DE2060269C3

DE2060269C3 - Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschallgerät für die medizinische Diagnostik

Info

Publication number: DE2060269C3
Application number: DE19702060269
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen Kresse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-08
Filing date: 1970-12-08
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2060269B2; ATA1017371A; AT326264B; DE2060269A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschallgerät für die medizinische Diagnostik mit einem Ultraschall-Sende-Empfangssystem, einem Antrieb zur Verschiebung des Systems relativ zu einem Untersuchungsobjekt in dem Sinne, daß der Ultraschall-Sendestrahl das Untersuchungsobjekt fiächenweise abtastet, einem Verarbeitungsgerät für die aus dem Objekt empfangenen Echoimpulse und mit einer elektronischen Torschaltung zwischen Ultraschall-Empfänger und Verarbeitungsgerät, der zum Erfassen von Echoimpulsen lediglich aus bestimmten Tiefenbereichen des Untersu chungsobjektes ein Zeitglied zur zeitverzögerten, kurzzeitigen Öffnung der Torschaltung für Echoinipulse jeweils nach Aussenden eines Ultraschall-Sendeimpulses zugeordnet ist, wobei das Zeitglied steuerbare Einstellmittel für unterschiedliche, den zu erfassenden Tefenbereichen entsprechende Verzögerungszeiten enthält

Bei bekannten Geräten der genannten Art wird vor Beginn der Abtastung des Untersuchungsobjektes, z. B.

ίο eines Organs im Körperinnern, an der Torschaltung von Hand ein bestimmter Tiefenwert eingestellt so daß die während der Abtastung am Ausgang der Torschaltung anfallenden Echoimpulse alle auf einer zur Abstrahlrichtung des Ultraschallstrahles senkrechten Schnittebene des Untersuchungsobjektes stammen. Durch entsprechende Verarbeitung der aiii Ausgang der Torschaltung anfallenden Echoimpulse (Abbildung der Echoimpulse auf dem Bildschirm einer Oszillographenröhre) lassen sich Informationen über den Verlauf von Grenzschich ten in dieser Schnittebene, ζ. B. die Grenzen von Wucherungen od. dgl., gewinnen. Es ist auch aus der DE-OS 15 66161 ein Steuergerät das insbesondere zwischen einem Ultraschall-Impuls-Echo-Encephalographen und das dazugehörige Aufzeichnungsgerät

2^Γ> eingeschaltet wird, vorbekannt bei dem der Torschaltung, welche nur aus einem wählbaren Tiefenbereich eines Untersutnungsgebietes stammende Echoimpulse an das Aufzeichnungsgerät durchläßt, Mittel zum automatiüchen Nachstellen der Lage des Tiefenberei-

"i ches in Abhängigkeit von der zeitlichen Lage eines Echosignales zugeordnet sind. Damit können nach einer Grobeinstellung des Tiefenbereiches mittels Torschaltung alle nicht von dem Organ stammenden (Stör)-Echos unterdrückt werden, wobei die von der sich bewegenden Grenzfläche innerhalb des Tiefenbereiches stammenden Lchosignale automatisch erfaßt werden.

Für eine Angabe über den räumlichen Verlauf der interessierenden Flächen des Objektes genügt es jedoch nicht, wenn man nur eine Schnittebene des Objektes kennt; es fehlt vielmehr die Information über die Ausdehnung des Objektes senkrecht zu dieser Ebene.

Eine solche Information kann mit einem Gebiet der eingangs genannten Art lediglich dadurch gewonnen werden, daß nach jeder Abtastung ein neuer Tiefenwert

⁴^ an der Torschaltung eingestellt wird, wodurch am Oszillographen-Bildschirm zeitlich nacheinander zueinander parallele Schnittebenen abgebildet werden. Aus den während der Verschiebung der Ebenen beobachteten Änderungen der Konturen der interessierenden

W Flächen kann dann auf die räumliche Form dieser Flächen geschlossen werden.

