DE19843219B4 - Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Bündelformung mit räumlich codierten Sendungen - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Bündelformung mit räumlich codierten Sendungen Download PDF

Info

Publication number
DE19843219B4
DE19843219B4 DE19843219A DE19843219A DE19843219B4 DE 19843219 B4 DE19843219 B4 DE 19843219B4 DE 19843219 A DE19843219 A DE 19843219A DE 19843219 A DE19843219 A DE 19843219A DE 19843219 B4 DE19843219 B4 DE 19843219B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transducer elements
transducer
signals
data set
code
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19843219A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19843219A1 (de
Inventor
Lewis Jones Thomas Iii
Richard Yung Chiao
Seth David Silverstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE19843219A1 publication Critical patent/DE19843219A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19843219B4 publication Critical patent/DE19843219B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8959—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using coded signals for correlation purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
    • G01S7/52023—Details of receivers
    • G01S7/52034—Data rate converters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Einrichtung zum bildlichen Darstellen von Ultraschall-Streuteilen, enthaltend:
ein Ultraschall-Wandlerarray (10) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall-Streuteilen reflektiert werden, wobei das Wandlerarray (10) eine Vielzahl von Wandlerelementen (12) aufweist,
Pulser/Empfängereinrichtungen (14), die mit dem Wandlerarray (10) verbunden sind, zum Pulsen von M Wandlerelementen (12) der Vielzahl von Wandlerelementen (12) für M Sendeereignisse mit Signalen, die räumlich codiert sind mit einem umkehrbaren Code, der von einer umkehrbaren Codiermatrix geliefert ist, und zum Empfangen von Signalen von N Wandlerelementen der Vielzahl als Antwort auf Ultraschallechos, die jedem der M Sendeereignisse folgen,
Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (18), die mit den Pulser/Empfängereinrichtungen (14) verbunden sind, zum Wandeln von jedem der empfangenen Signale in ein entsprechendes digitales Signal,
eine Einrichtung (22) zum Decodieren der M × N Digitalsignale durch Verwenden der Umkehrung der Codiermatrix, um einen decodierten Datensatz zu bilden und aus dem decodierten Datensatz einen bündelgeformten Datensatz zu...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf digitale Ultraschall-Bildgebungssysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Einrichtungen zum Vergrößern der scheinbaren akustischen Bildfrequenz der Ultraschallbilder.
  • Übliche medizinische Ultraschall-Bildgebungssysteme enthalten ein Array bzw. eine Matrix von Ultraschall-Wandlerelementen, die benutzt werden, um ein Ultraschallbündel auszusenden und sodann das von dem untersuchten Objekt, z. B. einem anatomischen Bereich, reflektierte Bündel zu empfangen. Ein solcher Scan- bzw. Abtastvorgang enthält eine Reihe von Messungen, bei denen die gerichtete Ultraschallwelle gesendet wird, wobei das System nach einem kurzen Zeitintervall in den Empfangsmodus schaltet und die reflektierte Ultraschallwelle empfangen und gespeichert wird. Üblicherweise werden das Senden und Empfangen in derselben Richtung während jeder Messung gesteuert bzw. gelenkt, um Daten aus einer Folge von Punkten entlang einer akustischen Bündel- oder Abtastlinie zu gewinnen. Der Empfänger wird dynamisch auf eine Aufeinanderfolge von Entfernungen entlang der Abtastlinie fokussiert, während die reflektierten Ultraschallwellen empfangen werden.
  • Für eine Ultraschall-Bildgebung weist das Array üblicherweise viele Wandlerelemente auf, die in einer oder mehreren Reihen bzw. Linien angeordnet sind und mit getrennten Spannungen betrieben werden. Durch Auswählen der Zeitverzögerung (oder Phase) sowie der Amplitude der angelegten Spannungen können die einzelnen Wandlerelemente in einer vorgegebenen Reihe derart gesteuert werden, daß sie Ultraschallwellen erzeugen, welche sich zur Bildung einer resultierenden Ultraschallwelle zusammenfügen, die entlang einer bevorzugten Vektorrichtung wandert und an einem ausgewählten Punkt im Strahlverlauf fokussiert wird. Die bündelformenden Parameter von jeder Aktivierung (Firing) können variiert werden, um für eine Änderung in der maximalen Fokussierung zu sorgen oder auf andere Weise den Inhalt der empfangenen Daten für jede Aktivierung zu ändern, z. B. durch Senden aufeinanderfolgender Bündel entlang der gleichen Abtastlinie, wobei der Brenn- bzw. Fokalpunkt von jedem Bündel relativ zu dem Fokalpunkt des vorhergehenden Bündels verschoben wird. Durch eine Änderung der Zeitverzögerung und der komplexen Amplitude der angelegten Spannungen kann das Bündel mit seinem Brennpunkt in einer Ebene bewegt werden, um das Objekt abzutasten.
