DE10053682A1 - Ultraschall-Abbildungsverfahren und -Vorrichtung auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung veränderter Golay-Codes - Google Patents

Ultraschall-Abbildungsverfahren und -Vorrichtung auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung veränderter Golay-Codes

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Abstract

Ultraschall-Abbildungsverfahren zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die nach Übertragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegenstand von dem Gegenstand reflektiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Schritte der (a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler; (b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares veränderter Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler; (d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflektierten Signale; (f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und (g) Anzeige der Abbildung gemäß dem empfangsfokussierten Signal nach der Signalverarbeitung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungs­ system. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Ultra­ schall-Abbildungssystem auf der Grundlage der Impuls­ kompressionstechnik unter Verwendung veränderter Go­ lay-Codes.
Herkömmlicherweise liefert ein medizinisches Ultra­ schall-Abbildungssystem Informationen über einen menschlichen Körper durch die Übertragung kurzer Ul­ traschallimpulse. Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Kurzimpuls-Ultraschallsystems 100, das eine Meßwertwandleranordnung 1, einen Impulsgeber 11, einen TX-(Übertragungs-)-Fokusverzögerungsspeicher 14, einen TX/RX-(Empfänger-)-Schalter 21, einen Empfänger 31, einen Strahlenbildner 35, einen RX-Fokusverzöge­ rungseinsteller 36, einen Signalprozessor 41 und einen Abtastsignalwandler 42 aufweist.
Der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Ver­ zögerungsmuster von Ultraschallimpulsen, die von der Meßwertwandleranordnung 1 in einen menschlichen Körper übertragen werden sollen. Der TX-Fokusverzögerungs­ speicher 14 liefert dem Impulsgeber 11 eine dem Verzö­ gerungsmuster entsprechende Binärreihe.
Als Verfahren zur Bestimmung der TX-Fokusverzögerung für jeden Meßwertwandler wird häufig eine feste Fokus­ sierungstechnik angewandt, die die Energie der Ultra­ schallimpulse auf einem vorbestimmten Punkt innerhalb des Körpers fokussiert. Kürzlich wurde im Rahmen eines Versuchs, das Problem der begrenzten Auflösung auf­ grund von Übertragung mit fester Fokussierungstechnik bei gleichzeitigem Empfang mit dynamischer Fokussie­ rung eine Studie einer synthetischen Aperturtechnik durchgeführt. Bei der synthetischen Aperturtechnik können einer oder mehrere Meßwertwandler zur Übertra­ gung von Ultraschall verwendet werden, wobei eine bi­ direktionale dynamische Fokussierung bei der Übertra­ gung und beim Empfang möglich ist. Durch die Verwen­ dung der synthetischen Aperturtechnik kann die Auflö­ sung bei gleichzeitiger Verringerung des Geräuschspan­ nungsabstandes verbessert werden.
Bei dem Impulsgeber 11 handelt es sich um einen zwei­ poligen Impulsgeber, der als Reaktion auf die entspre­ chend dem Verzögerungsmuster eingegangene Binärreihe ein verstärktes Signal (z. B. +80 oder -80 Volt) an die Meßwertwandleranordnung 1 liefert. Die Spannungsabgabe des Impulsgebers 11 mit vorbestimmter Amplitude wird für jeden Meßwertwandler der Meßwertwandleranordnung 1 zu einer durch das Verzögerungsmuster bestimmten Zeit verwendet.
Die Meßwertwandleranordnung 1 weist eine Anzahl von Meßwertwandlerelementen auf und überträgt die Ultra­ schallimpulse als Reaktion auf die Ausgangsspannung des Impulsgebers 11 in einen Gegenstand wie beispiels­ weise einen menschlichen Körper. Ein Teil der Meßwert­ wandleranordnung 1 wird zu einem Zeitpunkt für die Übertragung verwendet. Selbst wenn beispielsweise die Meßwertwandleranordnung 1 128 Meßwertwandler aufweist, übertragen nur 64 Meßwertwandler innerhalb einer Aper­ tur den Ultraschall zu einem Zeitpunkt.
Die Meßwertwandleranordnung 1 empfängt auch ein Signal einschließlich reflektierter Impulse des übertragenen Ultraschallimpulses, der vom Inneren des Körpers re­ flektiert wird.