Nachteilig bei den nach einem derartigen Verfahren arbeitenden Geräten ist einerseits, daß die beobachtete Änderung der einzelnen Flächenkonturen während der

^r>^r> Verschiebung der Ebenen immer nur einen vagen Schluß auf die räumliche Form der zugehörigen Flächen erlaubt. Andererseits wird die Auswertung der erhaltenen Sichtbilder noch dadurch zusätzlich erschwert daß auf dem Bildschirm nicht allein die interessierenden

^b0 Flächenkonturen dargestellt werden, sondern meist eine Vielzahl von Konturen, die ein Herausfinden der interessierenden Kontur erschweren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, welches diese Nachteile nicht aufweist d. h. welches ein genaueres und rascheres Erfassen von Informationen über die Raumform interessierender Fläche des Untersuchungsobjektes gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Tiefenwertprogrammgeber vorhanden ist, der mit einem von mehreren Tiefenwert-Programmspeichern für die Tiefenwerte jeweils in bestimmter Weise geformter Tiefenausschnitte aus dem Unteisuchungsobjekt beschickbar ist und ein Abtastglied zum Abtasten der einzelnen im Programmspeicher gespeicherten Tiefenwerte enthält, und daß der Antrieb für das Ultraschall-Sende-Empfangssystem am Abtastglied und/oder Programmspeicher zur Verschiebung des Abtastgliedes relativ zum Programmspeicher entsprechend der Verschiebung des Ultraschall-Sendestrahls im Untersuchungsobjekt angekoppelt sowie das Abtastglied ausgangsseitig an den Einstellmitteln des Zeitgliedes zur Einstellung der jeweils während der Abtastung des Tiefenwertprogrammspeichers anfallenden Tiefenwerte am Zeitglied als entsprechende Verzögerungszeiten angeschaltet ist

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist erreicht, daß nicht nur Echoimpulse aus Schnittebenen des Untersuchungsobjektes senkrecht zur Abstrahlrichtung des Ultraschallstrahles, sondern auch — je nach dem vorgewählten Programm — aus beliebig geformten Flächen des Objektes empfangen werden können. Somit ist es auch möglich, eine Fläche programmäßig vorzugeben, deren Form der vermuteten Form einer interessierenden Fläche des Untersuchungsobjektes entspricht. Wird diese vorgegebene Fläche dann beispielsweise auf dem Bildschirm einer Oszillographenröhre dargestellt, so kann anhand der Verteilung der einzelnen Leuchtpunkte auf dem Bildschirm und der vorgegebenen (also bekannten) Flächenform eine Aussage über die tatsächliche Form der interessierenden Fläche gemacht werden. Das erfindungsgemäße Gerät erlaubt eine sehr viel genauere und schnellere Angabe über die Form einer Fläche als die bekannten Geräte, weil am Oszillographenschirm bereits das stehende Bild einer Fläche vorliegt. Die Auswertung des Bildes wird auch noch dadurch vereinfacht, daß praktisch nur noch Echoimpulse aus der interessierenden Fläche des Objektes, nicht jedoch c'.hoimpulse aus weiteren, nicht interessierenden Flächen des Untersuchungsobjektes empfangen werden.

Als Programmspeicher kann beispielsweise eine Schablone mit vorgegebener Flächenform (z. B. kugelflächig) verwendet werden. Das Ablesen der einzelnen Tiefenwerte kann (Sann mittels eines Abtasistiftes geschehen, der synchron mit der Ultraschall-Abtastbewegung die Schablone abtastet Läßt man den Stift auf den ohmschen Widerstand des zeitbestimmenden /?C-Gliedes einer Einschaltverzögerungsschaltung einwirken, in der Weise, daß die jeweilige Längsverschiebung des Stiftes in eine äquivalente Widerstandsänderung umgewandelt wird, so ergibt sich dann die Steuerung der Torschaltung im obengenannten Sinne.

Als Programmgeber können weiterhin auch besonders ausgebildete Getriebe verwendet werden, welche unmittelbar in Abhängigkeit von der Ultraschall-Abtastbewegung eine Widerstandsänderung bewirken. Ebenso ist es möglich, das Tiefenwert-Programm in Lochkarten od. dgl. zu speichern und die bei der Abtastung des Programmes anfallenden Signale für eine Widerstandssteuerung zu verwenden.

