DE2628567A1

DE2628567A1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet

Info

Publication number: DE2628567A1
Application number: DE19762628567
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Buchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-12-29
Also published as: US4135139A; FR2356156B1; DE2628567C3; AT355707B; JPS532983A; ATA295677A; FR2356156A1; NL7704079A; DE2628567B2; GB1582293A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 76 P 5077 BRD

Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines UntersuchungsObjektes und Bildanzeigevorrichtung mit Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei die Ultraschallabtastung in Teilbildern erfolgt, die an der Anzeigevorrichtung nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Vollbild summiert werden.

In der deutschen Patentanmeldung P 25 57 529-5 ist bereits ein Ultraschall-Bildgerät dieser Art vorgeschlagen worden, das mit insgesamt drei Halbbildern arbeitet, die nacheinander anfallen und nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Vollbild summiert werden. Die Aufzeichnung eines jeden Halbbildes auf der Bildanzeigevorrichtung (Elektronenstrahlröhre) erfolgt dabei mit einem Ablenkraster entsprechend jenem der Ultraschallabtastung im Untersuchungsobjekt für das jeweilige Teilbild. Es ergibt sich also an der Bildaufzeichnungsvorrichtung eine Zeilenkippfrequenz für jedes Teilbild, die lediglich ein Drittel jener Kippfrequenz beträgt, die beispielsweise beim Vollbildaufzeichnungsverfahren angewendet

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werden müßte. Aufgrund dieser stark herabgesetzten Zeilenkippfrequenz kann es insbesondere dann, wenn die Zeilendichte jedes Teilbildes relativ niedrig ist, für das Auge zum Eindruck eines in horizontaler Richtung laufenden Zeilenrasters kommen- Die Bildbetrachtung wird hierdurch empfindlich gestört.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das ebenfalls im Zeilensprungverfahren arbeitet, bei dem jedoch der obengenannte Nachteil beseitigt ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Zeilen- und Bildgenerator der Bildanzeigevorrichtung zur Erzeugung eines solchen Zeilenablenkrasters während des Anfallens eines jeden Teilbildes ausgebildet sind, das in der Gesamtzeilenzahl mindestens der Zeilenzahl des Vollbildes entspricht, wobei jedoch Helligkeitsmodulation durch Echoimpulse nur in solchen Zeilen des Ablenkrasters erfolgt, die den Zeilen jenes Teilbildes der nacheinander anfallenden Teilbilder, das in diesem Augenblick anfällt, zugeordnet sind.

Beim Bildgerät gemäß der Erfindung entspricht die Kippfrequenz des Zeilenablenkrasters für jedes Teilbild jener des Rasters eines Vollbildes. Lediglich die Helligkeitsmodulation der Zeilen der einzelnen Teilbilder erfolgt im Zeilensprungverfahren. Auch bei relativ niedriger Zeilendichte pro Halbbild ergibt sich dann aufgrund der hohen Zeilenablenkfrequenz des Zeilenrasters für jedes Teilbild ein immer, feststehendes Zeilenraster.

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

Es zeigen

Fig. 1 ein Ultraschall-Bildgerät gemäß der Erfindung im Prinzipschaltbild,

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Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Durchführung eines Zweifach-Zeilensprungverfahrens mit dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Zeilendiagramm zur Darstellung des Zeilenaufbaues am Bildschirm einer Elektronenstrahlröhre.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Ultraschall-Applikator bezeichnet, der im vorliegenden Fall als Ultraschall-Array ausgebildet ist. Der Applikator 1 besteht demnach aus einer Yielzahl von Ultraschallwandlern W₁ bis W (piezoelektrische Kristallblättchen), die in Reihe nebeneinander an einem Trägerteil 2 aus Ultraschallwellen gut dämpfendem Material gehaltert sind. Die einzelnen Wandlerelemente W.. bis W sind wahlweise einzeln oder gruppenweise durch Hochfrequenzimpulse eines Hochfrequenzimpulsgenerators 3 erregbar in dem Sinne, daß sie Ultraschallimpulse in Richtung der Pfeile 4 in ein Untersuchungsobjekt 5, beispielsweise menschlichen Körper, einstrahlen. Die Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente W₁ bis W in Einzel- oder Gruppenformation erfolgt mittels einer Ansteuervorrichtung, die in der üblichen Weise Ansteuerschieberegister 6 sowie Ansteuerschalter S₁ bis S zur Anschaltung zu erregender Wandlerelemente an den Hochfrequenzimpulsgenerator 3 im Sendebetrieb bzw. an einen Echoimpulsempfangsverstärker 7 im Empfangsbetrieb umfaßt. Die Ansteuervorrichtung arbeitet dabei mit dem Schieberegister 6 in der Weise, daß durch entsprechend angesteuerte Schalter S₁ bis S die einzelnen Wandlerelemente W₁ bis W über die Wandlerreihe fortlaufend nacheinander einzeln - oder gruppenweise - auf Senden bzw. Empfang schaltbar sind. Auf diese Weise ergibt sich ein zeilenweises Fortschreiten des Ultraschall- ' sende/Empfangsstrahles über die Wandlerreihe hinweg und damit entsprechend zeilenweise Ultraschallabtastung des Untersuchungsobjektes 5. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Ultraschallabtastung im Zeilensprungverfahren. Aus diesem Grunde sind also die Wandlerelemente W₁ bis W des Arrays 1 durch Schieberegister 6 und Ansteuerschalter S₁ bis S in dem Sinne steuerbar, daß während eines jeweils ersten Abtastvorganges

