DE2660212C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Laufe der letzten zwei oder drei Dekaden hat die Ultraschalltechnologie eine immer mehr wachsende Rolle bei der medizinischen Diagnose gespielt. Ein besonders interessantes Gebiet betrifft die 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 konnten, die die Bewegungen von Teilen dieser Struktur anzeigen. Techniken dieser Art wurden allgemein bezeichnet mit "Echokardiographie" oder "TM"-Abtastung (time-motion = Zeit- Bewegung). Dabei wird von einem Ultraschall-Oberflächenwandler ein enger Ultraschallstrahl zwischen den Rippen in den Bereich des Herzens geschickt. Wenn ein Ultraschallenergieimpuls einwärts durch die verschiedenen Strukturen wandert, einschließlich Herzwand, Klappen und dergleichen, wird ein Teil der Energie an den Grenzen zwischen den Strukturen zurück zum Wandler reflektiert. Diese reflektierte Energie wird dann detektiert, verstärkt und je nach Wunsch auf einem Oszilloskop angezeigt oder auf Papier aufgezeichnet.

Die dadurch 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.

Bei der TM-Abtastung bestand bis vor kurzer Zeit ein Hauptproblem darin, 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 auf dem Oszilloskop angezeigten oder vom Schreiber aufgezeichneten Daten betrachtet wurden. Nach einem ersten Versuch mußte der Benutzer den Wandler neigen oder kippen, um einen Bereich von Strukturen abzudecken und auszusuchen, von dem er Aufzeichnungen erhalten wollte.

Kürzlich wurde über Geräte berichtet, mit denen eine TM-Abtastung aus einer Nahfeld-Abtastung (B-Abtastung) erhalten wurde. Eine Schwierigkeit liegt dabei darin, daß TM- Abtastbilder, die von einer Nahfeldanordnung stammen, eine Form haben, die untersuchenden Ärzten nicht vertraut ist. Aus diesem Grund sind sie nicht leicht mit den untersuchten Strukturen zu korrelieren.

Es ist auch bekannt, eine zweidimensionales Bild beispielsweise einer Herzstruktur in Echtzeit zu erzeugen und zu beobachten. Ein System dieser Art, bei dem Phasenarray- Prinzipien dazu verwendet werden, einen Ultraschallstrahl von einem Wandler-Array zu lenken und zu fokussieren, 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 1974. Zusätzliche Merkmale solcher Vorrichtungen werden in 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" sowie von J. C. Somer "Electronic Sector Scanning for Ultrasonic Diagnosis", Ultrasonics, Juli 1968, Seite 153, beschrieben.

Mit den Echtzeit-Abbildungssystemen ist es erstmals praktisch möglich geworden, direkt das arbeitende Herz in Echtzeit zu beobachten, d. h. im wesentlichen gleichzeitig mit dem Auftreten der Funktionen.

Bekannt ist auch die gleichzeitige Darstellung eines Ultraschall-Kardiogramms und eines Elektrokardiogramms in Form einer TM-Abtastung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre (DE-OS 20 53 669). In der Zeitschrift "Circulation", Band 48, 1973, Seiten 1066 bis 1074, wird auch schon ein Ultraschall-Untersuchungssystem beschrieben, bei dem eine Wandlereinrichtung mit einer Vielzahl von parallelen Wandlern zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall-Impulsen mit einer EKG-Einrichtung und einer Bilderzeugungseinrichtung in Form eines Oszilloskops kombiniert ist. Auf dem Oszilloskopschirm werden die Empfangssignale der Wandlereinrichtung und die Signale der EKG-Einrichtung zweidimensional und in Echtzeit dargestellt.