  • Dieselben Grundsätze gelten, wenn die Wandlersonde verwendet wird, um den reflektierten Strahl in einem Empfangsmodus zu empfangen. Die an den empfangenden Wandlerelementen erzeugten Spannungen werden derart aufsummiert, daß das resultierende Signal ein Maß für den von einem einzelnen Brennpunkt in dem Objekt reflektierten Ultraschall ist. Wie beim Sendemodus wird dieser fokussierte Empfang von Ultraschallenergie erreicht, indem man dem Signal von jedem empfangenden Wandlerelement eine getrennte Zeitverzögerung (und/oder Phasenverschiebung) und Verstärkung zuteilt. Die Ausgangskanäle der Bündelformerkanäle werden dann kohärent aufsummiert, um einen entsprechenden Pixel-Intensitätswert für jedes Sample- bzw. Abtastvolumen in dem Objekt oder in dem interessierenden Volumen zu bilden. Diese Pixel-Intensitätswerte werden logarithmisch komprimiert, einer Abtastumsetzung unterworfen und dann als ein Bild von dem gerade abgetasteten anatomischen Bereich bildlich dargestellt.
  • Die Bildrate bzw. Bildfrequenz (Frame Rate) von medizinischen Ultraschall-Bildgebungssystemen wird durch die Anzahl von Sendeereignissen bestimmt, die pro Rahmen bzw. Bild (Frame) erforderlich sind. In üblichen Ultraschall-Bildgebungssystemen ist ein Sendeereignis ein fokussiertes Bündel, das in einer bestimmten Richtung oder an einer bestimmten Fokalposition gesendet wird. Beispielsweise besteht in einem üblichen Ultraschallarray, bei dem die Sendeöffnung(-apertur) über das Array verschoben wird, jede Sendeöffnung aus M Sendeelementen, die parallel aktiviert bzw. gezündet werden, um ein fokussiertes Sendebündel zu bilden. Das Sendebündel wird über das Sichtfeld hinweg über K Sendeereignisse abgetastet, um ein einzelnes Bild (Frame) zu generieren. An den Rändern des Arrays kann die Sendeapertur weniger als M Sendeelemente aufweisen. Die Empfangsapertur besteht aus N Elementen, die an der Mitte von der Sendeapertur zentriert sind. Die Anzahl von Empfangselementen N wird durch die angegebene Empfangszahl f und Bildtiefe bestimmt.
  • Eine hohe Bildfrequenz aufweisende Systeme sind wünschenswert für die derzeitige zweidimensionale (2D) Bildgebung und notwendig für die zukünftige dreidimensionale (3D) Bildgebung in Echtzeit. Die Bildfrequenz kann verbessert werden, indem die Anzahl von Sendeereignissen pro Bild verkleinert wird. Dies ist üblicherweise gemacht worden mit einer proportionalen Verkleinerung in der Anzahl der Sendeelemente, die in jedem Sendeereignis verwendet werden, was ein sehr schlechtes Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) zur Folge hat.
  • US 5 014 712 A offenbart eine Einrichtung zur Ultraschallbildgebung mit einem Wandlerarray mit Sende- und Empfangseinrichtungen. Das Array wird mit einer Anzahl aufeinander folgender codierter Signalfolgen angesteuert.
  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Einrichtung zum signifikanten Vergrößern der Bildrate bzw. Bildfrequenz bei der medizinischen Ultraschall-Bildgebung, indem die Anzahl von Sendeereignissen pro Bild verkleinert wird. Genauer gesagt, wird eine medizinische Ultraschall-Bildgebung mit großer Bildfrequenz mit einem verbesserten Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) ausgeführt, indem räumlich kodierte Sendeereignisse verwendet werden. Der vollständige Satz von streuenden Daten fängt den zeitlichen Ablauf der Ultraschallpulse ein, die von einem einzelnen Wandlerelement des phasengesteuerten Arrays gesendet werden, wie beispielsweise dem m-ten Sendeelement, durch das Medium gestreut und anschließend an dem n-ten Empfängerelement empfangen werden, und zwar für alle M Sendeelemente und N Empfängerelemente. Die m → n elementaren streuenden Daten werden extrahiert, während sie gleichzeitig von allen sendenden Elementen gesendet werden. Die einzelnen m → n elementaren Daten können zurückgewonnen werden, wenn die Sendesignale räumlich codiert sind mit einem umstellbaren Code, vorzugsweise einem orthogonalen Phasencode, wie beispielsweise einem Hadamard-Code.
  • In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden M Sätze von codierten Signalen gesendet, einer nach dem anderen, von M sendenden Elementen eines Wandlerarrays. Für jede Sendung werden alle M Sendeelemente gleichzeitig aktiviert gemäß der Codierung von einem bestimmten Satz. Die entstehenden streuenden Daten werden für jedes der M Sendeereignisse gespeichert. Die gespeicherten streuenden Daten werden anschließend decodiert mit der Umkehrung bzw. dem Inversen der codierenden Matrix, um einzelne elementare Information zu erhalten.
  • Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 ist eine schematische Darstellung von einem Wandlerarray mit einer sich verschiebenden Öffnung bzw. Apertur, die aus M Sendeelementen gebildet ist, wobei jede Apertur ein fokussiertes Bündel gemäß der üblichen Ultraschall-Datengewinnung sendet.
  • 2 ist ein Blockdiagramm und zeigt ein digitales Ultraschall-Bildgebungssystem gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der Bahnen der Sendung und Streuung für eine Ultraschallwelle, die durch das m-te Sendeelement gesendet, durch eine streuende Stelle, die an einer Position p angeordnet ist, gestreut und durch das n-te Empfangselement empfangen wird.