Der TX/RX-Schalter 21 agiert als ein Duplexer zur Iso­ lierung des Empfängers 31 gegen die Wirkung der hohen Spannungsabgabe vom Impulsgeber 11. Der Schalter 21 verbindet die Meßwertwandleranordnung 1 während des Übertragungsmodus mit dem Impulsgeber 11 und während des Empfangsmodus mit dem Empfänger 31.
Der Empfänger 31 weist einen Vorverstärker zur Ver­ stärkung des empfangenen Signals auf, sowie einen TGC (Zeitgewinnausgleich) zum Ausgleich der Abschwächung während der Fortpflanzung des Ultraschalls und einen Analog-Digitalwandler zur Umwandlung des verstärkten empfangenen Signals in ein digitales Signal.
Der Strahlenbildner 35 führt die Empfangsfokussierung in Übereinstimmung mit dem Verzögerungsmuster vom RX- Fokusverzögerungseinsteller 36 aus.
Der Signalprozessor 41 führt Signalverarbeitung wie beispielsweise Hüllkurvengleichrichtung, Protokollaus­ gleich durch, um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen. Der Abtastsignalwandler 42 wandelt das B-Modus- Bildsignal in ein Signal um, das auf einer Anzeigevor­ richtung angezeigt werden kann (nicht dargestellt).
Aufgrund der Abnahme der Kraft des Ultraschalls wäh­ rend der Fortpflanzung in ein stärker abschwächendes Medium wie beispielsweise Gummi, Weichgewebe und Ähn­ lichem erhält das Kurzimpuls-Abbildungssystem mögli­ cherweise keine Informationen über ein Zielobjekt in­ nerhalb des Körpers, von dem die Kurzimpulse reflek­ tiert werden.
Da das medizinische Ultraschall-Abbildungssystem 100 dem Körper möglicherweise Schaden zufügt, wenn es die Spitzenspannung der übertragenen Kurzimpulse erhöht, kann die Leistung des empfangenen Signals nicht auf diese Weise erhöht werden.
Andererseits ist eine in einem Radargerät verwendete Impulskompressionstechnik dazu in der Lage, den Ge­ räuschspannungsabstand des Ultraschall-Abbildungs­ systems durch die Erhöhung der durchschnittlichen Lei­ stung, anstatt durch Erhöhung der Spitzenspannung des übertragenen Impulses zu verbessern. Beim Abbildungs­ system, bei dem die Impulskompressionstechnik verwen­ det wird, wird ein codierter langer Impuls anstatt des kurzen Impulses zum Körper übertragen.
Bei dem medizinischen Abbildungssystem 100, bei dem der herkömmliche Kurzimpuls verwendet wird, ist die Bildauflösung bei der Ultraschallfortpflanzungsrich­ tung aufgrund der Verwendung des Kurzimpulses einer hohen Spannung abhängig von der Impulsreaktion des verwendeten Ultraschallmeßwertwandlers. Beim Abbil­ dungssystem mit Verwendung der Impulskompressionstech­ nik wird die Bildauflösung jedoch durch die Konvolu­ tion des Ultraschallmeßwertwandlers und des Impulses bestimmt, da der codierte lange Impuls verwendet wird. Bei dem Abbildungssystem mit der Impulskompressions­ technik erzielt ein Impulskompressor mit einem Korre­ lator am Ultraschallempfänger die Wirkungen der Kurz­ impulsübertragungstechnik. Dementsprechend ist er dazu in der Lage, den Geräuschspannungsabstand durch Über­ tragung des codierten langen Impulses effektiv zu er­ höhen, der eine niedrigere Spannung als die Spitzen­ spannung bei der Kurzimpulstechnik aufweist.
Bei dem Ultraschall-Abbildungssystem mit Verwendung des codierten langen Impulses ist die Systemleistung von den Codemerkmalen abhängig. Die resultierende Bildqualität ist insbesondere abhängig von dem Ver­ hältnis der Frequenzmerkmale eines verwendeten Codes und vom Ultraschallmeßwertwandler. Die Systemleistung ist auch abhängig von der Ausführung des Impulskom­ pressors oder der Ausführung des Korrelators.