Ausgehend von dem letztgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung verfügbar zu machen, die ein hochauflösendes Echtzeit-Ultraschallbild mit einer EKG- Darstellung kombiniert, die eine zeitliche Korrelation mit dem Ultraschallbild und gleichzeitig eine einfache Analyse des EKGs ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Mit einer Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung nach der Erfindung wird also eine Ultraschalldiagnose verfügbar gemacht, die speziell bei der Kardiologie anwendbar ist und bei direkter Untersuchung durch den Benutzer ein leicht manipulierbares Echtzeit-Bild von Herzstrukturen mit hoher Auflösung ergibt. Es kann gleichzeitig oder unabhängig ein EKG oder auch ein Phonokardiogramm angezeigt werden, und zwar in einer Form, die es dem Systembenutzer ermöglicht, diese Daten leicht zu beobachten. Gleichzeitig wird ein System verfügbar gemacht, das speziell an die Erzeugung von Echtzeit- B-Modus-Anzeigen von Herzstrukturen angepaßt ist und automatische Fotografien dieser B-Modus-Anzeige ermöglicht. Dabei kann das Fotografieren direkt mit einem Zeitpunkt korreliert werden, der auf ein EKG des beobachteten Herzens bezogen ist, so daß die Herzstruktur genau zu dem Zeitpunkt des Herzzyklus fotografiert werden kann, der vom untersuchenden Arzt als interessant angesehen wird.

Das fächerförmige Bild weist eine relativ hohe Anzahl von radialen Zeilen auf, typischerweise 64 Zeilen. Ein Satz solcher Zeilen wird innerhalb einer kurzen Periode erzeugt, typischerweise in der Größenordnung von 1/30 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 sogenannten B-Modus erfolgt, d. h. einem, bei dem Variationen der akustischen Impedanz des Gewebes in Helligkeitsvariationen auf dem Kathodenstrahlröhrenschirm umgesetzt werden.

Die Verwendung des Phasenarray-Sektorabtasters 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. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird die gleiche Anzeigeart automatisch dadurch erreicht, daß der Kardiologe eine TM-Modus-Abtastung des zweidimensionalen Bildes auf dem Kathodenstrahlschirm beobachtet. 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 eine übliche TM-Modus-Anzeige im gewöhnlichen Format erhalten werden kann, wie es bei bekannten TM-Modus-Aufzeichnungen üblich ist. Dabei können Strukturen in ihren tatsächlichen Konfigurationen sichtbar gemacht werden, und zwar während die TM-Aufzeichnung hergestellt wird.

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

Die vom Empfänger verarbeiteten Daten können variiert werden, um Teile derselben zu komprimieren, d. h. eine nichtlineare Verarbeitung zu ermöglichen. Es können auch Signale unterhalb einer gewissen Amplitude unterdrückt werden, so daß sich eine Rauschunterdrückung ergibt. Die Verstärkung des Empfängers in verschiedenen Sektoren der untersuchten Zone kann variiert werden, so daß es möglich ist, stärkere Dämpfungen zu kompensieren, die in gewissen Bereichen des Körpers auftreten können.

Ein Tochteroszilloskop kann synchron betrieben und eine fotografische Kameraeinrichtung so positioniert sein, daß Fotografien direkt vom Tochteroszilloskop erhalten werden können. Dem Tochteroszilloskop kann auch eine Videokamera zugeordnet sein, deren Ausgänge sowohl zu einem Videorecorder als auch zu einem Monitor führen, so daß eine Fernbetrachtung der Anzeige möglich ist.

Die Ausgangssignale des Empfängers werden auch einem TM-Modus-Schreiber zugeführt, wodurch es möglich ist, TM- Modus-Aufzeichnungsstreifen direkt zu erhalten. Ein bedeutsamer Aspekt dieser Anordnung besteht darin, daß der Benutzer eine TM-Aufzeichnung einleiten kann, während er die Echtzeit-Anzeige beobachtet. Dieses Merkmal vermeidet vollständig die bei den bekannten Geräten vorhandene 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 erzeugte.

Der TM-Modus-Betrieb enthält weiter gewisse Möglichkeiten, die bisher in einem solchen Instrument nicht vorhanden waren. 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.

Es können ferner EKG-Daten vom Patienten direkt in das System eingegeben werden. Das EKG selbst wird in Echtzeit auf dem Anzeigeschirm des Systems angezeigt, und zwar für eine ausreichende Zeitspanne persistieren, um dem Benutzer zu ermöglichen, bedeutsame Merkmale zu identifizieren.

