DE2629895A1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet - Google Patents
Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraetInfo
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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
- 2 - 76 P 5080 BRD
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
Sn die einzelnen Wandlerelemente W1 bzw. Wn 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 TG
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
TA 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 Sn 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 (6)
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.
7 0 9 P ~ 1 / Π B 1 Π
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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 (TtjS) 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 (TZy) des BAS-Signals erfolgt,
die über vom Grundtaktgeber (25) geschaltete monostabile Kippstufen (22, 23) des Horizontal- (bzw. Vertikal-)Austastgenerators
geliefert werden.
ν η 9 R ■ ■· η 5 1 Γ;
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