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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Ultraschallabbildungsvorrichtung, und insbesondere
auf eine Ultraschallabbildungsvorrichtung zur Aufnahme eines dreidimensionalen
Bildes.
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Eine Ultraschallabbildungsvorrichtung
tastet das Innere eines abzubildenden Subjekts durch einen Ultraschallstrahl
ab, empfängt
ein Echo, erzeugt der Intensität
des Echos entsprechende Bilddaten, und erzeugt das, was allgemein
als B-Modusbild
bezeichnet wird, beruhend auf den Bilddaten. Ist ein dreidimensionales
Bild aufzunehmen, wird die Abtastung durch den Ultraschallstrahl
auf dreidimensionale Art und Weise zur Erfassung dreidimensionaler
Bilddaten ausgeführt.
Die Abtastung durch den Ultraschallstrahl wird manchmal als akustische
Linienabtastung bezeichnet.
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Durch die Anwendung einer geeigneten
Verarbeitung bei den dreidimensionalen Bilddaten nach der Bildaufnahme
wird ein dreidimensionales Bild, betrachtet aus einer willkürlichen
Richtung, erzeugt. Alternativ dazu kann ein Tomographiebild eines
beliebigen Querschnitts erzeugt werden. Eine derartige Verarbeitung
wird manchmal als Nachverarbeitung bezeichnet.
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Ein durch die Nachverarbeitung erzeugtes Bild
entspricht einem Bild, das in einer von der tatsächlichen Abbildungsrichtung
verschiedenen Richtung aufgenommen ist. Durch zusätzliche
Verwendung eines derartigen Bildes kann die Diagnose effizienter
durchgeführt
werden.
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Wird durch die Nachverarbeitung ein
Bild erzeugt, das einem in einer von der tatsächlichen Abbildungsrichtung
verschiedenen Richtung aufgenommenen Bild entspricht, muss eine
diagnostizierende Person die räumliche
Beziehung bzw.
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Ortsbeziehung zwischen der Abbildungsrichtung
und dem Subjekt wahrnehmen. Da aber alle Bilder bei der Betrachtung
durch die diagnostizierende Person mit der gleichen Orientierung
angezeigt werden, ist es schwierig, die Ortsbeziehung anhand des angezeigten
Bildes zu erkennen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Ultraschallabbildungsvorrichtung auszubilden, die
ein einfaches Wahrnehmen der Abbildungsrichtung eines durch eine
Nachverarbeitung erzeugten Bildes ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems stellt
die Erfindung eine Ultraschallabbildungsvorrichtung bereit, gekennzeichnet
durch eine Datenerfassungseinrichtung zur Erfassung dreidimensionaler
Bilddaten eines beruhend auf Ultraschall unter Verwendung einer Ultraschallsende-/empfangseinrichtung
abzubildenden Subjekts, eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung
einer Simulationsabbildungsrichtung beruhend auf Ortsinformationen
bezüglich
eines Handinstruments, das manuell gehandhabt wird, und eine Bilderzeugungseinrichtung
zur Erzeugung eines Bildes, das einem in der Simulationsabbildungsrichtung aufgenommenen
Bild entspricht, beruhend auf den dreidimensionalen Bilddaten.
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Erfindungsgemäß wird eine Simulationsabbildungsrichtung
durch die Bestimmungseinrichtung beruhend auf Positionsinformationen
bezüglich
eines Handinstruments bestimmt, das manuell bedient wird, und es
wird ein Bild, das einem in der Simulationsabbildungsrichtung aufgenommenen
Bild entspricht, durch die Bilderzeugungseinrichtung beruhend auf
den dreidimensionalen Bilddaten erzeugt, so dass ein Benutzer die
Abbildungsrichtung anhand des räumlichen
Orts und der Orientierung des Handinstruments leicht wahrnehmen
kann, das der Benutzer selbst bedient.
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Vorzugsweise weist die Bestimmungseinrichtung
eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines dreidimensionalen
Orts und der Stellung des Handinstruments auf, so dass die Bestimmung
der Simulationsabbildungsrichtung beruhend auf den Ortsinformationen
korrekt bewirkt wird.
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Es wird eine Erfassungseinrichtung
zur Durchführung
der Erfassung vorgezogen, die Magnetismus verwendet, da dreidimensionale
Koordinaten beruhend auf der magnetischen Feldstärke erhalten werden.
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Ein Handinstrument mit einem Magnetsensor
wird dahingehend vorgezogen, dass die Magnetfeldstärke erfasst
wird.
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Eine Erfassungseinrichtung zur Ausführung der
Erfassung, die Licht verwendet, wird dahingehend vorgezogen, dass
dreidimensionale Koordinaten optisch erhalten werden können.
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Ein Handinstrument mit einem Lichtemitter wird
dahingehend vorgezogen, dass die optische Erfassung erleichtert
wird.