Von Vorteil ist es ferner, wenn das Tiefenwert-Programm während des Abtastvorganges änderbar ist derart, daß die durch die Gesamtzahl der programmäßig eingestellten Tiefenwerte erfaßte Fläche des Untersuchungsobjektes im wesentlichen mit einer ausgewählten

Fläche, ζ. B. der Oberfläche eines Organs, in Deckung gebracht werden kann. Eine Deckung ist dabei dann erreicht, wenn beispielsweise die Anzahl der Leuchtpunkte auf dem Oszillographen-Bildschirm maximal ist.

Die Änderung eines Programms im Sinne einer Angleichung einer programmäßig erfaßten Fläche an die ausgewählte Fläche kann dabei automatisch erfolgen, z.B. aufgrund von Steuersignalen einer Zähleinrichtung so lange, bis die Gesamtzahl aller bei einer Abtastung anfallenden Echoimpulse ein Maximum erreicht hat

Das erfindungsgemäße Gerät soll ferner eine Einrichtung aufweisen, welche aus den jeweils eingestellten Flächen-Programmen die die zugehörigen Flächen charakterisierenden Flächenparameter ermittelt und zur Anzeige bringt

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert

Nach Fig. 1, welche das Prinzipschaltbild der Erfindung zeigt, strahlt der Ultraschall-Sender eines in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolreflektors 1 angeordneten Ultraschall-Sende-Empfangssystems 2 im Takt der Hochfrequenzimpulse eines Hochfrequenzimpulssenders 3 Ultraschallimpulse in Richtung des Reflektors 1 ab. Das Ultraschall-Sende-Empfangssysterr 2 wird mittels eines Antriebes 4 um die Brennlinie des Reflektors 1 als Drehachse in Rotation versetzt. Mittels eines weiteren Antriebes 5 läßt sich das System 2 außerdem längs der Brennlinie des Reflektors 1 verschieben.

Bei gleichzeitiger Rotation des Systems 2 um die Brennlinie und Verschiebung des Systems 2 längs der Brennlinie sowie aufgrund der Reflexionseigenschaften des Reflektors 1 ergibt es sich, daß der am Reflektor 1 reflektierte Ultraschallimpulsstrahl 5' zueinander parallele Schnittebenen eines Untersuchungsobjektes 6 zeitlich nacheinander zeilenweise abtastet

Die vom System 2 aufgrund der eintreffenden Echoimpulse erzeugten elektrischen Signale werden in einem Empfangsverstärker 7 verstärkt und einer elektronischen Torschaltung 8 zugeführt welche ausgangsseitig mit dem Wehneltzylinder 9 einer Oszillogra phenröhre 10 verbunden ist.

Dem Horizontal-Ablenkplattenpaar 11 der Oszillographenröhre 10 ist ein erster Ablenkgenerator 12 für die horizontale Ablenkung des Elektronenstrahls und dem Vertikal-Ablenkplattenpaar 13 ein zweiter Ablenkgenerator 14 für die vertikale Ablenkung des Elektronenstrahls über den Bildschirm 15 der Röhre 10 zugeordnet Die horizontale Ablenkung des Elektronenstrahls geschieht dabei synchron mit der Drehbewegung des Systems 2 um die Brennlinie und die vertikale Ablenkung des Elektronenstrahls synchron mit der Verschiebung des Systems 2 längs der Brennlinie des Reflektors 1. Jeder auf den Wehneltzylinder 9 der Röhre 10 gelangende Echoimpuls tastet den Elektronenstrahl der Röhre hell.

Die jeweilige öffnung der Torschaltung 8 für Echoimpulse geschieht durch ein zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Aussendung eines Ultraschall-Sendeimpulses erzeugtes Öffnungssignal eines Einschaltverzögerungsgliedes 16.

