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Verfahren zur gleichzeitigen Darstellung von zu ihrer Entstehung verschieden
lange Zeit benötigenden Bildern auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, insbesondere
zur gleichzeitigen Darstellung eines Ultraschall-Schnittbildes und eines Elektrokardiogrammkurvenzuges
und Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur gleichzeitigen Darstellung von sich rasch ändernden und von zu ihrer Entstehung
oder Darstellung wesentlich längere Zeit benötigenden Bildern auf dem Bildschirm
einer Kathodenstrahlröhre, insbesondere zur gleichzeitigen Darstellung eines sich
bewebenden Ultraschall-Schnittbildes und eines zu seinem Aufbau längere Zeit benötigenden
Elektrokordiogrammkurvenzuges.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft ein Gerät zur Durchführung
dieses Verfahrens, mit einem eine Kathodenstrahlröhre mit Bildschirm aufweisenden
Ultraschall-Untersuchungsgerät, einer Schnittbildmechanik zur schnellen, vorzugsweise
hin- und hergehenden oder schwenkenden Verstellung eines Schallkopfes od.dgl. in
einer vorbestimmten oder vorwählbaren Richtung und einem Elektrokardiogrammverstärker.
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Die gleichzeitige Darstellung von zu ihrer Entstehung verschieden
lange Zeiten benötigenden Bildern auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre stößt
insbesondere dann auf Schwierigkeiten, wenn es sich um zwei oder mehrere Bewegungsvorgänge
darstellende oder aus Bewegungsvorgängen abgeleitete Bilder handelt. Unter den 3egriff
"Bewegungsvorgänge" fallen hier auch alle zeitlich veränderlichen Funktionen, die
in Bildform, z. B. als Kurvei#zug, darstellbar sind. Bekannt sind Kathodenstrahloszillografen,
die durch eine elektronische Umschalteinrichtung zwei oder mehrere Vorgänge alternierend
zur Anzeige bringen, wobei bei hoher Umschaltfrequenz der visuelle Eindruck einer
gleichzeitigen Darstellung entsteht.
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Diese Geräte sind äedoch nur zur Darstellung solcher Vorgänge geeignet,
die bezüglich ihrer Periodizität annähernd gleiche Zeiten benötigen. Würde man versuchen,
zwei Vorgänge anzuzeigen, deren Darstellung stark unterschiedliche Zeiten benötigt,
so stehen hier zwei Möglichkeiten offen, die äedoch in keinem Fall befriedigen:
Wählt man die Dauer des Kippvorganges der Zeitablenkung entsprechend dem schneller
ablaufenden Vorgang, so erhält man von langsamen Vorgang nur einen Ausschnitt abgebildet,
wobei dieses Bild nicht ~steht'1, sondern sich ununterbrochen ändert. Stellt man
den Kippvorgang hingegen entsprechend dem langsameren Vorgang ein, so wird dieser
zwar vollständig abgebildet, jedoch tritt dann vom schnelleren Vorgang eine Nehrfachabbildung
ein, wobei die auftretenden Einzelbilder sehr klein sind und dementsprechend keine
Details erkennen lassen. Da somit beide Möglichkeiten keine gut auswertbaren Anzeigen
liefern, war man in den meisten Fällen bisher gezwungen, die beiden Bilder getrennt
aufzunehmen und gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung auf einen gemeinsamen Bildschirm
abzufragen, was entscheidende Nachteile hat, da zunächst die Zwischenspeicherung
eine sehr aufwendige Anlage erforderlich macht, durch die Zwischenspeicherung Informationen
verloren gehen können und überdies auch bei der gleichzeitigen Anzeige vielfach
keine eindeutige Zuordnung zwischen den dargestellten Bildern,
insbesondere
hinsichtlich des zeitlichen Zusammenhanges hergestellt werden kann.
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Als Beispiel für die auftretenden Probleme sei hier die Ultraschall-Untersuchung
des herzens oder anderer Organe angeführt, wo es häufig asünschenswert oder erforderlich
ist, das Untersuchungsergebnis bzw. die erhaltene Anzeige durch ein Elektrokardiogramm
zu ergänzen. Erfolgt die Ultraschall-Untersuchung nach einem Verfahren, das den
Bewegungsablauf unmittelbar erkennen läßt, so ergibt sich dann eine wesentlich bessere
Diagnosemöglichkeit, wenn die zeitliche Zuordnun bestimmter Punkte der Kardiogrammkurve
zu einer bestimmten Phase des Bewegungsablaufes unmittelbar erkennbar ist.
