CN85107190A - 超声波复合图象的实时显示 - Google Patents

Abstract

产生身体的复合超声波截面图的方法和设备。在该方法中通过脉冲回波法在一个扫描平面内逐线地实现多个部分重叠的身体扫描，从而产生与所接收的回波对应的数字形式图象信号。为了实时显示复合截面图，每一扫描产生的一组图象信号被存入一个分立的数字存储单元，至少某些存储的图象信号组被即时相互结合以便产生与一个复合实时截面图对应的一组新的图象信号。该组新图象信号被即时送入电视监视器，以便显示该复合实时截面图。

Description

本发明涉及一种产生身体的复合超声波截面图象的方法。在该方法中，通过采用脉冲-回波法，在一个扫描平面内对身体逐线进行多个部分重叠的扫描，从而产生与所接收的回波相对应的数字形式时图象信号。

本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的超声波成象系统，以及一种可用在该系统之中的图象信号处理单元。

已知有一种上述类型的方法（见D.P.Shattuck和O.T.UomRamm所著的“超声波成象”ultrasonic    Imaging1982年第4期，93-107页）。该方法由一个采用超声换能器同相阵列的系统来实现并由一个中央控制单元所控制。该换能器阵列以快速序列进行多个部分重叠的扇形扫描。其结果即为人们所知的实时复合扫描。每一扇形扫描区所产生的超声波截面图显示在通过一个回波信号接收器与换能器阵列相连接的示波器上。用这种方法，确实只需将多个扇形扫描区所产生的图象进行叠加便可在示波器的荧光屏上产生一个实时复合画面，但是这一画面的质量极差以致无法进行可靠的医学诊断。出现这种极差的画面质量主要是由于复合画面点亮度有波动。它们的亮度是随时间以及它们在画面上的位置而变化。图象点的亮度随时间而出现的波动是因为扇形扫描是依次进行的。出现局部亮度波动是由于部分重叠的扇形扫描有叠加。为了产生具有良好质量的复合图象，在这一已知的方法中，示波器所显示的每一画面均由一个摄象机进行摄象，并且最初存储在一个录象机中。为了产生一个复合画面，将连续存储的图象中四个图象的图象信号相互结合。这是在一个与录象机相连接的计算机中进行的，在该计算机中，对于每一个复合图象点产生一个图象信号，该图象信号对应于由单独的扇形扫描所产生的图象的相应图象信号的平均值。由计算机产生的用于复合画面的图象信号也由录象机所存储并按照要求显示在一个电视监视器的屏幕上。这一已知方法和系统的一个严重的缺点在于它不能进行复合图象的实时显示，因此不能实时显示运动。

因此，本发明的目的在于提供一种上述类型的方法，一个用于执行这一方法的超声波成象系统，以及一个适用于此目的的图象信号处理单元，以便得以进行具有良好画面质量的复合超声波截面图的实时显示。

根据本发明，这一目的是通过采用一种上述类型的方法而得以实现的，该方法的特征在于：

（a）由每一扫描产生的一组图象信号存储在一个单独的数字存储单元中，

（b）至少所存储的图象信号组中的某些组被即时相互结合，以产生与一个复合实时截面图相对应的新的一组图象信号，和

（c）该新的一组图象信号被即时送入电视监视器以便在其上显示出复合实时截面图。

本发明还涉及用于产生身体的超声波截面图的一个超声波成象系统。利用该系统能够对身体进行多个部分重叠的扫描，该扫描是通过脉冲回波法在一个扫描平面内逐线进行的，以便以数字形式产生与所接收的回波相对应的图象信号。该系统包括一个超声波扫描器，一个与其相连的收发两用单元，一个电视监视器，一个换能器连接器系统，以及一个与收发两用单元、换能器连接器系统和电视监视器相连接的控制单元。根据本发明的成象系统特征在于具有：

（a）一个图象信号处理单元，该图象信号处理单元连接在收发两用单元和电视监视器之间，以产生身体的复合实时截面图象，所述单元包括以下装置：

（b）一个数字图象信号存储器，该存储器与收发两用单元相连接，并且具有一个分成多个存储单元的主存储器，每一个存储单元具有一个数据输入端和一个数据输出端，并且该单元的存储容量足以容纳一定量的对应于一个画面的图象信号，该画面可用成象系统进行一次扫描而产生;

（c）一个运算器，该运算器连接在图象信号存储器和电视监视器之间，以便至少使存储在图象信号存储器内的一部分图象信号即时相互结合，从而产生与身体的一个复合实时截面图相对应的一个新数量的图象信号;