  • 4A–4D sind schematische Darstellungen der codierten Pulsierung für die ersten bis vierten Sendeereignisse, bei denen die Codierung den vier Spalten von einer 4×4-Hadamard-Matrix entspricht.
  • Bei der üblichen Ultraschall-Bildgebungstechnik, die in 1 gezeigt ist, werden K Sendeereignisse aufeinanderfolgend von einem Array bzw. einer Matrix 10 von Wandlerelementen 12 aktiviert bzw. gezündet, wobei entsprechende Sende- und Empfangsaperturen verwendet werden, die für jede Aktivierung über das Array verschoben werden. Für M Sendeelemente (schraffiert gezeigt) in der Sendeapertur und N Empfangselemente in der Empfangsapertur wird das Bündel geformt, indem für jedes Sendeereignis über N empfangene Signale summiert wird, wobei die empfangene Signalamplitude MS0 ist und S0 die empfangene Signalamplitude an jedem empfangenden Element ist, und die Rausch-Standardabweichung ist σ. In diesem Fall beträgt das Signal/Rausch-Verhältnis SNR: SNR = N1/2M(S0/σ).
  • Für K Sendeereignisse, die aufeinanderfolgend gezündet bzw. aktiviert werden und die jeweils ein einzelnes Sendeelement verwenden, kann gezeigt werden, daß das Signal/Rausch-Verhältnis SNR sich durch einen Faktor von M/K1/2 von dem üblichen Fall unterscheidet, der groß ist für kleine K. Genauer gesagt, wird für M Sendeelemente, K = M Sendeereignisse und N Empfangselemente das Bündel durch Aufsummieren über den gesamten M×N-Datensatz gebildet, wobei die empfangene Signalamplitude S0 ist und die Rausch-Standardabweichung σ ist. In diesem Fall beträgt das Signal/Rausch-Verhältnis SNR: SNR = (MN)1/2(S0/σ).
  • In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden von M sendenden Elementen von einem Wandlerarray M Sätze von codierten Signalen gesendet, und zwar einer nach dem anderen. Für jede Sendung werden alle M sendenden Elemente gleichzeitig gemäß der Codierung in einer entsprechenden Spalte von einer umkehrbaren Codiermatrix codiert. Die entstehenden streuenden Daten werden anschließend decodiert mit der Umkehrung bzw. dem Inversen der Codiermatrix, um einen vollständigen Satz von streuenden Daten zu erhalten, die den zeitlichen Ablauf der Ultraschallpulse darstellen, die von dem m-ten Sendeelement gesendet, durch das Medium gestreut und anschließend an dem n-ten Empfängerelement empfangen werden, und zwar für alle M Sender und N Empfänger.
  • Für jedes Sendeereignis ist die Anzahl codierter Sendeelemente gleich M und die Anzahl der Empfangselemente ist gleich N, wobei die Anzahl der Sendeereignisse K = M ist. Nach dem Decodieren ist die empfangene Signalamplitude MS0 und die Rausch-Standardabweichung ist gleich M1/2σ. Die Bündelformung wird nach dem Decodieren ausgeführt, indem über dem vollständigen M×N-Datensatz summiert wird. Das entstehende Signal/Rausch-Verhältnis SNR beträgt: SNR = MN1/2(S0/σ).
  • Somit vergrößert das räumliche Codierungsverfahren gemäß der Erfindung das Signal/Rausch-Verhältnis für das Sammeln der vollständigen streuenden Daten um 10 log(M) Dezibel relativ zu dem Signal/Rausch-Verhältnis, das erhalten werden wurde, wenn die Daten unter Verwendung von Sendungen von einem einzelnen Element zur Zeit für die gleiche Anzahl von Sendeereignissen gemessen wird.
  • In 2 ist die Ultraschall-Bildgebungseinrichtung gemäß der Erfindung gezeigt, die ein Wandlerarray bzw. eine -matrix 10 aufweist, das aus mehreren getrennt getriebenen bzw. angesteuerten Wandlerelementen 12a–12n gebildet ist, die jeweils einen Stoß von Ultraschallenergie erzeugen, wenn sie durch eine gepulste Kurve angeregt werden, die durch einen entsprechenden Pulser/Empfänger 14 erzeugt wird. Die Ultraschallenergie, die von dem zu untersuchenden Objekt zurück zum Wandlerarray 10 reflektiert wird, wird durch jedes empfangende Wandlerelement in ein elektrisches Signal umgewandelt und getrennt an einen entsprechenden Pulser/Empfänger 14 anqelegt. Die Pulser/Empfänger 14 arbeiten unter Steuerung von einer digitalen Steuereinrichtung 16, die auf Befehle von einem menschlichen Operator ansprechen.
