DE19739978A1 - Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät, von welchem Ultraschallwellen an einen zu diagnostizierenden Teil eines Objekts, wie beispielsweise einer Person, ausgesandt und von demselben empfangen werden und von welchem zwischen dem Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen eines B-Mode-Tomografiebildes und dem Betrieb des Aussendens und Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen von komplexen Dopplersignalen in dem Doppler-Mode im Zeitmultiplex hin- und hergeschaltet wird, um beispielsweise über das Doppler-Verfahren die Strömungsgeschwindigkeit von Blut zu messen und gleichzeitig in Echtzeit das B-Mode- Tomografiebild des Objekts zu beobachten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät, von welchem eine Qualitätsverschlechterung des Dopplertons vermindert werden kann.

In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 5-344971 ist ein Verfahren zum Interpolieren von Doppler-Tonsignalen offenbart.

Bei dem Verfahren für das Interpolieren von Doppler-Tonsignalen in dem herkömmlichen Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät werden Doppler-Tonsignale, welche keine komplexen Signale darstellen, als zu interpolierende Daten herangezogen. Daher sind die Signalwellenformen häufig nicht glatt miteinander verbunden, und zwar abhängig von den Phasen von Signalen an Stellen, an denen die Dopplersignale unmittelbar bevor und unmittelbar nach dem Wechseln von dem Doppler-Mode in den B-Mode umgekehrt werden. Dies resultiert daraus, daß, wenn die Daten einfach in der umgekehrten Reihenfolge ausgelesen werden, zwar eine Amplitudendifferenz der Signale beseitigt werden kann, aber eine Phasendifferenz der Signale nicht beseitigt werden kann. Daher werden die in dem Doppler-Mode ausgegebenen Audiosignale verzerrt und die Qualität des Dopplertons verschlechtert. Eine Phasendifferenz tritt häufig bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit für das Hin- und Herwechseln zwischen dem Doppler-Mode und dem B-Mode auf, wie es der Fall ist, wenn die Echtzeit-Funktion des Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts verbessert werden soll. Aufgrund der dadurch verschlechterten Qualität des Dopplertons, wird es schwierig, die Diagnose durchzuführen.

Durch die Erfindung wird ein Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät geschaffen, bei welchem eine Qualitätsverschlechterung des Dopplertons vermindert werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Ultraschall-Doppl­ erdiagnosegerät mit einem Schallkopf, von welchem Ultraschallwellen an ein Objekt aussendbar und von demselben empfangbar sind, einem Sender, von welchem dem Schallkopf Pulse oder kontinuierliche Wellen zuführbar sind, einem Verstärker, von welchem von dem Schallkopf empfangene reflektierte Echossignale verstärkbar sind, einer B-Mode-Bilderzeugungseinheit, von welcher aus den reflektierten, von dem Verstärker verstärkten Echossignalen ein B-Mode-Tomografiebild erzeugbar ist, Doppler-Detektionseinheiten, von welchen aus den reflektierten, von dem Verstärker verstärkten Echosignalen Komponenten, welche über sich bewegende Blutzellen eine Dopplerverschiebung erfahren haben, als komplexe Dopplersignale erfaßbar sind, einem Frequenzanalysator, von welchem die Frequenz der von der Doppler-Detektionseinheit erfaßten komplexen Dopplersignale analysierbar ist, einem Anzeigesystem, von welchem von der B-Mode-Bilderzeugungseinheit ausgehende Bildsignale und von dem Frequenzanalysator analysierte Signale empfangbar und als B-Mode-Tomografiebild oder als Frequenzspektrum anzeigbar sind, und einem Audiosignal-Ausgabesystem, von welchem von den Doppler-Detektions­ einheiten erzeugte komplexe Dopplersignale empfangbar und als Zweikanal-Dopplerton ausgebbar sind, wobei der Betrieb des Aussendens und Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen des B-Mode-Tomografiebildes und der Betrieb des Aussendens und Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen der komplexen Dopplersignale in dem Doppler-Mode im Time- Sharing ausführbar sind, und ferner das Ultraschall-Doppler­ diagnosegerät eine Komplexes-Dopplersignal- Steuervorrichtung aufweist, von welcher ein während der Doppler-Mode-Periode empfangenes komplexes Dopplersignal speicherbar ist und von welcher dieses komplexe Dopplersignal während der B-Mode-Periode auslesbar und während der B-Mode- Periode als komplexes Dopplersignal verwendbar ist.

Die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung ist zwischen den Doppler-Detektionseinheiten und einem Vorwärts/Rückwärts- Separator des Audiosignal-Ausgabesystems angeordnet.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Komplexes-Doppler­ signal-Steuervorrichtung eine Speichervorrichtung, von welcher während der Doppler-Mode-Periode empfangene komplexe Dopplersignale speicherbar sind, eine Steuervorrichtung, von welcher die in der Speichervorrichtung gespeicherten komplexen Dopplersignale während der B-Mode-Periode in umgekehrter Reihenfolge auslesbar sind, einen Komplexe-Frequenz-Inverter, von welchem die Frequenzen der von der Steuervorrichtung in umgekehrter Reihenfolge aus der Speichervorrichtung ausgelesenen komplexen Dopplersignale invertierbar sind, und eine Phasendrehungs-Korrekturvorrichtung auf, von welcher in dem Moment, in dem sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen, eine Phasendifferenz des von dem Komplexe-Frequenz- Inverter ausgehenden komplexen Dopplersignals korrigierbar ist.

