DE102004027025A1

DE102004027025A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Multipegelultraschallpulses

Info

Publication number: DE102004027025A1
Application number: DE102004027025A
Authority: DE
Inventors: Kjell Kristoffersen; Hans Garmann Torp
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2004-12-30
Also published as: JP4942290B2; JP2005000663A; US7022074B2; US20040254459A1

Abstract

Ein Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Ultraschallpulsen umfassen ein Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz (206), die eine Pulsserie (213-219) enthält. Die Pulsserie (213-219) enthält wenigstens drei Pulse, die jeweils drei unterschiedliche Amplituden aufweisen. Die Amplituden weisen jeweils wenigstens Spannungswerte auf, nämlich eine positive von Null verschiedene Spannung, eine negative von Null verschiedene Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel. Die Multipegel-Pulssequenz (206) kann durch ein Schalternetzwerk (168) erzeugt werden, das wenigstens drei unterschiedliche Eingangsspannungspegel aufweist. Das Schalternetzwerk (168) gibt die Multipegel-Pulssequenz (206) an einem Ausgangsknoten (164) an einen in einer Sonde (106) angeordneten Transducer (104) aus. Basierend auf der Pulsserie (213-219) werden Echosignale empfangen, und es wird basierend auf den empfangenen Echosignalen ein Ultraschallbild erzeugt.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft diagnostische Ultraschallsysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen einer Ultraschallpulssequenz, um gewünschte Sendespektren zu approximieren.
Ultraschallsysteme werden verwendet, um diagnostische Ultraschallbilder vielfältiger Gewebe und Systeme innerhalb eines Körpers zu erzeugen. Allerdings wird das Ultraschallsignal zunehmend geschwächt, während es tiefer in das Gewebe eindringt. Einige Signalschwingungsverläufe, beispielsweise ein Gaußscher Schwingungsverlauf, sind gewünscht, da der Schwingungsverlauf sein Spektrum auch dann beibehält, wenn es eine durch Gewebe verursachte frequenzabhängige Schwächung erfährt. Beispielsweise zeigen Echosignale von Lebergewebe eine von der Tiefe abhängige Verschiebung der Mittenfrequenz ihres Schwingungsverlaufs hin zu tieferen Frequenzen. Abhängig von dem Spektrum des gesendeten Pulses kann bei Echosignalen, die aus einer relativ tiefen Region stammen, Bandbreite verloren gehen. Es ist allgemein bekannt, dass Gaußsche Schwingungsverläufe keinen solchen Verlust an Bandbreite aufweisen.
In der Vergangenheit verwendeten viele Ultraschallsysteme bipolare Sender, um die Ultraschallpulse zu erzeugen. Diese Sender erzeugen gewöhnlich Schwingungsverläufe, die durch eine Folge von positiven und negativen Pulsen, beispielsweise durch eine Rechteckwelle definiert sind, wobei keine intermediären Nullsegmente vorhanden sind. Bipolare Sender sind kostengünstig herzustellen und einfach zu steuern, weisen jedoch Beschränkungen hinsichtlich des Spektrums der Pulse auf, die sie erzeugen können. Ferner wurde Pulsweitenmodulation bipolarer Schwingungsverläufe verwendet, um die akustische Leistung zu steuern. Dies wird erreicht, indem die Dauer sämtlicher positiven und negativen Pulse der gesendeten bipolaren Grundschwingung um denselben Bruchteil reduziert wird, während die Frequenz des Schwingungsverlaufs durch Einführen von Null-Segmenten zwischen den Pulsen aufrecht erhalten wird. Hierdurch wird die Amplitude des gesendeten Pulses gesenkt, ohne dass sich dessen Spektrum in dem Durchlassband des Transducers wesentlich ändert. In der Vergangenheit war die Verwendung pulsbreitenmodulierter Schwingungsverläufe dieser Art auf Colour-Flow- oder gepulsten Dopplerbetrieb in gleichzeitigem (Duplex- oder Triplex)-Betrieb im Zusammenhang mit B-Mode-Bildgebung beschränkt, die reguläre bipolare Schwingungsverläufe verwendete.
Bei einer Sende-Apodisation wird die Sendepulsamplitude gewöhnlich gegen die Ränder des Arrays hin in Vergleich zur Mitte des Arrays progressiv gesenkt. Dies geschieht, um Nebenkeulen des gesendeten Strahls zu reduzieren. Daher wurde gegen den Rand des Arrays hin progressive Pulsweitenmodulation verwendet, um die aufscheinende Amplitude des Pulses zu reduzieren, ohne deren Spektrum wesentlich zu verändern. Allerdings war das Spektrum des sendeapodisierten Schwingungsverlaufs bisher auf jenes herkömmlicher bipolarer Schwingungsverläufe beschränkt. D.h. der Schwingungsverlauf des mittleren Abschnitte des Arrays war immer ein herkömmlicher bipolarer Puls, der keine intermediären Nullsegmente aufwies. Viele gewünschten Signalschwingungsverläufe ließen sich daher nicht erfolgreich approximieren.