  • Unter der Annahme, daß M Sendeelemente in einem Array von L Wandlerelementen vorhanden ist, wobei L ≥ M Wandlerelemente ist, werden die M Elemente gleichzeitig aktiviert, um während jeweils eines der K = M Sendeereignisse unfokussierte Ultraschallwellen zu senden. Für jedes Sendeereignis wird ein anderer M-Element-Codevektor durch die Steuerung 16 an die Pulser/Empfänger angelegt, um die Sendeelemente anzusteuern. Die M M-Element-Codevektoren bilden die Spalten von einer M×M-Matrix Q, die umkehrbar ist. Die Matrix Q–1 hat Spalten q1, q2, ... qM.
  • Für jedes Sendeereignis m, m = 1, 2, ... M, wird das rückgestreute Signal Rmn(t), n = 1, 2, ... N, durch einen Satz von N Empfangselementen in elektrische Signale gewandelt. Diese elektrischen Signale werden durch die entsprechenden Pulser/Empfänger 14 verstärkt und zu entsprechenden Analog/Digital-Umsetzern 18 gesendet (siehe 2). Für jedes Sendeereignis werden die digitalisierten Signale in einem Arbeitsspeicher (RAM) 20 unter Steuerung der Steuereinrichtung 16 gespeichert. Nach Abschluß der K Sendeereignisse, die einem einzelnen Bild (image frame) entsprechen, werden die im RAM 20 gespeicherten Daten abgerufen und dann durch einen digitalen Signalprozessor 22 in einen anderen Datensatz Dmn(t) transformiert, d. h. decodiert. Der digitale Signalprozessor 22 führt auch eine Bündelformung an den decodierten Bilddaten aus. Die decodierten und bündelgeformten Bilddaten werden dann auf einem Video-Monitor 24 als ein einzelnes Bild (image frame) dargestellt. Dieser Prozeß wird wiederholt, um eine Folge von Bildern zu erzeugen, wenn das Wandlerarray den interessierenden Bereich oder das Volumen abtastet.
  • Der Datensatz Dmn(t) wird nach der folgenden Formel transformiert:
    Figure 00080001
  • Diese Transformation decodiert den Satz von K Sendeereignissen, die jeweils auf einer Gruppe von M = K Elementen übertragen worden sind, um einen Datensatz zu erhalten, bei dem die Sendeelemente getrennt sind, d. h. Dmn(t) entspricht dem Signal, das am Empfangselement n vom Sendeelement m empfangen worden ist.
  • Der decodierte Datensatz Dmn(t) kann bündelgeformt werden, um ein konfokales Bild zu erzeugen. Die decodierten Daten werden für jede Position p, die in 3 gezeigt ist, bündelgeformt gemäß der Gleichung:
    Figure 00090001
    wobei τmp die Zeit für den gesendeten Puls ist, um sich von dem m-ten Sendeelement zur Position p auszubreiten; τpn die Zeit für den gestreuten Puls ist, um sich von der Position p zu dem n-ten Empfangselement auszubreiten; und amn die Apodisierungsfunktion für das m-te Sendeelement und das n-te Empfangselement ist.
  • Der decodierte Datensatz enthält die gleiche Information (vollständige Daten) wie die, die durch aufeinanderfolgendes Senden an jedem der M Sendeelemente erhalten wird, während an allen N Empfangselementen für jedes Sendeereignis empfangen wird, außer sie hat einen Gewinn von 10 log(M) Dezibel im Signal/Rausch-Verhältnis SNR.
  • Es kann zwar jede umkehrbare Matrix als die Codiermatrix verwendet werden, aber es gibt signifikante Vorteile, wenn die Hadamard-Matrix als die Codiermatrix gewählt wird. Die Elemente der Hadamard-Matrix sind entweder +1 oder –1, was auf einfache Weise als Phaseninversion in der Sendeelektronik implementiert werden kann. Die Umkehr von einer symmetrischen Hadamard-Matrix ist einfach die skalierte Version von sich selbst QN –1 = (1/N)Q. Im allgemeinen beinhaltet der Decodierprozeß die M(M – 1) Operationen (Additionen und Multiplikationen) an den empfangenen Datensätzen. Bei der Hadamard-Codierung kann jedoch die Codierung in M log2M Operationen (nur Additionen) ausgeführt werden. Hadamard-Matrizen können durch die folgende Rekursion generiert werden:
    Figure 00090002
    wobei M = 2, 4, 8, 16, ....
