OFFENBARUNG
DER ERFINDUNGEPIPHANY
THE INVENTION
Neue BreitstrahlTM-Technologien
sind Systeme und Verfahren, die ermöglichen, dass mehrdimensionale
(Fläche
oder Volumen) Echoortsdaten aus nicht mehr als einem Ultraschallstrahl
erzeugt werden. Diese Technologien umfassen das Erzeugen eines Ultraschallstrahls
und das Senden desselben in ein zu untersuchendes Material, das
Erzeugen von Echosignalen aus den resultierenden Echos, und das
Verarbeiten der Echosignale, um Echoortsdaten zu erzeugen, die in
zwei oder mehr Dimensionen verteilt sind.New broad beam TM technologies are systems and processes that enable multidimensional (area or volume) echolocation data to be generated from no more than one ultrasound beam. These technologies include generating an ultrasound beam and sending it into a material to be examined, generating echo signals from the resulting echoes, and processing the echo signals to produce echolocation data distributed in two or more dimensions.
Breitstrahltechnologien sind weniger
komplex als Ultraschallsysteme und -verfahren des Standes der Technik.
Breitstrahlsysteme und -verfahren sind beispielsweise nicht durch
die Verwendung von Sendelinien, Abtastlinien oder Empfangslinien
eingeschränkt,
und Breitstrahlsysteme und -verfahren können mehrdimensionale Echoortsdaten
aus nicht mehr als einem gesendeten Ultraschallstrahl erzeugen.
Die Abhängigkeit
von Sendelinien und Empfangslinien wird beseitigt, da die Breitstrahltechnologien
keine Annahme erfordern, dass Echoquellen entlang einer eindimensionalen
Linie wie z. B. der Sendestrahllinie 250 und/oder einer
Empfangslinie angeordnet sind. Breitstrahlsysteme und -verfahren erfordern
nicht, dass mehrere Strahlabtast- oder Abtastlinien ein zweidimensionales
Bild erzeugen. Im Gegensatz zum Stand der Technik können sich
die resultierenden Echoortsdaten auch aus einem einzelnen gesandten
Ultraschallstrahl ergeben, der über zwei
Dimensionen verteilt sein kann. Unter Verwendung von Breitstrahlsystemen
und -verfahren kann eine Mehrheit der empfangenen Echosignale zur
Bilderzeugung verwendet werden.Wide beam technologies are less complex than prior art ultrasound systems and methods. For example, wide beam systems and methods are not limited by the use of transmit lines, scan lines, or receive lines, and wide beam systems and methods can generate multi-dimensional echolocation data from no more than one transmitted ultrasound beam. The dependency on transmit lines and receive lines is eliminated since the broad beam technologies do not require an assumption that echo sources along a one-dimensional line such as e.g. B. the transmit beam line 250 and / or a reception line are arranged. Wide beam systems and methods do not require that multiple beam scan lines or scan lines produce a two-dimensional image. In contrast to the prior art, the resulting echolocation data can also result from a single transmitted ultrasound beam, which can be distributed over two dimensions. Using broad beam systems and methods, a majority of the received echo signals can be used for imaging.
Im Gegensatz zu Ausführungsbeispielen
des Standes der Technik hängen
Breitstrahlsysteme und -verfahren nicht notwendigerweise von der
Form oder Breite eines gesandten Ultraschallstrahls ab, um die Auflösung der
Echoortsdaten festzulegen. Diese Unabhängigkeit entsteht, da Breitstrahlsysteme
keine Annahme beinhalten, dass ein gesandter Ultraschallstrahl durch
eine Sendelinie oder eine Spalte, die eine Sendelinie umgibt, angenähert wird. Im
Allgemeinen sind Ultraschallstrahlen (Breitstrahlen), die in Breitstrahlsystemen
und -verfahren verwendet werden, breiter als der im Stand der Technik verwendete
fein fokussierte Ultraschallstrahl 170.In contrast to prior art embodiments, wide beam systems and methods do not necessarily depend on the shape or width of a transmitted ultrasound beam to determine the resolution of the echolocation data. This independence arises because broad beam systems make no assumption that a transmitted ultrasound beam will be approximated by a transmit line or a column surrounding a transmit line. In general, ultrasound beams (wide beams) used in wide beam systems and methods are wider than the finely focused ultrasound beam used in the prior art 170 ,
Breitstrahlsysteme und -verfahren
verarbeiten Daten anders als der Stand der Technik. Breitstrahlsysteme
und -verfahren basieren auf mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen,
die an Empfangswandlern empfangene Echos in Echoortsdaten umwandeln,
wodurch mehrdimensionale Echoortsdaten aus einem einzelnen gesandten
Ultraschallstrahl erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel beeinflusst
ein Entfaltungsalgorithmus (Berechnung) beispielsweise eine Transformation
von zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler) Rohdaten in zweidimensionale
(X,Y-Position) Echoortsdaten. Die zweidimensionalen (Zeit, Ultraschallwandler)
Rohdaten werden wahlweise unter Verwendung eines einzelnen gesandten
Ultraschallstrahls und ohne Annahme einer Sendelinie oder einer
Empfangslinie erzeugt. Die zweidimensionalen Echoortsdaten sind über einen
Bereich verteilt, der mindestens zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung
erfordert. Die in Breitstrahlsystemen und -verfahren enthaltene
Datenverarbeitung ist in der Lage, einen einzelnen übertragenen
Ultraschallstrahl zu verwenden, um ein zweidimensionales Bild zu
erzeugen, das zur Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung ausgelegt
ist.Wide beam systems and processes process data differently from the state of the art. Wide beam systems and methods are based on multidimensional deconvolution algorithms that convert echoes received at receive transducers into echolocation data, thereby generating multidimensional echolocation data from a single transmitted ultrasound beam. In one embodiment, a deconvolution algorithm influences (calculation) for example a transformation of two-dimensional (time, ultrasound transducer) raw data into two-dimensional (X, Y position) echolocation data. The two-dimensional (time, ultrasound transducer) raw data are optionally generated using a single transmitted ultrasound beam and without assuming a transmission line or a reception line. The two-dimensional echolocation data is distributed over an area that requires at least two spatial dimensions for the display. The data processing included in wide beam systems and methods is capable of using a single transmitted ultrasound beam to produce a two-dimensional image that is designed to be displayed on a display device.
Breitstrahlsysteme und -verfahren
nutzen Steigerungen der Mikroprozessorleistung und Fortschritte
in den integrierten Schaltkreistechnologien. Derzeitige Mikroprozessoren
sind in der Lage, eine Breitstrahl-Datenanalyse mit einer Geschwindigkeit durchzuführen, die
schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der einzelne Ultraschallstrahlen
unter Verwendung von Strahlformungstechnologien des Standes der
Technik gesandt und empfangen werden können. Obwohl Technologien des
Standes der Technik durch die Impulsrücklauf zeit und die Anzahl von
einzelnen Ultraschallstrahlen, die erforderlich sind, um einen Bereich
abzubilden, eingeschränkt sind,
wirken sich Ausführungsbeispiele
der Breitstrahlmethode auf weitergehende Fortschritte in der Rechentechnologie
aus. Breitstrahlsysteme und -verfahren erzielen Bilderzeugungsraten,
die nicht hauptsächlich
durch die Verwendung von schmal fokussierten Ultraschallstrahlen
begrenzt sind wie im Stand der Technik.Wide beam systems and processes
take advantage of increases in microprocessor performance and progress
in the integrated circuit technologies. Current microprocessors
are able to perform wide beam data analysis at a speed that
is faster than the speed at which individual ultrasound beams
using state of the art beam shaping technologies
Technology can be sent and received. Although technologies of
State of the art by the pulse return time and the number of
individual ultrasound beams that are required to cover an area
are limited,
work examples
the wide beam method to further advances in computing technology
out. Wide beam systems and processes achieve imaging rates
the not mainly
through the use of narrowly focused ultrasound beams
are limited as in the prior art.
In einem herkömmlichen System, das auf eine
Tiefe von 200 mm abbildet, benötigen
beispielsweise 128 Sende/Empfangs-Zyklen 33,3 Millisekunden auf der Basis
einer Schallgeschwindigkeit von 1,54 mm/Mikrosekunde. Diese Geschwindigkeit
ergibt eine Bildrate von ungefähr
30 Vollbildern/Sekunde mit einer Bildauflösung über die Bildfläche senkrecht
zur Achse der Elementmatrix 105 von 128 Zeilen. Im Vergleich
kann unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung zum Abbilden derselben Tiefe eine ähnliche Auflösung unter
Verwendung von fünf
bis sieben Sende/Empfangs-Zyklen, die insgesamt 1,3 bis 1,8 Millisekunden
benötigen, erhalten
werden. Diese Zeiten begrenzen die resultierende Bildrate auf 769
bzw. 549 Vollbilder/Sekunde. In verschiedenen Ausführungsbeispielen
werden Bilder mit Bildauflösungen
von 128 Zeilen wie vorstehend in weniger als 25, 17, 10, 5 oder
2 Millisekunden erhalten.For example, in a conventional system imaging to a depth of 200 mm, 128 transmit / receive cycles take 33.3 milliseconds based on a speed of sound of 1.54 mm / microsecond. This speed results in an image rate of approximately 30 full images / second with an image resolution over the image area perpendicular to the axis of the element matrix 105 of 128 lines. In comparison, using one embodiment of the invention to map the same depth, a similar resolution can be obtained using five to seven transmit / receive cycles that take a total of 1.3 to 1.8 milliseconds. These times limit the resulting frame rate to 769 or 549 frames / second. In various embodiments, images with 128 line resolution as above are obtained in less than 25, 17, 10, 5, or 2 milliseconds.
Einige Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologien
ergeben Bilder, die das Auftreten von unerwünschten zeitlichen Anomalien,
die mit Abtastprozessen des Standes der Technik verbunden sind, minimieren.
Die mehrdimensionalen Echoortsdaten, die von einem Breitstrahl-Ultraschallstrahl
abgeleitet werden, stellen einen Abschnitt des untersuchten Materials
während
des kurzen Zeitraums einer Impulsrücklaufzeit dar. Da diese Zeit
kürzer
ist als die Zeit, die erforderlich ist, um eine zweidimensionale (Mehrstrahl-)
Abtastung im Stand der Technik durchzuführen, wird die Wahrscheinlichkeit
einer relativen Bewegung zwischen den Wandlern und dem untersuchten
Material während
der Datenerfassung relativ zum Stand der Technik verringert.Some examples of wide beam technologies
result in images showing the occurrence of undesirable temporal anomalies,
minimize associated with prior art scanning processes.
The multi-dimensional echolocation data from a wide beam ultrasound beam
derived a section of the investigated material
while
of the short period of a pulse return time. Because this time
shorter
is the time required to complete a two-dimensional (multi-beam)
Carrying out scanning in the prior art becomes the probability
a relative movement between the transducers and the one under investigation
Material during
data acquisition is reduced relative to the prior art.
Breitstrahlsysteme und -verfahren
hängen nicht
von der Näherung
des Standes der Technik ab, dass ein Ultraschallstrahl durch eine
Linie dargestellt werden kann, wie z. B. die Strahllinie 250.
Daher ist die Auflösung
der resultierenden Echoortsdaten keine Funktion des Abstands von
einem Brennpunkt, wie z. B. den Brennpunkten 230A–E des
Standes der Technik. Breitstrahlen sind typischerweise breiter und in
der Lage, Bereiche abzubilden, die größer sind als jeder der fokussierten
Strahlen des Standes der Technik.Wide beam systems and methods do not depend on the approximation of the prior art that an ultrasound beam can be represented by a line, such as e.g. B. the beam line 250 , Therefore, the resolution of the resulting echolocation data is not a function of the distance from a focal point, e.g. B. the focal points 230A-E the state of the art. Broad beams are typically wider and capable of imaging areas larger than any of the prior art focused beams.
Da jeder Breitstrahl in der Lage
ist, einen Bereich abzubilden, der größer ist als Ultraschallstrahlen
des Standes der Technik, wird die Anzahl von Ultraschallstrahlen,
die erforderlich ist, um einen speziellen Bereich abzubilden, relativ
zum Stand der Technik verringert. Da weniger Ultraschallstrahlen,
wie z. B. nur ein Ultraschallstrahl, erforderlich sind, können Breitstrahlsysteme
und -verfahren weniger Leistung verwenden, um ein zu untersuchendes
Material abzubilden, als Systeme des Standes der Technik. Die Verwendung
von weniger Leistung senkt die Menge an Energie, die in das zu untersuchende
Material eingeschossen wird, und senkt die Menge an Elektrizität, die zum
Erzeugen jedes Bildes erforderlich ist. Verringerte elektrische
Anforderungen können
Vorrichtungen, die eingebaute Leistungsquellen wie z. B. Batterien
verwenden, nutzen.Because every broad jet is capable
is to image an area that is larger than ultrasound beams
of the prior art, the number of ultrasound beams,
required to map a specific area, relatively
reduced to the state of the art. Since fewer ultrasound beams,
such as B. only an ultrasound beam are required, wide beam systems
and method use less power to find one to be examined
Imaging material as systems of the prior art. The usage
of less power lowers the amount of energy that is being examined
Material is injected, and lowers the amount of electricity used to
Generating any image is required. Reduced electrical
Requirements can
Devices that have built-in power sources such. B. Batteries
use, use.
Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie
umfassen einen Prozess der FlächenformungTM zum Erzeugen, Empfangen und Analysieren
eines Ultraschallstrahls, wobei ein Satz von Echoortsdaten, die über einen
Bereich verteilt sind, der zwei räumliche Dimensionen zur Darstellung
erfordert, unter Verwendung von nicht mehr als einem Ultraschall
erzeugt werden. Die Empfangspunkte, an denen die Echoerfassung stattfindet
und Echoortsdaten erzeugt werden, können irgendwo im geprüften Bereich
liegen. Die Empfangspunkte liegen wahlweise entlang eines variablen
Gitters, dessen Granularität und
Regelmäßigkeit
mit der Position variieren. Weitere Ausführungsbeispiele der Breitstrahltechnologie umfassen
einen Prozess der VolumenformungTM ähnlich der
Flächenformung,
außer
dass drei räumliche
Dimensionen erforderlich sind, um die Echoortsdaten, die unter Verwendung
von nicht mehr als einem Ultraschall erzeugt werden, angemessen
darzustellen. Die Flächenformung
und Volumenformung werden wahlweise mit nicht-räumlichen Dimensionen wie z.
B. Zeit und Geschwindigkeit kombiniert, um Prozesse der mehrdimensionalen
FormungTM zu erzielen.Embodiments of wide beam technology include a surface shaping process TM for generating, receiving, and analyzing an ultrasound beam, wherein a set of echolocation data distributed over an area that requires two spatial dimensions for display are generated using no more than one ultrasound. The reception points at which the echo detection takes place and echo location data are generated can be anywhere in the tested area. The reception points are optionally located along a variable grid, the granularity and regularity of which vary with the position. Other embodiments of wide beam technology include a volume shaping process TM similar to surface shaping, except that three spatial dimensions are required to adequately represent the echolocation data generated using no more than one ultrasound. The surface shaping and volume shaping are optionally with non-spatial dimensions such as. B. Time and speed combined to process multidimensional forming TM aim.