（d）电连接装置，该装置使图象信号存储器和运算器得以和成象系统控制单元相连接。

本发明还涉及用于产生身体的复合超声波截面图的一个图象信号处理单元。该处理单元用于一个超声波成象系统，通过该系统能够采用脉冲回波法在一个扫描平面内逐线进行多个部分重叠的身体扫描，以便以数字形式产生与所接受的回波相对应的图象信号。该系统包括一个超声波扫描器，一个与其相连的收发两用单元，一个电视监视器，一个换能器连接器，以及一个与扫描器、收发两用单元、换能器连接器和电视监视器相连接的控制单元。根据本发明的图象信号处理单元的特征在于：

（a）该处理单元连接在收发两用单元和电视监视器之间，并且包括以下装置：

（b）一个与收发两用单元相连接的数字图象信号存储器，该存贮器具有一个分成多个存储单元的主存储器，每一个存储单元具有一个数据输入端和一个数据输出端，并且该单元的存储容量足以容纳对应于一个画面的一组图象信号，该画面可用成象系统进行一次扫描而产生;

（c）一个运算器，该运算器连接在图象信号存储器和电视监视器之间，以便至少使存储在图象信号存储器内的某些组的图象信号即时相互结合，从而产生与身体的一个复合实时截面图相对应的新的一组图象信号;

（d）电连接装置，该装置使图象信号存储器和运算器得以和成象系统控制单元相连接。

本发明所获得的最重要的优点在于它能够实现超声波截面图的实时显示，因此能够在异常器官的检查过程中以优良的画面质量实时显示运动。本发明是在采用较少的电路系统的情况下达到这一效果的，这是本发明的又一个优点。

正如下面将要详细说明的那样，根据本发明的图象信号处理单元可用于利用超声波换能器同相阵列来工作的超声波成象系统。它同样也适用于利用机械驱动的换能器系统来工作的超声波成象系统。在这一点上，关于本说明书应参考同时提交的另外两份专利申请，一份题为“用振荡式换能器进行超声波复合扫描”、申请号为“    ”，另一份题为“用旋转式换能器进行超声波复合扫描”、申请号为“    ”。

本发明进一步的特征和优点将从以下参考附图所作示例性实施方案的说明中表现出来，其中：

图1是一个方框图，显示了根据本发明的一个具有图象信号处理单元17的超声波成象系统。

图2和图3示出了图1中超声波换能器阵列114的两个实施方案。

图4是图1所示的根据本发明的图象信号处理单元17的方框图。

图5是图4中输入缓冲存储器31的方框图。

图6是图4中主存储器34和输出缓冲存储器351-358的阵列35的方框图。

图7是图6中阵列35的输出缓冲存储器351的方框图。

图8是图4中输出缓冲存储器351-358的阵列35和运算器36的方框图。

图9示出了具有不同方向角的扫描。

图10示出了多个超声波波束在特定的方向角α上的扫描。

图11和图12示出了图4中单元341-348的两种可能的存储位置的安排，这些单元用于存储图象信号。

图13是一个示意图，显示了通过一次扫描在电视监视器的屏幕上产生的一个画面。

图14示出了在八个不同方向角进行的八个扫描。

图15示出了图4中的存储单元341-348，其中存储有来自扫描131-138（在图14中）的图象信号。

图16是八个电视画面的示意图，每一画面对应于图14中所示的一个扫描131-138的画面。

图17是与图4中输入缓冲存储器31相关的一个写入和读出操作的时序图。

图18是与图4中输出缓冲存储器351-358当中的某一个相关的一个写入和读出操作的时序图。

图19是图4和图8所示的运算单元36中信号处理的时序图。

图20是一个示意图，显示了由图1至图3中的换能器阵列114进行的四个扇形扫描。

图1是一个示意方框图，示出了用于执行根据本发明的方法的一个超声波成象系统。这一系统包括一个超声波换能器阵列114和一个信号处理单元115。

如图2和图3所示，换能器阵列114包括一个由多个相邻的换能器元件21组成的长条阵列。换能器阵列114的发射表面71具有一个与换能器阵列的纵向轴平行的对称轴72。图2还示出了一个垂直延伸于发射表面71并穿过其中心的轴73。轴72和73限定了由换能器阵列114扫描的扫描平面。如图2所示，换能器阵列114可以具有一个扁平的发射表面71。在图3所示的较为可取的实施方案中，它具有一定的曲率，该曲率使超声波在与扫描平面垂直的平面内聚焦。这在图3中通过在焦点74附近聚集的超声波束75的示意图形而表示出来。

图1所示的信号处理单元115包括一个收发两用单元15，一个模-数转换器151，一个换能器连接器16，一个图象信号处理单元17，一个电视监视器18，以及一个中央控制单元19。