Es wurden einige Bemühungen unternommen, um Golay- Codes auf das Langimpuls-Ultraschall-Abbildungssystem anzuwenden, da die Golay-Codes das Merkmal aufweisen, daß sie Seitenstrahlungen beseitigen. Ein nicht wün­ schenswertes Frequenzmerkmal der Golay-Codes besteht jedoch darin, daß ihr Frequenzspektrum breiter ist als das der herkömmlichen Ultraschallmeßwertwandler. Das heißt, daß es bei der Leistung eines Golay-Codes am Ultraschallmeßwertwandler einen Verlust gibt, der so groß ist, daß der Geräuschspannungsabstand des Systems ein gewünschtes Niveau nicht erreichen kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Codes zu bieten, deren Frequenzmerkmale zu den Fre­ quenzmerkmalen der Ultraschallmeßwertwandler passen, sowie ein Ultraschall-Abbildungsverfahren auf der Grundlage einer Impulskompressionstechnik mit Verwen­ dung der Codes.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abbildungsvorrichtung zur effektiven Rea­ lisierung des Ultraschall-Abbildungsverfahrens mit Verwendung der Codes zu bieten.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung wird ein Ultraschall-Abbil­ dungssystem auf der Grundlage der Impulskompressions­ technik unter Verwendung von Golay-Codes, die durch die Verwendung einer vorbestimmten Fensterfunktion verändert werden, geboten.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Übertragung von Ultraschallimpul­ sen der veränderten Golay-Codes, die Impulskomprimie­ rung der den übertragenen Impulsen entsprechenden, re­ flektierten Signale und die Ausführung von RX- Fokussierung auf den impulskomprimierten Signalen ge­ boten.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Ultraschall- Abbildungsverfahren zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die nach Übertragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegen­ stand von dem Gegenstand reflektiert werden, wobei die folgenden Schritte enthalten sind:
  • a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschallim­ pulsen zu dem Gegenstand durch Anwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes auf einen oder mehrere Meßwertwandler;
  • b) Ausführung einer Impulskompression auf einem er­ sten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul­ se;
  • c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultraschallim­ pulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares der veränderten Golay-Codes für den ei­ nen oder die mehreren Meßwertwandler;
  • d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zwei­ ten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul­ se;
  • e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflektierten Si­ gnale;
  • f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und
  • g) Anzeige der Abbildung gemäß des nach der Signal­ verarbeitung empfangsfokussierten Signals.
Und die vorliegende Erfindung bietet eine Ultraschall- Abbildungsvorrichtung zur Bildung einer Abbildung ei­ nes Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und nach Über­ tragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegenstand empfangen werden, die folgendes aufweist:
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines er­ sten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwert­ wandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Si­ gnale des ersten Sets von auf dem Gegenstand reflek­ tierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflektierter Signale der auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul­ se nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Er­ zeugung erster und zweiter impulskomprimierter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskom­ primierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Si­ gnals durch Verwendung des hinzugefügten Signals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem empfangs­ fokussierten Signals nach der Signalverarbeitung.
Die zuvor erwähnten Ausführungsformen und weiteren Merkmale der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen erklärt, die als Einheit mit den dazugehörigen Zeichnungen zu betrachten ist, wobei
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschall- Abbildungssystems mit Verwendung einer her­ kömmlichen Kurzimpulstechnik ist;
Fig. 2A bis 2E Diagramme zur Veranschaulichung von Merkmalen der Golay-Codes sind;
Fig. 3A für die Veränderung der Golay-Codes verwende­ te Fenster darstellt;
Fig. 3B und 3C Diagramme zur Veranschaulichung von Merkmalen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten veränderten Golay-Codes sind;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbil­ dungssystems auf der Grundlage der Impulskom­ pressionstechnik unter Verwendung der verän­ derten Golay-Codes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 5A bis 5C Diagramme von korrelierten Signalen bietet, wie man sie unter Verwendung des her­ kömmlichen Impulses, der Golay-Codes und der veränderten Golay-Codes erhält.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung veränderter Golay-Codes bei der Ultra­ schallübertragung. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Golay-Codes bestehen aus einem Paar kom­ plementärer Binärreihen gleicher Länge.
Die Autokorrelationen der komplementären Reihen weisen dieselbe Hauptstrahlung und Seitenstrahlungen in glei­ cher Größenordnung, jedoch mit gegensätzlichen Polun­ gen auf. Dementsprechend weist die Summierung der Au­ tokorrelationen der komplementären Reihen eine Haupt­ strahlung auf, deren Größenordnung das Doppelte der Hauptstrahlung der Autokorrelation jeder Reihe be­ trägt, und keine Seitenstrahlungen aufweist.
Fig. 2 stellt die Merkmale von Golay-Codes dar.
