DE2632562A1

DE2632562A1 - Vorrichtung zur ultraschall-untersuchung

Info

Publication number: DE2632562A1
Application number: DE19762632562
Authority: DE
Inventors: Weston Arthur Anderson; William Lawrence Beaver; Lloyd Douglas Clark
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Diasonics Inc
Priority date: 1976-04-05
Filing date: 1976-07-20
Publication date: 1977-10-06
Also published as: IL49825A0; JPS52121989A; US4274422A; FR2391701B1; IL57601A0; CA1106959A; GB1564609A; US4274422B1; DE2632562C3; SE7700657L; DE2660212C2; NL7609413A; DE2632562B2; FR2391701A1; SE433702B

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL.-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5 ^ fc) 3 2 5 6 2 Telex 5212744 · Telegramme Interpatent

19. Juli 1976

Vl P 426 D

VARIAN Associates Palo Alto, CaI., USA

Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung

Priorität: 5· April 1976 - USA - Ser. No. 673 500

Zusammenfassung

Es wird ein verbessertes Ultraschall-Anzeige- und Aufzeichnungssystem beschrieben, wie es in der medizinischen Diagnostik verwendet wird, und insbesondere bei der Kardiovascular-Diagnose anwendbar ist. Das System weist einen Multielementwandler auf, mit dem Ultraschallenergie erzeugt und empfangen

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wird, die in den Kardiovascularbereich des untersuchten Patienten geschickt und von dort zurückreflektiert wird, und weist eine Einrichtung auf, mit der eine zweidimensionale Echtzeit-Anzeige und/oder ein solches Bild der untersuchten Zone erzeugt wird. TM-Aufzeichnungseinrichtungen (time-motion = Zeit-Bewegung) sind dem System zugeordnet und können so betätigt werden, daß eine TM-Aufzeichnung entsprechend einem vorgewählten Bereich des beobachteten Echtzeitbildes bewirkt wird. Ein EKG-Ausgangssignal wird ebenfalls in Echtzeit mit dem zweidimensionalen Bild angezeigt, und Fotografien der Anzeigen können an gewählten Punkten des EKG-Zyklus entsprechend einer vom Systembenutzer durchgeführten Einstellung erzeugt werden. Das System enthält eine "Vorkehrung zur Erzeugung von Videoaufzeichnungen und Einrichtungen, mit denen verschiedene Identifizierungen und Zeitdaten den Anzeigen überlagert werden können.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und die Methodologie zur Durchführung einer medizinischen Diagnose, und insbesondere Systeme und Methodologien, die Ultraschalltechniken für solche Zwecke benutzen.

Im Laufe der letzten zwei oder drei Dekaden hat die Ultraschalltechnologie eine immer wachsende Rolle bei der medizinischen Diagnose gespielt. Ein für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung besonders interessantes Gebiet ist die Verwendung dieser Technologie zur Identifizierung und Untersuchung von Herzstrukturen. Spätestens schon 1953 haben Edler und Hertz Techniken beschrieben, mit denen Echos, die von Strukturen innerhalb des Herzens erzeugt wurden, in Kurven umgewandelt werden konnton, die die Bewegungen von Teilen dieser Struktur anzeigen. Techniken

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ORIGINAL INSPECTED

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dieser Art wurden allgemein bezeichnet mit "Echokardiographie" oder "TM¹²-Abt astung (time-motion = Zeit-Bewegung). Entsprechend diesen Techniken wird von einem Oberflächenwandler, der beispielsweise so positioniert werden kann, daß ein Strahl zwischen die Rippen geschickt wird, ein enger Ultraschallstrahl in den Bereich des Herzens geschickt. Wenn ein Ultraschallenergieimpuls einwärts durch die verschiedenen Strukturen wandert, einschließlich Herzwand, Klappen und dergl., wird ein Teil der Energie an den Grenzen zwischen den verschiedenen Strukturen zurück zum Wandler reflektiert. Diese reflektierte Energie wird dann detektiert, verstärkt und je nach Wunsch auf einem Oszillographen angezeigt oder auf Papier aufgezeichnet.

Die durch diese Techniken erhaltene Information kann von großem diagnostischem Wert sein, da die untersuchten Strukturen sich in charakteristischer Weise bei gewissen Herzkrankheiten ändern, und ein erfahrener Arzt kann leicht das Vorhandensein solcher Änderungen durch eine Prüfung einer einwandfrei erhaltenen Anzeige oder Aufzeichnung der erwähnten Art bestimmen.

Soweit eine TM-Abtastung betroffen ist, kann beobachtet werden, ' daß bis vor kurzer Zeit ein Hauptproblem, das in der Natur der anwendbaren Geräte lag, darin bestand, daß der Benutzer im Prinzip "blind flog". Das heißt, daß die einzige Information, die der Benutzer darüber hatte, ob der Wandler richtig für die Strukturen orientiert war, die er zu beobachten versuchte, dadurch erhalten wurde, daß die Daten betrachtet wurden, die auf dem Oszillographen angezeigt oder vom Schreiber aufgezeichnet wurden. Im Anschluß an den ersten Versuch mußte der Benutzer den Wandler neigen oder kippen, um einen Bereich von Strukturen abzudecken und auszusuchen, von dem er Aufzeichnungen erhalten wollte. Die einzige Rückmeldung, die er darüber hatte, daß die hergestellte Aufzeichnung tatsächlich die Strukturen enthielt, die beobachtet werden sollten, wurde nach Herstellung der Aufzeichnung erhalten.

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Kürzlich, sind Geräte berichtet worden, mit denen eine TM-Abtastung aus einer B-Abtastung erhalten werden konnte, die von einer Nahfeldanordnung erhalten wurde. Die Schwierigkeit liegt darin, daß TM-Abtastbilder, die von einer Nahfeldanordnung erhalten werden, nicht eine Form haben, die untersuchenden Ärzten vertraut ist, und aus diesen Gründen sind diese nicht leicht mit den untersuchten Strukturen zu korrelieren.

Als nächstes ist zu erwähnen, daß eine Anzahl Ultraschall-Bildsysteme vor kurzem berichtet worden sind,- und in einigen Fällen zu Forschungszwecken verfügbar geworden sind - bei denen es möglich ist, ein zweidimensionales Bild, beispielsweise einer Herzstruktur_T in Echtzeit zu erzeugen und zu beobachten. Ein System dieser Art, bei dem Phasen-Array-Prinzipien dazu verwendet werden, einen Ultraschallstrahl zu lenken und zu fokussieren der von einem Wandler-Array geliefert wurde, wird beschrieben in Thurston und von Ramm "A New Ultrasound Technique Employing Two-Dimensional Electronic Beam Steering", Acoustical Holography, Band 5» Herausgeber P.S. Green, Plenum Press 197^· Zusätzliche Aspekte von Systemen, die auf solchen Vorrichtungen beruhen, werden im Band 6 dieser Reihe Acoustical Holography auf Seite 91 in einem Artikel von von Ramm, Thurston und Kisslo "Cardiovascular Diagnosis With Real Time Ultrasound Imaging" beschrieben. Es ist noch nützlich hinzuweisen auf J.C. Somer "Electronic Sector Scanning for Ultrasonic Diagnosis", Ultrasonics, Juli 1968, Seite 153.

Das erwähnte Echtzeit-Abbildungssystem und andere, wie sie kürzlich von anderen Forschern beschrieben worden sind, haben tatsächlich nützliche neuartige Werkzeuge für den untersuchenden Arzt zur Verfügung gestellt, und zwar insoweit als es erstmals praktisch möglich geworden ist, direkt eine erweiterte Ausdehnung des arbeitenden Herzens in Echtzeit zu beobachten,

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d.h.., im wesentlichen gleichzeitig mit dem Auftreten der Funktionen. Gleichzeitig haben diese Systeme jedoch nur einen Einstieg in eine extrem komplizierte diagnostische Umgebung dargestellt, und den berichteten Systemen fehlten deutlich die Differenziertheit und Flexibilität, die der Untersucher benötigt. Viele dieser bekannten Systeme haben eine geringe Auflösung in den gelieferten Bildern erzeugt und haben keine Möglichkeiten enthalten, das Bild zu manipulieren, um gewisse spezielle Regionen innerhalb des Herzens oder der zugehörigen Kardiovascularstrukturen zu untersuchen, oder sich auf diese zu konzentrieren. Vielleicht noch bedeutsamer ist die Tatsache, daß diese bekannten Geräte nicht in der Lage waren, eine diagnostische Beziehung zwischen der von ihnen gelieferten B-Modus-Anzeige und den verschiedenen zusätzlichen diagnostischen Ablesungen zu ermöglichen, die üblicherweise vom Kardiologen benutzt werden, einschließlich beispielsweise das bekannte EKG, das Phonokardiogramm und die bereits erwähnten TM-Modus-Anzeige und -Aufzeichnungen.

Ziele der Erfindung

Entsprechend dem Vorangegangenen kann es als ein Ziel der Erfindung angesehen werden, ein Anzeige- und Aufzeichnungssystem zur Ultraschalldiagnose verfügbar zu machen, das speziell auf die Kardiologie anwendbar ist und das in der Lage ist, direkt zur Untersuchung durch den Benutzer ein leicht manipulierbares Echtzeit-Bild von Herzstrukturen mit hoher Auflösung auszugeben.

Veiter soll durch die Erfindung ein System dieser Art verfügbar gemacht werden, das Einrichtungen enthält, mit denen gleichzeitig oder unabhängig ein EKG oder ein Phonokardiogramm angezeigt

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werden kann, und das in einer Form, die es dem Systembenutzer ermöglicht, diese Daten leicht zu beobachten.

Weiter soll durch die Erfindung ein Diagnosesystem verfügbar gemacht werden, bei dem die Ultraschallmethodologie dazu verwendet wird, in einer fächerförmigen Anzeige in Echtzeit eine Herzstruktur oder dergl. sichtbar zu machen, wobei eine sog. B-Modus-Anzeige solcher Strukturen möglich ist, und das weiter Einrichtungen aufweist, mit denen schnell und automatisch eine ΤΓΊ-Modus-Auslesung oder -Abtastung des angezeigten Teils der Herzstruktur bewirkt wird.

Zusätzlich soll durch die Erfindung ein Ultraschall-Abbildungssystem verfügbar gemacht werden, das speziell an die Erzeugung von Echtzeit-B-Modus-Anzeigen von Herzstrukturen angepaßt ist und das Einrichtungen aufweist, mit denen automatisch Fotografien dieser B-Modus-Anzeige gewährleistet werden können, und bei dem das Fotografieren der Anzeige direkt mit einem Zeitpunkt korreliert werden kann, der auf ein EKG bezogen ist, das von der beobachteten Herzstruktur erzeugt wird, so daß die Herzstruktur fotografisch an dem präzisen Punkt des Herzzyklus fotografiert werden kann, der vom untersuchenden Arzt als interessant angesehen wird.

Weiter soll durch die Erfindung ein Ultraschalldiagnosesystem der erwähnten Art verfügbar gemacht werden, das zusätzlich dazu, daß es Einrichtungen aufweist, mit denen Fotografien der Echtzeit-B-Modus-Anzeige erhalten werden können, vom Benutzer zu betätigende Einrichtungen aufweist, mit denen alphanumerische und Zeit-Informationen der Anzeige überlagert werden können, so daß die erhaltenen Fotografien direkt mit präzisen Daten versehen sind, die zur Aktenverwaltung oder anderen Zwecken brauchbar sind, einschließlich beispielsweise medizinischjuristische oder Regulierungs-Zwecke.