由于图1所示的超声波成象系统是通过分段式换能器阵列114来工作的，并且该换能器阵列的换能器元件是分组触发，以进行具有不同方向角的多个扫描，因此换能器连接器16具有一个元件选择器160，它使阵列114的换能器元件有选择地与收发两用单元的相应连线相连接。

模-数转换器151使收发两用单元所接收的回波信号数字化。

经过数字化的回波信号通过线152而被送入图象信号处理单元17。在单元17的输出端，图象信号经线361被送入电视监视器18。

图1的下部示出了所示的成象系统在检查病人身体的一部分11的应用。如图1所示，换能器阵列114置于接受检查的身体部位11的皮肤111上，传输凝胶113被置于换能器阵列的发射表面和病人的皮肤之间。

图1所示成象系统的工作方式是这样的：通过脉冲回波法使用换能器阵列114在扫描平面内进行至少两个不同的且又部分重叠的扫描，以便产生（例如内部器官121的）复合截面图。例如，以快速序列连续进行三个扫描1，2，3。在其中每一个扫描中，以快速序列使用阵列114的换能器元件组，以按给定的方向发射超声波脉冲并接收相应的回波。这样被检查的身体部位在每一个扫描1，2和3的过程中接受具有相互平行的超声波脉冲快序列的超声波。在图1中，对应于每一扫描1，2，3的波束（也被称为扫描线）由不同的线4，5，6示出。采用上述方法，接受检查的身体部位在很短的时间内以图1中所示的复合扫描模式接收超声波辐射。

收发两用单元15产生用于阵列114中换能器元件的发射信号并且接收由这些换能器元件发出的回波信号。这些回波信号以数字形式在模-数转换器151的输出端经线152而发出。本说明书将不详细描述收发两用单元15的结构和功能。在本说明书参考图1至图19所描述的示例性实施方案中，所采用的收发两用单元最好采用1985年4日1日提交的题为“超声显象设备的收发装置”，申请号为85101265的中国专利申请中所描述的单元。

元件选择器160连接在收发两用单元15和换能器阵列114之间，以在换能器阵列中依次选择不同的相邻元件组，并且使所选的每个换能器元件组中的元件与收发两用单元进行电连接。

单个的画面是由图1中所示的不同扫描1，2，3所构成的。下面将要详细描述的图象信号处理单元17旨在使这些单个画面进行电子复合，即合成，以产生一个复合画面。为此目的，单元17包括用于存储和结合由收发两用单元发出的图象信号的装置，以及能使所得到的与复合画面相应的图象信号传输到电视监视器18的装置。

电视监视器18显示了通过对单个画面进行上述电子复合而产生的一个画面。

控制单元19具有控制装置，用以控制换能器连接器16，其中所含的元件选择器160、收发两用单元15、图象信号处理单元17以及电视监视器18的功能。

图4是图1中根据本发明的图象信号处理单元17的方框图。该单元包括一个数字图象信号存储器117和一个运算器36。

图象信号存储器117包括一个输入缓冲存储器31，一个信号分离器32，一个包括八个存储单元341-348的主存储器34，以及由八个输出缓冲存储器351-358组成的阵列35，存储单元341-348中的每一个单元均配有一个缓冲存储器351-358。信号分离器32包括一个信号分离比为1∶8的信号分离器191和八个信号分离比为1∶2的信号分离器201-208，其中的每一个信号分离器均与信号分离器191的一个输出端相连。

为主存储器34中的写入和读出操作产生存储器地址的装置置于控制单元19之中。

输入缓冲存储器31的输入端通过引线152连接到图1中的模-数转换器151的输出端上。信号分离器32的输入端通过引线311连接到输入缓冲存储器31的输出端上。信号分离器32的输出端通过十六根引线321-336连接到存储单元341-348的相应输入端上。缓冲存储器351-358的输出端通过引线471-478和481-488连接到运算器单元36的相应输入端上。该运算器单元的输出端通过引线361连接到图1中的电视监视器18的输入端上。控制单元19所发出的控制信号经引线41-45被送入图4中的各个电路。

图5是图4中的输入缓冲存储器31的方框图。该缓冲存储器包括两个相同的存储单元61和62，每一个存储单元的存储容量为512×6位，并且，每一个存储单元均用于存储对应于一条扫描线（例如，图1中的扫描线4）的全部图象信号。开关63和64使在256μs（波束重复时间）的期间内经线152而到达的图象信号得以被写入一个存储单元61或62之中，并且在同一期间内使最近的一条扫描线的被存储的图象信号从另一个存储单元中得以读出，并经引线311送入信号分离器32。输入缓冲存储器31通过线66接收用于控制写入操作的时钟信号，并经线65接收用于控制读出操作的时钟信号。这些时钟脉冲是通过开关67，68被送入存储单元61、62。一旦从一个存储单元61或62的读出操作完成时，开关63，64，67，68同时切换。在各种情况下这一切换都是由图1中的控制单元19来执行的。图5示出了通过线411的相应控制。