Fig. 2A und 2B stellen ein Paar aus komplementären Go­ lay-Codes, und Fig. 2C und 2D stellen die Autokorrela­ tionen der komplementären Golay-Codes dar. Und bei Fig. 2E handelt es sich um die Summierung der in Fig. 2C und 2D dargestellten Autokorrelationen. In Fig. 2 stellen ai und bi die binären Elemente der komplemen­ tären Codes einer Codelänge dar, wobei diese entweder +1 oder -1 betragen. Und die Autokorrelationen der Codes werden in Form der folgenden Gleichung (1) dar­ gestellt.
Dann kann die Summierung der Autokorrelationen wie folgt dargestellt werden.
cj + dj = 0; j ≠ 0
cj + dj = 2n Gleichung (2)
Wie oben beschrieben, sind die Frequenzspektren der Golay-Codes in bezug auf die Frequenzmerkmale breiter als diejenigen des typischen Ultraschallmeßwertwand­ lers. Das heißt, daß es einen Verlust bei der Leistung der Golay-Codes am Meßwertwandler gibt. Dementspre­ chend besteht eine Nachfrage nach einem Verfahren für die effektive Übertragung der Energie der Golay-Codes.
Zu diesem Zweck werden bei der vorliegenden Erfindung die Golay-Codes durch das Multiplizieren mit einer der Fensterfunktionen verändert, die bei der Konstruktion des FIR-(Finite Impulse Response/endliche Impulsant­ wort)-Filters verwendet werden. Bei der Summierung der Autokorrelationen eines von einem Gegenstand nach der Übertragung der Signale der veränderten Golay-Codes empfangenen Signals wird die Hauptstrahlung durch die Autokorrelation des verwendeten Fensters bestimmt, und keine Seitenstrahlungen, die das Ergebnis der Merkmale der unveränderten Golay-Codes gewesen wären. In Fig. 3A werden Zeitindex-Wellenformen einiger Fenster gebo­ ten, die zur Erzeugung der veränderten Golay-Codes verwendet werden können, wobei es sich um ein rechtec­ kiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming- Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Dop­ pelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
Nun werden die veränderten Golay-Codes anhand eines Beispiels beschrieben. Es wird angenommen, daß die Go­ lay-Codes mit der Codelänge 8 jeweils [1,-1,-1,- 1,1,1,-1,1] und [1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1] betragen, die Mittelfrequenz (fo) eines übertragenen Signals 5 MHz, und die Abtastfrequenz (fs) des übertragenen Signals 40 MHz beträgt, das heißt, die Chiprate (fo/fs) 8 be­ trägt.
Wenn beispielsweise die herkömmlichen Golay-Codes ver­ wendet werden, werden die folgenden Codes für die Ul­ traschallübertragung zum Impulsgeber verwendet.
Um die TPE (Transmit Power Efficiency/Übertragungs­ leistungswirksamkeit) zu verbessern, die als das Ver­ hältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung des Meßwertwandlers definiert wird, werden bei der vorlie­ genden Erfindung veränderte Golay-Codes anstatt der herkömmlichen Golay-Codes verwendet.
So erhält man beispielsweise durch das Multiplizieren der herkömmlichen Golay-Codes durch ein rechteckiges Doppelphasenfenster die veränderten Golay-Codes wie folgt.
Ein Paar veränderter Golay-Codes der vorliegenden Er­ findung, die durch eine rechteckige Doppelphasenfunk­ tion m(t) mit einer Zeitdauer T multipliziert werden, kann wie folgt ausgedrückt werden.
In der obigen Gleichung (3) stellen ga(t) und gb (t) die herkömmlichen Golay-Codes dar, und T ist invers zur Mittelfrequenz der Funktion des Meßwertwandler­ merkmals.
Die Summierung der Autokorrelationen des Paares der veränderten Golay-Codes wird durch folgende Gleichung (4) ausgedrückt.
gam(t).gam(-t) + gbm(t).gbm(-t) = ramp(t/2T).m(t).m(-t) Gleichung (4)
Die Rampenfunktion ist eine dreieckige Funktion, die wie folgt ausgedrückt werden kann.
