DE1928367B2 - Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit einem Ultraschall-Sende- Empfangssystem, dessen Sender einen Ultraschallstrahl erzeugt, und mit zwei zueinander senkrecht wirkenden Systemantrieben, von denen d<-r erste zur relativ raschen zeilenweisen Verschiebung des Ultraschallstrahles in einer ersten Ebene an einen Schnellgang und der zweite gegebenenfalls zum Zweck einer demgegenüber langsameren Überführung des I lltraschallstrahles von der ersten Ebene in eine dazu parallele weitere Ebene an einen entsprechend langsameren Gang anschaltbar ist, sowie mit einer mit dem Ultraschallempfänger elektrisch verbundenen Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der zeitlich nacheinander aus den verschiedenen Tiefen einer Ebenenzeile empfangenen Ultraschallechoimpulse ebenfalls in Form einer Zeile auf der Anzeigevorrichtung und mit einem mit dem ersten Systemantrieb synchronisierbaren Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile auf der Anzeigevorrichtung mit einer Geschwindigkeit, welche proportional ist zur Verschiebungsgeschwindigkeit, weiche proportional ist zur Verschiebungsgeschwindigkeit des Ultraschallstrahles in der ersten oder einer dazu parallelen weiteren Ebene.

Durch die DT-AS 12 89 617 ist ein Gerät dieser Art vorbekannt, bei dem das Ultraschall-Sende-Empfangssystem zum Senden und Empfangen der Ultraschallimpulse in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolreflektor um die Brennlinie als Achse drehbar angeordnet ist.

Man erhält ein Schnittbild eines Untersuchungsobjektes, z. B. eines Organs im Körperinnern, dadurch, daß der einen Ultraschailstrahl in Richtung auf den Reflektor abstrahlende Ultraschall-Sender durch Einschaltung eines Ultraschallsystemdrehantriebs (erster Systemantrieb) in rasche Rotation versetzt wird und der auf Grund der Drehung des Senders und der Reflektionseigenschaften des Reflektors parallel zu sich fortschreitende reflektierte Strahl dazu verwendet wird, eine Schnittebene des Untersuchungsobjektes zeilenweise abzutasten.

Eine Zeile in einer Schnittebene ergibt sich dabei durch die Spur eines jeweils in einem Punkt der Oberfläche des Untersuchungsobjektes eingestrahlten Ultraschall-Sende-lmpulses.

Die auf diese Art erzeugten Schnittbilder geben eine Information über den Verlauf der Grenzflächen des Objektes in einer einzigen Ebene (Schnittebene) wieder.

Zu einer Angabe über die Form und Größe des Objektes genügt es jedoch nicht, wenn man nur eine

Schnittebene kennt, es fehlt die Information über die Ausdehnung des Objektes senkrecht zu dieser Ebene.

Eine derartige Information konnte bei dem Gerät nach der DT-AS 12 89617 bisher einerseits lediglich dadurch gewonnen werden, daß durch kombinierte Einschaltung des raschen Drehantriebs und eines langsamen Translationsantriebs für die langsame Verschiebung des Ultraschall-Sende-EmpfangssysteniS entlang der Brennlinie des Reflektors das rotierende System zusätzlich zur Rotation, d. h. während des Abtastens einer Schnittebene, auch noch mit einer gegenüber der Rotationsgeschwindigkeit sehr viel geringeren Geschwindigkeit langsam senkrecht zu dieser Ebene verschoben wurde, wodurch zeitlich nacheinander zueinander parallele Schnittebenen abgebildet wurden und aus den während der Verschiebung der Ebenen beobachteten Änderungen der Konturen des Untersuchungsobjektes auf die räumliche Ausdehnung des Objektes geschlossen wurde. Andererseits konnte auch der das System beinhaltende Applikator nach erfolgter Abtastung der genannten Ebene bei gleichbleibender Einstrahlrichtung des Ultraschallstrahles auf der Körperauflagefläche um 90° gedreht werden, wodurch Schnittebenen senkrecht zu den zuvor untersuchten Ebenen erzeugt wurden.

Beide Möglichkeiten sind mit Nachteilen behaftet.

Im ersten Fall ergibt sich der wesentliche Nachteil daraus, daß die räumliche Ausdehnung des Objektes senkrecht zu einer Ebene nicht direkt meßbar ist, sondern nur überblicksmäßig abgeschätzt werden kann, da die beobachtete Änderung der Objektkonturen während der Verschiebung der Ebenen immer nur einen vagen Schluß auf die räumlichen Abmessungen erlaubt.