图6是图4中的主存储器34和输出缓冲存储器351-358的阵列35的方框图。如图6中所示，八个存储单元341-348中每一个单元又分为次一级的存储器。例如，存储单元341被分为两个次级单元3411和3412。其中，每一个次级单元具有64×256个象素的存储容量。这样，每一个存储单元341-348均具有64×512个象素的存储容量。正如下面详细说明的那样，从具有64条扫描线序列的一次扫描所获得的所有图象信号都被存入存储单元341-348中每个单元。在这一例子中，每一扫描所获得的图象信息的电视兼容显示应包括512个电视行。主存储器34被构造成：每一次扫描时电视画面偶数行的图象信号被存储在一个存储单元的一个次级单元内，而奇数行的图象信号则存储在同一个存储单元的另一个次级单元内。八个存储单元341-348中每一个单元都包括多路复用器3413-3483中的一个多路复用器。存储在存储单元的次级单元内的图象信号经过这些多路复用器并经线461-468被送入输出缓冲存储器351-358的输入端。

图7是图6所示结构中输出缓冲存储器351的方框图。所有八个输出缓冲存储器351-358均具有相同的结构。输出缓冲存储器351包括两个相同的移位寄存器81和82;每一个寄存器具有64×6位的存储容量。由一次扫描所产生的用于电视画面完整一行的图象信号被存入这些移位寄存器中的每个寄存器里。通过开关83和84，能够将主存储器34经过线461所发送的用于一个电视行的图象信号写入一个移位寄存器81或82之中，同时存储在另一个移位寄存器中的前一个电视行的图象信号则从存储器中读出并经过开关84和线471送入运算器36。输出缓冲存储器351还包括一个可编程序时钟脉冲发生器91，该发生器接收经线442来自控制单元19的控制信号并发出下列信号：经过线481的读出允许脉冲，经过线86用于控制写入操作的时钟信号，和经过线85用于控制读出操作的时钟信号。经过线85，86而发送的时钟信号经过开关87，88被送入移位寄存器81，82。一旦一个移位寄存器81或82中的写入操作完成时，开关83，84，87，88同时被切换。这一切换由控制单元19进行。在图7中，线441示出了相应的控制。

图8是图4中输出缓冲存储器351-358的阵列35和运算器36的方框图。运算器36包括两个加法电路51和52，一个商形成电路53，一个数-模转换器54、和一个混合电路55。由输出缓冲存储器351-358经过线471-478发出的图象信号由加法电路51相加，并且相应的和信号被送入商形成电路53的第一输入端。经过线481-488发出的读出允许脉冲由加法电路52相加，并且相应的和信号被送入商形成电路53的第二输入端。这一电路形成一个输出信号，该输出信号对应于加法电路51的输出端的和信号除以加法电路52的输出端的和信号所求得的商。商形成电路53的输出信号由数-模转换器54转换成一个相应的模拟信号，该模拟信号被送入混合电路55的一个输入端，在混合电路中该模拟信号与经线551送入混合电路55的第二输入端的一个电路同步信号混合，以形成运算器36的输出信号，该输出信号经线361送入电视监视器。

图9示出在扫描平面内与垂直于发射表面的轴105形成不同角度α₁和α₂的两个超声波束101，102。这些超声波波束覆盖了图9中由小圆圈标出的并且包括在垂直于轴105的层103和104中的扫描小区。如图9所示，波束101的波前先到达层103中的扫描小区，并且经过时间为△t₁的一个间隔后到达层104中的扫描小区。与此类似，波束104的波前先到达层103中的扫描小区并在间隔△t₂后到达层104中的扫描小区。从图9中可以看出时间间隔△t₁和△t₂的大小取决于超声波波束101，102与轴105所形成的角度。由于打算在电视监视器18的屏幕上显示截面图，而且只能沿电视行显示扫描小区，因此，为了能真实的重现在身体接受检查的扫描区域内扫描小区的几何排列，必须使用随角度变化的扫描频率。

现在参考图10至图13说明在主存储器34中的存储图象信号的两种可能性。图10示出了在一个给定的方向角α对接受检查的身体进行的扫描。在这种情况下，超声波波束106-108覆盖了多个扫描小区37。然后，使以这种方式产生的对应于扫描小区37图象信号数字化，并将其存储在主存储器34的一个存储单元内。如图11所示，图象信号可存储在几何排列不同于且独立于图10中的扫描小区37的排列的存储位置38中。在这种情况下，成象系统必须安排成能使图象信号从存储单元中按时间顺序向运算器36传送，以便显示在屏幕上的复合截面图（如图所示）能忠实地再现反射物的几何排列。图13示出了电视行122-124以及其上的图象点39，每一个图象点对应于图10中的一个扫描小区37。