Die Summierung der Autokorrelationen kann auch wie folgt berechnet werden.
gam(t).ga(-t) + gbm(t).gb(-t) = ramp(t/2T).m(t).m(-t) Gleichung (6)
Bei Verwendung veränderter Golay-Codes werden die Übertragungsleistungswirksamkeit und die Breite der Hauptstrahlung in Übereinstimmung mit einem verwen­ deten Fenster bestimmt. Und wenn das rechteckige Doppelphasenfenster verwendet wird, kann ein zweipoli­ ger Impulsgeber verwendet werden, um Impulse zu erzeugen. Wenn jedoch andere Fenster, wie beispiels­ weise das Hanning- und das Hamming-Fenster verwendet werden, wird ein Digital-Analogwandler benötigt, um die zweipoligen Impulse von dem zweipoligen Impulsge­ ber linear zu verstärken.
Fig. 3B stellt Diagramme zur Veranschaulichung von Frequenzbereichsmerkmalen der mit einem rechteckigen Doppelphasenfenster, einem Doppelphasen-Hamming- Fenster, einem Doppelphasen-Hanning-Fenster und einem Doppelphasen-Bartlett-Fenster multiplizierten und ver­ änderten Golay-Codes dar.
Fig. 3C stellt die Summierungsergebnisse der Autokor­ relationen dar, wenn die in Fig. 3B dargestellten Si­ gnale für TX(Übertragung) und RX(Empfang) verwendet werden.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbil­ dungssystems 400 in Übereinstimmung mit einer bevor­ zugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, ist das Ultraschall-Abbildungssystem 400 dadurch gekennzeichnet, daß die Impulskompression un­ ter Verwendung von RF-Daten vor der RX-Strahlenbildung ausgeführt wird, und dann das impulskomprimierte Si­ gnal RX-fokussiert wird. Die vorliegende Erfindung be­ seitigt Seitenstrahlungen in der Fortpflanzungsrich­ tung des Ultraschalls im Nahfeld, das dann erzeugt wird, wenn die Impulskompression nach der RX-Fokussie­ rung ausgeführt wird. Außerdem vermeidet die vorlie­ gende Erfindung eine Erhöhung der Breite der Haupt­ strahlung.
In Fig. 4 ist das Abbildungssystem 400, welches einen Impulsgeber 12, einen TX-Musterspeicher 13, einen TX- Fokusverzögerungsspeicher 14, einen TX/RX-Schalter 21, einen Empfänger 31, einen Impulskompressor 34, einen RX-Fokusverzögerungseinsteller 36, einen Strahlenbild­ ner 37, einen Signalprozessor 41 und einen Abtast­ signalwandler 42 aufweist, gezeigt. Der Impulskompres­ sor 34 weist einen ersten RF-Speicher 34a, einen zwei­ ten RF-Speicher 34b und einen Korrelator 34c auf. Bei dem vorliegenden System wird der Geräuschspannungsab­ stand durch die Verwendung veränderter Golay-Codes und den Korrelator 34c verbessert.
Der RX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Ver­ zögerungsmuster für den Ultraschall-TX und der TX- Musterspeicher 13 speichert ein TX-Codemuster. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das TX-Codemuster ein Paar veränderter Golay-Codes. Das in dem Speicher 13 gespeicherte TX-Codemuster wird für den Impulsgeber 12 verwendet, der entsprechend dem Verzögerungsmuster verzögert wird. Anstatt daß der TX-Musterspeicher 13 und der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 das vorläufig berechnete TX-Codemuster und Verzögerungsmuster spei­ chern, um die Impulsgebereingangsleistung zu bieten, wie in Fig. 4 dargestellt, kann ein Stromkreis oder eine Software vorgesehen sein, um ein verzögertes TX- Codemuster zu erzeugen.
Entsprechend einem verwendeten Fenster verstärkt der Impulsgeber 12 das von dem TX-Musterspeicher 13 ver­ wendete TX-Codemuster. Bei Verwendung eines rechtecki­ gen Fensters kann ein zweipoliger Impulsgeber als Im­ pulsgeber 12 verwendet werden, um einen zweipoligen Impuls über den TX/RX-Schalter 21 für dia Meßwertwand­ leranordnung 1 zu verwenden. Bei Verwendung eines an­ deren Fensters als des rechteckigen Fensters weist der Impulsgeber 12 den zweipoligen Impulsgeber und einen Linearverstärker auf, um einen linear verstärkten, zweipoligen Impuls für die Meßwertwandleranordnung 1 verwenden. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 be­ schrieben, kann für den Ultraschall-TX des Golay- Codemusters entweder eine feste Fokustechnik oder eine synthetische Aperturtechnik verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung überträgt die Meß­ wertwandleranordnung 1 die Ultraschallimpulse entspre­ chend einem ersten Code (gam) eines Paares veränderter Golay-Codes und empfängt das reflektierte Signal ent­ sprechend dem ersten Code, das von einem Gegenstand wie beispielsweise einem menschlichen Körper reflek­ tiert wird. Danach überträgt der Meßwertwandler 1 die Ultraschallimpulse entsprechend einem zweiten Code (gbm) des Paares veränderter Golay-Codes und empfängt das reflektierte Signal entsprechend dem zweiten Code, der vom Gegenstand reflektiert wird.
