Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abtastumsetzer mit einem digitalen Bildspeicher zur Speicherung von Bildsignalen, die mit einem ersten Abtastverfahren gewonnen werden, und zur Abgabe dieser Signale in einer Reihenfolge, die die Wiedergabe der in den Bildsignalen enthaltenen Information mit einem zweiten, von dem ersten verschiedenen Abtastverfahren ermöglicht.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen zwischen einem Ultraschall-Gerät und einem Fernsehempfänger einzuschaltenden digitalen Abtastumsetzer, der die Wiedergabe der mit dem Ultraschall-Gerät gewonnenen Bildinformation durch einen Fernsehempfänger ermöglicht.
In den letzten Jahren haben die Ultraschallbildverfahren, die auf dem Prinzip der Impulslaufzeitmessung beruhen, immer mehr an Bedeutung in der klinischen Diagnostik gewonnen. Die Schnittbilder, die sich mit diesem Verfahren vom Inneren des menschlichen Körpers herstellen lassen, können massstab getreu Konturen und Strukturen von Gewebeschichtungen und Organen sowie deren Veränderungen zeigen. Es liegt jedoch ein Bedürfnis nach einer nimmerfreien Realzeitdarstellung grösseren Formats (z. B. auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers) der mit einem Ultraschall-Diagnostikgerät gewonnenen Bildinformation vor. Mit einer solchen Darstellung könnte man Bewegungen im Inneren des menschlichen Körpers, z. B.
Bewegungen eines Fötus im Mutterleib, kontinuierlich verfolgen, auch wenn die Bildfolgefrequenz der mit dem Ultraschall-Diagnostikgerät gewonnenen Bildinformation niedrig wäre.
Zur Darstellung von Ultraschallbildern mit einem Fernsehempfänger ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Schieberegister als Bildspeicher verwendet wird (amerikanische Patentschrift Nr. 3 856 985). Dabei werden zuerst sämtliche Bildsignale zur Darstellung eines Ultraschallbildes in dem Schieberegister gespeichert. Zur Wiedergabe des Ultraschallbildes wird das Schieberegister als Umlaufspeicher betrieben, wobei die gespeicherten Bildsignale über einen Zwischenspeicher zum Fernsehempfänger übertragen werden.
Die Verwendung der bekannten Anordnung als Abtastumsetzer ist sehr beschränkt, da die Bildsignale im Prinzip nur in der gleichen Reihenfolge gelesen werden können, in der sie geschrieben wurden. Die bekannte Anordnung ist daher z. B. ungeeignet, bei der Darstellung von Ultraschallbildern mitzuwirken, die mit den sogenannten Sector- bzw. Compoundscan gewonnen werden.
Ausserdem kann die bekannte Vorrichtung keine Realzeitdarstellung von Bewegungen ermöglichen, da mit ihr lediglich einzelne, statische Ultraschallbilder dargestellt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Abtastumsetzer zu schaffen, mit dem eine flimmerfreie Realzeitdarstellung grösseren Formats der mit einem Ultraschall Gerät gewonnenen Bildinformation und dadurch eine kontinuierliche Darstellung von Bewegungen möglich ist, und zwar auch dann, wenn die Bildfolgefrequenz der gewonnenen Bildinformation niedrig ist, wobei ein beliebiges Ultraschall-Abtastverfahren verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Abtastumsetzer der eingangs beschriebenen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bildspeicher einen adressierbaren Schreib-Lese-Speicher enthält.
Der erfindungsgemässe Abtastumsetzer erfüllt alle in der obigen Aufgabestellung gestellten Forderungen vollständig.
Ausserdem ist er relativ billig, da die verwendeten Schreib Lese-Speicher eine relativ lange Zugriffszeit besitzen können.
Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Gewinnung von Ultraschallbildern, bei dem ein erfindungsgemässer Abtastumsetzer 4 verwendet wird,
Fig. 2 ein Blockschaltbild des Bildspeichers 16 in Fig. 1, Fig. 3 ein Blockschaltbild der digitalen Steuerschaltung 15 in Fig. 1,
Fig. 3a Diagramme der Phasenverhältnisse zwischen verschiedenen Taktimpulsen der Steuerschaltung 15,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines mit einem sogenannten Sector-scan untersuchten Querschnitts 93,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Unterteilung des in Fig. 1 gezeigten Querschnitts 93 in Flächenelementen 95,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Speicherzellen 95' einer Speicherebene 97 des in Fig.
1 und 2 gezeigten Schreib-Lese-Speichers -17,
Fig. 7a-7c eine schematische Darstellung eines mit dem erfindungsgemässen Abtastumsetzer erzielten geometrischen Verhältnisses zwischen Linien des Querschnitts 93, ihrer Darstellung in der Speicherebene 97 und ihrer Wiedergabe 98 mit einem Fernsehempfänger,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Unterteilung des mit dem Fernsehempfänger 14 wiederzugebenden Ultraschallbildes 98 in Bildelementen 95",
Fig. 9a-9d eine schematische Darstellung der Schreib- und Lesevorgänge beim Schreib-Lese-Speicher 17 in Fig. 1 und 2,
Fig. 10 eine schematische Darstellung von Taktimpulsfolgen 33, die von der Steuerschaltung 15 in Fig. 1 zur Erzeugung von Bildzeilen im Fernsehempfänger abgegeben werden,
Fig. 11 eine andere Ausführungsform des Bildspeichers 16 in Fig. 1,
Fig.
12 eine Variante der Anordnung gemäss Fig. 11.
Im Blockschaltbild nach Fig. 1 bedeuten 4 den Abtastumsetzer, 5 ein Untersuchungsobjekt, in der Folge Patient genannt, 6 einen Ultraschall-Sende/Empfang-Wandler, 11 ein Ultraschall-Diagnostikgerät, 12 einen Analog-Digital-Umsetzer, 13 einen Digital-Analog-Umsetzer und 14 einen Fernsehempfänger. Zum Abtastumsetzer 3 gehören eine digitale Steuerschaltung 15 und ein Bildspeicher 16, der einen Schreib Lese-Speicher 17 und einen Zwischenspeicher 18 enthält. Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist wie folgt:
Zur Erzeugung von Ultraschall-Schnittbildern werden mit dem Ultraschall-Wandler 6 fortlaufend kurze Ultraschallimpulse in den Körper eines zu untersuchenden Patienten eingestrahlt und die von Grenzflächen reflektierten Echoimpulse zeitlich nacheinander aufgefangen. Das Ultraschall Diagnostikgerät 11 wandelt diese Echoimpulse in analoge Bildsignale 19 um.
Diese Bildsignale werden dem Dateneingang des Schreib-Lese-Speichers 17 über den Analog-Digital Umsetzer 12 zugeführt. Für jedes Bildsignal 19 gibt das Ultraschall-Diagnostikgerät 11 Positionssignale 25, 26 ab, die der geometischen Lage der jeweiligen Reflexionsstelle entsprechen. Die Steuerschaltung 15 steuert das Schreiben der vom Analog-Digital-Umsetzer 12 abgegebenen Signale 21 in den Schreib-Lese-Speicher 17, die Übertragung des Inhalts des Schreib-Lese-Speichers zum Zwischenspeicher 18, die Übertragung des Inhalts des Zwischenspeichers zum Fernsehempfänger 14 und die Wiedergabe dieses übertragenen Inhalts auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers.
Die Steuerschaltung 15 steuert abwechselnd das Schreiben eines Bildsignals 21 in eine Speicherzelle des Schreib-Lese Speichers 17 und die Übertragung des Inhalts 22 einer anderen Speicherzelle des Schreib-Lese-Speichers zum Zwischenspeicher 18, wobei von einem Vorgang (Schreiben bzw. Lesen) zum anderen (Lesen bzw. Schreiben) mit der Frequenz eines Taktsignals 54 von 2 MHz gewechselt wird. Die Steuerschaltung 15 gibt dem Schreib-Lese-Speicher 17 die jeweilige Schreib- oder Leseadresse 28, 29 und Steuerimpulse 31 von 1 MHz ab, die das Schreiben bzw. Lesen steuern.