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Weiter soll durch die Erfindung ein Ultraschalldiagnosesystem der erwähnten Art verfügbar gemacht werden, das zusätzlich dazu, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen eine Videoaufzeichnung der Echtzeit-B-Modus-Anzeige erzeugt wird, die Möglichkeit enthält, präzise Zeitinformation auf die aufgezeichneten Anzeigen zu überlagern, so daß eine genaue Analyse der Aufzeichnungen erleichtert und gewährleistet wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden die oben genannten Ziele und andere, die noch aus der folgenden Beschreibung hervorgehen, bei einem Ultraschall-Anzeige- und -Aufzeichnungssystem/erreicht, daß zusätzlich dazu, daß ein stark manipulierbares Echtzeitbild von Herzstrukturen oder dergl. mit hoher Auflösung erhalten werden kann, eine große Anzahl von zusätzlichen Merkmalen vorhanden ist, die so mit den erwähnten Echtzeitbild-Möglichkeiten wechselwirken, daß eine breite Anhebung der diagnostischen Möglichkeiten des Systems möglich ist.

Der beim System nach der Erfindung verwendete Wandler besteht vorzugsweise aus einem Phasen-Array, das aus einer Vielzahl von Elementen besteht, die in einer kompakten, linearen Anordnung angeordnet sind. Der Wandler ist mit einem geeigneten Sender und Empfänger verbunden, und die gesendeten Impulse sind phasenmäßig so beeinflußt, daß der abgegebene Schallstrahl in die gewünschte Richtung gelenkt wird. Einstellbare Verzögerungen, die in jedem Empfängerkanal vorgesehen sind, verbessern den Empfang aus der gleichen Richtung wie der gesendete Schallstrahl. Durch geeignete Steuerung der Zeitgabe der an die Wandlerelemente gelegten Spannungen und der einstellbaren Verzögerungen der getrennten Empfängerkanäle kann der Strahl auf irgendeinen gewünschten Winkel eines fächerförmigen Sektors gelenkt werden. Der Betrieb des gelenkten Array erfolgt so, daß eine Vielzahl

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von radialen Zeilen, die den fächerförmigen Sektor definieren, nacheinander erzeugt werden, wobei eine relativ hohe Anzahl solcher radialen Zeilen, typischerweise größenordnungsmäßig 64 solcher Zeilen, im Laufe der Erzeugung des ganzen Sektors verwendet wird. Ein Satz solcher Zeilen wird innerhalb einer kurzen Periode erzeugt, typischerweise in der Größenordnung von I/30 Sekunde, so daß die entsprechende Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre des Systems ein Echtzeit-(oder Hochgeschwindigkeits-) Bild hoher Auflösung des Herzens und damit in Beziehung stehender Kardiovascularstrukturen ist, wobei die Sichtbarmachung im sog. B-Modus erfolgt, d.h., einem, bei dem Variationen der akustischen Impedanz des Gewebes in Helligkeitsvariationen auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm umgesetzt werden.

Die Verwendung des Phasen-Array-Sektor-Abtasters bietet wichtige Vorteile bei der Sichtbarmachung und Messung von Kardiovascularstrukturen. Sie erlaubt eine Sichtbarmachung des Herzbereichs durch den relativ kleinen Zugang, der zwischen den Rippen verfügbar ist. Sie bietet dem Kardiologen auch einen kleinen, leichten Wandler ähnlich demjenigen, der bei bekannten TM-Modus-Geräten verwendet wurde. Bei bekannten TM-Instrumenten untersucht der Kardiologe die verschiedenen Herzstrukturen dadurch, daß der Wandler winkelmäßig so gerichtet wird, daß der Strahl nacheinander durch die interessierenden Strukturen geschickt wird, und diese werden dann auf einem TM-Modus-Streifenschreiber aufgezeichnet. Erfindungsgemäß wird die gleiche Anzeigeart automatisch dadurch erreicht, daß dem Kardiologen erlaubt wird, eine TM-Modus-Abtastung des zweidimensionalen Bildes zu erhalten, das auf dem Kathodenstrahlschirm beobachtet wird.

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Bekannte Nahfeld-Ultraschallabtaster in linearer Anordnung erlauben nicht, die gleiche Anzeige in eine TM-Modus-Abtastung umzusetzen, da .sie das B-Abtast-Bild im rechteckigen Format anzeigen statt im Winkelformat, das im Sektorabtaster erhalten wird. Einer der Vorteile der Erfindung besteht also darin, daß sie es erlaubt, eine übliche TM-Modus-Anzeige im gewöhnlichen Format zu erhalten, wie es bei bekannten TM-Modus-Aufzeichnungen erhalten wurde, mit den Vorteilen, in der Lage zu sein, die Strukturen in ihren tatsächlichen Konfigurationen sichtbar zu machen, und zwar ehe und tatsächlich während die TM-Aufzeichnung hergestellt wird.

Es sind Einrichtungen im System vorgesehen, mit denen die Sektorgröße des vom Wandler untersuchten fächerförmigen Bereichs variiert wird, um eine gewünschte Winkelkonfiguration zu erhalten, die sich beispielsweise zwischen 20° und 80° ändert. Da die gleiche Anzahl von Abtastzeilen in jedem Falle verwendet wird, ermöglicht dieses Merkmal eine höhere Auflösung, wenn ein spezieller Teil des Bildes als besonders interessant angesehen wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die die Wiederholrate der Abtastzeilen variieren, so daß eine Tiefensteuerung der angezeigten Sektorabtastung ermöglicht wird. Durch diese Technik können weniger tiefe Teile der Herzstruktur mit entsprechender Erhöhung der Zeilendichte untersucht werden. Wenn beispielsweise Strukturen in der Nähe des maximalen Bereichs von 21 cm untersucht werden, werden im beschriebenen Gerät insgesamt 64 Zeilen verwendet. Wenn die Maximaltiefe auf 7 cm beschränkt wird, kann in dem Gerät eine Gesamtzahl von 192 Zeilen verwendet werden, so daß sich eine höhere Empfindlichkeit ergibt, während beispielsweise Kinder untersucht werden.

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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung können die vom mit dem Wandler verbundenen Empfänger verarbeiteten Daten variiert werden, um Teile derselben zu komprimieren, d.h., eine nichtlineare "Verarbeitung zu ermöglichen, und das System kann Einrichtungen aufweisen, mit denen Signale unterhalb einer gewissen Amplitude zurückgewiesen werden, d.h., es wird eine Rauschunterdrückung ermöglicht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der durch das System möglichen Steuerung oder Kontrolle der sektorförmigen Anzeige sind Einrichtungen vorgesehen, mit denen die Verstärkung des Empfängers in verschiedenen Sektoren der untersuchten Zone variiert werden können. Auf diese Weise ist es möglich, für Bereiche stärkerer Dämpfung zu kompensieren, die in gewissen Bereichen des Körpers auftreten können.

Wie bereits erwähnt, sorgt das erfindungsgemäße System für eine direkte visuelle Anzeige auf einem Kathodenstrahloszillographcn, der für die Betrachtung durch den Benutzer zugänglich ist. Ein Tochteroszillograph wird synchron zur visuellen Anzeige betrieben und eine fotografische Kameraeinrichtung ist so positioniert, daß Fotografien direkt vom Tochteroszillographen erhalten werden können. Dem Tochteroszillographen ist auch ein Vidicon zugeordnet, dessen Ausgänge sowohl zu einem Videorekorder als auch zu einem Videomonitor führen, so daß eine Hilfsbetrachtung der Anzeige oder eine Fernbetrachtung der Anzeige möglich sind.

Der Ausgang vom Wandlerempfänger wird auch einem TM-Modus-Schreiber zugeführt, wodurch es möglich ist, TM-Modus-Aufzeichnungsstreifen direkt aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erhalten. Ein speziell bedeutsamer Aspekt dieser Anordnung besteht darin, daß der Benutzer des Systems eine TM-Aufzeichnung einleiten kann, während er die praktisch Echtzeit-Anzeige beobachtet. Dieses Merkmal vermeidet vollständig die den bekannten

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Geräten inhärente Schwierigkeit, daß der untersuchende Arzt gezwungen war, in teilweiser oder völliger Unkenntnis des genauen Bereichs des Patienten zu arbeiten, für den er die TM-Modus-Aufzeichnung präparierte.

Der TM-Modus-Betrieb enthält weiter gewisse Möglichkeiten, die bisher in einem solchen Instrument nicht vorhanden waren, und besonders natürlich nicht vorhanden waren zusammen mit den erheblich erweiterten Fähigkeiten des erfindungsgemäßen Systems. So kann das System, zusätzlich zu der Möglichkeit, eine TM-Aufzeichnung hinsichtlich der Zeit-Bewegungs-Charakteristiken zu bewirken, die längs einer oder mehrerer ausgewählter Radialzeilen des Abtastsektors auftreten, im automatischen Betrieb betrieben werden, wobei eine aufeinanderfolgende TM-Abtastung jeder benachbarten Radialzeile bewirkt wird, so daß auf diese Weise eine TM-Aufzeichnung des gesamten Sektors erhalten werden kann, und zwar unter Beobachtung durch den Benutzer auf dem Anzeigeschirm des Systems.

Das erfindungsgemäße System weist ferner EKG-Eingangseinrichtungen auf, wodurch es möglich ist, EKG-Daten vom Patienten direkt dem System einzugeben. Das EKG selbst wird in Echtzeit auf dem Anzeigeschirm des Systems angezeigt, und es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um zu ermöglichen, daß das erzeugte EKG-Muster für eine ausreichende Zeitspanne persistiert, um dem Benutzer zu ermöglichen, bedeutsame Merkmale desselben zu identifizieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auf dem Kathodenstrahloszillographenschirm ein vom Benutzer bewegbarer Läufer (d.h., eine Anzeigemarkierung) erzeugt und kann auf o^ed-^em gewünschten Punkt der EKG-Aufzeichnung positioniert werden. Dieser Vorgang erfüllt während der Vorbereitung von Fotografien eine hoch bedeutsame Funktion. Insbesondere sind im System Einrichtungen vorgesehen, die die Herstellung einer Fotografie

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entsprechend dem Echtzeit-Bild an dem Punkt des Herzzyklus ermöglichen, der durch den Läufer identifiziert ist. Das ermöglicht dem Benutzer, eine fotografische Ablesung an jedem präzisen Punkt des Herzzyklus zu erhalten, den er als wichtig für seine Untersuchung ansieht.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Systems ist eine Tastenfeldeingabe mit einem geeigneten Generator für alphanumerische Zeichen vorgesehen, so daß es möglich ist, alphanumerische und andere Information in die visuelle Anzeige einzusetzen. Vom Benutzer kann auf diese Weise Information eingegeben werden, die solche Dinge betrifft wie Identität des Patienten, Datum der Untersuchung und andere Daten, die den Diagnosearzt oder das Institut interessieren, die die Untersuchung des Patienten herbeigeführt haben. Zusätzlich werden Instrumentenparameter und damit in Beziehung stehende Daten automatisch angezeigt, einschließlich Daten bezüglich des Punktes des EKG-Zyklus, für den die Fotografie gilt. Information der letzteren Art kann mit der oben erwähnten Läuferposition korreliert werden, die der Anzeige auch in der Form von Zeitgabedaten zugeführt werden kann, die die zeitliche Versetzung von der R-Welle oder einem anderen signifikanten Datum im EKG-Zyklus angibt.