15 veranschaulicht lediglich als Beispiel einen herkömmlichen Pulsgenerator 170. Der Pulsgenerator 170 weist zwei Schalter auf, nämlich einen Schalter SW1₁ 172 und einen Schalter SW2₁ 174. Eine positive Hochspannung +V₁ wird einem Eingang 176 angeboten, der mit einer Seite des Schalters SW₁ 172 verbunden ist. eine negative Hochspannung –V₁ wird einem Eingang 178 angeboten, der mit einer Seite des Schalters SW2₁ 174 verbunden ist. Ein mit Masse 186 verbundener Widerstand 184, sorgt dafür, dass der Schwingungsverlauf geerdet ist, wenn keiner der Schalter 172 und 174 geschlossen sind. Ein Controller 180 regelt/steuert die Schalter SW1₁ 172 und SW2₁ 174, so dass diese einen Ausgangssignalschwingungsverlauf an einem Ausgang 182 erzeugen. Ungünstigerweise muss der Widerstand 184 niedrig sein, um die für eine Pulsweitenmodulation erforderlichen kurzen Schaltzeiten zu ermöglichen, was zu hohen Verlusten führt.
Andere Ultraschallsysteme verwenden eine große Zahl von Spannungspegeln, um Pulssequenzen zu erzeugen, die willkürliche Signalschwingungsverläufe approximieren, beispielsweise, indem 32 unterschiedliche Spannungspegel erzeugt werden, um z.B. einen Gaußschen Schwingungsverlauf zu approximieren. Allerdings steigert der Einsatz mehrfacher Speisespannungen die Kosten.
Diese Arten von Sendern weisen ferner einen geringen Wirkungsgrad, und damit einen hohen Energieverbrauch auf. Die oben erwähnten Systeme sind somit in ihrer Durchführung und Wartung kostspielig und ineffizient.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem System und Verfahren zum Erzeugen von Ausgangspulssequenzen, um gewünschte Schwingungsverläufe zu approximieren, um sich der oben erwähnten und anderer bisher auftretender Probleme anzunehmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Erzeugen von Ultraschallpulsen, mit den Schritten: Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz, die eine Pulsserie aufweist, und Regeln/Steuern einer Amplitude jedes Pulses, so dass diese wenigstens eine Spannung annimmt, nämlich eine von Null verschiedene positive Spannung, eine von Null verschiedene negative Spannung und eine Spannung mit einem dazwischenliegenden/intermediären Pegel. Die Spannung mit dem Zwischenpegel ist relativ zu den von Null verschiedenen positiven und negativen Spannungen gemessen.
Ein Verfahren zum Erzeugen eines diagnostischen Ultraschallbildes, mit dem Schritt eines Erzeugens einer Multipegel-Pulssequenz, die eine Pulsserie enthält. Die Pulsserie weist wenigstens einen positiven Puls, einen negativen Puls und einen intermediären Pegel auf. Der Zwischenpegel unterscheidet sich von dem positiven und dem negativen Puls und weist einen zwischen dem positiven und dem negativen Puls liegenden Spannungs pegel auf. Zu dem Verfahren gehören ferner die Schritte, Echosignale entgegen zu nehmen, die auf der Pulsserie basieren, und ein auf den empfangenen Echosignalen basierendes Ultraschallbild zu erzeugen.
Ein Ultraschallpulsgenerator weist Eingangsknoten auf, die konfiguriert sind, um erste, zweite und dritte Spannungspegel aufzunehmen, einen Ausgangsknoten, der konfiguriert ist, um mit einem Ultraschalltransducer verbunden zu sein, und ein Schalternetzwerk, das die Eingangs- und den Ausgangsknoten miteinander verschaltet. Das Schalternetzwerk erzeugt eine Multipegel-Pulssequenz, die eine Pulsserie am Ausgangsknoten umfasst. Die Pulsserie umfasst wenigstens drei Pulse mit jeweils drei unterschiedlichen Amplituden. Die Amplituden weisen positive, negative und Zwischenpegel auf, und der Zwischenpegel unterscheidet sich von den positiven und negativen Pegeln und befindet sich zwischen diesen.