4 ist
ein Ablaufplan, der einen Überblick über ein
Breitstrahlverfahren gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt und im Allgemeinen mit 400 bezeichnet
ist. Das Verfahren 400 beginnt mit einem Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410,
das die Festlegung der Anzahl und Formen von Ultraschallstrahlen
(Breitstrahlen), die zum Abbilden einer Fläche oder eines Volumens erforderlich
sind, umfasst. Innerhalb dieses Schritts werden gewünschte Eigenschaften
von zumindest einem der festgelegten Breitstrahlen berechnet und
Parameter für
die Breitstrahlerzeugung werden festgelegt. Die gewünschten
Eigenschaften jedes Breitstrahls können Faktoren wie z. B. Position,
Richtung, Breite, Intensität,
Streuung oder dergleichen umfassen. Die Parameter können Spannungen,
Blendenfunktionen, Anregungsverzögerungen
und ähnliches
umfassen. 4 FIG. 10 is a flowchart showing an overview of a broad beam method according to an embodiment of the invention, and generally with 400 is designated. The procedure 400 starts with a wide jet construction step 410 , which includes determining the number and shapes of ultrasound beams (broad beams) required to image an area or volume. In this step, desired properties of at least one of the defined wide beams are calculated and parameters for the wide beam generation are defined. The desired properties of each wide beam can factors such. B. position, direction, width, intensity, scatter or the like. The parameters can include voltages, aperture functions, excitation delays and the like.
In einem Sendeschritt 420 wird
der in Schritt 410 konstruierte Breitstrahl erzeugt und
in ein zu untersuchendes Material gesendet. Der Sendeschritt 420 umfasst
die Erzeugung einer elektronischen Wellenform unter Verwendung von
beispielsweise einem digitalen oder analogen Wellenformgenerator. Diese
Wellenform wird mit mehreren Kanälen
gekoppelt, von denen jeder unter Verwendung von Vorrichtungen wie
z. B. einem Mehrkanal-Verzögerungsgenerator
und einem Mehrkanal-Leistungsverstärker unabhängig verzögert und
verstärkt
werden kann. Typischerweise werden die Verzögerungszeiten als Reaktion
auf die gewünschte
Form, Breite und Richtung des Breitstrahls ausgewählt. Die
verstärkten Wellenformen
regen Wandlerelemente 110 an, die bewirken, dass der Breitstrahl
in ein zu untersuchendes Material gesandt wird.In one transmission step 420 will be in step 410 constructed broad beam generated and sent into a material to be examined. The send step 420 involves generating an electronic waveform using, for example, a digital or analog waveform generator. This waveform is coupled to multiple channels, each using devices such as. B. a multi-channel delay generator and a multi-channel power amplifier can be delayed and amplified independently. Typically, the delay times are selected in response to the desired shape, width, and direction of the wide beam. The amplified waveforms stimulate transducer elements 110 that cause the broad beam to be sent into a material to be examined.
Ein Empfangsschritt 430 verwendet
die Wandlerelemente 110, um Echos zu erfassen, die durch
den gesandten Breitstrahl erzeugt werden. Die Wandlerelemente 110 erzeugen
elektronische Signale als Reaktion auf die erfassten Echos. Die
resultierenden elektronischen Signale (Analogkanaldaten) werden
wahlweise unter Verwendung eines analogen Filters gefiltert und
typischerweise mit einem Mehrkanal-A/D-Wandler digitalisiert, um
Digitalkanaldaten zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel umfassen die
Kanaldaten vorzugsweise sowohl eine Amplituden- als auch Phaseninformation.
In einem Datenspeicherschritt 440 werden die Kanaldaten
in einem Kanaldatenpuffer gespeichert. Dieser Kanaldatenpuffer befindet
sich in einem Speicher wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien,
optischen Medien oder dergleichen.A receiving step 430 uses the transducer elements 110 to detect echoes generated by the transmitted broad beam. The converter elements 110 generate electronic signals in response to the detected echoes. The resulting electronic signals (analog channel data) are optionally filtered using an analog filter and typically digitized with a multi-channel A / D converter to generate digital channel data. In one embodiment, the channel data preferably includes both amplitude and phase information. In a data storage step 440 the channel data is stored in a channel data buffer. This channel data buffer is in a memory such as. As a RAM, magnetic media, optical media or the like.
Ein Echoflächen-Berechnungsschritt 450 umfasst
die Verarbeitung der gespeicherten Kanaldaten unter Verwendung von
mehrdimensionalen Entfaltungsalgorithmen. Diese Algorithmen sind
mathematische Verfahren, die die Kanaldaten in mehrdimensionale
Echoortsdaten transformieren. Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 kann
die mehrdimensionalen Echoortsdaten ohne Verwendung der Sendelinien,
Empfangslinien oder Abtastlinien, die den Stand der Technik kennzeichnen,
erzeugen.An echo area calculation step 450 involves processing the stored channel data using multi-dimensional deconvolution algorithms. These algorithms are mathematical processes that transform the channel data into multi-dimensional echolocation data. The echo area calculation step 450 can generate the multi-dimensional echolocation data without using the transmit lines, receive lines, or scan lines that characterize the prior art.
Das Verfahren 400 fährt mit
einem Echoortsdaten-Speicherschritt 460 fort,
in dem die resultierenden Echoortsdaten unter Verwendung einer Echoortsdatenmatrix
gespeichert werden, die ein vorgewähltes Koordinatensystem verwendet.
Die Echoortsdaten befinden sich typischerweise in einem Speicher
wie z. B. einem RAM, magnetischen Medien, optischen Medien oder
dergleichen.The procedure 400 moves with an echolocation data storage step 460 in which the resulting echolocation data is stored using an echolocation data matrix that uses a preselected coordinate system. The echolocation data is typically located in a memory such as e.g. As a RAM, magnetic media, optical media or the like.
In einem Schritt 465 prüft das Verfahren 400, ob
der Datenerfassungsprozess vollständig ist (z. B. die zum Erzeugen
des gewünschten
Bildes erforderlichen Daten erfasst wurden). Wenn der Datenerfassungsprozess
unvollständig
ist, kehrt das Verfahren zum Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zurück, in dem
ein weiterer Breitstrahl konstruiert wird. Wenn in Schritt 465 der
Datenerfassungsprozess vollständig ist,
kann ein Bild in einem wahlweisen Bilderzeugungsschritt 470 erzeugt
und in einem wahlweisen Anzeigeschritt 480 auf einer Anzeigevorrichtung
wie z. B. einem Computermonitor angezeigt werden.In one step 465 checks the procedure 400 whether the data acquisition process is complete (e.g., the data required to generate the desired image has been acquired). If the data acquisition process is incomplete, the process returns to the wide beam construction step 410 back, in which another broad jet is constructed. If in step 465 the data acquisition process is complete, an image can be taken in an optional imaging step 470 generated and in an optional display step 480 on a display device such. B. be displayed on a computer monitor.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel schließt der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 die Berechnung
von Kennwerten für
verschiedene Breitstrahlen ein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rückkehr zu
Schritt 410 zwischen den Schritten 465 und 420 optional.
Das Verfahren kann direkt vom Schritt 465 zum Sendeschritt 420 fortfahren,
da die gewünschten
Kennwerte für
den nächsten
Breitstrahl vor dem Schritt 410 vorausberechnet werden.In an alternative embodiment, the wide beam construction step closes 410 the calculation of characteristic values for different broad beams. In this embodiment, the return is to step 410 between the steps 465 and 420 optional. The procedure can go straight from the step 465 to send step 420 continue as the desired parameters for the next wide jet before the step 410 be calculated in advance.
5 zeigt
ein Breitstrahlsystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das im Allgemeinen mit 500 bezeichnet ist.
Ein Wellenformgenerator 510 wie z. B. ein programmierbarer
Impulssequenzgenerator oder dergleichen wird verwendet, um elektronische
Signale zu erzeugen, wie z. B. elektronische Impulse 210,
die später
verwendet werden, um einen Breitstrahl-Ultraschallstrahl zu erzeugen. Die
elektronischen Signale werden individuell durch eine Verzögerungsvorrichtung 515 in
verschiedenen Signalkanälen
mit einem Satz von Verzögerungen, die
dazu ausgelegt sind, einen Ultraschallstrahl mit den in Schritt 410 von 4 konstruierten Eigenschaften
zu erzeugen, verzögert.
Das Ausgangssignal der Verzögerungsvorrichtung 515 wird
mit einem Leistungsverstärker 520 wie
z. B. einem Leistungstransistor, Operationsverstärker, Hochgeschwindigkeits-FET
oder dergleichen gekoppelt, wo es verstärkt und durch einen Sende/Empfangs-Schalter 525 geleitet
wird. Der Sende/Empfangs-Schalter 525 umfasst wahlweise
einen Multiplexer 527, der dazu ausgelegt ist, Eingangskanäle mit Signalen,
die von der Verzögerungsvorrichtung 515 empfangen
werden, mit Ausgangskanälen
zur Übertragung
zu einer Wandlermatrix 530 zu koppeln, die analog zur Elementmatrix 105 des
Standes der Technik sein kann. Die Wandlermatrix 530 umfasst
Ultraschallwandlerelemente wie z. B. die Ultraschallwandlerelemente 110A–110H,
die durch Umwandeln von elektrischen Signalen, die vom Sende/Empfangs-Schalter 525 empfangen
werden, in Ultraschallimpulse einen Breitstrahl erzeugen. 5 shows a wide beam system according to an embodiment of the invention, generally with 500 is designated. A waveform generator 510 such as B. a programmable pulse sequence generator or the like is used to generate electronic signals, such as. B. electronic pulses 210 which will later be used to generate a wide beam ultrasound beam. The electronic signals are customized by a delay device 515 in different signal channels with a set of delays that are designed to transmit an ultrasound beam in step 410 of 4 to produce constructed properties is delayed. The output signal of the delay device 515 comes with a power amplifier 520 such as B. a power transistor, operational amplifier, high-speed FET or the like, where it is amplified and by a transmit / receive switch 525 is directed. The send / receive switch 525 optionally includes a multiplexer 527 , which is designed to input channels with signals from the delay device 515 are received, with output channels for transmission to a converter matrix 530 to couple, which is analogous to the element matrix 105 of the prior art. The converter matrix 530 includes ultrasonic transducer elements such as B. the ultrasonic transducer elements 110A-110H by converting electrical Signals from the send / receive switch 525 are received, generate a wide beam in ultrasonic pulses.
Die Wandlermatrix 530 ist
dazu ausgelegt, den Breitstrahl in ein zu untersuchendes Material 535 zu
senden. Das Senden des Breitstrahls findet in Schritt 420 von 4 statt. Echos werden im
untersuchten Material 535 durch Wechselwirkungen zwischen
dem Breitstrahl und Ultraschall reflektierenden Gegenständen wie
z. B. Gewebe und Knochen erzeugt. Die Wandlermatrix 530 empfängt die
erzeugten Echos und erzeugt entsprechende elektrische Signale in
Schritt 430 von 4.
Diese elektrischen Signale, die typischerweise analoge elektrische
Signale sind, werden über
den Sende/Empfangs-Schalter 525 mit einem Verstärker 540 mit
variabler Verstärkung
wie z. B. einem spannungsgeregelten Operationsverstärker, einem
digital gesteuerten Verstärker, einer
Verstärkungstransistorschaltung
oder dergleichen gekoppelt.The converter matrix 530 is designed to spread the broad jet into a material to be examined 535 to send. Broadcast transmission takes place in step 420 of 4 instead of. Echoes appear in the material under investigation 535 through interactions between the broad beam and ultrasound reflecting objects such. B. tissue and bone. The converter matrix 530 receives the generated echoes and generates corresponding electrical signals in step 430 of 4 , These electrical signals, which are typically analog electrical signals, are sent through the transmit / receive switch 525 with an amplifier 540 with variable gain such as B. a voltage controlled operational amplifier, a digitally controlled amplifier, an amplifying transistor circuit or the like.
Nach der Verstärkung werden die Signale über ein
wahlweises analoges Filter 545 zu einem A/D-Wandler 550 geleitet,
wo die verstärkten
Signale digitalisiert werden. Das analoge Filter 545 kann
irgendein analoges Filter sein, das auf dem Fachgebiet bekannt ist,
wie z. B. ein Bandpassfilter, ein Bandsperrfilter oder dergleichen.
Der A/D-Wandler 550 ist typischerweise ein kommerziell
erhältlicher Analog-Digital-Wandler oder dergleichen.After amplification, the signals are passed through an optional analog filter 545 to an A / D converter 550 where the amplified signals are digitized. The analog filter 545 can be any analog filter known in the art, e.g. B. a bandpass filter, a notch filter or the like. The A / D converter 550 is typically a commercially available analog-to-digital converter or the like.
Die resultierenden digitalen Daten
werden in Schritt 440 (4)
in einem Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert, wo
sie vom Signalprozessor 560 verarbeitet werden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 kann
sich in einem beliebigen auf dem Fachgebiet bekannten Speichersystem
befinden. Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 ist beispielsweise
wahlweise in einem elektronischen Speicher wie z. B. einem RAM oder
einem magnetischen oder optischen Speicher wie z. B. Plattenlaufwerken,
Kompaktplatten oder dergleichen angeordnet. Die vom Signalprozessor 560 durchgeführten Operationen umfassen
Echoflächenberechnungen
von Schritt 450 (4),
die die im Datenkanal-Speicherpuffer 555 gespeicherten
Zeitdomänendaten
in Echoortsdaten transformieren, wie z. B. Rohdaten oder erfasste
Daten, die in Schritt 460 (4)
in einem Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert werden.
Aus dem Echoortsdaten-Speicher 565 werden Daten wahlweise
zu einem zusätzlichen
Datenspeicher 570 übertragen
oder auf diese wird durch einen Bildwandler 575 zugegriffen.
Der Echoortsdaten-Speicher 565 und der zusätzliche
Datenspeicher 570 können
beliebige geeignete Speichervorrichtungen wie z. B. ein elektronischer
Speicher, magnetische oder optische Medien oder dergleichen sein.
Der Bildwandler 575 ist analog zu "Bildabtastwandlern"
des Standes der Technik, kann jedoch zusätzlich vielmehr Daten verarbeiten,
die unter Verwendung eines einzelnen Ultraschallstrahls erzeugt
werden, als Daten, die unter Verwendung einer "Abtastung" mit mehreren
Ultraschallstrahlen erzeugt werden. In Schritt 470 (4) kann der Bildwandler 575 Daten
verwenden, die im Echoortsdaten-Speicher 565, im zusätzlichen
Datenspeicher 570 oder beiden gespeichert sind, um Erkennungsdaten
oder Bilddaten zu erzeugen.The resulting digital data is saved in step 440 ( 4 ) in a channel data storage buffer 555 saved where it is from the signal processor 560 are processed. The channel data storage buffer 555 can be located in any storage system known in the art. The channel data storage buffer 555 is, for example, optionally in an electronic memory such. B. a RAM or a magnetic or optical memory such. B. disk drives, compact disks or the like. The one from the signal processor 560 Operations performed include step echo area calculations 450 ( 4 ) which are in the data channel memory buffer 555 transform stored time domain data into echolocation data, such as B. raw data or collected data in step 460 ( 4 ) in an echolocation data memory 565 get saved. From the echolocation data memory 565 data optionally becomes an additional data storage 570 is transmitted or to this by an image converter 575 accessed. The echolocation data storage 565 and the additional data storage 570 can be any suitable storage devices such. B. an electronic memory, magnetic or optical media or the like. The image converter 575 is analogous to "prior art" image transducers, but can additionally process data generated using a single ultrasound beam rather than data generated using "ultrasound beam" scanning. In step 470 ( 4 ) the image converter can 575 Use data stored in echolocation data 565 , in the additional data storage 570 or both are stored to generate recognition data or image data.
Der Bilderzeugungsprozess kann zu
Verfahren des Standes der Technik zur Bilderzeugung unter Verwendung
von Echoortsdaten, die durch Strahlformungsverfahren erzeugt werden,
analog sein. Beispielsweise wird eine spezielle Position im Echoortsdaten-Speicher 565 wahlweise
in eine spezielle Stelle auf einem Anzeigebildschirm abgebildet.