Weiterhin kann auf dem Kathodenstrahlschirm ein vom Benutzer bewegbarer Läufer (d. h. Anzeigemarkierung) erzeugt und auf jede gewünschten Punkt der EKG-Aufzeichnung positioniert werden. Das ist während der Vorbereitung von Fotografien bedeutsam, denn es wird die Herstellung einer Fotografie entsprechend dem Echtzeit-Bild zu dem Zeitpunkt des Herzzyklus ermöglicht, der durch den Läufer identifiziert ist.

Vorgesehen sein kann auch eine Tastenfeldeingabe für alphanumerische Zeichen, so daß es möglich ist, Informationen in die visuelle Anzeige einzublenden. Dazu gehören die 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 gegen die R-Welle oder ein anderes signifikantes Datum im EKG-Zyklus angeben. Eine Uhrzeitanzeige kann in ähnlicher Weise eingeblendet werden, um eine laufende Aufzeichnung zu schaffen, die bis herab zu 1/100 Sekunde reichen kann, so daß jedes Vollbild (1/30 Sekunde) eine besondere Zeitidentifizierung trägt. Diese Informationsart ist für die erwähnten Fotografien bedeutsam und besonders wertvoll im Laufe der Interpretation der Videoaufzeichnungen, die durch das erfindungsgemäße System zur Verfügung gestellt werden können.

Solche Identifizierungsdaten und damit in Beziehung stehende Daten sind nicht nur für normale Aufzeichnungszwecke bedeutsam, d. h. zur Ermöglichung einer leichten Korrelation von Fotografien und Videoaufzeichnungen mit Patientenakten usw. Sie werden 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.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der wichtigsten Betriebselemente eines erfindungsgemäßen Systems;

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

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

Fig. 4A, 4B und 4C graphisch Abläufe, die während der Herstellung von Fotografien auftreten;

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

In Fig. 1 ist ein Anzeige- und Aufzeichnungssystem 10 nach der Erfindung dargestellt. Das System 10 arbeitet auf Ultraschall­ prinzipien und ist hauptsächlich für die Verwendung in der Herz­ diagnose und Diagnose von kardiovascularen Zuständen gedacht, wenn es auch für den einschlägigen Fachmann erkennbar ist, daß das System auch bei anderen Diagnoseanwendungen insoweit ver­ wendbar ist, als es nutzbare Information in diesen weiteren Anwendungen liefert. Wegen der Hauptanwendung auf die Herz­ diagnose 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 14 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 ver­ wendet 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 piezo­ elektrischen 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 Ultra­ schall zwischen Rippen, um eine Anzeige des Herzbereichs zu ermöglichen. Die Dicke der verwendeten spezifischen Wandler­ elemente 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 Wandlerelemente angelegten Spannungen in solche Phasenbeziehung gebracht, daß der abge­ gebene Schallstrahl in der gewünschten Richtung gelenkt wird. Einstellbare Verzögerungen sind in jedem Empfängerkanal vorge­ sehen, 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 ein­ stellbaren Verzögerungen der getrennten Empfängerkanäle ange­ legten 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, typischer­ weise 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.

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 er­ wähnt, typischerweise die Form eines üblichen Kathodenstrahl­ röhrenschirms 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 Tochter­ oszillographen 28. Der Tochteroszillograph 28 und die Anzeige 24 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 Tochter­ oszillographen montiert sein kann, so daß eine direkte Foto­ grafie 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.

Gemäß einem Hauptaspekt der Erfindung ist ein dritter paralleler Ausgang vom Empfänger 18 über Leitung 42 an einen TM-Schreiber 44 gelegt. TM-Schreiber an sich sind bekannt. Bei der gewöhn­ lichen Anwendung dieser Geräte bei der Echokardiographie werden die schallmodifizierenden Charakteristiken, die längs einer linearen Richtung einer Strukturuntersuchung vorhanden sind, auf einem Streifen 46 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 44, 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 10 wechselwirkt, neuartige und sehr unerwartete Resultate ergibt, (wie noch näher erläutert wird), so kann der Schreiber selbst jedoch in üblicher Weise aufgebaut sein.

