DE2629895A1

DE2629895A1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet

Info

Publication number: DE2629895A1
Application number: DE19762629895
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Buchner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1978-01-05
Also published as: JPS535884A; DE2629895B2; FR2356953A1; DE2629895C3; NL7703388A; GB1564777A; FR2356953B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ Unser Zeichen Berlin und München VPA 76 P 5080 BRD

Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echo verfahren 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.

Bei Ultraschall-Bildgeräten dieser Art wäre es sinnvoll, als Bildanzeigevorrichtungen für das Echoschnittbild normale Fernsehmonitore einzusetzen. Dieser Einsatz bereitet jedoch Schwierigkeiten deshalb, weil die Echosignal-Empfangszeiten zur Überdeckung eines erwünschten Gesamtbildbereiches im Untersuchungsobjekt relativ lang sind gegenüber den kurzen Norm-Zeilenkippzeiten einer Fernsehbildröhre. Denkbar ist nun eine Lösung dieses Problems, die mit sogenannter Vollbildspeicherung des Ultraschall-Vollbildes arbeitet. Bei einem solchen Vollbild-Speicherverfahren könnte dann der relativ langsamen Anfallzeit von Echo-Signalen entsprechend das Gesamtbild in sämtlichen Zeilen zeitlich nacheinander langsam gespeichert und anschließend in wesentlich rascherem Auslesebetrieb in Fernsehnorm auf die Fernsehbildröhre wieder ausgelesen werden. Das Vollbild-Speicherverfahren verursacht jedoch hohen Aufwand an Einzelspeichern, wodurch das Gerät voluminös und darüber hinaus auch teuer wird.

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Kue 28 Bd/ 1.7.1976

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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das mit wesentlich einfacheren technischen Mitteln die Darstellung eines Ultraschall-Schnittbildes in Fernsehnorm ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ausgehend von der Norm-Zeilenkippzeit einer Fernsehbildröhre als Bildanzeigevorrichtung die Periodenzeit der Ultraschall-Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-Applikators auf einen solchen Wert eingestellt Ist, der einem ganzzahligen Vielfachen der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entspricht und daß im Takt dieser Se^de/Empfangszyklen anfallende Echosignale für jeden Zyklus bis zum nächstfolgenden gespeichert und erst während dieses nächstfolgenden Zyklus zur Fernsehbildröhre ausgelesen werden, wobei das Auslesen ein- oder mehrfach erfolgt in solchen Auslesezeiten, die der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entsprechen.

Die Erfindung ermöglicht eine Video-Norm-Umsetzung mit lediglieh maximal zwei Speichern zur Zwischenspeicherung der Echosignale jeweils zweier aufeinanderfolgender Abtastzeilen. Es ergibt sich also der Einsatz von Fernsehmonitoren bei Ultraschall-Bildgeräten wie erwünscht mit geringstmöglichem technischen Aufwand.

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,

Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Durchführung einer Video-Norm-Umsetzung gemäß der Erfindung mit dem Prinzip

schaltbild nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Ultraschall-Applikator bezeichnet,

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der im vorliegenden Fall als Ultraschall-Array ausgebildet ist. Der Applikator 1 besteht demnach aus einer Vielzahl von Ultraschallwandlern W₁ bis W (piezoelektrische Kristallplättchen), 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 W- 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_n die einzelnen Wandlerelemente W₁ bzw. 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 Ultraschallsen de/Empfangsstrahles über die Wandlerreihe hinweg und damit entsprechend zeilenweise Ultraschallabtastung des Untersuchungsobjektes 5.

Zur Aufzeichnung der Echosignale jeder Ultraschall-Abtastzeile als entsprechende Bildzeile dient ein herkömmlicher Fernsehmonitor 8. Dieser Fernsehmonitor umfaßt eine Fernsehbildröhre 9, der -in üblicher Weise ein Zeilenkippgenerator 10 für eine Horizontalablenkspule 11 sowie ein Bildkippgenerator 12 für die Vertikalablenkspule 13 der Fernsehbildröhre 9 zugeordnet ist. Der Monitor 8 umfaßt ferner auch noch einen Helligkeitsmodulator 14 zur Helligkeitsmodulation der Bildzeilen des Zeilenrasters im Takt der anfallenden Echoimpulse sowie eine Impulstrennstufe 15 für die unterschiedlichen Informationsinhalte des dem Monitor 8 zugeleiteten BAS-Signals.

