DE2628567B2

DE2628567B2 -

Info

Publication number: DE2628567B2
Application number: DE2628567A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(Grad.) 8521 Uttenreuth Buchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1979-01-04
Also published as: US4135139A; ATA295677A; FR2356156A1; FR2356156B1; AT355707B; GB1582293A; DE2628567C3; DE2628567A1; NL7704079A; JPS532983A

Description

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

In der DE-PS 25 57 529 ist bereits ein Ultraschall-Bildgerät dieser Art vorgeschlagen worden, das mit insgesamt drei Hat'bildern 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 Vollbildauf7eichnungsverfahren angewendet werden müßte. Aufgrund dieser stark herabgesetzten Zeilenk-'ppfrequenz 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 der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das ebenfalls im Zeilensprungverfahren arbeitet, bei dem jedoch der obengenannte Nachteil beseitig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Zeilen- und Bildgenerator der Bildanzeigevorrichti'ng 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 Helligkeitsmodulalion der Zeilen der einzelnen Teilbilder erfolgt im Zeilensprungverfahren. Auch bei relativ niedriger Zeilendichte pro Halbbild ergibt sich dann aufgrund der hohen Zcilenablenkfrequenz des Zeilenra-

sters 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. Das Ausführungsbeispiel arbeitet speziell mit einem Ultraschall-Array, wie es im Prinzip ohne Berücksichtigung eines Zeilensprungverfahrens beispielsweise aus der US-PS 38 81 466 bekannt ist.

Es zeigt

F i g. 1 ein Ultraschall-Bildgerät gemäß der Erfindung im Prinzipschaltbild,

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

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

In der F i g. 1 ist mit 1 der Ultraschall-Applikator bezeichnet, der im vorliegenden Fall als Ultraschall-Array ausgebildet ist. Der Applikator 1 besteht demnach aus einer Vielzah¹ von Ultraschallwandlern ΗΊ bis W_n (piezoelektrische Kristallblättchen), die in Reihe nebeneinander an einem Trägerteil 2 aus Ultraschallwellen gut dämpfendem Material gehaltert sind. Die einzelnen Wandlerelemente Wi bis W_n 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 W, bis W_n in Einzel- oder Gruppenformation erfolgt mittels einer Ansteuervorrichtung, die in der üblichen Weise Ansteuerschieberegister 6 sowie Ansteuerschalter Si bis S_n 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 entsprechen angesteuerte Schalter S\ bis S_n die einzelnen Wandlerelemente Wi bis W_n über die Wandlerreihe fortlaufend nacheinander einzeln — oder gruppenweise — auf Senden bzw. Empfang schaltbar sind. Auf diese Weise ergibt sich ein zeilenweises Fortschreiten des Ultraschallsende/Empfangsstrahles über die V/andlerreihe hinweg und damit entsprechend zeilenweise Ultraschallabtastung des Untersuchungsobjektes 5. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Ultraschallabtastung im Zeilensprungverfahren. Aus diesem Grunde sind aiii die Wandlerelemente W₁ bis W_n des Arrays I durch Schieberegister 6 und Ansteuers"halter S\ bis S_n in dem Sinne steuerbar, daß während eines jeweils ersten Abtastvorganges das Untersuchungsobjekt 5 jeweils immer nur in ungeradzahligen Ultraschdllzeilen 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 Vollbild aufsummiert 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 (Un) der BHdzeilen im Takt der anfallenden Echoimpulse. Der Heiligkeitsmodulator 12 ist dabei mittels oszillierendem Umschalter 23 wechselweise mit den Ausleseausgängen eines ersten Pufferspeichers 14 sowie eines zweiten Pufferspeichers 15 verbindbar. Ein im Gegentakt oszillierender weiterer Umschalter 16 verbindet entsprechend wechselweise

tu 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,

Ii die in Verbindung mit einer Schreib/Lesesteuereinheit

18 für die Einschreib- bzw. Auslesezyklen der Speicher 14 bzw. 15 durch sinngerechtes zeitliches Umschalten der Umschalter 13 bzw. 16 steht.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach der F i g. 1 ergibt sich in Verbindung mit dem Impulsdiagramm nach der Fi g. 2 wie folgt:

Wie oben bereits angedeutet, erfolgt die Abtastung des Untersuchungsobjekts 5 hm^ehtlich des ersten Halbbildes zuerst in ungeradzahligen nbtastzielen und

ji im zweiten Durchgang zur Erzeugung des zweiten Halbbildes entsprechend in geradzahligen Abtastzeilen. Zum Aufbau des ersten Halbbildes erzeugt dabei die Taktsieuereinrichtung 17 Leitimpulse Ul ■ gemäß F i g. 2, die einerseits das Schieberegister 6 zur Durch-

JO und Weiterschaltung der jeweiligen Schalter Si bis S_n mit den zugehörigen Wandlerelementen Wi bis W_n auf die erwünschten ungeradzahligen Ultraschallabtastzeilen steuern; andererseits bewirkt jeder Leitimpuls Ui. ι über die Schreib/Lesesteuereinheit 18 auch die Abgabe

Jj eines Erregungsimpulses durch den Sendeimpulserzeuger 3 an das oder die angesteuerten Wandlerelemente Wi bis W_n. Ferner wird auch der Zeilenkippgenerator 9 angestoßen, der jeweils in den Zeitintervallen zwischen dem Auftreten zweier Leitimpulse insgesamt vier

4i) Zeilenkipps ausführt. Die in den Sendepausen zwischen zwei Sendeimpulsen, d. h. in den Pausen der Leittaktimpulse Ul i, anfallenden Ultraschall-Echosignale aus dem Untersuchungsobjekt 5 werden auf den Echoimpuls-Empfangsverstärker 7 gegeben und von dort wechsel-