Die Steuerschaltung 15 gibt dem Zwischenspeicher 18 Taktimpulse 32 und Taktimpulsfolgen 33 ab. Die Taktimpulse 32 haben die gleiche Frequenz wie die Steuerimpulse 31 und werden kontinuierlich abgegeben. Jeder Taktimpuls 32 wirkt mit einem Steuerimpuls 31 zusammen, um die Übertragung des Inhalts einer Speicherzelle des Schreib-Lese-Speichers 17 zum Zwischenspeicher 18 zu bewirken. Die Taktimpulsfolgen 33 steuern das Lesen des Inhalts des Zwischenspeichers 18.
Mit jeder Taktimpulsfolge wird der Inhalt einer bestimmten Anzahl Speicherzellen des Zwischenspeichers gelesen. Diese Anzahl ist gleich der Anzahl Bildelemente einer Bildzeile der auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers darzustellenden Bildinformation. Um eine massstabsgetreue Darstellung dieser Bildinformation zu ermöglichen, werden in der Steuerschaltung die Dauer jeder Taktimpulsfolge sowie die Frequenz der in ihr enthaltenen Impulse der geometrischen Lage der jeweils darzustellenden Bildzeile selbsttätig angepasst.
Die aus dem Zwischenspeicher 18 gelesenen Signal 23 werden gleichzeitig dem Fernsehempfänger über den Digital Analog-Umsetzer 13 zugeführt. Zur Steuerung der Wiedergabe der Bildinformation gibt die Steuerschaltung 15 dem Fernsehempfänger 14 Synchronisier- und Austastsignale 35 ab. Die Bildsignale 24 und die Austast- und Synchronisiersignale 35 werden normalerweise miteinander kombiniert, bevor sie zum Fernsehempfänger zugeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Bildspeichers 16 (siehe Fig. 1) mit einer bevorzugten Ausführungsform des Zwischenspeichers 18. Dieser enthält zwei umschaltbare Schieberegister 61, 62. In jedem von diesen werden die Bildsignale für eine ganze Bildzeile der auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers darzustellenden Bildinformation gespeichert. Die Umschaltung der Schieberegister 61, 62 wird mittels Schalter 64-68 durchgeführt, die durch einen Umschalter 63 gesteuert werden. Dieser Umschalter wird durch Impulse 34 gesteuert, die in der Steuerschaltung 15 zur Synchronisierung der Bildzeilen im Fernsehempfänger 14 erzeugt werden.
Die Wirkungsweise des Zwischenspeichers ist wie folgt:
Mit der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Schalter 64-68 werden die aus dem Schreib-Lese-Speicher 17 gelesenen Signale 22 in das durch die Taktimpulse 32 getaktete Schieberegister 61 geschrieben, bis in diesem Schieberegister die Signale für eine ganze Bildzeile der Fernsehwiedergabe gespeichert worden sind. Darauf erfolgt die Umschaltung der Schalter 64-68. Die folgenden Signale 22 werden nun in das durch die Taktimpulse 32 getaktete Schieberegister 62 geschrieben, bis die Signale für die nächste Bildzeile darin gespeichert worden sind. Während die Signale 22 in das Schieberegister 62 geschrieben werden, gibt das durch eine Taktimpulsfolge 33 getaktete Schieberegister 61 die in ihm gespeicherten Signale über eine Leitung 23 dem Digital-Analog Umsetzer 13 ab.
Das Schreiben der Signale 22 in die Schieberegister 61 oder 62 erfolgt synchron mit dem Lesen der Signale 22 aus dem Schreib-Lese-Speicher. Die Dauer der den Schieberegistern zugeführten Taktimpulsfolgen 33 ist stets kürzer als die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umschaltungen der Schalter 64-68, so dass der Lesevorgang aus einem Schieberegister beendet wird, bevor der Schreibvorgang in den anderen abgeschlossen ist.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der digitalen Steuerschaltung 15 in Fig. 1. In diesem Blockschaltbild bedeuten 41 einen Schreibadressen-Rechner, 42 einen Leseadressen-Generator, 43 einen Schreib-Lese-Umschalter, 46 einen Taktgeber, der die Taktimpulsfolgen 33 zur Steuerung des Lesens aus dem Zwischenspeicher 18 (siehe Fig. 2) abgibt, 48 einen Signalgenerator, der die Synchronisier- und Austastsignale für den Fernsehempfänger 14 und die Impulse 34 zur Steuerung des Umschalters 63 des Zwischenspeichers 18 (siehe Fig. 2) erzeugt, 52 einen 1-MHz-Taktgeber und 53 einen zentralen 2-HMz-Taktgeber. Zum Leseadressen-Generator 42 gehören ein Spaltenzähler und ein Zeilenzähler 51. Die Wirkungsweise der digitalen Steuerschaltung ist wie folgt:
Die von dem Ultraschall-Diagnostikgerät 11 abgegebenen Positionssignale 25, 26 werden dem Schreibadressen-Rechner 41 zugeführt.
Dieser gibt die Schreibadresse 55, 56 für jedes Bildsignal ab, das im Schreib-Lese-Speicher geschrieben wird.
Der Leseadressen-Generator 42 wird kontinuierlich durch 1-MHz-Taktimpulse 36 vom Taktgeber 52 getaktet und gibt jeweils die Adresse 57, 58 (Spalte und Zeile) einer Speicherzelle des Schreib-Lese-Speichers ab, deren Inhalt gelesen wird. Zur Erzeugung der Leseadressen wird im Leseadressen Generator 42 der Spaltenzähler 49 mit den 1-MHz-Taktimpulsen 36 vom Taktgeber 52 getaktet, um die jeweilige Spalte 57 einer Leseadresse abzugeben. Der Zeilenzähler 51 wird durch das Ausgangssignal 57 des Spaltenzählers gesteuert, um die jeweilige Zeile 58 einer Leseadresse abzugeben. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, mit einem Multiplikator 59 die Zeilenangabe 58 mit einer Massstabskonstane Ks zu multiplizieren.
Der durch 2-MHz-Taktimpulse 54 des zentralen Taktgebers 53 kontinuierlich gesteuerte Schreib-Lese-Umschalter 43 schaltet die Schalter 44, 45 mit einer Frequenz von 2 MHz um. Durch diese Frequenz der Umschaltungen werden aufeinanderfolgende Schreib- und Leseperioden von jeweils O,S,us definiert. In zeitlicher Übereinstimmung mit diesen Perioden steuert der Schreib-Lese-Umschalter 43 den Write- enable -Eingang (WE) des Schreib-Lese-Speichers 17 mit 1-MHz-Impulsen 31.
Der Generator 48 wird durch Ausgangssignale 57,37,36 der Spalten- 49 und Zeilenzähier 51 und des Taktgebers 52 gesteuert, um die Synchronisier- und Austastsignale für den Fernsehempfänger zu erzeugen und sie über die Leitung 35 abzugeben. Zur Steuerung des Umschalters 63 des Zwischenspeichers 18 gibt der Generator 48 die Impulse 34 ab, die synchron mit den Zeilensynchronisierimpulsen für den Fernsehempfänger sind.
Der Taktgeber 46 wird durch Ausgangssignale 58, 39 des Zeilenzählers 51 bzw. des Generators 48 gesteuert, um die Taktimpulsfolgen 33 zu erzeugen, mit denen das Lesen aus den Schieberegistern 61, 62 im Zwischenspeicher 18 (siehe Fig. 2) gesteuert wird. Die Dauer der abgegebenen Taktimpulsfolgen und die Frequenz der Impulse werden im Taktgeber 46 in Funktion der geometischen Lage der zu lesenden Bildimformation selbsttätig geändert.
Der 1-MHz-Taktgeber 52 wird durch Taktimpulse 38 des zentralen 2-MHz-Taktgebers 53 gesteuert. Der Taktgeber 52 gibt dem Zwischenspeicher 18 (siehe Fig. 2) die 1-MHz-Taktimpulse 32 ab, mit denen das Schreiben in die Schieberegister 61, 62 gesteuert wird. Der Taktgeber 52 gibt dem Ultraschall Diagnostikgerät 11 1-MHz-Taktimpulse 27 zur Herstellung der erforderlichen Phasenverhältuisse zwischen den Sendeund Empfangsintervallen und der Signalverarbeitung im Abtastumsetzer 4 ab. Ausserdem gibt der Taktgeber 52 dem Ultraschall-Diagnostikgerät 11 1-MHz-Taktimpulse 30 zur Ableitung der Positionssignale 25, 26 ab.