Im zweiten Fall, d. h. bei einer Drehung des Applikators. ist zwar die gewonnene Information direkt meßbar, es erweist sich jedoch als nachteilig, daß das dabei erforderliche Abheben des Applikators von der Körperoberfläche und das Wiederaufsetzen des um 90° gedrehten Applikators auf dieselbe Stelle Zeit erfordert und insbesondere bei der Untersuchung von weichen Geweben nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich ist, weil das Gewebe beim Aufsetzen des Applikators in unkontrollierbarer Weise ausweicht. Bei einer solchen Untersuchung.«methode bekäme man also nicht schnell genug eine Information ·η der dritten Dimension und vor allem keine brauchbare Zuordnung der verschiedenen Schnittebenen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile in ihrer Gesamtheit zu beseitigen, d. h. auf einfache Weise, ohne Änderung der Ankopplung des Applikators, zu der bekannter· ersten Schnittebene beliebige senkrechte Schnittebenen zu erhalten, um schnell und einfach eine genaue, meßbare Information über die räumliche Ausdehnung des Untersuchungsobjektes zu erhalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch dem zweiten Systemantrieb ein Schnellgang zugeordnet ist nebst Schaltmitteln zur wahlweisen Abschaltung des ersten Systemantriebs für die zeilenweise Verschiebung des Ultraschallstrahls in der ersten oder *>° einer dazu parallelen weiteren Ebene in einer erwünschten Stellung und Anschaltung des zweiten Systemantriebs an den ihm zugeordneten Schnellgang zur relativ raschen Verschiebung des Ultraschallstrahles Zeile für Zeile in einer zur ersten Ebene senkrechten zweiten Ebene sowie Schaltmitteln zur Abtrennung des Bildgenerators vom ersten Systemantrieb und Synchronisation des Bildgenerators mit dem zweiten Systemantrieb zum Zwecke einer Verschiebung der Zeile auf der Bildanzeigevorrichtung bei eingeschaltetem Schnellgang des zweiten Systemantriebs mit einer Geschwindigkeit, welche proportional ist zur Verschiebungsgeschwindigkeit des Ultraschallstrahles in der zweiten Ebene.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich dadurch, daß auch dem ersten Systemantrieb ein Langsamgang zugeordnet ist und zum Zwecke der Einschaltung des langsamen Ganges eines Antriebs wahlweise zusätzlich zum Schnellgang des anderen jedem einzelnen Langsam- oder Schnellgang ein separates Einschaltmittel zugeordnet ist. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Ultraschallstrahl ohne Änderung der Ankopplung wahlweise die Ebenen jeweils einer von zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenenscharen aus parallelen Ebenen zeitlich nacheinander zeilenweise überstreichen zu lassen, wodurch nunmehr die Änderung der Konturen des Untersuchungsobjektes wahlweise aus einer Blickrichtung oder einer dazu senkrechten beobachtet werden kann und damit der räumliche Bildeindruck für den Beobachtenden wesentlich verbessert wird.

Von Vorteil ist es außerdem, wenn der jeweilige langsame Gang kurzzeitig ein- und ausschaltbar ist, da dadurch die jeweilige vom Ultraschallstrahl schnellgangmäßig überstrichene Ebene schrittweise parallel verschoben werden kann und es damit möglich ist, auf einfache Art und ohne Änderung der Ankopplung eine beliebige Ebene aus den beiden Ebenscharen aufzusuchen, abzutasten und auszumessen.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung kann man ferner zusätzliche Schnittebenen, die sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Ebene senkrecht stehen, erhalten, wenn der langsame Gang eines Antriebs zusätzlich zum Schnellgang des anderen eingeschaltet wird, so daß der Ultraschallstrahl wahlweise zur ersten oder zweiten Ebene parallele Ebener, zeitlich nacheinander abtastet und wenn gleichzeitig in die elektrische Verbindung zwischen dem Ultraschallempfänger und der Bildanzeigevorrichtung eine Torschaltung eingeschaltet wird, die nur Echoimpulse aus einem einstellbaren Tiefenbereich zur Bildanzeigevorrichtung durchläßt und außerdem Schaitmittel vorgesehen werden zur Abtrennung des Zeilengenerators von der Bildanzeigevornchtung und Zuschaltung an Stelle des Zeilengenerators einen vom langsamen Antrieb für die Parallelverschiebung der Ebene synchron gesteuerten weiteren Bildgenerator für den Bildaufbau an der Bildanzeigevorrichtung. Damit besteht die Möglichkeit, das Untersuchungsobjekt, ohne die Ankopplung zu ändern, entsprechend der Lage der Ebenen eines räumlichen rechtwinkligen Koordinationssystems darzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 bis 5 dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Anordnung des Ultraschall-Sende-Empfangssystems in einem Reflektor zur Verschiebung des vom Ultraschall-Sender erzeugten Ultraschallstrahles,