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Eine Erfassungseinrichtung, die zur
Ausführung
der Erfassung eine Beschleunigung verwendet, ist dahingehend von
Vorteil, dass dreidimensionale Koordinaten beruhend auf einem Bewegungsgesetz erhalten
werden.
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Ein Handinstrument mit einem Beschleunigungssensor
ist dahingehend von Vorteil, dass die Beschleunigung des Handinstruments
erfasst wird.
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Eine Erfassungseinrichtung, die die
Erfassung beruhend auf Verbindungswinkeln in einem mit dem Handinstrument
verbundenen Gelenkarm durchführt,
ist dahingehend von Vorteil, dass dreidimensionale Koordinaten durch
eine mechanische Einrichtung erhalten werden.
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Eine Erfassungseinrichtung, bei der
eine Bezugsposition zur Erfassung des dreidimensionalen Orts und
der Stellung des Handinstruments von einem Benutzer des Handinstruments
eingestellt werden kann, ist dahingehend von Vorteil, dass die Bestimmung
der Simulationsabbildungsrichtung erleichtert wird.
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Ein Handinstrumentdouble, wie die
Ultraschallsende-/empfangseinrichtung,
ist dahingehend von Vorteil, dass ein Gefühl der Inkompatibilität verhindert
wird.
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Ein Handinstrument, das ein dedizierter Richtungsindikator
ist, ist dahingehend von Vorteil, dass eine Unterscheidung von einer
tatsächlichen Abbildung
erleichtert wird.
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Eine Datenerfassungseinrichtung mit
einer Abtasteinrichtung zur elektronischen Ausführung einer dreidimensionalen
akustischen Linienabtastung ist dahingehend von Vorteil, dass die
dreidimensionalen Bilddaten mit hoher Geschwindigkeit erfasst werden.
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Eine Datenerfassungseinrichtung mit
einer Abtasteinrichtung zur Ausführung
der dreidimensionalen akustischen Linienabtastung durch eine Kombination
einer elektronischen Abtastung und einer mechanischen Abtastung
ist dahingehend von Vorteil, dass die dreidimensionalen Bilddaten
mit guter Ortsauflösung
erfasst werden.
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Ein Bild, das ein dreidimensionales
Bild darstellt, ist dahingehend von Vorteil, dass eine dreidimensionale
Struktur dargestellt wird.
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Ein Bild, das ein Tomographiebild
ist, ist dahingehend von Vorteil, dass eine zweidimensionale Struktur
dargestellt wird.
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Die Erfindung stellt daher eine Ultraschallabbildungsvorrichtung
bereit, die ein leichtes Wahrnehmen der Abbildungsrichtung eines
durch eine Nachverarbeitung erzeugten Bildes erlaubt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
schematisch einen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ultraschallmesswandlerarrays.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer akustischen Linienabtastung.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild eines Bildverarbeitungsabschnitts.
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6 zeigt
ein Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ultraschallmesswandlerarrays.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung einer akustischen Linienabtastung.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung einer akustischen Linienabtastung.
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10 zeigt
eine schematische Darstellung einer akustischen Linienabtastung.
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11 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Arbeitweise der Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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12 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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13 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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14 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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15 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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16 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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17 zeigt
eine dreidimensionale Region.
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18 zeigt
schematisch einen Aufbau der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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19 zeigt
schematisch einen Aufbau der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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20 zeigt
schematisch einen Aufbau der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. 1 zeigt eine schematische
Darstellung einer Ultraschallabbildungsvorrichtung. Die Vorrichtung
stellt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Der Aufbau der Vorrichtung stellt ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dar.
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung
einen Abbildungsabschnitthauptkörper 31 und
einen Ultraschallmessfühler 33.
Der Ultraschallmessfühler 33 ist
mit dem Abbildungsabschnitthauptkörper 31 über ein
Kabel 35 verbunden. Der Ultraschallmessfühler 33 wird
von einem Benutzer verwendet, der ihn gegen die Oberfläche eines
Subjekts 7 hält.
Das Subjekt 7 ist auf einer Trägerplatte 5 platziert.
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Der Ultraschallmessfühler 33 wird
durch ein vom Abbildungsabschnitthauptkörper 31 über das Kabel 35 zugeführtes Ansteuersignal
zur Abtastung des Inneren des Subjekts 7 durch einen Ultraschallstrahl
angesteuert, und er empfängt
ein Echo des Ultraschalls und gibt ein Signal des empfangenen Echos
in den Abbildungsabschnitthauptkörper 31 über das
Kabel 35 ein. Der Abbildungsabschnitthauptkörper 31 erzeugt
ein Bild beruhend auf dem empfangenen Echosignal und zeigt das Bild
auf einer Anzeigeeinrichtung an.
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Der Ultraschallmessfühler 33 umfasst
einen Positionssensor 37. Der Positionssensor 37 erfasst den
dreidimensionalen Ort und die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33.