Fig. 3a zeigt die Phasenverhältnisse zwischen den verschiedenen Taktimpulsen und Signalen im Abtastumsetzer 4. Die vom zentralen Taktgeber 53 abgegebenen Taktimpulse 38, 54 haben eine Periode von 0,5,uns (f= 2 MHz). Die Abfallflanken der Impulse 54 steuern den Umschalter 43, der die Schreib-Lese-Umschaltung an den Adresseneingängen des Schreib-Lese-Speichers 17 bewirkt. In Fig. 3a sind die Schreibund Leseintervalle des Schreib-Lese-Speichers 17 mit W bzw. R bezeichnet. Die vom Taktgeber 52 abgegebenen 1-MHz-Taktimpulse 30 steuern einen im Ultraschall-Diagnostikgerät 11 enthaltenen Zähler, der ein Positionssignal, z. B. die Entfernung r einer Reflexionsstelle, abgibt. Die Steuerung dieses Zählers wird jeweils mit der Abfallflanke 161 der Taktimpulse 30 durchgeführt.
Diese Abfallflanke muss zeitlich innerhalb einer Leseperiode R liegen, da die Positionssignale und die durch sie definierten Schreibadressen 55, 56 innerhalb der Schreibintervalle W unverändert bleiben müssen. Während jeder Schreibperiode W muss ebenfalls das dem Schreib-Lese Speicher 17 jeweils zugeführte Bildsignal 21 unverändert bleiben. In Fig. 3a wird dies durch die Schraffierung angedeutet.
Die Bildsignale 22 werden aus dem Schreib-Lese-Speicher 17 jeweils gegen den Endteil eines Leseintenalls R gelesen. Wie in Fig. 3a mit einer entsprechenden Schraffierung angedeutet, bleiben die Signale 22 während dieses Endteils von jedem Leseintervall unverändert. Die Abfallflanke 162 der Taktimpulse 32, die das Schreiben der Signale 22 in die Schieberegister 61, 62 steuern, müssen daher innerhalb dieses Endteils von jedem Leseintenall R liegen. Der Spaltenzähler 49 des Leseadressen-Generators 42 (siehe Fig. 3) wird durch die Abfallflanken 163 der Taktimpulse 36 gesteuert. Diese Abfallflanken müssen innerhalb der Schreibintervalle W liegen, da die Leseadressen während der Leseintenalle R unver ändert bleiben müssen.
Die Bildsignale 19, die vom Ultraschall-Diagnostikgerät 11 abgegeben werden, können mit einem beliebigen Abtastverfahren gewonnen werden. Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Untersuchung eines trapezförmigen Querschnitts 93 des Körpers eines Patienten mit einem sogenannten Sector-scan. Der Querschnitt befindet sich in der durch die zueinander senkrechten Geraden X-X' und Y-Y' definierten Abtastebene 92. Zur Durchführung der Abtastung wird der Ultraschallwandler 6 in der Abtastebene um eine zu ihr senkrechte Achse M-M' gedreht. Die Seiten ad und bc des Querschnitts 93 sind durch die Winkel a1 und a2 bestimmt, die die maximale Drehung des Ultraschallwandlers auf jede Seite der Gerade Y-Y' definieren.
Für die Vereinfachung der Erläute rund sei es hier angenommen, dass a1 =a2. Die Seiten ab und dc des trapezförmigen Querschnitts liegen parallel zur Geraden X¯X', und ihre Lage wird durch ihre Entfernung s bzw. s + h vom Ultraschallwandler 6 definiert. Diese Definition der Lage der Seiten ab und dc des Querschnitts wird durch eine geeignete Selektion der reflektierten Ultraschallwellen nach ihren Laufzeiten erzielt.
Der Querschnitt 93 wird mit dem Ultraschall-Wandler 6 spaltenweise abgetastet. Die Bildsignale sämtlicher Flächenelemente einer Spalte werden empfangen, bevor der Ultraschallstrahl zur Bestrahlung der nächsten Spalte gedreht wird.
Wie nachstehend erläutert, ermöglicht der Abtastumsetzer 4 eine massstabsgetreue Realzeitdarstellung des Querschnitts 93 auf dem Bildschirm eines Fernsehempfängers.
Zur Erläuterung der Signalverarbeitung im Abtastumsetzer 3 ist es zweckmässig, den Querschnitt 93 als eine Zusammensetzung von Flächenelementen 95 zu betrachten, die in A Spalten und B Zeilen geordnet sind. Eine solche Unterteilung des Querschnitts 93 wird in Fig. 5 gezeigt. Die aus jedem Flächenelement abgeleitete Bildinformation ist durch seine Lage im Koordinatensystem Xp¯Yp und durch das ihm zugehörige Bildsignal definiert.
Im Koordinatensystem Xp¯Yp ist die Position eines Flächenelements durch Xp sina (1)
Yp =rcosz-s gegeben, worin: r = die Entfernung des Flächenelements vom
Ultraschall-Wandler 6, a = der Winkel zwischen dem auf die Spalte Xp gerichteten
Ultraschallstrahl und der Achse Yp und -s = die Ordinate des Drehzentrums Z des Ultraschall
Wandlers 6.
Die Anzahl Flächenelemente, die zur Darstellung der Bildinformation auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers berücksichtigt werden können, ist durch die Kapazität des Schreib-Lese-Speichers 17 gegeben.
Die mit dem Abtastumsetzer 4 erzielte Wiedergabe 98 der Bildinformation ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Diese Wiedergabe setzt sich aus Bildelementen 95" zusammen, die wie die Flächenelemente 95 des Querschnitts in A Spalten und B Zeilen geordnet sind. Um eine solche Wiedergabe zu ermöglichen, besitzt der Bildspeicher 16 in seiner einfachsten Ausführungsform einen Schreib-Lese-Speicher 17 mit A x B Speicherzellen, die ebenfalls in A Spalten und B Zeilen angeordnet sind. Wie es unten noch erläutert wird, ist mit nur einem Schreib-Lese-Speicher die Anzahl A der Spalten der Wiedergabe 98 durch die Zugriffszeit des verwendeten Schreib Lese-Speichers beschränkt. Die erforderliche Anzahl B der Zeilen von Speicherzellen ist durch die Anzahl der erwünschten Bildzeilen der Wiedergabe 98 bestimmt. Diese Anzahl Zeilen lässt sich ohne weiteres erreichen.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Speicherzellen des Schreib-Lese-Speichers 17. In der Folge wird diese Anordnung von Speicherzellen eine Speicherebene 97 genannt.
Die Adresse jeder Speicherzelle ist durch ihre Koordinaten Xm, Ym definiert. Das Bildsignal von einem Flächenelement 95 wird in einer diesem entsprechenden Speicherzelle 95' der Speicherebene 97 geschrieben.
Die Schreibadresse für jedes Bildsignal wird im Schreibadressen-Rechner 41 der Steuerschaltung 15 (siehe Fig. 3) wie folgt erreichnet:
EMI3.1
worin K1 und K2 Massstabskonstanten sind.
Der Schreibadressen-Rechner 41 erhält die Werte von a und r als Positionssignale 25, 26 vom Ultraschall-Diagnostikgerät 11. Wenn man die Bildsignale mit einem Compound-scan gewinnt, muss der Rechner 41 selbstverständlich zusätzliche Parameter erhalten, um die jeweilige Schreibadresse Xm, Ym zu errechnen. Bei Verwendung eines Sector-scans zur Gewinnung der Bildsignale ist es auch möglich, die Schreibadressen so zu definieren, das die Bildsignale in einer Speicherebene der gleichen Form wie der des darzustellenden Querschnitts gespeichert werden. Beim vorliegenden Beispiel könnte man also die Bildsignale in eine trapezförmige anstelle der recht eckigen Speicherebene 97 schreiben. Dies führt zu einer Vereinfachung der Übertragung der Bildsignale zum Fernseh- empfänger.