Ein Ultraschallsystem umfasst einen Transducer, der an einen interessierenden Bereich Ultraschallsignale sendet und von diesem empfängt, und einen Sender, der den Transducer mit einer Multipegel-Pulssequenz treibt, die eine Pulsserie enthält. Die Pulsserie weist wenigstens drei unterschiedliche Amplituden auf, die wenigstens einen positiven Puls, einen negativen Puls und einen intermediären Pegel enthalten, der sich von dem positiven und dem negativen Puls unterscheidet und zwischen diesen liegt. Das System enthält ferner einen Prozessor, der durch den Transducer empfangene Echosignale verarbeitet, und einen Ausgang, der basierend auf verarbeiteten Echosignalen Ultraschalldaten ausgibt.
KURZBESCHREIBUNG UNTERSCHIEDLICHER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Ultraschallsystems, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
2 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiertes Ultraschallsystem.
3 veranschaulicht ein Echtzeit-4D-Volumen, das gemäß einem Ausführungsbeispiel durch das System in 1 erlangt ist.
4 veranschaulicht einen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruierten Multipegel-Sendepulsgenerator.
5 veranschaulicht den mit einem Controller verschalteten Multipegel-Sendepulsgenerator von 4, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 veranschaulicht drei Steuersignalschwingungsverläufe, die den Pulsgenerator von 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwenden.
7 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz und einen einem Bandbreitenanteil von 60% entsprechenden Gauß-Puls, die den Multipegel-Pulsgenerator von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwenden.
8 veranschaulicht Spektren der Pulssequenz und des Gauß-Pulses von 7, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz und einen Gauß-Puls, die den Multipegel-Pulsgenerator von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwenden.
10 veranschaulicht Spektren der Pulssequenz und des Gauß-Pulses von 9, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz und einen Gauß-Puls, die den Multipegel-Pulsgenerator von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwenden.
12 veranschaulicht Spektren der Pulssequenz und des Gauß-Pulses von 11, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 260 und einen gewichteten Chirp-Schwingungsverlauf 262, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwenden.
14 veranschaulicht eine Multipegel-Sendepulssequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
15 veranschaulicht einen von einem herkömmlichen System verwendeten bipolaren Pulsgenerator.
Die vorausgehende Kurzbeschreibung sowie die nachfolgende detaillierte Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher. Es ist jedoch selbstverständlich keinesfalls beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die in den beigefügten Figuren gezeigten Anordnungen und Funktionalitäten zu beschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines Ultraschallsystems 100, das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Ultraschallsystem 100 umfasst einen Sender 102, der innerhalb einer Sonde 106 angeordnete Transducer 104 veranlasst, gepulste Ultraschallsignale in einen Körper hinein abzustrahlen. Vielfältige Geometrien können verwendet werden. Die Ultraschallsignale werden von in dem Körper vorhandenen Strukturen, wie Blutzellen oder Muskelgewebe, rückgestreut, wobei zu den Transducern 104 zurückkehrende Echos entstehen. Die Echos werden von einen Empfänger 108 empfangen. Die empfangenen Echos werden durch einen Strahlformer 110 geleitet, der ein Bündeln durchführt und ein HF-Signal ausgibt. Das HF-Signal wird anschließend von einem HF-Prozessor 112 verarbeitet. Alternativ kann der HF-Prozessor 112 einen (nicht gezeigten) Komplex-Demodulator enthalten, der das HF-Signal demoduliert, um IQ-Datenpaare zu bilden, die die Echosignale repräsentieren. Die HF- oder IQ-Signaldaten können anschließend unmittelbar an einen HF/IQ-Puffer 114 für eine vorübergehende Speicherung verzweigt werden.
Das Ultraschallsystem 100 enthält ferner einen Signalprozessor 116, um die erfassten Ultraschalldaten (d.h. die HF-Signal- oder IQ-Datenpaare) zu verarbeiten und Einzelbilder der Ultraschalldaten für eine Wiedergabe auf dem Displaysystem 118 zu erzeugen. Der Signalprozessor 116 ist konfiguriert, um entsprechend einer Vielzahl auswählbarer Ultraschallmodalitäten ein oder mehrere Verarbeitungsschritte an den erlangten Ultraschalldaten durchzuführen. Die gewonnenen Ultraschalldaten kön nen in einem Scandurchlauf in Echtzeit während des Empfangs der Echosignale verarbeitet werden. Darüber hinaus oder alternativ können die Ultraschalldaten während eines Scandurchlaufs vorübergehend in dem HF/IQ-Puffer 114 gespeichert werden und nicht ganz in Echtzeit in einem Live- oder Offlinebetrieb verarbeitet werden.
