störend auswirken können.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs näher bezeichneten Verfahren erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das erste zu einem Sendeimpuls einlangende, von der Oberfläche des Objektes bzw. der zu untersuchenden Zone stammende Echo zur Auslösung des nächstens Sendeimpulses und des gleichzeitigen Kippvorganges verwendet wird.
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Das Gerät zum Untersuchen von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, wobei zwischen dem Schallkopf od. dgl. und dem Objekt oder der zu untersuchenden Zone des Objektes eine zumindest bei der gewählten Empfindlichkeit des Empfangsverstärkers echofreie Strecke liegt, in der die Schallaufzeit gleich oder grösser ist als im Objekt bzw. der zu untersuchenden Zone und vor der Rückkehr der zu einem ausgesandten Schallimpuls in der untersuchten Zone entstehenden Echos zum Schallkopf od. dgl.
wenigstens ein weiterer Schallimpuls in einem zumindest der Schallaufzeit in der untersuchten Zone entsprechenden zeitlichen Abstand vom ersten Schallimpuls ausgesandt wird, wobei ferner zu jedem Schallimpuls eine Kippspannung zur laufzeitabhängigen Darstellung der Echos erzeugt wird, zur Durchführung dieses Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das erste zu einem Sendeimpuls einlangende, von der Oberfläche des Objektes bzw. der zu untersuchenden Zone stammende Echo zur Auslösung des nächsten Sendeimpulses und des gleichzeitigen Kippvorganges (Zeilenkippgenerator) verwendet wird.
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nun jedoch gemäss der Erfindung Ts = Tv gewählt, so decken sich die durch Mehrfachreflexion entstehenden Mehrfachechos exakt mit den zugehörigen reellen Echos der untersuchten Struktur der nachfolgenden Impulsserie.
Die Mehrfachechos werden demnach, obgleich sie nach wie vor entstehen, mit den ihnen zugehörigen reellen Echos zur Deckung gebracht und sie sind somit nicht mehr sichtbar. Im Rahmen der Erfindung wird der Angleich Ts = Tv am exaktesten erreicht durch Triggerung eines Sendeimpulses durch das erste Echo (Haut- oder Folienecho) der vorhergehenden Echoserie. Damit ergibt sich eine technisch besonders einfache Realisierung von Zeitmesseinrichtung und Stellglied, die sich in besonders vorteilhafter Wiese einsetzten lässt, wenn Vorlaufstrecken unterschiedlicher Länge bzw. flexible Vorlaufstrecken (Wassergefäss mit Folienabschluss) Verwendung finden.
In diesem Fall ergibt sich mit einfachsten technischen Mitteln und besonders rasch ein automatischer Angleich der Folgezeit Ts der Sendeimpulse an die sich auf Grund unterschiedlicher Wölbung bei Anlage am Untersuchungsobjekt laufend ändernde Vorlaufstrecke.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnungen. Es zeigen : Fig. l den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines Ultraschall-Sende/Empfangssystems mit Vorlaufstrecke für ein Ultraschalluntersuchungsgerät nach der Erfindung, Fig. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschalluntersuchungsgerätes im Prinzipschaltbild mit einem Ultraschall- - Sende/Empfangssystem gemäss Fig. 1 sowie einer Kathodenstrahlröhre als Abbildungsvorrichtung für die Echoimpulse, und Fig. 3 ein Diagramm der mit dem Gerät nach der Fig. 2 einstellbaren Folge von Sende- und Echoimpulsen.
Beim Applikator der Fig. 1 handelt es sich um einen sogenannten Rotationsscanner, der zwei Ultraschallwandlerelemente --1 und 2-- (oder auch mehr) umfasst, die mittels Drehträger --3-- in der Brennachse --4-- eines zylindrischen Parbolreflektors --5-- um die Brennachse drehbar angeordnet sind. Die Wandler --1 und 2-- erzeugen jeweils im aktivierten Zustand einen Ultraschallstrahl aus Ultraschallimpulsen, die in Richtung auf den Reflektor --5-- abgesendet und von diesem über eine Ankoppelwasserstrecke-6-mit ultraschalldurchlässiger Membranfolge-7-in das zu untersuchende Objekt reflektiert werden. Das Objekt besteht im vorliegenden Fall beispielsweise aus einem mütterlichen Bauch mit der Bauchdecke --8-- und dem Uterus --9--, in dem sich z. B. ein Fötus (nicht dargestellt) befindet.