Ähnlich wie in Fig. 1 agiert der TX/RX-Schalter 21 als ein Duplexer, um den Empfänger 31 gegen die Wirkung der hohen Spannung vom Impulsgeber 12 zu isolieren.
Das vom Empfänger 31 empfangene Signal ist aufgrund seiner hohen Seitenstrahlungen nicht geeignet zur Ab­ bildung eines Bildes. Dementsprechend wird der Impuls­ kompressor 34 zur Verarbeitung des empfangenen Signals verwendet, so daß die Auflösung des sich ergebenden Bildes mit derjenigen eines herkömmlichen Abbildungs­ systems mit Verwendung der Kurzimpulse vergleichbar ist.
Zuerst wird in dem Impulskompressor 34 das von dem Empfänger 31 empfangene RF-Signal im ersten RF- Speicher 34a gespeichert. Da das RF-Signal für jeden Kanal im Speicher 34a gespeichert wird, kann der Kor­ relator 34c durch die Ausführung der Hardware oder der Software selektiv vorgesehen sein. Und auch wenn eher der herkömmliche Kurzimpuls als der Golay-Code verwen­ det wird, ist das in Fig. 4 dargestellte System durch Umgehung des Korrelators 34c als herkömmliches Ultra­ schall-Abbildungssystem vorgesehen.
Der Korrelator 34c berechnet die Autokorrelation des von dem Empfänger 31 aufgebrachten, und im Speicher 34a gespeicherten Signals.
Der zweite Speicher 34b speichert temporär die Auto­ korrelation des Golay-Codes. Bei Verwendung des Golay- Codes wird eine temporäre Speicherung benötigt, weil der TX/RX zwei Mal ausgeführt wird. In Fig. 4 können der erste und der zweite Speicher 34a und 34b, obwohl jeweils dargestellt, integral als Monoblock ausgeführt sein. Und außerdem kann in Abhängigkeit von der Kon­ struktion auch der erste Speicher 34a weggelassen wer­ den. Bei Verwendung des ersten Speichers 34a können verschiedene Signalverarbeitungstechniken zusätzlich zu der vorliegenden Erfindung angewandt werden, um die resultierende Bildqualität zu verbessern, weil die RF- Daten im ersten Speicher 34a gespeichert sind.
Nachdem der Korrelator 34c die Autokorrelation für den zweiten Golay-Code berechnet hat, erhält man das im­ pulskomprimierte Signal durch die Summierung der Auto­ korrelation für den zweiten Code und die im Speicher 34b temporär gespeicherte Autokorrelation. Und dann wird das impulskomprimierte Signal für den Strahlen­ bildner 37 verwendet.
Der Strahlenbildner 37 führt die RX-Fokussierung unter Bezugnahme auf die RX-Fokusverzögerung am RX-Fokus­ verzögerungseinsteller 36 aus. Naoh der RX-Fokussie­ rung wird die Hüllkurvengleichrichtung und der Proto­ kollausgleich durch den Signalprozessor 41 ausgeführt, um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen. Der Abtast­ signalwandler 42 wandelt das B-Modus-Bildsignal von dem Signalprozessor 41 in das für eine Anzeige (nicht dargestellt) gewünschte Bild um.
Während bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, wird es Fach­ leuten offensichtlich sein, daß Variationen und Ände­ rungen derselben möglich sind.
Beispielsweise können eher einige andere veränderte Golay-Codes anstelle der oben beschriebenen beim Ul­ traschall-TX verwendet werden. Und auch die Verzöge­ rung- und/oder Codemuster können mittels verschiedener Schemen berechnet, und nicht nur in Speichern gespei­ chert werden. Und zusätzlich zu dem, was in Fig. 4 dargestellt ist, können einige bekannte bildverbes­ sernde Ultraschalltechniken beim Ultraschall-Abbil­ dungssystem 400 verwendet werden.