Der dreidimensionale Ort und die Stellung werden beispielsweise
beruhend auf einem durch einen Magnetfeldgenerator 39 erzeugten
Magnetfeld erfasst. Der Positionssensor 37 ist unter Verwendung
eines Magnetsensors ausgebildet. Der Magnetfeldgenerator 39 befindet
sich an einer geeigneten Position, beispielsweise auf der Trägerplatte 5.
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Da das durch den Magnetfeldgenerator 39 erzeugte
Magnetfeld sich in Stärke
und Richtung für jeden
Punkt im dreidimensionalen Raum verändert, können der dreidimensionale Ort
und die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33 durch die
Erfassung des sich verändernden
Magnetfeldes durch den Positionssensor 37 erfasst werden.
Der Positionssensor 37 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfassungseinrichtung
der Erfindung. Das erfasste Signal wird über das Kabel 35 in
den Abbildungsabschnitthauptkörper 31 eingegeben.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild dieser Vorrichtung. Der Ultraschallmessfühler 33 ist
mit einem Sende-/Empfangsabschnitt 36 verbunden.
Der Sende-/Empfangsabschnitt 36 führt dem Ultraschallmessfühler 33 ein
Ansteuersignal zum Senden von Ultraschall zu. Der Sende-/Empfangsabschnitt 36 empfängt auch
ein durch den Ultraschallmessfühler 33 empfangenes
Echosignal.
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Der Ultraschallmessfühler 33 hat
ein Ultraschallmesswandlerarray 300, von dem ein Beispiel
in 3 gezeigt ist. Das
Ultraschallmesswandlerarray 300 ist ein zweidimensionales
Array und umfasst 1024 Ultraschallvibratoren 302, die beispielsweise eine
quadratische 32 × 32-Matrix
bilden. Allerdings ist das zweidimensionale Array nicht auf die
quadratische Matrix beschränkt,
und es kann beispielsweise eine anisotrope Matrix von 32 × 16 sein.
Die Ultraschallvibratoren 302 bestehen aus piezoelektrischem Material,
wie PZT (Bleizirkonattitanat-[Pb-Zr-Ti])Keramik. Der Ultraschallmessfühler 33 stellt
ein Ausführungsbeispiel
der Ultraschallsende-/empfangseinrichtung der Erfindung dar.
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Der Sende-/Empfangsabschnitt 36 führt eine Abtastung
durch, von der ein Beispiel in 4 gezeigt
ist. Insbesondere führt
er eine dreidimensionale Abtastung durch Abtasten eines Abbildungsbereichs mit
einer konischen Form, deren Scheitelpunkt im Zentrum des Messwandlerarrays 300 liegt,
mit einem Ultraschallstrahl 303 (akustischen Linie) in
einer Richtung eines Winkels θ aus.
Die Richtung der Länge
des Ultraschallstrahls 303 ist als z-Richtung definiert.
Die θ-Richtung und φ-Richtung
stehen senkrecht aufeinander.
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Diese dreidimensionale Abtastung
wird manchmal als Pyramidenabtastung bezeichnet. Die Pyramidenabtastung
wird durch den Betrieb einer elektronischen Schaltung ausgeführt, die
den Sende-/Empfangsabschnitt 36 bildet. Eine derartige Abtastung
wird manchmal als elektronische Abtastung bezeichnet. Die elektronische
Abtastung kann die akustische Linienabtastung mit einer hohen Geschwindigkeit
bewirken. Ein aus dem Ultraschallmessfühler 33 und dem Sende-/Empfangsabschnitt 36
bestehender Abschnitt stellt ein Ausführungsbeispiel der Abtasteinrichtung
der Erfindung dar.
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Der Sende-/Empfangsabschnitt 36 ist
mit einem B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 verbunden. Das
empfangene Echosignal für
jede akustische Linie, das aus dem Sende-/Empfangsabschnitt 36 ausgegeben
wird, wird in den B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 eingegeben.
Der B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 erzeugt
B-Modusbilddaten. Insbesondere verstärkt der B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 logarithmisch
das empfangene Echosignal, erfasst seine Hüllkurve zur Erfassung eines
Signals, das die Intensität
des Echos an jedem Reflexionspunkt auf einer akustischen Linie angibt,
und erzeugt die B-Modusbilddaten unter Verwendung der Amplitude
des Signals an jedem Moment als Helligkeit. Ein aus dem Ultraschallmessfühler 33,
dem Sende-/Empfangsabschnitt 36 und dem B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 bestehender
Abschnitt stellt ein Ausführungsbeispiel
der Datenerfassungseinrichtung der Erfindung dar.
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Der B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 ist mit
einem Bildverarbeitungsabschnitt 44 verbunden. Der Bildverarbeitungsabschnitt 44 erzeugt
ein B-Modusbild beruhend auf vom B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 zugeführten Daten.
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Der Bildverarbeitungsabschnitt 44 umfasst eine
Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 140, wie es in 5 gezeigt ist. Die CPU 140 ist
mit einem Hauptspeicher 144, einem externen Speicher 146, einer
Steuerabschnittschnittstelle 148, einem Eingangsdatenspeicher 142,
einem digitalen Abtastwandler (DSC) 154, einem Bildspeicher 156 und
einem Anzeigespeicher 158 über einen Bus 142 verbunden.