Fig. 7a und 7b zeigen das durch die Definition der Schreibadressen gemäss den Gleichungen (2) festgelegte Verhältnis zwischen der Lage der Flächenelemente des Querschnitts 93 und der Lage der Speicherzellen, in denen die den Flächenelementen entsprechenden Bildsignale geschrieben werden.
Die Bildsignale von einer Zeile U-V von Flächenelementen werden in einer Zeile U'-V' von Speicherzellen geschrieben.
Dies wird durch Ym = K2 Yp bestimmt. Die Bildsignale von einer radialen Spalte E-F von Flächenelementen werden in einer vertikalen Spalte E'-F' von Speicherzellen geschrieben.
Dies wird durch Xm = K1 tga bestimmt.
Da die Anzahl der Flächenelemente 95 gleich der Anzahl Speicherzellen 95' der Speicherebene 97 ist, kann man im Schreib-Lese-Speicher- 17 Bildsignale von sämtlichen Flächenelementen 95 schreiben.
Die massstabsgetreue Wiedergabe 98 (siehe Fig. 8) des Querschnitts 93 auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers 14 wird durch eine geeignete Verarbeitung der aus dem Bildspeicher 16 gelesenen Bildsignale erzielt. Die Wiedergabe des Querschnitts setzt sich aus Bildelementen 95" zusammen, die je ein Flächenelement 95 in der gleichen geometrischen Lage darstellen. Die Leuchtintensität jedes Bildelements wird durch das entsprechende, im Bildspeicher 16 geschriebene Bildsignal bestimmt. Wenn man die Position jedes Bildelements 95" im Koordinatinatensystem Xd-YcI wie folgt definiert:
EMI4.1
worin K3 und K4 zusätzliche Massstabskonstanten sind, genügt es, die Konstanten K1, K2, K3 und K4 wie folgt zu wählen:
EMI4.2
zu erzielen.
Die weichungen (5) drücken die erzielte geometrische Übereinstimmung zwischen der Wiedergabe 98 und dem abgetasteten Querschnitt 93 aus.
Die Erzeugung der Bildelemente an den durch die Gleichungen (5) definierten Stellen wird durch das oben beschriebene Lesen der Bildsignale aus dem Zwischenspeicher 18 und durch eine entsprechende Steuerung des Fernsehempfängers mit Austast- und Synchronisiersignalen erzielt.
Fig. 7b und 7c zeigen das durch die Gleichungen (5) definierte geometrische Verhältnis zwischen der Lage der Speicherzellen 95' der Speicherebene 97 und der Lage der Bildelemente 95" der Wiedergabe 98 des Querschnitts 93. Die Bildsignale zur Bildung einer Bildzeile U"-V" der Wiedergabe 98 werden aus einer Zeile U'-V' von Speicherzellen der Speicherebene 97 gelesen. Die Bildsignale für eine radiale Spalte E"-F" von Bildelementen der Wiedergabe 98 werden aus einer vertikalen Spalte E'-F' von Speicherzellen der Speicherebene 97 gelesen.
Zusammenfassend ist es aus Fig. 7a-7c ersichtlich, dass:
1. die Bildsignale von einer Zeile U-V des Querschnitts 93 in einer Zeile U'-V' der Speicherebene 97 gespeichert und aus dieser gelesen werden, um eine Bildzeile U"-V" der Wiedergabe 98 zu bilden, die die Zeile U-V des Querschnitts 93 massstabsgetreu darstellt,
2. die Bildsignale von einer radialen Spalte E-F des Querschnitts 93 in einer vertikalen Spalte E'-F' der Speicherebene 97 gespeichert werden, die in der Wiedergabe 98 als eine radiale Spalte von Bildelementen wiedergegeben wird, die die Spalte E-F des Querschnitts 93 massstabsgetreu darstellt, und
3.
die Bildsignale von einem Kreisbogen P-Q des Querschnitts 93 in einer Linie P'-Q' der Speicherebene 97 gespeichert werden, die in der Wiedergabe 98 als ein Kreisbogen von von Bildelementen wiedergegeben wird, der den Kreisbogen P-Q des Querschnitts 93 massstabsgetreu darstellt.
Die Schreib- und Lesevorgänge beim Schreib-Lese-Speicher 17 werden zunächst anhand der Fig. 9a-9d näher erläutert. In der Fig. 9a bedeuten 3 eine abgetastete Spalte des Querschnitts 93 und 121 und 122 zwei aufeinanderfolgende horizontale Zeilen des Querschnitts. Die dem Dateneingang des Schreib Lese-Speichers zugeführten Bildsignale, die den Flächenelementen entlang der Spalte 3 entsprechen, werden in Speicherzellen der Spalte 3' der Speicherebene 97 geschrieben, während der Inhalt der Speicherzellen entlang der Zeile 121' bzw.
122' gelesen wird. Wie oben bereits erwähnt, wird abwechselnd in kurzen aufeinanderfolgenden Intervallen geschrieben und gelesen In Fig. 9d wird eine Teilaufzeichnung der Schreibund Lesevorgänge gezeigt. In dieser Figur werden die Schreibund Leseintenalle mit W bzw. R bezeichnet. Auf Zeilen C und L werden jeweils die Spalte (C) und die Zeile (L) der Adresse der Speicherzelle angegeben, in die geschrieben bzw.
aus der gelesen wird. Wie aus der Markierung der Zeitachse t ersichtlich, dauern die Schreib- oder Leseintenalle je 0,5,uns, was der Umschaltfrequenz von 2 MHz entspricht. Die in diesem Beispiel gezeigten Schreibadressen gehen von Spalte/ Zeile: 3/127 bis 3/136, während die Leseadressen von Spalte/ Zeile: 59/121 bis 3/122 gehen. Im Beispiel gemäss Fig. 9d hat der Schreib-Lese-Speicher 64 Spalten, so dass, nachdem der Inhalt der Zelle auf Zeile 121, Spalte 64, gelesen worden ist, die Schieberegister 61, 62 umgeschaltet werden, und das Lesen der Zeile 122 fängt auf Spalte 1 an. In Fig. 9c wird die Wiedergabe 121", 122" der Zeilen 121, 122 gezeigt. Der Rücklauf 101' des Elektronstrahls im Fernsehempfänger entspricht dem in Fig. 9b gezeigten Übergang 101 zum Lesen der nächsten Zeile.
Fig. 10 zeigt einige der vom Taktgeber 46 der Steuerschaltung 15 abgegebenen Taktimpulsfolgen 33. Um das trapezförmige Format des Querschnitts wiederzugeben, müssen die Taktimpulsfolgen wie in Fig. 10 skizziert sein. Die Taktimpulsfolge 147 für die erste Bildzeile 142 muss eine Verzögerung zItz gegenüber dem Synchronisiersignal 145 aufweisen, das vom Signalgenerator 48 zur Synchronisierung der Bildzeilen jede 64 #s abgegeben wird. Die Dauer # t4der Impulsfolge 147 ist durch die entsprechende Länge der ersten Bildzeile 142 bestimmt. Die Taktimpulsfolge 149 für die letzte Bildzeile muss eine Verzögerung < 3t2 gegenüber dem Synchronisiersignal 145 aufweisen. Die Dauer t5 der Impulsfolge 149 ist durch die Länge der letzten Bildzeile bestimmt.
Die Verzöge rung # t5und die Dauer # tD der Taktimpulsfolgen 148 für die anderen Bildzeilen 144 werden auf ähnliche Weise be stimmt. Im vorliegenden Fall sind # t5und # tn eine lineare Funktion der Position der entsprechenden Bildzeile. Beim vor liegenden Ausführungsbeispiel hat man # t4 4 #s 25,us und #t5 es = 50,as verwendet.