图12示出了在主存储器34中的一个存储单元内存储图象信号的另一种可能性。从该图中可以清楚地看出，图象信号存储在几何排列与图10中的扫描小区37的排列相对应的存储位置38中。在这种情况下，为了使显示在电视监视器18的屏幕上的复合截面图能够忠实地再现扫描小区37的几何排列，在图象信号从主存储器34向运算单元36传输时无须改变其形式。

图1的下部示出了在此说明的超声波成象系统，该系统用于在不同方向角，以具有多个连续的线性扫描1，2，3的复合扫描模式，对身体接受检查的部位进行扫描。如图14所示，在此说明的示例性实施方案中，最好采用由八个这种线性扫描131-138构成的扫描模式。在所有这些扫描中，换能器114相对于身体接受检查的部位的位置不变。因此，实际上扫描131-138应当如图1所示的那样一个重叠在另一个之上。然而，为了便于识别这些扫描中的超声波波束106的不同方向角，这些扫描131-138在图14中是一个挨着一个地示出的。这些扫描中的每一个扫描都是通过使身体接受检查的部位接受沿64个平行波束（也被称为扫描线）而发射的超声波脉冲来实现的。波束的重复时间（即发射连续超声波脉冲的间隔时间）是256μs。如上所述，选择扫描频率要使每一扫描线可获得512个象素的图象信号。

如图14和图15所示，本发明的一个示例性实施方案将图4中主存储器34的某一存储单元341-348用于存储由每一扫描131-138产生的图象信号。从图14和图15中可以看到，在上述示例性实施方案中，扫描131-138的数目与存储单元341-348的数目相等。然而，在本发明的第二个实施方案中，主存储器34所分解出的存储单元的数目可大于成象系统为产生复合截面图所进行的扫描的数目。如图15所示，主存储器可以再包括一个存储单元349。

正如前面参考图10至图13所作出的说明那样，每一个存储单元中的图象信号可以存储在几何排列不同于并独立于扫描小区的排列的存储位置中，或者存储在几何排列与扫描小区的排列相同的存储位置中。

图16是一个示意图，显示了八个电视画面141-148，每一个画面代表图14中所示的扫描区131-138的一个画面。画面141-148是由电视行构成，每一行代表以数字形式存储在某一存储单元341-348（在图15中）的一行存储位置38中的图象点。然而，应当注意，根据图16对单个电视画面141-148的显示并非本发明的主要目的。在本说明书中，这种显示仅用来说明电视画面的图象点、主存储器34的存储位置、以及扫描小区之间的对应关系。

下面将参照图5和图17说明有关输入缓冲存储器31的写入和读出操作。在图5所示的开关位置上，512个数字化的幅值153以大于2MHZ的随角度变化的数据频率、在256μs（波束重复时间）期间内，写入存储单元61之中。这种写入操作所要求的时钟信号151是通过线66和开关68送入存储单元61的。这样，每一扫描线便有512个图象信号存入输入缓冲存储器31。从图17的下部可以清楚地看出，在同一个256μs的间隔期间内，前一个256μs的期间内存入的512个幅值157以一个固定的数据频率，例如2MHZ，从存储单元62中读出。为该目的所要求的时钟信号155通过线65和开关67送入存储单元62。在每一个256μs期间的末尾，图5中所有的开关都被切换。从图17中可以看出，时钟信号156使512个新的幅值158在下一个256μs的期间内被写入存储单元62之中，而时钟信号152则使在前一个256μs的期间内写入存储单元61中的幅值154被读出。在256μs的时间间隔内，时钟信号151和156具有相同的频率和相同的时序位置。在相应的256μs的期间内，时钟信号155和152具有相同的频率和相同的时序位置。

因此，根据以上所述，每一扫描线的512个数字化的图象信号（幅度值）的数据频率是通过输入缓冲存储器31而转换的，以便用一个固定的存储控制装置使这些图象信号同步地写入主存储器34。

