-
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
JP 5-344971 A 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.
-
In
der
US 54 76 097 A ist
ein diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem
beschrieben, durch welches ein Ultraschallbild und Doppler-Flussinformationen
simultan dargestellt werden können.
Das System akquiriert abwechselnd Bildsignale und Dopplersignale
und stellt diese dann gleichzeitig auf einem Bildschirm dar.
-
In
der
US 55 55 514 A ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Doppler-Schallsignals
beschrieben.
-
Durch
die Erfindung wird ein Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät geschaffen,
bei welchem eine Qualitätsverschlechterung
des Dopplertons vermindert werden kann.
-
Dies
wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Ultraschall-Dopplerdiagnosegerät mit den
Merkmalen in Anspruch 1. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 ein
Blockschaubild, welches den ganzen Aufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts zeigt,
-
2 ein
Blockschaubild, welches eine Ausführungsform des inneren Aufbaus
einer Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts zeigt,
-
3 einen
Schaltkreis eines Aufbaus eines Komplexe-Frequenz-Inverters der Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung,
-
4 einen
Schaltkreis eines anderen Aufbaus des Komplexe-Frequenz-Inverters der Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung,
-
5 ein
Schaubild zum Erläutern
von Signalwellenformen beim Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung
gemäß der in 2 gezeigten
Ausführungsform,
-
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 2 dargestellten
Ausführungsform
erläutert,
-
7 ein
Blockschaubild einer anderen Ausführungsform des inneren Aufbaus
der in 1 dargestellten Komplexes-Dopplersignal-Steuereinrichtung, und
-
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 7 dargestellten
Ausführungsform
erläutert.
-
Aus 1 ist
ein Blockschaubild ersichtlich, welches den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Ultraschall-Dopplerdiagnosegeräts 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 3-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 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 11a, 11b 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 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 ein Leistungsspektrum berechnet.
-
Von
dem DSC 8 werden die von dem A/D-Wandler 5 der
B-Mode-Bilderzeugungseinheit 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-Bilderzeugungseinheit
und analysierte Signale von dem Frequenzanalysator 7 empfangen
und als 3-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 11a, 11b 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 11a als
ein Nähern
des sich bewegenden Körpers
kennzeichnende Dopplersignale und die negativen Frequenzkomponenten
von dem anderen Lautsprecher 11b als ein Wegbewegen des
sich bewegenden Körpers
kennzeichnende Dopplersignale ausgegeben. Der Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 und
die beiden Lautsprecher 11a, 11b 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-Dopplerdiagnosegerät 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-Steuervorrichtung 12 zwischen den
Doppler-Detektionseinheiten 6a, 6b und dem Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 des
Audiosignal-Ausgabesystem
angeordnet. Die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 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 2 ist der innere
Aufbau der Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 im einzelnen
dargestellt. Wie aus 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 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 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-Korrekturvorrichtung
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 konjugiertkomplexen 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 Δθ 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 1 gezeigten
Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 ausgegeben.
-
Der
Betrieb der derart aufgebauten Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 wird
im folgenden mit Bezugnahme auf 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-Erzeugungsreihenfolge
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 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 5 Signalwellenformen
erläutert,
wie sie im Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform
nach 2 auftreten. 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. 5(a) zeigt die Eingangswellenformen der
komplexen Signale, welche über
die in 2 gezeigten Eingangsanschlüsse 19a, 19b in
die Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 eingegeben
werden. 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 Übergangsstelle
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. 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 6 ist
ein Schaubild dargestellt, welches in einer von einer Realteilachse
und einer Imaginärteilachse
festgelegten Ebene die durch den Betrieb der Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform
nach 2 erzielte Interpolation von komplexen Dopplersignalen erläutert. In 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 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 Δθnt vor. Eine Folge von nacheinander
interpolierten Daten in der Periode B1 wird erzeugt, indem die durch
das Erzeugen der komplexkonjugierten Signale gewonnenen Daten aufeinanderfolgend dem
Phasendrehungsverfahren mit dem Drehwinkel Δθnt 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 6 angeordnet,
und die Zeit wird rückwärts laufen
gelassen, so daß die geometrischen
Positionen der Dopplersignale glatt aneinander angeschlossen werden
können.
-
Bezugnehmend
auf 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 Δθr kann jedoch die Phasendifferenz
beseitigt und die Amplitudendifferenz minimiert werden. Gemäß der Ausführungsform nach 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 Echtzeit ausgeführt.
-
In 7 ist
ein Blockschaubild dargestellt, welches einen anderen inneren Aufbau
der in 1 gezeigten Komplexes-Dopplersignal-Steuervorrichtung 12 zeigt.
Im Gegensatz zu der in 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 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 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 3-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 konjugiertkomplexer
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 1 gezeigten Vorwärts/Rückwärts-Separator 10 zugeführt.
-
In 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-Steuervorrichtung 12 gemäß der Ausführungsform
nach 7 erläutert.
In 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 7 gezeigten
Gewichtungs/Additions-Vorrichtung 37a bis 37d, 38, 39a und 39b erreicht,
wobei die in 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 8 ersichtlich ist, werden jedoch
glatt miteinander verbundene, interpolierte Signale erzielt, welche
nahezu keine Amplituden- oder
Phasendifferenz aufweisen.