Um die Wirkungsweise des Bildspeichers 16 zuerst auf einfache Weise zu erläutern, ist oben der Bildspeicher gemäss Fig. 2 beschrieben worden, der einen Schreib-Lese-Speicher 17 und einen Zwischenspeicher 18 enthält. Der Anzahl von Spalten des Querschnitts 93, die mit dieser Anordnung dargestellt werden können, ist durch die Zugriffszeit des Schreib-Lese Speichers 17 eine Grenze gesetzt. Da aus dem Schreib-Lese Speicher nur ein Bildsignal pro 1 #s gelesen werden kann (siehe Fig. 9d) und da die meisten Fernsehempfänger mit einer Zeilendauer von 64#s arbeiten, kann man mit einem Bildspeicher mit einer Speicherebene einem Querschnitt mit nur 64 Spalten auf dem Bildschirm des Fernsehempfängers darstellen. Um eine höhere Anzahl Spalten darstellen zu können, hat sich die Anordnung gemäss Fig. 11 als vorteilhaft erwiesen.
In dieser Anordnung werden 4 Schreib-Lese-Speicher 72-75 und 4 Zwischenspeicher 76-79 der in Fig. 2 gezeigten Art verwendet. Auch in dieser Anordnung wird aus jedem der Schreib-Lese-Speicher 72-75 nur ein Bildsignal pro 1 #s gelesen. Dennoch ermöglicht der Bildspeicher gemäss Fig. 11 einem Querschnitt 93 mit 4 x 64=256 Spalten darzustellen.
Dies wird einerseits durch die Verwendung eines Verteilers 71, mit dem die eingehenden Bildsignale 21 den Schreib-Lese Speichern spaltenweise übertragen werden, anderseits durch eine geeignete Gruppierung der aus den Zwischenspeichern 75-78 gelesenen Bildsignale mit einem Parallel-Serie-Umsetzer 81 erzielt. Bei dieser Anordnung enthält die Schreibadresse für jedes Bildsignal drei Angaben: die Speicherebene Se (einen von den 4 Schreib-Lese-Speichern 72-75), die Spalte Xm und die Zeile Ym. Der Verteiler 71 wird über eine Leitung 151 durch die Steuerschaltung 15 gesteuert. Die Bildsignale werden gleichzeitig aus allen vier Schreib-Lese-Speichern 72-75 und jeweils aus Speicherzellen mit der gleichen Adresse gelesen. Diese einfache Durchführung des Lesens aus den Schreib Lese-Speichern ist durch die oben beschriebene Definition der Schreibadressen ermöglicht.
Eine interessante Variante der Anordnung gemäss 11 wird in Fig. 12 gezeigt. In diese Variante werden die aus den Schreib Lese-Speichern 72-75 gelesenen Signale einem Schieberegister 83 über einen Parallel-Serie-Umsetzer 82 zugeführt. Um das gleiche Ausgangssignal 23 der Anordnung gemäss Fig 11 erzeugen zu können, hat in dieser Variante das Schieberegister 83 eine viermal grössere Kapazität als eines der Schieberegister 7679 und wird viermal schneller gelesen.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Abtastumsetzers können wie folgt erläutert werden. Es ist nun möglich geworden, eine Realzeitdarstellung von Ultraschallbildern durchzuführen, was eine kontinuierliche Beobachtung von Bewegungen im Inneren des menschlichen Körpers ermöglicht.
Zur Herstellung des Bildspeichers kann man Schreib-Lese Speicher mit einer relativ langen Zugriffszeit (ca. 0,5,uns) verwenden, was die Herstellung des Abtastumsetzers verbilligt.
Da die Schreib- und Lesevorgänge weitgehend unabhängig voneinander durchgeführt werden, kann man einerseits ein beliebiges Ultraschall-Abtastverfahren zur Gewinnung der Bildsignale verwenden, anderseits das Format der Wiedergabe des Ultraschallbildes auf dem Bildschirm eines Heim-Fernsehempfängers (durch eine geeignete Steuerung des Lesens der Bildzeilen aus dem Zwischenspeicher) so gestalten, dass eine massstabsgetreue Darstellung erzielt wird. Die Form des Wiedergabeformats kann im übrigen auch von der Form des darzustellenden Querschnitts abweichen. Es ist auch möglich, das Schreiben der dem Bildspeicher zugeführten Bildsignale zu unterbrechen, um die bereits gespeicherte Bildinformation durch kontinuierliches Lesen aus dem Bildspeicher als ein statisches Bild über eine beliebig lange Zeit zu beobachten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sie die Wiedergabe der Ultraschallbilder mit grösserem Format mittels eines gewöhnlichen Heim-Femsehempfängers ermöglicht.
PATENTANSPRUCH 1
Abtastumsetzer mit einem digitalen Bildspeicher zur Speicherung von Bildsignalen, die mit einem ersten Abtastverfahren gewonnen werden, und zur Abgabe dieser Signale in einer Reihenfolge, welche die Wiedergabe der in den Bildsignalen enthaltenen Information mit einem zweiten, von dem ersten verschiedenen Abtastverfahren ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildspeicher (4) einen adressierbaren Schreib-Lese-Speicher (17) enthält.
UNTERANSPRÜCHE
1. Abtastumsetzer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine digitale Steuerschaltung (15) enthält, die abwechselnd das Schreiben eines Bildsignals in eine Speicherzelle des Schreib-Lese-Speichers (17) und die Übertra gung des Inhalts einer anderen Speicherzelle des Schreib-Lese Speichers zu einem diesem nachgeschalteten Zwischenspeicher (18) steuert, wobei vom einen Vorgang, z. B. Schreiben bzw.
Lesen. zum anderen, z. B. Lesen bzw. Schreiben, mit der Frequenz eines hochfrequenten Taktsignals (54) gewechselt wird.
2. Abtastumsetzer nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (18) zwei umschaltbare Schieberegister (61, 62) enthält, wobei jeweils das eine mit dem Schreib-Lese-Speicher (17) und das andere mit dem Ausgang (23) des Bildspeichers (16) verbunden ist.
3. Abtastumsetzer nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (15) einen Taktgeber (46) zur Steuerung des Lesens des Inhalts des Zwischenspeichers (18) enthält, welcher Taktgeber Taktimpulsfolgen abgibt (148), wobei die Dauer jeder Taktimpulsfolge sowie die Frequenz der mit ihr abgegebenen Impulse in Funktion der geometrischen Lage der Bildinformation in dem gemäss dem ersten Abtastverfahren gelesenen Bild selbsttätig im Taktgeber geändert wird.
4. Abtastumsetzer nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Verteiler (71) zur Verteilung der seriell empfangenen Bildsignale an mehrere Schreib-Lese Speicher (72¯75), denen je ein Zwischenspeicher (76-79) nachgeschaltet ist, und einen mit den Ausgängen der Zwischenspeicher verbundenen Parallel-Serie-Umsetzer (81) enthält.
PATENTANSPRUCH II
Verwendung des Abtastumsetzers nach Patentanspruch 1 zur Darstellung der mit einem Ultraschallgerät (6, 11) gewonnenen Bildinformation.
UNTERANSPRÜCHE
5. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildinformation mit einem Fernsehempfänger (14) wiedergegeben wird.
6. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallgerät ein Ultraschall-Diagnostikgerät ist.
7. Verwendung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildinformation mit einem zweidimensionalen Abtastverfahren gewonnen wird.
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The present invention relates to a scanning converter with a digital image memory for storing image signals obtained with a first scanning method and for outputting these signals in a sequence that enables the reproduction of the information contained in the image signals with a second scanning method different from the first enables.
The invention relates in particular to a digital scan converter to be connected between an ultrasound device and a television receiver, which enables the image information obtained with the ultrasound device to be reproduced by a television receiver.
In recent years, ultrasound imaging methods based on the principle of pulse time-of-flight measurement have become more and more important in clinical diagnostics. The sectional images that can be produced with this process of the inside of the human body can show true-to-scale contours and structures of tissue layers and organs as well as their changes. However, there is a need for a never-free real-time display in larger format (e.g. on the screen of a television receiver) of the image information obtained with an ultrasound diagnostic device. Such a representation could make movements inside the human body, e.g. B.
Continuously track movements of a fetus in the womb, even if the frame rate of the image information obtained with the ultrasound diagnostic device were low.