  • Ein vereinfachtes Beispiel unter Verwendung der Hadamard-Matrix für den Fall M = 4 ist in den 4A–4D gezeigt, das das codierte Pulsieren für vier Sendeelemente in einem Array für jedes von vier aufeinanderfolgenden Sendeereignissen zeigt. Die +1- und –1-Elemente der Hadamard-Matrix werden in Pulse entgegengesetzter Polarität durch die Pulser/Empfänger (in 4A–4D nicht gezeigt) transformiert und sind mit entweder P(t) oder –P(t) bezeichnet. Genauer gesagt, werden die Sendeelemente 12a–12d getrieben bzw. angesteuert unter Verwendung der folgenden Hadamard-Code-Vektoren: [+1+1+1+1] für das erste Sendeereignis (siehe 4A); [+1–1+1–1] für das zweite Sendeereignis (siehe 4B); [+1+1–1–1] für das dritte Sendeereignis (siehe 4C); und [+1–1–1+1] für das vierte Sendeereignis (siehe 4D). Die Decodierung, um den äquivalenten Datensatz zu erzeugen, wobei nur das erste Sendeelement aktiviert wird, besteht aus dem Addieren von allen vier empfangenen Datensätzen zusammen und dem Dividieren durch 4. Das Decodieren, um den äquivalenten Datensatz zu erzeugen, wobei nur das zweite Sendeelement aktiviert wird, besteht aus dem Addieren der ersten und dritten empfangenen Datensätze, dem Subtrahieren der übrigen empfangenen Datensätze von der Summe und dem Dividieren durch 4. Das Decodieren, um den äquivalenten Datensatz zu erzeugen, wobei nur das dritte Sendeelement aktiviert wird, besteht aus dem Addieren der ersten und zweiten empfangenen Datensätze, dem Subtrahieren der übrigen empfangenen Datensätze von der Summe und dem Dividieren durch 4. Schließlich besteht die Decodierung, um den äquivalenten Datensatz zu erzeugen, bei dem nur das vierte Sendeelement aktiviert wird, aus dem Addieren der ersten und vierten empfangenen Datensätze, dem Subtrahieren der übrigen empfangenen Datensätze von der Summe und dem Dividieren durch 4.
  • Das räumliche Codierungsverfahren ermöglicht auch, daß mehrere andere bekannte Verfahren des SNR-Gewinns verwendet werden können. Da erstens die Ultraschall-Nettowelle, die durch das Wandlerarray erzeugt wird, unfokussiert ist, tritt die Spitzenamplitude nahe der Oberfläche von dem Wandlerarray auf und ist viel schwächer als die Spitze von einer fokussierten gesendeten Welle. Deshalb kann die gesendete Druckamplitude signifikant vergrößert werden und genügt trotzdem Ausführungsgrenzen, wenn dieses räumliche Codierschema verwendet wird. Zweitens kann jedes einzelne Sendeelement durch eine Gruppe von Elementen ersetzt werden, deren Ausgangssignale so verzögert werden, daß die zusammengesetzte Quelle eine Punktquelle mit höherer Ausgangssignalamplitude emuliert. Wenn beispielsweise die Gruppe drei Elemente hat, kann eine Punktquelle emuliert werden, indem das mittlere Element zuerst aktiviert wird und dann die zwei Elemente auf jeder Seite mit einer bestimmten Verzögerung aktiviert werden, wodurch eine divergente Welle erzeugt wird, die eine Punktquelle emuliert, die hinter der Wandleroberfläche angeordnet ist. Schließlich kann eine sehr große Bildfrequenz von der sehr kleinen Anzahl von Sendeereignissen als Kompromiss für SNR durch Video-Integration erhalten werden, d. h. durch inkohärentes Summieren der Größen bzw. Amplituden.
  • Die Anzahl von Sendeereignissen oder, äquivalent ausgedrückt, die Anzahl von Sendeelementen, ist stark eingeschränkt durch die Kohärenz der empfangenen Daten bei Bewegung. Die empfangenen Daten müssen ausreichend kohärent sein, um ein selektives Fokussieren in einem gewählten Bereich zu gestatten. Ein Zeitfehler, der nicht größer als λ/16 ist, wurde für diesen Zweck als akzeptabel befunden.

Claims (16)

  1. Einrichtung zum bildlichen Darstellen von Ultraschall-Streuteilen, enthaltend: ein Ultraschall-Wandlerarray (10) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall-Streuteilen reflektiert werden, wobei das Wandlerarray (10) eine Vielzahl von Wandlerelementen (12) aufweist, Pulser/Empfängereinrichtungen (14), die mit dem Wandlerarray (10) verbunden sind, zum Pulsen von M Wandlerelementen (12) der Vielzahl von Wandlerelementen (12) für M Sendeereignisse mit Signalen, die räumlich codiert sind mit einem umkehrbaren Code, der von einer umkehrbaren Codiermatrix geliefert ist, und zum Empfangen von Signalen von N Wandlerelementen der Vielzahl als Antwort auf Ultraschallechos, die jedem der M Sendeereignisse folgen, Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (18), die mit den Pulser/Empfängereinrichtungen (14) verbunden sind, zum Wandeln von jedem der empfangenen Signale in ein entsprechendes digitales Signal, eine Einrichtung (22) zum Decodieren der M × N Digitalsignale durch Verwenden der Umkehrung der Codiermatrix, um einen decodierten Datensatz zu bilden und aus dem decodierten Datensatz einen bündelgeformten Datensatz zu formen, und einen Display-Monitor (24) zum Darstellen eines Bildes, das eine Funktion des bündelgeformten Datensatzes ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der umkehrbare Code einen Orthogonalphasencode aufweist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, wobei der Orthogonalphasencode einen Hadamard-Code aufweist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Decodieren von M × N Digitalsignalen und zum Formen eines bündelgeformten Datensatzes einen digitalen Signalprozessor (22) aufweist.