Eine Uhrzeitanzeige kann in ähnlicher Weise auf dem Anzeigeschirm überlagert werden, um eine laufende Aufzeichnung zu schaffen, die bis herab zu 1/100 Sekunde reichen kann, so daß jedes Vollbild (1/30 see.) eine besondere Zeitidentifizierung trägt. Diese Informationsart ist für die erwähnten Fotografien bedeutsam und ist besonders wertvoll im Laufe der Interpretation der Videoaufzeichnungen, die durch das erfindungsgemäße System zur Verfügung gestellt werden können.

Die Gewährleistung dieser Kategorien von Identifizierungsdaten und damit in Beziehungen stehenden Daten ist nicht nur für

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normale Aufzeichnungszwecke bedeutsam, d.h., zur Ermöglichung einer leichten Korrelation von Fotografien und Videoaufzeichnungen mit Patientenakten usw., diese Information wird darüber hinaus noch in Verbindung mit medizinisch-juristischen Problemen und/oder für Regulierungszwecke als bedeutsam angesehen, d.h., damit solchen Forderungen Rechnung getragen werden kann, wie sie vom Krankenhaus oder einem anderen Institut aufgestellt werden, die die Einrichtung benutzen, oder von Behörden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Blockschema der wichtigsten Betriebselemente eines erfindungsgemäßen Systems;

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf den Anzeigeschirmteil der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 ein elektrisches Blockschema zur Veranschaulichung des Betriebs des Systems in einem TM-Modus, wobei gewisse Aspekte der Sektorerzeugungstechniken angedeutet werden;

Fig. 4A,

4-B und 4-G grafisch gewisse Aspekte der Sequenz, die wäl«*- der Herstellung von Fotografien durch das erfindungsgemäße System auftreten; und

Fig. 5 ein elektrisches Blockschema zur Veranschaulichung der elektronischen Persistenz- und Belichtungsfolge-Schaltungen, die in Fig. 1 als Block 56 dargestellt sind.

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In Fig. 1 ist ein Anzeige- und Aufzeichnungssystem 10 nach der Erfindung dargestellt. Das System 10 arbeitet auf Ultraschallprinzipien und ist hauptsächlich für die Verwendung in der Herzdiagnose und Diagnose von kardiovascularen Zuständen gedacht, wenn es auch für den einschlägigen Fachmann erkennbar ist, daß das System auch bei anderen Diagnoseanwendungen insoweit verwendbar ist, als es nutzbare Information in diesen weiteren Anwendungen liefert. Wegen der Hauptanwendung auf die Herzdiagnose und die Diagnose von Kardiovascularzuständen wird das System am Beispiel der Anwendung in diesem Gebiet beschrieben.

Der Schallwandler 12, der mit dem System 10 verwendet wird, ist betrieblich einem Patienten IA- zugeordnet, und zwar derart, daß der erzeugte Ultraschallstrahl in die Bereiche des Herzens und damit in Beziehung stehender Strukturen projiziert werden kann. Der Wandler 12 kann also, wie in der einschlägigen Technik bekannt, so positioniert werden, daß er seine Ausgangsleistung zwischen die Rippen des Patienten wandern läßt.

Es können verschiedene Wandlerkonfigurationen, wie sie als verwendbar in Verbindung mit der Erzeugung von zweidimensionalen Bildern bekannt sind, im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet werden, einschließlich beispielsweise solcher, die auf sog. "Nahfeld"-Lineararrays basieren; der Wandler 12 besteht jedoch vorzugsweise aus einem Phasenarray, das beispielsweise aus einer Vielzahl von Elementen, beispielsweise 32 piezoelektrischen Elementen, besteht, die in einer kompakten linearen Anordnung angeordnet sind. In einem typischen Beispiel kann jedes dieser Elemente eine Länge von 12 mm haben, eine Breite von 0,3 mm und einen Mittenabstand zwischen benachbarten Elementen von 0,4 mm. Allgemein sollte der Wandler eine solche körperliche Größe haben, daß er effektiv in Verbindung mit einem Menschen verwendet werden kann, beispielsweise zum Einbringen von Ultraschall zwischen Rippen, um eine Anzeige des Herzbereichs zu

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ermöglichen. Die Dicke der verwendeten spezifischen Wandlerelemente ist durch die Betriebsfrequenz bestimmt und kann typischerweise in der Größenordnung von 0,7 mm liegen, wenn eine Frequenz von 2,5 MHz verwendet wird.

Der Wandler 12 ist durch Schalt- und Logik-Einrichtungen 15 mit einem Sender 16 und einem Empfänger 18 verbunden, und gesendete Impulse mit der gewünschten Ultraschallfrequenz werden durch die Zeitsequenz der an die einzelnen Wandlereleiuente angelegten Spannungen in solche Phasenbeziehung gebracht, daß der abgegebene Schallstrahl in der gewünschten Richtung gelenkt wird. Einstellbare Verzögerungen sind in jedem Empfängerkanal vorgesehen, die den Empfang aus der gleichen Richtung verbessern, in die der gesendete Schallstrahl geschickt wurde. Durch Steuerung der Zeitgabe der an die Wandlerelemente und die einstellbaren Verzögerungen der getrennten Empfängerkanäle angelegten Spannungen wird der Strahl in gewünschte Winkel eines fächerförmigen Sektors gelenkt. Die Betriebsweise des gelenkten Array, die Phasengebung und die Verzögerungssequenzen werden so bewirkt, daß eine Vielzahl von radialen Zeilen, die den fächerförmigen Sektor definieren, nacheinander erzeugt werden, wobei eine relativ hohe Anzahl solcher radialer Zeilen, typischerweise im Bereich von 64- bis 256, im Laufe der Erzeugung des gesamten Sektors verwendet wird. Ein Satz solcher Zeilen wird innerhalb einer kurzen Periode erzeugt, typischerweise in der Größenordnung von 1/30 Sekunde, so daß die entsprechende Anzeige (Fig. 2) auf der Kathodenstrahlröhrenanzeige 24 praktisch ein Echtzeit-Bild hoher Auflösung des Herzens und der damit in Beziehung stehenden Kardiovascularstrukturen ergibt; diese Sichtbarmachung ist im sog. B-Modus, d.h., einem, bei dem Gewebeimpedanzvariationen in Helligkeitsvariationen auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm umgesetzt werden.

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Weitere Details hinsichtlich der Signalverarbeitungstechniken, die in Verbindung mit dem Wandler 12 verwendet werden, um den erwähnten fächerförmigen Sektor 25(Fig. 2) zu erzeugen, sind in der älteren Anmeldung "Ultraschall-Abbildungssystem" vom 9· Juli 1976 beschrieben und beansprucht.

Der Ausgang vom Empfänger 18, der über Leitung 20 läuft, geht parallel an drei Einrichtungen. Zunächst läuft der Ausgang über Leitung 22 an eine visuelle Anzeige 24, die, wie bereits erwähnt, typischerweise die Form eines üblichen Kathodenstrahlröhrenschirms hat, der direkt vom Systembenutzer betrachtet werden kann. Es können jedoch auch andere Anzeigemöglichkeiten vorgesehen werden, beispielsweise ein Plasmaanzeigepaneel. Über Leitung 26 geht das Ausgangssignal auch an einen Tochteroszillographen 28. Der Tochteroszillograph 28 und die Anzeige werden synchron durch Antriebselektroniken 30 betrieben, die, wenn Kathodenstrahlröhren verwendet werden, die erforderlichen Ablenkspannungen für die Röhren liefern. Als Folge dieser Anordnung ist präzise die Anzeige, die zu irgendeinem Zeitpunkt einem Betrachter der Anzeige 24- sichtbar ist, gleichzeitig auf dem Tochteroszillographen 28 vorhanden.

Betrieblich dem Tochteroszillographen 28 zugeordnet ist eine Reproduktionseinrichtung, die aus einer fotografischen Kamera 32 bestehen kann, die im Abstand vor dem Bildschirm des Tochteroszillographen montiert sein kann, so daß eine direkte Fotografie des Schirms zu gewählten Zeitpunkten möglich ist. Ein Ausgangsbild wird auch bei 34- vom TochterOszillographen 28 abgenommen und einem üblichen Vidicon 36 zugeführt. Das Vidicon 36 liefert seinerseits einen Ausgang 38 an einen Videorecorder 40. Ein Videomonitor 42 kann auch vorgesehen sein, um die so aufgezeichnete Information zu überwachen. Diese letztgenannten Elemente und ihre Betriebsweise sind bekannt und brauchen deshalb nicht näher erläutert zu werden.

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Gemäß einem Hauptaspekt der Erfindung ist ein dritter paralleler Ausgang vom Empfänger 18 über Leitung 4-2 an einen TM-Schreiber 4-4- gelegt. TM-Schreiber an sich sind bekannt. Bei der gewöhn-

Anwendung
liehen/dieser Geräte bei der Echokardiographie werden dxe schallmodifizierenden Charakteristiken, die längs einer linearen Richtung einer Strukturuntersuchung vorhanden sind, auf einem Streifen 4-6 aufgezeichnet, während dieser Streifen mit der Zeit läuft. Bei dieser Art einer Anordnung zeigt das resultierende Muster die zeitliche Versetzung der strukturellen Merkmale an, die mit der Echotechnik beobachtet werden. Der TM-Schreiber 4-4-, der im erfindungsgemäßen System verwendet wird, ist von der gleichen Art, und wenn auch die Art und Weise, in der er mit den restlichen Elementen des Systems IO wechselwirkt, neuartige und sehr unerwartete Resultate ergibt, (wie noch näher erläutert wird), so kann der Schreiber selbst jedoch in üblicher Weise aufgebaut sein. So kann beispielsweise ein Schreiber-Modell 1856 von Honeywell im System verwendet werden, ebenso wie verschiedene andere Geräte dieser Art.

Ferner ist ersichtlich dem System 10 eine EKG-Fühl- und Aufzeichnungseinrichtung zugeordnet. Insbesondere ist ein EKG-Sensor 50 vorgesehen, der die üblichen Elektroden und das damit in Beziehung stehende Zubehör bilden kann, die betrieblich dem untersuchten Patienten zugeordnet werden können. Der Ausgang vom Sensor 50 wird einem EKG-Verstärker 52 zugeführt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird der Ausgang 5^ des EKG-Verstärkers 52 nach Verarbeitung durch die elektronischen Persistenzschaltungen gemäß Block 56 über eine Leitung 58 zur visuellen Anzeige 24- geschickt, ebenso wie zum Tochteroszillographen 28. Erkennbar wird die EKG-Kurve, wenn sich diese auf dem Bildschirm der Anzeige 24- entwickelt, in Echtzeit erzeugt und würde deshalb im Prinzip nur als Lichtpunkt sichtbar sein, der über den Schirm wandert. Um die Kurve zur Analyse durch den Benutzer nutzbar zu machen, ist es notwendig, eine Persistenz der sich entwickelnden Kurve für wenigstens einen Teil

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des EKG-Zyklus zu bewirken, der ausreicht, eine Analyse durch den Benutzer zu ermöglichen. Die elektronischen Persistenzschaltungen nach Block 56 sind vorgesehen, um das zu erreichen. Eine Einrichtung, mit der dieses Merkmal geschaffen werden kann, ist in Fig. 5 dargestellt und wird später näher beschrieben. Grundsätzlich funktioniert die Persistenz in der Weise, daß ein Teil der EKG-Kurve für eine gewünschte Zeitspanne aufgefrischt wird. In einem typischen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise der Punkt 103 in Fig. 2 der sich entwickelnde Punkt der Kurve sein, d.h., der Punkt, der in Echtzeit auf dem Bildschirm 102 erzeugt wird. Der bei 101 dargestellte Teil der Kurve kann jedoch durch die Schaltung des Blocks 56 persistent gemacht werden, so daß dieser Teil der sich entwickelnden Kurve zur Beobachtung für den Benutzer sichtbar bleibt.

Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung kann es auch nützlich sein, zusätzlich zum EKG-Eingang eine Phonokardiograph-Möglichkeit oder eine Möglichkeit für andere Detektor- und Aufzeichnungs-Einrichtungen für physiologische Größen vorzusehen. So ist ein Mikrophon 60 vorgesehen, dessen Eingang mit einem Phonokardiographen 61 verbunden ist, und der dann über einen Hilfsverstärker 62 zu den gleichen elektronischen Persistenzschaltungen des Blocks 56 führt, wie sie für das EKG-System verwendet werden, so daß der Phonokardiοgraph-Ausgang gewünschtenfalls auf die sichtbare Anzeige 24 gebracht und mit den verschiedenen Aufzeichnungselementen des Systems aufgezeichnet, fotografiert oder dergl. werden kann. In gleicher Weise werden andere physiologische Eingänge, wie ßie durch den physiologischen Hilfseingangsblock 63 angedeutet sind, vom Verstärker 62 verstärkt und zu den Schaltungen des Blocks 56 geschickt. Beispielsweise kann der Hilfseingang 63 aus einem Atemmonitor bestehen.

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Eine vom Benutzer betätigte Tastenfeldeingabe 64 ist im erfindungsgemäßen System vorgesehen, die es ermöglicht, auf die verschiedenen Anzeigen Identifizierungsdaten und zusätzliche wichtige Informationen einzusetzen. Insbesondere betätigt das Tastenfeld einen Generator 66 für alphanumerische Zeichen und/ oder eine Uhr 68, die Zeitdaten und verschiedene alphanumerische Identifizierungsdaten über die Leitungen 70 und 20 an die Sichtanzeige 24 und den Tochteroszillographen 28 gibt. In Fig. 2 ist erkennbar, daß gewisse Informationen der soeben besprochenen Art vom Benutzer in die Anzeige eingesetzt werden können. So erscheinen beispielsweise Patienten-Identifizierungsdaten, eine Nummer, der Name oder dergl., bei 104 und die Benutzer-Identifizierung erscheint bei 105, das Untersuchungsdatum bei 106, die Zeitinformation bei 107 und die Kamerasequenzinformation bei 109. Die Daten bei 111 bestehen aus der verstrichenen Zeit seit der Spitze der R-Welle des EKG bis zu der Zeit, in der die Kamera ein Bild der B-Abtast-Daten bewirkt, wie noch näher erläutert wird.

Die angegebenen Informationsarten dienen mehreren wichtigen Zwecken. Im einfachsten Falle ermöglichen die Identifizierungsdaten, wie sie auf Fotografien und Videoaufzeichnungen erscheinen, die mit dem System erhalten werden, eine direkte Identifizierung der Aufzeichnungen für den Patienten, so daß jede Fehlermöglichkeit vermieden wird. Die Zeitinformation hat eine unverzichtbareBedeutung in Verbindung mit den Videoaufzeichnungen, die durch den Videorecorder 40 bewirkt werden. Die Zeitinformation im besonderen, wie sie normalerweise in lOOstel Sekunden erfolgt, identifiziert jedes Bild auf dem Oszillographen eindeutig (d.h., jedes Vollbild persistiert für 1/30 Sekunde). Ein Studium der Videoaufzeichnung zusammen mit der Zeitinformation kann also eine präzise Bestimmung der Bewegungscharakteristiken der untersuchten Strukturen ermöglichen.

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Es ist auch, als wichtig zu erwähnen, daß die verschiedenen soeben erwähnten Daten als von weiterhin wachsender Bedeutung vom medizinisch-juristischen Standpunkt und vom Standpunkt der regulierenden Institution angesehen werden. So fordern, oder wenigstens wünschen, in vielen Fällen Krankenhäuser und ähnliche Institute aufgrund ihrer eigenen internen Regeln oder aufgrund von Forderungen von Versicherungsgesellschaften oder dergl. genaue Daten der erwähnten Art zur Verwendung in möglichen gerichtlichen Verfahren, die auf der Diagnose beruhen; in ähnlicher Weise werden von Behörden in immer stärkerem Umfang schärfere Forderungen an die Identifizierungsdaten gestellt, die medizinischen Aufzeichnungen zugeordnet werden.

Die Kameraeinrichtung 32, die mit dem System verwendet wird, kann irgendeine übliche Konstruktion haben. Verschiedene Modelle der bekannten Sofortbild-Kamerassowie xerographische Bildschirmkameras, wie sie beispielsweise von der Anmelderin vertrieben werden, sind für die Zwecke der Erfindung geeignet. Entsprechend erfindungsgemäß verwendeten Techniken, mit denen Fotografien von Anzeigen des Tochteroszillographen 28 ermöglicht werden, ist eine Kameralogik 80 vorgesehen, die eine geeignete Logikschaltung aufweist, mit der ein Kamerabetätigungselement 82 aktiviert wird, das durch elektromechanische oder andere Einrichtungen eine Auslösung der Kamera 32 bewirkt, um eine Belichtung zum gewünschten Zeitpunkt zu erreichen. Der Benutzer wählt den Punkt der EKG-Anzeige, bei dem die fotografische Belichtung erfolgen soll, und zwar mit Hilfe der Kameralogik und der elektronischen Persistenz- und Belichtungssequenzschaltungen 56· Speziell die letztere, die durch einen Läuferpositionierschalter 95 wirkt, bewegt eine Läufermarke auf irgendeinen vorgevrählten Bereich der EKG-Anzeige 101, eine solche Läuferanzeige ist beispielsweise eine Aufhellung der EKG-Anzeige am gewünschten Punkt. Ein solcher Punkt ist in Fig. 2 mit dem Punkt 108 angedeutet.

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Die zeitliche Steuerung der Kamerasequenz wird mit Hilfe von Fig. 4A bis 4C erläutert. Wenn eine Fotografie gewünscht wird, wird die Kameralogik 80 vom Benutzer dadurch aktiviert, daß der Fotosequenzer 85 in. Gang gesetzt wird. Nach der Aktivierung, wie zum Zeitpunkt 83 auf dem EKG 100 nach Fig. 4A angedeutet, tastet die Kameralogik 80 sofort den Schirm des Tochteroszillographen aus, indem sie das Helltastsignal auf Leitung 81 von der Hauptsteuerlogik 114 aufnimmt und daran hindert, über Leitungen 78 und 79 zum Tochteroszillographen 28 zu kommen. Der ausgetastete bzw. hellgetastete Zustand des Tochteroszillographen 28 ist in Fig. 4B dargestellt. Die Kameralogik 80 öffnet über die Kamerabetätigung 82 den Verschluß der Kamera 32, wie in Fig. 4G dargestellt. Das System arbeitet dann weiter mit ausgetastetem Tochteroszillographenschirm, bis die nächste R-Welle (Fig. A-A) von den elektronischen Persistenz- und Belichtungssequenz-Schaltungen 56 detektiert wird. Wenn die Horizontalposition des EKG an der Läufermarke 108 zum Zeitpunkt 89 ankommt, wird ein Triggersignal von den Leitungen 56 zum Tochteroszillographen 28 geschickt, um die B-Abtastung hellzutasten, so daß ein Vollbild Herz-Daten auf dem Tochteroszillographen 28 erscheint. Diese Helltastperiode dauert etwa 20 Millisekunden, was ausreicht, ein Vollbild B-Abtast-Daten anzuzeigen und aufzuzeichnen.

Der Tochteroszillograph 28 wird dann wieder ausgetastet, (bei 93 in Fig· 4B),bis etwa 1 Sekunde später (bei 97)» wenn eine weitere Helltastung auftritt, diesmal wird (jedoch nur das EKG-Signal auf dem Tochteroszillographen 28 hellgetastet, so daß dann diese Information der Kamera dargeboten wird. Das System wird dann wieder ausgetastet (bei 99) und der Kameraverschluß schließt, und danach wird die Anzeige wieder hellgetastet und der normale Betrieb fortgesetzt. Der Kamerafilm wird dann transportiert, -.anschließend ist das System für das Bild bereit oder für weiteren Normalbetrieb.

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Ersichtlich, ist ferner eine Mehrfachbelichtungseinrichtung 98 vorgesehen, die vom Benutzer so eingestellt werden kann, daß auf dem gleichen fotografischen Bild wiederholte Belichtungen des ausgewählten Teils des Herzzyklus möglich sind. Das kann in speziellen Fällen erwünscht sein, um ausreichende Belichtung oder Kontrast im fotografischen Film oder der Platte zu erhalten.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Persistenz- und Belichtungssequenz-Schaltungen 56 nach Fig. 1. Diese Schaltungen ermöglichen es, ein persistentes EKG-Signal auf der Hauptanzeige und dem Tochteroszillographen 28 anzuzeigen, und liefern Signale mit Hilfe der Kameralogik 80, durch die es möglich ist, eine Fotografie bei einem vorgegebenen Punkt des Herzzyklus zu erhalten.

EKG-Signale vom EKG-Verstärker 52 und Phonokardiogramm-Signale vom Verstärker 62 werden über Leitungen 54- bzw. 55 zum Verstärker 552 geschickt, wo sie auf einen Pegel verstärkt werden, der zur Digitalisierung ausreicht, typischerweise im Spannungsbereich zwischen 100 und 1.000 Millivolt. Diese Signale werden dann vom Analog-Digital-Wandler 554- digitalisiert und dem Speicher 556 mit willkürlichem Zugriff zugeführt. Die Adresse im Speicher 556 wird entweder vom Anzeigezähler 558 oder vom Akquisitionszähler 560 festgelegt. Ein Duplexer 562 wählt aus, welcher Zähler mit dem Speicher 556 gekoppelt wird.Während der Akquisitionsphase des EKG-Signals sorgt der Duplexer 562 nur für eine Kopplung vom Akquisitionszähler 560, um die Adresse des Speichers 556 zu steuern. Die Adresse des Zählers 558 wird direkt vom Taktgeber 564- abgeleitet, und die Adresse des Zählers 560 wird dadurch abgeleitet, daß die Frequenz des Taktgebers 564- durch den Teiler 566 geteilt wird. In einem typischen Ausführungsbeispiel kann der Taktgeber 564- bei einer Frequenz von etwa 51 kHz laufen und der Teiler 566 kann typischerweise diese Frequenz durch 256 teilen, so daß eine Frequenz von etwa 200 Hz als Eingangsfrequenz des Zählers 56Ö erhalten wird. Der Zähler 560 läuft kontinuierlich weiter, während er Impulse

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vom Teiler 566 erhält, bis der Zähler gefüllt ist, d.h., bis ein Bit höchster Wertigkeit als Ausgang auf Leitung 568 erhalten wird. Ein Ausgangssignal auf Leitung 568 stellt den Flip-Flop 570 zurück, so daß das Vorbereitungssignal auf Leitung 572 auf Null gesetzt wird, so daß weitere Zählungen des Zählers angehalten werden. Der Zähler 560 bleibt in diesem Zustand bis die nächste R-Welle vom Spitzendetektor 574 detektiert wird. Wenn eine R-Welle vorhanden ist, legt der Spitzendetektor eine Spannung auf Leitung 576 zum IMD-Gatter 578. Wenn der Zähler 560 voll ist, ist ein Bit höchster Wertigkeit auf Leitung 568 vorhanden, und der Flip-Flop 570 hält ein positives Signal am Q-Ausgang 580. Die Kombination dieses positiven Ausgangs auf 580 und des positiven Detektorausgangs vom Spitzendetektor 574 aktiviert UND-Gatter 578, so daß dieses ein positives Ausgangssignal auf 582 liefert, das an den Rückstelleingang des Zählers 560 und den Setz-Eingang des Flip-Flop gelegt wird. Der Akquisitionszähler 560 schaltet dann weiter, während er Impulse vom Teiler 566 erhält. Mit diesen Einrichtungen wird die Adresse des Speichers 556 mit willkürlichem Zugriff am Spitzenwert der R-Welle auf die niedrigste Adresse eingestellt, und anschließende Speicherstellen werden dazu verwendet, das digitale EKG-Signal zu speichern, wie es dem Speicher 556 vom A-D-Wandler 55^ZJ- dargeboten wird. Typischerweise kann der Speicher 556 insgesamt 512 Speicherstellen enthalten, so daß etwa zwei volle Sekunden EKG-Information im Speicher 556 gespeichert werden können.