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Dies erfordert einerseits eine gleichzeitige Durchführung beider Untersuchungen,
anderseits aber auch die Angabe von Zeitmarken in den Untersuchungsergebnissen,
damit bei einer nachträglichen Auswertung die zeitliche Zusammengehörigkeit genau
festgestellt werden kann. Die Anzeige der Ultraschall-Untersuchung hängt außerdem
von Parametern ab, die aus dem angezeigten Ergebnis allein nichtinmer erkennbar
sind. Die Konstanthaltung dieser Parameter ist eine unbedingte Voraussetzung für
eine Vergleichbarkeit von Ergebnissen. Es wäre daher auch zweckmäßig, diese Parameter,
z . B. die Angabe der Richtung des Schallbündels oder der Schnittbildebene im Körper
des Patienten mit dem Untersuchungsergebnis darzustellen.
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Bisher hat sich eine ordnungsgemäße zeitliche Zuordnung im wesentlichen
auf Darstellungen beschränkt, bei denen entweder die dargestellten Ergebnisse aus
Bildern bestanden, die zu ihrem Aufbau etwa gleiche Zeit benötib n oder bei denen
ein praktisch statisches Bild neben einem bewegten Bild angezeigt wird.
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Aus der DT-OS Nr. 2 053 669 ist ein Gerät bekannt, welches die gleichzeitige
Darstellung eines Ultraschall-Kardiogrammes (UKG) und eines Elektrokardiogrammes
(EKG) auf einem gemeinsamen Bildschirm ermöglicht. Bei diesem Gerät erfolgt die
Zeitablenkung des Elektronenstrahles in x-Richtung durch einen Kippgenerator mit
hoher Frequenz, also einen
Zeilengenerator und die Zeitablenkung
in der zur x-Rthtung normalen y-Richtung durch einen Kippgenerator mit niedriger
Frequenz, der also als Bildgenerator arbeitet. Der Bildschirm wird ähnlich wie bei
einem Fernsehgerät zeilenweise vom Elektronenstrahl überstrichen, wobei diese einzelnen
Zeilen schnell geschrieben und gleichzeitig langsam parallel verschoben werden.
Bei dem beschriebenen Gerät erfolgt die Parallelverschiebung viel langsamer als
bei üblichen Fernsehgeräten. Entsprechend der Zeitdauer für eine Herzperiode von
etwa einer Sekunde ist es, um mehrere Perioden am Bildschirm darstellen zu können,
erSorderlich, daß die Parallelverschiebung über den ganzen Bildschirm einige Sekunden
dauert. Da die vollständige Aufzeichnung eines UKG-und eines EKG!Kurvenzuges jedoch
genau gleich lange dauert, treten die eingangs erwähnten Schwierigkeiten bei der
Darstellung von Bildern mit unterschiedlich langer Aufbauzeit hier nicht auf. Die
den einzelnen Vorgängen entsprechenden elektrischen Größen werden durch einen elektronischen
Umschalter alternierend an die Kathodenstrahlrahre gelegt und die Umschaltfrequenz
so gewählt, daß ein Teil jeder Zeile zum Schreiben des EK# und der Rest zum Schreiben
des UKG verwendet wird. Dabei muß allerdings noch eine Umsetzung der vom EKG-Gerät
erhaltenen Amplitude in eine entsprechende Zeitamplitude erfolgen.
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Im Endeffekt erscheinen dann am Bildschirm beide Kurvenzüge gleichzeitig
auf. Dieses Verfahren setzt jedoch voraus, daß beide Bilder für die Entstehung gleiche
oder annähernd gleiche Zeit benötigen. Die Untersuchung nach dem UKG-Verfahren hat
den Nachteil, daß hier nur die Bewegung eines Beinen Teiles des Herzens, z.B. einer
Herzklappe, dargestellt wird und es machmal sogar nicht einwandfrei möglich ist,
eine Aussage darüber zu treffen, welcher Teil des Herzens bei der Untersuchung vom
Schallbündel getroffen und in seiner Bewegung dargestellt wird.
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Eine wesentlich genauere Aussage über die tatsächlichen Bewegungsvorgänge
des Herzens ist bei einer Darstellung im Schnittbildverfahren möglich, wobei allenfalls-das
Schnittbild noch durch ein EKG oder UKG ergänzt werden könnte. Will
man
allerdings die Bewegung eines ganzen Querschnittes des Herzens unmittelbar am Bildschirm
sichtbar machen, muß ein sogenanntes ~schnelles" Schnittbildverfahren angewendet
werden, bei dem einzelne, praktisch Momentaufnahmen darstellende Schnittbilder mit
hoher Bildfolgefrequenz hergestellt werden, so daß ein bewegtes Bild sichtbar ist.
Dies setzt voraus, daß das Schallbündel im darzustellenden Bereich sehr schnell
bewegt wird, weil der darzustellende Bereich für jedes Bild zumindestens einmal
vollständig abgetastet werden muß. In der Praxis wird das Schallbündel meist nicht
parallel verschoben, sondern führt andere Bewegungen, z.B. Schwenkbewegungen, aus.