Der Zeitpunkt des Auftretens eines Öffnungssignales ist dabei für jede einzelne Zeile des Ultraschallstrahles 5' im Untersuchungsobjekt 6 programmäßig festgelegt. Dazu ist ein Programmgeber 17 vorgesehen, in dem die einzelnen Tiefenwerte der Zeilen als Tieienwert-Pro-

gramm gespeichert sind und bei dem die Ablesung des Programms synchron mit der Ultraschall-Abtastbewegung erfolgt Jeder abgelesene Tiefenwert steuert dann das Einschaltverzögerungsglied 16 in der Weise, daß sich Hnc dem Tiefenwert entsprechende Einschaltver- ^r> zögerung ergibt

Die Tiefenwert-Zeit-Umsetzung geschieht im Einschaltverzögerungsglied 16 vorzugsweise durch Änderung der Zeitkonstante RC eines ÄC-GIiedes. Die Änderung dieser Zeitkonstante kann dabei entweder durch Änderung des Widerstandswertes R (Widerstandspotentiometer) oder durch Änderung der Kapazität C (Drehkondensator) des flC-Gliedes oder durch gleichzeitige Änderung sowohl des Widerstandes R als auch der Kapazität C mittels eines vom S3 Programmgeber 17 gesteuerten mechanischen Getriebes erreicht werden.

Der Programmgeber 17 kann beispielsweise aus einer mechanischen Schablone mit vorgebbarer Flächenform bestehen. Die Ablesung der einzelnen Tiefenwerte kann dann synchron mit der Ultraschall-Abtastbewegung mittels eines Abtaststiftes erfolgen, dessen Wegbewegungen mittels des Getriebes in Widerstandswert-Änderungen am ÄC-GIied des Einschaltverzögerungsgliedes 16 umgewandelt werden. Auf diese Weise ist es möglich, beliebige komplexe Flächenformen im Inneren des Untersuchungsobjektes 6 zu erfassen.

Zur Darstellung von zur Einstrahlrichtung des Ultraschallstrahles schrägen oder schiefen Ebenen können als Programmgeber auch zweckmäßig Getriebe verwendet werden, die unmittelbar die Dreh- bzw. Verschiebebewegung des Ultraschall-Sende- Empfangssystems 2 im Reflektor 1 in proportionale Widerstandsänderungen umsetzen.

Die Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich nach F i g. I sowie F i g. 2, welche ein Ausführungsbeispiel des Einschaltverzögerungsgliedes 16 darstellt, wie folgt:

Der Ultraschallstrahl 5' tastet bei gleichzeitiger Inbetriebnahme der Getriebe 4 und 5 (Fig. 1) zeitlich nacheinander zueinander parallele Schnittebenen des Untersuchungsobjektes 6 zeilenweise ab. Die Ablesung des Programmgebers 17 erfolgt synchron mit der Abtastbewegung des Ultraschallstrahles. Jeder abgelesene Tiefenwert bewirkt eine entsprechende Wert-Einstellung am Widerstand R (oder an der Kapazität Coder an beiden gleichzeitig) des Einschaltverzögerungsgliedes 16 nach F ig. 2.

Jeweils vor Auftreten eines Ultraschall-Sendeimpulses ist der Transistor 18 nach F i g. 2 stromdurchlässig und der Kondensator C durch die Spannungsqueüe 19 über den ohmsehen Widerstand R2 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 18 aufgeladen. Der Doppelschalter 20 befindet sich in der gezeichneten Stellung. Die Spannung am Steuerausgang 21 des Einschaltverzögerungsgliedes 16 für die Torschaltung 8 entspricht der über Ki abgefallenen Betriebsspannung der Spannungsquelle 19 bzw. bei endlichem Eingangswiderstand dei nachgeschalteten Torschaltung 8 einem Spannungswert mit entsprechendem Teilerverhältnis. Dadurch wird bewirkt, daß Hie Torschaltung 8 für Echoimpulse gespei rt ist.

Jeweils beim Auftreten eines Ultraschall-Sendeimpulses wird der Doppeischaiter 20 geschlossen. Die Kapazität C entlädt sich über den Widerstand R. Die Basis des Transistors 18 enthält positives Potential und der Transistor wird dadurch gesperrt. Die Spannung am Ausgang 21 des Einschaltverzögerungsgliedes 16 bleibt weiterhin auf obigem Spannungswert, und zwar so lange, bis die Entladung des Kondensators beendigt und der Transistor wieder geöffnet ist. Der mit der Öffnung des Transistors 18 entstehende Spannungssprung am Widerstand R> bewirkt eine kurzzeitige Öffnung der Torschaltung 8 für Echoimpulse.