Bisher ist die Beschreibung von Fig. 5 darauf gerichtet, wie Information vom EKG-Sensor digitalisiert und im Speicher 556 gespeichert wird. Das Auslesen der EKG-Daten aus dem Speicher und deren Anzeige auf den Ausgangsanzeigen wird jetzt beschrieben. Die visuelle Anzeige 24 und der Tochteroszillograph gemäß Fig. 1 sind nur in der Lage, auf einmal nur ein Datenstück auf den Anzeigeschirm zu schreiben, so daß, während Ultraschall-B-Abtast-Bilddaten auf dem Schirm angezeigt werden,

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keine EKG-Information auf der Anzeige und dem Tochteroszillographen dargeboten wird. Nur zwischen aufeinanderfolgenden Bildern des B-Abtast-Bildes wird das EKG-Signal der Anzeige dargeboten. Da es etwa 20 Millisekunden dauert, ein Bild B-abgetasteter Information anzuzeigen, und aufeinanderfolgende B-Abtastungen in Intervallen von 33 Millisekunden erfolgen, stehen etwa 13 Millisekunden zwischen aufeinanderfolgenden B-Abtastungen zur Verfügung, die EKG-Information und alphanumerische Informationen auf dem Schirm anzuzeigen.

Unmittelbar nachdem eine B-Abtastung beendet ist, wird von der Hauptsteuerlogik 114 nach Fig. 1 ein Signal an die Persistenz- und Belichtungssequenz-Schaltungen Fig. 5 über Steuerleitungen geschickt. Dieses, im folgenden als Bildüberschrift bezeichnete, Signal zeigt an, daß die B-Abtastung beendet ist und daß die Anzeigen jetzt bereit sind, die EKG-Daten von den Persistenz-Schaltungen aufzunehmen. Dieses Steuersignal auf Leitung 77 setzt Speicher 556 gleichzeitig in Ablesebetrieb, wodurch ermöglicht wird, daß die gespeicherten EKG-Daten vom Speicher über den Digital-Analog-Wandler 586 mit Ausgangsleitung 588 fließen, und zwar zu den Treibelektroniken 30 nach Fig. 1, so daß ein X-Ablenksignal an die Anzeige und die Tochteroszillographen gegeben wird. Das Bildüberschrift-Signal auf 77 schaltet auch den Duplexer 562, um die Adresse des Anzeigezählers zum Speicher 556 zu koppeln. Das Bildüberschrift-Signal auf Leitung 77 stellt auch den Anzeigezähler 558 zurück, so daß die anfängliche Ausgangsadresse vom Anzeigezähler 558 der ersten Speicherstelle im Speicher 556 entspricht. Da der Taktgeber 564 den Zähler 558 mit einer Hate von etwa 50 kHz weiterschaltet, werden alle 512 Adressen im Speicher 556 in einer Periode von 3twa 10 Millisekunden ausgelesen. Der Digital-Analog-Wandler 590 nimmt auch die Adresse vom Anzeigezähler 558 auf und wandelt sie in ein Analogsignal auf Leitung 592 um, das an die Treibelektroniken 30 nach Fig. 1 gekoppelt wird, um die X-Achse der Sichtanzeige und des Tochteroszillographen zu treiben.

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Um nicht EKG-Daten aus vorangegangenen Herzzyklen anzuzeigen, die im oberen Teil des Speichers 556 verbleiben können, wird an den Anzeigeoszillographen ein Helltastsignal gegeben, wenn die Zählung des Anzeigezählers 558 kleiner ist als die Zählung des Akquisitionszählers 560. Das Helltastsignal wird dadurch abgeleitet, daß das Ausgangs signal des Digitalkomparators 59**· auf Leitung 596 mit dem Bildüberschrift-Signal auf Leitung 77 an die UND-Schaltung 598 gegeben wird, um das EKG-Helltastsignal auf Leitung 599 zu erzeugen. Die Leitung 599 ist über Leitung 58 mit der visuellen Anzeige 24 nach Fig. 1 gekoppelt. Der Digitalkomparator 594 liefert einen Ausgang auf Leitung 596 nur dann, wenn die Zählung des Anzeigezählers 558 kleiner ist als die Zählung des Akquisitionszählers 560. Das Helltastsignal, das auf Leitung 599 erscheint, gewährleistet, daß nur derjenige Teil des EKG auf dem Anzeigeschirm erscheint, der dem EKG im laufenden Herzzyklus entspricht, und der Punkt an der rechten Ecke entspricht der laufenden Zeit im EKG-Zyklus. Zeitlich frühzeitig nach Detektieren einer R-Wellen-Spitze ist der auf dem Schirm sichtbare Kurvenzug deshalb sehr kurz, und wenn die Zeit fortschreitet, wird diese Kurve länger und langer, bis sie den ganzen Schirm füllt.

Der Mechanismus, mit dem ein Lauferindikator auf dem angezeigten

•G-Signal erzeugt wird,und dessen Verwendung bei der Steuerung der Kamerasequenz soll nunmehr betrachtet werden. Die Verwendung des Läuferpositionierschalters 95 ist oben in Verbindung mit Pig. 1 erläutert. Der Auf-Ab-Zähler 612 wird dazu verwendet, die Position des Läufers anzuzeigen. Die Adresse im Zähler 612 kann entweder in der Vorwärtsrichtung oder in der Rückwärtsrichtung mittels des Läuferpositionierschalters 95 fortgeschaltet werden. Durch Erden des Anschlusses 616 mittels des Schalters 614 schaltet der Zähler vorwärts, während eine Erdung des Anschlusses 618 dafür sorgt, daß

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der Zähler rückwärts ζ aiii t, wenn er vom Taktgeber 620 getrieben wird. Wenn der Schalter 95 in der Mittenlage bleibt, bleibt der Inhalt des Auf-Ab-Zählers 612 unverändert, auch wenn er mit dem Taktgeber 620 gekoppelt ist. Der Inhalt des Auf-Ab-Zählers 612 wird mit dem Inhalt des Anzeigezählers durch den Komparator 622 verglichen. Wenn die Zählungen in den Zählern 612 und 558 gleich sind, gibt der Komparator 622 ein Signal auf Leitung 624-, das zur visuellen Anzeige 24 und zum Tochteroszillographen 28 über Leitung 58 (Fig. 1) gekoppelt wird. Die EKG-Signale auf der visuellen Anzeige und dem Tochteroszillographen werden aufgehellt, die angezeigten EKG-Signale für diese eine Adresse geben damit eine Läuferanzeige dieses Punktes des Herzzyklus. Mittels des Schalters 95 kann der Benutzer die Läufermarke an jeden gewünschten Punkt des Herzzyklus bringen.

Einer der Hauptzwecke der eben beschriebenen Läufermarkierung besteht darin, den vorgewählten Punkt des Herzzyklus auszuwählen und anzuzeigen, bei dem der Benutzer eine Fotografie der B-Modus-Abtastung wünscht. Die allgemeine Sequenz für einen Kamerabetrieb ist bereits oben beschrieben. Der Benutzer bringt mit Hilfe des Schalters 95 üe Läufermarke an den Punkt des Herzzyklus, zu dem eine Fotografie der B-Abtastung gewünscht wird. Der Fotosequenz-Einleiter 85 (Fig. 1) sorgt dafür, wenn er vom Benutzer aktiviert ist, daß der Schirm der Tochteranzeige ausgetastet wird, indem das Foto-B-Abtast-Helltast-Signal auf Leitung 630 (Fig. 5) weggenommen wird, und öffnet den Kameraver Schluß, wie in Figuren 4-B bzw. 4-C dargestellt ist. Der Zeitpunkt, zu dem der Schirm hellgetastet wird, wird so ausgewählt, daß es die Zeit ist, bei der das EKG-Signal am Punkt 108 gemäß Fig. 4A ankommt. Wie wieder aus Fig. 5 ersichtlich ist, tritt dieser Zeitpunkt ein, wenn die Zählung des Akquisitionszählers 560 gleich der

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Zählung im Auf-Ab-Zähler 612 ist. Diese "beiden Zählungen werden im Komparator 623 verglichen, so daß, wenn diese beiden Zählungen identisch sind, ein Ausgang auf Leitung 625 erscheint. Das Signal auf Leitung 625 tastet dann die Anzeige für ein Bild hell und "belichtet damit den Kamerafilm mit dem ausgewählten B-Abtast-Bild. Das B-Abtast-Helltastsignal auf Leitung 626 wird vom Ausgang des logischen ODER 628 erhalten. Die Eingänge des logischen ODER 628 sind das Digitalkomparator-Ausgangssignal auf Leitung 625 und das Foto-B-Abtast-Helltastsignal auf 630, das in der Kameralogik 80 nach Pig. I abgeleitet wurde. Während der Kamerasequenz ist das Foto-B-Abtast-Helltast-Signal auf 630 Null, so daß ein Helltastsignal auf Leitung 626 nur dann erhalten wird, wenn eines auf Leitung vorhanden ist. Die Leitung 626 ist über Leitung 58 (Fig. 1) an die Tochteranzeige 28 gekoppelt.

Die Schaltungen nach Fig. 5 geben über Leitung 78 auf Leitung ein Logiksignal an die Kamerasteuerungslogik 80 heraus. Der Zweck dieses Ausgangssignals besteht darin, der Kämerasteuerung anzuzeigen, daß das EKG seine Ablenkung beendet hat und deshalb eine weitere Belichtung vorgenommen werden kann, wenn das von der Mehrfachbelichtungseinstellung 98 angezeigt wird, oder, wenn die Aufnahme beendet ist, kann nunmehr ein einzelnes, vollständiges EKG-Signal über Leitungen 588 und 592 angezeigt werden, so daß ein volles EKG-Signal auf dem endgültigen Film erscheint. Sobald dies einmal durchgeführt ist, kann der Verschluß geschlossen werden und das Bild ist komplett.