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 zuge­ führt. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird der Ausgang 54 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 Tochteroszillo­ graphen 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 Per­ sistenz der sich entwickelnden Kurve für wenigstens einen Teil des EKG-Zyklus zu bewirken, der ausreicht, eine Analyse durch den Benutzer zu ermöglichen. Die elektronischen Persistenz­ schaltungen 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 aufge­ frischt wird. In einem typischen Ausführungsbeispiel kann bei­ spielsweise der Punkt 103 in Fig. 2 der sich entwickelnde Punkt der Kurve sein, d. h., der Punkt, der in Echtzeit auf dem Bild­ schirm 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 nütz­ lich sein, zusätzlich zum EKG-Eingang eine Phonokardiograph- Möglichkeit oder eine Möglichkeit für andere Detektor- und Aufzeichnungs-Einrichtungen für physiologische Größen vorzu­ sehen. 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 Per­ sistenzschaltungen des Blocks 56 führt, wie sie für das EKG- System verwendet werden, so daß der Phonokardiograph-Ausgang gewünschtenfalls auf die sichtbare Anzeige 24 gebracht und mit den verschiedenen Aufzeichnungselementen des Systems auf­ gezeichnet, fotografiert oder dergl. werden kann. In gleicher Weise werden andere physiologische Eingänge, wie sie 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.

Eine vom Benutzer betätigte Tastenfeldeingabe 64 ist im erfin­ dungsgemäßen 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-Identifizierungs­ daten, eine Nummer, der Name oder dergl., bei 104 und die Benutzer-Identifizierung erscheint bei 105, das Untersuchungs­ datum bei 106, die Zeitinformation bei 107 und die Kamera­ sequenzinformation 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 Identifizierungs­ daten, wie sie auf Fotografien und Videoaufzeichnungen erscheinen, die mit dem System erhalten werden, eine direkte Identifizierung der Aufzeichnungen für den Patienten, so daß jede Fehler­ möglichkeit vermieden wird. Die Zeitinformation hat eine unver­ zichtbare Bedeutung in Verbindung mit den Videoaufzeichnungen, die durch den Videorecorder 40 bewirkt werden. Die Zeitinformation im besonderen, wie sie normalerweise in 100stel 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.

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 ähn­ licher 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-Kameras wie Bildschirm­ kameras, 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 Logik­ schaltung aufweist, mit der ein Kamerabetätigungselement 82 aktiviert wird, das durch elektromechanische oder andere Ein­ richtungen 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 80 und der elektronischen Persistenz- und Belichtungssequenz­ schaltungen 56. Speziell die letztere, die durch einen Läufer­ positionierschalter 95 wirkt, bewegt eine Läufermarke auf irgendeinen vorgewählten 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.

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 Tochteroszillo­ graphen aus, indem sie das Helltastsignal auf Leitung 81 von der Hauptsteuerlogik 114 aufnimmt und daran hindert, über Lei­ tungen 78 und 79 zum Tochteroszillographen 28 zu kommen. Der ausgetastete bzw. hellgetastete Zustand des Tochteroszillogra­ phen 28 ist in Fig. 4B dargestellt. Die Kameralogik 80 öffnet über die Kamerabetätigung 82 den Verschluß der Kamera 32, wie in Fig. 4C dargestellt. Das System arbeitet dann weiter mit ausgetastetem Tochteroszillographenschirm, bis die nächste R-Welle (Fig. 4A) von den elektronischen Persistenz- und Belichtungssequenz-Schaltungen 56 detektiert wird. Wenn die Horizontalposition des EKG an der Läufermarke 108 zum Zeit­ punkt 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 Tochter­ oszillographen 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 Kamera­ verschluß schließt, und danach wird die Anzeige wieder hell­ getastet und der normale Betrieb fortgesetzt. Der Kamerafilm wird dann transsportiert, anschließend ist das System für das Bild bereit oder für weiteren Normalbetrieb.