Der Komplexe-Frequenzinverter ist derart ausgelegt, daß von ihm entweder das Vorzeichen der Realteil-Daten oder der Imaginärteil-Daten der komplexen Dopplersignale invertiert oder die Realteil-Daten mit den Imaginärteil-Daten vertauscht werden können.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung eine Speichervorrichtung, von welcher während der Doppler-Mode- Periode empfangene komplexe Dopplersignale speicherbar sind, eine Steuervorrichtung, von welcher die in der Speichervorrichtung gespeicherten komplexen Dopplersignale während der B-Mode-Periode in umgekehrter Reihenfolge auslesbar sind, zwei Komplexe-Frequenz-Inverter, von welchen die Frequenzen der von der Steuervorrichtung in umgekehrter Reihenfolge aus der Speichervorrichtung ausgelesenen komplexen Dopplersignale invertierbar sind, zwei Phasendrehungs-Korrektur­ vorrichtungen, von denen in dem Moment, in dem sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen, eine Phasendifferenz des von dem jeweils zugeordneten Komplexe- Frequenz-Inverter ausgehenden komplexen Dopplersignals korrigierbar ist, und eine Gewichtungs/Additions-Vorrichtung auf, von welcher eine Folge von von den Phasendrehungs-Korrektur­ vorrichtungen ausgegebenen komplexen Dopplersignalen gewichtbar und addierbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaubild, welches den ganzen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts zeigt,

Fig. 2 ein Blockschaubild, welches eine Ausführungsform des inneren Aufbaus einer Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts zeigt,

Fig. 3 einen Schaltkreis eines Aufbaus eines Komplexe- Frequenz-Inverters der Komplexes-Dopplersignal- Steuereinrichtung,

Fig. 4 einen Schaltkreis eines anderen Aufbaus des Komplexe- Frequenz-Inverters der Komplexes-Dopplersignal- Steuereinrichtung,

Fig. 5 ein Schaubild zum Erläutern von Signalwellenformen beim Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung gemäß der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 6 ein Schaubild, welches in einer von einer Real- und einer Imaginärteilachse festgelegten, komplexen Ebene die Interpolation von komplexen Dopplersignalen gemäß dem Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung nach der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform erläutert,

Fig. 7 ein Blockschaubild einer anderen Ausführungsform des inneren Aufbaus der in Fig. 1 dargestellten Komplexes-Doppler­ signal-Steuereinrichtung, und

Fig. 8 ein Schaubild, welches in einer von einer Real- und einer Imaginärteilachse festgelegten komplexen Ebene die Interpolation von komplexen Dopplersignalen gemäß dem Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung nach der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform erläutert.

Aus Fig. 1 ist ein Blockschaubild ersichtlich, welches den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Doppler­ diagnosegeräts zeigt. Von dem Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät werden Ultraschallwellen an einen zu diagnostizierenden Teil eines Objekts, z. B. einer Person, ausgesendet und Ultraschallwellen von dem zu diagnostizierenden Teil des Objekts empfangen. Dabei wird von dem Ultraschall- Dopplerdiagnosegerät im Zeitmultiplex zwischen dem Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen eines B-Mode-Tomografiebildes und dem Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erlangen von komplexen Dopplersignalen in einem Doppler-Mode hin- und hergewechselt, um beispielsweise über das Dopplerverfahren die Flußgeschwindigkeit von Blut zu messen und währenddessen in Echtzeit das B-Mode-Tomografiebild von der Person zu beobachten. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät einen Schallkopf 1, einen Sender 2, einen Verstärker 3, einen Hüllkurven-Detektor 4, einen A/D-Wandler 5, Doppler-Detektoren 6a, 6b, einen Frequenzanalysator 7, einen Digital-Bildrasterwandler 8 (im folgenden "DSC" (Digital-Scankonverter) genannt), eine Anzeigevorrichtung 9, einen Vorwärts/Rückwärts-Separator 10, Lautsprecher 10a, 10b und eine Komplexes-Dopplersignal- Steuervorrichtung 12 auf.

Von dem Schallkopf 1 werden an den zu diagnostizierenden Teil des Objekts Ultraschallwellen gesendet und von demselben empfangen. Der Schallkopf 1 weist einen nicht dargestellten Schwingungserzeuger (Wandler) auf, welcher eine Quelle für das Erzeugen der Ultraschallwellen darstellt und von welchem die reflektierten Wellen empfangen werden können. Von dem Sender 2 werden als Sendesignale Pulse oder kontinuierliche Wellen an den Schallkopf 1 ausgegeben, d. h. von dem Sender 2 werden Pulse oder kontinuierliche Wellen mit einer festen sich wiederholenden Frequenz, welche von einem Oszillator 13 erzeugt wird, an den Schallkopf 1 ausgegeben. Von dem Verstärker 3 werden die von dem Inneren des Objekts reflektierten und von dem Schallkopf 1 empfangenen Echosignale verstärkt, wobei der Verstärker 3 einen für das Verstärken der Signale erforderlichen Verstärkungsgrad aufweist.

Die von dem Verstärker 3 ausgegebenen Signale (reflektierten Echosignale) werden in den Hüllkurven-Detektor 4 eingegeben und von diesem erfaßt und in Videosignale umgewandelt. Der A/D- Wandler 5 empfängt die von dem Hüllkurven-Detektor 4 ausgegebenen Videosignale und konvertiert diese in digitale Signale. Der Hüllkurven-Detektor 4 und der A/D-Wandler 5 bilden eine B-Mode-Bilderzeugungseinheit zum Erzeugen eines B-Mode- Tomografiebildes aus den von dem Verstärker 3 ausgegebenen, reflektierten Echosignalen.