Die Ablenkung des Elektronenstrahles ist mit der Bewegung des Schallbündeliso gekoppelt,
daß die tage der einzelnen Bildzeilen am Bildschirm der jeweiligen Augenblickslage
des Schallbündels im untersuchten Objekt entspricht. Ein Bildgenerator zur Verschiebung
der Bildzeilen ist also hier nicht erforderlich, da die erforderliche Veränderung
der Lage der Bildzeilen (Verschiebung oder Drehung) von der Schnittbildmechanik
her zwangsweise gesteuert werden muß. Das für die gleichzeitige Darstellung von
UGK und EKG bekannte Verfahren kann also bei einem schnellen Schnittbild nicht für
die gleichzeitige Darstellung des EKG mit dem Schnittbild verwendet werden, da die
für das bekannte Verfahren erforderliche Voraussetzung der langsamen Zeilenverschiebung
und des parallelen Verlaufes der Zeilen nicht erfüllt werden kann.
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Aus der DT-PS Nr. 1 258 015 ist ein Ultraschall-Schnittbildgerät
bekannt, das mit einem EKG-Verstärker zu einer Funktionseinheit verbunden ist. Hier
wird aber das EKG nicht angezeigt, sondern lediglich dazu verwendet, um die Schallimpulse,
die in weiterer Folge zur Erzeugung des Schnittbildes dienen, jeweils genau zum
Zeitpunkt der gleichen Herzphase auszulösen. Es handelt sich um ein "langsames"
Schnittbildgerät, bei dem ein Bildschirm mit langer Nachleuchtdauer Verwendung finden
muß oder bei dem in einer anderen Art die einzelnen Bildelemente zunächst gespeichert
und anschließend
zum vollständigen Bild zusammengesetzt werden.
Da während jeder Herzperiode praktisch nur eine Bildzeile geschrieben werden kann,
dauertdie Anfertigung des vollständigen Bildes sehr viele Perioden. Durch die Auslösung
der Impulse åeweils zu einer bestimmten Phase der Herzperiode entsteht vom bewegten
Herzen ein ruhendes Bild, aus dem natürlich der Bewegungsablauf nicht unmittelbar
erkennbar ist. Es ist damit auch unmöglich, die für die Diagnose besonders wichtigen,
fallweise auftretenden aperiodischen Vorgänge im Verlauf der Herztätigkeit zu beobachten.
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Aufgabe der Erfindung ist des demnach, ein Verfahren und ein zu seiner
Durchführung geeignetes Gerät zu schaffen, die es ermöglichen, die an sich widersprüchigen
Forderuqpn zu erfüllen, Bilder, die zu ihrer Entstehung bzw. ihrem Aufbau verschieden
lange Zeiten benötigen, insbesondere bewegte Ultraschall-Schnittbilder und Elektrokardiogrammkurvenzüge
gleichzeitig darzustellen, wobei eine eindeutige Zuordnung der Bilder gewährleistet
und im Bedarfsfall auch die Möglichkeit bestehen soll, weitere Parameter, z.B. die
Lage der Schnittbildebene im Raum oder in Bezug auf den Patienten darzustellen.
Aus den genannten Forderungen ergibt sich auch die besonders auftretende Schwierigkeit,
nämlich einen schnell ablaufenden Vorgang (Anfertigung des Bildes eines Herzquerschnittes
als "Momentaufnahme") mit einem langsamen Vorgang (AuSnahme des EKG über mindestens
eine volle Herzperiode) zu kombinieren und beide Vorgänge immer vollständig sichtbar
darzustellen.
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Bei dem Verfahren der eingangs genannten Art besteht der erfinderische
Schritt im wesentlichen darin, daß die beiden darzustellenden Bilder alternierend
auf den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre an zwei verschiedenen Stellen eingeschrieben
werden, wobei die Umschaltfrequenz so hoch gewählt ist, daß zumindest das für die
vollständige Darstellung längere Zeit benötigende Bild nur schrittweise aufgebaut
wird und der Bildschirm mit einer Lumineszenzschichte ausgerüstet ist, die in zwei
verschiedenen Farben aufleuchtet
und für die eine Farbe eine kurze
und für die ande Fs## eine lange Nachleuchtdauer besitzt und vor jenen Teil des
Bildschirmes, der das diCku~rzere Aufbauzeit benötigende Bild zeigt, ein Farbfilter
geschaltet wird, das für die Beuchtfarbe der kurz nachleuchtenden Farbe durchlässig
ist, die lange nachleuchtende Farbe jedoch absorbiert.
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Durch diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird es zunächst
überhaupt möglich, Bilder, die verschieden lang angezeigt werden müssen, auf einen
gemeinsamen Bildschirm darzustellen. Es sei hier in Erinnerung gerufen, daß #n bewegtes
Schnittbild sich aus vielen, Momentaufnahmen darstellende Einzelbilder zusammensetzt,
wobei beim Neueinschreiben einer Bildzeile die vorher in dieser Bildzeile vorhandene
Darstellung bereits verschwunden sein muß, wenn das Bild nicht durch Überlagerung
der etwas unterschieRdichen Momentaufnahmen unscharf und verwaschen wirken soll.