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 Belich­ tung 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 Ver­ stärker 552 geschickt, wo sie auf einen Pegel verstärkt werden, der zur Digitalisierung ausreicht, typischerweise im Spannungs­ bereich zwischen 100 und 1000 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 Ausführungs­ beispiel 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 560 erhalten wird. Der Zähler 560 läuft kontinuierlich weiter, während er Impulse 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 560 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 574 eine Spannung auf Leitung 576 zum UND-Gatter 578. Wenn der Zähler 560 voll ist, ist ein Bit höchster Wertigkeit auf Lei­ tung 568 vorhanden, und der Flip-Flop 570 hält ein positives Signal am Q-Ausgang 580. Die Kombination dieses positiven Aus­ gangs auf 580 und des positiven Detektorausgangs vom Spitzen­ detektor 574 aktiviert UND-Gatter 578, so daß dieses ein positives Ausgangssignal auf 582 liefert, das an den Rückstell­ eingang des Zählers 560 und den Setz-Eingang des Flip-Flop 570 gelegt wird. Der Akquisitionszähler 560 schaltet dann weiter, während er Impulse vom Teiler 566 erhält. Mit diesen Einrich­ tungen 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 554 dargeboten wird. Typischer­ weise kann der Speicher 556 insgesamt 512 Speicherstellen ent­ halten, 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 556 und deren Anzeige auf den Ausgangsanzeigen wird jetzt be­ schrieben. Die visuelle Anzeige 24 und der Tochteroszillograph 28 gemäß Fig. 1 sind nur in der Lage, auf einmal nur ein Daten­ stück auf den Anzeigeschirm zu schreiben, so daß, während Ultraschall-B-Abtast-Bilddaten auf dem Schirm angezeigt werden, keine EKG-Information auf der Anzeige und dem Tochteroszillo­ graphen 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 alpha­ numerische 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 77 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 556 über den Digital-Analog-Wandler 586 mit Ausgangsleitung 588 fließen, und zwar zu den Treibelektroniken 30 nach Fig. 1, so daß ein Y-Ablenksignal an die Anzeige und die Tochteroszillo­ graphen gegeben wird. Das Bildüberschrift-Signal auf 77 schaltet auch den Duplexer 562, um die Adresse des Anzeigezählers 558 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 Rate von etwa 50 kHz weiterschaltet, werden alle 512 Adressen im Speicher 556 in einer Periode von etwa 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.

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 Ausgangssignal des Digitalkomparators 594 auf Leitung 596 mit dem Bildüberschrift-Signal auf Leitung 77 an die UND-Schaltung 598 gegeben wird, um das EKG-Helltast­ signal 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 Hell­ tastsignal, 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 länger, bis sie den ganzen Schirm füllt.

Der Mechanismus, mit dem ein Läuferindikator auf dem angezeigten EKG-Signal erzeugt wird, und dessen Verwendung bei der Steuerung der Kamerasequenz soll nunmehr betrachtet werden. Die Ver­ wendung des Läuferpositionierschalters 95 ist oben in Ver­ bindung mit Fig. 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 der Zähler rückwärtszählt, wenn er vom Taktgeber 620 ge­ trieben 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 558 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) ge­ koppelt wird. Die EKG-Signale auf der visuellen Anzeige und dem Tochteroszillographen werden aufgehellt, die angezeigten EKG-Signale für diese eine Adresse geben damit eine Läufer­ anzeige 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 auszu­ wählen 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 die 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 Kameraverschluß, wie in Fig. 4B bzw. 4C 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 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 er­ scheint. 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-Helltast­ signal auf 630, das in der Kameralogik 80 nach Fig. 1 abge­ leitet 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 625 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 632 ein Logiksignal an die Kamerasteuerungslogik 80 heraus. Der Zweck dieses Ausgangssignals besteht darin, der Kamerasteuerung 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 ange­ zeigt 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 ver­ wendet werden, von denen jede in einzigartiger Weise mit den übrigen Elementen des erfindungsgemäßen Systems wechselwirkt. Speziell ergibt sich ein einzigartiger Vorteil, der vom 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 TM-Aufzeichnung einleitet. Wie bereits erwähnt worden ist, wurden die bekannten Lösungen zur Her­ stellung 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 erfindungs­ gemäßen Gerät ist der Benutzer in der Lage, spezielle interes­ sierende Ebenen auszuwählen, um eine TM-Abtastung durchzu­ führen, und insbesondere spezielle Bereiche des Abtastsektors auszuwählen, für die eine TM-Aufzeichnung durchgeführt werden soll, wobei das Instrument automatisch den sondierenden Ultra­ schallstrahl 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 aufge­ zeichnet 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-Aufzeichnungs­ betriebes zeigt. Das Kathodenstrahlröhrenschirmbild ist allgemein bei 110 dargestellt, wie es von der visuellen Anzeige 34 geliefert wird. Da das Bild 110 in Echtzeit vorliegt, kann der untersuchende Arzt leicht den Wandler 12 so winkel­ mäßig 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 dar­ stellen.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Anordnung ergibt ein Schalt- und Steuer-Untersystem, das eine oder mehrere vorge­ gebene Zeilen aus dem Radialraster 112 auswählt und die ge­ wählte Zeile (oder in Sequenz die Zeilen) dem TM-Streifenschrei­ ber 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 hindurch­ geschwenkt 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 Adressenre­ gister. 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 Strahl­ winkeladressen-Register 125 gekoppelt ist, der elektronische Schalter 126 den Videoausgang auf Leitung 132 zum TM-Schreiber 44 koppelt. Wenn das B-Adressenregister 118 mit dem Strahlwinkel­ adressenregister 125 gekoppelt ist, wird die Videoausgangs­ leitung 132 nur zur visuellen Anzeige 34 gekoppelt.