Bei rascher Rotation des Ultraschallkopfes --1 bis 3-- ta- stet auf Grund der Reflexionseigenschaften des Reflektors --5-- der Ultraschallstrahl --US-- des jeweils aktivierten Ultraschallwandlers-l oder 2-- das Objekt (Bauch der Schwangeren) in zueinander parallelen Zeilen ab. Die aus jeder Ultraschallabtastzeile stammenden Echoimpulse, die von dem als Sender und Empfänger arbeitenden gerade aktiven Ultraschallwandler --1 oder 2-empan- gen werden, werden schliesslich in entsprechender zeilenweiser Form auf dem Bildschirm einer Oszillographenröhre abgebildet. Es ergibt sich somit das erwünschte Ultraschall-Echo-Schnittbild des Objektes.
Im Prinzipschaltbild der Fig. 2 ist der Schallkopf des Sende/Empfangssytems der Fig. 1 lediglich schematisch mit-1, 2--angedeutet. Ein Hochfrequenzoszillator zur Speisung des jeweiligen
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Wandlers ist mit --10-- und ein erster Hochfrequenzempfänger für die Echosignale mit --11-- bezeichnet. Die Echosignale des ersten Empfängers --11-- werden über eine Helligkeitsmoduliereinrichtung --12-- der bereits erwähnten Oszillographenröhre --13-- zur Helligkeitsmodulation zugeleitet.
Zum Aufbau des Zeilenrasters dienen ein Zeilenkippgenerator --14-- in Verbindung mit der Vertikalablenkspule --15-- und ein Bildkippgenerator --16-- in Verbindung mit der Horizontalablenkspu- le --17-- der Oszillographenröhre --13--. Der Bildkippgenerator --16-- erzeugt seine Bildkippspannung in zeitlicher Synchronität mit der Drehbewegung des Trägers --3-- für die Wandlerelemente --1 und 2-- durch einen Drehantrieb --18--. Die Steuerung des Zeilenkippgenerators --14-- erfolgt hingegen in Abhängigkeit von Triggersignalen einer Triggerstufe --19--, beispielsweise monostabile Kippstufe, über eine Triggerleitung --20--.
Die Triggerstufe --19-- wieder wird im Takt des Anfallens des jeweils ersten Echoimpulses eines Sendeimpulses über einen zweiten Echoimpulsempfänger - für dieses Echo nebst Torschaltung --22-- für den Durchlass nur dieses Echos zur Trigger- stufe --19-- angestossen. Die Triggerstufe --19-- triggert mit ihren Ausgangssignalen neben dem Zeilenkippgenerator --14-- der Oszillographenröhre --13-- auch den Hochfrequenzoszillator --10-für die Ultraschall-Sendeimpulse. Des weiteren steuert die Triggerstufe --19-- auch die Lage der Toröffnungszeit des Tores --22-- bezüglich eines zu erwartenden ersten Echoimpulses. Die Steuerung erfolgt dabei über zwei monostabile Kippstufe-23 und 24--.
Die erste monostabile Kippstufe - erzeugt mit jedem Triggerimpuls der Triggerstufe --19-- einen Ausgangsimpuls mit der Dauer der Vorlaufzeit Tv. Die Endflanke dieses Ausgangsimpulses stösst wieder die zweite monostabile Kippstufe --24-- an, die mit der Dauer ihres Ausgangsimpulses die Öffnungszeit des Tores --22-festlegt. Zur Erzeugung amplitudennormierter Echoimpulse am Eingang der Triggerstufe --19-- dient eine Amplitudenregeleinrichtung für den Empfangsverstärker --21--, die im vorliegenden Fall einen Differenzverstärker --25-- in einem Verstärkungsrückkoppelkreis des Empfangsverstärkers --21-- umfasst.
Der Differenzverstärker --25-- regelt mit seinem Ausgangssignal den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers --21-- so lange, bis die Ausgangssignale dieses Verstärkers amplitudenmässig mit am Differenzverstärker --25-- angelegten Spannungssollwert U soll entsprechen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind zur Aufzeichnung sämtlicher Echosignale einerseits und zum Empfang lediglich des eigentlichen Triggerechos anderseits je ein separater Empfangsverstärker --11 bzw.