Das Ultraschallsystem 100 kann fortlaufend Ultraschalldaten mit einer Framerate erfassen, die 50 Bilder pro Sekunde – d.h. die ungefähre Wahrnehmungsrate des menschlichen Auges – überschreitet. Die erlangten Ultraschalldaten werden auf dem Displaysystem 118 mit einer geringeren Framerate wiedergegeben. Ein Bildpuffer 122 ist enthalten, um verarbeitete Frames von erlangten Ultraschalldaten zu speichern, die nicht für eine unmittelbare Wiedergabe bestimmt sind. Vorzugsweise ist die Kapazität des Bildpuffers 122 ausreichend bemessen, um Ultraschalldatenframes von wenigstens einigen Sekunden zu speichern. Die Ultraschalldatenframes werden so abgespeichert, dass ein Auslesen derselben entsprechend deren Reihenfolge oder deren Zeitpunkt der Erfassung ermöglicht ist. Der Bildpuffer 122 kann ein beliebiges bekanntes Datenspeichermedium sein.
2 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiertes Ultraschallsystem. Das System umfasst eine Sonde 10, die mit einem Sender 12 und einem Empfänger 14 verbunden ist. Die Sonde 10 sendet Ultraschallpulse aus und empfängt Echos, die von Strukturen innerhalb eines gescannten Ultraschallvolumens 16 ausgehen. Ein Arbeitsspeicher 20 speichert die von dem Empfänger 14 stammenden, aus dem ges cannten Ultraschallvolumen 16 abgeleiteten Ultraschalldaten. Das Volumen 16 kann durch vielfältige Techniken gewonnenen werden (z.B. durch dreidimensionales Scannen, 3D-Bildgebung in Echtzeit, Volumenscannen, 2D-Scannen mittels Transducern, die Positionierungssensoren aufweisen, Freihandscannen unter Verwendung eines Volumenelementkorrelationsverfahrens, mittels 2D- oder Matrix-Array-Transducern und dergleichen mehr).
Der Transducer 10 wird während des Scannens eines interessierenden Bereichs (ROI) beispielsweise entlang eines geraden oder gekrümmten Pfads bewegt. An jeder Position der geraden oder gekrümmten Linie gewinnt der Transducer 10 Scanebenen 18. Die Scanebenen 18 werden für eine Dicke, z.B. aus einer Gruppe oder einem Satz von benachbarten Scanebenen 18 gesammelt. Die Scanebenen 18 werden in dem Arbeitsspeicher 20 gespeichert und anschließend an einen Volumen-Bildrasterwandler 42 übermittelt. In einigen Ausführungsbeispielen kann der Transducer 10 anstelle der Scanebenen 18 Zeilen gewinnen, und der Arbeitsspeicher 20 kann durch den Transducer 10 gewonnene Zeilen anstelle der Scanebenen 18 speichern. Der Volumen-Bildrasterwandler 20 kann durch den Transducer 10 gewonnene Zeilen anstelle der Scanebenen 18 speichern. Der Volumen-Bildrasterwandler 42 empfängt über ein Regel/Steuereingangssignal 40 einen Schichtbilddickevorgabewert, der die Dicke eines Schichtbilds kennzeichnet, das anhand der Scanebenen 18 erzeugt wird. Der Volumen-Bildrasterwandler 42 erzeugt auf der Grundlage mehrerer benachbarter Scanebenen 18 ein Datenschichtbild. Die Anzahl benachbarter Scanebenen 18, die zum Erzeugen jedes Datenschichtbilds gewonnen werden, hängt von der über den Schichtbilddickensteuerungseingang 40 ausgewählten Dicke ab. Das Datenschichtbild wird in ei nem Schichtbildspeicher 44 gespeichert, und ein volumenrenderingprozessor 46 greift darauf zu. Der Volumenrenderingprozessor 46 führt an dem Datenschichtbild ein Volumenrendering durch. Das Ausgangssignal des Volumenrenderingprozessors 46 wird an den Videoprozessor 50 und ein Display 67 ausgegeben.
Die Position jedes Echosignalabtastwerts (Volumenelements) ist hinsichtlich seiner geometrischer Genauigkeit (d.h. dem Abstand von einem Volumenelement zum nächsten) und der Ultraschallantwort (und der aus der Ultraschallantwort abgeleiteten Werte) definiert. Zweckmäßige Ultraschallantworten umfassen Graustufenwerte, Colour-Flow-Werte und Angio- oder Power-Doppler-Daten.
3 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispiel durch das System in 1 in Echtzeit erlangtes 4D-Volumen 16. Das Volumen 16 umfasst einen sektorförmigen Querschnitt mit radialen Grenzen 22 und 24 die unter einem Winkel 26 divergieren. Die Sonde 10 fokussiert und lenkt elektronisch Ultraschallpulse in Längsrichtung, um in jeder Scanebene 18 benachbarte Abtastzeilen zu scannen, und fokussiert und lenkt elektronisch oder mechanisch Ultraschallpulse lateral, um benachbarte Scanebenen 18 zu scannen. Die durch die Sonde 10 gewonnenen Scanebenen 18 werden, wie in 2 veranschaulicht, in einem Arbeitsspeicher 20 gespeichert, und deren Bildraster werden mittels des Volumen-Bildrasterwandlers 42 von sphärischen in kartesische Koordinaten konvertiert. Ein mehrere Scanebenen aufweisendes Volumen wird von dem Volumen-Bildrasterwandler 42 ausgegeben und in dem Schichtbildspeicher 44 als Renderingbox 30 (2) gespei chert. Die Renderingbox 30 in dem Schichtbildspeicher 44 baut sich aus mehreren benachbarten Bildebenen 34 auf.