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das Untersuchungsobjekt 5 jeweils immer nur in ungeradzahligen Ultraschallzeilen und erst im nächstfolgenden zweiten Durchgang in den dazwischenliegenden geradzahligen Ultraschallzeilen abgetastet wird. Auf diese Weise ergeben sich zwei aufeinanderfolgende Ultraschall-Halbbilder, die an einer Bildaufzeichnungsvorrichtung entsprechend zum Tollbild auf summiert werden müssen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 dient als Bildaufzeichnungsvorrichtung speziell eine Elektronenstrahlröhre 8, der in üblicher Weise ein Zeilenkippgenerator 9 für eine Horizontalablenkspule 10 sowie ein Bildkippgenerator 11 für die Vertikalablenkspule 10* der Elektronenstrahlröhre 8 zugeordnet ist. Die Elektronenstrahlröhre 8 umfaßt ferner auch noch einen Helligkeitsmodulator 12 zur Helligkeitsmodulation (Ujj) der Bildzeilen im Takt der anfallenden Echoimpulse. Der Helligkeitsmodulator 12 ist dabei mittels oszillierendem Umschalter 13 wechselweise mit den Ausleseausgängen eines ersten Pufferspeichers 14 sowie eines zweiten Pufferspeichers 15 verbindbar. Ein im Gegentakt oszillierender weiterer Umschalter verbindet entsprechend wechselweise die Speichereingänge (Einleseeingänge) der Speicher 14 bzw. 15 mit dem Echoimpulsempfangsverstärker 7. Zur zeitkorrekten Steuerung von Sende/ Empfangszyklen und Zeilen- bzw. Bildaufbau an der Elektronenstrahlröhre 8 dient eine synchrone Taktsteuereinrichtung 17, die in Verbindung mit einer Schreib/Lesesteuereinheit 18 für die Einschreib- bzw. Auslesezyklen der Speicher 14 bzw. 15 durch sinngerechtes zeüliches Umschalten der Umschalter 13 bzw. 16 steht. '.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 1 ergibt sich in Verbindung mit dem Impuls diagramm nach der Fig. wie folgt:

Wie oben bereits angedeutet, erfolgt die Abtastung des Untersuchungsobjektes 5 hinsichtlich des ersten Halbbildes zuerst in ungeradzahligen Abtastzeilen und im zweiten Durchgang zur Erzeugung des zweiten Halbbildes entsprechend in geradzahligen Abtastzeilen. Zum Aufbau des ersten Halbbildes erzeugt dabei