  5. Einrichtung zum bildlichen Darstellen von Ultraschall-Streuteilen, enthaltend: ein Ultraschall-Wandlerarray (10) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall-Streuteilen reflektiert werden, wobei das Wandlerarray (10) eine Vielzahl von Wandlerelementen (12) aufweist, Pulser/Empfängereinrichtungen (14), die mit dem Wandlerarray (10) verbunden sind, zum Pulsen von M Wandlerelementen (12) der Vielzahl von Wandlerelementen (12) für M Sendeereignisse mit Signalen, die räumlich codiert sind mit einem umkehrbaren Code gemäß einer umkehrbaren Codiermatrix derart, daß die räumlich codierten Signale für die Wandlerelemente in dem gleichen Satz verzögert werden zur Bildung einer zusammengesetzten Quelle, die eine Punktquelle emuliert, wobei die Pulser/Empfängereinrichtungen (14) Signale von N Wandlerelementen der Vielzahl empfangen können, die jedem der M Sendeereignisse folgen, Analog/Digital-Wandlereinrichtungen (18), die mit den Pulser/Empfängereinrichtungen (14) verbunden sind, zum Wandeln von jedem der empfangenen Signale in ein entsprechendes digitales Signal, eine Einrichtung (22) zum Decodieren der M × N Digitalsignale durch Verwenden der Umkehrung der Codiermatrix, um einen decodierten Datensatz zu bilden und aus dem decodierten Datensatz einen bündelgeformten Datensatz zu formen, und eine Einrichtung (24) zum Darstellen eines Bildes, das eine Funktion des bündelgeformten Datensatzes ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der umkehrbare Code einen Orthogonalphasencode aufweist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der Orthogonalphasencode einen Hadamard-Code aufweist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Decodieren von M × N Digitalsignalen und zum Formen eines bündelgeformten Datensatzes einen digitalen Signalprozessor (22) aufweist.
  9. Verfahren zum Gewinnen von streuenden Ultraschalldaten, wobei eine Vielzahl von M Gruppen von Wandlerelementen verwendet wird, die in einem Wandlerarray gebildet sind, enthaltend die Schritte: gleichzeitiges Treiben von M Wandlerelementen des Wandlerarrays, wobei Sendepulse verwendet werden, die mit einem umkehrbaren Code räumlich codiert sind, der gemäß einer Spalte von einer M×M-Codiermatrix abgeleitet ist, wobei der Treiberschritt einmal für jede Spalte der M×M-Codiermatrix in aufeinanderfolgenden Sendeereignissen ausgeführt wird, Empfangen von Signalen von N Wandlerelementen der Vielzahl nach jedem der M Sendeereignisse, Umsetzung von jedem der empfangenen Signale in ein entsprechendes digitales Signal, Decodieren von M × N Digitalsignalen, indem die Umkehrung der Codiermatrix verwendet wird, um einen decodierten Datensatz zu erzeugen, und Bilden eines bündelgeformten Datensatzes aus dem decodierten Datensatz.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der umkehrbare Code einen Orthogonalphasencode aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Orthogonalphasencode einen Hadamard-Code aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Treiberschritt dadurch ausgeführt wird, daß jedes der M Wandlerelemente mit entweder einer vorbestimmten Pulskurvenform oder der Phaseninversion der vorbestimmten Pulskurvenform gemäß Werten getrieben wird, die. von der Codiermatrix erhalten werden.
  13. Verfahren zum Gewinnen von streuenden Ultraschalldaten, wobei eine Vielzahl von M Gruppen von Wandlerelementen verwendet wird, die in einem Wandlerarray gebildet sind, wobei jede Gruppe erste und zweite benachbarte Wandlerelemente aufweist, enthaltend die Schritte: gleichzeitiges Treiben von dem ersten Wandlerelement von jeder Vielzahl der M Gruppen von Wandlerelementen in dem Wandlerarray, wobei Sendepulse verwendet werden, die mit einem umkehrbaren Code räumlich codiert sind, der gemäß einer entsprechenden Spalte von einer M×M-Codiermatrix abgeleitet ist, wobei der Treiberschritt einmal für jede Spalte der M×M-Codiermatrix in einem ersten Satz von aufeinanderfolgenden Sendeereignissen ausgeführt wird, gleichzeitiges Treiben des zweiten Wandlerelementes von jedem aus der Vielzahl von M Gruppen von Wandlerelementen von dem Wandlerarray, wobei Sendepulse verwendet werden, die mit dem umkehrbaren Code räumlich codiert werden, der gemäß der entsprechenden Spalte der M×M-Codiermatrix abgeleitet ist, wobei die zweiten Wandlerelemente einmal für jede Spalte der M×M-Codiermatrix in einem zweiten Satz von aufeinanderfolgenden Sendeereignissen abgeleitet wird, wobei das Sendeereignis von dem zweiten Satz, der einer bestimmten Matrixspalte entspricht, relativ zu dem Sendeereignis des ersten Satzes verzögert wird, der der bestimmten Matrixspalte entspricht, so daß die ersten und zweiten Wandlerelemente von jeder Gruppe eine Punktquelle emulieren, Empfangen von Signalen von N Wandlerelementen der Vielzahl nach jedem der M Sendeereignisse, Umsetzung von jedem der empfangenen Signale in ein entsprechendes digitales Signal, Decodieren von M × N Digitalsignalen, indem die Umkehrung der Codiermatrix verwendet wird, um einen decodierten Datensatz zu erzeugen, und Bilden eines bündelgeformten Datensatzes aus dem decodierten Datensatz.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der umkehrbare Code einen Orthogonalphasencode aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Orthogonalphasencode einen Hadamard-Code aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Treibens der ersten Wandlerelemente und zweiten Wandlerelemente mit entweder einer vorbestimmten Pulskurvenform oder der Phaseninversion der vorbestimmten Pulskurvenform gemäß Werten, die von der Codiermatrix geliefert werden, ausgeführt wird.