Der Kurvenzug des Elektrokardiogrammes soll anderseits jeweils über eine ganze Herzperiode,
möglichst sogar etwas länger, sichtbar sein, um eine eindeutige Beurteilung zu ermöglichen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist nun das Schnittbild wegen der Anordnung des
Filters nur in der Leuchtfarbe mit der kurzen Nachleuchtdauer sichtbar. Das Elektrokardiogramm
ist dagegen über wenigstens eine Herzperiode in der Leuchtfarbe mit der langen Nachleuchtdauer
sichtbar und der Augenblickswert, der eine eindeutige Zuordnung der jeweils dargestellten
Schnittbildphase ,17: D kardiogramm ermöglicht, ist durch das Aufleuchten eines
punktförmigen Bereiches auf der EKG-Kurve in der Leuchtfarbe der kurzen Nachleuchtdauer
gekennzeichnet.
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Auch bei schwarz-weiß-Aufnahme%des Schirmbildes, die die Farbe nicht
erkennen lassen, würde dieser Vorteil nicht verloren gehen, da der leuchtende Punkt
in der Aufnahme wesentlich heller erscheinen wird, als der Kurvenzug, dem er entlang
gleitet. Die Erkennbarkeit der Phasenbeziehung bleibt somit auch in diesem Fall
voll erhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ähnlich wie die EKG-Darstellung
auch die Darstellung weiterer Parameter oder Bilder, auch wenn sie zu ihrem Aufbau
längere Zeit benötigen,
als das Schnittbild. Zumindestens theoretisch
wäre es möglich, den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre an bestimmten Stellen mit
einem Phosphor langer Nachleuchtdauer und an den anderen Stellen mit einem solchen
kurzer Nachleuchtdauer auszustatten. Abgesehen von den möglicherweise dabei auftretenden
Herstellungsschwierigkeiten, würde bei einer solchen Röhre die Darstellung der einzelnen
Bilder auf bestimmte Stellen des Bildschirmes gebunden sein und könnte nicht beliebig
geändert werden. Die Herstellung einer Kathodenstrahlröhre mit einem durchgehend
gleichmäßig beschichteten Leuchtschirm, der an jeder Stelle zwei Farben mit stark
unterschiedlicher Nachleuchtdauer abstrahlt, ist einfacher und bietet bei der Verwendung
im beschriebenen Verfahren den Vorteil, daß man die Lage des äußerlich vorgesetzten
Farbfilters und damit die Abbildungsbereiche für die einzelnen darzustellenden Bilder
sofort den jeweiligen Erfordernissen entsprechend verändern kann.
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Bei dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung zeichnet sich
eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens dadurch aus, daß gleichzeitig ein den
Bewegungsvorgang eines sich bewegenden Objektes, insbesondere eines Herzens, darstellendes
Ultraschall-Schnittbild durch an sich bekannte Erzeugung von auf dem mit dem Farbfilter
ausgestatteten Bildschirmbereich dargestellten Nomentschnittbildern mittels eines
quer zu seiner Achse bewegten Schallbündels in einer für die bewegte Darstellung
ausreichenden Bildfolgefrequenz und ein Elektrokardiogramm aufgenommen werden und
ein wenigstens über eine Herzperiode reichender Kurvenzug des Elektrokardiogrammes
in einem vom Filter freigelassenen Bereich des Bildschirmes dargestellt wird, wobei
dieser Kurvenzug mittels des Schreibstrahles der Kathodenstrahlröhre in sich für
diesen bei der Darstellung des Schnittbildes ergebenden Pausen, insbesondere während
des Zeilensprunges oder-vorschubes bzw. der Schallbündelrückführung abschnittweise
geschrieben wird.
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Ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus,
daß am Bildschirm dem Schnittbild und einem darstellbaren Elektrokardiogramm-Kurvenzug
verschiedene Bereiche
zugeordnet sind, ein zwei verschiedene Farben
unterschiedlicher Nachleuchtdauer ausstrahlender Bildschirm vorgesehen ist, der
mit einem oder mehreren Phosphoren beschichtet sein kann und der der Schnittbilddarstellung
dienende Bereich durch ein im wesentlichen die Leuchtfarbe mit der kürzeren Nachleuchtdauer
durchlässiges Filter abdeckbar ist, wobei zur gleichzeitigen Darstellung der Sichtbarmachung
des Schnittbildes und des Elektrokardiogramm-Kurvenzuges zusätzlich zu dem z.B.