Die Abmessung der Renderingbox 30 kann von einem Bediener definiert werden, um eine Dicke 32, Breite 36 und Höhe 38 eines Schichtbilds vorzugeben. Der Volumen-Bildrasterwandler 42 kann über den Schichtbilddickensteuerungseingang 40 gesteuert werden, um den Parameter der Dicke eines Schichtbilds so einzustellen, dass eine Renderingbox 30 der gewünschten Dicke gebildet wird. Die Renderingbox 30 bestimmt den Bereich des gescannten Volumens 16, an dem das Volumenrendering vorgenommen wird. Der Volumenrenderingprozessor 46 greift auf den Schichtbildspeicher 44 zu und rendert entlang der Dicke 32 der Renderingbox 30.
Während des Betriebes wird ein (auch als Renderingbox 30 bezeichnetes) dreidimensionales Schichtbild mit einer über den Schichtbilddickenvorgabesteuerung 40 (2) vordefinierten, im Wesentlichen konstanten Dicke gewonnen und in dem Volumen-Bildrasterwandler 42 verarbeitet (2). Die die Renderingbox 30 repräsentierenden Echodaten können in einem Schichtbildspeicher 44 gespeichert sein. Vordefinierte Dicken zwischen 2 mm und 20 mm sind typisch, jedoch können abhängig von der Anwendung und den Abmessungen des zu scannenden Bereichs auch Dicken von weniger als 2 mm oder mehr als 20 mm geeignet sein. Die Schichtbilddickenvorgabesteuerung 40 kann einen drehbaren Knopf mit diskreten oder kontinuierlichen Vorgabewerten für die Dicke aufweisen.
Der Volumenrenderingprozessor 46 projiziert die Renderingbox 30 auf einen Bildbereich 48 eines Bildbereichs 48 einer Bildebene 34 (3). Nach einer Verarbeitung durch den Volumenrenderingprozessor 46 können die Pixeldaten des Bildbereichs 48 einen Videoprozessor 50 passieren und anschließend an ein Display 67 ausgegeben werden.
Die Renderingbox 30 kann an einer beliebigen Position angeordnet und in einer beliebigen Richtung innerhalb des gescannten Volumens 16 ausgerichtet sein. Abhängig von der Größe der gescannten Region kann es in manchen Fällen von Vorteil sein, wenn die Renderingbox 30 lediglich einen kleinen Teil des gescannten Volumens 16 einnimmt.
4 veranschaulicht einen Multipegel-Pulsgenerator 150. Der Multipegel-Pulsgenerator 150 kann beispielsweise in der Ultraschallsonde 106 oder in dem Sender 102 integriert sein. Der Multipegel-Pulsgenerator 150 umfasst ein Tristate-Schalternetzwerk 168 mit wenigstens 3 Schaltern SW1 152, SW2 154 und SW3 156. Jeder der Schalter SW1 152, SW2 154 und SW3 156 kann ein Ein-/Aus-Schalter mit sehr geringem Verlust sein. Selbstverständlich können auch andere Arten von Schaltern verwendet werden.
Der Multipegel-Pulsgenerator 150 weist ferner drei Spannungseingänge auf. Eine positive Hochspannung +V ist mit einem ersten Eingangsknoten 158 verbunden, der mit einer Seite des Schalters SW1 152 in dem Schalternetzwerk 168 verbunden ist. Eine negative Hochspannung –V ist mit einem zweiten Eingangsknoten 160 verbunden, der mit einer Seite des Schalters SW2 154 in dem Schalternetzwerk 168 verbunden ist. Die Masse liegt an einem dritte Eingangsknoten 162, der mit einer Seite des Schalters SW3 156 in dem Schalternetzwerk 168 verbunden ist. Alternativ kann der Eingangsknoten 162 mit einem intermediären positiven oder negativen Spannungspegel verbunden sein, der sich von den mit den Eingangsknoten 158 und 160 verbundenen positiven bzw. negativen Hochspannungen unterscheidet und zwischen diesen liegt. Die positiven und negativen Hochspannungspegel können von dem (nicht gezeigten) Hochspannungsnetzteil des Ultraschallsystems 100 bereitgestellt werden. Ein Ausgangsknoten 164 gibt ein Ausgangssignal aus, um einen Transducer 140 in der Sonde 106 anzuregen.