DE19843219A 1997-10-01 1998-09-22 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Bündelformung mit räumlich codierten Sendungen Expired - Fee Related DE19843219B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/943081 1997-10-01
US08/943,081 US5851187A (en) 1997-10-01 1997-10-01 Method and apparatus for ultrasonic beamforming with spatially encoded transmits

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19843219A1 DE19843219A1 (de) 1999-04-08
DE19843219B4 true DE19843219B4 (de) 2009-10-22

Family

ID=25479073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19843219A Expired - Fee Related DE19843219B4 (de) 1997-10-01 1998-09-22 Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Bündelformung mit räumlich codierten Sendungen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5851187A (de)
JP (1) JP4251382B2 (de)
DE (1) DE19843219B4 (de)
IL (1) IL126252A0 (de)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6009046A (en) * 1995-03-02 1999-12-28 Acuson Corporation Ultrasonic harmonic imaging system and method
US6108572A (en) * 1998-03-31 2000-08-22 General Electric Company Method and apparatus for harmonic imaging using multiple focal zones
US6724741B1 (en) 1998-06-29 2004-04-20 L-3 Communications Corporation PN code selection for synchronous CDMA
US6091760A (en) * 1998-06-29 2000-07-18 L-3 Communications Corporation Non-recursively generated orthogonal PN codes for variable rate CDMA
US6213946B1 (en) * 1998-12-24 2001-04-10 Agilent Technologies, Inc. Methods and apparatus for speckle reduction by orthogonal pulse compounding in medical ultrasound imaging
US6241674B1 (en) 1999-03-31 2001-06-05 Acuson Corporation Medical ultrasound diagnostic imaging method and system with nonlinear phase modulation pulse compression
US6213947B1 (en) * 1999-03-31 2001-04-10 Acuson Corporation Medical diagnostic ultrasonic imaging system using coded transmit pulses
US6325759B1 (en) * 1999-09-23 2001-12-04 Ultrasonix Medical Corporation Ultrasound imaging system
US6695778B2 (en) 2002-07-03 2004-02-24 Aitech, Inc. Methods and systems for construction of ultrasound images
ITSV20020052A1 (it) * 2002-10-16 2004-04-17 Esaote Spa Metodo e dispositivo per l'acquisizione di immagini ecografiche
JP4011463B2 (ja) * 2002-11-07 2007-11-21 ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー 超音波診断装置
US8465431B2 (en) * 2005-12-07 2013-06-18 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Multi-dimensional CMUT array with integrated beamformation
US7963919B2 (en) * 2005-12-07 2011-06-21 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Ultrasound imaging transducer array for synthetic aperture
US8345887B1 (en) * 2007-02-23 2013-01-01 Sony Computer Entertainment America Inc. Computationally efficient synthetic reverberation
US8641628B2 (en) * 2007-09-26 2014-02-04 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Aperture synthesis using cMUTs
JP5373308B2 (ja) * 2008-03-31 2013-12-18 富士フイルム株式会社 超音波撮像装置及び超音波撮像方法
DE102008002860A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-03 Ge Inspection Technologies Gmbh Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen mittels Ultraschall
DE102008002859A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-03 Ge Inspection Technologies Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Gegenständen mittels Ultraschall sowie Verwendung von Matrix-Phased-Array-Prüfköpfen
JP5475971B2 (ja) * 2008-08-26 2014-04-16 富士フイルム株式会社 超音波診断装置
US8814797B2 (en) * 2010-06-22 2014-08-26 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Ultrasonic diagnostic device and computer-readable medium
JP6011235B2 (ja) * 2012-10-17 2016-10-19 セイコーエプソン株式会社 超音波測定装置、プローブヘッド、超音波プローブ、電子機器及び超音波診断装置
US9404896B2 (en) * 2012-11-19 2016-08-02 General Electric Company Two-dimensional TR probe array
JP2017099423A (ja) * 2014-02-28 2017-06-08 日立アロカメディカル株式会社 超音波撮像装置
WO2015198824A1 (ja) * 2014-06-26 2015-12-30 日立アロカメディカル株式会社 超音波撮像装置
FR3026493B1 (fr) * 2014-09-26 2021-02-12 Centre Nat Rech Scient Procede et dispositif d'imagerie acoustique.