Das BAS-Signal fällt dabei am Ausgang einer Mischstufe 16 an, die eingangsseitig von den Echosignalinformationen, den Horizon-

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tal- (bzw. Vertikal-) Austastimpulsen sowie den Zeilen- (bzw. Bild-) Synchronimpulsen gespeist ist. Die Zuführung der Echosignalinformationen erfolgt dabei vom Ausgang des Echosignalempfangsverstärkers 7 über Pufferspeicher 17 bzw. 18, die mittels oszillierender Schalter 19 und 20 im Gegentaktbetrieb arbeiten, sowie über einen weiteren Verstärker 21 für die Echosignale. Zur Erzeugung-der Horizontal- (bzw. Vertikal-) Austastimpulse bzw. der Zeilen- (bzw. Bild-) Synchronisierimpulsc- dienen hingegen ein Austastimpulserzeuger 22, 23 bzw. ein Synchronimpulserzeuger 24·. Der Austastimpulserzeuger umfaßt dabei zwei monostabile Kippstufen 22 und 23, die im Takt von Taktimpulsen T_G eines Grundtaktgebers 25 zeitlich nacheinander angestoßen werden. Aus dem Grundtakt des Grundtaktgebers 25, der mit der normierten Zeilenkippfrequenz der Fernsehbildröhre 9 von z.B. 15,625 kHz schwingt, ergeben sich somit gemäß Fig. 2 die beiden Impulsfolgen T_A bzw. T₂-J-. Der Grundtaktgeber 25 taktet ferner auch den Synchronimpulserzeuger 24, der ebenfalls als monostabile Kippstufe ausgebildet ist, welche kurzzeitige Impulse gemäß dem Taktverlauf Tj₁₃ abgibt. In Überlagerung der jeweiligen Austastimpulse mit den Synchronimpulsen und den Echoinformationen ergibt sich dann das BAS-Signal in dem zeitlichen Verlauf gemäß Fig. 2. Nach Abtrennung in der Impulstrennstufe 15 des Fernsehmonitors 8 wird dann durch die Horizontalsynchronimpulse jeweils die Zeilenkippspannung Z„· ausgelöst. Am Ende eines jeden Bildaufbaues wird hingegen der Bildsynchronimpuls in Verbindung mit einem Bildaustastimpuls erzeugt, der die Zurückführung des Elektronenstrahls der Fernsehbildröhre 9 in die Ausgangslage und Wiederauslösung eines weiteren Bildkipps in Verbindung mit weiteren Zeilenrasterkipps bewirkt. Zur Festlegung der Sende/Empfangszeiten der Ultraschall-Sendeempfangszyklen dient hingegen ein Zähler 26, in dem die Synchronimpulse des SynChronlmpUlserzeilgers 24 eingezählt werden. Dieser Zähler 26 erzeugt mit jedem vierten anfallenden Synchronimpuls einen Ausgangsimpuls T-,, der als Leittaktimpuls einerseits Weitertaktimg in den Registerpositionen des Schieberegisters 6 und damit rhythmische Weiterschaltung der Schalter S^ bis S_n bewirkt. Andererseits wird auch gleichzeitig der Hochfrequenzimpulssender jeweils mit Auftreten eines Leittaktimpulses T^ im Sinne der Abgabe eines Hochfrequenzimpulses an das durch einen Schalter S^ bis S jeweils angeschaltete