Von den Doppler-Detektoren 6a, 6b werden von den von dem Verstärker 3 ausgegebenen, reflektierten Echossignalen jene Komponenten als komplexe Dopplersignale erfaßt, welche aufgrund sich bewegender Körper, z. B. Blutzellen, eine Dopplerverschiebung erfahren haben. Die Doppler-Detektoren 6a, 6b weisen Multiplikatoren 15a bzw. 15b zum Multiplizieren der von dem Verstärker 3 ausgehenden, reflektierten Echosignale mit Referenzwellen auf, welche in abhängig davon, ob ein 90°- Phasenverschieber 14 an den Oszillator 13 angeschlossen ist oder nicht, eine Phasendifferenz von 90° zueinander aufweisen.

Die Doppler-Detektoren 6a, 6b weisen ferner Tiefpaßfilter 16a bzw. 16b zum Quadraturerfassen der Ausgangssignale von den Multiplikatoren 15a, 15b und zum Erzeugen von komplexen Basisbandsignalen auf. Ferner weisen die Doppler-Detektoren 6a, 6b Wandfilter 17a bzw. 17b zum Beseitigen von von einem statischen Gewebe reflektierten Echosignalen durch Filtern der von den Tiefpaßfiltern 16a, 16b ausgehenden Ausgabesignale und A/D-Wandler 18a bzw. 18b auf, von denen die von den Wandfiltern 17a, 17b ausgehenden Ausgabesignale zum Ausgeben von digitalen, komplexen Dopplersignalen in digitale Signale konvertiert werden.

Die von den Doppler-Detektoren 6a, 6b ausgegebenen, komplexen Dopplersignale weisen eine Phasendifferenz von 90° relativ zueinander auf. Wenn diese komplexen Signale in einer komplexen Ebene als Vektoren ausgedrückt werden, dann wird eine positive Dopplerfrequenzverschiebung erreicht, wenn sich beispielsweise ein sich bewegender Körper nähert, wodurch die komplexen Vektoren gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden. Wenn sich andererseits der sich bewegende Körper wegbewegt, dann wird eine negative Dopplerfrequenzverschiebung erzielt, wobei die komplexen Vektoren im Uhrzeigersinn gedreht werden. Von dem Frequenzanalysator 7 wird das Frequenzspektrum der von den Doppler-Detektoren 6a, 6b erfaßten, komplexen Dopplersignale analysiert und eine Leistungsspektrum berechnet.

Von dem DSC 8 werden die von dem A/D-Wandler 5 der B-Mode-Bild­ erzeugungseinheit ausgegebenen Bildsignale und die von dem Frequenzanalysator 7 ausgegebenen, analysierten Signale empfangen und ein Gestaltungsprozeß zum Anzeigen eines Bildes ausgeführt. Die von dem DSC 8 ausgehenden Signale werden von der Anzeigevorrichtung 9 empfangen und als Bild angezeigt, wobei die Anzeigevorrichtung 9 beispielsweise ein TV-Monitor ist. Der DSC 8 und die Anzeigevorrichtung 9 bilden ein Anzeigesystem, von welchem Bildsignale von der B-Mode-Bild­ erzeugungseinheit und analysierte Signale von dem Frequenzanalysator 7 empfangen und als B-Mode-Tomografiebild oder als Frequenzspektrum angezeigt werden können.

Der Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 dient als Vorrichtung zum Separieren der von den Doppler-Detektoren 6a, 6b ausgegebenen, komplexen Dopplersignale in Signale entsprechend der Vorwärtsrichtung und in Signale entsprechend der Rückwärtsrichtung, und zwar abhängig von dem positiven oder negativen Vorzeichen der komplexen Frequenzsignale. Von den beiden Lautsprechern 10a, 10b werden die Ausgangssignale von dem Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 empfangen und als Zweikanal-Dopplerton ausgegeben. In diesem Falle werden die positiven Frequenzkomponenten von dem einen Lautsprecher 10a als ein Nähern des sich bewegenden Körpers kennzeichnende Dopplersignale und die negativen Frequenzkomponenten von dem anderen Lautsprecher 10b als ein Wegbewegen des sich bewegenden Körpers kennzeichnende Dopplersignale ausgegeben. Der Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 und die beiden Lautsprecher 11a, 10b bilden ein Audiosignal-Ausgabesystem, von welchem von den Dopplerdetektoren 6a, 6b ausgehende, komplexe Dopplersignale empfangen und als Zweikanal-Dopplerton ausgegeben werden. Von dem erfindungsgemäßen Ultraschall-Doppler­ diagnosegerät werden der Betrieb des Sendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen des B-Mode- Tomografiebildes und der Betrieb des Übertragens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen von komplexen Dopplersignalen in dem Doppler-Mode im Time-Sharing ausgeführt.

Gemäß der Erfindung ist die Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 zwischen den Doppler-Detektionseinheiten 6a, 6b und dem Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 des Audiosignal- Ausgabesystem angeordnet. Die Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 dient als Steuervorrichtung zum Speichern eines während der Doppler-Mode-Periode emfangenen, komplexen Dopplersignals und zum Auslesen des komplexen Dopplersignals während der B-Mode-Periode, um dieses komplexe Dopplersignal als solches während der B-Mode-Periode zu verwenden. In Fig. 2 ist der innere Aufbau der Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 im einzelnen dargestellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden komplexe Dopplersignale von den Doppler-Detektoren 6a, 6b über Eingangsanschlüsse 19a, 19b von einem Realteil-Speicher 20a empfangen und in diesem die Realteil-Daten der komplexen Dopplersignale gespeichert. In gleicher Weise werden in einem Imaginärteil-Speicher 20b Imaginärteil-Daten der komplexen Dopplersignale gespeichert. Der Realteil-Speicher 20a und der Imaginärteil-Speicher 20b bilden eine Vorrichtung zum Speichern komplexer Dopplersignale, welche während der Doppler-Mode-Periode empfangen werden.