Dementsprechend sollte verstanden werden, daß die Va­ riationen und Änderungen möglich sind, ohne von den groben Prinzipien und Lehren der vorliegenden Erfin­ dung abzuweichen, die ausschließlich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt sind.
Fig. 5A bis 5C bieten Diagramme korrelierter Signale an, so wie man sie mit einem herkömmlichen Impuls, mit dem Golay-Code und dem veränderten Golay-Code erhält. Wie in Fig. 5A und 5B dargestellt, ist der Geräuschpe­ gel im Fall der Golay-Codes viel niedriger als im Fall der herkömmlichen Kurzimpulse. Und, wie in Fig. 5B und 5C dargestellt, liegt der Geräuschspannungsabstand im Fall des veränderten Golay-Codes um 4 dB höher als derjenige im Fall des Golay-Codes.
Das heißt, daß der Leistungsverlust am Ultraschallmeß­ wertwandler niedrig ist, da der in der vorliegenden Erfindung verwendete Golay-Code mit dem Frequenzspek­ trum der herkömmlichen Ultraschallmeßwertwandler kom­ patibel ist. Dementsprechend liegt der Geräuschspan­ nungsabstand des vorliegenden Systems 400 höher als beim herkömmlichen Golay-Code-Abbildungssystem.
Und da die Impulskompression vor der Strahlenbildung über dem RF-Signal ausgeführt wird, kann die vorlie­ gende Erfindung die Signalverzerrung insbesondere im Nahfeld beseitigen, die bei der Ausführung der Impuls­ kompression nach der Strahlenbildung erzeugt wird.
Außerdem ist das vorliegende Abbildungssystem 400 so konzipiert, daß es nicht nur für den Fall der Verwen­ dung des veränderten Golay-Codes, sondern auch für den Fall verschiedener Codes und den Kurzimpuls geeignet ist.

Claims (12)

1. Ultraschall-Abbildungsverfahren zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die nach Übertragung eines Ultraschall­ impulses zu dem Gegenstand von dem Gegenstand re­ flektiert werden, wobei die folgenden Schritte enthalten sind:
  • a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschall­ impulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler;
  • b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ul­ traschallimpulse;
  • c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultra­ schallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwen­ dung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares veränderter Golay- Codes für den einen oder die mehreren Meßwert­ wandler;
  • d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ul­ traschallimpulse;
  • e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflek­ tierten Signale;
  • f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und
  • g) Anzeige der Abbildung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Doppelphasenfenster um ein recht­ eckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen- Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der Konvolution des ersten Sets der reflektierten Si­ gnale und des ersten veränderten Golay-Codes, und der Schritt (d) den Schritt der Berechnung der Konvolution des Sets der zweiten reflektierten Si­ gnale und des zweiten veränderten Golay-Codes um­ faßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der Au­ tokorrelation des ersten Sets der reflektierten Signale, und der Schritt (d) den Schritt der Be­ rechnung der Autokorrelation des zweiten Sets der reflektierten Signale umfaßt.
6. Ultraschall-Abbildungsvorrichtung zur Bildung ei­ ner Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und nach Übertragung eines Ultraschallim­ pulses zu dem Gegenstand empfangen werden, die folgendes aufweist:
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay- Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler inner­ halb eines ersten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Signale des ersten Sets von auf dem Gegenstand re­ flektierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflek­ tierter Signale der auf dem Gegenstand reflektier­ ten Ultraschallimpulse nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Erzeugung erster und zweiter impulskomprimier­ ter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskomprimierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Si­ gnals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem emp­ fangsfokussierten Signals nach der Signalverarbei­ tung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Doppelphasenfenster um ein recht­ eckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen- Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Impulskompression ausführende Mittel einen Korrelator zum Erhalt von Korrelationen eines je­ den der reflektierten Signale aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die Impulskompression ausführende Mittel wei­ terhin einen Speicher zum temporären Speichern der Autokorrelation des ersten Sets der reflektierten Signale aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Impulskompression ausführende Mittel wei­ terhin einen Speicher zur Speicherung des ersten und zweiten Sets des reflektierten Signals auf­ weist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Impulskompression ausführende Mittel fol­ gendes aufweist:
Mittel zur Berechnung der Konvolution des ersten Sets der reflektierten Signale und des ersten ver­ änderten Golay-Codes; und
Mittel zur Berechnung der Konvolution des zweiten Sets der reflektierten Signale und des zweiten veränderten Golay-Codes.
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