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Der externe Speicher 146 speichert
durch die CPU 140 ausgeführte Programme. Er speichert auch
mehrere Arten von Daten zur Verwendung durch die CPU 140 bei
der Ausführung
der Programme.
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Die CPU 140 führt eine
vorbestimmte Bildverarbeitung durch Laden eines Programms aus dem externen
Speicher 146 in den Hauptspeicher 144 zur Ausführung aus.
Die CPU 140 kommuniziert Steuersignale mit einem Steuerabschnitt 48,
der nachstehend beschrieben wird, über die Steuerabschnittstelle 148 im
Verlauf der Programmausführung.
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Die vom B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 für jede akustische
Linie zugeführten
B-Modusbilddaten werden im Eingangsdatenspeicher 152 gespeichert.
Die Daten im Eingangsdatenspeicher 152 werden im DSC 154 abtast-gewandelt
und im Bildspeicher 156 gespeichert. Die Daten im Bildspeicher 156 werden über den
Anzeigespeicher 158 zu einem Anzeigeabschnitt 46 ausgegeben.
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Der Bildverarbeitungsabschnitt 44 ist
mit dem Anzeigeabschnitt 46 verbunden. Dem Anzeigeabschnitt 46 wird
ein Bildsignal vom Bildverarbeitungsabschnitt 44 zugeführt, und
er zeigt ein Bild beruhend auf dem Bildsignal an. Der Anzeigeabschnitt 46 umfasst
eine Graphikanzeige oder dergleichen, die eine CRT (Kathodenstrahlröhre) zur
Anzeige eines Farbbildes verwendet. Ein aus dem Bildverarbeitungsabschnitt 44 und
dem Anzeigeabschnitt 46 bestehender Abschnitt stellt ein
Ausführungsbeispiel der
Bilderzeugungseinrichtung der Erfindung dar.
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Der Sende-/Empfangsabschnitt 36,
der B-Modusverarbeitungsabschnitt 40,
der Bildverarbeitungsabschnitt 44 und der Anzeigeabschnitt 46 sind mit
dem Steuerabschnitt 48 verbunden. Der Steuerabschnitt 48 umfasst
beispielsweise einen Computer.
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Der Steuerabschnitt 48 führt diesen
Abschnitten zur Steuerung ihres Betriebs Steuersignale zu. Dem Steuerabschnitt 48 werden
verschiedene Arten von Mitteilungssignalen von den gesteuerten Abschnitten
zugeführt.
Der B-Modusbetrieb wird unter der Steuerung des Steuerabschnitts 48 ausgeführt.
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Dem Steuerabschnitt 48 wird
auch das erfasste Signal des Positionssensors 37 zugeführt. Der Steuerabschnitt 48 erkennt
den dreidimensionalen Ort und die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33 beruhend
auf dem erfassten Signal.
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Der Steuerabschnitt 48 ist
mit einem Bedienabschnitt 50 verbunden. Der Bedienabschnitt 50 wird vom
Benutzer bedient, und er gibt geeignete Anweisungen und Informationen
in den Steuerabschnitt 48 ein. Der Bedienabschnitt 50 umfasst
beispielsweise eine Tastatur, eine Zeigeeinrichtung und andere Bedieneinrichtungen.
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6 zeigt
ein weiteres Blockschaltbild dieser Vorrichtung. Abschnitte in 6, die jenen in 2 ähnlich sind, sind mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
In dieser Vorrichtung hat ein Ultraschallmessfühler 33' ein Ultraschallmesswandlerarray 300', von dem ein
Beispiel in 7 gezeigt
ist. Das Ultraschallmesswandlerarray 300' ist ein eindimensionales Array
und umfasst beispielsweise 128 Ultraschallvibratoren 302.
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Der Ultraschallmessfühler 33' ist mit einem Sende-/Empfangsabschnitt 36' verbunden.
Der Sende-/Empfangsabschnitt 36' führt dem Ultraschallmessfühler 33' zum Senden
eines Ultraschalls ein Ansteuersignal zu. Der Sende-/Empfangsabschnitt 36' empfängt auch
ein vom Ultraschallmessfühler 33' empfangenes
Echosignal.
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Der Sende-/Empfangsabschnitt 36' führt eine
Abtastung aus, von der ein Beispiel in 8 gezeigt ist. Insbesondere wird eine
fächerförmige zweidimensionale
Region 206 in der θ-Richtung
durch eine akustische Linie 202 abgetastet, die sich von
einem Emissionspunkt 200 in der z-Richtung erstreckt, was
allgemein als Ausführung
einer Sektorabtastung bezeichnet wird. Die Sektorabtastung stellt
die elektronische Abtastung dar.