Die Intensität
und/oder Farbe einer Position innerhalb des Bildes kann die Intensität oder eine
andere Eigenschaft von Echos anzeigen, die innerhalb des untersuchten Materials 535 erfasst
werden. Dieses Bild wird in Schritt 480 ( 4) wahlweise auf einer Anzeige 580 wie
z. B. einem LCD-Schirm,
einem CRT-Schirm, einem Computermonitor, einer elektronischen Anzeige oder
dergleichen gezeigt.The imaging process may be analogous to prior art imaging techniques using echolocation data generated by beamforming techniques. For example, a special position in the echolocation data memory 565 optionally shown in a special place on a display screen. The intensity and / or color of a position within the image may indicate the intensity or other property of echoes that are within the material being examined 535 be recorded. This picture is in step 480 ( 4 ) optionally on a display 580 such as B. an LCD screen, a CRT screen, a computer monitor, an electronic display or the like.
Vom Bildwandler 575 verwendete
Daten können
sich aus einer Reihe von Ultraschallstrahlen oder alternativ aus
einem einzelnen Ultraschallstrahl ergeben. Daten im zusätzlichen
Datenspeicher 570 werden mit anderen Komponenten des Breitstrahlsystems 500 wie
z. B. dem Bildwandler 575, der Datenübertragungselektronik 585 und
der Benutzerschnittstellenelektronik 590 gekoppelt. Die
Komponenten des Breitstrahlsystems 500 werden durch eine
Steuerelektronik 595 über
Verbindungen, die in 5 nicht
gezeigt sind, gesteuert und koordiniert. Die Steuerelektronik 595 umfasst
Mikroprozessoren, DSPs und einen wahlweisen Computercode 596,
der dazu ausgelegt ist, Elemente des Breitstrahlsystems 500 zu
steuern und Verfahren der Erfindung wie z. B. den Breitstrahlprozess 400 auszuführen.From the image converter 575 data used can result from a series of ultrasound beams or alternatively from a single ultrasound beam. Data in the additional data storage 570 with other components of the wide beam system 500 such as B. the image converter 575 , the data transmission electronics 585 and the user interface electronics 590 coupled. The components of the wide jet system 500 are controlled by control electronics 595 about connections made in 5 are not shown, controlled and coordinated. The control electronics 595 includes microprocessors, DSPs and optional computer code 596 , which is designed for elements of the wide beam system 500 to control and methods of the invention such. B. the wide jet process 400 perform.
6 ist
ein Ablaufplan, der den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel werden Berechnungen
unter Verwendung des Computercodes 596 durchgeführt und
können
beispielsweise mathematische Modelle der Ultraschallstrahlerzeugung,
-fortpflanzung und -rückstrahlung
umfassen. In einigen Fällen
werden Nachschlagetabellen verwendet, um den Berechnungsprozess
zu beschleunigen. Wenn ein Benutzer beispielsweise eine spezielle
Analysetiefe angegeben hat, wird wahlweise eine erwünschte Intensität aus einer
Nachschlagetabelle festgestellt. Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 beginnt
mit einem Abdeckungsfestlegungsschritt 610, in dem die
zu untersuchende Fläche
(oder das Volumen) innerhalb des untersuchten Materials 535 und
die Zeitdauer, über die
die Untersuchung stattfinden soll, festgelegt werden. Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann
auf Optionen, die von einem Benutzer ausgewählt werden, und auf die Anforderungen
der aktuellen Abbildungs- (Analyse-) Betriebsart reagieren. In einer Doppler-Abbildungsbetriebsart
kann der Benutzer beispielsweise eine kontinuierliche Überwachung und
einen Breitstrahl, der durch eine kontinuierliche Reihe von Ultraschallimpulsen
gekennzeichnet ist, auswählen.
In einem anderen Beispiel kann ein Benutzer wählen, einen Bereich innerhalb
des zu untersuchenden Materials 535 unter Verwendung eines eingeschränkten Blickfeldes
anzustrahlen. Die Wahl eines speziellen Blickfeldes wird wahlweise
verwendet, wenn eine Breite eines erzeugten Breitstrahls berechnet
wird. Breiten von Breitstrahlen können beispielsweise derart
ausgewählt
werden, dass eine ganze Zahl von Breitstrahlen mit einer Überlappung von
10% in ein gewähltes
Blickfeld passt. 6 is a flow chart showing the wide beam construction step 410 represents according to an embodiment of the invention. In this embodiment, calculations are made using the computer code 596 performed and can include, for example, mathematical models of ultrasound beam generation, propagation and retroreflection. In some cases, lookup tables are used to speed up the calculation process. For example, if a user has specified a particular depth of analysis, a desired intensity is optionally determined from a lookup table. The wide jet construction step 410 starts with a coverage setting step 610 , in which the area to be examined (or the volume) within the examined material 535 and the length of time over which the investigation is to take place. The cover fixing step 610 can respond to options selected by a user and the requirements of the current imaging (analysis) mode. For example, in a Doppler imaging mode, the user can perform continuous monitoring and select a broad beam characterized by a continuous series of ultrasonic pulses. In another example, a user can choose an area within the material to be examined 535 using a restricted field of view. The choice of a special field of view is optionally used when calculating the width of a wide beam generated. Wide beam widths can be selected, for example, such that an integer number of wide beams with an overlap of 10% fits into a selected field of view.
Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 kann auch
eine Anzahl von Breitstrahlen festlegen, die zum Abbilden einer
Fläche
(oder eines Volumens) innerhalb des zu untersuchenden Materials 535 erforderlich
sind. In einem Ausführungsbeispiel
umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 beispielsweise
eine Berechnung, die dazu ausgelegt ist, eine Abdeckung im fernen
Feld zu simulieren, die feststellt, dass eine Fläche am besten unter Verwendung
von drei Breitstrahlen, die unter Verwendung von Blockschaltverfahren
gegeneinander verschoben werden, abgebildet wird. In anderen Ausführungsbeispielen stellt
die Berechnung fest, dass eine Fläche am besten unter Verwendung
von einem, zwei oder mehr Breitstrahlen abgebildet wird. Wenn der
Benutzer eine Betriebsart ausgewählt
hat, die mehrere verschiedene Breitstrahlen, eine wiederholte Abbildung oder
eine kontinuierliche Überwachung
umfasst, wird der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 wahlweise einmal
für jeden
Breitstrahl durchgeführt.The cover fixing step 610 can also define a number of broad beams that are used to image an area (or volume) within the material to be examined 535 required are. In one embodiment, the coverage setting step includes 610 for example, a calculation designed to simulate a far field coverage that determines that an area is best mapped using three broad beams that are shifted using block switching techniques. In other embodiments, the calculation determines that an area is best mapped using one, two, or more broad beams. If the user has selected an operating mode that includes several different wide beams, repeated imaging or continuous monitoring, the coverage setting step 610 optionally carried out once for each wide jet.
Dem Abdeckungsfestlegungsschritt 610 folgt ein
Eigenschaftsfestlegungsschritt 620, in dem weitere Eigenschaften
des (der) Breitstrahls (Breitstrahlen), der (die) im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 festgelegt
wurde(n), festgelegt werden. Diese Eigenschaften umfassen, sind
jedoch nicht begrenzt auf Ultraschallfrequenzen, Richtung, Streuung,
Impulsform, Phasenbeziehungen, Blende, Intensität, Dauer, Wiederholungsrate
und/oder andere Eigenschaften eines Ultraschallstrahls. Die Eigenschaften
hängen typischerweise
von der Abbildungsanalyseart, die durchgeführt wird, von der erforderlichen
Auflösung und
von Optionen, die von einem Benutzer gewählt werden, ab. Eine Betriebsart
der kontinuierlichen Überwachung
kann beispielsweise einen Breitstrahl erfordern, der mit einer speziellen
Impulsrate erzeugt wird, eine hohe Auflösung kann die Verwendung von mehreren
Ultraschallfrequenzen erfordern, und ein Benutzer kann wählen, einen
schmalen Bereich zu untersuchen, der am besten durch einen Breitstrahl mit
geringer Streuung geprüft
wird. Zusätzlich
zu den vorstehend erörterten
Eigenschaften kann der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 die
Auswahl eines Koordinatensystems, mit dem die durch den Breitstrahl abgedeckte
Fläche
dargestellt werden soll, und eines Ursprungs dieses Koordinatensystems
umfassen. Ein solches Koordinatensystem kann verwendet werden, um
Echoortsdaten zu speichern. Die Auswahl eines Koordinatensystems
reagiert wahlweise auf die Form eines Breitstrahls. Beispiele von
möglichen
Koordinatensystemen sind in 7 dargestellt.The coverage setting step 610 a property setting step follows 620 , in the further properties of the wide beam (s) in the coverage setting step 610 has been determined. These properties include, but are not limited to, ultrasound frequencies, direction, scatter, pulse shape, phase relationships, aperture, intensity, duration, repetition rate, and / or other properties of an ultrasound beam. The properties typically depend on the type of imaging analysis being performed, the resolution required, and options selected by a user. For example, a continuous monitoring mode of operation may require a wide beam generated at a particular pulse rate, high resolution may require the use of multiple ultrasound frequencies, and a user may choose to examine a narrow area that is best covered by a low beam wide beam Scatter is checked. In addition to the properties discussed above, the property setting step may 620 the selection of a coordinate system with which the area covered by the broad beam is to be represented and an origin of this coordinate system. Such a coordinate system can be used to store echolocation data. The choice of a coordinate system reacts optionally to the shape of a wide beam. Examples of possible coordinate systems are in 7 shown.
Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der
Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise
auf Anforderungen der Auflösung
und des dynamischen Bereichs. In einem Ausführungsbeispiel reagieren diese
Schritte beispielsweise auf eine Benutzereingabe, die ein Bild festlegt,
das auf eine spezielle Fläche
gezoomt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel reagieren diese
Schritte auf eine Benutzereingabe, die eine höhere Bildauflösung für einen
Teil oder alles eines Bildes festlegt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 eine Festlegung,
dass ein einzelner Ultraschallstrahl erzeugt werden sollte, aber
dass beispielsweise zum Erhöhen
der Auflösung
die vom einzelnen Ultraschallstrahl erzeugten Echos durch mehrere
verschiedene Sätze
von Empfangswandlern in mehreren Sende/Empfangs-Zyklen erfasst werden
sollten.The cover fixing step 610 and the property setting step 620 optionally respond to resolution and dynamic range requirements. For example, in one embodiment, these steps respond to user input that defines an image that is zoomed into a particular area. In another embodiment, these steps respond to user input that specifies a higher image resolution for part or all of an image. In another embodiment, the coverage setting step includes 610 a stipulation that a single ultrasound beam should be generated, but that, for example, to increase the resolution, the echoes generated by the single ultrasound beam should be detected by several different sets of reception transducers in several transmission / reception cycles.
Der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der
Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 reagieren wahlweise
auf eine Rückkopplung,
die in anderen Schritten der Erfindung erzeugt wird. In einem Ausführungsbeispiel
geben Echoortsdaten beispielsweise an, dass ein Bereich der abgedeckten
Fläche schlecht
abgebildet wird und dass die schlechte Abbildung durch eine stark
reflektierende Grenze verursacht wird, die zwischen dem schlecht
abgebildeten Bereich und dem nächsten
der Wandlerelemente 110 angeordnet ist. Als Reaktion auf
diese Rückkopplung umfassen
der Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und der Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 das
Definieren eines gelenkten Breitstrahls, der den Bereich von alternativen
Ultraschallwandlern prüft,
die nicht mit der reflektierenden Grenze und dem zu prüfenden Bereich
in einer Linie liegen.The cover fixing step 610 and the property setting step 620 optionally respond to a feedback generated in other steps of the invention. For example, in one embodiment, echolocation data indicates that an area of the covered area is poorly imaged and the poor imaging is caused by a highly reflective boundary between the poorly imaged area and the next one of the transducer elements 110 is arranged. In response to this feedback, the coverage setting step includes 610 and the property setting step 620 defining a directed broad beam that examines the area of alternative ultrasound transducers that are not in line with the reflective boundary and the area to be examined.
Der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 umfasst die
Auswahl eines Breitstrahls zum Senden. Der Breitstrahl wird aus
jenen ausgewählt,
die im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 definiert wurden.
Wenn mehrere Breitstrahlen im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 gekennzeichnet
wurden, dann wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 wahlweise
vor dem nächsten
Stattfinden des Eigenschaftsfestlegungsschritts 620 mehr
als einmal ausgeführt.
In einem solchen Fall wird der Breitstrahl-Auswahlschritt 630 nach Schritt 465 von 4 wiederholt.The wide jet selection step 630 includes the selection of a wide beam for transmission. The wide beam is selected from those in the property setting step 620 have been defined. If multiple wide beams in the property setting step 620 then the wide beam selection step 630 optionally before the next property setting step takes place 620 executed more than once. In such a case, the wide beam selection step 630 after step 465 of 4 repeated.
Der Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 endet
mit einem Anregungsberechnungsschritt 640. Der Anregungsberechnungsschritt 640 umfasst
das Festlegen der zweckmäßigen physikalischen
Parameter, die erforderlich sind, um den im Breitstrahl-Auswahlschritt 630 ausgewählten Breitstrahl zu
erzeugen. Diese physikalischen Parameter umfassen beispielsweise,
welche Wandlerelemente 110 anzuregen sind, elektronische
Impulsspannungen, Impulsverzögerungszeiten,
Einstellungen des Multiplexer 527 und/oder dergleichen.
In einem Ausführungsbeispiel
erfordert ein ausgewählter
Ultraschallstrahl mit einer speziellen gewünschten Form und Richtung beispielsweise
die Verwendung eines speziellen Satzes von Wandlerelementen 110,
die durch eine spezielle elektronische Wellenform angeregt werden,
die durch Amplituden, Frequenzen und Phasen gekennzeichnet ist,
wobei jedes des erforderlichen Satzes von Wandlerelementen 110 mit
einer geeigneten Verzögerung
angeregt wird. Die zweckmäßigen physikalischen
Parameter werden beispielsweise unter Verwendung eines mathematischen
Modells zum Berechnen einer Spannung, Wellenform und Verzögerung,
die zum Anregen eines speziellen Elements der Wandlerelemente 110 verwendet
werden, ermittelt. In einem Ausführungsbeispiel
reagiert die Spannung auf einen Abstand in das zu untersuchende
Material 535, von dem erwartet wird, dass der Breitstrahl
in dieses eindringt.The wide jet construction step 410 ends with an excitation calculation step 640 , The excitation calculation step 640 involves setting the appropriate physical parameters required to complete the wide beam selection step 630 to generate the selected wide beam. These physical parameters include, for example, which transducer elements 110 are to be excited, electronic pulse voltages, pulse delay times, settings of the multiplexer 527 and / or the like. In one execution Example, a selected ultrasound beam with a specific desired shape and direction requires, for example, the use of a special set of transducer elements 110 which are excited by a special electronic waveform characterized by amplitudes, frequencies and phases, each of the required set of transducer elements 110 is excited with a suitable delay. The appropriate physical parameters are calculated, for example, using a mathematical model to calculate a voltage, waveform and delay that are used to excite a particular element of the transducer elements 110 are used. In one embodiment, the voltage responds to a distance in the material to be examined 535 , which is expected to penetrate the broad beam.
7A–7C zeigen
Ausführungsbeispiele (710A–710C)
eines Breitstrahls 710, der im Abdeckungsfestlegungsschritt 610 und
im Eigenschaftsfestlegungsschritt 620 festgelegt wurde. 7A zeigt den Breitstrahl 710A,
der unter Verwendung eines linearen Ausführungsbeispiels der Wandlermatrix 530 erzeugt
wird. Die Fläche
eines beschallten Bereichs, die im Allgemeinen mit 715A bezeichnet
ist, wird wahlweise durch ein radiales (θ, R) Koordinatensystem mit
einem Ursprung 720, der sich an der Oberfläche der
Wandlerelemente 110 befindet, dargestellt. Punkte innerhalb
des beschallten Bereichs 715 werden durch ihren Abstand
(R) von einem Ursprung 720 und ihre Winkelkoordinate (θ) relativ
zur Wandlermatrix 530 oder einer Achse wie z. B. einer
Achse 730 oder einer Achse 735 identifiziert.