5 veranschaulicht den mit einem Controller 166 verschalteten Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4. Der Controller 166 ist mit sämtlichen Schaltern SW1 152, SW2 154 und SW3 156 verbunden und regelt/steuert diese. Der Controller 166 kann in dem Sender 102 (1) integriert sein oder kann innerhalb des Ultraschallsystems 100 oder in einem weiteren Hardwareelemente gesondert angeordnet sein. Es sollte klar sein, dass der Controller 166 sowohl in Form von Hardware als auch in Form einer Kombination von Hardware und Software implementiert sein kann.
Der Controller 166 regelt/steuert die Schalter SW1 152, SW2 154 und SW3 156 in dem Schalternetzwerks 168, um eine gewünschte Multipegel-Pulssequenz zu erzeugen, die eine Serie von mindestens zwei Pulsen und einen intermediären dritten Pegel umfasst. Die Multipegel-Pulssequenz wird an den Ausgangsknoten 164 ausgegeben. Jedes Transducerelement 104 innerhalb der Sonde 106 kann durch einen gesonderten Multipegel-Pulsgenerator 150 getrieben sein.
6 veranschaulicht drei Steuersignalschwingungsverläufe 200, 202 und 204. Der Controller 166 regelt/steuert die Schalter SW1 152, SW2 154 und SW3 156, um die Steuersignalschwingungsverläufe 200, 202 bzw. 204 zu erzeugen. Eine genaue Steuerung der Pulsbreiten innerhalb sämtlicher Steuersignalschwingungsverläufe 200-204 wird mittels des Controllers 166 und der Schalter 152-156 erreicht. Der Controller 166 kann die Pulsbreite beispielsweise in Inkrementen von 6,2 nsec steuern, was einer Taktfrequenz von 160 MHz entspricht.
7 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 206 und einen einem Bandbreitenanteil von 60% entsprechenden Gauß-Puls 208, der den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwendet. Die Pulssequenz 206 ist symmetrisch. 8 veranschaulicht Spektren 226 und 228 der Pulssequenz 206 bzw. des Gauß-Pulses 208. Es ist zu beachten, dass abwegige Komponenten der Hochfrequenz, wie sie möglicherweise durch die Pulssequenz 206 eingeführt sein können, durch die Pulsantwort der Sonde 106 ausgefiltert werden. Die Spektren 226 und 228 sind folglich hinsichtlich ihrer akustischen Leistung ähnlich.
Die Pulssequenz 206 veranschaulicht den auf den Steuersignalschwingungsverläufen 200-204 von 6 basierenden resultierenden Ausgangssignalschwingungsverlauf. Die Pulssequenz 206 umfasst drei unterschiedliche Amplitudenpegel, wie sie durch +V, Masse und –V veranschaulicht sind. Es ist klar, dass im Falle einer Verbindung des Schalters SW3 156 mit einem von Masse abweichenden Spannungspegel der dritte Amplitudenpegel den differierenden intermediären Spannungspegel wiedergibt.
Darüber hinaus kann jeder Puls und intermediäre Spannungspegel in der Pulssequenz 206 moduliert werden, um eine unterschiedliche Breite aufzuweisen. Beispielsweise kann ein erster Puls eine schmalere Pulsbreite und eine erste Amplitude aufweisen. Ein zweiter Puls kann eine breitere Pulsbreite und eine zweite Amplitude aufweisen. Ein dritter Puls oder intermediärer Spannungspegel kann eine dritte Amplitude und eine gegenüber dem ersten und zweiten Puls unterschiedliche Breite aufweisen, oder er kann eine Breite aufweisen, die entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Puls übereinstimmt.
In 7 sind Pulse 213-219 und intermediäre Spannungspegel 220-225 veranschaulicht. Der Puls P1 214 ist ein positiver, schmaler Puls. Der Puls P2 215 ist eine negativer Puls und ist im Vergleich zu dem Puls P1 214 breiter. Der Puls P3 216 ist positiv und breiter als der Puls P2 215. Die Pulse P6 213 und P7 219 sind beide negative, schmale Pulse. Da die Pulssequenz 206 symmetrisch ist, gilt: die Pulse P6 213 und P7 219 stimmen überein, die Pulse P1 214 und P5 218 stimmen überein, die Pulse P2 215 und P4 217 stimmen überein, intermediäre Spannungspegel 222 und 223 stimmen überein und intermediäre Spannungspegel 221 und 224 stimmen überein.