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Werden Sende- und Empfangsaperturen
unter Verwendung eines Teils des Ultraschallmesswandlerarrays gebildet,
kann eine beispielhaft in 9 gezeigte
Abtastung durch sequenzielle Verschiebung der Aperturen entlang
des Arrays ausgeführt
werden. Insbesondere wird eine rechteckige zweidimensionale Region 206 in
der x-Richtung durch Bewegen einer akustischen Linie 202,
die von einem Emissionspunkt 200 in die z-Richtung läuft, entlang
einer linearen Trajectorie 204 abgetastet, was allgemein
als die Ausführung
einer linearen Abtastung bezeichnet wird. Die lineare Abtastung
ist auch eine elektronische Abtastung.
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Ist das Ultraschallmesswandlerarray
ein Array, das im Allgemeinen als konvexes Array bezeichnet wird,
das entlang eines Bogens gebildet ist, der sich in die Richtung
der Ultraschalltransmission streckt, kann eine teilweise, fächerförmige zweidimensionale
Region 206 in der θ-Richtung
durch eine akustische Linienabtastung ähnlich der linearen Abtastung
mit einem Emissionspunkt 200 einer akustischen Linie 202 abgetastet
werden, die entlang einer bogenförmigen
Trajektorie 204 bewegt wird, wovon ein Beispiel in 10 gezeigt ist, und was
allgemein als die Ausführung
einer konvexen Abtastung bezeichnet wird. Die konvexe Abtastung
ist auch eine elektronische Abtastung.
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Durch die Ausführung einer derartigen elektronischen
Abtastung in der zweidimensionalen Region 206 durch aufeinander
folgende Änderung
der Position oder Neigung des Ultraschallmessfühlers
33' kann eine dreidimensionale
Region abgetastet werden. Die elektronische Abtastung wird manchmal
als Hauptabtastung bezeichnet und die Änderung der Position oder der
Neigung des Ultraschallmessfühlers 33' wird manchmal
als Unterabtastung bezeichnet. Die Unterabtastung wird durch eine
Unterabtasteinrichtung 42 ausgeführt, die mit dem Ultraschallmessfühler 33' verbunden ist.
Die Unterabtastung kann durch eine manuelle Abtastung durch den
Benutzer ausgeführt
werden.
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Durch die Ausführung der akustischen Linienabtastung
durch eine Kombination der Hauptabtastung durch die elektronische
Abtastung und der Unterabtastung durch die Unterabtasteinrichtung 42 oder
die manuelle Betätigung
kann die Ortsauflösung der
akustischen Linienabtastung verbessert werden.
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Ein Abschnitt aus dem Ultraschallmessfühler 33', dem Sende-/Empfangsabschnitt 36' und der Unterabtasteinrichtung 42 stellt
ein Ausführungsbeispiel der
Abtasteinrichtung der Erfindung dar. Ein Abschnitt aus dem Ultraschallmessfühler 33', der Unterabtasteinrichtung 42,
dem Sende-/Empfangsabschnitt 36' und dem B-Modusverarbeitungsabschnitt 40 stellt
ein Ausführungsbeispiel
der Datenerfassungseinrichtung der Erfindung dar.
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Nun wird eine Arbeitsweise dieser
Vorrichtung beschrieben. 11 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Arbeitsweise dieser Vorrichtung. Wie gezeigt
wird in Schritt 902 eine dreidimensionale Abtastung ausgeführt. Die
dreidimensionale Abtastung wird durch eine elektronische Abtastung
oder eine Kombination der elektronischen Hauptabtastung und der
mechanischen Unterabtastung ausgeführt. Die Unterabtastung kann
eine manuelle Abtastung sein.
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Die dreidimensionale Abtastung liefert
dreidimensionale Bilddaten. Die dreidimensionalen Bilddaten werden
im Bildspeicher 156 gespeichert. Die dreidimensionalen
Bilddaten sind Bilddaten, die die innere Struktur einer dreidimensionalen
Region 310 wie in 12 gezeigt
darstellen.
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Drei zueinander orthogonale Richtungen
in der dreidimensionalen Region 310 sind als x, y und z dargestellt.
Die x-Richtung und die y-Richtung entsprechen jeweils einer Richtung
in der Ausrichtung der Ultraschallvibratoren 302 beispielsweise
im Ultraschallmessfühler 33 (oder
33'). Die z-Richtung ist eine
Tiefenrichtung in den Körper.
Sie ist auch die tatsächliche
Abbildungsrichtung.
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Nachstehend wird ein Fall beschrieben,
bei dem der Ultraschallmessfühler 33' angewendet
wird. Das gleiche gilt für
einen Fall, in dem der Ultraschallmessfühler 33 angewendet
wird. Im Ultraschallmessfühler 33' ist das Ultraschallmesswandlerarray
eindimensional. Die Richtung der Ausrichtung der Ultraschallvibratoren
auf Seiten des Ultraschallmesswandlerarrays ist als x-Richtung definiert,
und eine dazu senkrechte Richtung ist als y-Richtung definiert. Eine
Abtastung in der x-Richtung wird durch die Hauptabtastung ausgeführt. Eine
Abtastung in der y-Richtung wird durch die Unterabtastung ausgeführt.