F i g. 2 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung,

Fig.3 bis 5 die schematische Darstellung je einer von drei jeweils senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen in einem räumlichen Koordinatensystem und ihre Abbildungen auf dem Leuchtschirm einer Oszillographenröhre.

In der Fig. 1 ist ein Ultraschall-Sende-Empfangssystem 1 in der Brennlinie 2 eines zylindrischen Parabolreflektor 3 um die Brennlinie 2 als Achse in Richtung des Drehpfeiles 4 drehbar und in den Richtungen des Doppelpfeiles 5 verschiebbar angeordnet. Der in Riehtung auf den Reflektor 3 abgestrahlte und reflektierte Ultraschallstrahl 6 wird dazu verwendet, eine Ebene abzutasten.

In der F i g. 2 ist mit 7'ein Antrieb für die Drehbewegung und mit 8 ein Antrieb für die Längsverschiebung des Systems 1 bezeichnet. Dem Antrieb 7 ist ein Schnellgang 9 für den Bildaufbau und ein langsamer Gang 10 zum Aufsuchen einer gewünschten Ebene zugeordnet, die jeweils unabhängig voneinander über die Schalter 11 und 12 die Bewegungsgeschwindigkeit des Antriebs 7 steuern. Entsprechendes gilt für den Antrieb 8 mit dem Schnellgang 13, dem langsamen Gang 14 und den Schaltern 15 und 16. Der mit dem Horizontalplattenpaar 17 der Oszillographenröhre 18 verbundene Ablenkgenerator 19 (Bildgenerator) ist mittels des Umschalters 20 entweder mit dem Antrieb 7 oder dem Antrieb 8 koppelbar. Er ist mit dem jeweiligen mit ihm verbundenen Antrieb derart synchronisiert, daß seine Ausgangsspannung (Kippspannung) den Elektronenstrahl der Röhre 18 in horizontaler Richtung periodisch entsprechend der Verschiebungsgeschwindigkeit des Ultraschallstrahles 6 auslenkt.

Der Ablenkgenerator 21 (Zeilengenerator) wird vom Ultraschall-Sender 22 des Sende-Empfangssystems 1 gesteuert und erzeugt eine der Laufzeit der Ultraschall-Sendeimpulse im Untersuchungsobjekt proportionale Kippspannung. Er ist mittels des Umschalters 23 mit dem Vertikalplattenpaar 24 der Röhre 18 verbindbar. Der Empfänger 25 kann entweder unmittelbar oder über eine elektronische Torschaltung 26 mit dem Wehnelt-Zylinder 2'7 der Röhre 18 verbunden werden, wobei die wahlweise Verbindung mittels eines Umschalters 28 vorgenommen wird.

Die Verbindung zwischen dem Ablenkgenerator 21 und dem Vertikalplattenpaar 24 kann mittels des Umschalters 23 unterbrochen werden und damit statt des Ablenkgenerators 21 über den Schalter 29 mit dem Antrieb 8 verbindbare Ablenkgenerator 30 an das Vertikalplattenpaar 24 angelegt werden.

Die Funktionsweise der Schaltung wird an Hand der F i g. 2 sowie der jeweiligen in den F i g. 3 bis 5 dargestellten, vom Ultraschallstrahl abgetasteten Schnittebene und ihrer Abbildung auf dem Leuchtschirm der Oszillographenröhre erläutert.

In der F i g. 3 ist in das räumliche Koordinatensystem 31 χ, y, ζ eine zur xwr-Ebene parallele Schnittebene 32 eingezeichnet die von dem parallel zur z-Achse in die Ebene 32 eingestrahlten Ultraschallstrahl 6 zeilenweise abgetastet werden soll. Dies geschieht nach F i g. 2 in der Weise, daß der Schalter 11 geschlossen wird, während die anderen Schalter in der gezeichneten Lage verbleiben und der nunmehr vom Schnellgang 9 gesteuerte Antrieb 7 das Ultraschall-Sende-Empfangssystem 1 in schnelle Drehung versetzt

Die optische Sichtbarmachung der so abgetasteten Schnittebene 32 wird dadurch erreicht daß die vom Ultraschall-Empfänger 25 zeitlich nacheinander empfangenen Echoimpulse aus den verschiedenen Tiefen einer Zeile 33 der Schnittebene 32 den Wehnelt-Zyh'nder 27 der Röhre 18 so steuern, daß jeder eintreffende ⁶S Echoimpuls am Leuchtschirm 34 der Röhre 18 hell geschrieben wird.