die Horizontalablenkung des Schreibstrahles beim Schnittbildaufbau steuernden Kippgenerator
(Zeilengenerator) des Schnittbildgerätes mit gegenüber der Bildfolgefrequenz des
Schnittbildes hoher Kippfrequenz ein dem Elektrokardiogrammverstärker zugeordneter
Kippgenerator mit niedriger als die Herzfrequenz gehaltener Kippfrequenz für die
Zeitablenkung bei der Darstellung des Elektrokardiogramm-Kurvenzuges sowie ein elektronischer
Umschalter vorgesehen ist, der die Kathodenstrahlröhre mit einer im Verhältnis zur
Bildfolgefrequenz des Schnittbildgerätes hohen Umschaltfrequenz abwechselnd mit
dem Schnittbildgerät und dem durch den Kippgenerator ergänzten Elektrokardiogrammverstärker
verbindet, und weiterhin ein auf die Umschaltfrequenz synchronisierte Einrichtung
zur Hell steuerung des Sciireibstrahles vorgesehen ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gerätes kann
zur zusätzlichen Darstellung eines weiteren Untersutungsparameters auf einem Bereich
des Bildschirmes dem elektronischen Umschalter ein vorzugsweise mit ihm synchronisierter,
mit halber Schaltfrequenz arbeitender weiterer Umschalter nachgeordnet sein, der
wechselweise auf die Elektrokardiogrammeinheit und einen Untersuchungsparameter
in Form einer für die Darstellung geeigneten elektrischen Größe abgebenden Aufnehmer
oder Umformer schaltet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen
aus nachfolgender Zeichnungsbeschreibung hervor.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 das Blockschaltschema des wesentlichen Teiles eines erfindungsgemäßen
Gerätes, Fig. 2 ein zugehöriges Zeitdiagramm zur Erläuterung der verschiedenettrbeitstakte,
Fig. 3 schematisiert eine mögliche Schirmbilddarstellung bei Vornahme einer Herzuntersuchung
und Fig. 4 die Bewegung des Schreibstrahles bei Zeichnung der Darstellung nach Fig.
3.
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Das Gerät nach Fig. 1 weist vier Schaltgruppen auf, die im Schaltschema
durch vier von strichpunktierten Linien umgrenzte Einheiten a - d angedeutet amiden.
Die Einheit a stellt ein Ultraschall-Schnittbildgerät, die Einheit b eine Einheit
zur Anzeige eines bestimmten Parameters, die Einheit c einen EKG-Teil und die Einheit
d eine Steuereinheit dar. Eine an sich einen Bestandteil eines herkömmlichen Schnittbildgerätes
bildende Schnittbildmechanik E ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel auch Bestandteil
der Einheit b, wenn, wie in der Folge noch beschrieben wird, der darzustellende
Parameter Auskunft über die Lage der Schnittebene, z.B. über den Winkel der Schnittebene
geben soll, der durch die Mechanik E bestimmt ist.
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Die Schnittbildeinheit a besitzt einen Taktgeber B, der einerseits
über eine Leitung 2 einen Kippgenerator A.
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(Kipp 1) steuert und anderseits über eine Leitung 4 einen Sender C
zur Ausgabe von Impulsen veranlaßt. Der Kippgenerator A stellt den die für die Zeit
ablenkung bei der Darstellung des Schnittbildes erforderliche Kippspannung erzeugenden
Zeilengenerator dar. Die Frequenz dieser Kippspannung liegt üblicherweise in der
Größenordnung von kHz. Die vom Sender C abgegebenen Impulse werden über die Leitungen
5 und 8 einem Schallkopf zugeführt und dort in Schallimpulse umgewandelt, die als
Schallbündel in ein zu untersuchendes Objekt eingeleitet werden. Der Schallkopf
5 ist mit der Schnittbildmechanik E fest verbunden, die z.B. den Schallkopf in einer
vorgewählten Bildebene hin- und hergehend antreibt bzw. eine
Schwenkverstellung
des Schallkopfes 5 durchführt, so daß das Schallbündel eine vorgewählte Schnittbildebene
im Objekt bestreicht. An Stelle der Mechanik E könnte auch ein elektronischer Umschalter
vorhanden sein, der bei Verwendung eines Mehrfachschallkopfes die einzelnen Elemente
nacheinander anschaltet, so daß das Schallbündel von Element zu Element springt.
Die Mechanik E besitzt Aufnehmer, welche der augenblicklichen Stellung des Schallkopfes
5 und damit des Schallbündels in der Schnittebene entsprechende elektrische Größen
abgeben, die über eine Leitung 12 einer Ablenkeinheit H (Ablenk 1 ) zugeführt werden.
Diese Einheit H erhält überdies über eine Leitung 1a die Kippspannung des Kippgenerators
A und bestimmt aus diesen Größen die Ablenkspannung für den Elektronenstrahl einer
Kathodenstrahlröhre in der Weise, daß die Lage der jeweils am Bildschirm geschriebenen
Bildzeile der Augenblickslage des Schallbündels im untersuchten Objekt entspricht.
Diese Ablenkspannungen werdeitüber die Leitung 6 abgegeben.