JP6410944B2 (ja) * 2015-08-06 2018-10-24 株式会社日立製作所 超音波撮像装置および超音波撮像方法
EP3384313B1 (de) * 2015-12-01 2023-07-19 Supersonic Imagine Bildgebungsverfahren, vorrichtung zur implementierung des besagten verfahrens, computerprogramm und computerlesbares speichermedium
WO2018053084A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Mayo Foundation For Medical Education And Research System and method for ultrafast synthetic transmit aperture ultrasound imaging
US11385349B2 (en) 2016-10-21 2022-07-12 Mayo Foundation For Medical Education And Research Delay-encoded harmonic imaging with an ultrasound system
FR3060768B1 (fr) * 2016-12-15 2019-05-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede d'acquisition de signaux par sondage ultrasonore, programme d'ordinateur et dispositif de sondage a ultrasons correspondants
WO2019023422A1 (en) * 2017-07-26 2019-01-31 Mayo Foundation For Medical Education And Research METHODS FOR ULTRASONIC IMAGING WITH CODED MULTIPLE PULSE CONTRAST AUGMENTATION
WO2019213744A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 Dalhousie University Systems and methods of sparse orthogonal diverging wave ultrasound imaging
CN114879862A (zh) * 2022-05-19 2022-08-09 上海交通大学 基于空间散射编码结构化边界的单换能器超声触摸屏

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5014712A (en) * 1989-12-26 1991-05-14 General Electric Company Coded excitation for transmission dynamic focusing of vibratory energy beam

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2772647B2 (ja) * 1988-10-25 1998-07-02 三井造船株式会社 超音波映像装置
JP2809418B2 (ja) * 1989-01-26 1998-10-08 オリンパス光学工業株式会社 超音波診断装置
JP2676014B2 (ja) * 1991-11-29 1997-11-12 三井造船株式会社 超音波映像装置の送波方法
US5329930A (en) * 1993-10-12 1994-07-19 General Electric Company Phased array sector scanner with multiplexed acoustic transducer elements
JPH0844708A (ja) * 1994-07-27 1996-02-16 Fujitsu Ltd 二次元離散コサイン変換演算回路
US5617862A (en) * 1995-05-02 1997-04-08 Acuson Corporation Method and apparatus for beamformer system with variable aperture
JP2914226B2 (ja) * 1995-06-16 1999-06-28 日本電気株式会社 可逆変換を可能にするディジタル信号の変換符号化方式
CA2180051C (en) * 1995-07-07 2005-04-26 Seth David Silverstein Method and apparatus for remotely calibrating a phased array system used for satellite communication
US5572219A (en) * 1995-07-07 1996-11-05 General Electric Company Method and apparatus for remotely calibrating a phased array system used for satellite communication

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5014712A (en) * 1989-12-26 1991-05-14 General Electric Company Coded excitation for transmission dynamic focusing of vibratory energy beam

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11155867A (ja) 1999-06-15
JP4251382B2 (ja) 2009-04-08
IL126252A0 (en) 1999-05-09
US5851187A (en) 1998-12-22
DE19843219A1 (de) 1999-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19843219B4 (de) Verfahren und Einrichtung zur Ultraschall-Bündelformung mit räumlich codierten Sendungen
DE2855888C2 (de) Anlage und Verfahren zur Ultraschall- Abbildung mit verbesserter seitlicher Auflösung
DE19756730B4 (de) Verfahren, Einrichtung und Anwendungen zur Verknüpfung von Sende-Wellenfunktionen zur Gewinnung einer synthetischen Wellenform in einem Ultraschall-Bildgebungssystem
DE10262408B3 (de) Blockschalten bei Ultraschallabbildung
DE69429311T2 (de) Ultraschall-Diagnosegerät
DE2215001C3 (de) Vorrichtung zur Untersuchung innerer Körperorgane mittels Ultraschall
DE60222476T2 (de) Ultraschallwandler
DE69923748T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall- Bilddatenerfassung mit Erhöhung der Bildfrequenz und Bildauflösung
DE60003927T2 (de) Rekursive ultraschallabbildung
DE69120004T2 (de) Verfahren zur Transformation eines Mehrstrahl-Sonarbildes
DE19581711B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtasten mit einstellbarer Frequenz für Ultraschallbilder
DE60133785T2 (de) Verbesserte gewebeerzeugte harmonische Bilddarstellung mit Verwendung von kodierter Anregung
DE4345381C2 (de) Vorrichtung zum Erhöhen der Bildwiederholrate eines Phased-Array-Bildsystems
DE60316584T2 (de) Ultraschallabbildungssystem und verfahren für eine benutzergeführte dreidimensionale volumenscansequenz
DE19912089B4 (de) Verfahren und Einrichtung zur Farbfluß-Bildgebung unter Verwendung von Golay-codierter Anregung beim Senden und Pulskomprimierung beim Empfangen
DE10050366A1 (de) Numerische Optimierung einer Ultraschallstrahlbahn
DE10322157A1 (de) Anzeigevorrichtung für Subtraktionsabbildungsverfahren
DE3805268A1 (de) Ultraschall-diagnosevorrichtung
DE3121513A1 (de) Impulsgesteuerte ultraschallabbildungs-einrichtung und -verfahren
DE10217342A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung medizinischer Ultraschallbilder
DE2823693A1 (de) Lineare wandleranordnung
DE69227353T2 (de) Untersuchungsgerät von Medien mittels Ultraschall-Echographie
DE102005051781A1 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung eines Prüfkörpers mittels Ultraschall
DE2507177A1 (de) Bewegliche ultraschallwandleranordnung
DE60215406T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschallabbildung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150401