Bei Betrieb des Systems 10 zur Erzeugung des B-Modus-Bildes 110 erhält der Duplexer 122 die Kopplung des B-Adressenregisters zum Strahlwinkeladressenregister aufrecht, und der Videoaus­ gang 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 Kathoden­ strahlröhrenanzeige zu erzeugen. Sie geht dann zurück zu der anfänglichen Adresse und wiederholt denselben Prozeß für folgende Bilder. Bei dieser Betriebsart kann also der unter­ suchende Arzt den Wandler 12 so orientieren, daß die ge­ wünschte 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 Einstellungssteue­ rung 117 kann die Adresse einer einzelnen TM-Zeile, die unter­ sucht 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 be­ steht. 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 Steuerlogik 114 über Leitung 130 leitet dann die Abtastzeile ein. Der Videoausgang auf Zeile 132 vom Detektor und Video­ verstärker 129 enthält die Signale, die von irgendwelchen Reflexionen erzeugt werden, die längs dieser Zeile auf­ treten, und Anzeigen dieser Reflexionen werden durch Inten­ sitätsmodulation 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 130 von der Logik 114 den Block 127, und eine Informationszeile erscheint in der Videoausgangszeile 132, die dann nur mit der visuellen Anzeige 34 gekoppelt ist.

Die Adresse im Register 125 ist auch mit der Kathodenstrahl­ röhrenanzeige 34 über Leitung 124 gekoppelt, um eine ent­ sprechende radiale Zeile 112 in dieser Anzeige zu aktivieren, und ein Zeitsignal von Logik 114 über Kabel 130 leitet das Schreiben dieser Radialzeile ein. Die Adresse im B-Register 118 wird dann um eine Einheit erhöht, und der Duplexer 122 wird in das TM-Register zurückgeschaltet, und eine weitere Abtast­ zeile wird danach auf dem Streifenschreiber 44 erzeugt. Bei Beendigung dieser Abtastzeile wird der Duplexer 122 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 Gesamt­ heit der Adressen des speziellen Sektorwinkels hindurchge­ schaltet 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 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 Kathoden­ strahlröhrenbildes 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 auf­ zuzeichnenden gewählten Winkel ist, ist die Adresse des A-Registers 116 durch den gesamten gewünschten Winkel fort­ geschritten, 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 34 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 Indikatormarkie­ rungen 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 Haupt­ steuerlogik 114 (Fig. 1) erzeugt und werden sowohl auf der visuellen Anzeige 24 als auch der Tochteranzeige 28 während des Bildüberschriftintervalls zwischen B-Abtastungen ange­ zeigt. Sie werden dadurch durch die fotografische Aufzeichnung durch die Kamera 32 oder die Videoaufzeichnung im Videorecorder 40 beibehalten. Da die Größe des Bildes je nach der Vergrößerung des fotografischen oder Video-Bildes variieren kann, ist es wichtig, geeignete Kalibrierungen zur Verfügung 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 Indikator­ markierungen 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 Bild­ auflösung oder den Benutzer in die Lage versetzen, seine Aufmerksamkeit auf gewisse, spezielle Teile des Bildes zu konzentrieren usw. Die in Fig. 1 dargestellte Hauptsteuer­ logik 114 sorgt für Steuereingangssignale an die Treibelektro­ niken 30 und an Sender 16 und Empfänger 18, die mit Wandler 12 assoziiert sind.