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die Taktsteuereinrichtung 17 Leitimpulse UV-, gemäß Fig. 2, die einerseits das Schieberegister 6 zur Durch- und Weiterschaltung der jeweiligen Schalter S₁ bis S mit den zugehörigen Wandlerelementen W.. bis W auf die erwünschten ungeradzahligen Ultraschallabtastzeilen steuern; andererseits bewirkt jeder Leitimpuls Ut^ über die Schreib/Lesesteuereinheit 18 auch die Abgabe eines Erregungsimpulses durch den Sendeimpulserzeuger 3 an das oder die angesteuerten Wandler elemente W-, bis W . Ferner wird auch der Zeilenkippgenerator 9 angestoßen, der jeweils in den Zeitintervallen zwischen dem Auftreten zweier Leitimpulse insgesamt vier Zeilenkipps ausführt. Die in den Sendepausen zwischen zwei Sendeimpulsen, d.h. in den Pausen der Leittaktimpulse Ux.,, anfallenden Ultraschall-Echosignale aus dem Untersuchungsobjekt 5 werden auf den Echoimpuls-Empfangsverstärker 7 gegeben und von dort wechselweise im Umschalttakt des Schalters 16 in den ersten Pufferspeicher 14 oder zweiten Pufferspeicher 15 eingespeichert. Die Umschaltung de§6chalters 16 erfolgt dabei im Takt von Schaltimpulsen Ug₁₅,. bzw. Ug_Ep> wobei die Impulsfolge Ug-π,., die Einlesezeiten für anfallende Echosignale in den Pufferspeicher 14 und die Schaltimpulsfolge Ug_Ep entsprechend die Einlesezeiten der Echoimpulse in den Pufferspeicher 15 festlegt. Die Schaltimpulse für den Schalter 16 werden von der Schreib/Lesesteuereinheit 18 geliefert. Sie werden in dieser Steuereinheit durch entsprechende Frequenzuntersetzung der Leittaktimpulsfolge U-^₁ der Taktsteuereinrichtung 17 gewonnen. Zur Steuerung des Auslesevorganges der in den Speichern 14 bzw. 15 gespeicherten Echoinformationen dienen entsprechende Schaltimpulse für den Schalter 13 im Gegentakt zu den Einschreibimpulsen U_SE1 bzw. Ug_E2> ^{die in} "Verbindung mit Abrufimpulsen, die dem jeweils auf Auslesen geschalteten Speicher 14 oder 15 über Abrufleitungen 19 bzw. 20 zugeleitet werden, gespeicherte Zeileninformationen Ug. -, bzw. Uoa? abrufen. Aus dem Impulsdiagramm gemäß Fig. 2 ist deutlich ersichtlich, daß die Auslesezeiten von Echoinformationen Ug. -j bzw. Ug.g ^aus dem weiligen Speicher 14 bzw. 15 wesentlich kürzer sind als die Zeitdauer der Einspeicherung von Informationen in die Speicher, die der wesentlich längeren Echoempfangszeit entsprechend lang gewählt ist. Deutlich zu ersehen ist auch das Gegentaktverhalten

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zwischen Echoimpulseinspeicherung von Echoimpulsen einer gerade abgetasteten Ultraschallzeile in den einen Speicher (z.B. Speicher 14) bei gleichzeitigem Abruf der im anderen Speicher (z.B. Speicher 15) gespeicherten Echoinformationen aus der vorhergehenden Zeile zum Zwecke der Aufzeichnung als entsprechende Echobildzeile auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 8. Zu registrieren ist darüber hinaus auch, daß der Abruf von Informationen im Doppelabrufverfahren erfolgt, d.h. jede in einem Speicher 14 oder 15 eingespeicherte Zeile wird zweimal abgerufen und entsprechend als Doppelzeile am Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 8 dargestellt. Mit einem solchen Verfahren ergibt sich die doppelte Zeilenzahl im Ultraschall-Echobild.Wie erwähnt, erfolgt der Aufbau des ersten Halbbildes lediglich in ungeradzahligen Abtastzeilen. Der Aufbau des zweiten Halbbildes erfolgt dann in geradzahligen Abtastzeilen. Zu diesem Zwecke erzeugt die Taktsteuereinrichtung 17 eine weitere Leitimpulsfolge Ujo, die nunmehr jedoch gegenüber der Leitimpulsfolge Uj.. des ersten Halbbildes um die halbe Echoempfangszeit E, d.h. um den halben Abstand zweier Sendeleitimpulse, phasenverzögert ist. Die Speicher- und Auslesezyklen an den Speichern 14 bzw. 15 erfolgen dann im Takt dieser Leitimpulsfolge Uy ρ wie auch beim ersten Halbbild, jedoch entsprechend phasenverzögert. Es ergeben sich also entsprechend phasenverzögerte Einspeicherzyklen Ug_E1' bzw. üogp' ^^r ^-^e Speicher 14 bzw. 15 mit entsprechend im Gegentakt anfallenden Auslesezyklen Ug* -,' und UgAρ' · Die Auslesung jeder gespeicherten Zeile erfolgt wiederum zweifach. Der Verlauf der Zeilenkippspannung U_ZK zum Aufbau des zweiten Halbbildes entspricht wiederum jenem des ersten Halbbildes. Während jedoch beim ersten Halbbild die Aufzeichnung von Echoinformationen am Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 8 durch die jeweils ersten beiden Zeilenkipps der Zeilenkippspannung Ußg im Zeitintervall der Echoempfangsζext E erfolgt, ergibt sich im zweiten Halbbild entsprechende Aufzeichnung der Zeilen durch die beiden letzten Zeilenkipps im Echoempfangsintervall. Auf diese Weise ergibt sich also ein aus den beiden Halbbildern zusammengesetztes Vollbild der Ultraschallabtastung, wo jeweils unmittelbar zwischen zwei Doppelzeilen der ungeradzahli-