Von einer Adreßgeneratoreinheit 21 werden Adressen erzeugt, welche für das Lesen der in dem Realteil-Speicher 20a und der in dem Imaginärteil-Speicher 20b gespeicherten Daten und für das Schreiben derselben in diese Speicher vorgesehen sind. Von einer Steuereinheit 22 wird die Erzeugungs-Reihenfolge der von der Adreßgeneratoreinheit 21 erzeugten Adressen gesteuert. Die Adreßgeneratoreinheit 21 und die Steuereinheit 22 bilden eine Steuervorrichtung, von der die in dem Realteil-Speicher 20a und in dem Imaginärteil-Speicher 20b gespeicherten komplexen Dopplersignale in umgekehrter Reihenfolge gelesen werden können, wobei der Realteil-Speicher 20a und der Imaginärteil- Speicher 20b die Speichervorrichtung bilden.

Ein Komplexe-Frequenz-Inverter 23 dient als Invertiervorrichtung zum Invertieren der Frequenz der mittels der Adreßgeneratoreinheit 21 und der Steuereinheit 22, welche zusammen die Steuervorrichtung bilden, in umgekehrter Reihenfolge aus dem Realteil-Speicher 20a und dem Imaginärteil- Speicher 20b gelesenen, komplexen Dopplersignale. Der Komplexe- Frequenz-Inverter 23 weist einen in dem Imaginärteil-Pfad angeordneten Vorzeichen-Inverter 24 und einen in dem Imaginärteil-Pfad angeordneten Umwechselschalter 25 auf. Von dem Komplexe-Frequenz-Inverter 23 wird das Vorzeichen der Imaginärteil-Daten der komplexen Dopplersignale invertiert. Daher werden von den in umgekehrter Reihenfolge ausgelesenen Dopplersignalen konjugiert-komplexe Signale erzeugt, wobei die Umkehrung der Zeitachse beseitigt wird, d. h. die Umkehrung der Frequenz wird beseitigt. Der Komplexe-Frequenz-Inverter 23 kann, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, einen in dem Realteil- Pfad angeordneten Vorzeichen-Inverter 24 und einen in dem Realteil-Pfad angeordneten Umwechselschalter 25 aufweisen, so daß das Vorzeichen der Realteil-Daten der komplexen Dopplersignale invertiert werden kann. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, können ferner an dem Komplexe-Frequenz- Inverter 23 an den Ausgangsseiten des Realteil-Pfads und des Imaginärteil-Pfads zwei miteinander gekoppelte Umwechselschalter 26, 26 vorgesehen sein, welche von einem von der Steuereinheit 22 ausgehenden Steuersignal betätigt werden können, um die Realteil-Daten und die Imaginärteil-Daten der komplexen Dopplersignale auszutauschen.

Eine Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 und ein Komplex- Multiplikator 28 stellen zusammen eine Phasendrehungs-Korrektur­ vorrichtung zum Korrigieren einer Phasendifferenz dar, welche für ein komplexes Dopplersignal in dem Moment erzeugt wird, wenn sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen, und zwar aufgrund des Erzeugens eines konjugiert­ komplexen Signals von dem Komplexe-Frequenz-Inverter 23. Von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 werden die Endausgabedaten während der Doppler-Mode-Periode in Registern Rr2, Ri2 29b und die Anfangsdaten der Interpolation während der B-Mode-Periode in Registern Rr1, Ri1 29a gehalten. Ferner werden von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 aus Arcustangenstabellen 30a, 30b des vierten Quadranten und mit Hilfe eines Addierers 31 eine Abweichung Ae des Phasenwinkels sowie aus Trigonometriefunktions-Tabellen 32a, 32b ein Korrekturvektor ermittelt. Von dem Komplex-Multiplikator 28 werden eine Phasendifferenz in dem Moment, in dem sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen, mittels des Korrekturvektors von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 korrigiert und der Phasendrehungsvorgang für ein komplexes Dopplersignal in dem Moment, in dem der B-Mode zurück auf den Doppler-Mode wechselt, ausgeführt. Der Komplex-Multiplikator 28 weist vier Multiplikatoren 33a, 33b, 33c und 33d, von denen jeweils zwei in dem Realteilpfad und dem Imaginärteilpfad vorgesehen sind, und zwei Addierer 34a, 34b auf. Das Ausgangssignal des Komplex-Multiplikators 28 wird über Ausgangsanschlüsse 35a, 35b als das erforderliche, komplexe Interpolationsausgabesignal an den in Fig. 1 gezeigten Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 ausgegeben.

Der Betrieb der derart aufgebauten Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 wird im folgenden mit Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Zuerst werden während der Doppler-Mode-Periode empfangene komplexe Dopplersignale in dem Realteil-Speicher 20a zum Speichern der Realteil-Daten und in dem Imaginärteil- Speicher zum Speichern der Imaginärteil-Daten gespeichert und gleichzeitig dem Komplex-Multiplikator 28 über den Umwechselschalter 25 zugeführt, welcher an der Seite einer Kontaktstelle q in dem von der Steuereinheit 22 gesteuerten Komplexe-Frequenz-Inverter 23 angeschlossen ist. Die komplexen Dopplersignale werden dem Phasendrehungsvorgang unterzogen und dann ausgegeben. Die Adressen für den Realteil-Speicher 20a und für den Imaginärteilspeicher 20b werden von der Adreßgeneratoreinheit 21 ausgegeben, deren Adressen-Erzeugungs­ reihenfolge von der Steuereinheit 22 gesteuert wird.