Ein Eingang der Hauptsteuerung 114 kommt von einer Empfänger­ verstärkungssteuerung 150, die ihrerseits durch die Benutzer­ einstellung 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 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 kann 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 Empfindlich­ keit des Wandlers zu kompensieren, um Signale zu detektieren, die bei größeren Abtastwinkeln erhalten werden. Durch ent­ sprechende Einstellung der Sektorverstärkungssteuerung 128 kann ein gleichförmiges Bild erhalten werden, selbst bei sehr großen Sektorwinkeln.

Die Hauptsteuerlogik 114 erhält ferner Eingänge von einer Sperrsteuerung 154 und von einer Datenkompressionssteuerung 155. Die Sperrsteuerung 154 wirkt in der Weise, daß sie einen Schwellwertpegel aufbaut, mit dem Signale am Empfänger 18 ge­ sperrt werden, d. h., es wird eine Rauschunterdrückung möglich, wie es im Empfängerbetrieb bekannt ist. Die Kompressions­ steuerung 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 Signal­ verarbeitung bekannt.

Zusätzlich zu den vorangegangenen Steuerungen, die auf die Bildmanipulation gerichtet sind, sind zwei weitere Steuerungen im System vorgesehen. Es handelt sich um eine Helligkeits­ steuerung 157, die im wesentlichen in der Weise arbeitet, 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 aus­ gewählt 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 mensch­ licher Organe.) Ersichtlich ist also die Gesamtzahl an ver­ fügbaren 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 der Sektorabtastung zu ermöglichen. Das Korrelat der beschrie­ benen Operation ist selbstverständlich, daß die innerhalb von engeren Abtastsektoren erzielte Auflösung größer ist als die in breiteren Abtastungen, da die Gesamtzahl der Raster­ zeilen gleich bleibt. Dementsprechend ermöglicht dieses Merk­ mal 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 Auf­ zeichnungen, die entsprechend dem angezeigten Bild durch das System 10 durchgeführt werden können.

Als ein Aspekt der Bildmanipulationsmerkmale des Systems 10 ist eine Bereichssteuerung 140 vorgesehen, die über Leitung 142 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 Sektor­ abtastung 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 Kardio­ vascularstrukturen 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 variiert wird.

Die Bereichssteuerung erlaubt es, eine größere Anzahl von Radialzeilen zu verwenden, während Strukturen bei geringeren Tiefen untersucht werden. In den obigen Beispielen wurden 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 ver­ wendet. Die größere Zeilendichte, die mit den begrenzten Tiefen erhalten wird, erlaubt es, größere strukturelle Details in den angezeigten Bildern sichtbar zu machen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Ultraschalluntersuchung von Patienten mit

