DE2557529B1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik mit einem Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und einer Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie einem Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei der Ultraschall-Applikator einen Parabelreflektor sowie einen in der Brennlinie des Parabelreflektors angeordneten und um diese als Achse drehbaren Träger für eine Anzahl von auf den Reflektor auszurichtenden Ultraschallschwingern, die als Sender und/oder Empfänger arbeiten, umfaßt.

Ein Gerät dieser Art mit insgesamt zwei Ultraschall-Sende/Empfangsschwingern ist beispielsweise durch die DT-PS 12 89 617 vorbekannt. Dieses bekannte Gerät läßt jedoch aus physiologisch/physikalischen Gründen sowie auch aufgrund der erforderlichen Ausblendung von Störechos mittels einer dem Applikator vorgeschalteten Wasservorlaufstrecke lediglich Bildfolgefrequenzen von ca. 16 Hz bei maximal etwa 120 Zeilen pro Bild zu. Diese unzureichende Bildfolge führt jedoch zu Bildflackern, das einerseits bei der visuellen Beobachtung des Bildes stört und andererseits erhebliche Schwierigkeiten im Falle der Bildübertragung auf Schmalfilm und Fernsehen mit sich bringt. Man hat zwar bisher versucht, durch Doppelschreibung von Zeilen in der Vorlaufzeit eines Impulses durch die Wasservorlaufstrecke (DT-OS 22 30 940) die Bildfolgefrequenz zu erhöhen. Hierdurch konnte bei gleichen Randbedingungen, d. h. gleichem Abbildungsmaßstab sowie gleicher Abbildungsfläche, bei ca. 120 Zeilen pro Bild eine Bildfolgefrequenz bis ca. 35 Bilder/Sekunde erreicht werden. Diese Bildfolgefrequenz kann u. U. für die Bildaufzeichnung auf Filmmaterial hinreichend sein. Sie genügt jedoch nicht zur Bilddarstellung im Fernsehen, wo die Bildfolge durch die Netzfrequenz, z. B. 50 Hz oder auch 60 Hz (USA), festgelegt ist. Eine Anpassung der Bildfolgefrequenz an die Netzfrequenz wäre nach den obigen Maßstäben, d.h. ebenfalls Doppelschreibung, zwar möglich, sie würde jedoch zu relativ niedrigen Zeilenzahlen pro Bild führen (beispielsweise bei 50 Hz Bildfolge zu ca. 85 Zeilen), d. h. zu einer Bildauflösung, die viel zu gering wäre.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß es Bildfolgen im Netzfrequenzbereich gewährleistet, wobei jedoch die Zeilenzahl pro Bild mindestens ebenso hoch ist wie bei den bekannten Geräten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer erwünschten Bildfolge im Netzfrequenzbereich Schwingerträger sowie Zeilengenerator und Bildgenerator netzsynchron gesteuert sind in dem Sinne, daß bei mit der Schwingerzahl untersetzter

Netzdrehgeschwindigkeit des Schwingerträgers die im Untersetzungstakt anfallenden Teilbilder eines jeden Schwingers durch Zeilen- und Bildgenerator nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Gesamtbild summiert werden. Mit der Erfindung lassen sich — wie erwünscht — bei Bildfolgefrequenzen im Netzfrequenzbereich auch ohne Doppelschreibung spielend Bilder mit bis zu etwa 130 Zeilen erzielen. Mit Doppelschreibung ergeben sich sogar Zeilendichten bis ca. 260 Zeilen pro Bild.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel im Prinzipschaltbild,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm der wichtigsten, im Prinzipschaltbild nach der F i g. 1 auftretenden Steuerimpulse.