In alternativen Ausführungsbeispielen
befindet sich der Brennpunkt des Breitstrahls 710B vielmehr
hinter der Wandlermatrix 530 als vor den Wandlerelementen 110,
wie in 2 dargestellt. 7A-7C show exemplary embodiments ( 710A-710C ) of a wide beam 710 that in the cover setting step 610 and in the property setting step 620 was set. 7A shows the wide beam 710A using a linear embodiment of the converter matrix 530 is produced. The area of a sonicated area, generally with 715A is denoted optionally by a radial (θ, R) coordinate system with an origin 720 that is on the surface of the transducer elements 110 is shown. Points within the sonicated area 715 are by their distance (R) from an origin 720 and their angular coordinate (θ) relative to the transducer matrix 530 or an axis such as B. an axis 730 or an axis 735 identified. In alternative exemplary embodiments, the focal point of the broad beam is located 710B rather behind the converter matrix 530 than before the converter elements 110 , as in 2 shown.
7B zeigt
den Breitstrahl 710B, der unter Verwendung eines gekrümmten Ausführungsbeispiels
der Wandlermatrix 530 erzeugt wird. Ein beschallter Bereich,
der im Allgemeinen mit 715B bezeichnet ist, wird wahlweise
durch ein radiales Koordinatensystem mit einem Ursprung 755 hinter
der Wandlermatrix 530 dargestellt. Dieser Ursprungsort sieht
eine Beschallung von mehr Fläche
nahe den Wandlerelementen 110 vor als ein Ursprungsort
näher an
der Wandlermatrix 530, wie in 7A dargestellt. Der Ort des Ursprungs 755 hinter
der Wandlermatrix 755 ist wahlweise von der Form der Wandlermatrix 755 unabhängig. Ausführungsbeispiele
der Erfindung umfassen auch, sind jedoch nicht begrenzt auf die
Positionierung des Ursprungs 755 und/oder eines Brennpunkts
hinter einem linearen Ausführungsbeispiel
der Wandlermatrix 530. 7B shows the wide beam 710B that using a curved embodiment of the converter matrix 530 is produced. A sonicated area, generally with 715B is denoted optionally by a radial coordinate system with an origin 755 behind the converter matrix 530 shown. This place of origin sees a sonication of more area near the transducer elements 110 before as a place of origin closer to the converter matrix 530 , as in 7A shown. The place of origin 755 behind the converter matrix 755 is optionally of the shape of the converter matrix 755 independently. Embodiments of the invention also include, but are not limited to, the positioning of the origin 755 and / or a focal point behind a linear embodiment of the converter matrix 530 ,
7C zeigt
den Breitstrahl 710C, der zu einem beschallten Bereich
führt,
der im Allgemeinen mit 715C bezeichnet ist. Der beschallte
Bereich 715C weist eine rechteckigere Form auf als jene,
die vom Breitstrahl 710A und Breitstrahl 710B erzeugt
werden, die in 7A bzw. 7B gezeigt sind. Der vom Breitstrahl 710C beschallte
Bereich kann aufgrund der rechteckigen Form des Bereichs vorzugsweise durch
ein kartesisches (x, y) Koordinatensystem 780 dargestellt
werden. 7C shows the wide beam 710C that leads to a sonicated area, generally with 715C is designated. The sonicated area 715C has a more rectangular shape than that of the wide beam 710A and wide jet 710B generated in 7A respectively. 7B are shown. The one from the wide jet 710C Due to the rectangular shape of the area, the sonicated area can preferably be provided by a Cartesian (x, y) coordinate system 780 being represented.
Im Gegensatz zum Stand der Technik,
in dem die maximale Intensität
in der Mitte eines Ultraschallstrahls zu finden ist, kann die maximale
Intensität
eines Breitstrahls wie z. B. des Breitstrahls 710B oder 710C an
anderen Punkten als entlang der Mitte des Strahls liegen. 7D zeigt ein Diagramm 790 einer
Ultraschallintensität
durch einen Querschnitt des Breitstrahls 710C, gemessen
in einem Abstand von der Wandlermatrix 530 von ungefähr gleich
1/2 der Breite der Strahlblende. Dieser Querschnitt ist durch eine
gestrichelte Linie 785 in 7C angegeben.
Unter einem gewissen Umstand stellt das Intensitätsprofil eines Breitstrahls
eine erwünschtere
Energieverteilung dar als jene, die im Stand der Technik zu finden
sind. Die durch das Diagramm 790 dargestellte Energieverteilung
ist beispielsweise gleichmäßiger über den
beschallten Bereich 715C verteilt als die Energieverteilung
innerhalb eines Breitstrahls des Standes der Technik in dem Bereich
eines Brennpunkts.In contrast to the prior art, in which the maximum intensity can be found in the middle of an ultrasound beam, the maximum intensity of a broad beam such as e.g. B. the wide beam 710B or 710C at points other than along the center of the beam. 7D shows a diagram 790 an ultrasound intensity through a cross section of the broad beam 710C , measured at a distance from the converter matrix 530 approximately equal to 1/2 the width of the beam diaphragm. This cross section is through a dashed line 785 in 7C specified. In some circumstances, the intensity profile of a broad beam is a more desirable energy distribution than that found in the prior art. The through the diagram 790 The energy distribution shown is, for example, more uniform over the sonicated area 715C distributed as the energy distribution within a wide beam of the prior art in the area of a focal point.
8 zeigt
Details eines Ausführungsbeispiels
des Sendeschritts 420 von 4.
In diesem Ausführungsbeispiel
umfasst Schritt 420 einen Wellenformerzeugungsschritt 810,
in dem der Wellenformgenerator 510 verwendet wird, um eine
elektrische Wellenform mit Eigenschaften zu erzeugen, die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 berechnet wurden.
Die erzeugte Wellenform umfasst wahlweise eine Vielzahl von Impulsen
mit veränderlicher
Frequenz oder Phase. In einem Signalverzögerungsschritt 820 wird
die erzeugte Wellenform in mehreren Signalkanälen reproduziert und unter
Verwendung der Verzögerungsvorrichtung 515 um
Zeiten verzögert,
die im Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 festgelegt
wurden. Die Wellenformen in jedem Signalkanal werden in einem Verstärkungsschritt 830 unter Verwendung
des Leistungsverstärkers 520 verstärkt. Die
verstärkten Wellenformen
werden über
den Multiplexer 527 in einem Multiplexschritt 840 gekoppelt. Der
Multiplexer 527 ist eingestellt, um die Wellenform in jedem
Signalkanal zu einem oder mehreren Elementen der Wandlerelemente 110 in
der Wandlermatrix 530 zu leiten. Im Schallerzeugungsschritt 850 bewirken
die geleiteten Wellenformen, dass die Wandlermatrix 530 den
Breitstrahl 710 erzeugt, der in das zu untersuchende Material 535 gerichtet
wird. Der Schallerzeugungsschritt 850 beendet den Sendeschritt 420. 8th shows details of an embodiment of the transmission step 420 of 4 , In this embodiment, step includes 420 a waveform generation step 810 in which the waveform generator 510 is used to create an electrical waveform with properties in the wide beam construction step 410 were calculated. The generated waveform optionally includes a variety of pulses with variable frequency or phase. In a signal delay step 820 the generated waveform is reproduced in multiple signal channels and using the delay device 515 delayed by times in the wide jet construction step 410 were determined. The waveforms in each signal channel are in one gain step 830 using the power amplifier 520 strengthened. The amplified waveforms are over the multiplexer 527 in a multiplex step 840 coupled. The multiplexer 527 is set to the waveform in each signal channel to one or more elements of the transducer elements 110 in the converter matrix 530 to lead. In the sound generation step 850 the guided waveforms cause the converter matrix 530 the broad jet 710 generated in the material to be examined 535 is judged. The sound generation step 850 ends the send step 420 ,
9 zeigt
Details eines Ausführungsbeispiels
des Empfangsschritts 430 von 4,
in dem Echos erfasst und in digitale Daten umgewandelt werden. In
einem Schaltereinstellschritt 910 wird der Sende/Empfangs-Schalter 525 derart
eingestellt, dass Signale, die an den Wandlerelementen 110 erzeugt
werden, über
den Multiplexer 527 mit dem Verstärker 540 mit variabler
Verstärkung
gekoppelt werden. In einem Echoerfassungsschritt 920 werden Echos
von innerhalb des untersuchten Materials 535 durch Elemente
der Wandlerelemente 110 in der Wandlermatrix 530 erfasst.
Die Elemente der Wandlerelemente 110, die zur Erfassung
von Echos verwendet werden, sind wahlweise andere als die Elemente
der Wandlerelemente 110, die zum Senden des Breitstrahls 710 verwendet
werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen
sind diese zwei Sätze von
Wandlerelementen 110 in einer Anzahl von Arten ausgelegt.
Die Sätze
können
beispielsweise identisch, verschachtelt, teilweise entlang der Wandlermatrix 530 überlappt
oder nicht entlang der Wandlermatrix 530 überlappt
sein. Die elektronischen Signale, die sich aus den erfassten Echos
ergeben, werden mit dem Verstärker 540 mit
variabler Verstärkung
gekoppelt, da der Sende/Empfangs-Schalter 525 im Schaltereinstellschritt 910 eingestellt
wurde. 9 shows details of an embodiment of the receiving step 430 of 4 , in which echoes are captured and converted into digital data. In a switch setting step 910 becomes the send / receive switch 525 set such that signals are sent to the transducer elements 110 are generated via the multiplexer 527 with the ver stronger 540 can be coupled with variable gain. In an echo detection step 920 become echoes from within the material under investigation 535 through elements of the transducer elements 110 in the converter matrix 530 detected. The elements of the converter elements 110 that are used to detect echoes are optionally other than the elements of the transducer elements 110 that are used to send the broad beam 710 be used. In different embodiments, these are two sets of transducer elements 110 designed in a number of ways. The sentences can, for example, be identical, nested, partly along the converter matrix 530 overlaps or not along the converter matrix 530 be overlapped. The electronic signals that result from the detected echoes are used with the amplifier 540 coupled with variable gain because of the transmit / receive switch 525 in the switch setting step 910 was discontinued.
Die mit dem Verstärker 540 mit variabler
Verstärkung
gekoppelten elektronischen Signale werden in einem Schritt 930 zur
variablen Verstärkung
verstärkt.
Der Schritt 930 zur variablen Verstärkung umfasst wahlweise eine
Rückkopplung
auf der Basis von Daten, die unter Verwendung eines vorherigen Breitstrahls 710 erhalten
wurden. Die Rückkopplung sieht
eine adaptive Verarbeitung vor und kann verwendet werden, um das
Signal innerhalb jedes Kanals derart einzustellen, dass der dynamische
Bereich von nachfolgenden Datenverarbeitungsschritten maximiert
wird. Wenn die vorherige Ausführung des
Schritts 930 zur variablen Verstärkung beispielsweise zur Sättigung
eines speziellen Kanals führte, dann
wird bei einem Ausführungsbeispiel
die Verstärkung
in diesem Kanal wahlweise in einer folgenden Ausführung des
Schritts 930 zur variablen Verstärkung verringert. Die Verringerung
oder adaptive Eingangsverstärkung
wird bei der späteren
Datenverarbeitung, die nach der Digitalisierung des verstärkten Signals
stattfindet, kompensiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird festgestellt,
dass die Wandlerelemente 110 nahe der Mitte der Wandlermatrix 530 systematisch
stärker
auf Echos reagieren als die Wandlerelemente 110 nahe einer
Kante der Wandlermatrix 530. Der Schritt 930 zur
variablen Verstärkung
umfasst wahlweise die Kompensation dieser systematischen Differenz.The one with the amplifier 540 Electronic signals coupled with variable gain are amplified in a step 930 for variable gain. The step 930 for variable gain optionally includes feedback based on data using a previous broad beam 710 were obtained. The feedback provides adaptive processing and can be used to adjust the signal within each channel such that the dynamic range is maximized by subsequent data processing steps. If the previous execution of the step 930 For example, if the variable gain led to the saturation of a special channel, then in one embodiment the gain in this channel is optionally in a subsequent execution of the step 930 reduced to variable gain. The reduction or adaptive input gain is compensated for in the later data processing that takes place after the digitization of the amplified signal. In a further exemplary embodiment, it is found that the converter elements 110 near the center of the converter matrix 530 systematically react more strongly to echoes than the transducer elements 110 near an edge of the converter matrix 530 , The step 930 for variable amplification optionally includes the compensation of this systematic difference.
In einem wahlweisen analogen Filterschritt 940 werden
die elektronischen Signale, die im Schritt 930 zur variablen
Verstärkung
verstärkt
wurden, unter Verwendung eines analogen Filters 545 verarbeitet.
Diese Verarbeitung umfasst beispielsweise I/Q-Mischen, Entfernung
von ungewollten Frequenzen und Verschieben von Signalen in Frequenzbereiche,
die zur weiteren Datenverarbeitung geeigneter sind.In an optional analog filter step 940 are the electronic signals that are in step 930 were amplified for variable gain using an analog filter 545 processed. This processing includes, for example, I / Q mixing, removal of unwanted frequencies and shifting signals into frequency ranges that are more suitable for further data processing.
In einem Datenumwandlungsschritt 950 werden
die elektronischen Signale, die im analogen Filterschritt 940 wahlweise
gefiltert wurden, unter Verwendung des A/D-Wandlers 550 digitalisiert.
Die Erzeugung von digitalen Daten beendet den Empfangsschritt 430 (4). In verschiedenen Ausführungsbeispielen
findet der Datenumwandlungsschritt 950 zu abwechselnden
Zeiten innerhalb des Breitstrahlprozesses 400 statt. Nach
der Beendung des Empfangsschritts 430 werden die resultierenden
digitalen Daten im Datenspeicherschritt 440 (4) im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert.In a data conversion step 950 are the electronic signals in the analog filtering step 940 were optionally filtered using the A / D converter 550 digitized. The generation of digital data ends the receiving step 430 ( 4 ). The data conversion step takes place in various exemplary embodiments 950 at alternating times within the wide jet process 400 instead of. After completing the receiving step 430 the resulting digital data in the data storage step 440 ( 4 ) in the channel data storage buffer 555 saved.
10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Kanaldatenmatrix 1000, die dazu ausgelegt ist, die
im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten digitalen Daten
zu halten. Die Kanaldatenmatrix 1000 wird im Kanaldaten-Speicherpuffer 555 gespeichert.
Eine erste Achse 1010 der Kanaldatenmatrix 1000 ist
durch Echoempfangselemente der Wandlermatrix 530 indiziert.
Eine zweite Achse 1020 der Kanaldatenmatrix 1000 ist
in Zeitkanäle
unterteilt. An jeder Stelle in der Matrix gespeicherte Werte geben
die Intensität
und Phase von Echosignalen an, die durch ein spezielles Element
der Wandlermatrix 530 zu einem speziellen Zeitpunkt erfasst
werden. 10 shows an embodiment of a channel data matrix 1000 which is designed to be used in the data storage step 440 keep stored digital data. The channel data matrix 1000 is in the channel data storage buffer 555 saved. A first axis 1010 the channel data matrix 1000 is due to echo receiving elements of the transducer matrix 530 indexed. A second axis 1020 the channel data matrix 1000 is divided into time channels. Values stored at every point in the matrix indicate the intensity and phase of echo signals caused by a special element of the transducer matrix 530 at a specific point in time.
Der Kanaldaten-Speicherpuffer 555 umfasst wahlweise
mehrere Kanaldatenmatrizes 1000. Außerdem kann die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeicherte
Information verwendet werden, um empfangene Signale zu mitteln oder
zu summieren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Kanaldatenmatrix 1000 dazu
ausgelegt, mehrdimensionale Daten zu speichern. In einem Ausführungsbeispiel
ist die Wandlermatrix 530 beispielsweise eine zweidimensionale
Matrix von Wandlerelementen 110. In diesem Ausführungsbeispiel
umfasst die Kanaldatenmatrix 1000 zwei Achsen, die die
zwei Dimensionen der Wandlermatrix 530 darstellen, und
eine Achse, die die Zeitkanäle
darstellt.The channel data storage buffer 555 optionally includes several channel data matrices 1000 , In addition, the in the channel data matrix 1000 stored information can be used to average or sum received signals. The channel data matrix is in various exemplary embodiments 1000 designed to store multidimensional data. In one embodiment, the converter matrix is 530 for example a two-dimensional matrix of transducer elements 110 , In this embodiment, the channel data matrix comprises 1000 two axes representing the two dimensions of the converter matrix 530 and an axis that represents the time channels.