An arrangement is known for displaying ultrasound images with a television receiver in which a shift register is used as an image memory (American patent specification No. 3,856,985). First of all, all image signals for displaying an ultrasound image are stored in the shift register. To reproduce the ultrasound image, the shift register is operated as a circulating memory, the stored image signals being transmitted to the television receiver via an intermediate memory.
The use of the known arrangement as a scan converter is very limited, since the image signals can in principle only be read in the same order in which they were written. The known arrangement is therefore z. B. unsuitable to participate in the display of ultrasound images that are obtained with the so-called sector or compound scan.
In addition, the known device cannot enable real-time display of movements, since it can only be used to display individual, static ultrasound images.
The invention is therefore based on the object of creating a scanning converter with which a flicker-free real-time display of the image information obtained with an ultrasound device in a larger format and thereby a continuous display of movements is possible, even if the frame rate of the image information obtained is low any ultrasonic scanning method can be used.
According to the invention, this object is achieved by a scan converter of the type described at the outset, which is characterized in that the image memory contains an addressable read-write memory.
The scanning converter according to the invention completely fulfills all of the requirements set out in the above task.
In addition, it is relatively cheap, since the read / write memories used can have a relatively long access time.
Some exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:
1 shows a block diagram of an arrangement for obtaining ultrasound images, in which a scanning converter 4 according to the invention is used,
FIG. 2 is a block diagram of the image memory 16 in FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of the digital control circuit 15 in FIG. 1,
3a shows diagrams of the phase relationships between different clock pulses of the control circuit 15,
4 shows a schematic representation of a cross section 93 examined with a so-called sector scan,
FIG. 5 shows a schematic illustration of a subdivision of the cross section 93 shown in FIG. 1 into surface elements 95,
FIG. 6 shows a schematic illustration of the memory cells 95 ′ of a memory plane 97 of the in FIG.
1 and 2 read-write memory -17 shown,
7a-7c show a schematic representation of a geometric relationship between lines of cross-section 93, their representation in the memory level 97 and their reproduction 98 with a television receiver, achieved with the scanning converter according to the invention,
8 shows a schematic representation of a subdivision of the ultrasound image 98 to be reproduced with the television receiver 14 into picture elements 95 ″,
9a-9d show a schematic representation of the write and read processes in the read / write memory 17 in FIGS. 1 and 2,
10 shows a schematic representation of clock pulse trains 33 which are emitted by the control circuit 15 in FIG. 1 for generating picture lines in the television receiver,
11 shows another embodiment of the image memory 16 in FIG. 1,
Fig.
12 a variant of the arrangement according to FIG.
In the block diagram of FIG. 1, 4 is the scanning converter, 5 is an examination subject, hereinafter referred to as a patient, 6 is an ultrasonic transmitting / receiving converter, 11 is an ultrasonic diagnostic device, 12 is an analog-to-digital converter, 13 is a digital-to-analogue Converter and 14 a television receiver. A digital control circuit 15 and an image memory 16, which contains a read-write memory 17 and an intermediate memory 18, belong to the scan converter 3. The mode of operation of the arrangement shown in Fig. 1 is as follows:
To generate ultrasonic cross-sectional images, short ultrasonic pulses are continuously radiated into the body of a patient to be examined with the ultrasonic transducer 6 and the echo pulses reflected from the interfaces are intercepted one after the other. The ultrasound diagnostic device 11 converts these echo pulses into analog image signals 19.
These image signals are fed to the data input of the read / write memory 17 via the analog-digital converter 12. For each image signal 19, the ultrasound diagnostic device 11 emits position signals 25, 26 which correspond to the geometric position of the respective reflection point. The control circuit 15 controls the writing of the signals 21 output by the analog-digital converter 12 into the read-write memory 17, the transmission of the contents of the read-write memory to the buffer 18, the transmission of the contents of the buffer to the television receiver 14 and the reproduction of this transmitted content on the television receiver screen.
The control circuit 15 controls alternately the writing of an image signal 21 in a memory cell of the read / write memory 17 and the transfer of the content 22 of another memory cell of the read / write memory to the intermediate memory 18, from one process (writing or reading) to the other (Reading or writing) is changed at the frequency of a clock signal 54 of 2 MHz. The control circuit 15 sends the read-write memory 17 the respective write or read address 28, 29 and control pulses 31 of 1 MHz, which control the writing and reading.
The control circuit 15 outputs clock pulses 32 and clock pulse sequences 33 to the buffer memory 18. The clock pulses 32 have the same frequency as the control pulses 31 and are continuously emitted. Each clock pulse 32 interacts with a control pulse 31 in order to effect the transfer of the contents of a memory cell of the read / write memory 17 to the buffer memory 18. The clock pulse trains 33 control the reading of the contents of the buffer 18.
With each clock pulse sequence, the content of a certain number of memory cells in the buffer is read. This number is equal to the number of picture elements of a picture line of the picture information to be displayed on the screen of the television receiver. In order to enable this image information to be displayed true to scale, the duration of each clock pulse sequence and the frequency of the pulses it contains are automatically adapted to the geometric position of the respective image line to be displayed in the control circuit.
The signals 23 read from the buffer 18 are simultaneously fed to the television receiver via the digital-to-analog converter 13. To control the reproduction of the image information, the control circuit 15 emits synchronization and blanking signals 35 to the television receiver 14. The image signals 24 and the blanking and synchronizing signals 35 are normally combined with one another before being fed to the television receiver.
2 shows a block diagram of the image memory 16 (see FIG. 1) with a preferred embodiment of the intermediate memory 18. This contains two switchable shift registers 61, 62. In each of these, the image signals for an entire image line are to be displayed on the screen of the television receiver Image information saved. The shift registers 61, 62 are switched over by means of switches 64-68 which are controlled by a switch 63. This changeover switch is controlled by pulses 34 which are generated in the control circuit 15 for synchronizing the picture lines in the television receiver 14.
The mode of operation of the buffer is as follows:
With the position of the switches 64-68 shown in FIG. 2, the signals 22 read from the read / write memory 17 are written into the shift register 61 clocked by the clock pulses 32 until the signals for an entire picture line of the television display are stored in this shift register have been. Switches 64-68 are then switched over. The following signals 22 are now written into the shift register 62 clocked by the clock pulses 32 until the signals for the next image line have been stored therein. While the signals 22 are being written into the shift register 62, the shift register 61, which is clocked by a clock pulse train 33, outputs the signals stored in it to the digital-to-analog converter 13 via a line 23.
The writing of the signals 22 into the shift register 61 or 62 takes place synchronously with the reading of the signals 22 from the read-write memory. The duration of the clock pulse sequences 33 supplied to the shift registers is always shorter than the time between two successive switchings of the switches 64-68, so that the reading process from one shift register is terminated before the writing process into the other is completed.
Fig. 3 shows a block diagram of the digital control circuit 15 in Fig. 1. In this block diagram, 41 denotes a write address calculator, 42 a read address generator, 43 a read-write switch, 46 a clock generator, which the clock pulse trains 33 for controlling the Reading from the buffer 18 (see FIG. 2), 48 a signal generator which generates the synchronization and blanking signals for the television receiver 14 and the pulses 34 for controlling the switch 63 of the buffer 18 (see FIG. 2), 52 a 1 -MHz clock and 53 a central 2-HMz clock. A column counter and a line counter 51 belong to the read address generator 42. The operation of the digital control circuit is as follows:
The position signals 25, 26 emitted by the ultrasound diagnostic device 11 are supplied to the write address computer 41.
This outputs the write address 55, 56 for each image signal that is written in the read / write memory.
The read address generator 42 is continuously clocked by 1 MHz clock pulses 36 from the clock generator 52 and outputs the address 57, 58 (column and row) of a memory cell of the read-write memory, the content of which is read. To generate the read addresses, the column counter 49 in the read address generator 42 is clocked with the 1 MHz clock pulses 36 from the clock generator 52 in order to output the respective column 57 of a read address. The line counter 51 is controlled by the output signal 57 of the column counter in order to output the respective line 58 of a read address. In some cases it can be advantageous to use a multiplier 59 to multiply the line item 58 by a scale constant Ks.