In der F i g. 1 ist mit 1 ein in der Brennlinie 2 eines zylindrischen Parabolreflektor 3 um diese Linie drehbar angeordneter Träger für insgesamt drei Ultraschall-Sende-/Empfangsschwinger 4 bis 6 bezeichnet. Die Ultraschallschwinger 4 bis 6 sind dabei am Umfang des Trägerteils 1 jeweils gegeneinander um 120° versetzt angeordnet jeder dieser Sende-/Empfangsschwinger 4 bis 6 erzeugt ferner im aktivierten Zustand, d. h. beim Durchlauf über die Parabelfläche des Parabolreflektors 3 einen Ultraschallstrahl 7, der beispielsweise bei einer Momentanbetrachtung den dargestellten Verlauf nimmt Bei rascher Rotation des Trägers 1 um die Brennlinie des Parabolreflektors 3 wird der vom Parabolreflektor 3 kommende Ultraschallstrahl 7 jedoch aufgrund der Reflexionseigenschaften des Reflektors parallel zu sich selbst verschoben und er tastet damit ein Untersuchungsobjekt, z. B. körperliches Gewebe, das dem Reflektor über eine Wasservorlaufstrecke vorgeschaltet ist, zeilenweise ab. Als Drehantrieb für den Schwingerträger 1 dient dabei ein Motor 9, der mittels Transmissionszahnriemen 8 mit dem Träger 1 verkoppelt ist Der Motorantrieb erfolgt über eine elektronische Regeleinrichtung 10 in Abhängigkeit von über einen Schmitt-Trigger aus der 50 Hz-Netzfrequenz (in den USA z.B. auch 60 Hz) hergeleiteten 50 Hz-Taktimpulsen U\ mit dem zeitlichen Verlauf gemäß F i g. 2. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel ist aufgrund der gewählten Anzahl von insgesamt drei Ultraschallschwingern die Umdrehungsgeschwindigkeit des Trägerteils 1 um diese Anzahl, d. h. um den Faktor drei, untersetzt Es ergibt sich also eine Trägerdrehzahl von 16²/3 Hz. Die Ausgangsimpulse U\ des Schmitt-Triggers 11 gehen ferner auch auf den Bildgenerator 12 für eine Bildaufzeichnungsröhre sowie über eine Verzögerungseinrichtung 13 bis 21 auf einen Leitgenerator 22, der mit Impulsen lh gemäß F i g. 2 (z. B. 2,7 kHz-Leittakt) einerseits über den Hochfrequenzoszillator 23 die Ultraschallschwinger 4,5 oder 6 im Sinne der Abstrahlung von Ultraschallimpulsen erregt und der andererseits über eine Kippstufenschaltung mit der bistabilen Kippstufe 24 sowie zwei monostabilen Kippstufen 25 und 26 mit nachgeschaltetem elektronischen Tor 27 den Zeilenkipp im Zeilenkippgenerator 28 der Bildaufzeichnungsröhre auslöst. Die Verzögerungsschaltung selbst besteht aus einem Ringzähler 13 mit drei Zählerausgängen 14,15 und 16, von denen der Zählerausgang 14 über eine Diode 17 unmittelbar, die Zählerausgänge 15 und 16 hingegen über Impulslaufzeitverzögerungsglieder 18 und 20 sowie Dioden 19 und 21 mit dem Leitgenerator 22 verbunden sind. Die Laufzeitglieder 18 bzw. 20 (z. B. monostabile Kippstufen) verzögern dabei jeden Ausgangsimpuls des Ringzählers an den Ausgängen 15 und 16 um V3 bzw. um ²Iz einer jeden Zeilenpause. Die Spulen 29 bzw. 30 stellen die Horizontal- bzw.

Vertikalablenkspulen eines ansonsten nicht dargestellten magnetisch ablenkenden Oszillographen für die Schnittbildaufzeichnung dar. Der Block 31 ist die Endstufe für die Bildablenkung und der Block 32 ein Wobbelgenerator zur Wobbelung des Leitgenerators beispielsweise mit einer von der oder einem Vielfachen der Netzfrequenz abweichenden Wobbeifrequenz. Die Kippstufenschaltung 24 bis 27 entspricht nach Aufbau und Funktionsweise jener der DT-OS 22 30 940. Sie dient zur Doppelschreibung der Zeilen während der Vorlaufzeit eines Sendeimpulses in der Wasserankoppelstrecke.

Mit der Schaltung nach F i g. 1 ergibt sich nun in Verbindung mit F i g. 2 die Bildaufzeichnung wie folgt:
Im Spannungsdiagramm U\ (t) gemäß F i g. 2 soll der jeweils immer erste, vierte, siebte etc. Netzimpuls dem Schwinger 4, der immer jeweils zweite, fünfte, achte etc. Impuls hingegen dem Schwinger 6 und immer der jeweils dritte, sechste, neunte etc. Impuls dem Schwinger 5 (bei Trägerdrehrichtung im Uhrzeigersinn) zugeordnet sein. Danach ergibt sich bei der gewählten Drehgeschwindigkeit des Trägers von 16²/3 Hz für den ersten Taktimpuls U\ die unverzögerte Auslösung von Leitimpulsen Ui am Leitgenerator 22 über den Zählausgang 14 des Ringzählers 13. Hierdurch wird der