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Der Schallkopf 5 empfängt zu den ausgesandten Schallimpulsen Echosignale,
die von ihm wieder in elektrische Signale umgewandelt werden und über die Leitungen
8 und 9 einem Empfänger D des Schnittbildgerätes 5 zugeführt, verstärkt und in dieser
Form über die Leitung 10 zur Helligkeitssteuerung der Kathodenstrahlröhre verwendet
werden.
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Die Einheit b zur Darstellung des Meßparameters soll im vorliegenden
Fall den Winkel der Schnittbildebene zu einer festen Bezugsebene an*dgeben. Dieser
Winkel hängt von der SinstelTung der Mechanik E ab, wobei die Mechanik E mit Aufnehmern
versehen ist, die diesem Winkel entsprechende Größen abgeben. Diese Größen werden
über eine Leitung 13 einer Ablenkeinheit J tAblenk II) übermittelt, die aus ihnen
die erforderlichen Ablenkspannungen für den Elektronenstrahl der Kathodenstrahlröhre
so bestimmt, daß die Ablenkspannung für die x-Richtung eine dem anzuzeigenden Wert
entsprechende Größe erhält, die Ablenkspannung für die y-Richtung hingegen einen
festen Wert erhält, der die Höhenlage der Anzeige am Bildschirm bestimmt. Es ist
natürlich ohne weiteres möglich,
auch andere Parameter als den
Winkel der Schnittbildebene anzuzeigen. Es ist nur notwendig, den jeweils anzuzeigenden
Parameter über geeignete Aufnehmer und Umformer zu erfassen und in eine für die
Darstellung geeignete elektrische Größe zu bringen, die dann der Ablenkeinheit J
zugeführt wird.
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Die EKG-Einheit c besitzt einen EmpSänger~G (EKG), der die von EKG-Elektroden
aufgenommenen Signale verstärkt und einerseits über eine Leitung 18 einem Kippgenerator
F (Kipp II) sowie anderseits über eine bettung 20 einer Ablenkeinheit K (Ablenk
III) zuführt. Im Kippgenerator F dienen die EKG-Signale zur Triggerung der Kippfrequenz,
die sehr niedrig (kleiner als 1 Hz) ist und für das Schreiben des EKG dient. Diese
langsame Kippspannung wird über die Leitung 16 der Ablenkeinheit K zugeführt, die
in weiterer Folge aus dieser Kippspannung die Ablenkung des Elektronenstrahles in
x-Richtung bestimmt, wogegen die Ablenkung in y-Richtung durch die über die Leitung
20 zugeführten EKG-Signale erfolgt.
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Diesen Signalen wird noch zweckmäßigerweise eine fest eingestellte
Gleichspannung hinzugefügt, womit die Höhenlage des EKG am Bildschirm festgelegt
ist.
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Das Zusammenspiel der Einheiten a-c wird durch die Steuereinheit
d bewirkt. Diese Steuereinheit besitzt zwei elektronische Umschalter N und L sowie
eine Hellteststeuereinrichtung N. Dabei wird der elektronische Umschalter N über
die Leitungen 1c und 3a so gesteuert, daß er beim Eintreffen eines Impulses vom
Taktgeber B die Beitungen 6 und 7 verbindet, bei Eintreffen der Rückkippflanke vom
Kippgenerator A aber die zeitungen 7 und 15 zusammenschaltet. Damit ist also di-
rt; enstrahlröhre während des Ansteigens der Kippspannung im Kippgenerator A mit
dem Ultraschallgerät verbunden und schreibt eine Zeile des Schnittbildes. In der
Pause zum nächsten Kippvorgang erfolgt jeweils eine Verbindung zum elektronischen
Schalter L.
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Die Helltasteinrichtung N wird ebenfalls vom Kippgenerator A und vom
Taktgeber B gesteuert. Der vom Taktgeber B
kommende Impuls bewirkt
eine Dunkel steuerung und die vom Empfänger D über die Leitung 10 zugeführten Impulse
bewirken für die jeweilige Impulsdauer eine Helltastung, so daß der jeweilige Impuls
als Punkt oder Linie in der åeweiligen Zeile des Bildschirmes geschrieben wird.
Durch die Rückkippflanke der Kippspannung vom Kippgenerator A erfolgt eine Helltastung
der Steuereinrichtung X, die bis zum Eintreffen des nächsten Impulses vom Taktgeber
B anhält. Der Beginn dieser Helltastung wird aus später noch darzulegenden Gründen
gegenüber der auslösenden Rückkippflanke etwas verzögert. Der elektronische Schal2r
L wird von der Rückkippflanke der vom Kippgenerator A abgegebenen Kippspannung so
gesteuert, daß er die Leitung 15 abwechselnd mit der Leitung 14 und 17 verbindet.