Der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 verwendet
die im Datenspeicherschritt 440 gespeicherten Daten, um
Echoortsdaten zu erzeugen, die die Positionen und Stärken von
Echoquellen innerhalb des untersuchten Materials 535 angeben.
Diese Erzeugung von Echoortsdaten umfasst eine Transformation von
mehrdimensionalen Zeitkanaldaten innerhalb der Kanaldatenmatrix 1000 in
mehrdimensionale Positions- (Echoorts-) Daten. In einem Ausführungsbeispiel
werden die zweidimensionalen Zeitkanaldaten beispielsweise in Echoortsdaten
transformiert, die durch zweidimensionale räumliche Koordinaten dargestellt
werden. Die Datentransformation des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 wird
unter Verwendung einer Vielzahl von alternativen Transformationsalgorithmen
durchgeführt,
von welchen Beispiele hierin offenbart werden. Diese Transformationen
werden wahlweise verwendet, um zweidimensionale Echoortsdaten unter
Verwendung von Signalen zu erzeugen, die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls 710 empfangen
werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 gegen
einen analogen Echovolumen-Berechnungsschritt mit einer zusätzlichen
räumlichen
Dimension ausgetauscht. Die Echovolumenberechnung umfasst die Erzeugung
von dreidimensionalen Echoortsdaten unter Verwendung von Signalen,
die als Ergebnis eines einzelnen Breitstrahls empfangen werden,
wobei der Breitstrahl ein dreidimensionales Volumen abdeckt.The echo area calculation step 450 uses the in the data storage step 440 stored data to generate echolocation data representing the positions and strengths of echo sources within the material under investigation 535 specify. This generation of echolocation data comprises a transformation of multidimensional time channel data within the channel data matrix 1000 into multi-dimensional position (echoorts) data. In one embodiment, the two-dimensional time channel data are transformed, for example, into echolocation data, which are represented by two-dimensional spatial coordinates. The data transformation of the echo area calculation step 450 is performed using a variety of alternative transformation algorithms, examples of which are disclosed herein. These transformations are optionally used to generate two-dimensional echolocation data using signals as a result of a single broad beam 710 be received. In an alternative embodiment, the echo area calculation step 450 exchanged for an analog echo volume calculation step with an additional spatial dimension. The Echo Volume computation involves generating three-dimensional echolocation data using signals received as a result of a single broad beam, the broad beam covering a three-dimensional volume.
11A und 11B zeigen zwei Ausführungsbeispiele
einer Echoortsdatenmatrix 1100, die im Echoortsdaten-Speicher 565 gespeichert
wird und dazu ausgelegt ist, Positionsdaten zu speichern, die sich
aus dem Echoflächen-Berechnungsschritt 450 ergeben.
Diese zwei Ausführungsbeispiele
verwenden verschiedene Koordinatensysteme. Wie nachstehend genauer
erörtert,
kann das effizientere Koordinatensystem unter anderen Faktoren von
der Form eines einzelnen Ultraschallstrahls 710 abhängen. In den
meisten Fällen überlagert
ein effizienteres Koordinatensystem eng die beschallte Fläche. Wie
in 7A–7C gezeigt,
wird die vom Breitstrahl 710A, vom Breitstrahl 710B und
vom Breitstrahl 710C beschallte Fläche beispielsweise jeweils
vorzugsweise durch verschiedene Koordinatensysteme mit verschiedenen
Ursprüngen
dargestellt. Die Verwendung eines effizienteren Koordinatensystems
kann die Abtastwirksamkeit und räumliche
Auflösung
erhöhen. Die
Auswahl eines bevorzugten Koordinatensystems und einer bevorzugten
Echoortsdatenmatrix 1100 kann auf die Form eines Ultraschallstrahls 710 wie
z. B. des Ultraschallstrahls reagieren und geschieht wahlweise in
den Schritten 410, 440 oder 450. 11A and 11B show two embodiments of an echolocation data matrix 1100 stored in the echolocation data memory 565 is stored and is designed to store position data resulting from the echo area calculation step 450 result. These two exemplary embodiments use different coordinate systems. As discussed in more detail below, the more efficient coordinate system can take the form of a single ultrasound beam, among other factors 710 depend. In most cases, a more efficient coordinate system closely overlaps the exposed area. As in 7A-7C shown is that of the broad jet 710A , from the wide jet 710B and from the wide jet 710C sonicated area, for example, each preferably represented by different coordinate systems with different origins. Using a more efficient coordinate system can increase scanning efficiency and spatial resolution. The selection of a preferred coordinate system and a preferred echolocation data matrix 1100 can be on the shape of an ultrasound beam 710 such as B. react to the ultrasound beam and happens optionally in the steps 410 . 440 or 450 ,
11A zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines kartesischen
Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine
X-Koordinate (Position) angibt, und einer zweiten Achse 1120,
die eine Y-Koordinate (Position) angibt. 11B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel
der Echoortsdatenmatrix 1100 unter Verwendung eines radialen
Koordinatensystems mit einer ersten Achse 1110, die eine
Winkel-(θ)Koordinate
angibt, und einer zweiten Achse 1120, die eine Radiuskoordinate
angibt. Alternative Ausführungsbeispiele
der Echoortsdatenmatrix 1100 werden durch alternative Koordinatensysteme
dargestellt. Zusätzliche
Daten, die nicht dargestellt sind, werden wahlweise verwendet, um
die erste Achse 1110 und die zweite Achse 1120 mit
der Wandlermatrix 530 in Beziehung zu bringen. Die Echoortsdatenmatrix 1100 ist
beispielsweise wahlweise durch Vektoren gekennzeichnet, die den
Ursprung jedes Koordinatensystems mit einem speziellen Element von
Ultraschallwandlerelementen 110 in Beziehung bringen. 11A shows an embodiment of the echolocation data matrix 1100 using a Cartesian coordinate system with a first axis 1110 , which specifies an X coordinate (position) and a second axis 1120 that specifies a Y coordinate (position). 11B shows an alternative embodiment of the echolocation data matrix 1100 using a radial coordinate system with a first axis 1110 indicating an angle (θ) coordinate and a second axis 1120 , which specifies a radius coordinate. Alternative embodiments of the echolocation data matrix 1100 are represented by alternative coordinate systems. Additional data, not shown, are optionally used around the first axis 1110 and the second axis 1120 with the converter matrix 530 to relate. The echolocation data matrix 1100 is optionally characterized, for example, by vectors that indicate the origin of each coordinate system with a special element of ultrasonic transducer elements 110 to relate.
12A und 12B stellen dar, wie die
Verwendung eines Koordinatensystems effizienter sein kann als die
Verwendung eines anderen Koordinatensystems. 12A und 12B zeigen
die Ausführungsbeispiele
der Echoortsdatenmatrix 1100, die in 11A bzw. 11B dargestellt
sind, auf einen Ultraschallstrahl 1210 überlagert. Der Ultraschallstrahl 1210 ist
ein Ausführungsbeispiel
des Breitstrahls 710. 12A and 12B illustrate how using one coordinate system can be more efficient than using another coordinate system. 12A and 12B show the exemplary embodiments of the echolocation data matrix 1100 , in the 11A respectively. 11B are shown on an ultrasound beam 1210 superimposed. The ultrasound beam 1210 is an embodiment of the wide beam 710 ,
12A zeigt
ein kartesisches Koordinatensystem, das für die Zwecke der Erläuterung
elf "X"-Unterteilungen umfasst, die Datenintervallbereiche 1220 trennen.
Die Datenintervallbereiche 1220 sind gerade angemessen,
um das ferne Feld abzudecken, das im Allgemeinen mit 1230 bezeichnet
ist. Da der Abstand der Datenintervallbereiche 1220 in
der X-Dimension im nahen Feld gleich ist, das im Allgemeinen mit 1240 bezeichnet
ist, werden eine Anzahl von Datenintervallbereichen 1220 im
nahen Feld 1240 auf den Bereich abgebildet, der nicht vom
Ultraschallstrahl 1210 geprüft wird. Diese Datenintervallbereiche 1220,
die nicht auf den geprüften
Bereich abgebildet werden, stellen eine ineffiziente Abtastung des
untersuchten Materials 535 dar. 12A Figure 12 shows a Cartesian coordinate system that includes eleven "X" subdivisions for the purposes of explanation, the data interval ranges 1220 separate. The data interval ranges 1220 are just appropriate to cover the distant field that is generally associated with 1230 is designated. Because the distance of the data interval areas 1220 in the X dimension in the near field is the same, generally with 1240 is a number of data interval ranges 1220 in the near field 1240 mapped to the area that is not from the ultrasound beam 1210 is checked. These data interval ranges 1220 that are not mapped to the tested area represent an inefficient scan of the material under investigation 535 represents.
Im Gegensatz dazu zeigt 12B die Verwendung eines
radialen Koordinatensystems, um den vom Ultraschallstrahl 1210 beschallten
Bereich darzustellen. Im radialen Koordinatensystem variiert die
Größe der Datenintervallbereiche 1250 als
Funktion der "R"-Koordinate.
Datenpunkte in diesem Ausführungsbeispiel
der Echoortsdatenmatrix 1100 werden folglich effizienter
in den vom Ultraschallstrahl 1210 geprüften Bereich abgebildet als
beim Ausführungsbeispiel
der Echoortsdatenmatrix 1100, das in 12A dargestellt ist. Die Veränderung
der Größe des Datenintervallbereichs 1250 nimmt
effizient zu, da, wie in 12B gezeigt,
ein größerer Bruchteil von
Datenintervallbereichen 1250 innerhalb der Datenmatrix 1100 innerhalb
den vom Ultraschallstrahl 1210 abgedeckten Bereich fallen.In contrast, shows 12B the use of a radial coordinate system, around that of the ultrasound beam 1210 to represent the sonicated area. The size of the data interval ranges varies in the radial coordinate system 1250 as a function of the "R" coordinate. Data points in this embodiment of the echolocation data matrix 1100 consequently become more efficient in the ultrasound beam 1210 checked area mapped as in the embodiment of the echolocation data matrix 1100 , this in 12A is shown. The change in the size of the data interval range 1250 increases efficiently, as in 12B shown a larger fraction of data interval ranges 1250 within the data matrix 1100 within that of the ultrasound beam 1210 covered area fall.
Die Granularität der Datenintervallbereiche ist
dynamisch. In einigen Ausführungsbeispielen stellt
die Echoortsdatenmatrix 1100 einen Nyquist-Abtastraum dar,
wobei die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert wird,
dass die Anzahl von Abtastwerten genau die Nyquist-Kriterien für eine unverzerrte
Abtastung über
einen ganzen interessierenden Bereich erfüllt. In einigen Ausführungsbeispielen
wird die Dichte der Intervallbereiche 1250 derart verändert, dass
die Auflösung
der resultierenden Echoortsdaten in einem speziellen Bereich größer ist.
In einem Ausführungsbeispiel
legt ein Benutzer beispielsweise einen speziellen Bereich fest,
in dem mehr Bilddetail erwünscht
ist. Als Reaktion verwenden Breitstrahlsysteme und -verfahren eine Echoortsdatenmatrix 1100 mit
größerer Dichte
von Intervallbereichen 1250 in diesem Bereich.The granularity of the data interval areas is dynamic. In some embodiments, the echolocation data matrix 1100 represents a Nyquist scanning space, the density of the interval areas 1250 is changed in such a way that the number of samples precisely fulfills the Nyquist criteria for an undistorted sample over an entire region of interest. In some embodiments, the density of the interval areas 1250 changed in such a way that the resolution of the resulting echolocation data is greater in a special area. For example, in one embodiment, a user specifies a specific area in which more image detail is desired. In response, wide beam systems and methods use an echolocation data matrix 1100 with greater density of interval areas 1250 in this area.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung umfassen eine Extrapolation und Interpolation zwischen
den Datenintervallbereichen 1250. In einem Ausführungsbeispiel
wird beispielsweise eine Interpolation im fernen Feld verwendet, bei
der jeder der Datenintervallbereiche 1250 eine größere Fläche darstellt,
um die Dichte der Echoortsdaten zu erhöhen. Wahlweise wird weniger
Interpolation im nahen Feld verwendet, in dem die Dichte der Datenintervallbereiche 1250 größer ist.Some embodiments of the present invention include extrapolation and interpolation between the data interval areas 1250 , For example, in one embodiment, interpolation in the far field is used in which each of the data interval ranges 1250 represents a larger area to increase the density of the echolocation data. Optionally, less interpolation is used in the near field, in which the density of the data interval ranges 1250 is bigger.
Die Auflösung (Abtastfrequenz) der im
Empfangsschritt 430 erzeugten Kanaldaten begrenzt grundsätzlich die
Auflösung
der resultierenden Echoortsdaten infolge des Nyquist-Theorems. Die Auflösung der
im Empfangsschritt 430 erzeugten Daten wird jedoch wahlweise
durch Signalmittelung oder Aufwärtsabtastungsverfahren
verbessert. Aufwärtsabtastungsverfahren
umfassen die Verwendung von zusätzlichen
Daten und umfassen wahlweise eine Rückkopplung, so dass zusätzliche
Daten in Bereichen erfasst werden, in denen eine verbesserte Auflösung am
nötigsten
ist.The resolution (sampling frequency) of the in the receive step 430 generated channel data basically limits the resolution of the resulting Echolocation data due to the Nyquist theorem. The resolution of the in the receive step 430 however, data generated is optionally enhanced by signal averaging or up-sampling techniques. Up-sampling methods involve the use of additional data and optionally include feedback so that additional data is acquired in areas where improved resolution is most needed.
13 bis 15 werden verwendet, um Ausführungsbeispiele
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) zu zeigen. 13 zeigt die Fortpflanzung von Ultraschall
zwischen den Wandlerelementen 110A–1105 und Ultraschall
reflektierenden Gegenständen
innerhalb des untersuchten Materials 535. 14 zeigt Kanaldaten, die aus erfassten Echos
erzeugt werden. Und 15 zeigt
Echoortsdaten, die unter Verwendung der in 14 gezeigten Kanaldaten erzeugt werden. 13 to 15 are used to implement embodiments of the echo area calculation step 450 ( 4 ) to show. 13 shows the propagation of ultrasound between the transducer elements 110A-1105 and ultrasound reflecting objects within the material being examined 535 , 14 shows channel data generated from captured echoes. And 15 shows echolocation data using the in 14 shown channel data are generated.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen des
Echoflächen-Berechnungsschritts 450 mit
Datentransformationsverfahren wird angenommen, dass der Hauptbeitrag
zu den erfassten Echos von jedem Ort innerhalb des untersuchten
Materials 535 das zu diesem Ort am nächsten liegende Element der
Wandlerelemente 110 ist. Dieses Element wird als Hauptbeitragselement
(MCE) bezeichnet. Typischerweise ist das Element der Wandlerelemente 110,
das zu einem Ort am nächsten
liegt, das MCE für
diesen speziellen Ort und irgendeinen Ultraschall reflektierenden
Gegenstand an diesem Ort. Die Identität des MCE kann jedoch auch
von der Richtung des Breitstrahls 710 und der Form der
Wandlermatrix 530 abhängen.
In einem solchen Fall kann das MCE nicht das am nächsten zu
diesem speziellen Ort liegende Wandlerelement 110 sein.