35· Ultraschallschwinger 4 im Sinne der Aussendung und des Empfangs von Ultraschall im Takt der Impulse des Leitgenerators 22 aktiviert. Mit dem Auftreten des nächstfolgenden Taktimpulses sind die Schwinger 4 bis 6 jeweils um 120° im Uhrzeigersinn gegenüber der dargestellten Position verschoben. Anstelle des Schwingers 4 tritt demnach der Schwinger 6 in Aktion, und zwar mittels der nächstfolgenden Folge von Leitimpulsen des Leitgenerators 22, die jedoch aufgrund verzögerten Anstoßes des Leitgenerators über das '/3 tp-Verzögerungsglied 18 mit einer Verzögerungszeit von '/3 der Zeilenpause tp abgegeben werden. Hierdurch ergibt sich jedoch an der Bildaufzeichnungsröhre ein Teilbild des Schwingers 6, das in seinen Zeilen gegenüber den Zeilen des Teilbildes, das vom Schwinger 4 herrührt, um ¹Iz der Zeilenpause verschoben ist. In entsprechender Weise ergibt sich dann für den auf den Schwinger 6 folgenden Schwinger 5 aufgrund der vom Leitgenerator in ²h Zeilenpausenabstand erzeugten Leitimpulse ein drittes Teilbild, das in seinen Zeilen gegenüber dem Teilbild des Schwingers 6 um '/3 bzw. gegenüber dem Teilbild des Schwingers 4 um ²/3 in der Zeilenpause verschoben ist. Insgesamt gesehen ergibt sich also ein aus drei Teilbildern nach Art eines Zeilensprungverfahrens zusammengesetztes Gesamtbild mit hoher Zeilendichte (z. B. ca. 260 Zeilen pro Bild) sowie Bildfolgefrequenz im Netzfrequenzbereich, da mit jeder Umdrehung des Schwingerträgers 1 insgesamt immer drei Teilbilder anfallen.

Hierzu !Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit einem Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und einer Bildanzeigevorrichtung mit einem Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie einem Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei der Ultraschall-Applikator einen Parabelreflektor sowie einen in der Brennlinie des Parabelreflektors angeordneten und um diese als Achse drehbaren Träger für eine Anzahl von auf den Reflektor auszurichtenden Ultraschallschwingern, die als Sender und/oder Empfänger arbeiten, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erwünschten Bildfolge im Netzfrequenzbereich Schwingerträger (1) sowie Zeilengenerator (28) und Bildgenerator (12,31) netzsynchron gesteuert sind in dem Sinne, daß bei mit der Schwingerzahl untersetzter Netzdrehgeschwindigkeit des Schwingerträgers (1) die im Untersetzungstakt anfallenden Teilbilder eines jeden Schwingers (4, 5, 6) durch Zeilen- und Bildgenerator nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Gesamtbild summiert werden.

2. Uhraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur netzsynchronen Regelung der Drehgeschwindigkeit ein elektronischer Regler (10) für den Trägerantriebsmotor (9) dient, welcher in Abhängigkeit von Impulsen (Ui) steuerbar ist, die mittels Impulswandler (11) aus der Netzfrequenz in deren Takt erzeugt werden.

3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur korrekten zeitverzögerten Aufsummierung der Teilbilder zum Gesamtbild in Synchronität zur Netzfrequenz eine Zeitverzögerungsschaltung (13 bis 21) dient, die im Takt der Netzfrequenz einen Leitgenerator (22) für Ultraschallsendetakt und Zeilenablenktakt im Sinne der verzögerten Abgabe von Leitimpulsserien, der erwünschten Verzögerungszeiten der Bilddarstellung von Teilbildern entsprechend, steuert.

4. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von vorzugsweise drei Sende/Empfangsschwingern (4 bis 6), die am Schwingerträger (1) jeweils um einen Winkel von 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind, die Verzögerungsschaltung (13 bis 21) so ausgebildet ist, daß sie bei jeweils immer drei aufeinanderfolgenden Takten der Netzfrequenz den Leitgenerator (22) im Sinne der unverzögerten Abgabe von Leitimpulsen beim Auftreten des ersten Netztaktimpulses sowie im Sinne der verzögerten Abgabe von Taktimpulsen um >/3 der Zeilenpause beim zweiten Netztaktimpuls sowie ²Iz der Netzpause beim dritten Netztaktimpuls steuert.

5. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung einen Ringzähler (13) umfaßt, der jeweils immer mit dem ersten von drei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen der Netzfrequenz den Leitgenerator unmittelbar anstößt, und bei den zwei nächstfolgenden Taktimpulsen der Netzfrequenz den Leitgenerator jeweils um ^lh bzw. 2/3 der Zeilenpause verzögert

anstößt.

6. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anstoßimpulse die Ausgangstaktimpuise des Ringzählers (13) dienen, wobei zur zeitverzögerten Zuschaltung der Ausgangstaktimpulse zum Leitgenerator entsprechende Laufzeitverzögerungsglieder (18,20) dienen.