Als nächstes, d. h. in der B-Mode-Periode, werden von der von der Steuereinheit 22 gesteuerten Adreßgeneratoreinheit 21 Adressen in der umgekehrten Reihenfolge als beim Schreiben erzeugt, und die komplexen Dopplersignale werden in umgekehrter Reihenfolge aus dem Realteil-Speicher 20a und aus dem Imaginärteil-Speicher 20b gelesen. In diesem Moment wird der von der Steuereinheit 22 gesteuerte Umwechselschalter 25 des Komplexe-Frequenz-Inverter 23 derart geschaltet, daß er mit der Seite der Kontaktstelle p verbunden ist, so daß der Imaginärteil der ausgelesenen, komplexen Dopplersignale den Vorzeicheninverter 24 passiert. Daher werden von den in umgekehrter Reihenfolge ausgelesenen, komplexen Dopplersignalen konjugiert-komplexe Signale erzeugt, wobei die aufgrund des Auslesens in umgekehrter Reihenfolge entstandene Umkehrung der Zeitachse beseitigt wird, d. h. die Umkehrung der Frequenz wird beseitigt. Durch den Komplexe-Konjugations-Vorgang tritt eine Phasendifferenz in dem Moment auf, zu dem sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen. Diese Phasendifferenz wird von der Phasendrehungs-Korrekturvorrichtung korrigiert, welche von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 und dem Komplex-Multiplikator 28 gebildet ist.

Hierzu werden von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 in den Registern Rr2, Ri2 29b die Endausgabedaten während der Doppler-Mode-Periode gehalten, in den Registern Rr1, Ri1 29a die Interpolations-Anfangsdaten während der B-Mode-Periode gehalten, mit Hilfe der Arcustangenstabellen 30a, 30b des vierten Quadranten und des Addierers 31 eine Phasenwinkelabweichung Δθ ermittelt und mit Hilfe der Trigonomiefunktions-Tabellen 32a, 32b ein Korrekturvektor ermittelt. Der Phasenwinkel des Korrekturvektors ist gleich einem Differenzphasenwinkel von komplexen Zahlen auf beiden Seiten einer Stelle, an welcher sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen. Daher korrigiert der Komplex- Multiplikator 28 die Phasendifferenz an der Verbindungsstelle.

Ferner werden in einem Moment, wenn die B-Mode-Periode wieder in die Doppler-Mode-Periode übergegangen ist, die Dopplersignale in den Realteil-Speicher 20a und in den Imaginärteil-Speicher 20b geschrieben und gleichzeitig über den Umwechselschalter 25, welcher mit der Seite der Kontaktstelle q in dem von der Steuereinheit 22 gesteuerten Komplexe-Frequenz- Inverter 23 verbunden ist, an den Komplex-Multiplikator 28 ausgegeben sowie dem Phasendrehungsvorgang unterzogen und ausgegeben. In diesem Falle werden von den Registern Rr1, Ri1 29a die Anfangsdaten des Doppler-Mode und von den Registern Rr2, Ri2 29b die Enddaten der Interpolationsausgabe des B-Mode gehalten, so daß von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 an einem neuen Verbindungspunkt ein Korrekturvektor ermittelt werden kann. Der oben erläuterte Vorgang wird ausgeführt, während im Zeitmultiplex zwischen dem Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen im B-Mode und dem Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen im Doppler-Mode hin- und hergeschaltet wird.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform werden an einer Stelle, an der sich die Doppler-Mode-Periode an die B- Mode-Periode anschließt, die nach dem Moment des Übergangs erzielten Daten eines komplexen Dopplersignals nicht in Rückwärtsrichtung ausgelesen. Daher wird, obwohl ein Amplitudenfehler der Daten an der Verbindungsstelle auftritt, die Distanz zwischen zwei Punkten auf der jeweiligen Seite der Übergangsstelle minimiert, und zwar aufgrund des von dem Komplex-Multiplikators 28 ausgeführten Phasendrehungsvorgangs, wobei der Amplitudenfehler minimiert wird. Dies ermöglicht es, ein Rauschen, welches bei der Ausgabe des Dopplertons gemäß dem Stand der Technik auftrat, zu vermindern.

Im folgenden werden mit Bezugnahme auf Fig. 5 Signalwellenformen erläutert, wie sie im Betrieb der Komplexes- Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 auftreten. Fig. 5(a) bis 5(c) zeigen Schaubilder zur Erläuterung von über einer Zeitachse abgetragenen Wellenformen, wobei D1 und D2 die Perioden des Doppler-Mode bezeichnen, B1 und B2 die Perioden des B-Mode bezeichnen, durchgezogene Wellenlinien die Realteil-Daten der komplexen Dopplersignale darstellen und unterbrochene Linien die Imaginärteil-Daten darstellen. Fig. 5(a) zeigt die Eingangswellenformen der komplexen Signale, welche über die in Fig. 2 gezeigten Eingangsanschlüsse 19a, 19b in die Komplexes- Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 eingegeben werden. Fig. 5 (b) zeigt Ausgabewellenformen des Komplexe-Frequenz-Inverters 23. Da diese Ausgabewellenformen noch nicht der Phasenkorrektur mit der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 unterzogen wurden, liegt an der Übergangs stelle von der Periode D1 zu der Periode B1 und an der Übergangsstelle von der Periode D2 zu der Periode B2 eine Phasendifferenz von 180° vor. Fig. 5(c) zeigt Wellenformen von komplexen, interpolierten Ausgabesignalen, welche von der Komplexes-Signal-Interpolationseinheit 12 über die Ausgangsanschlüsse 35a, 35b ausgegeben werden, nachdem die Phase von der Korrekturvektor-Ermittlungseinheit 27 und dem Komplex-Multiplikator 28 derart korrigiert worden ist, daß die Phasendifferenz beseitigt ist.