Die Zeitdauer der Entladung des Kondensators C ist proportional zur Zeitkonstanten R · Cdes Entladekreises des Einschaltverzögerungsgliedes 16. Je nach Größe des Widerstandswertes R oder des Kapazitätswertes C wird demnach das Auftreten des Spannungssprunges am Widerstand R\ und damit die Öffnung der Torschaltung 8 bezüglich des Auftretens eines Ultraschall-Sendeimpulses mehr oder weniger verzögert

Jeder während der kurzzeitigen Öffnung der Torschaltung 8 anfallende Echoimpuls wird als Helligkeitspunkt auf dem Bildschirm 15 der Röhre 10 abgebildet. Die Gesamtheit aller Helligkeitspunkte ergibt das Bild der durch den Programmgeber 17 vorgegebenen Fläche des Untersuchungsobjektes 6.

Die Erfindung Findet verschiedene Anwendungen. Sie ermöglicht einerseits durch Vergleich der Helligkeitspunkt-Verteilung am Bildschirm und den vorgewählten Flächenprogrammen Angaben über die räumliche Form einer interessierenden Fläche des Untersuchungsobjektes. Andererseits besteht auch die Möglichkeit durch mindestens teilweises Angleichen der vorgegebenen Fläche an die interessierende Fläche (Maximum an Helligkeitspunkten ) exakte Messungen, wie z. B. die Bestimmung interner Radien, Tiefenbestimmungen od. dgl, durchzuführen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschallgerät für die medizinische Diagnostik mit einem Ultraschall-Sende-Empfangssystem, einem Antrieb zur Verschiebung des Systems relativ zu einem Untersuchungsobjekt in dem Sinne, daß der Ultraschall-Sendestrahl das Untersuchungsobjekt flächenweise abtastet einem Verarbeitungsgerät für die aus dem Objekt empfangenen Echoimpulse und mit einer elektronischen Torschaltung zwischen Ultraschall-Empfänger und Verarbeitungsgerät der zum Erfassen von Echoimpulsen aus bestimmten Tiefenbereichen des Untersuchungsobjektes ein Zeitglied zur zeitverzögerten, kurzzeitigen öffnung der Torschaltung für Echoimpulse jeweils n£ch Aussendung eines Ultraschall-Sendeimpulses zugeordnet ist wobei das Zeitglied steuerbare Einstellmittel für unterschiedliche, den zu erfassenden Tiefenbereichen entsprechende Verzögerungszeiten enthält dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefenwert-Programmgeber (17) vorhanden ist der mit einem von mehreren Tiefenwert-Programmspeichern für die Tiefenwerte jeweils in bestimmter Weise geformter Tiefenausschnitte aus dem Untersuchungsobjekt (6) beschickbar ist und ein Abtastglied zum Abtasten der einzelnen im Programmspeicher gespeicherten Tiefenwerte enthält und daß der Antrieb (4,5) für das Ultraschall-Sende-Empfangssystem (2) am Abtastglied und/oder Programmspeicher zur Verschiebung des Abtastgliedes relativ zum Programmspeicher entsprechend der Verschiebung des Ultraschall-Sendestrahls (5') im Untersuchungsobjekt angekoppelt sowie das Abtastglied ausgangsseitig an den Einstellmitteln (R, C) des Zeitgliedes (16) zur Einstellung der jeweils während der Abtastung des Tiefenwert-Programmspeichers anfallenden Tiefenwerte am Zeitglied als entsprechende Verzögerungszeiten angeschaltet ist.

2. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefenwert-Programmspeicher Schablonen mit jeweils vorgegebenen Flächenformen sind, die mittels eines Abtaststiftes abgetastet werden.

3. Ultraschallgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Tiefenwert-Programmspeicher Lochkarten od. dgl. verwendet werden.

4. Ultraschallgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das an das Abtastglied angekoppelte Zeitglied (16) ein WC-Zeitschalter mit einem Widerstands- und/oder einem Kapazitätsverstellglied ist.