Γι weise im Umschalttakt des Schalters 16 in den ersten Pufferspeicher 14 oder zweiten Pufferspeicher 15 eingespeichert. Die Umschaltung des Schahers 16 erfolgt dabei im Takt von Schaltimpulsen Use ι bzw. Use 2, wobei die Impulsfolge Use ι die Einlesezeiten für

ι" anfallende Echosignale in den Pufferspeicher 14 und die Schaltimpulsfolge Use 2 entsprechend die Einlesezeiten der Echoimpulse in den Pufferspeicher 15 festlegt. Die Schaltimpulse für den Schalter 16 werden von der Schreib/Lescsteuereinheit 18 geliefert. Sie werden in

ν. dieser Steuereinheit durch entsprechende Frequenzuntersetzung der Leittaktimpulsfolge Ui. ι 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 Einschreibimpuls'n Use\ bzw. Usf. 2, die in Verbindung mit Abrufimpulsen, die dem jeweils auf Auslesen geschalteten Speicher 14 oder 15 über Abrufleitungen

19 bzw. 20 zugleitet werden, gespeicherte Zeileninformationen Usa 1 bzw. Usa 2 abrufen. Aus dem Impulsdiagramm gemäß Fig. 2 ist deutlich ersichtlich, daß die Auslesezeiten von "choinformationen Usa ι bzw. Usa 2 aus dem jeweiligen 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 zwischen Echoimpulseinspeicherung von Echoimpulsen einer gerade abgetasteten Ultraschallzoile in den einen Speicher (z. B. Speicher 14) bei gleichzeitigem Abruf der im anderen Speicher (z. B. Speicher IS) 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 Verfahrein ergibt sich die doppelte Zeilenzahl im Ultraschall-Echobild. Wie erwähnt, erfolgt der Aufbau des ersten Halbbildes lediglich in ungeradzahligen Abtastzeilen. Der Aufbau des /weiten Halbbildes erfolgt dann in geradzahligen Abtast/eilen. Zu diesem Zweck erzeugt die Taktsteuereinrichtung 17 eine weitere I.eitimpukfolge Ui. 2. die nunmehr jedoch gegenüber der I.eitimpulsfolge Ui 1 des ersten Halbbildes um die halbe Echoempfangszeit F.. d. h. um den halben Abstand zweier Sendelcitimpulse. phasenverzögert ist. Die Speicher- und Auslesezyklen an den Speichern 14 bzw. 15 erfolgen dann im Takt dieser !.eitimpulsfolge Ui 2 wie auch beim ersten Halbbild, jedoch entsprechend phasenverzögert. Es ergeben sich also entsprechend phasenverzögerte Einspeicherzyklen /Λ/ .' bzw. /Λ/ ;' für die Speicher 14 bzw. 15 mit entsprechend im Gegentakt anfallender Auslesezyklcn Usa Γ und Us\ /. Die Auslcsung jedei gespeicherten Zeile erfolgt wiederum zweifach. Dei Verlauf der Zeilenkippspannung U/k zum Aufbau de? zweiten Halbbildes entspricht wiederum jenem de? ersten Halbbildes. Während jedoch beim erster Halbbild die Aufzeichnung von Echoinformationen arr Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 8 durch die jeweils ersten beiden Zeilenkipps der Zeilenkippspannung U/k im Zeitintervall der Echoempfangszeit L erfolgt, ergibt sich im zweiten Halbbild entsprechende Aufzeichnung der Zeilen durch die beiden letzter Zeilenkipps im Echoempfangsintervall. Auf diese Weise ergibt sich also ein aus den beiden Halbbilderr zusammengesetztes Vollbild der Ultraschallabtastung wo jeweils unmittelbar zwischen zwei Doppel/eilen dci ungeradzahligen Abtastzeilen zwei Doppelzcilen dei geradzahligen Abtastzeilen zum Liegen kommen. Dei sich somit ergebende Bildaufbau ist im Zeilendiagramn gemäß der Fig. 3 in zeitgeraffter Darstellung für ach Doppclzeilen bei insgesamt sechzehn Kippvorgänger des Zeilenkippgenerators nochmals verdeutlicht.

Im Ausfiihrungsbcispiel nach den l·'i g. I bis 3 ist dit Taktfrequenz für den Ultraschall-Sende/Empfangsbe trieb zu vorzugsweise 50 Hz pro Halbbild gewählt. Dei Zeilenkipp des Zeilenkippgenerators erfolgt dement sprechend mit dem Vierfachen dieser Frequenz, als« z. B. mit 200 Hz. Unter Ausnutzung der Zeilendoppel Schreibung ergibt sich dann also eine Ultraschall-Echo bildaufzeichnung. bestehend aus insgesamt 200 Einzel zeilen im Vollbild bei 50 Hz-Bildfrequenz,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nach dem Jmpuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit Ultraschall-Applikator für die i 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 Anfallens eines jeden Teilbildes ausgebildet sind, das in der Gesamtzeilenzahl mindestens der Zeilenzahl des Vollbildes entspricht, wobei jedoch Helligkeitsmodulation dujch 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 elngelcsen und aus denen sie entsprechend wechselweise iur Helligkeitsmodulation wieder abgerufen werden.

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) minde- in stens zwei, zur Zeilendoppelschreibung jedoch vorzugsweise insgesamt vier, Zeilenkipps des Zeilenabienkrasters 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 -auslesezykius 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-Apptikators (1) jeweils um die halbe Echoimpulsempfangszeit untereinander bewirkt wird.