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Ist die Hauptabtastung eine lineare
Abtastung, wird die gesamte dreidimensionale Region 310 abgetastet.
Ist die Hauptabtastung eine Sektorabtastung, ist eine dreieckige
prismaförmige
Region wie in 13 gezeigt
die tatsächliche
Abtastregion. Ist die Hauptabtastung eine konvexe Abtastung, hat
die tatsächliche
Abtastregion eine trapezoide Prismaform wie in 14 gezeigt. Wird außerdem eine Pyramidenabtastung
durch den Ultraschallmessfühler 33 ausgeführt, ist
die tatsächliche
Abtastregion eine Pyramide wie in 15 gezeigt.
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Als nächstes wird in Schritt 904 eine
Bilderzeugung ausgeführt.
Das Bild wird beruhend auf den dreidimensionalen Bilddaten erzeugt.
So wird ein dreidimensionales Bild erzeugt. Das dreidimensionale
Bild wird als Bild der dreidimensionalen Region 310 beispielsweise
aus der y-Richtung betrachtet erzeugt. Dieses dreidimensionale Bild
wird in Schritt 906 als sichtbares Bild angezeigt.
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Als nächstes wird in Schritt 908 eine
Bezugspositioneinstellung ausgeführt.
Die Bezugspositioneinstellung ist ein Vorgang der Definition eines
räumlichen
Bezugs bzw. Ortsbezugs für
eine Richtungsbestimmung, die als nächstes ausführt wird. Die Bezugspositioneinstellung
wird auf einen Befehl vom Benutzer hin aktiviert.
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Der Benutzer stellt eine Bezugsposition
beispielsweise wie folgt ein: der Benutzer bewegt den Ultraschallmessfühler 33' weg vom Subjekt 7,
indem er ihn in einer Hand hält,
und dreht sich, um der erfindungsgemäßen Vorrichtung direkt gegenüber zu stehen.
Dann hält
der Benutzer den Ultraschallmessfühler 33' vertikal, so dass die Ultraschall
emittierende Seite nach unten schaut, und gibt den Befehl für die Bezugspositioneinstellung
in den Steuerabschnitt 48 in diesem Zustand ein. Der Befehl
wird beispielsweise durch Drücken
einer vorbestimmten Taste auf dem Bedienabschnitt 50 eingegeben.
Im Ansprechen auf den Befehl speichert der Steuerabschnitt 48 den
dreidimensionalen Ort des Ultraschallmessfühlers 33' zu diesem Zeitpunkt
als Bezugsposition.
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Die eingestellte Bezugsposition ist
als Bezugsposition einer neuen dreidimensionalen Region 310' wie in 16 gezeigt definiert. Die
dreidimensionale Region 310' entspricht
der in 12 gezeigten dreidimensionalen
Region 310. Drei zueinander orthogonale Richtungen in der
dreidimensionalen Region 310' sind
als x', y' und z' dargestellt. Sie entsprechen
jeweils den drei zueinander orthogonalen Richtungen x, y und z in
der dreidimensionalen Region 310. Beträgt die Größe der dreidimensionalen Region 310 beispielsweise
10 cm × 10 cm × 10 cm,
beträgt
die Größe der dreidimensionalen
Region 310' entsprechend
10 cm × 10 cm × 10 cm.
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Als nächstes wird in Schritt 910 eine
Richtungsbestimmung ausgeführt.
Die Richtung bedeutet die Abbildungsrichtung eines durch die Nachverarbeitung
erzeugten Bildes. Allerdings wird die Abbildung nicht tatsächlich in
dieser Richtung ausgeführt, und
die Abbildungsrichtung ist eine Simulationsrichtung. Diese Richtung
wird nachstehend manchmal einfach als Abbildungsrichtung bezeichnet.
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Die Richtungsbestimmung wird vom
Benutzer unter Verwendung des Ultraschallmessfühlers 33' bewirkt. Der
Benutzer bedient den Ultraschallmessfühler 33', als ob er eine Ultraschallabbildung ausführen würde. Allerdings
wird Ultraschall weder gesendet noch empfangen. Außerdem ist
der Vorgang nicht auf das Subjekt 7 sondern auf die dreidimensionale
Region 310' gerichtet.
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Ein Beispiel einer Richtungsbestimmung
ist in 17 gezeigt. Wie
gezeigt bringt der Benutzer den Ultraschallmessfühler 33' in eine horizontale Stellung und
führt ihn
vertikal an eine gewünschte Position
in einer y'-z'-Ebene der dreidimensionalen Region 310'. Zu diesem
Zeitpunkt stellt sich der Benutzer die dreidimensionale Region 310' in der Luft beruhend
auf der Bezugsposition vor. Dann wendet der Benutzer den Ultraschallmessfühler 33' an der gewünschten
Position in der y'-z'-Ebene dieser imaginären dreidimensionalen
Region 310' vertikal
an.