21-- vorgesehen. Es entspricht der Selbstverständlichkeit, dass für beide Ableitvorgänge aber auch nur ein einziger gemeinsamer Empfangsverstärker vorgesehen zu werden braucht. In diesem Fall erfolgt Regelnormierung sowohl für Triggerechos als auch für sämtliche sonstige am Oszillographenbildschirm darzustellende Grenzechos.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 ergibt sich in Verbindung
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der bei der vorgegebenen Konfiguration aus der gesamten Untersuchungstiefe beispielsweise die dargestellten drei Echoimpulse einer Echoimpulszeile E, erzeugt. Das erste Echo TE, (Triggerecho) ist das Folienecho der Folienmembrane --7-- bzw. das Oberflächenecho an der Körperoberfläche
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dass sich Mehrfachechos auf Grund dieses Impulses ausbilden können. Da die Vorlaufzeit Tv die doppelte Laufzeit eines Sendeimpulses zum Eingang des Untersuchungsobjektes beträgt, fallen diese Mehrfachechos ME, zwar amplitudengeschwächt aber dennoch deutlich sichtbar am Ende der doppelten Vorlaufzeit 2 Tv an.
Bei üblicher Geräteausführung würden nun diese Mehrfachechos ME, als nicht reelle Echos, d. h. als Störechos, im Echosichtbild auf dem Bildschirm der Oszillographenröhre - erscheinen und somit durch ihr Erscheinen unter Umständen Anlass zu Fehldiagnosen geben. Gemäss der Erfindung triggert nun jedoch das jeweils erste Echo eines Sendeimpulses den nächstfolgenden Sendeimpuls, d. h. die Impulsfolgezeit Ts zweier aufeinanderfolgender Sendeimpulse wird jeweils auf die Vorlaufzeit eingestellt.
Es ergibt sich damit der in Fig. 3 dargestellte Fall, dass also das erste Echo TE, des Sendeimpulses S, unmittelbar den Sendeimpuls S : : auslöst (bzw. TE den Sendeimpuls Ss usw.). Da die aus diesem Sendeimpuls Sa resultierenden reellen Echos Ea aus dem Untersuchungsgebiet wieder um die Vorlaufzeit Tv zeitverschoben auftreten, ergibt sich exakte Überdeckung mit den Mehrfachechos ME, des ersten Sendeimpulses S,. Damit werden also Mehrfach-
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echos eines Sendeimpulses durch reelle Echos des nächstfolgenden Sendeimpulses immer überdeckt, so dass sie als nicht reelle Störechos separat im Echosichtbild nicht mehr sichtbar werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die Echos eines Sendeimpulses, wie in Fig. 3 deutlich dargestellt, immer in der Vorlaufzeit des nächstfolgenden Sendeimpulses. Damit ergibt sich hohe Zeilensowie auch Bildfrequenz ohne Störeinfluss von Mehrfachechos auf die Sichtbilddarstellung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Untersuchen von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, wobei zwischen dem Schallkopf od. dgl. und dem Objekt oder der zu untersuchenden Zone des Objektes eine zumindest bei der gewählten Empfindlichkeit echofreie Strecke liegt, in der die Schalllaufzeit gleich oder grösser ist als im Objekt bzw. der zu untersuchenden Zone und vor der Rückkehr der zu einem ausgesandten Schallimpuls in der untersuchten Zone entstehenden Echos zum Schallkopf od.
dgl. wenigstens ein weiterer Schallimpuls in einem zumindest der Schallaufzeit in der untersuchten Zone entsprechenden zeitlichen Abstand vom ersten Schallimpuls ausgesandt wird, wobei ferner zu jedem Schallimpuls eine Kippspannung zur laufzeitabhängigen Darstellung der Echos erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das erste zu einem Sendeimpuls einlangende, von der Oberfläche des Objektes bzw. der zu untersuchenden Zone stammende Echo zur Auslösung des nächsten Sendeimpulses und des gleichzeitigen Kippvorganges verwendet wird.
2. Gerät zum Untersuchen von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, wobei zwischen dem Schallkopf od. dgl. und dem Objekt oder der zu untersuchenden Zone des Objektes eine zumindest bei der gewählten Empfindlichkeit des Empfangsverstärkers echofreie Strecke liegt, in der die Schallaufzeit gleich oder grösst ist als im Objekt bzw. der zu untersuchenden Zone und vor der Rückkehr der zu einem ausgesandten Schallimpuls in der untersuchten Zone entstehenden Echos zum Schallkopf od. dgl. wenigstens ein weiterer Schallimpuls in einem zumindest der Schalllaufzeit in der untersuchten Zone entsprechenden zeitlichen Abstand vom ersten Schallimpuls ausgesandt wird, wobei ferner zu jedem Schallimpuls eine Kippspannung zur laufzeitabhängigen Dar-