Wie zuvor erörtert, ermöglichen der Multipegel-Pulsgenerator 150 und der Controller 166 eine genaue Regelung/Steuerung der Dauer (oder Breite) der Pulse sowie der intermediären Span nungspegel 220-225. In Kombination mit den mehrfachen Amplitudenpegeln eingesetzt, werden die Ausgangspulssequenzen so erzeugt, dass die Approximierung des gewünschten Sendespektrums erreicht wird. Beispielsweise hängt die Länge (Anzahl von Zyklen) der gesamten Pulssequenz von der gewünschten Bandbreite ab. Lange Pulssequenzen werden verwendet, um einen Gaußschen Schwingungsverlauf mit einer schmalen Bandbreite zu approximieren, während kürzere Pulssequenzen verwendet werden, um einen Gaußschen Schwingungsverlauf mit einer großen Bandbreite zu approximieren. Die Approximierung des durch den Multipegel-Pulsgenerator 150 und den Controller 166 erzeugten gewünschten Sendespektrums erzielt ähnliche Ergebnisse wie ein analoger Pulsgenerator. Allerdings sind der Multipegel-Pulsgenerator 150 und der Controller 166 im Vergleich zu einem analogen Pulsgenerator wesentlich einfacher aufgebaut, sind kostengünstiger, verbrauchen weniger Energie und weisen einen höheren Wirkungsgrad auf.
9-13 veranschaulichen andere gewünschte Schwingungsverläufe, die approximiert werden können, indem der Controller 166 verwendet wird, um die Schalter SW1 152, SW2 154 und SW3 156 des Multipegel-Pulsgenerators 150 zu steuern/regeln. Es ist selbstverständlich, dass viele weitere gewünschte Schwingungsverläufe approximiert werden können und dementsprechend keine Beschränkung durch 9-13 beabsichtigt ist.
9 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 240 und einen Gauß-Puls 242, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden. Die Pulssequenz 240 ist asymmetrisch. 10 veranschaulicht Spektren 244 und 246 der Pulssequenz 240 bzw. des Gauß-Pulses 242. Mit der asymmetrischen Pulssequenz 240 gelingt die spektrale Approximierung im Vergleich zu der symmetrischen Pulssequenz 206 von 7 besser.
11 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 250 und einen Gauß-Puls 252, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden. 12 veranschaulicht Spektren 254 und 256 der Pulssequenz 250 bzw. des Gauß-Pulses 252. Die Pulssequenz 250 ist eine pulsbreitenmodulierte Sequenz höherer Ordnung und weist im Wesentlichen zwei Pulse pro Halbperiode des Gaußschen Schwingungsverlaufs auf. Die sich ergebende Approximierung des Spektrums weist einen geringen Anteil an ersten Oberschwingungen auf.
13 veranschaulicht eine pulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 260 und einen gewichteten Chirp-Schwingungsverlauf 262, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden.
14 veranschaulicht eine Multipegel-Sendepulssequenz 230. In diesem Beispiel kann der Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 dahingehend modifiziert sein, dass dieser zwei zusätzliche Schalter aufweist. Außerdem sind an zwei zusätzlichen Eingangsknoten zwei zusätzliche intermediäre Spannungspegel vorgesehen, die sich bezüglich der positiven und negativen Hochspannungen unterscheiden. Der Controller 166 regelt/steuert die fünf Schalter, um die Sendepulssequenz 230 zu erzeugen, die Pulse und intermediäre Spannungspegel mit bis zu fünf unterschiedlichen Spannungspegeln aufweist. Die Pulsbreiten jedes Pulses und intermediären Spannungspegels können durch den Controller 166 wie zuvor erörtert geregelt/gesteuert werden. Es ist selbstverständlich, das zu dem Multipegel-Pulsgenerator 150 weitere Schalterpaare hinzugefügt und durch den Controller 166 geregelt/gesteuert werden können.
Ein Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Ultraschallpulsen umfassen ein Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz 206, die eine Pulsserie 213-219 enthält. Die Pulsserie 213-219 enthält wenigstens drei Pulse, die jeweils drei unterschiedliche Amplituden aufweisen. Die Amplituden weisen jeweils wenigstens einen Spannungswerte auf, nämlich eine positive von Null verschiedene Spannung, eine negative von Null verschiedene Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel. Die Multipegel-Pulssequenz 206 kann durch ein Schalternetzwerk 168 erzeugt werden, das wenigstens drei unterschiedliche Eingangsspannungspegel aufweist. Das Schalternetzwerk 168 gibt die Multipegel-Pulssequenz 206 an einem Ausgangsknoten 164 an einen in einer Sonde 106 angeordneten Transducer 104 aus. Basierend auf der Pulsserie 213-219 werden Echosignale empfangen, und es wird basierend auf den empfangene Echosignalen ein Ultraschallbild erzeugt.