Wenn das System 10 dazu verwendet wird, eine TM-Aufzeichnung zu liefern, kann es in einer von zwei Betriebsarten verwendet werden, von denen jede in einzigartiger Weise mit den übrigen Elementen des erfindungsgemaßen Systems wechselwirkt. Speziell ergibt sich ein einzigartiger Vorteil, der vom

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erfindungsgemäßen System abgeleitet wird, dank der Tatsache, daß der Benutzer desselben in der Lage ist, visuell das zweidimensionale Echtzeitbild auf der visuellen Anzeige 24 gleichzeitig damit zu beobachten, daß er die Vorbereitung und Erzeugung einer TW-Aufzeichnung einleitet. Wie bereits erwähnt worden ist, wurden die bekannten Lösungen zur Herstellung einer TM-Aufzeichnung entweder mittels Nahfeld-Arrays durchgeführt, die keine.TM-Aufzeichnung im akzeptierten Format liefern, oder hatten den grundsätzlichen Mangel, daß der untersuchende Arzt eine TM-Aufzeichnung bewirken muß, ohne den Vorteil der Sicherheit hinsichtlich der präzisen Struktur, die untersucht worden ist. Im Endeffekt konnte der untersuchende Arzt nur nach Erhalt einer TM-Aufzeichnung tatsächlich feststellen, was er untersuchte. Beim erfindungsgemäßen Gerät ist der Benutzer in der Lage, spezielle interessierende Ebenen auszuwählen, um eine TM-Abtastung durchzuführen, und insbesondere spezielle Bereiche des Abtastsektors auszuwählen, für die eine TM-Aufzeichnung durchgeführt werden soll, wobei das Instrument automatisch den sondierenden Ultraschallstrahl winkelmäßig lenkt. Während die TM-Aufzeichnung durchgeführt wird, kann der Benutzer gleichzeitig die B-Abtastungs-Anzeige beobachten, um sich zu vergewissern, daß die gewünschten Strukturen aufgezeichnet werden. Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß die spezielle Sektion, die auf dem TM-Schreiber aufgezeichnet wird, in der B-Abtast-Anzeige durch eine stärkere Helligkeit des entsprechenden Bildteils identifiziert werden kann.

In Fig. 3 ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild dargestellt, das Details des TM-Aufzeichnungsbetriebes zeigt. Das Kathodenstrahlröhrenschirmbild ist allgemein bei 110 dargestellt, wie es von der visuellen

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Anzeige J4 geliefert wird. Da das Bild 110 in Echtzeit vorliegt, kann der untersuchende Arzt leicht den Wandler 12 so winkelmäßig ausrichten oder positionieren, daß er die gewünschten Strukturen innerhalb des zweidimensionalen Bildes erhält. Das Bild besteht, wie bereits beschrieben, aus einer Reihe von radialen Linien 112, die jede eine vorgewählte Richtung des Ultraschallstrahles und des Empfängerlenkmusters darstellen.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Anordnung ergibt ein Schalt- und Steuer-Untersystem, das eine oder mehrere vorgegebene Zeilen aus dem Radialraster 112 auswählt und die gewählte Zeile (oder in Sequenz die Zeilen) dem TM-Streifenschreiber 44 zur TM-Abtastung darbietet. Die Zeilen für die TM-Abtastung können wahlweise durch den Rastersatz, der in einem B-Abtast-Bild auftritt, ganz oder teilweise hindurchgeschwenkt werden.

Zusätzlich zu den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Funktionen liefert die Hauptsteuerlogik 114 Eingänge, mit denen das TM-Register 116 (Fig. 3) und das B-Register 118 adressiert werden, und erhöht weiterhin jedes dieser Adressenregister. Das TM-Adressenregister 116 enthält die Adresse der radialen Abtastzeile, die auf dem TM-Schreiber 44 dargeboten wird, und das B-Adressenregister 118 enthält die Adresse der laufenden Radialzeile 112, die auf der visuellen Anzeige 34 angezeigt wird. Die Logik 114 liefert auch eine Steuerung über Leitung 120 an Duplexer 122 und elektronischen Schalter 126, so daß, wenn das TM-Adressenregister 116 mit dem Strahlwinkeladressen-Register 125 gekoppelt ist, der elektronische Schalter 126 den Videoausgang auf Leitung 132 zum TM-Schreiber koppelt. Wenn das B-Adressenregister 118 mit dem Strahlwinkeladressenregister 125 gekoppelt ist, wird..die Videoausgangsleitung 132 nur zur visuellen Anzeige 34 gekoppelt.

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Bei Betrieb des Systems 10 zur Erzeugung des B-Modus-Bildes erhält der Duplexer 122 die Kopplung des B-Adressenregisters zum Strahlwinkeladressenregister aufrecht,und der Videoausgang ist nur zur visuellen Anzeige 34 gekoppelt. In dieser Betriebsart schaltet die Steuerlogik 114 die im Register 118 enthaltene Adresse um eine Zahl weiter für jede radiale Zeile, die abgetastet wird, bis alle Zeilen des gewählten Sektors vollständig durchgesteuert sind, um ein Bild auf der Kathodenstrahlröhrenanzeige zu erzeugen. Sie geht dann zurück zu der anfänglichen Adresse und wiederholt denselben Prozess für folgende Bilder. Bei dieser Betriebsart kann also der untersuchende Arzt den Wandler 12 so orientieren, daß die gewünschte Querschnittsebene erhalten wird, für die er seine TM-Modus-Abtastung erhalten will. In allen Fällen werden die Wandlerausgänge vom Sendeempfänger und Schaltlogikblock 127 verarbeitet, vom Strahlwinkeladressenregister 125 gesteuert (entsprechend den Elementen 15, 16 und 18 in Fig. 1) und dann vom Detektor und Videoverstärker 129, um die visuelle Anzeige zu ermöglichen.

Wenn der untersuchende Arzt für die TM-Abtastung bereit ist, aktiviert er den TM-Aktivator 115 (Fig· 1), um die Logik 114 zu steuern, die dann den Betrieb modifiziert. Insbesondere werden beide Adressenregister 116 und 118 zu Beginn auf eine Adresse gestellt, die eine Abtastzeile an der Kante des Sektors repräsentiert. Über die manuelle Einstellungssteuerung 117 kann die Adresse einer einzelnen TM-Zeile, die untersucht werden soll, in das Register 116 eingesetzt werden, oder die Logik 114 kann so eingestellt werden, daß sie eine TM-Aufzeichnung eines ausgewählten Winkels innerhalb des Abtastsektors bewirkt, d.h., einen Winkel eines Bildes 110, der aus einer bestimmten Anzahl von radialen Zeilen 112 besteht. Der Duplexer 122 wird dann so eingestellt, daß er die Adresse des TM-Adressenregisters 116 an das Adressenregister 125 für den Strahlwinkel überträgt. Ein Signal von der

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Steuerlogik 114 über Leitung 13O leitet dann die Abtastzeile ein. Der Videoausgang auf Zeile 132 vom Detektor und Videoverstärker 129 enthält die Signale, die von irgendwelchen Reflexionen erzeugt werden, die längs dieser Zeile auftreten, und Anzeigen dieser Reflexionen werden durch Intensitätsmodulation der entsprechenden Abtastzeile gezeigt, die am Streifenschreiber 44 und der visuellen Anzeige 34 erzeugt werden. Die Steuerlogik 114 schaltet dann den Duplexer 122 derart, daß die Adresse des B-Adressenregisters 118 zum Adressenregister 125 für das Sektorabtastersystem übertragen wird. Wieder aktiviert ein Signal über Leitung I30 von der Logik 114 den Block 127, und eine Informationsζeile erscheint in der Videoausgangszeile 132, die dann nur mit der visuellen Anzeige 3^· gekoppelt ist.

Die Adresse im Register 125 ist auch mit der Kathodenstrahlröhrenanzeige 34 über Leitung 124 gekoppelt, um eine entsprechende radiale Zeile 112 in dieser Anzeige zu aktivieren,' und ein Zeitsignal von Logik 114 über Kabel I30 leitet das Schreiben dieser Radialzeile ein. Die Adresse im B-Register wird dann um eine Einheit erhöht, und der Duplexer 122 wird in das TM-Register zurückgeschaltet, und eine weitere Abtastzeile wird danach auf dem Streifenschreiber 44 erzeugt. Bei Beendigung dieser Abtastzeile wird der Duplexer122 zum B-Register zurückgeschaltet und eine neue Abtastzeile auf der Kathodenstrahlröhre der Anzeige 34 wird erzeugt und das B-Register wieder um eine Einheit höher geschaltet. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis das B-Register durch die Gesamtheit der Adressen des speziellen Sektorwinkels hindurchgeschaltet hat, der ausgewählt worden ist.

Bei Beendigung, der letzten Abtastzeile der letzten Adresse des B-Registers 118 wird der Duplexer 122 zum TM-Register zurückgeführt. Wenn das System so eingestellt ist, daß eine

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TM-Abtastung über einen ausgewählten Winkel bewirkt wird, dann wird die Adresse des TM-Registers 116 um einen Schritt erhöht, und dieser ganze Prozess wird während des nächsten Kathodenstrahlröhrenbildes neu eingeleitet und wiederholt. Nachdem der Zyklus für eine Anzahl von Bildern wiederholt worden ist, die gleich der Gesamtheit der Zeilen im vom TM-Schreiber aufzuzeichnenden gewählten Winkel ist, ist die Adresse des A-Registers 116 durch den gesamten gewünschten Winkel fortgeschritten, und dementsprechend ist eine vollständige TM-Aufzeichnung auf dem Streifenschreiber 44 hergestellt worden, entsprechend dem gesamten Teil des auf Anzeige 34- angezeigten Echtzeitbildes, der in dem gewählten Winkel enthalten ist. Während des gesamten Prozesses zur Erzeugung der TM-Abtastung ist der Benutzer in der Lage, auf der visuellen Anzeige 3^- die Strukturen innerhalb des ganzen abgetasteten Bereichs zu erhalten. Zusätzlich wird die radiale Zeile, die auf dem TM-Schreiber 44 aufgezeichnet wird, als hellere radiale Zeile auf der visuellen Anzeige angezeigt, da diese Zeile mit einer höheren Wiederholrate angezeigt wird als die übrigen Zeilen der visuellen Anzeige.

Es könnte hier hervorgehoben werden, daß die Indikatormarkierungen 113 in Fig. 2 aus einer Reihe von Markierungen bestehen, die um Intervalle voneinander entfernt sind, die Distanzen von 1 cm innerhalb des menschlichen Körpers entsprechen. Diese Indikatormarkierungen stellen eine wertvolle Hilfe für den untersuchenden Arzt bei der Beurteilung der Größe und des Abstandes von Strukturen dar, die im Bild 110 beobachtet werden. Diese Indikatormarkierungen werden in der Hauptsteuerlogik 114(Fig. 1) erzeugt und werden sowohl auf der visuellen Anzeige 24 als auch der Tochteranzeige 28 während des Bildüberschriftintervalls zwischen B-Abtastungen angezeigt. Sie werden dadurch durch die fotografische Aufzeichnung

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durch die Kamera 32 oder die Videoaufzeichnung im Videorecorder beibehalten. Da die Größe des Bildes je nach der Vergrößerung des fotografischen oder Video-Bildes variieren kann₃ ist es wichtig, geeignete Kalibrierungen zur Verfugung zu haben, die eine Beziehung zwischen dem endgültigen Bild und der tatsächlichen Größe der ursprünglichen Strukturen herstellen. Die Sektorgrößensteuerung 156 kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Größe des angezeigten Bildes zu ändern, die Hauptsteuerlogik 114 berücksichtigt diese Größeninformation jedoch und liefert die entsprechende Skala der Indikatormarkierungen 113.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können die angezeigten zweidimensionalen Echtzeit-Bilder und dadurch die resultierenden abgeleiteten Auslesungen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems verschiedenen Bildmanipulationsprozeduren unterworfen werden, die so nützliche Resultate ermöglichen wie Variation der Bildauflösung oder den Benutzer in die Lage versetzen, seine Aufmerksamkeit auf gewisse, spezielle Teile des Bildes zu konzentrieren usw. Die in Fig. 1 dargestellte Hauptsteuerlogik 114 sorgt für Steuereingangssignale an die Treibelektroniken 30 und an Sender 16 und Empfänger 18, die mit Wandler assoziiert sind.