下面参考图4至图6说明与图4中主存储器34的存储单元341-348相关的写入和读出操作。从输入缓冲存储器31的某一存储单元61或62中读出的一条完整的扫描线（即图14中的扫描线106）的图象信号经线311以2MHZ的数据频率送入信号分离器32的输入端。在对经过线42送入的控制信号进行响应时，信号分离器32将到达其输入端的图象信号送入主存储器34的某一存储单元341-348之中。在这些条件下，以2MHZ的数据频率经线311到达的图象信号被分成两个图象信号序列，每一序列的数据频率为1MHZ。当信号分离器32发出存储单元341的图象信号时，一个图象信号序列经线321被传输到次级存储单元3411（图6），而另一个图象信号序列则经线322被同时送入次级存储单元3412。在产生复合截面中偶数电视行时所用的图象点的图象信号存储在次级单元3412之中。这样，图14中扫描区131的每一扫描线所获得的图象信号均写入图15中存储单元341内相应的一列存储位置38之中。由每一扫描区132-138所获得的图象信号以同样的方式被写入相关的存储单元342-348之中。由于电视兼容显示的需要，存储在存储单元341-348之中的图象信号从存储位置38的水平行中读出;存储位置38的一行是从八个次级存储单元3411-3481中的每一单元内读出。次级存储单元3411-3481的内容即以这种方式逐行读出。在这一操作完成时，八个次级存储单元3412-3482的内容也被按行读出。在这一操作完成时，八个次级存储单元3411-3481的存储内容再一次被读出，并如此继续。

当主存储器34中所用存储单元341-348的数目与产生图14中所示的复合截面图所进行的扫描131-138的数目相同时，对与存储单元341-348相关的写入和读出操作提供了一个1μs的存储循环，该循环再分为两个500ns的循环。这样，在一个存储循环的前半部，象素Yu和象素YG在同一时刻分别写入次级存储单元3411和3412中，而在同一存储循环的后半部，从八个次级存储单元3412-3482的每一个当中可同时读出一个象素Xu。当电视监视器18的屏幕上产生的图象应当保持（固定）时，则停止存储循环。然后，可通过一个微处理器将相应的时间间隔用于直接存取（读入或写出）。这可在任何希望的象素上在一个存储单元进行存取。当图象未被固定时，写入循环被连续使用，但是，只有在每一个电视画面的时间间隔内复合图象出现（在电视监视器18的屏幕上）时，才使用读出循环。欧洲电视标准是625行，一个超声波画面所需要的是其中的512行。每一电视行在64μs的时间间隔内产生。

从存储单元341-348的次级存储单元中同时读出的图象信号经过多路复用器3413-3483并经线461-468送入输出缓冲存储器351-358。

下面，参考图6至图8以及图18说明输出缓冲存储器351中的写入和读出操作。在所有八个输出缓冲存储器351-358中，写入和读出操作都是以同样的方式同时进行的。

当开关83，84，87和88处于图7中所示的位置时，从图6中的一个次级存储单元3411或3412的一行存储位置上读出的图象信号通过线461和开关83送入移位寄存器81。从图18的时序图中可以看到，这一写入操作是在由两个用于电视行的连续同步脉冲161所限定的64μs的时间间隔内进行的。在这一间隔内移位寄存器81通过线86和开关88接收一个时钟信号162，以控制上述对移位寄存器81的写入操作。这样，64个图象信号163便以1MHZ的数据频率写入移位寄存器81。正如下面参考时序图18所说明的那样，存储有前一行的图象信号的移位寄存器82（图7）的内容是在图象信号写入移位寄存器81的同一时间间隔内被读出的。这一读出操作是以大约4MHZ的数据频率以及一个随角度和行变化的延迟167来进行的。这一读出操作的时间长度是由一个脉冲171决定的，该脉冲也用作读出允许脉冲。移位寄存器82的读出是由一个通过线85和开关87送入移位寄存器82的约4MHZ的时钟信号165来控制的。这样，从移位寄存器82中读出64个图象信号174通过开关84和线471送入图8中运算器36的加法电路51的一个输入端。上述读出操作具有两个重要的效果。第一，读出操作的数据频率（约8MHZ）使图象信号能在运算器36中得到电视兼容的处理。第二，取决于扫描线的方向角和相应电视行的相应位置的上述延迟所能使在电视监视器18的屏幕上显示的截面图忠实地重现扫描反射物的几何排列。限定从移位寄存器82读出的有效时间的脉冲171是作为一个读出允许脉冲由可编程序的时钟脉冲发生器91经线481发出。在每一64μs的期间（见图18）末尾，图7中的所有开关都被切换。这样，在下一个64μs的期间内，图象信号便被写入移位寄存器82，并且移位寄存器81的内容被读出。