Während die Erfindung anhand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass vielfältige Änderungen vorgenommen und äquivalente Ausführungen substituiert werden können, ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material den Ausführungen der Erfindung anzupassen, oh ne von deren Schutzumfang abzuweichen. Es ist dementsprechend nicht beabsichtigt, die Erfindung auf das offenbarte spezielle Ausführungsbeispiel zu beschränken, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele einbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

10: Sonde
12: Sender
14: Empfänger
16: Volumen
18: Scanebenen
20: Arbeitsspeicher
22: radiale Grenze
24: radiale Grenze
26: Winkel
30: Renderingbox
32: Schichtbilddicke
34: benachbarte Bildebenen
36: Schichtbildbreite
38: Schichtbildhöhe
40: Schichtbilddickensteuerungseingang
42: Volumen-Bildrasterwandler
44: Schichtbildspeicher
46: Volumenrenderingprozessor
48: Bildbereich
50: Videoprozessor
67: Display
100: Ultraschallsystem
102: Sender
104: Transducer
106: Sonde
108: Empfänger
110: Strahlformer
112: HF-Prozessor
114: HF/IQ-Puffer
116: Signalprozessor
118: Displaysystem
122: Bildpuffer
150: Multipegel-Pulsgenerator
152: Schalter SW1
154: Schalter SW2
156: Schalter SW3
158: Eingangsknoten
160: Eingangsknoten
162: Eingangsknoten
164: Ausgangsknoten
166: Controller
168: Schalternetzwerk
170: Pulsgenerator
172: Schalter SW1₁
174: Schalter SW2₁
176: Eingang
178: Eingang
180: Controller
182: Ausgang
184: Widerstand
186: Masse
200: Steuersignalschwingungsverlauf
202: Steuersignalschwingungsverlauf
204: Steuersignalschwingungsverlauf
206: Pulssequenz
208: Gauß-Puls
213: Puls P6
214: Puls P1
215: Puls P2
216: Puls P3
217: Puls P4
218: Puls P5
219: Puls P7
220: intermediärer Spannungspegel
221: intermediärer Spannungspegel
222: intermediärer Spannungspegel
223: intermediärer Spannungspegel
224: intermediärer Spannungspegel
225: intermediärer Spannungspegel
226: Spektren
228: Spektren
230: Sendepulssequenz
240: Pulssequenz
242: Gauß-Puls
244: Spektren
246: Spektren
250: Pulssequenz
252: Gauß-Puls
254: Gauß-Puls
256: Gauß-Puls
260: Pulssequenz
262: gewichteter Chirp-Schwingungsverlauf

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Ultraschallpulsen, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz (206), die eine Pulsserie (213-219) aufweist; und Regeln/Steuern einer Amplitude jedes Pulses (213-219), so dass diese wenigstens eine der folgenden Spannungen annimmt, nämlich eine von Null verschiedene positive Spannung, eine von Null verschiedene negative Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel (220-225), wobei die Spannung mit dem intermediären Pegel (220-225) relativ zu den positiven und negativen von Null verschiedenen Spannungen gemessen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, zu dem ferner ein Schritt des Steuerns der Pulsserie (213-219) gehört, so dass diese wenigstens drei Pulse enthält, von denen jeder eine andere Amplitude aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie (213-219), so dass diese mindestens zwei unterschiedliche Pulsbreiten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie (213-219), so dass diese einen schmalen ersten Puls (215) mit einer ersten Amplitude, einen breiteren zweiten Puls (216) mit einer zweiten Amplitude und einen schmalen dritten Puls (217) mit einer dritten Amplitude aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie (213-219), so dass diese sich an einen Schwingungsverlauf annähert, sei dies ein Gaußscher Schwingungsverlauf (208) oder ein Chirp-Schwingungsverlauf (262).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie (213-219) innerhalb von Inkrementen von 6,2 ns.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Steuerschritt die Amplitude zwischen einer ungeraden Anzahl unterschiedlicher diskreter Amplitudenpegel schaltet.
Verfahren zum Erzeugen eines diagnostischen Ultraschallbildes, wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz (206) mit einer Pulsserie (213-219), wobei die Pulsserie (213-219) wenigstens einen positiven Puls, einen negativen Puls und einen intermediären Pegel (220-225) aufweist, wobei sich der Zwischenpegel (220-225) von dem positiven und negativen Puls unterscheidet, wobei der Zwischenpegel (220-225) einen zwischen dem positiven und dem negativen Puls liegenden Spannungspegel aufweist; Empfangen von auf der Pulsserie (213-219) basierenden Echosignalen; und Erzeugen eines Ultraschallbildes, das auf den empfangenen Echosignalen basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie (213-219), so dass diese mindestens zwei unterschiedliche Pulsbreiten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt: Modulieren der Pulsserie, so dass diese mehrfache Pulsbreiten aufweist, wobei die mehrfachen Pulsbreiten mit progressiver Pulsweitenmodulation erzeugt werden, um einen gewünschten Schwingungsverlauf zu approximieren.