Die Datentransformationsverfahren des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 (4) umfassen wahlweise die
Richtung des Breitstrahls 710, die Geometrie der Wandlermatrix 530, die
Rückkopplung
sowie andere Faktoren zum Ermitteln eines MCE, das nicht das nächste Element
der Wandlerelemente 110 zu einem Ultraschall reflektierenden
Gegenstand ist.In various embodiments of the echo area calculation step 450 With data transformation methods it is assumed that the main contribution to the recorded echoes from any location within the investigated material 535 the element of the transducer elements closest to this location 110 is. This element is called the main contribution element (MCE). Typically the element is the transducer elements 110 closest to a location, the MCE for that particular location, and any ultrasound reflecting object in that location. However, the identity of the MCE can also depend on the direction of the broad beam 710 and the shape of the converter matrix 530 depend. In such a case, the MCE cannot be the transducer element closest to that particular location 110 his. The data transformation method of the echo area calculation step 450 ( 4 ) optionally include the direction of the wide beam 710 , the geometry of the converter matrix 530 , feedback, and other factors to determine an MCE that is not the next element of the transducer elements 110 to an ultrasound reflecting object.
13A zeigt
Ultraschall 1305, der von einem einzelnen Wandlerelement 110G gesandt
wird. Der Ultraschall 1305 läuft durch das zu untersuchende
Material 535 (nicht dargestellt), bis er auf einen Ultraschall
reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft. Das Wandlerelement 110G ist
das nächste
der Wandlerelemente 110A–1105 zum
Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A und wird folglich
als MCE für
den reflektierenden Gegenstand 1310A betrachtet. Am Ultraschall
reflektierenden Gegenstand 1310A erzeugt der Ultraschall 1305 Ultraschallechos 1315,
von denen Ultraschallechos 1315A–1315F dargestellt sind.
Die Ultraschallechos 1315 pflanzen sich zu den Wandlerelementen 110A–110S zurück aus,
wo sie erfasst werden. 13A shows ultrasound 1305 by a single transducer element 110G is sent. The ultrasound 1305 runs through the material to be examined 535 (not shown) until it hits an ultrasound reflecting object 1310A incident. The converter element 110G is the next of the transducer elements 110A-1105 object reflecting ultrasound 1310A and is consequently used as the MCE for the reflective object 1310A considered. Object reflecting on ultrasound 1310A generates the ultrasound 1305 ultrasonic echoes 1315 , of which ultrasonic echoes 1315A-1315f are shown. The ultrasonic echoes 1315 plant themselves to the transducer elements 110A-110S back from where they are captured.
Obwohl 13A den
Ultraschall 1305 von einem Wandlerelement 110G (dem
MCE) gesandt darstellt, wird in den meisten Ausführungsbeispielen der Ultraschall
von einer Vielzahl von Wandlerelementen 110A–1105 während der
Erzeugung des Breitstrahls 710 gesandt. 13B zeigt
Ultraschall 1330, der von einem einzelnen Wandlerelement 110Q erzeugt
wird, welches das MCE für
einen Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310B ist.
Echos 1340, von denen Ultraschallechos 1340A–1340F dargestellt
sind, die am reflektierenden Gegenstand 1310B erzeugt werden,
laufen zurück
zu den Wandlerelementen 110A–110S und werden von diesen
erfasst.Even though 13A the ultrasound 1305 from a transducer element 110G (the MCE) is sent, in most embodiments the ultrasound is generated by a plurality of transducer elements 110A-1105 during the generation of the wide beam 710 sent. 13B shows ultrasound 1330 by a single transducer element 110Q is generated, which the MCE for an ultrasound reflecting object 1310B is. Echos 1340 , of which ultrasonic echoes 1340A-1340F are shown on the reflective object 1310B generated, run back to the transducer elements 110A-110S and are covered by them.
14 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Kanaldatenmatrix 1000 mit Daten, die vom Ultraschall 1305 und
Ultraschall 1330, die in 13 gezeigt
sind, erzeugt werden. Jede der Spalten 1410A–1410S in der Kanaldatenmatrix 1000 stellt (ein)
Signal(e) dar, das (die) an einem der Wandlerelemente 110A–110S erfasst
wird (werden). Jede der Reihen 1420A–1420U in der Kanaldatenmatrix 1000 umfasst
das während
eines speziellen Zeitraums erfasste Signal. In 14 sind die Datenelemente 1430,
die Daten umfassen, die durch die Erfassung der Echos 1315 und 1340 erzeugt
werden, jene Datenelemente 1430, die eine Datenortslinie 1440A bzw.
eine Datenortslinie 1440B schneiden. Somit ergeben die
Ultraschallechos, die von einem reflektierenden Gegenstand erzeugt
werden, wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310 innerhalb
des untersuchten Materials 535, Daten, die entlang einer
Linie wie z. B. den Datenortslinien 1440A oder 1440B liegen.
Die Datenortslinien 1440A und 1440B können aus
ersten. Prinzipien der Physik und Geometrie unter Verwendung einer
bekannten Geometrie der Wandlermatrix 530 und der Geschwindigkeit
von Schall innerhalb des untersuchten Materials 535 berechnet
werden. Die Datenortslinien 1440A und 1440B schneiden
das MCE, das Wandlerelement 110G nicht, und typischerweise
auch kein anderes Wandlerelement 110. In der Praxis enthält das untersuchte
Material 535 zahlreiche Ultraschall reflektierende Gegenstände 1310 und
die Kanaldatenmatrix 1000 umfasst von jedem erzeugte Daten. 14 shows an embodiment of the channel data matrix 1000 with data from ultrasound 1305 and ultrasound 1330 , in the 13 are shown. Each of the columns 1410A-1410S in the channel data matrix 1000 represents a signal (s) on one of the transducer elements 110A-110S is (are) recorded. Each of the rows 1420a - 1420U in the channel data matrix 1000 includes the signal acquired during a specific period. In 14 are the data elements 1430 that include data generated by capturing the echoes 1315 and 1340 are generated, those data elements 1430 that have a data location line 1440A or a data location line 1440B to cut. Thus, the ultrasound echoes generated by a reflective object, such as e.g. B. the ultrasound reflecting object 1310 within the investigated material 535 , Data along a line such as B. the data location lines 1440A or 1440B lie. The data location lines 1440A and 1440B can from first. Principles of physics and geometry using a known geometry of the transducer matrix 530 and the speed of sound within the material being examined 535 be calculated. The data location lines 1440A and 1440B cut the MCE, the transducer element 110G not, and typically no other transducer element 110 , In practice, the material examined contains 535 numerous ultrasound reflecting objects 1310 and the channel data matrix 1000 includes data generated by everyone.
In Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden
die Echoortsdaten durch Summieren der Daten entlang einer Linie
wie z. B. der Datenortslinie 1440A, der Datenortslinie 1440B oder
dergleichen berechnet. Die Summierung von Daten entlang der Datenortslinie 1440B erzeugt
beispielsweise ein Ergebnis, das die Amplitude der Echos 1315 angibt,
die an der Position erzeugt werden, die vom Ultraschall reflektierenden
Gegenstand 1310B belegt ist und durch einen Datenintervallbereich
wie z. B. den Datenintervallbereich 1220 oder den Datenintervallbereich 1240 dargestellt
wird. Die Summe wird im darstellenden Datenintervallbereich gespeichert.
Eine ähnliche
Summierung wird wahlweise für
jeden Datenintervallbereich in der Echoortsdatenmatrix 1100 durchgeführt. Durch
mehrere Summierungen wird die Echoortsdatenmatrix 1100 mit
Echoortsdaten belegt, die Ultraschall reflektierende Gegenstände innerhalb
des untersuchten Materials 535 darstellen.In exemplary embodiments of the echo area calculation step 450 the echolocation data is obtained by summing the data along a line such as e.g. B. the data location line 1440A , the data location line 1440B or the like. The summation of data along the data location line 1440B For example, produces a result that is the amplitude of the echoes 1315 indicates which are generated at the position, the object reflecting from the ultrasound 1310B is occupied and by a data interval range such. B. the data interval range 1220 or the data interval range 1240 is pictured. The total is stored in the representative data interval range. A similar summation is optional for each data interval range in the echolocation data matrix 1100 carried out. The echo location data matrix is formed by several summations 1100 with echolocation data, the ultrasound reflecting objects within the examined material 535 represent.
15 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Echoortsdatenmatrix 1100 mit Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520.
Jeder der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 ist
einer eindeutigen Linie, wie z. B. der Datenortslinie 1440A,
in der Kanaldatenmatrix 1000 zugeordnet, wie in 14 gezeigt. Daten entlang
der eindeutigen Linie werden summiert, um die Amplitude der Echoerzeugung
zu berechnen, die an den physikalischen Stellen aufgetreten ist,
die durch jeden der Datenintervallbereiche 1520 dargestellt werden.
Diese Summierung wird wahlweise für alle Datenintervallbereiche 1520 durchgeführt und
kann somit verwendet werden, um die Echoortsdaten über die
gesamte Echoortsdatenmatrix 1100 zu berechnen. 15 shows an embodiment of the echolocation data matrix 1100 with echolocation data interval ranges 1520 , Each of the echolocation data interval ranges 1520 is a clear line, such as B. the data location line 1440A , in the channel data matrix 1000 assigned as in 14 shown. Data along the unique line is summed to calculate the amplitude of the echo generation that occurred at the physical locations through each of the data interval ranges 1520 being represented. This summation is optional for all data interval areas 1520 performed and can thus be used to map the echolocation data across the entire echolocation data matrix 1100 to calculate.
16 zeigt
ein Datentransformationsverfahren, das in einem Ausführungsbeispiel
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 eingeschlossen
ist. Dieses Ausführungsbeispiel
umfasst einen Elementauswahlschritt 1610, in dem einer
der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 innerhalb der
Echoortsdatenmatrix 1100 ausgewählt wird. Typischerweise wird die
Auswahl von jedem der Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 durch
Durchqueren der Echoortsdatenmatrix 1100 in einer systematischen
Weise durchgeführt.
Dem Elementauswahlschritt 1610 folgt ein Linienfeststellungsschritt 1620,
in dem die eindeutige Linie in der Kanaldatenmatrix 1100,
die den ausgewählten
Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 zugeordnet ist, festgestellt
wird. Die Feststellung wird durch Berechnen der Linie aus geometrischen
Prinzipien, unter Verwendung einer Nachschlagetabelle mit vorher
berechneten Linien oder dergleichen durchgeführt. Die Feststellung kann
vor oder während
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 stattfinden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen
findet die Feststellung vor oder während des Breitstrahl-Konstruktionsschritts 410 statt.
In alternativen Ausführungsbeispielen
findet die Feststellung während
der Schritte 420, 430 und/oder 440 (4) statt. Dem Linienfeststellungsschritt 1620 folgt
ein Datensummierschritt 1630, der das Summieren der Daten von
den Datenelementen 1430, die die im Linienfeststellungsschritt 1620 festgestellte
Linie schneiden, umfasst. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Datensummierschritt 1630 eine
einfache Addition von Daten. In alternativen Ausführungsbeispielen umfasst
der Datensummierschritt 1630 die Verwendung von Gewichtungsfunktionen,
eine Matrixverarbeitung, Extrapolation, Interpolation oder ähnliche mathematische
Verfahren. In einem Ausführungsbeispiel
wird der Datensummierschritt 1630 durch Firmware innerhalb
der Steuerelektronik 595 vereinfacht. In einem Ergebnisspeicherschritt 1640 wird
das Ergebnis der Summierung von Schritt 1630 in dem Datenelement
gespeichert, das im Elementauswahlschritt 1610 ausgewählt wurde. 16 shows a data transformation method in an embodiment of the echo area calculation step 450 is included. This embodiment includes an element selection step 1610 in which one of the echolocation data interval ranges 1520 within the echolocation data matrix 1100 is selected. Typically, the selection of each of the echolocation data interval ranges 1520 by traversing the echolocation data matrix 1100 done in a systematic way. The element selection step 1610 a line detection step follows 1620 in which the unique line in the channel data matrix 1100 that correspond to the selected echolocation data interval ranges 1520 is assigned, is determined. The determination is made by calculating the line from geometric principles, using a look-up table with previously calculated lines, or the like. The determination can be made before or during the echo area calculation step 450 occur. In various exemplary embodiments, the determination takes place before or during the wide jet construction step 410 instead of. In alternative embodiments, the determination takes place during the steps 420 . 430 and or 440 ( 4 ) instead of. The line detection step 1620 a data summing step follows 1630 which is the summation of the data from the data elements 1430 that are in the line detection step 1620 cut the determined line, includes. In one embodiment, the data summing step includes 1630 a simple addition of data. In alternative embodiments, the data summing step includes 1630 the use of weighting functions, matrix processing, extrapolation, interpolation or similar mathematical methods. In one embodiment, the data summing step 1630 through firmware within the control electronics 595 simplified. In a result storage step 1640 becomes the result of the summation of step 1630 stored in the data item in the item selection step 1610 was selected.
Die Schritte 1610 bis 1640 werden
wahlweise für
alle Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 in der Echoortsdatenmatrix 1100 wiederholt. 15 zeigt zwei Sätze (1550 und 1560)
von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 mit von Null
verschiedenen Werten, die sich aus der Summierung entlang der Datenortslinien 1440A und 1440B unter
Verwendung des in 16 gezeigten
Verfahrens ergeben. Jeder Satz (1550 und 1560)
von Echoortsdaten-Intervallbereichen 1520 umfasst
typischerweise Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 mit
unterschiedlichen von Null verschiedenen Werten. In verschiedenen
Ausführungsbeispielen
werden einer oder mehrere der Schritte 1610 bis 1640 als
parallele Prozesse durchgeführt.The steps 1610 to 1640 are optionally available for all echolocation data interval ranges 1520 in the echolocation data matrix 1100 repeated. 15 shows two sentences ( 1550 and 1560 ) of echolocation data interval ranges 1520 with non-zero values resulting from the summation along the data location lines 1440A and 1440B using the in 16 shown method result. Each sentence ( 1550 and 1560 ) of echolocation data interval ranges 1520 typically includes echolocation data interval ranges 1520 with different non-zero values. In various embodiments, one or more of the steps 1610 to 1640 carried out as parallel processes.
Alternative Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen
alternative Verfahren zur Datentransformation. Diese Verfahren verwenden
beispielsweise Berechnungen, die in der Frequenzdomäne durchgeführt werden,
Verwendung von Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen,
Verwendung von Apodisationsfunktionen, um Beiträge jedes der Wandlerelemente 110 zu gewichten,
Rückkopplungsmechanismen,
Korrelationsanalyse und Betrachtung von anderen Sendewandlerelementen 110 als
dem MCE. Diese anderen Wandlerelemente 110 werden verwendet,
um sowohl die Qualität
als auch die Geschwindigkeit der Transformation von Kanaldaten in
Echoortsdaten zu verbessern.Alternative embodiments of the echo area calculation step 450 include alternative methods of data transformation. These methods use, for example, calculations performed in the frequency domain, using phase relationships between received signals, using apodization functions to make contributions to each of the transducer elements 110 to weight, feedback mechanisms, correlation analysis and consideration of other transmit converter elements 110 than the MCE. These other transducer elements 110 are used to improve both the quality and the speed of the transformation of channel data into echolocation data.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 die
Verwendung einer Apodisationsfunktion, um Beiträge jedes Wandlerelements 110 zu
gewichten. Die Gewichtung kann erwünscht sein, da jene Wandlerelemente 110, die
näher am
MCE liegen, stärkere
Echos von einem speziellen reflektierenden Gegenstand 1310 empfangen
als Wandlerelemente 110, die vom MCE weiter entfernt sind.