如果主存储器被用于在几何排列对应于扫描小区的几何排列的存储位置中存储图象信号，那么，在从输出缓冲存储器351的读出操作过程中的上述延迟就不再是必须的了。

下面参考图8和图19说明运算器36中的信号处理。从八个输出缓冲存储器351-358中读出的图象信号经过线471-478送入加法电路51的相应输入端。由输出缓冲存储器351-358经线481-488发出的相应读出允许脉冲被送入加法电路52的输入端。以这种方式在加法电路51，52中形成的和信号被送入商形成电路53的相应输入端。这样，在商形成电路53的输出端上便为电视监视器18的屏幕上所显示的复合截面图的每一个点产生了一个与1-8的图象信号的算术平均值相对应的图象信号（幅值）。商形成电路的输出信号由数-模转换器54转换为模拟信号，并被送入混合电路55的一个输入端，在混合电路中它与经线551到达的同步信号混合。混合电路55的输出信号经线361送入电视监视器18。图19的时序图示出了在运算器36中对由八个输出缓冲存储器351-358中的三个存储器所发出的信号进行的信号处理。图19的上部示出了一个控制信号处理的时钟信号170。在它下面是三个读出允许信号171-173和64个数字图象信号的信号组174（1a，2a，……64a），175（1b，2b，……64b），176（1c，2c，……64c），每一组对应于一个读出允许脉冲。图19还示出了加法电路51的输出端上的和信号177，加法电路52的输出端上的和信号178以及商形成电路53的输出信号179。由于和信号178中所包含的幅值被用作除数，因此，在图19中它们的值被显示成÷1，÷2，等。

图19中的时钟信号170的频率是图18中时钟信号165的频率的两倍。因此，在运算器36中的信号处理过程中，主存储器34的每一个存储位置的内容都在产生用于电视监视器18的屏幕上的每两个象素时被计算在内。当图象信号存储在主存储器34中的几何排列与扫描小区的排列不同的位置上时，时钟信号170和165之间处于这一频率比是有利的。否则，使用具有相同频率的时钟信号170和165是有利的。

使用适当型号的运算器36，可以形成存储在主存储器34中并代表来自同一扫描小区的不同回波的相应图象信号的最大值、最小值或中位值，以产生复合截面图的每一图象信号。为此目的，至少可结合使用两个这样的值。

在图4的上述图象信号存储器117中，每一存储位置总是使用六位。在商形成电路53中经过相除后，在运算器36中可使用八个有效位进行数一模转换。

在电视监视器18的屏幕上显示的复合截面图的图象重复频率按如下方式计算：一条扫描线的扫描需要256μs。因此，对于每一个扫描都有64条扫描线的八个扫描来说，则需要131ms。所以，图象重复频率大约为每秒钟7、6个图象。由此可以看出每16ms可产生一个新的部分图象。

在图象信号存储器117的一种有利的实施方案中，主存储器34包括的存储单元的数目比用超声波成象系统进行扫描以产生的复合截面图的扫描数目大一。例如，如果进行了图14中所示的八个扫描131-138，主存储器34则包括九个存储单元341-349。在这种实施方案中，图象信号存储器117被安排为：在每一扫描的整个期间内，所产生的图象信号选择性写入某一存储单元341-349中，并且在同一期间内其他存储单元内存储的图象信号被读出;以产生一个复合实时截面图。而在下一扫描时，所产生的图象信号则在该扫描开始时被写入含有最早的图象信息的存储单元之中。

对上述示例性实施方案的说明是基于身体接受检查的部位受到图1中所示类型的扫描模式的扫描而进行的。然而，本发明的应用并不限于这种扫描模式。例如，当换能器阵列114被用于产生如图20中所示的一系列部分重叠的扇形扫描时，使用本发明也是有利的。这些扇形扫描也并非必须以上述换能器阵列114来实现，因为它们也可用振荡式或旋转式换能器系统来实现。本说明书将不涉及这些换能器系统的结构和功能的细节，因为这些细节可参阅同时提交的申请号为  、名为“用振荡式换能器进行超声波复合扫描”和申请号为    、名为“用旋转式换能器进行超声波复合扫描”的专利申请。

Claims (10)

1、一种产生身体的复合超声波截面图的方法，在该方法中，通过脉冲回波法在一个扫描平面内逐线进行多个部分重叠的身体扫描，从而以数字形式产生对应于所接收的回波的图象信号，其特征在于：

(a)每一扫描所产生的一组图象信号存储在一个分立的数字存储单元中；

(b)至少所存储的某些组图象信号被即时相互结合，以产生新的一组与复合实时截面图相应的图象信号；和

(c)新的图象信号组被即时送入电视监视器，以便在其上显示该复合实时截面图。

2、一个用于产生身体的复合超声波截面图的信号处理单元，该单元用于一个超声波成象系统中，通过该系统可在一个扫描平面内用脉冲回波法逐线进行多个部分重叠的身体扫描，以便产生与所接收的回波相对应的数字形式的图象信号，并且该系统包括一个超声波扫描器，一个与其相连的收发两用单元，一个电视监视器，一个换能器连接器，以及一个与收发两用单元，换能器连接器与电视监视器相连接的控制单元，其特征在于：