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Wandlerelement W^. "bis W aktiviert. Es ergibt sich somit zeilenweise Ultraschallabtastung des Untersuchungsobjektes 5 im Takt der Leittaktimpulse T-.. Des weiteren erfolgt über die ^eittaktimpulse T-, auch noch wechselweises Umschalten der Schalter 19 bzw. 20. In der Fig. 2 sind dabei die Umschaltzeiten an den Speichereingängen bzw. die Umschaltzeiten an den Speicherausgängeri jeweils mit Tg.y bzw. Tg-io und T..„ bzw. T..g bezeichnet. Die schraffiert dargestellten Impulse bezeichnen dabei jeweils die Zeitdauer der Einspeisung von Echosignalinformationen in den einen Speicher bei gleichzeitiger Auslesung der Information einer vorhergehenden Echozeile im anderen Speicher. Die tatsächliche Auslesung der Informationen aus dem jeweils ausgangsseitig angeschalteten Speicher 17 oder 18 über den Verstärker 21 zur Mischstufe 16 erfolgt hingegen im Synchrontakt der Ausgangsimpulse des Austastimpulserzeugers 22, 23 über die Auslesesteuerleitung 27 bzw. 28. Da jeweils während der Zeitdauer der Ansteuerung eines Speichers .17 bzw. 18 durch den Ausgangsschalter 20 insgesamt immer drei Austastimpulse des Austastimpulserzeugers 22, in zeitlicher Aufeinanderfolge anfallen, wird entsprechend eine im jeweils angeschalteten Speicher 17 oder 18 eingespeicherte Echozeile insgesamt dreimal in zeitlicher Aufeinanderfolge ausgelesen. Am Bildschirm der Fernsehbildröhre 9 ergibt sich somit ein Echobild mit hoher Zeilendichte und relativ hoher Bildfrequenz, wobei jedoch jede Zeile dreifach geschrieben ist.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet im einfachen Vollbildverfahren. Selbstverständlich kann jedoch auch ein Zeilensprungverfahren angewendet werden in dem Sinne, daß bei geradzahligem Vielfachen der Horizontalsynchronimpulse Ultraschallabtastung im Untersuchungsobjekt und Zeilenbildaufzeichnung mit der Fernsehbildröhre in z.B. zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern geschieht, wobei die Mehrfachschreibung einer Echozeile die Hälfte des geradzahligen Vielfachen des Horizontalsynchrons beträgt.

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Claims

76 P 5080 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, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der Norm-Zeilenkippzeit einer Fernsehbildröhre (9) als Bildanzeigevorrichtung die Periodenzeit der Ultraschall-Sende/Empfangszyklen (Tt) d-^es Ultraschall-Applikators (1) auf einen solchen Wert eingestellt ist, der einem ganzzahligen Vielfachen der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entspricht und daß im Takt dieser Sende/Empfangszyklen anfallende Echosignale für jeden Zyklus bis zum nächstfolgenden gespeichert und erst während dieses nächstfolgenden Zyklus zur Fernsehbildröhre ausgelesen werden, wobei das Auslesen ein- oder mehrfach erfolgt in solchen Auslesezeiten, die der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entsprechen.

2. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodenzeit der Ultraschall-Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-Applikators (1) vorzugsweise das Dreifache der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre (9) beträgt und entsprechend während der Empfangszeit von Echosignalen einer Abtastzeile die Echosignale der vorhergehenden Abtastzeile insgesamt dreimal hintereinander ausgelesen werden.

3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Empfang und Auslesung der Echosignale im Wechselpufferspeicherbetrieb erfolgen in dem Sinne, daß die Echosignale jeweils zweier aufeinanderfolgender Abtastzeilen wechselweise in Pufferspeicher (17, 18) eingelesen und im nachfolgenden entsprechend wechselweise mehrfach aus dem Speicher wieder ausgelesen werden.

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4. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Periodenzeit der Ultraschall-Sende/Empfangszyklen ein Zählglied (26) dient, das jeweils bei einer bestimmten Anzahl eingezählter Zählimpulse einen Leittaktimpuls (T^) für die Auslösung eines Zyklus erzeugt, wobei die Zählimpulse die Zeilensynchronimpulse des BAS-Signals für die Zeilenablenkung der Fernsehbildröhre sind.

5. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilensynchronimpulse (Ttj_S) im Takt von Grundtaktimpulsen (Tq) eines Grundtaktgebers (25) anfallen, der mitder Zeilennormfrequenz, z.B. 15,625 kHz, der Fernsehbildröhre (9) schwingt.

6. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abruf gespeicherter Echoinformationen aus einem Pufferspeicher (17 oder 18) wechselweise im Takt der Zeileninformationsimpulse (T_Zy) des BAS-Signals erfolgt, die über vom Grundtaktgeber (25) geschaltete monostabile Kippstufen (22, 23) des Horizontal- (bzw. Vertikal-)Austastgenerators geliefert werden.

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