Ein Eingang der Hauptsteuerung 114 kommt von einer Empfängerverstärkungssteuerung 150» die ihrerseits durch die Benutzereinstellung einer Tiefenverstärkungssteuerung 152 beeinflußt wird. Die Tiefenverstärkungssteuerung 152 ermöglicht es dem Benutzer, die Empfängerverstärkung so einzustellen, daß die Verstärkung nur dann erhöht wird, wenn der Empfänger spezielle Teile des Sektorabtastbildes 110 bearbeitet. Das Endergebnis dieser Anordnung für die Betrachtung des Benutzers besteht

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darin, daß der Benutzer das System so einstellen kann, daß untere Teile des Bildes oder obere Teile desselben, oder ausgewählte Bereiche des unteren oder oberen Teiles intensiviert werden. Mittels der Sektorverstärkungssteuerung 128 der Benutzer auch das System so einstellen, daß die Verstärkung in vorgewählten Winkelbereichen des Sektors eingestellt wird, so daß die gewünschten, abgebildeten Strukturen besonders hervorgehoben werden. Eine solche Winkelverstärkungseinstellung ermöglicht es dem Benutzer auch, eine reduzierte Empfindlichkeit des Wandlers zu kompensieren, um Signale zu detektieren, die bei größeren Abtastwinkeln erhalten werden. Durch entsprechende Einstellung der Sektorverstärkungssteuerung 128 kann ein gleichförmiges Bild erhalten werden, selbst bei sehr großen Sektorwinkeln.

Die Hauptsteuerlogik 114 erhält ferner Eingänge von einer Sperrsteuerung 15'+ und von einer Datenkompressionssteuerung 155. Die Sperrsteuerung 154 wirkt in der Weise, daß sie einen Schwellwertpegel aufbaut, mit dem Signale am Empfänger 18 gesperrt werden, d.h., es wird eine Rauschunterdrückung möglich, wie es im Empfängerbetrieb bekannt ist. Die Kompressionssteuerung 155 variiert die Empfängerverstärkungscharakteristik so, daß eine nicht-lineare "Verarbeitung möglich wird, d.h., daß der Ausgang, der vom Empfänger zur Anzeige läuft, proportional dem Logarithmus des Eingangs gemacht wird, so daß eine Skalendehnung im Bereich des maximal interessierenden Signals möglich wird. Techniken dieser Art sind an sich in der Signalverarbeitung bekannt.

Zusätzlich zu den vorangegangenen Steuerungen, die auf die Bildmanipulation gerichtet sind, sind zwei weitere Steuerungen im System vorgesehen. Es handelt sich um eine Helligkeitssteuerung 157» die im wesentlichen in der Weise arbeitet,

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daß die gesamte Helligkeit des angezeigten Bildes erhöht oder verringert wird, indem, je nach der Einstellung eine entsprechende Gleich-Vorspannung an das Gitter der Kathodenstrahlröhre in den verschiedenen Anzeigen gelegt wird, und zusätzlich ist eine Sektorgrößensteuerung 156 vorgesehen, die es dem Benutzer ermöglicht, nach seiner Wahl den Winkel des Sektors zu variieren, der in der Abtastung erscheint. In einem typischen Ausführungsbeispiel kann der untersuchte Winkel zwischen solchen Einstellungen wie 20°, 40°, 60° und 80° variiert werden. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wirkt die Sektorgrößensteuerung 156, die über die Hauptsteuerung 114 wirkt, in der Weise, daß ein Satz Radialrasterzeilen 112 ausgewählt wird, wobei die ausgewählte Zeilengruppe dazu dient, den eingestellten Sektorwinkel zu definieren. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß eine relativ hohe Anzahl solcher Radialzeilen verwendet wird, um die Sektorabtastung gemäß der Erfindung zu definieren. Wie bereits erwähnt, können typischerweise 64 solcher Zeilen vorgesehen sein, wenn ein Maximalbereich von 21 cm gewählt worden ist. Unabhängig von der eingestellten Sektorgröße innerhalb des Systems, wenn das System auf seinen Maximalbereich von 21 cm eingestellt ist, bleibt die Gesamtzahl dieser Zeilen die gleiche. (Es ist zu beachten, daß irgendein Maximalbereich gewählt werden kann. 21 cm repräsentiert das normale Maximum zur Abbildung menschlicher Organe.) Ersichtlich ist also die Gesamtzahl an verfügbaren Radialzeilen erheblich größer als die erwähnte Zahl von 64. Tatsächlich sind in einer typischen Anordnung 256 solche Zeilen für das System verfügbar, eine Gesamtzahl von 64 solcher Zeilen wird jedoch von der insgesamt möglichen Zahl von 256 ausgewählt, entsprechend der Einstellung der Sektorgrößensteuerung 156. Die gewählte Gruppe definiert den speziellen Sektor und wird sequentiell dem Adressenregister 125 zugeführt, wie in Fig. 3 dargestellt, um die Erzeugung

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der Sektoräbtastimg zu ermöglichen. Das Korrelat der beschriebenen Operation ist selbstverständlich, daß die innerhalb von engeren Abtastsektoren erzielte Auflösimg größer ist als die in breiteren Abtastungen, da die Gesamtzahl der Rasterzeilen gleich bleibt. Dementsprechend ermöglicht dieses Merkmal der Erfindung es dem Benutzer, eine höhere Auflösung des Bildes dadurch zu erreichen, daß der Winkel des Abtastsektors reduziert wird, nachdem zunächst der ihn interessierende Bereich lokalisiert ist, so daß größere strukturelle Details im angezeigten Bild sichtbar werden, ebenso wie in den Aufzeichnungen, die entsprechend dem angezeigten Bild durch das System 10 durchgeführt werden können.

Als ein Aspekt der Bildmanipulationsmerkmale des Systems 10 ist eine Bereichssteuerung 14-0 vorgesehen, die über Leitung 14-2 mit der Hauptsteuerung 114 verbunden ist. Die Bereichssteuerung 140 weist einstellbare Elemente auf, die es dem Systembenutzer ermöglichen, den maximalen Bereich oder die Tiefe der Sektorabtastung zu variieren, um damit das System an die Verwendung mit Patienten zu adaptieren, die unterschiedliche körperliche Attribute haben, beispielsweise kann die Bereichssteuerung so eingestellt werden, daß Betrachtung bei Tiefen bis zu 21 cm vom Wandler möglich werden, oder bis zu 7 oder 14 cm. Die begrenzteren Tiefen sind besonders geeignet, wenn die Kardiovascularstruktureη eines Kindes untersucht werden sollen. Die Bereichssteuerung 140 arbeitet über die Hauptsteuerung 114, die, wie angegeben, den Sender 16, den Empfänger 18 und die Schalt- und Logik-Einrichtungen 15 über Steuerleitungen 144, 146 und 148 steuert und die das gewünschte Resultat dadurch erreicht, daß die Triggerimpulsrate an die Elemente des Wandlers variiere wird.

Die Bereichssteuerung erlaubt es, eine größere Anzahl von Radialzeilen zu verwenden, während Strukturen bei geringeren Tiefen untersucht werden. In den obigen Beispielen wurden

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64 Zeilen typischerweise dazu verwendet, Strukturen bis zu 21 cm Tiefe zu untersuchen. Durch Begrenzen der Tiefe auf 14 oder 7 cm wird eine Gesamtzahl von 96 bzw. 192 Zeilen verwendet. Die größere Zeilendichte, die mit den begrenzten. Tiefen erhalten wird, erlaubt es, größere strukturelle Details in den angezeigten Bildern sichtbar zu machen.

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Claims

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Vl P426 D

Patentansprüche

Vorrichtung zur Ultraschall-Untersuchung, gekennzeichnet durch einen Wandler, mit dem Ultraschallenergie erzeugt und empfangen werden kann, eine Einrichtung zur Erzeugung und Anzeige eines fächerförmigen, zweidimensionalen, von einem Benutzer zu betrachtenden Echtzeit-Bildes eines Teils eines untersuchten Patienten aufgrund der vom Wandler empfangenen Energie, und eine TM-(time-motion = Zeit-Bewegung)-Aufζeichnungseinrichtung, die betrieblich mit dem Wandler derart assoziiert ist, daß eine TM-Aufzeichnung entsprechend einem vorgewählten Bereich des fächerförmigen Echtzeit-Bildes, das während der Untersuchung des Patienten sichtbar ist, bewirkt werden kann.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler aus einem Phasen-Array-System besteht und die TM-Aufzeichnungseinrichtung Betätigungseinrichtungen aufweist, die in der Lage sind, eine sequentielle TM-Abtastung aufeinanderfolgender Teile des zweidimensionalen Bildes durchzuführen, das während der Untersuchung des Patienten sichtbar ist.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Bildes in der Lage ist, eine Vielzahl linearer Elemente im sichtbaren Echtzeit-Bild zu erzeugen, und

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die TM-AufZeichnungseinrichtung Einrichtungen aufweist, mit denen wenigstens eines dieser linearen Elemente identifiziert und ausgewählt wird und dieses Element der Aufzeichnungseinrichtung als lineares Element für eine TM-Abtastung dargeboten werden kann.

4·. Vorrichtung mit einem UItraschallsystem, wie es bei der Herzuntersuchung und der Kardiovascular-Diagnose von Patienten verwendet wird, gekennzeichnet durch einen Mehrelement-Wandler, mit dem Ultraschallenergie erzeugt und in den vom System zu untersuchenden Bereich geschickt und aus diesem empfangen werden kann, eine Einrichtung zur Erzeugung und Anzeige eines fächerförmigen, zweidimensionalen, von einem Beobachter betrachtbaren Echtzeit-Bildes des untersuchten Bereiches, eine EKG-Aufζeichnungseinrichtung, die betrieblich mit dem System verbunden ist und dazu geeignet ist, an einen zu untersuchenden Patienten angeschlossen zu werden, um ein EKG vom Patienten zu erzeugen, und eine Einrichtung, mit der das EKG des untersuchten Patienten in Echtzeit angezeigt wird, und zwar in von einem Betrachter sichtbarer Beziehung mit einer Echtzeit-Anzeige eines vom System untersuchten Bereiches, und eine Einrichtung, mit der mit dem Wandler eine TM-Aufzeichnungseinrichtung verbunden werden kann, um die Erzeugung einer TPi-Auf zeichnung entsprechend einem vorgewählten Bereich des fächerförmigen zweidimensionalen angezeigten Bildes zu ermöglichen.

5- Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Anzeige des zweidimensionalen Echtzeit-Biides und des EKG aus einem gemeinsamen Ausgabegerät besteht.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4- mit einer Einrichtung, mit der wenigstens ein Teil der EKG-Kurve auf der Anzeigeeinrichtung aufgefrischt wird, um eine Persistenz der Kurve zur Untersuchung durch den Benutzer zu ermöglichen.