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gen Abtastzeilen zwei Doppelzeilen der geradzahligen Abtastzeilen zum Liegen kommen. Der sich somit ergebende Bildaufbau ist im Zeilendiagramm gemäß der Fig. 3 in zeitgeraffter Darstellung für acht Doppelzeilen bei insgesamt sechzehn Kippvorgängen des Zeilenkippgenerators nochmals verdeutlicht.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist die Taktfrequenz für den Ultraschall-Sende/Empfangsbetrieb zu vorzugsweise 50 Hz pro Halbbild gewählt. Der Zeilenkipp des Zeilenkippgenerators erfolgt dementsprechend mit dem Vierfachen dieser Frequenz, also z.B. mit 200 Hz. Unter Ausnutzung der Zeilendoppelschreibung ergibt sich dann also eine Ultraschall-Echobildaufzeichnung, bestehend aus insgesamt 200 Einzelzeilen im Vollbild bei 50 Hz-Bildfrequenz.

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Claims

2678567 76 P 5077 BRD Patentansprüche

1.■Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und Bildanzeigevorrichtung mit Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei die Ultraschallabtastung in Teilbildern erfolgt, die an der Anzeigevorrichtung nach Art eines Zeilensprungverfahrens ineinander verschachtelt zum Vollbild summiert werden, dadurch gekennzeichnet , daß Zeilen- und Bildgenerator (9, 11) der Bildanzeigevorrichtung (8) zur Erzeugung eines solchen Zeilenablenkrasters während des Anfaliens eines jeden Teilbildes ausgebildet sind, das in der Gesamtzeilenzahl mindestens der Zeilenzahl des Vollbildes entspricht, wobei jedoch Helligkeitsmodulation durch Echoimpulse nur in solchen Zeilen des Ablenkrasters erfolgt, die den Zeilen jenes Teilbildes der nacheinander anfallenden Teilbilder, das in diesem Augenblick anfällt, zugeordnet sind.

2. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslesung der Echoimpulse jedes Teilbildes zur Helligkeitsmodulation zugehöriger Zeilen des Vollbild-Zeilenablenkrasters zeilenweise im Wechselpufferspeicherbetrieb erfolgt.

3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wechselpufferspeicherbetrieb insgesamt zwei Pufferspeicher (14, 15) vorgesehen sind, in die die Echoimpulse jeweils zweier aufeinanderfolgender Zeilen eines jeden Teilbildes wechselweise eingelesen und aus denen sie entsprechend wechselweise zur Helligkeitsmodulation wieder abgerufen werden.

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ORIOINAL INSPECISD

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4. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils während der Zeitdauer des Einlesens von Echoimpulsen einer Zeile in den einen Pufferspeicher die im anderen Pufferspeicher gespeicherten Echoimpulse der vorhergehenden Zeile mindestens einmal, vorzugsweise jedoch zweimal · hintereinander, zur Helligkeitsmodulation ausgelesen werden.

5. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer innerhalb der Kippzeit eines Rasterzeilenkippes liegenden Auslesezeit für die Echoimpulse einer Zeile im "Wechselpufferspeicherbetrieb die Einlesezeit in die Pufferspeicher (14, 15), der längeren Echoimpulsempfangszeit entsprechend, ein vorzugsweise ganzzahliges Mehrfaches der Kippzeit eines Rasterzeilenkippes beträgt.

6. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß für das Zweibild-Zeilensprungverfahren in den Zeitintervallen des Empfangs bzw. der Einspeicherung von Echoimpulsen einer Zeile in den jeweiligen Pufferspeicher (14 bzw. 15) mindestens zwei, zur Zeilendoppelschrexbung jedoch vorzugsweise insgesamt vier, Zeilenkipps des Zeilenablenkrasters anfallen.

7. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslesezyklus eines jeden Pufferspeichers (14 bzw. 15) der halben Echoimpulsempfangszeit entspricht, wobei jedoch der Speichereinschreib- und -auslesezyklus beim einen Halbbild gegenüber jenem.des anderen Halbbildes jeweils um die halbe Echoimpulsempfangszeit phasenverschoben ist.

8. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung für die beiden Halbbilder durch entsprechende Verschiebung der Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-Applikators (1) jeweils um die halbe Echoimpulsempfangszeit untereinander bewirkt wird.

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