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Da die Bezugsposition vom Benutzer
selbst festgelegt wird, ist die Vorstellung der dreidimensionalen
Region 310' in
der Luft einfach, und es ist einfach, den Ultraschallmessfühler 33' vertikal an
die gewünschte
Position in der y'-z'-Ebene der dreidimensionalen
Region 310' zu
bringen. Die x'-Richtung ist
somit als Abbildungsrichtung an der gewünschten Position in der dreidimensionalen
Region 310' in
der z'-Richtung
bestimmt. Der Ultraschallmessfühler 33' stellt ein
Ausführungsbeispiel
der Bestimmungseinrichtung der Erfindung dar.
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Als nächstes wird in Schritt 912 eine
Bilderzeugung ausgeführt.
Das Bild wird durch den Bildverarbeitungsabschnitt 44 unter
der Steuerung des Steuerabschnitts 48 erzeugt. Insbesondere
erkennt der Steuerabschnitt 48 die bestimmte Abbildungsrichtung
beruhend auf dem dreidimensionalen Ort und der Stellung des Ultraschallmessfühlers 33' und weist den
Bildverarbeitungsabschnitt 44 zur Erzeugung eines Bildes
an, das einem in der bestimmten Richtung aufgenommenen Bild entspricht.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 44 erzeugt das angewiesene Bild
aus den dreidimensionalen Bilddaten.
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Das erzeugte Bild ist beispielsweise
ein Tomographiebild eines Querschnitts 312, was durch Punkt-Punkt-Strich-Linien
angegeben ist. Der Querschnitt 312 stellt eine Hauptabtastebene
des Ultraschallmessfühlers 33' dar. Wird der
Ultraschallmessfühler 33 angewendet,
stellt der Querschnitt 312 eine θ-Abtastebene bei φ = 0 dar.
Das zu erzeugende Bild ist nicht auf das Tomographiebild beschränkt, sondern
kann ein dreidimensionales Bild sein. Ob das Tomographiebild oder
das dreidimensionale Bild zu erzeugen ist, kann vom Benutzer über den
Bedienabschnitt 50 ausgewählt werden. Das Bild wird in
Schritt 914 angezeigt. Das angezeigte Bild wird beispielsweise
als ein in der z'-Richtung
betrachtetes Bild angezeigt.
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Der Benutzer betrachtet dieses angezeigte Bild.
Das Bild stellt ein Bild dar, das vom Benutzer simuliert aufgenommen
wird, der tatsächlich
den Ultraschallmessfühler 33' bedient. Daher
kann der Benutzer die Abbildungsrichtung klar wahrnehmen.
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Somit kann der Benutzer eine klare
Ortswahrnehmung im angezeigten Bild haben. Durch Betrachtung des
Bildes mit dieser Ortswahrnehmung wird eine korrekte Diagnose erleichtert.
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Ist die Abbildungsrichtung zu ändern, geht die
Verarbeitung im Ansprechen auf eine Entscheidung in Schritt 916 zu
Schritt 910 zurück.
Dann wird eine ähnliche
Simulationsabbildung in einer neuen Richtung durch die Vorgänge in Schritt 910 und
danach wie vorstehend beschrieben ausgeführt, und ein Bild wird durch
die Simulationsabbildung angezeigt.
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Die Abbildungsrichtung kann vom Benutzer entsprechend
der Anwendung des Ultraschallmessfühlers 33' hinsichtlich
der dreidimensionalen Region 310' frei bestimmt werden. Daher kann
ein Bild angezeigt werden, das in der x'-, y'-
oder z'-Richtung aufgenommen
ist.
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Die Richtung ist nicht auf die drei
Richtungen beschränkt,
und es ist möglich,
ein in einer willkürlich ausgewählten schrägen Richtung
aufgenommenes Bild anzuzeigen. Da durch diese Gebärde die
Abbildungsrichtung eines Bildes bestimmt wird, kann der Benutzer
ein beliebiges Bild mit klarer Ortswahrnehmung bzw. räumlicher
Wahrnehmung betrachten.
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Danach wird eine ähnliche Simulationsabbildung
durch den Ultraschallmessfühler 33' bei der dreidimensionalen
Region 310' in
verschiedenen Richtungen ausgeführt,
und ein jedes Mal angezeigtes Bild wird zur Ausführung der Diagnose betrachtet.
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Durch diese Bestimmung einer Bildrichtung durch
den Ultraschallmessfühler
wird die Richtungsbestimmung durch eine Geste erreicht, die eine
Ultraschallabbildung simuliert. Dies ermöglicht die Bestimmung einer
Richtung durch den Benutzer ohne das Gefühl einer Inkompatibilität.
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Die Bestimmung der Abbildungsrichtung kann
unter Verwendung eines geeigneten dedizierten Richtungsindikators
anstelle des Ultraschallmessfühlers
durchgeführt
werden. Der dedizierte Richtungsindikator hat eine Form, die beispielsweise den
Ultraschallmessfühler 33' simuliert.