7· Vorrichtung mit einem Ultraschall-Anzeige- und Aufzeichnungssystem, wie es in der medizinischen Diagnostik verwendet wird, gekennzeichnet durch eine Wandlereinrichtung zur Erzeugung von Ultraschallenergie und zu deren Fortleitung in einen Bereich eines mit dem System untersuchten Patienten und zu deren Rückempfang, eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Anzeigebildes des Bereichs des untersuchten Patienten aufgrund von Energie, die von der Wandlereinrichtung empfangen wird, auf einer Anzeigeeinrichtung, die für den Benutzer sichtbar ist, eine EKG-AufZeichnungseinrichtung, die betrieblich dem System zugeordnet ist und dazu geeignet ist, an einen Patienten angeschlossen zu werden,und die Einrichtungen aufweist, mit denen das EKG des untersuchten Patienten in Echtzeit angezeigt wird, eine Steuereinrichtung, die mit einer Tochteranzeigeeinrichtung für die EKG-Anzeige verbunden ist, die synchron mit der vom Betrachter beobachtbaren Anzeigeeinrichtung arbeitet, um eine zweite Anzeige des Bildes auf der für den Betrachter sichtbaren Anzeige zu schaffen, und eine Kameraeinrichtung, die so positioniert ist, daß sie die Tochteranzeige fotografiert,um eine Fotografie einer definierten EKG-Herzzyklus-Anzeige mit dem Echtzeit-Anzeigebild zu ermöglichen, unter Steuerung durch die Steuereinrichtung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung aufweist,

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mit der sequentiell die Tochteranzeigeeinrichtung ausgetastet wird,die Tocliteranzeigeeinriclitung für eine vorgegebene Zeitspanne hellgetastet wird und dann die Tochteranzeigeeinrichtung ausgetastet wird, und eine Einrichtung, mit der die Kamera so betätigt wird, daß eine fotografische Belichtung während der Helltast-Periode durchgeführt wird.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Koordinieren der Helltast-Periode mit einer vorgegebenen Lage des angezeigten EKG-Signals, so daß die fotografische Belichtung zu einem vorgegebenen Punkt des EKG-Zyklus durchgeführt werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9> gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der auf der vom Benutzer betrachtbaren Anzeigeeinrichtung ein Läufer erzeugt werden kann, der auf einen gewünschten Punkt auf der EKG-Kurve positionierbar ist, und eine Einrichtung, mit der das Helltasten (und die Betätigung der Kameraeinrichtung) an dem Punkt durchgeführt wird, der durch den Läufer auf der Echtzeit-EKG-Kurve eines untersuchten Patienten markiert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine EKG-Einrichtung im System, um eine gleichzeitige Echtzeit-Anzeige eines EKG mit der Echtzeit-Anzeige des Bildes eines Bereichs eines untersuchten Patienten zu ermöglichen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Tochteranzeigeeinrichtung und eine fotografische Einrichtung, die mit Bezug auf die Tochteranzeigeeinrichtung

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so positioniert und angeordnet ist, daß die Tochteranzeige entsprechend vorgegebenen Richtlinien fotografiert wird.

13· Vorrichtung nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine TM-Anzeigeeinrichtung, die betrieblich dem Wandler zugeordnet ist.

14-, Vorrichtung nach Anspruch 4-, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung von alphanumerischer Identifizierungsinformation und zu deren Anzeige auf dem vom Benutzer betrachtbaren Bild.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Untersuchen und Messen von physiologischen Daten eines untersuchten Patienten.

16. Vorrichtung nach Anspruch I5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die mit der TM-AufZeichnungseinrichtung derart zusammenwirkt, daß die Erzeugung einer TM-Aufzeichnung einschließlich physiologischer Daten ermöglicht Wird, die durch die Prüf- und Mess-Einrichtungen gemessen sind.

17· Vorrichtung mit einer Ultraschall-Anzeige und -Aufzeichnung, wie sie in der medizinischen Diagnostik verwendet wird, gekennzeichnet durch eine Wandlereinrichtung zur Erzeugung von Ultraschallenergie und deren Fortpflanzung in einen Bereich des untersuchten Patienten, und zu deren Rückempfang, eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Anzeigebildes des untersuchten Bereichs des Patienten aufgrund von Energie, die von

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der Wandlereinrichtung aufgenommen worden ist, auf einer vom Benutzer betrachtbaren Anzeigeeinrichtung, eine EKG-Aufζeichnungseinrichtung, die betrieblich dem System zugeordnet ist und dazu geeignet ist, an einen Patienten angeschlossen zu werden, und die Einrichtungen aufweist, mit denen das EKG als Echtzeit-Kurve für einen untersuchten Patienten angezeigt wird, und eine Einrichtung, mit der wenigstens ein Teil der EKG-Kurve auf der Anzeigeeinrichtung aufgefrischt wird, um eine Persistenz dieser Kurve zur Untersuchung durch den Benutzer zu ermöglichen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die EKG-Auffrischungseinrichtung aus einer Einrichtung besteht, mit der das EKG-Signal digitalisiert wird, einer Einrichtung, mit der die digitalisierten Werte über den EKG-Kurventeil gespeichert werden, einer Einrichtung, mit der die gespeicherten Verte aus dem Speicher ausgelesen werden, und einer Einrichtung, mit der die ausgelesenen Werte in ein Signal umgewandelt werden, mit dem die EKG-Kurve auf der Anzeigeeinrichtung erzeugt wird.

19. Torrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der die Speicheradressen der gespeicherten Werte und deren Auslesung mit dem Auftreten der R-WeHe im EKG korreliert wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige aus einer Kathodenstrahlröhre besteht.

21. Vorrichtung r.ach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung aus einer Kathodenstrahlröhre besteht, und daß die Einrichtung zur Erzeugung des Läufers einen vom Benutzer betätigten Auf-Ab-Zähler

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aufweist, eine Einrichtung zum Aufbau einer Adresse für die Läuferanzeige, eine Anzeigezahleinrichtung mit einem Ausgang, die eine Kathodenstrahlröhren-Strahlposition während der EKG-Anzeige anzeigt, und eine Vergleichseinrichtung, mit der ein Aufhellungssignal erzeugt wird, um eine Sichtbarmachung des Kathodenstrahlröhrenfleckes dann zu ermöglichen, wenn die Zählungen im Anzeigezähler und dem Auf-Ab-Zähler anzeigen, daß sich der Kathodenstrahlröhren-Strahl in einer Position befindet, die mit der vom Benutzer gesetzten Adresse korreliert.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Koordinieren des Helltastens besteht aus einer Einrichtung, mit der die Anzeige normalerweise ausgetastet wird, einer Detektoreinrichtung, die auf das Auftreten der R-Welle im EKG anspricht, einem Akquisitionszähler, der von der detektierten R-Welle betätigt wird, um Adressen in der EKG-Kurve aufzubauen, und einem zweiten Komparator, mit dem ein Ausgang geschaffen wird, der die Helltastung ermöglicht, sobald der Zähler eine Adresseanzeigt, die dem im Auf-Ab-Zähler enthaltenen Wert entspricht.

23· Vorrichtung mit einem Ultraschall-Anzeige-und -Aufzeichnungssystem, wie es in der medizinischen Diagnostik verwendet wird, gekennzeichnet durch eine Wandlereinrichtung, mit der Ultraschallenergie erzeugt und in einen Bereich des zu untersuchenden Patienten fortgepflanzt bzw. von dort empfangen werden kann, eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Anzeigebildes des untersuchten Bereichs des Patienten aufgrund von von der Wandlereinrichtung erzeugten Energie auf einem von einem Benutzer betrachtbaren Anzeigegerät, einen Videorecorder,

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mit dem das zweidimensional Eciitzeit-Anzeigebild über ein längeres Intervall aufgezeichnet werden kann, und eine Einrichtung, mit der dem Anzeigebild Zeitdaten überlagert werden können, so daß das aufgezeichnete Videobild mit Bezug auf zeitabhängige Änderungen im untersuchten Bereich analysiert werden kann.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, mit der dem zweidimensionalen Anzeigebild alphanumerische Information überlagert werden kann.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine EKG-Einrichtung, mit der eine gleichzeitige Echtzeit-Anzeige eines EKG mit der Echtzeit-Anzeige des zweidimensionalen Bildes möglich ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine TM-Aufzeichnungseinrichtung, die betrieblich dem System zugeordnet ist, um eine TM-Aufzeichnung des Anzeigebildes zu bewirken.

27· Vorrichtung mit einem Ultraschall-Anzeige- und -Aufzeichnungssystem, wie es in der medizinischen Diagnostik verwendet wird, gekennzeichnet durch eine Wändlereinrichtung, mit der Ultraschallenergie erzeugt und in einen Bereich eines untersuchten Patienten fortgepflanzt bzw. aus diesem empfangen werden kann,- eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Bildes des untersuchten Bereichs des Patienten aufgrund von von der Wandlereinrichtung empfangener Energie auf einem vom Benutzer betrachtbaren Anzeigegerät, eine EKG-Aufzeichnungseinrichtung, die betrieblich dem System zugeordnet ist und zum Anschluß an einen Patienten geeignet ist, einschließlich einer Einrichtung, mit der das EKG in Echtzeit des

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untersuchten Patienten angezeigt werden kann, und eine Einrichtung, mit der wenigstens der Teil der EKG-Kurve, der vom Auftreten der R-Welle bis zum Echtzeit-Anzeigepunkt reicht, persistent sichtbar gemacht werden kann, um damit eine Untersuchung des EKG vom Benutzer zu ermöglichen.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der der Kurventeil sichtbar gemacht wird, Einrichtungen aufweist, mit denen das EKG-Signal digitalisiert wird, eine Speichereinrichtung, mit der die digitalisierten Werte als Bit-Strom gespeichert werden, eine Einrichtung, mit der der Bit-Strom aus der Speichereinrichtung ausgelesen werden kann, und eine Einrichtung, mit der der Bit-Strom in ein Signal umgewandelt werden kann, mit dem der EKG-Kurventeil auf der Anzeigeeinrichtung erzeugt wird.

29· Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung aus einer Kathodenstrahlröhre besteht.

50. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung und Anzeige eines fächerförmigen, zweidimensionalen, von einem Benutzer betrachtbaren Echtzeit-Bildes eine Einrichtung aufweist, mit der selektiv Teile des dem Betrachter sichtbaren Bildes angezeigt werden können.

31. Vorrichtung nach Anspruch 3O₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der selektiv Teile des dem Betrachter sichtbaren Bildes angezeigt werden können, dafür sorgt, daß die angezeigten Teile den Teilen des Bildes entsprechen, die von der TM-Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet werden.

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32. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines zweidimensionalen Echtzeit-Anzeigebildes weiter Einrichtungen aufweist, mit denen Anzeigemarkierungen in Intervallen angezeigt werden können, die vorgegebenen räumlichen Distanzen innerhalb des Bereichs des untersuchten Patienten entsprechen, so daß eine räumliche Kalibrierung auf dem Anzeigebild aufrechterhalten wird.

33· Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung und Anzeige eines fächerförmigen, zweidimensionalen, von einem Benutzer betrachtbaren Echtzeit-Bildes Einrichtungen aufweist, mit denen selektiv Teile des dem Betrachter sichtbaren Bildes angezeigt werden.

34-. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, mit der selektiv Teile des dem Betrachter sichtbaren Bildes angezeigt werden können, dafür sorgt, daß die angezeigten Teile den Teilen des Bildes entsprechen, die von der TM-Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet werden.

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