The read / write changeover switch 43, continuously controlled by 2 MHz clock pulses 54 from the central clock generator 53, switches the switches 44, 45 at a frequency of 2 MHz. This switching frequency defines successive write and read periods of O, S, µs. The read / write switch 43 controls the write enable input (WE) of the read / write memory 17 with 1 MHz pulses 31 in correspondence with these periods.
The generator 48 is controlled by output signals 57, 37, 36 of the column 49 and row counters 51 and the clock generator 52 in order to generate the synchronization and blanking signals for the television receiver and to output them via the line 35. To control the switch 63 of the buffer 18, the generator 48 emits the pulses 34 which are synchronous with the line synchronization pulses for the television receiver.
The clock generator 46 is controlled by output signals 58, 39 of the line counter 51 and the generator 48 in order to generate the clock pulse trains 33 with which the reading from the shift registers 61, 62 in the buffer memory 18 (see FIG. 2) is controlled. The duration of the emitted clock pulse sequences and the frequency of the pulses are automatically changed in the clock generator 46 as a function of the geometric position of the image information to be read.
The 1 MHz clock generator 52 is controlled by clock pulses 38 from the central 2 MHz clock generator 53. The clock generator 52 outputs the 1 MHz clock pulses 32 to the buffer memory 18 (see FIG. 2), with which the writing in the shift registers 61, 62 is controlled. The clock generator 52 sends 1 MHz clock pulses 27 to the ultrasound diagnostic device 11 to produce the necessary phase relationships between the transmission and reception intervals and the signal processing in the scanning converter 4. In addition, the clock generator 52 emits 1 MHz clock pulses 30 to the ultrasonic diagnostic device 11 for deriving the position signals 25, 26.
3a shows the phase relationships between the various clock pulses and signals in the sampling converter 4. The clock pulses 38, 54 emitted by the central clock generator 53 have a period of 0.5 us (f = 2 MHz). The falling edges of the pulses 54 control the changeover switch 43, which effects the write / read switchover at the address inputs of the read / write memory 17. In FIG. 3a, the read and write intervals of the read / write memory 17 are denoted by W and R, respectively. The 1 MHz clock pulses 30 emitted by the clock generator 52 control a counter contained in the ultrasonic diagnostic device 11, which generates a position signal, e.g. B. the distance r to a reflection point gives. This counter is controlled with the falling edge 161 of the clock pulses 30.
This falling edge must be within a read period R, since the position signals and the write addresses 55, 56 defined by them must remain unchanged within the write intervals W. During each write period W, the image signal 21 supplied to the read / write memory 17 must likewise remain unchanged. In Fig. 3a this is indicated by the hatching.
The image signals 22 are read from the read / write memory 17 towards the end part of a reading interval R, respectively. As indicated in Fig. 3a with a corresponding hatching, the signals 22 remain unchanged during this end part of each reading interval. The falling edge 162 of the clock pulses 32, which control the writing of the signals 22 into the shift registers 61, 62, must therefore lie within this end part of each read interval R. The column counter 49 of the read address generator 42 (see FIG. 3) is controlled by the falling edges 163 of the clock pulses 36. These falling edges must lie within the write intervals W, since the read addresses must remain unchanged during the read intervals.
The image signals 19 that are emitted by the ultrasonic diagnostic device 11 can be obtained with any scanning method. 4 shows a schematic illustration of the examination of a trapezoidal cross section 93 of the body of a patient with a so-called sector scan. The cross section is located in the scanning plane 92 defined by the straight lines X-X 'and Y-Y' perpendicular to one another. To carry out the scanning, the ultrasonic transducer 6 is rotated in the scanning plane about an axis M-M 'perpendicular to it. The sides ad and bc of the cross section 93 are determined by the angles a1 and a2 which define the maximum rotation of the ultrasonic transducer on each side of the straight line Y-Y '.
To simplify the explanations, it is assumed here that a1 = a2. The sides ab and dc of the trapezoidal cross-section are parallel to the straight line X¯X ', and their position is defined by their distance s and s + h from the ultrasonic transducer 6. This definition of the position of the sides ab and dc of the cross section is achieved by a suitable selection of the reflected ultrasonic waves according to their transit times.
The cross section 93 is scanned column by column with the ultrasonic transducer 6. The image signals of all surface elements of a column are received before the ultrasonic beam is rotated to irradiate the next column.
As explained below, the scan converter 4 enables a true-to-scale real-time representation of the cross-section 93 on the screen of a television receiver.
To explain the signal processing in the scanning converter 3, it is expedient to consider the cross section 93 as a composition of surface elements 95 which are arranged in A columns and B rows. Such a subdivision of the cross section 93 is shown in FIG. The image information derived from each surface element is defined by its position in the coordinate system Xp¯Yp and by the image signal associated with it.
In the coordinate system Xp¯Yp the position of a surface element is given by Xp sina (1)
Yp = rcosz-s, where: r = the distance of the surface element from the
Ultrasonic transducer 6, a = the angle between that directed onto the column Xp
Ultrasonic beam and the axis Yp and -s = the ordinate of the center of rotation Z of the ultrasound
Converter 6.
The number of surface elements that can be taken into account for displaying the image information on the screen of the television receiver is given by the capacity of the read / write memory 17.
The reproduction 98 of the image information achieved with the scan converter 4 is shown schematically in FIG. This display is made up of picture elements 95 ″ which, like the surface elements 95 of the cross section, are arranged in A columns and B rows. In order to enable such display, the image memory 16 has a read / write memory 17 with A in its simplest embodiment x B memory cells, which are also arranged in A columns and B rows As will be explained below, with only one read / write memory, the number A of columns of the display 98 is limited by the access time of the read / write memory used. The required number B of rows of memory cells is determined by the number of desired image lines of the display 98. This number of lines can be achieved without further ado.
6 shows a schematic illustration of the memory cells of the read / write memory 17. This arrangement of memory cells is called a memory plane 97 in the following.
The address of each memory cell is defined by its coordinates Xm, Ym. The image signal from a surface element 95 is written in a memory cell 95 ′ of the memory plane 97 corresponding to it.
The write address for each image signal is reached in the write address calculator 41 of the control circuit 15 (see FIG. 3) as follows:
EMI3.1
where K1 and K2 are scale constants.
The write address computer 41 receives the values of a and r as position signals 25, 26 from the ultrasonic diagnostic device 11. If the image signals are obtained with a compound scan, the computer 41 must of course receive additional parameters in order to set the respective write address Xm, Ym to calculate. When using a sector scan to obtain the image signals, it is also possible to define the write addresses in such a way that the image signals are stored in a memory plane of the same shape as that of the cross-section to be displayed. In the present example, the image signals could therefore be written in a trapezoid instead of the rectangular memory plane 97. This leads to a simplification of the transmission of the image signals to the television receiver.
7a and 7b show the relationship between the position of the surface elements of the cross section 93 and the position of the memory cells in which the image signals corresponding to the surface elements are written, determined by the definition of the write addresses in accordance with equations (2).
The image signals from a row U-V of surface elements are written in a row U'-V 'of memory cells.
This is determined by Ym = K2 Yp. The image signals from a radial column E-F of area elements are written in a vertical column E'-F 'of memory cells.
This is determined by Xm = K1 tga.
Since the number of surface elements 95 is equal to the number of memory cells 95 'in the memory plane 97, image signals from all surface elements 95 can be written in the read / write memory 17.
The true-to-scale reproduction 98 (see FIG. 8) of the cross-section 93 on the screen of the television receiver 14 is achieved by suitable processing of the image signals read from the image memory 16. The reproduction of the cross-section is composed of picture elements 95 ″, each representing a surface element 95 in the same geometric position. The luminous intensity of each picture element is determined by the corresponding image signal written in the image memory 16. If one considers the position of each picture element 95 ″ in the coordinate system Xd-YcI defined as follows:
EMI4.1
Where K3 and K4 are additional scale constants, it is sufficient to choose the constants K1, K2, K3 and K4 as follows:
EMI4.2
to achieve.
The deviations (5) express the geometric correspondence achieved between the reproduction 98 and the scanned cross-section 93.
The generation of the picture elements at the locations defined by equations (5) is achieved by reading the picture signals from the buffer memory 18 as described above and by correspondingly controlling the television receiver with blanking and synchronizing signals.