Durch die vom Ablenkgenerator 21 erzeugte, am Vertikalplattenpaar 24 anliegende Kippspannung wird dabei der Elektronenstrahl der Röhre IS in vertikaler Richtung so ausgelenkt, daß durch die Gesaimtzahl aller je einem Echoimpuls entsprechenden Leuchtpunkte eine der Zeile 33 der Schnittebene 32 entsprechende Zeile 35 auf dem Leuchtschirm 34 abgebildet wird. Der weitere Bildaufbau geschieht in der Weise, daß die vom Ablenkgenerator 19 stammende, am Horizontalplattenpaar 17 anliegende Kippspannung die Zeile 35 auf dem Leuchtschirm 34 in horizontaler Richtung so verschiebt, daß ihre örtliche Lage im Schnittbild 36 der örtlichen Lage der Zeile 33 in der Schnittebene 32 entspricht.

Zusätzlich zum Schalter 11 kann auch der Schalter 16 geschlossen werden, wodurch das Ultraschall-Sende-Empfangssystem 1 gleichzeitig gedreht und langsam in Richtung der Brennlinie 2 verschoben wird. Auf diese Weise ist es möglich, zeitlich hintereinander parallele Ebenen abzutasten. Der Schalter 16 kann auch jeweils kurzzeitig ein- und ausgeschaltet werden, wodurch der Ultraschallstrahl schrittweise in eine gewünschte Schnittebene geführt wird.

In der F i g. 4 ist in das Koordinatensystem 31 eine Schnittebene 37 eingezeichnet die parallel zur y,z-Ebene verläuft, also senkrecht auf der Schnittebene 32 steht. Das zeilenweise Abtasten dieser Ebene geschieht in der Weise, daß der Schalter 15 geschlossen und dadurch das System 1 entlang der Brennlinie 2 hin- und herverschoben wird. Das Auswählen der Ebene 37 geschieht dabei durch kurzzeitiges Schließen und öffnen des Schalters 12.

Zur optischen Sichtbarmachung der Schnittebene 37 wird der Ablenkgenerator 19 über den Umschalter 2C mit dem Antrieb 8 verbunden, während die anderer Schalter wieder in der gezeichneten Lage verbleiben.

Die Abbildung der Zeile 38 der Schnittebene 37 aul dem Leuchtschirm 34 als entsprechende Zeile 39 des Schnittbildes 40 vollzieht sich in derselben Art wie bei der Schnittebene 32, nur der Bildaufbau wird jetzt vorr Antrieb 8 über den Ablenkgenerator 19 gesteuert.

Durch zusätzliches Einschalten des Schalters 12 zurr Schalter 15 besteht wiederum die Möglichkeit zeitlich nacheinander zur Schnittebene 37 parallele Ebenen abzutasten und abzubilden.

In der F i g. 5 ist eine Schnittebene 41 dargestellt dk parallel zur ay-Ebene des Koordinatensystems 31 verläuft, also sowohl senkrecht auf der Ebene 32 als auch senkrecht auf der Ebene 37 steht Die Abtastung dei Ebene 41 wird dadurch bewerkstelligt daß einmal die Schalter 11 und 16 geschlossen werden und zum ande ren der Empfänger 25 mittels des Umschalters 28 übei die Torschaltung 26 mit dem Wehneltzylinder 27 dei Röhre 18 verbunden wird. Die Torschaltung 26 läßt nui Echoimpulse zur Röhre 18 durch, die aus einem ein stellbaren Tiefenbereich des zu untersuchenden Objek tes empfangen werden, während alle anderen unter drückt werden. Die während einer halben Umdrehunf des Senders 22 zeitlich hintereinander empfangener Echoimpulse aus einem konstanten Tiefenbereich bil den nunmehr eine Zeile 42 der Schnittebene 41.