Dadurch wird in der einen Pause zwischen zwei Kippvorgängen die EKG-Einheit c und
in der nächsten Pause die Einheit b mit der Kathodenstrahlröhre verbunden. Wegen
der hohen Kippfrequenz entsteht dabei der visuelle Eindruck einer ununterbrochenen
Anzeige, der noch durch eine entsprechende Nachleuchtdauer der Kathodenstrahlröhre
unterstützt werden kann.
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Fig. 2 stellt den Zeitplan der Funktion dieser Anordnung-dar. Die
in den Linien A,F und E stark ausgezogenen Teile repräsentieren die Zeit, in der
die entsprechende Schaltgruppe mit der Kathodenstrahlröhre verbunden ist. Die Linie
3 stellt zunächst die Impulsfrequenz des Taktgebers B dar, der mit jedem Impuls
einen Kippvorgang im Kippgenerator A (Zeilengenerator) auslöst (Linie A) und die
EKG-Darstellung (Linie B) bzw. Parameterdarstellung (Linie E) beendet. Gleichzeitig
beendet er den Helltastimpuls der Helltasteinrichtung (Linie N). Die Rückkippflanke
der Kippspannung schaltet abwechselad den EKG-Teil (Linie B) und den Teil für die
Parameteranzeige (Linie B) an die Kathodenstrahlröhre. Gleichzeitig wird die Helltastung
(Linie N) ausgelöst. Während des Anstieges der Kippspannung im Zeilengenerator erfolgt
eine Dunkeltastung, die nur durch die eintreffenden Echo signale für die Zeitdauer
dieser Signale unterbrochen wird (Linie N).
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Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: Zunächst
wird eine Zeile des Schnittbildes auf den Bildschirm geschrieben, dann erfolgt eine
Umschaltung auf die EEG-Darstellung, wobei allerdings nur ein sehr kleiner Teil
des EKG geschrieben wird (Phase c), da die Zeitdauer für diese Schaltphase nur in
der Größenordnung von Nikro- oder Millisekunden liegt. Hierauf wird zurück geschaltet
und eine weitere Zeile des Schnittbildes (Phase a) geschrieben. Anschließend erfolgt
eine Umschaltung zur Parameterdarstellung (Phase b) und dann beginnt mit dem Räckschalten
zum Schreiben der nächsten Zeile des Schnittbildes der Schaltzyklus wieder von vorne.
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Während der Umschaltung auf die verschiedenen Schreibvorgänge springt
der Elektronenstrahl auf die entsprechenden Stellen am Bildschirm. Damit diese Sprungbahn
nicht sichtbar ist, wird der Helltastimpuls, wie bereits erwähnt, zweckmäßigerweise
gegenüber dem Umschaltvorgang etwas verzögert, so daß der Bildpunkt am Bildschirm
erst aufleuchtet, wenn der Elektronenstrahl den Sprungvorgang bereits beendet hat.
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Zum Verständnis der folgenden Erörterungen muß darauf hingewiesen
werden, daß im Zeitdiagramm Fig.2 das Verhältnis der Kippfrequenzen des Kippgenerators
A und des Kippgenerators F falsch dargestellt wurde, um einen besseren überblick
zu erhalten. Während dieses Verhältnis in der Zeichnung Fig.2 etwa mit 1:5 gewählt
wurde, beträgt es in Wirklichkeit etwa 1:5000. Dies bedeutet, daß die einzelnen
Schreibpunkte, aus denen die Linie zur Darstellung des EKG gebildet wird, nicht
so weit auseinanderliegen, wie aufgrund der Zeichnung angenommen werden könnte.
Bei einer Frequenz des Xippgenerators Ä von 5 kHz und einer solchen des Kippgenerators
F von 1 Hz würde sich die EEG-Linie aus- 2500 Punkten zusammensetzen. Nimmt man
eine Länge des EKG in x-Richtung von 5 cm an, so beträgt der horizontale Punktabstand
O,-02 mm. Dies ist
weniger als die übliche Größe eines Lichtpunktes
am Bildschirm. Dies bedeutet, daß sich die einzelnen Lichtpunkte überlagern werden
und dadurch der Eindruck einer geschlossenen Linie entsteht.
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Durch die gewählte alternierende Schreibweise wird außerdem erreicht,
daß die Lage des eben aufleuchtenden Lichtpunktes im EKG-Kurvenzug die Phase angibt,
zu der das gleichzeitig aufschemende Schnittbild gehört.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist jedoch noch eine weitere Maßnahme
erforderlich, die in folgendem Umstand begründet liegt: Bei der Schnittbilddarstellung
werden in Bruchteilen von Sekunden nacheinander verschiedene Bilder - entsprechend
der Bewegung des Herzens -am Bildschirm sichtbar. Um eine unscharfe Darstellung
zu vermeiden, darf keine Übereinanderprojektion der einzelnen Bilder erfolgen. Dies
bedeutet, daß ein Bild verschwunden sein muß, wenn das nächste Bild geschrieben
wird. Dies bedingt an sich eine Kathodenstrahlröhre mit einer kurzen Nachleuchtdauer.