（a）它被连接在收发两用单元（15）和电视监视器（18）之间，并且包括下列装置：

（b）一个与收发两用单元（15）相连的数字图象信号存储器（117），它包括一个分成多个存储单元（341-348）的主存储器（34），每一个存储单元具有一个数据输入端和一个数据输出端，并且有足以容纳对应于一个画面的一组图象信号的存储容量，该画面可由成象系统进行单独一个扫描（1，2，3）而产生;

（c）一个运算器（36），该运算器连接在图象信号存储器（117）和电视监视器（18）之间，以便使存储在图象信号存储器（117）内的至少某些组的图象信号即时进行相互结合，从而产生与身体的一个复合实时截面图相对应的新的一组图象信号;

（d）电连接装置（41-45），该装置使图象信号存储器（117）和运算器（36）能和成象系统控制单元（119）相连接。

3、一个根据权利要求2的单元，其特征在于图象信号存储器（117）包括：

（a）一个第一缓冲存储器（31），该存储器具有一个数据输入端和一个数据输出端，并且其数据输入端通过一个模-数转换器（151）而与收发两用单元（15）相连;

（b）一个对控制信号产生响应的信号分离器（32）将第一缓冲存储器（31）的数据输出端选择性地连接到主存储器（34）的某一存储单元（341-348）的数据输入端上;

（c）多个第二缓冲存储器（351-358），其中每一个缓冲存储器均有一个数据输入端和一个数据输出端，每一第二缓冲存储器的数据输入端被连接到某一存储单元（341-348）的数据输出端，而每一第二缓冲存储器（351-358）的数据输出端被连接到运算器（36）的一个输入端;

（d）电连接装置（41-45），该装置使第一缓冲存储器（31）、信号分离器（32），主存储器（34）的每一存储单元，以及每一第二缓冲存储器（351-358）得以和控制单元（19）相连接。

4、一个根据权项2到3的单元，其特征在于，图象信号存储器（117）被安排为，图象信号以一种形式，即存储位置的排列，而被存储在主存储器的每一存储单元内，该存储位置的排列独立于产生与图象信号对应的回波的各扫描小区的几何排列，并且该系统被安排为图象信号从存储单元（341-348）向运算器（36）按时间顺序传输，以便复合截面图能忠实地再现出扫描小区的几何排列。

5、一个根据权项2到3的单元，其特征在于，图象信号以一种形式，即存储位置的排列，存储在主存储器的每一存储单元中，该存储位置的排列对应于产生相应图象信号的回波的扫描小区的几何排列。

6、一个根据权项2到3的单元，其特征在于，主存储器（34）所分解的存储单元（341-348）的数目大于成象系统进行扫描的数目，以便产生一个复合截面图。

7、一个根据权项6的单元，其特征在于，图象信号存储器（117）被安排为，在每一扫描的整个期间内，所产生的图象信号被选择性地写入某一存储单元（341-349）之中，并且在同一期间内存储在其它存储单元内的图象信号被读出，以产生一个复合实时截面图，而在下一扫描中，所产生的图象信号在该扫描开始时被写入存储在图象信号存储器中的最早的图象信息的存储单元中。

8、一个根据权项2到5的单元，其特征在于，对主存储器（34）的每一存储单元（341-348）均提供了交替的读出和写入循环，这些循环的持续时间和交换频率被选定为能将扫描产生的全部图象信号存入，并可将复合截面图实时显示所要求的全部图象信号读出。

9、一个根据权项2到8的单元，其特征在于，运算器（36）包括装置（51-53），利用该装置可从主存储器的存储单元（341-348）中存储的多组图象信号中导出与一个复合截面图相对应的一组新的图象信号，该组新的图象信号中的每一个信号对应于代表来自同一反射物的不同回波的图象信号的平均值，峰值，最小值或中位值，或至少两个这些值的组合。

10、一个用于产生身体的超声波截面图的成象系统，利用该系统能够实现在一个扫描平面内用脉冲回波法逐线进行的多个部分重叠的身体扫描，以便产生与所接收的回波相对应的数字形式的图象信号，并且该系统包括一个超声波扫描器，一个与其连接的收发两用单元，一个电视监视器，一个换能器连接系统，以及与收发两用单元、换能器连接系统和电视监视器连接的控制单元，其特征在于，该系统包括一个根据权项2到8中任何一个权项的图象信号处理单元（17），并且该处理单元连接在收发两用单元（15）和电视监视器（18）之间。

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