7b and 7c show the geometrical relationship, defined by equations (5), between the position of the memory cells 95 'of the memory plane 97 and the position of the picture elements 95 "of the display 98 of the cross section 93. The image signals for forming an image line U" -V "of the display 98 are read from a row U'-V 'of memory cells of the memory array 97. The image signals for a radial column E" -F "of picture elements of the display 98 are read from a vertical column E'-F' of memory cells of the memory array 97 read.
In summary, it can be seen from Fig. 7a-7c that:
1. the image signals from a line UV of the cross section 93 are stored in a line U'-V 'of the memory plane 97 and read from this in order to form an image line U "-V" of the display 98 which contains the line UV of the cross section 93 true to scale
2. The image signals from a radial column EF of cross-section 93 are stored in a vertical column E'-F 'of memory plane 97, which is displayed in display 98 as a radial column of picture elements which column EF of cross-section 93 shows to scale , and
3.
the image signals from a circular arc P-Q of the cross section 93 are stored in a line P'-Q 'of the memory plane 97, which is reproduced in the display 98 as a circular arc of picture elements, which represents the circular arc P-Q of the cross section 93 to scale.
The writing and reading processes in the read / write memory 17 are first explained in more detail with reference to FIGS. 9a-9d. In Fig. 9a, 3 denotes a scanned column of cross section 93 and 121 and 122 two successive horizontal lines of cross section. The image signals fed to the data input of the read / write memory, which correspond to the surface elements along column 3, are written to memory cells in column 3 'of memory plane 97, while the content of the memory cells along row 121' or
122 'is read. As already mentioned above, writing and reading are carried out alternately at short successive intervals. FIG. 9d shows a partial recording of the writing and reading processes. In this figure, the write and read contents are all denoted by W and R, respectively. On rows C and L, the column (C) and row (L) of the address of the memory cell are specified in which they are written or written.
from which is read. As can be seen from the marking of the time axis t, the write or read intervals each last 0.5 us, which corresponds to the switching frequency of 2 MHz. The write addresses shown in this example go from column / line: 3/127 to 3/136, while the read addresses from column / line: 59/121 to 3/122. In the example according to FIG. 9d, the read / write memory has 64 columns, so that after the content of the cell on row 121, column 64 has been read, the shift registers 61, 62 are switched and reading of row 122 begins on column 1. In Fig. 9c the display 121 ", 122" of the lines 121, 122 is shown. The return 101 'of the electron beam in the television receiver corresponds to the transition 101 shown in FIG. 9b for reading the next line.
10 shows some of the clock pulse sequences 33 emitted by the clock generator 46 of the control circuit 15. In order to reproduce the trapezoidal format of the cross section, the clock pulse sequences must be sketched as in FIG. The clock pulse sequence 147 for the first image line 142 must have a delay currently compared to the synchronization signal 145, which is emitted by the signal generator 48 for synchronizing the image lines every 64 #s. The duration # t4 of the pulse train 147 is determined by the corresponding length of the first image line 142. The clock pulse train 149 for the last image line must have a delay of <3t2 with respect to the synchronization signal 145. The duration t5 of the pulse train 149 is determined by the length of the last image line.
The delay # t5 and the duration # tD of the clock pulse trains 148 for the other image lines 144 are determined in a similar manner. In the present case, # t5 and # tn are a linear function of the position of the corresponding image line. In the present exemplary embodiment, # t4 4 #s 25, us and # t5 es = 50, as were used.
In order to first explain the mode of operation of the image memory 16 in a simple manner, the image memory according to FIG. 2, which contains a read / write memory 17 and an intermediate memory 18, has been described above. The number of columns of the cross section 93 that can be represented with this arrangement is limited by the access time of the read / write memory 17. Since only one image signal per 1 #s can be read from the read / write memory (see Fig. 9d) and since most television receivers work with a line duration of 64 # s, you can use an image memory with one memory level with a cross section of only 64 Display columns on the television receiver screen. In order to be able to display a higher number of columns, the arrangement according to FIG. 11 has proven to be advantageous.
In this arrangement 4 read-write memories 72-75 and 4 intermediate memories 76-79 of the type shown in FIG. 2 are used. In this arrangement too, only one image signal per 1 #s is read from each of the random access memories 72-75. Nevertheless, the image memory according to FIG. 11 enables a cross section 93 to be represented with 4 × 64 = 256 columns.
This is achieved on the one hand by using a distributor 71 with which the incoming image signals 21 are transferred to the read / write memories column by column, and on the other hand by suitable grouping of the image signals read from the buffers 75-78 with a parallel-to-serial converter 81. In this arrangement, the write address for each image signal contains three items of information: the memory level Se (one of the 4 read / write memories 72-75), the column Xm and the row Ym. The distributor 71 is controlled by the control circuit 15 via a line 151. The image signals are read simultaneously from all four read / write memories 72-75 and in each case from memory cells with the same address. This simple implementation of reading from the read / write memories is made possible by the definition of the write addresses described above.
An interesting variant of the arrangement according to FIG. 11 is shown in FIG. In this variant, the signals read from the read / write memories 72-75 are fed to a shift register 83 via a parallel-to-series converter 82. In order to be able to generate the same output signal 23 of the arrangement according to FIG. 11, in this variant the shift register 83 has a capacity four times greater than that of one of the shift registers 7679 and is read four times faster.
The advantages of the scanning converter according to the invention can be explained as follows. It has now become possible to perform real-time display of ultrasound images, which enables continuous observation of movements inside the human body.
Read / write memories with a relatively long access time (approx. 0.5, us) can be used to produce the image memory, which makes the production of the scan converter cheaper.
Since the writing and reading processes are carried out largely independently of one another, any ultrasound scanning method can be used to obtain the image signals on the one hand, and the format of the reproduction of the ultrasound image on the screen of a home television receiver (through suitable control of reading the image lines on the other hand) the buffer) so that a true-to-scale representation is achieved. The shape of the display format can also differ from the shape of the cross section to be displayed. It is also possible to interrupt the writing of the image signals fed to the image memory in order to observe the image information already stored by continuously reading it from the image memory as a static image over any length of time.
Another advantage of the invention can be seen in the fact that it enables the reproduction of the ultrasound images in a larger format by means of a conventional home television receiver.
PATENT CLAIM 1
Scanning converter with a digital image memory for storing image signals which are obtained with a first scanning method and for outputting these signals in a sequence which enables the information contained in the image signals to be reproduced with a second scanning method different from the first, characterized in that, that the image memory (4) contains an addressable read-write memory (17).
SUBCLAIMS
1. Scanning converter according to claim 1, characterized in that it contains a digital control circuit (15) which alternately writes an image signal in a memory cell of the read-write memory (17) and transmits the content of another memory cell of the write Read memory to this downstream buffer (18) controls, whereby from a process, for. B. Writing or
Read. on the other, e.g. B. reading or writing, is changed at the frequency of a high-frequency clock signal (54).
2. Scanning converter according to dependent claim 1, characterized in that the intermediate memory (18) contains two switchable shift registers (61, 62), one with the read-write memory (17) and the other with the output (23) of the Image memory (16) is connected.
3. Sampling converter according to dependent claim 1, characterized in that the control circuit (15) contains a clock (46) for controlling the reading of the contents of the buffer (18), which clock emits clock pulse sequences (148), the duration of each clock pulse sequence and the frequency the pulses emitted with it are automatically changed in the clock generator as a function of the geometric position of the image information in the image read according to the first scanning method.
4. Scan converter according to dependent claim 1, characterized in that it has a distributor (71) for distributing the serially received image signals to a plurality of read / write memories (72¯75), each of which is followed by a buffer (76-79), and one with the outputs of the latches connected parallel-to-series converters (81).
PATENT CLAIM II
Use of the scanning converter according to claim 1 for displaying the image information obtained with an ultrasound device (6, 11).
SUBCLAIMS
5. Use according to claim II, characterized in that the image information is reproduced with a television receiver (14).
6. Use according to claim II, characterized in that the ultrasound device is an ultrasound diagnostic device.
7. Use according to dependent claim 6, characterized in that the image information is obtained with a two-dimensional scanning method.
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