Durch die Verwendung dieses Richtungsindikators wird eine Unterscheidung
von einer tatsächlichen
Abbildung erleichtert. In diesem Fall ist der Positionssensor 37 am
Richtungsindikator vorgesehen.
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Die Erfassung des dreidimensionalen
Ortes und der Stellung des Ultraschallmessfühlers oder des Richtungsindikators
können
unter Verwendung von Licht anstelle von Magnetismus ausführt werden. 18 zeigt eine schematische
Darstellung in diesem Fall.
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Wie es in 18 gezeigt ist, ist der Ultraschallmessfühler 33 (oder 33' oder der Richtungsindikator,
dies gilt auch nachstehend) mit einem Lichtemitter 47 versehen,
und das emittierte Licht wird durch einen Lichtpunkterfassungsabschnitt 49 erfasst,
der beispielsweise an der Wand vorgesehen ist. Der Lichtpunkterfassungsabschnitt 49 weist
eine Vielzahl von Lichterfassungsabschnitten auf, die zur Erfassung
der Richtung des Lichteinfalls eingerichtet sind, und bestimmt den
dreidimensionalen Ort des Lichtpunkts beruhend auf erfassten Signalen
von den Lichtempfangsabschnitten anhand des Prinzips der Triangulation.
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Der dreidimensionale Ort des Lichtpunkts stellt
den dreidimensionalen Ort des Ultraschallmessfühlers 33 dar. Durch
die Bereitstellung einer Vielzahl von Lichtemittern 47 mit
einer vorbestimmten geometrischen Beziehung kann die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33 aus
der dreidimensionalen Positionsbeziehung der Lichtpunkte bestimmt
werden. So bestimmte Werte werden in den Abbildungsabschnitthauptkörper 31 eingegeben.
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Die Erfassung des dreidimensionalen
Orts und der Stellung des Ultraschallmessfühlers oder des Richtungsindikators
können
unter Verwendung einer Beschleunigung ausgeführt werden. 19 zeigt eine schematische Darstellung
für diesen
Fall.
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Wie es gezeigt ist, ist der Ultraschallmessfühler 33 mit
einem Beschleunigungssensor 57 versehen. Der Beschleunigungssensor 57 erfasst
die Beschleunigung in drei Richtungen. Das erfasste Signal wird
in den Abbildungsabschnitthauptkörper 31 über das
Kabel 35 eingegeben. Im Abbildungsabschnitthauptkörper 31 werden
der dreidimensionale Ort und die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33 durch
eine vorbestimmte Berechnungsschaltung, wie den Steuerabschnitt 48,
beruhend auf dem erfassten Signal der Beschleunigung berechnet.
Der auf der Beschleunigung beruhende Ort wird durch eine Integralberechnung
berechnet.
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Die Erfassung des dreidimensionalen
Orts und der Stellung des Ultraschallmessfühlers oder des Richtungsindikators
können
durch eine Einrichtung zur Unterstützung des Ultraschallmessfühlers 33 ausgeführt werden. 20 zeigt eine schematische
Darstellung für
diesen Fall.
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Wie es in 20 gezeigt ist, wird der Ultraschallmessfühler 33 von
einem Gelenkarm 67 getragen. Jede Verbindung im Gelenkarm 67 hat
einen Winkelsensor. Durch die Winkelsensoren erfasste Signale werden
in den Abbildungsabschnitthauptkörper 31 eingegeben.
Im Abbildungsabschnitthauptkörper 31 werden
der dreidimensionale Ort und die Stellung des Ultraschallmessfühlers 33 durch
eine vorbestimmte Berechnungsschaltung beruhend auf den erfassten
Winkelsignalen berechnet.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme
auf bevorzugte Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, können
diese Ausführungsbeispiele
vom Fachmann verändert
oder Ersetzungen unterzogen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Daher umfasst der Schutzbereich der Erfindung nicht nur die beschriebenen
Ausführungsbeispiele,
sondern alles, was in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fällt.
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Um eine einfachere Wahrnehmung der
Abbildungsrichtung eines durch eine Nachverarbeitung erzeugten Bildes
zu ermöglichen,
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
eine Datenerfassungseinrichtung (33 bis 40) zur
Erfassung dreidimensionaler Bilddaten eines beruhend auf Ultraschall
unter Verwendung einer Ultraschallsende-/empfangseinrichtung abzubildenden
Subjekts, eine Bestimmungseinrichtung (33, 37)
zur Bestimmung einer Simulationsabbildungsrichtung beruhend auf
Ortsinformationen bezüglich
eines Handinstruments, das manuell bedient wird, und eine Bilderzeugungseinrichtung
(44, 46) zur Erzeugung eines Bildes, das einem
in der Simulationsabbildungsrichtung aufgenommenen Bild entspricht,
beruhend auf den dreidimensionalen Bilddaten.