In Fig. 6 ist ein Schaubild dargestellt, welches in einer von einer Realteilachse und einer Imaginärteilachse festgelegten Ebene die durch den Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 erzielte Interpolation von komplexen Dopplersignalen erläutert. In Fig. 6 sind die Perioden des Doppler-Mode mit D1 und D2 und die Periode des B-Mode mit B1 bezeichnet. Die Enddaten Znt in der Periode D1 werden in umgekehrter Reihenfolge von dem Realteil-Speicher 20a und von dem Imaginärteil-Speicher 20b, welche in Fig. 2 dargestellt sind, ausgelesen und durch den Vorgang des Erzeugens konjugiert-komplexer Signale in die Daten Znt^* umgewandelt. Zwischen den Enddaten Znt und den Daten Znt^* welche die ersten Daten der interpolierten Daten in der Periode B1 sind, liegt ein Differenzphasenwinkel von Δθent vor. Eine Folge von nacheinander interpolierten Daten in der Periode B1 wird erzeugt, indem die durch das Erzeugen der komplex­ konjugierten Signale gewonnenen Daten aufeinanderfolgend dem Phasendrehungsverfahren mit dem Drehwinkel Δθent unterzogen werden. Wird eine Serie von Vorgängen, wie Lesen der Daten in umgekehrter Reihenfolge, Erzeugen konjugiert-komplexer Daten und Phasendrehen um Δθnt, in geometrischer Weise betrachtet, dann entspricht dies der Anordnung eines Spiegels an jener Stelle, an der sich die Periode B1 an die Periode D1 anschließt, d. h. der Spiegel wird an der Halbgeraden O-M1 in Fig. 6 angeordnet, und die Zeit wird rückwärts laufen gelassen, so daß die geometrischen Positionen der Dopplersignale glatt aneinander angeschlossen werden können.

Bezugnehmend auf Fig. 6 besteht eine Phasendifferenz Δθr an einem Punkt, an dem sich die Periode B1 an die Periode D2 anschließt. Durch aufeinanderfolgendes Durchführen des Phasendrehungsverfahrens mit lediglich der kann jedoch die Phasendifferenz beseitigt und die Amplitudendifferenz minimiert werden. Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 wird, wie oben beschrieben, das komplexe Dopplersignal interpoliert, wobei nach der Interpolationsstelle keine nachfolgenden Daten erforderlich sind. Daher wird das Verfahren ohne Verzögerung in Echt zeit ausgeführt.

In Fig. 7 ist ein Blockschaubild dargestellt, welches einen anderen inneren Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Komplexes- Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 zeigt. Im Gegensatz zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, weist die Komplexes- Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 gemäß dieser Ausführungsform zwei Gruppen von Komplexe-Frequenz-Invertern 23a, 23b, zwei Gruppen von Phasendrehungs-Korrekturvorrichtungen durch Vorsehen von zwei Korrekturvektor-Ermittlungseinheiten 27a, 27b und zwei Gruppen von Komplex-Multiplikatoren 28a, 28b auf. Die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 gemäß dieser Ausführungsform weist ferner eine Gewichtungs/Additions- Vorrichtung 37a bis 37d, 38, 39a und 39b für ein Gewichten und Addieren von Folgen von komplexen Dopplersignalen auf, welche von den beiden Phasendrehungs-Korrekturvorrichtungen ausgegeben werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine an jener Stelle, an welcher sich die Doppler-Mode-Periode an die B-Mode-Periode anschließt, auftretende Amplitudendifferenz, wie sie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 auftrat, dadurch beseitigt, daß die Daten eines nach dem Verbindungspunkt ermittelten komplexen Dopplersignals in der umgekehrten Reihenfolge gelesen werden.

Im folgenden wird der Betrieb der Komplexes-Dopplersignal- Steuervorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 erläutert. Zuerst wird ein komplexes Dopplersignal in der Doppler-Mode-Periode in den Realteil-Speicher 20a und in den Imaginärteil-Speicher 20b geschrieben und gleichzeitig über von der Steuereinheit 22 gesteuerte Umwechselschalter 40a, 40b, welche jeweils mit der Seite der Kontaktstellen q in Verbindung sind und welche für eine Zeitdauer, welche doppelt so lang ist wie die Periode des B-Mode, verzögert werden, aus dem Realteil- Speicher 20a und aus dem Imaginärteil-Speicher 20b gelesen und über Ausgangsanschlüssen 35a, 35b ausgegeben. Dann wird in der B-Mode-Periode das während der Doppler-Mode-Periode gespeicherte komplexe Dopplersignal aus dem Realteil-Speicher 20a und aus dem Imaginärteil-Speicher 20b in umgekehrter Reihenfolge gelesen und durch den ersten Komplexe-Frequenz- Inverter 23a in ein konjugiert-komplexes Signal umgewandelt. In den Registern Rr1, Ri1 29a der ersten Korrekturvektor- Ermittlungseinheit 27a werden die Daten eines letzten komplexen Dopplersignals vor dem Beginn der B-Mode-Periode festgehalten, und durch Verwenden einer Arcustangenstabelle 30a und eines Multiplikators 36a wird zum Ermitteln eines Korrekturvektors ein Wert ermittelt, welcher doppelt so groß ist wie das Argument an der Verbindungsstelle. In diesem Moment erfährt eine Folge von in umgekehrter Reihenfolge ausgelesenen konjugiert-komplexen Signalen eine Phasenverschiebung um einen doppelt so großen Winkel wie das Argument an der Verbindungsstelle in entgegengesetzte Richtung. Daher führt der Komplex-Multiplikator 28a einen Phasendrehungsvorgang in eine derartige Richtung aus, daß die Phasenverschiebung korrigiert wird. Damit wird eine derartige Interpolation bewirkt, daß die Amplitude und die Phase an der Verbindungsstelle kontinuierlich verlaufen.