An einem MCE und den naheliegenden Wandlerelementen 110 erfassten
Signalen wird daher ein größeres Gewicht
gegeben als den weiter vom MCE entfernten Wandlerelementen 110.In one embodiment, the echo area calculation step comprises 450 the use of an apodization function to post each transducer element 110 to weight. Weighting may be desirable because of those transducer elements 110 closer to the MCE, stronger echoes from a special reflective object 1310 received as converter elements 110 that are further away from the MCE. On an MCE and the nearby converter elements 110 The signals detected are therefore given greater weight than the converter elements further away from the MCE 110 ,
17 zeigt
drei alternative Apodisationsfunktionen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Das Kurvenbild 1710 stellt diese drei alternativen Apodisationsfunktionen
dar, die mit 1720, 1730 und 1740 bezeichnet
sind. Wenn das Wandlerelement 110G beispielsweise das MCE
für eines
der Datenelemente 1430 ist, die im Elementauswahlschritt 1610 von 16 ausgewählt werden,
dann wird die Apodisationsfunktion 1720 im Datensummierschritt 1630 verwendet,
so dass die resultierende Summe einen größeren Beitrag von den Wandlerelementen 110 nahe
dem Wandlerelement 110G umfasst. Ebenso werden für Summierungen,
bei denen die Wandlerelemente 110K und 1105 das
MCE sind, die Apodisationsfunktionen, die durch die Linien 1730 und 1740 dargestellt
sind, wahlweise verwendet. 17 shows three alternative apodization functions according to embodiments of the invention. The graph 1710 represents these three alternative apodization functions that are associated with 1720 . 1730 and 1740 are designated. If the transducer element 110G for example the MCE for one of the data elements 1430 is in the element selection step 1610 of 16 are selected, then the apodization function 1720 in the data summing step 1630 used so that the resulting sum makes a greater contribution from the transducer elements 110 near the transducer element 110G includes. Likewise, for summations where the transducer elements 110K and 1105 that are MCE, the apodization functions through the lines 1730 and 1740 are shown, optionally used.
In alternativen Ausführungsbeispielen
wird der Echoflächen-Berechnungsschritt 450 zumindest teilweise
in der Frequenzdomäne
durchgeführt.
Daten werden unter Verwendung von invertierbaren Transformationen,
beispielsweise einer Sinustransformation, einer Fourier-Transformation,
einer Wellenlängentransformation
oder dergleichen umgewandelt.In alternative embodiments, the echo area calculation step 450 at least partially performed in the frequency domain. Data is converted using invertible transforms such as a sine transform, a Fourier transform, a wavelength transform, or the like.
In einigen Ausführungsbeispielen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 werden
Phasenbeziehungen zwischen empfangenen Signalen verwendet, um zwischen
jenen Signalen, die sich aus dem Ultraschall ergeben, der vom MCE
gesandt wird, und jenen Signalen, die sich von sekundären Beitragselementen
(SCEs) ergeben, zu unterscheiden. SCEs sind andere Wandlerelemente 110 als
das MCE, die zum Signal beitragen, das aus einem gegebenen Ultraschall
reflektierenden Gegenstand wie z. B. dem Ultraschall reflektierenden
Gegenstand 1310 entsteht.In some embodiments of the echo area calculation step 450 phase relationships between received signals are used to distinguish between those resulting from the ultrasound transmitted by the MCE and those resulting from secondary contribution elements (SCEs). SCEs are other converter elements 110 than the MCE, which contribute to the signal generated by a given ultrasound reflecting object, e.g. B. the ultrasound reflecting object 1310 arises.
18 zeigt
Ultraschall 1810 und 1305, der von den Wandlerelementen 110F und 110G gesandt wird
und auf den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A auftrifft.
Das Wandlerelement 110G wird als MCE für den Ultraschall reflektierenden
Gegenstand 1310A betrachtet, da es das nächste Element der
Wandlerelemente 110 ist. In alternativen Ausführungsbeispielen
wird ein eng gruppierter Satz von Wandlern gemeinsam als MCE behandelt.
Andere Wandlerelemente 110 wie z. B. das Wandlerelement 110F erzeugen
auch Ultraschall, der den reflektierenden Gegenstand 1310A erreichen
kann. In diesem Beispiel ist das Wandlerelement 110F ein
SCE. Ultraschall muss von diesen (SCE) Wandlerelementen 110 weiter
laufen als von den MCE-Wandlerelementen 110,
bevor er den Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A erreicht.
Wie bei dem vom MCE erzeugten Ultraschall erzeugt der Ultraschall
von den SCEs Echos, wenn er auf den Ultraschall reflektierenden
Gegenstand 1310A auftrifft. Einige dieser Echos werden
an der Wandlermatrix 530 erfasst. 18 shows ultrasound 1810 and 1305 that of the transducer elements 110F and 110G is sent and on the ultrasound reflecting object 1310A incident. The converter element 110G is used as an MCE for the ultrasound reflecting object 1310A considered as it is the next element of the transducer elements 110 is. In alternative embodiments, a closely grouped set of transducers is treated collectively as an MCE. Other converter elements 110 such as B. the transducer element 110F also generate ultrasound of the reflective object 1310A can reach. In this example is the converter element 110F an SCE. Ultrasound must be from these (SCE) transducer elements 110 run farther than from the MCE converter elements 110 before hitting the ultrasound reflective object 1310A reached. As with the ultrasound generated by the MCE, the ultrasound from the SCEs generates echoes when it is reflected on the object 1310A incident. Some of these echoes are on the transducer matrix 530 detected.
19 zeigt
Orte von Signalen, die durch das SCE-Wandlerelement 110F in der
Kanaldatenmatrix 1000 erzeugt werden. Diese Signale liegen entlang
einer Datenortslinie 1910 ähnlich der Datenortslinie 1440A,
jedoch zu einem geringfügig
späteren
Zeitpunkt. Die Zeitdifferenz zwischen den Datenortslinien 1440A und 1910 liegt
an der Differenz der Zeit, die erforderlich ist, damit der Ultraschall
vom Wandlerelement 110F und vom Wandlerelement 110G zum
Ultraschall reflektierenden Gegenstand 1310A läuft. Es
ist erwünscht,
Daten, die sich von SCEs ergeben, von Daten, die sich von einem
MCE ergeben, zu unterscheiden. Obwohl das Signal vom MCE typischerweise
stärker
ist als das Signal, das sich aus SCEs ergibt (aufgrund der längeren Strecke, den
der Ultraschall durchlaufen muss), wird das Signal von den SCEs
zusätzlich
durch eine Phasendifferenz unterschieden, die sich aus der Differenz
der durchlaufenen Strecke ergibt. Das Betrachten von Signalen nur
mit speziellen Phasen ermöglicht,
dass Signale, die sich von SCEs ergeben, durch Filterung getrennt
werden. In einem Ausführungsbeispiel
wird das SCE-Signal beispielsweise um mehr als 10 dB ausgefiltert
und in einigen Ausführungsbeispielen
um mehr als 38 dB. 19 shows locations of signals through the SCE converter element 110F in the channel data matrix 1000 be generated. These signals lie along a data location line 1910 similar to the data location line 1440A , but at a slightly later time. The time difference between the data location lines 1440A and 1910 is due to the difference in time it takes for the ultrasound from the transducer element 110F and from the transducer element 110G object reflecting ultrasound 1310A running. It is desirable to distinguish data resulting from SCEs from data resulting from an MCE. In addition, although the signal from the MCE is typically stronger than the signal that results from SCEs (due to the longer distance that the ultrasound has to travel), the signal from the SCEs is distinguished by a phase difference that results from the difference in the distance traveled results. Viewing signals with specific phases only allows signals resulting from SCEs to be separated by filtering. For example, in one embodiment, the SCE signal is filtered out by more than 10 dB and in some embodiments by more than 38 dB.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden
Daten, die sich von SCEs ergeben, verwendet, um die Ergebnisse zu
verbessern, die im Echoflächen-Berechnungsschritt 450 erhalten
werden. In einigen Ausführungsbeispielen
werden beispielsweise Daten, die sich von einem SCE ergeben, zu
Daten addiert, die sich von einem MCE ergeben. Somit werden Daten,
die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, wie in 19 gezeigt, zu Daten addiert,
die entlang der Datenortslinie 1440A liegen. Die Daten,
die entlang der Datenortslinie 1910 liegen, umfassen Daten,
die sich aus Ultraschall ergeben, der am (SCE) Wandlerelement 110F erzeugt
wird, und vom reflektierenden Gegenstand 1310A zurückgestrahlt
wird. Nach einer Phaseneinstellung und Gewichtung können sich
diese Daten konstruktiv zu Daten addieren lassen, die entlang der
Datenortslinie 1440A liegen, und somit den Rauschabstand
der Echoortsdaten verbessern, welche die Anwesenheit des reflektierenden
Gegenstandes 1310A anzeigen. Typischerweise wird SCEs,
die am nächsten
zu einem MCE liegen, mehr Gewicht gegeben als SCEs, die weiter entfernt
liegen. Ein Ausführungsbeispiel
verwendet beispielsweise eine Chi-Quadrat-Gewichtungsverteilung, die am MCE zentriert
ist, um die Gewichtung von benachbarten SCEs festzulegen. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel
reagiert die Gewichtungsverteilung auf Rückkopplungsalgorithmen, die
das Gewicht der SCEs verringern, deren Signal in der Kanaldatenmatrix 1000 mit
einem starken MCE-Signal überlappt.In various embodiments, data resulting from SCEs are used to improve the results obtained in the echo area calculation step 450 be preserved. For example, in some embodiments, data resulting from an SCE is added to data resulting from an MCE. Thus, data that is along the data location line 1910 lie as in 19 shown added to data along the data location line 1440A lie. The data that goes along the data location line 1910 lie, data resulting from ultrasound, on the (SCE) transducer element 110F is generated, and by the reflective object 1310A is reflected back. After a phase setting and weighting, this data can be constructively added to data that runs along the data location line 1440A lie, and thus improve the signal-to-noise ratio of the echolocation data, which the presence of the reflecting object 1310A Show. Typically, SCEs that are closest to an MCE are given more weight than SCEs that are further away. For example, one embodiment uses a chi-square weighting distribution centered on the MCE to determine the weighting of neighboring SCEs. In another embodiment, the weight distribution responds to feedback algorithms that reduce the weight of the SCEs whose signal is in the channel data matrix 1000 overlapped with a strong MCE signal.
In weiteren Ausführungsbeispielen wird das Signal,
das sich von einem SCE ergibt, vom Signal, das sich von einem MCE
ergibt, subtrahiert. Wenn beispielsweise ein großes MCE-Signal entlang der Datenortslinie 1440A,
wie in 19 gezeigt, erfasst wird,
dann wird ein entsprechend großes
SCE-Signal entlang der Datenortslinie 1910 erwartet. Da
das entsprechende SCE-Signal voraussagbar ist und ungefähre Werte
als Funktion des MCE-Signals berechnet werden können, können die berechneten Werte
von den in den Datenelementen 1430 gespeicherten Kanaldatenwerten
subtrahiert werden, bevor diese Datenwerte zum Berechnen von Werten
für andere Echoortsdaten-Intervallbereiche 1520 verwendet werden.
Die Betrachtung der Daten, die sich von SCEs ergeben, um Echoflächenberechnungen
zu verbessern, findet wahlweise als Teil des Datensummierschritts 1630 (16) statt.In other embodiments, the signal resulting from an SCE is subtracted from the signal resulting from an MCE. For example, if there is a large MCE signal along the data location line 1440A , as in 19 shown, is detected, then a correspondingly large SCE signal along the data location line 1910 expected. Since the corresponding SCE signal is predictable and approximate values can be calculated as a function of the MCE signal, the calculated values can differ from those in the data elements 1430 stored channel data values are subtracted before these data values are used to calculate values for other echolocation data interval ranges 1520 be used. Consideration of the data resulting from SCEs to improve echo area calculations takes place optionally as part of the data summing step 1630 ( 16 ) instead of.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 verwenden eine
Rückkopplung.
In einem Ausführungsbeispiel werden
berechnete Echoortsdaten beispielsweise in einer "umgekehrten" Datentransformation
unter Verwendung von Verfahren verarbeitet, die ein simuliertes
Echosignal (simulierte Kanaldaten) auf der Basis der berechneten
Echoortsdaten erzeugen. Diese umgekehrte Transformation erzeugt
eine Simulation der Kanaldaten, die erwartet werden würden, wenn
die Berechnung von Echoortsdaten optimal wäre. Die umgekehrte Transformation
wird wahlweise unter Verwendung von Strahldurchrechnungsverfahren, die
auf dem Fachgebiet bekannt sind, vorgebildet. Die simulierten Kanaldaten
werden mit den tatsächlichen
Echodaten verglichen, die in der Kanaldatenmatrix 1000 gespeichert
sind. Die Ähnlichkeit zwischen
diesen zwei Datensätzen
zeigt die Qualität
der Berechnung an, die verwendet wird, um die Echoortsdaten zu erzeugen.
In einem wahlweisen iterativen Prozess wird die Berechnung der Echoortsdaten
unter Verwendung von veränderlichen
Parametern, die auf diese Ähnlichkeit
reagieren, wiederholt. Diese Parameter können verschiedene Gewichtungsfaktoren,
Apodisationsfunktionen oder SCEs umfassen, die verarbeitet werden,
um die Ähnlichkeit zwischen
den Daten in der Kanaldatenmatrix 1000 und den simulierten
Echosignalen zu optimieren.Different embodiments of the echo area calculation step 450 use a feedback. In one embodiment, calculated echolocation data is processed, for example, in an "inverse" data transformation using methods based on a simulated echo signal (simulated channel data) generate the calculated echolocation data. This inverse transformation creates a simulation of the channel data that would be expected if the calculation of echolocation data were optimal. The reverse transformation is optionally preformed using beam calculation techniques known in the art. The simulated channel data is compared to the actual echo data that is in the channel data matrix 1000 are saved. The similarity between these two data sets indicates the quality of the calculation that is used to generate the echolocation data. In an optional iterative process, the calculation of the echolocation data is repeated using variable parameters that react to this similarity. These parameters can include various weighting factors, apodization functions, or SCEs that are processed to determine the similarity between the data in the channel data matrix 1000 and optimize the simulated echo signals.
In anderen Ausführungsbeispielen umfasst die
Rückkopplung
die Verwendung von Echoortsdaten, um den Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 zu steuern.
In einem Ausführungsbeispiel
reagiert die Richtung eines in Schritt 410 konstruierten Ultraschallstrahls
beispielsweise auf den Ort von reflektierenden Grenzen in dem untersuchten
Material 535. In anderen Beispielen reagieren der Brennpunkt,
die Breite, die Frequenz, die Intensität oder die Anzahl von Strahlen,
die in Schritt 410 konstruiert wurden, auf die berechneten Echoortsdaten.In other embodiments, the feedback involves using echolocation data around the broad beam construction step 410 to control. In one embodiment, the direction of an ultrasound beam constructed in step 410 responds, for example, to the location of reflective boundaries in the material being examined 535 , In other examples, the focal point, width, frequency, intensity, or number of beams constructed in step 410 respond to the calculated echolocation data.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 umfassen
Datentransformationen, die eine Korrelationsanalyse verwenden. Korrelationsverfahren
sind auf dem Datenanalysefachgebiet bekannt und sind zum Verbessern
von Ähnlichkeiten
und Durchführen
von Vergleichen zwischen Daten nützlich.
Die Korrelation ist zum Vergleichen von Daten, die sich systematisch unterscheiden,
beispielsweise durch eine Phasenänderung,
besonders nützlich.
Eine Kreuzkorrelationsanalyse von zwei Datensätzen, die sich um einen konstanten
Grad entlang einer Koordinate unterscheiden, identifiziert die konstante
Differenz und die Ähnlichkeit
der Daten nach dem Berücksichtigen
dieser Differenz. Eine Autokorrelationsanalyse eines Datensatzes
veranschaulicht periodische oder wiederholte Signale innerhalb der
Daten.Different embodiments of the echo area calculation step 450 include data transformations that use correlation analysis. Correlation methods are known in the data analysis art and are useful for improving similarities and making comparisons between data. The correlation is particularly useful for comparing data that differs systematically, for example due to a phase change. A cross-correlation analysis of two data sets that differ by a constant degree along a coordinate identifies the constant difference and the similarity of the data after taking this difference into account. An autocorrelation analysis of a data set illustrates periodic or repeated signals within the data.