Auf dem Schirm der gleichen Kathodenstrahlröhre wird jedoch auch das EKG geschrieben.
Für die Anfertigung eines vollständigen Linienzuges wird jedoch eine Zeit von etwa
einer Sekunde benötigt. Will man nicht nur den sich bewegenden leuchtenden Punkt,
sondern die ganze Linie des EKG sehen, so wäre hier eine Kathodenstrahlröhre mit
extrem langer Nachleuchtdauer wünschenswert. Um die sich scheinbar widersprechenden
Forderungen mit einer Röhre zu erfüllen, wird eine Kathodenstrahlröhre verwendet,
deren Bildschirm bei Anregung zwei verschiedene Farben ausstrahlt, die stark unterschiedliche
Nachleuchtdauer besitzen. Vor den Teil der Bildröhre, auf dem das Schnittbild erscheint,
wird ein Farbfilter gegeben, das die lang nachleuchtende Farbe absorbiert und nur
die Farbe mit der kurzen Nachleuchtdauer durchläßt. Man wird auf diese Weise immer
nur das Aufleuchten der Farbe mit der kurzen Nachleuchtdauer sehen und das lange
Nachleuchten, das das Bild unscharf machen würde, wird unterdrückt. Die Teile des
Bildschirmes, auf denen langsam entstehende Bilder auftreten, die sich
nicht
rasch ändern, bleiben vom Filter unbedeckt, wodurch das Nachleuchten voll zur Wirkung
kommt.
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In Fig.3 ist das sich ergebende Schirmbild dargestellt. Der Bildschirm
21 ist zum Teil durch den Farbfilter 22 abgedeckt. Unter diesem Filter erscheint
das Schnittbild 23. In einem nicht vom Filter überdeckten Teil befindet sich eine
feste Skala 24. Ein heller Punkt 25, der durch den Elektronenstrahl erzeugt wird,
gibt den Wert des eingestellten Parameters (z.B. Winkel der Schnittebene) an. Auf
einem anderen Teil des Bildschirmes ist das EKG sichtbar, wobei ein in dieser EKG-Linie
hell in der kurz nachleuchtenden Farbe aufleuchtender Punkt 2?, der langsam die
Linie entlangläuft, die Phase im EKG markiert, zu der das augenblicklich sichtbare
Schnittbild gehört.
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Fig .4 zeigt das gleiche Schirmbild ohne die Vorsatzskala und den
Farbfilter, jedoch mit einer Angabe des Bewegungsablaufes des Schreibstrahles. Die
dünnen, strichlierten Linien bedeuten den Teil der Schreiblinie, der wegen der Dunkeltastung
nicht sichtbar ist. Die dicken Punkte geben die infolge Relltastung sichtbaren Stellen
am Bildschirm an und die Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung. Der Schreibstrahl
schreibt zuerst die Bildzeile 28 von links nach rechts, wobei er dabei an den Stellen
28a und 28b hell getastet wird. Hierauf springt der Schreibstrahl auf die EKG-Linie
29, wo er jedoch nur den kurzen Abschnitt 29a schreibt. Dann springt er wieder nach
oben und schreibt die Bildzeile 30 mit den hellen Punkten 30a und 30b. Nach Beendigung
dieser Zeile springt er zum Punkt 31, der den Parameter anzeigt und kehrt dann zur
Bildzeile 32 zurück, auf der er die Punkte 32a und 32b erzeugt. Hierauf springt
er wieder zur ESG-Linie und schreibt dort den nächsten Abschnitt 29b, worauf er
wieder zum Schreiben der nächsten, nicht mehr eingezeichneten Bildzeile übergeht.
Dieser Vorgang wiederholt sich
zyklisch. In Fig.4 wurden die Abstände,
ebenso wie in Fig.2, der Deutlichkeit halber stark vergrößert gezeichnet. In Wirklichkeit
liegen die einzelnen Bildzeilen knapp aneinander und auch die Punkte auf der EKG-Linie
sind viel kürzer und liegen praktisch ohne Zwischenraum aneinander.
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In einer Erweiterung des beschriebenen Verfahrens ist es möglich,
die Schirmbildanzeige laufend in einen Videorekorder zu speichern und dieses Band
später mit stark herabgesetzter Geschwindigkeit absuspielen, wodurch ein Zeitlüpeneffekt
entsteht, der eine genauere Beobachtung des Bewegungsablaufes gestattet, ohne daß
dabei die zeitliche Zusammengehörigkeit der einzelnen Anzeigen gestört wird. Man
könnte selbstverständlich dann auch das Band bei irgendwelchen Bildern vollständig
anhalten und würde so ein stehendes Bild erhalten, das in Ruhe betrachtet oder ausgemessen
werden kann, wobei auch auf diesem Bild die zeitliche Beziehung der verschiedenen
Darstellungen jederzeit erkennbar ist.