Als nächstes werden an einer Stelle, an der sich die Doppler- Mode-Periode an die B-Mode-Periode anschließt, die komplexen Dopplersignale nach der B-Mode-Periode aus dem Realteil- Speicher 20a und dem Imaginärteil-Speicher 20b in umgekehrter Reihenfolge ausgelesen und von dem zweiten Komplexe-Frequenz- Inverter 23b in konjugiert-komplexe Signale umgewandelt. Von den Registern Rr2, Ri2 29b der zweiten Korrekturvektor- Ermittlungseinheit 27b werden die Daten eines ersten komplexen Dopplersignals nach der B-Mode-Periode festgehalten, wobei ein Wert, welcher doppelt so groß ist wie das Argument an der Verbindungsstelle, aus einer Arcustangenstabelle 30b und mit einem Multiplikator 36b ermittelt wird, wodurch ein Korrekturvektor ermittelt wird. In diesem Moment erfährt die Folge in umgekehrter Reihenfolge ausgelesener konjugiert­ komplexer Signale eine in entgegengesetzte Richtung durchgeführte Phasenverschiebung um einen doppelt so großen Winkel wie das Argument an der Verbindungsstelle. Daher führt der zweite Komplex-Multiplikator 28b einen Phasendrehungsvorgang in eine solche Richtung durch, daß die Phasenverschiebung korrigiert wird. Damit wird, ähnlich wie oben beschrieben, die Interpolation derart durchgeführt, daß die Amplitude und die Phase an der Verbindungsstelle kontinuierlich verlaufen.

Als nächstes werden die beiden Gruppen von komplexen Dopplersignalen, welche aus den komplexen Dopplersignalen vor und nach der B-Mode-Periode zusammengestellt und interpoliert sind, einem Gewichtungs/Additionsvorgang unterzogen, welcher von der Gewichtungs/Additions-Vorrichtung durchgeführt wird, die von einer Gewichtungskoeffizient-Erzeugungseinheit 38, Multiplikatoren 37a, 37b, 37c, 37d, von denen jeweils zwei für eine Gruppe vorgesehen sind, und zwei Addierern 39a und 39b gebildet ist. Zwischen jenen Gruppen von komplexen Dopplersignalen, welche gleiche Zeitfolgen haben, wird die Gewichtung der komplexen Signale, welche aus den Dopplersignalen vor der B-Mode-Periode erstellt wurden, am Anfang der B-Mode-Periode groß eingestellt, wobei die Gewichtung zu dem Ende der B-Mode-Periode hin in Richtung zu jenen komplexen Signalen verlagert wird, welche aus den Dopplersignalen nach der B-Mode-Periode gewonnen wurden. Die derart ermittelten komplexen, interpolierten Ausgabesignale werden über die von der Steuereinheit 22 gesteuerten Umwechselschalter 40a, 40b, welche mit der Seite der Kontaktstellen p verbunden sind, über die Ausgangsanschlüsse 35a, 35b ausgegeben und dem in Fig. 1 gezeigten Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 zugeführt.

In Fig. 8 ist ein Schaubild dargestellt, welches anhand einer von einer Realteilachse und einer Imaginärteilachse festgelegten komplexen Ebene die Interpolation der Dopplersignale durch den Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuer­ vorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 erläutert. In Fig. 8 werden die Perioden des Doppler-Mode mit D1 und D2 bezeichnet, wobei die B-Mode-Periode mit B1 bezeichnet wird. An der Übergangsstelle zwischen dem Doppler- Mode in der Periode D1 und dem B-Mode in der Periode B1 sind die Daten Cr1 der komplexen Dopplersignale in der Periode D1 symmetrisch zu der Halbgeraden O-M1 geklappt, und zwar aufgrund des Auslesens der Daten in umgekehrter Reihenfolge, des Erzeugens von konjugiert-komplexen Werten und des Phasendrehungs-Korrekturvorgangs, wobei die Daten Cr1 in mit unterbrochener Linie dargestellte Daten Cr1, umgewandelt werden. An der Übergangsstelle von der B-Mode-Periode B1 zu der Doppler-Mode-Periode D2 werden die Daten Cr2 der komplexen Dopplersignale der Periode D2 nach dem B-Mode symmetrisch zu der Halbgeraden O-M2 geklappt, und zwar aufgrund des Auslesens der Daten in umgekehrter Reihenfolge, des Erzeugens von konjugiert-komplexen Werten und des Phasendrehungs- Korrekturvorgangs, wobei die Daten Cr2 in mit unterbrochener Linie dargestellte Daten Cr2, umgewandelt werden. Das Gewichten/Addieren wird mit Hilfe der in Fig. 7 gezeigten Gewichtungs/Additions-Vorrichtung 37a bis 37d, 38, 39a und 39b erreicht, wobei die in Fig. 8 durch eine Strich-Punkt-Linie dargestellten komplexen Interpolationssignale Ci in der Periode B1 erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform werden die Dopplersignale während der Doppler-Mode-Periode vor und nach der B-Mode-Periode für den Interpolationsvorgang verwendet, um komplexe Dopplersignale in dieser B-Mode-Periode über die Interpolation zu ermitteln. Daher erfordert der Interpolationsvorgang unvermeidlich eine Zeitdauer, welche doppelt so groß ist wie die B-Mode-Periode. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, werden jedoch glatt miteinander verbundene, interpolierte Signale erzielt, welche nahezu keine Amplituden- oder Phasendifferenz aufweisen.