20 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450,
der ein Kreuzkorrelationsverfahren umfasst, das verwendet wird,
um Komponenten von SCE-Daten zu identifizieren, die gut mit MCE-Daten
korrelieren. In einem Kreuzkorrelations-Berechnungsschritt 2010 werden Daten,
die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1440A (14) liegen, die einem MCE
zugeordnet ist, mit Daten, die entlang einer Linie wie z. B. der Datenortslinie 1910 (19) liegen, die einem SCE zugeordnet
ist, kreuzkorreliert. Jeder dieser Sätze von Daten wird wahlweise
unter Verwendung einer Funktion wie z. B. einer Apodisationsfunktion 1720 vorverarbeitet.
Die Kreuzkorrelation erzeugt einen Korrelationsdatensatz, der als
Funktion der Phasendifferenz als Funktion der Ähnlichkeit zwischen den zwei
Datensätzen
ausgedrückt
werden kann. In einem Phasendifferenz-Berechnungsschritt 2020 wird die
erwartete Phasendifferenz zwischen den MCE-Daten und den SCE-Daten auf der Basis
einer bekannten geometrischen Beziehung zwischen dem MCE und dem
SCE berechnet. In einem Nachschlageschritt 2030 wird diese
berechnete Phasendifferenz verwendet, um einen Ähnlichkeitswert im Korrelationsdatensatz,
der durch die Kreuzkorrelation erzeugt wird, bei dieser speziellen
Phasendifferenz im Korrelationsdatensatz nachzuschlagen. 20 shows an embodiment of the echo area calculation step 450 , which includes a cross-correlation technique used to identify components of SCE data that correlate well with MCE data. In a cross-correlation calculation step 2010 data that is along a line such as B. the data location line 1440A ( 14 ) which are assigned to an MCE, with data which are along a line such as e.g. B. the data location line 1910 ( 19 ), which is assigned to an SCE, cross-correlated. Each of these sets of data is optionally processed using a function such as. B. an apodization function 1720 preprocessed. The cross-correlation creates a correlation data set which can be expressed as a function of the phase difference as a function of the similarity between the two data sets. In a phase difference calculation step 2020 the expected phase difference between the MCE data and the SCE data is calculated based on a known geometric relationship between the MCE and the SCE. In one lookup step 2030 this calculated phase difference is used to look up a similarity value in the correlation data set, which is generated by the cross-correlation, for this special phase difference in the correlation data set.
Der Ähnlichkeitswert entsprechend
der im Phasendifferenzschritt 2020 berechneten Phasendifferenz
zeigt an, wie nützlich
die SCE-Daten bei der Verbesserung des Rauschabstands der MCE-Daten sein
können,
da ähnlichere
SCE-Daten sich wahrscheinlicher konstruktiv zu den MCE-Daten addieren lassen.
In einem Entscheidungsschritt 2040 wird der Ähnlichkeitswert
mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen. Wenn der Ähnlichkeitswert
größer ist
als die Schwelle, dann werden die SCE-Daten zu den MCE-Daten in
einem Datenaddierschritt 2050 addiert. Wenn in Schritt
2040 festgestellt wird, dass, der Ähnlichkeitswert geringer ist
als die vorbestimmte Schwelle, stellt der Computercode 596 in
einem Entscheidungsschritt 2060 fest, ob eine weitere Analyse des
speziellen SCE-Datensatzes gerechtfertigt ist. Eine weitere Analyse
kann gerechtfertigt sein, wenn beispielsweise naheliegende SCEs
noch untersucht werden sollen oder wenn ein Benutzer eine zusätzliche
Verbesserung des Rauschabstandes angefordert hat. Wenn nicht, wird
die Analyse dieses speziellen SCE-Datensatzes beendet. Wenn Schritt
2060 feststellt, dass eine weitere Analyse gerechtfertigt ist, dann
wird der SCE-Datensatz in einem wahlweisen Filterschritt 2070 verarbeitet.
Die Verarbeitung in Schritt 2070 umfasst Filterung, Beschneidung
oder ähnliche
Mittel, die dazu ausgelegt sind, die Komponenten des SCE-Datensatzes,
die gut mit dem MCE-Datensatz korrelieren, zu verbessern. In einem Ausführungsbeispiel
wird beispielsweise eine alternative Funktion wie z. B. die Apodisationsfunktion 1740 auf
den SCE-Datensatz angewendet. Die in 20 gezeigten
Schritte werden wahlweise auf mehr als einen SCE-Datensatz angewendet.The similarity value corresponds to that in the phase difference step 2020 The calculated phase difference indicates how useful the SCE data can be in improving the signal-to-noise ratio of the MCE data, since more similar SCE data can be added constructively to the MCE data more likely. In one decision step 2040 the similarity value is compared to a predetermined threshold. If the similarity value is greater than the threshold, then the SCE data becomes the MCE data in a data adding step 2050 added. If it is determined in step 2040 that the similarity value is less than the predetermined threshold, the computer code represents 596 in a decision step 2060 determines whether further analysis of the special SCE data set is justified. A further analysis can be justified if, for example, obvious SCEs are still to be examined or if a user has requested an additional improvement in the signal-to-noise ratio. If not, the analysis of that particular SCE record is ended. If step 2060 determines that further analysis is warranted, then the SCE record is in an optional filtering step 2070 processed. The processing in step 2070 includes filtering, pruning, or similar means designed to improve the components of the SCE data set that correlate well with the MCE data set. In one embodiment, an alternative function such as e.g. B. the apodization function 1740 applied to the SCE data set. In the 20 The steps shown are optionally applied to more than one SCE data set.
Die unter Verwendung von alternativen
Ausführungsbeispielen
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 erzeugten
Echoortsdaten werden wahlweise verglichen und der Vergleich kann
verwendet werden, um die Konsistenz der Berechnungen zu ermitteln
oder eine Rückkopplung
vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel
umfassen beispielsweise zwei Wiederholungen des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 die
Betrachtung von verschiedenen SCEs. Die Genauigkeit dieser Berechnungen wird
durch Vergleichen der Ergebnisse von jeder Wiederholung geprüft. Je näher die
Ergebnisse liegen, desto wahrscheinlicher erzeugt die Verwendung von
SCEs ein genaues Ergebnis. In einem weiteren Beispiel wird festgestellt,
dass die unter Verwendung von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen
des Echoflächen-Berechnungsschritts 450 berechneten Echoortsdaten
signifikant unterschiedlich sind. Diese Unterschiede werden als
Rückkopplung
verwendet, die sich auf andere Schritte in der Breitstrahltechnologie
auswirkt. Die Irreproduzierbarkeit von Echoortsdaten in einem speziellen
Bereich wird beispielsweise wahlweise verwendet, um eine Rückkopplung
für den
Breitstrahl-Konstruktionsschritt 410 vorzusehen, so dass
eine Eigenschaft (Intensität,
Frequenz, Richtung etc.) eines Breitstrahls, der diesen Bereich
prüft, modifiziert
wird.That using alternative embodiments of the echo area calculation step 450 generated echolocation data are optionally compared and the comparison can be used to determine the consistency of the calculations or to provide feedback. In one embodiment, for example, include two repetitions of the echo area calculation step 450 the consideration of different SCEs. The accuracy of these calculations is checked by comparing the results of each iteration. The closer the results are, the more likely the use of SCEs will produce an accurate result. In another example, it is found that using two different embodiments of the echo area calculation step 450 calculated echolocation data are significantly different. These differences are used as feedback that affects other steps in wide beam technology. For example, the irreproducibility of echolocation data in a particular area is optionally used to provide feedback for the wide beam construction step 410 To be provided so that a property (intensity, frequency, direction, etc.) of a wide beam that checks this area is modified.
In der Echoortsdatenmatrix 1100 gespeicherte
Daten werden wahlweise im Bilderzeugungsschritt 470 (4) verwendet, um Bilder
des untersuchten Materials 535 zu erzeugen, die für einen
Benutzer angezeigt werden können.
Diese Erzeugung und Anzeige wird unter Verwendung des Bildwandlers 575 bzw.
der Anzeige 580 durchgeführt. Da zweidimensionale Daten
aus einem einzelnen Ultraschallstrahl unter Verwendung von Breitstrahlverfahren
erzeugt werden können,
kann ein zweidimensionales Bild aus einem einzelnen Ultraschallstrahl
erzeugt werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen erhöht diese
Fähigkeit
die Bildrate relativ zu Verfahren des Standes der Technik, da ein
Bild in einer Zeit erzeugt wird, die vielmehr durch eine einzelne
Impulsrücklaufzeit
oder wahlweise die Rücklaufzeit
von einigen Impulsen (d. h. < 5, < 10, < 20, < 40 oder < 64) als die vielen
(d. h. > 100) Impulsrücklaufzeiten
des Standes der Technik begrenzt ist. Vorteile der Erzeugung eines
Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl umfassen möglicherweise
die Verringerung von Zittern im resultierenden Bild, da relativ
zum Stand der Technik weniger Zeit für eine relative Bewegung zwischen
der Wandlermatrix 530 und dem untersuchten Material 535 während des
Zeitraums, in dem Daten erfasst werden, besteht. Das Erzeugen eines
Bildes aus einem einzelnen Ultraschallstrahl kann auch die Menge
an Ultraschallenergie, die in das zu untersuchende Material 535 gerichtet
wird, und die Menge an elektrischer Leistung, die erforderlich ist,
um ein Bild zu erzeugen, verringern.In the echolocation data matrix 1100 Stored data is optionally in the imaging step 470 ( 4 ) used to take pictures of the examined material 535 to generate that can be displayed to a user. This generation and display is done using the imager 575 or the ad 580 carried out. Because two-dimensional data can be generated from a single ultrasound beam using wide beam techniques, a two-dimensional image can be generated from a single ultrasound beam. In various embodiments, this capability increases the frame rate relative to prior art methods because an image is generated in a time that is rather a single pulse retrace time, or optionally the retrace time of some pulses (ie, <5, <10, <20, < 40 or <64) is limited as the many (ie> 100) pulse return times of the prior art. Advantages of generating an image from a single ultrasound beam may include reducing jitter in the resulting image because less time for relative movement between the transducer matrix relative to the prior art 530 and the examined material 535 during the period that data is being collected. The generation of an image from a single ultrasound beam can also be the amount of ultrasound energy that is in the material to be examined 535 and reduce the amount of electrical power required to form an image.
Aus der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele
des Prozesses und der Vorrichtung, die hierin dargelegt sind, ist
für einen üblichen
Fachmann ersichtlich, dass Veränderungen und
Zusätze
an den Ausführungsbeispielen
vorgenommen werden können,
ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Wandlerelemente 110 können beispielsweise gegen alternative
Ultraschallerzeugungselemente ausgetauscht werden und der Sende/Empfangs-Schalter 515 kann gegen
separate Sende- und Empfangsschalter ausgetauscht werden. Die Anzahl
von Wandlerelementen 110, die in den Figuren gezeigt ist,
soll keine Begrenzung bedeuten. Typische Ausführungsbeispiele umfassen eine
größere Anzahl
von Wandlerelementen 110. Ebenso ist die Auflösung der
gezeigten Datenmatrizes nur für
Erläuterungszwecke
ausgewählt. Typische
Ausführungsbeispiele
umfassen Datenmatrizes mit einer größeren Anzahl von Datenintervallbereichen.From the description of the various embodiments of the process and apparatus set forth herein, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that changes and additions to the embodiments can be made without departing from the principles of the present invention. The converter elements 110 can, for example, be exchanged for alternative ultrasound generating elements and the transmit / receive switch 515 can be exchanged for separate transmit and receive switches. The number of transducer elements 110 , which is shown in the figures is not meant to be a limitation. Typical embodiments include a larger number of transducer elements 110 , Likewise, the resolution of the data matrices shown is selected for explanatory purposes only. Typical embodiments include data matrices with a larger number of data interval areas.
Die Breitstrahltechnologie ist auf
Systeme anwendbar, die dazu ausgelegt sind, sowohl die Flächenformung
als auch die herkömmliche
Strahlformung zu verwenden. Einige Ausführungsbeispiele umfassen ein
Mittel zum Umschalten zwischen diesen zwei Methoden. Die Flächenformung
kann beispielsweise verwendet werden, um eine Fläche aufzunehmen, und herkömmliche
Strahlformungsverfahren können
verwendet werden, um Energie auf einen speziellen interessierenden
Bereich zu fokussieren. In einigen Ausführungsbeispielen mit zweidimensionalen
Wandlermatrizes wird die Flächenformung
gleichzeitig mit den herkömmlichen
Strahlformungsverfahren verwendet. Ein Satz von Wandlerelementen
kann beispielsweise zur Flächenformung verwendet
werden, während
ein anderer Satz von Wandlerelementen zur herkömmlichen Strahlformung verwendet
werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Flächenformung
verwendet werden, um Daten in einer räumlichen Dimension zu sammeln,
während
die herkömmliche
Strahlformung verwendet wird, um Daten in einer anderen räumlichen
Dimension zu sammeln. Ein Ultraschallstrahl kann zur Flächenformung
in einer Dimension und zur herkömmlichen
Strahlformung in einer anderen Dimension ausgelegt werden. In diesen
Beispielen wird mehr als ein Echoortsverfahren gleichzeitig durchgeführt, wobei
jedes Verfahren wahlweise einer speziellen räumlichen Dimension zugeordnet
ist.The wide jet technology is on
Systems applicable that are designed to both surface shaping
as well as the conventional one
Use beam shaping. Some embodiments include
Means to switch between these two methods. The surface shaping
can be used, for example, to take up an area, and conventional ones
Beam shaping processes can
used to energy on a special interest
Focus area. In some embodiments with two-dimensional
Conversion matrices become the surface shaping
at the same time as the conventional ones
Beam shaping process used. A set of transducer elements
can be used for surface shaping, for example
be while
another set of transducer elements used for conventional beam shaping
can be. In another example, the surface shaping
used to collect data in a spatial dimension,
while
the conventional
Beamforming is used to move data in another spatial
Collecting dimension. An ultrasound beam can be used to shape surfaces
in one dimension and conventional
Beam shaping can be designed in a different dimension. In these
Examples, more than one echolocation process is performed simultaneously, with
each procedure optionally assigned to a specific spatial dimension
is.
Die Breitstrahltechnologie ist auf
ein beliebiges System anwendbar, das durch die Verwendung von phasenabgeglichenen
Matrizes begrenzt ist, um mit einem fokussierten Strahl eine Fläche oder
ein Volumen abzutasten. Diese Systeme können Schallsysteme wie z. B.
Sonar sowie elektromagnetische Systeme wie z. B. Radar umfassen.
Ausführungsbeispiele
der Breitstrahltechnologie werden mit zweidimensionalen Wandlermatrizes
verwendet. In diesen Ausführungsbeispielen
ersetzen Echovolumenberechnungen Echoflächenberechnungen und die Transformation
von Schritt 450 umfasst die Umwandlung einer dreidimensionalen (Wandler,
Wandler, Zeit) Matrix von Echodaten in eine dreidimensionale (x,
y, z) Echoortsdatenmatrix. In einem Ausführungsbeispiel wird ein einzelner
dreidimensionaler Ultraschallstrahl verwendet, um eine Volumenformung durchzuführen und
somit Echoortsdaten zu erzeugen, die ein Volumen im Raum abdecken.The wide jet technology is on
any system applicable through the use of phase-matched
Is limited to a surface or area with a focused beam
to sense a volume. These systems can sound systems such. B.
Sonar and electromagnetic systems such as B. include radar.
embodiments
the wide beam technology with two-dimensional converter matrices
used. In these embodiments
replace echo volume calculations and echo area calculations
from step 450 involves converting a three-dimensional (transducer,
Converter, time) matrix of echo data into a three-dimensional (x,
y, z) echolocation data matrix. In one embodiment, a single
three-dimensional ultrasound beam used to perform volume shaping and
thus generating echolocation data covering a volume in the room.