Die optische Sichtbarmachung der Ebene 41 ge schieht in der Weise, daß der Ablenkgenerator 19 mit tels des Umschalters 20 mit dem Antrieb 7, der Ablenk generator 30 mittels des Schalters 29 mit dem Antrieb J und mittels des Umschalters 23 mit dem Vertikalplat tenpaar 24 verbunden wird und der Ablenkgeneratoi 19 die Zeile 42 der Schnittebene 41 als eine Zeile 43 de Schnittbildes 44 auf dem Leuchtschirm 34 schreibt. Di<

Verschiebung der Zeile 43 auf dem Leuchtschirm 34 zum Bildaufbau wird von dem Ablenkgenerator 30 verursacht, der von dem Antrieb 8 synchron gesteuert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinifche Diagnostik, mit einem Ultraschall-Sende-Emplangssystem, dessen Sender einen Ultraschailstrahl erzeugt, und mit zwei zueinander senkrecht wirkenden Systemantrieben, von denen der erste zur relativ raschen zeilenweisen Verschiebung des Ultraichallstr-ahles in einer ersten Ebene an einen Schncllgang und der zweite gegebenenfalls zum Zweck einer demgegenüber langsameren Überfühfung des Ultraschallstrahles von der ersten Ebene ■n eine dazu parallele weitere Ebene an einen entiprechend langsameren Gang anschaltbar ist, sowie •lit einer mit dem Ultraschallempfänger elektrisch ♦erbundenen Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der zeitlich nacheinander aus den verschiedenen Tiefen einer Ebenenzeile empfangenen Ultraschallechoimpulse ebenfalls in Form einer Zeile auf der Anzeigevorrichtung und mit einem mit dem ersten Systemantrieb synchronisierbaren Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile auf der Anzeigevorrichtung mit einer Geschwindigkeit, welche proportional ist zur Verschiebungsgeschwindigkeit des Ultraschallstrahles in der ersten oder einer dazu parallelen weiteren Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß auch dem zweiten Systemantrieb (8) ein Schnellgang (13) zugeordnet ist nebst Schaltmitteln (11,15) zur wahlweisen Abschaltung des ersten Systemantriebs (7) für die zeilenweise Verschiebung des Ultraschallstrahles (6) in der ersten oder einer dazu parallelen weiteren Ebene (32) in einer erwünschten Stellung und Anschaltung des zweiten Systemantriebs (8) an den ihm zugeordneten Schnellgang (13) zur relativ raschen Verschiebung des Ultraschallstrahles Zeile für Zeile in einer zur ersten Ebene (32) senkrechten zweiten Ebene (37) sowie Schaltmitteln (20) zur Abtrennung des Bildgenerators (19) vom ersten Systemantrieb (7) und Synchronisation des Bildgenerators (19) mit dem zweiten Systemantrieb (8) zum Zwecke einer Verschiebung der Zeile auf der Bildanzeigevorrichtung (34) bei eingeschaltetem Schnellgang (13) des zweiten Systemantriebs (8) mit einer Geschwindigkeit, welche proportional ist zur Verschiebungsgeschwindigkeit des Ultraschallstrahles (6) in der zweiten Ebene (37).

2. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch dem ersten Systemantrieb (7) ein Langsamgang (10) zugeordnet ist und zum Zwecke der Einschaltung des langsamen Ganges eines Antriebs wahlweise zusätzlich zum Schnellgang des anderen jedem einzelnen Langsam- oder Schnellgang ein separates Einschaltmittel (11,12,15,16) zugeordnet ist.

3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige langsame Gang (10, 14) kurzzeitig ein- und ausschaltbar ist.

4. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem durch Einschaltung des langsamen Ganges eines Antriebs zusätzlich zum Schnellgang des anderen der Ultraschallstrahl (6) wahlweise zur ersten oder zweiten Ebene (32 oder 37) parallele Ebenen zeitlich nacheinander zeilenweise abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß in die elektrische Verbindung zwischen dem Ultraschallempfänger (25) und der Bildanzeigevorrichtung (34) eine Torschaltung (26) einschaltbar ist, die nur Echoimpulae aus einem einstellbaren Tiefenbereich zur Bildanzeigevorrichtung durchläßt und daß Schaltmittel (23) vorgesehen sind zur Abtrennung des Zeilengenerators (21) von der Bildanzeigevorrichtung und Zuschaltung an Stelle des Zeilengenerators (21) einen vom langsamen Antrieb (7 oder 8) für die Parallelverschiebung der Ebene (32 oder 37) synchron gesteuerten weiteren Bildgenerator (30) für den Bildautbau an der Bildanzeigevorrichtung.