Claims (5)

1. Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät mit
einem Schallkopf (1), von welchem Ultraschallwellen an ein Objekt aussendbar und von demselben empfangbar sind,
einem Sender (2), von welchem dem Schallkopf (1) Pulse oder kontinuierliche Wellen zuführbar sind,
einem Verstärker (3), von welchem von dem Schallkopf (1) empfangene reflektierte Echossignale verstärkbar sind,
einer B-Mode-Bilderzeugungsseinheit, von welcher aus den reflektierten, von dem Verstärker verstärkten Echossignalen ein B-Mode-Tomografiebild erzeugbar ist,
Doppler-Detektionseinheiten (6a, 6b), von welchen aus den reflektierten, von dem Verstärker verstärkten Echosignalen Komponenten, welche über sich bewegende Blutzellen eine Dopplerverschiebung erfahren haben, als komplexe Dopplersignale erfaßbar sind,
einem Frequenzanalysator (7), von welchem die Frequenz der von der Doppler-Detektionseinheit (6a, 6b) erfaßten komplexen Dopplersignale analysierbar ist,
einem Anzeigesystem, von welchem von der B-Mode-Bild­ erzeugungseinheit ausgehende Bildsignale und von dem Frequenzanalysator (7) analysierte Signale empfangbar und als B-Mode-Tomografiebild oder als Frequenzspektrum anzeigbar sind, und
einem Audiosignal-Ausgabesystem, von welchem von den Doppler-Detektionseinheiten (6a, 6b) erzeugte komplexe Dopplersignale empfangbar und als Zweikanal-Dopplerton ausgebbar sind, wobei
der Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen des B-Mode-Tomografiebildes und der Betrieb des Aussendens und des Empfangens von Ultraschallwellen zum Erzielen der komplexen Dopplersignale in dem Doppler-Mode im Time-Sharing ausführbar sind, und wobei
das Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät eine Komplexes- Dopplersignal-Steuervorrichtung (12) aufweist, von welcher ein während der Doppler-Mode-Periode empfangenes, komplexes Dopplersignal speicherbar ist und von welcher dieses komplexe Dopplersignal während der B-Mode-Periode aus lesbar und während der B-Mode-Periode als komplexes Dopplersignal verwendbar ist.

2. Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät nach Anspruch 1, wobei die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung (12) zwischen den Doppler-Detektionseinheiten (6a, 6b) und einem Vorwärts/Rückwärts-Separator (10) des Audiosignal- Ausgabesystems angeordnet ist.

3. Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung (12)
eine Speichervorrichtung, von welcher während der Doppler- Mode-Periode empfangene komplexe Dopplersignale speicherbar sind,
eine Steuervorrichtung, von welcher die in der Speichervorrichtung gespeicherten komplexen Dopplersignale während der B-Mode-Periode in umgekehrter Reihenfolge auslesbar sind,
einen Komplexe-Frequenz-Inverter (23), von welchem die Frequenzen der von der Steuervorrichtung in umgekehrter Reihenfolge aus der Speichervorrichtung ausgelesenen komplexen Dopplersignale invertierbar sind, und
eine Phasendrehungs-Korrekturvorrichtung aufweist, von welcher in dem Moment, in dem sich der Doppler-Mode und der B- Mode aneinander anschließen, eine Phasendifferenz des von dem Komplexe-Frequenz- Inverter (23) ausgehenden komplexen Dopplersignals korrigierbar ist.

4. Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät nach Anspruch 3, wobei der Komplexe-Frequenzinverter (23) derart ausgelegt ist, daß von ihm das Vorzeichen der Realteil-Daten oder der Imaginärteil- Daten der komplexen Dopplersignale invertierbar ist oder die Realteil-Daten mit den Imaginärteil-Daten vertauschbar sind.

5. Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung (12)
eine Speichervorrichtung, von welcher während der Doppler- Mode-Periode empfangene komplexe Dopplersignale speicherbar sind,
eine Steuervorrichtung, von welcher die in der Speichervorrichtung gespeicherten komplexen Dopplersignale während der B-Mode-Periode in umgekehrter Reihenfolge aus lesbar sind,
zwei Komplexe-Frequenz-Inverter (23a bzw. 23b), von welchen die Frequenzen der von der Steuervorrichtung in umgekehrter Reihenfolge aus der Speichervorrichtung ausgelesenen komplexen Dopplersignale invertierbar sind,
zwei Phasendrehungs-Korrekturvorrichtungen, von denen in dem Moment, in dem sich der Doppler-Mode und der B-Mode aneinander anschließen, eine Phasendifferenz des von dem jeweils zugeordneten Komplexe-Frequenz-Inverter (23) ausgehenden komplexen Dopplersignals korrigierbar ist, und
eine Gewichtungs/Additions-Vorrichtung (37a bis 37d, 38, 39a und 39b) aufweist, von welcher eine Folge von von den Phasendrehungs-Korrekturvorrichtungen ausgegebenen komplexen Dopplersignalen gewichtbar und addierbar ist.