• a) einer eine Anzahl von Wandlerelementen aufweisenden Wandlereinrichtung (12) zum Erzeugen und Empfangen von Ultraschallimpulsen,
• b) einer EKG-Einrichtung (50) und
• c) einer Bilderzeugungseinrichtung (24) zur helligkeitsmodulierten zweidimensionalen Darstellung der von der Wandlereinrichtung und der von der EKG-Einrichtung abgegebenen Signale in Echtzeit,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) die Wandlereinrichtung (12) aus einem Phasenarray-System besteht,
• e) die Bilderzeugungseinrichtung (24) ein fächerförmiges Bild (25) erzeugt und
• f) eine Auffrischeinrichtung (56) vorgesehen ist, mit der wenigstens ein Teil der EKG-Kurven-Darstellung (100, 101, 103) in zeitlicher Korrelation mit dem Auftreten der R-Welle auf der Bilderzeugungseinrichtung (24) aufgefrischt wird, um eine Persistenz der Kurve (100, 101, 103) zu ermöglichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffrischeinrichtung (56) aus einer Einrichtung (554) besteht, mit der das EKG-Signal digitalisiert wird, einer Einrichtung (556), mit der die digitalisierten Werte über den EKG-Kurventeil (100, 101, 103) gespeichert werden, einer Einrichtung (586, 588), mit der die gespeicherten Werte aus dem Speicher (556) ausgelesen werden, und einer Einrichtung (590), mit der die ausgelesenen Werte in ein Signal (592) umgewandelt werden, mit dem die EKG-Kurve (100, 101, 103) auf der Bilderzeugungseinrichtung (24) erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (570, 574, 576, 578, 580), mit der die Speicheradressen der gespeicherten Werte und deren Auslesung mit dem Auftreten der R-Welle im EKG korreliert werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Tochteranzeigeeinrichtung (28) zum Erzeugen einer zweiten Echtzeit-Anzeige des zweidimensionalen Bildes (25) und einer zweiten Echtzeit-Anzeige des EKG vorgesehen ist, daß eine Kamera (32, 36) so positioniert ist, daß sie die Tochteranzeige (28) unter Steuerung durch das EKG aufnimmt und daß die Tochteranzeige (28) wechselweise ausgetastet und nur für eine vorgegebene Zeitspanne hellgetastet wird, und die Kamera (32, 36) während der Helltastung belichtet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Helltast-Periode mit einem vorgegebenen Punkt (108) der EKG-Kurve korreliert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (95), mit der auf der Bilderzeugungseinrichtung (24) ein Läufer (108) erzeugt werden kann, der auf einen gewünschten Punkt auf der EKG-Kurve positionierbar ist, und eine Einrichtung (80, 85), mit der das Helltasten an dem Punkt durchgeführt wird, der durch den Läufer (108) auf der EKG-Kurve (100, 101, 103) eines untersuchten Patienten markiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (95) zur Erzeugung des Läufers (108) einen vom Benutzer betätigten Auf-Ab-Zähler (612) aufweist, eine Einrichtung (95, 616, 618) zum Aufbau einer Adresse für die Läuferanzeige, eine Anzeigezähleinrichtung (558) mit einem Ausgangssignal, das die Kathodenstrahlröhren-Strahlposition während der EKG-Anzeige anzeigt, und eine Vergleichseinrichtung (662), mit der ein Aufhellungssignal erzeugt wird, um eine Sichtbarmachung des Kathodenstrahlröhrenfleckes dann zu ermöglichen, wenn die Zählungen im Anzeigezähler (558) und dem Auf-Ab-Zähler (612) anzeigen, daß sich der Kathodenstrahlröhren-Strahl in einer Position befindet, die mit der vom Benutzer gesetzten Adresse korreliert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Koordinieren des Helltastens besteht aus einer Einrichtung (628, 630), mit der die Anzeige (28) normalerweise ausgetastet wird, einer Detektoreinrichtung (574), die auf das Auftreten der R-Welle im EKG anspricht, einem Akquisitionszähler (560), der von der detektierten R-Welle betätigt wird, um Adressen in der EKG- Kurve (100, 101, 103) aufzubauen, und einem zweiten Komparator (623), mit dem ein Ausgangssignal (625) geschaffen wird, das die Helltastung (628) ermöglicht, sobald der Zähler (560) eine Adresse anzeigt, die dem im Auf-Ab-Zähler (612) enthaltenen Wort entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Videorecorder (40) zur Aufzeichnung des Echtzeit-Bildes (25) über ein längeres Intervall und eine Zeitmarken-Einrichtung (68) zur Überlagerung des Echtzeit-Bildes (25) und/oder des aufgezeichneten Bildes vorgesehen sind.