DE2709991A1

DE2709991A1 - Verfahren zur untersuchung von objekten mit ultraschall nach dem impuls- echoverfahren

Info

Publication number: DE2709991A1
Application number: DE19772709991
Authority: DE
Inventors: Carl Dipl Ing Kretz
Original assignee: Kretztechnik AG
Current assignee: GE Medical Systems Kretztechnik GmbH and Co oHG
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-03-08
Publication date: 1977-10-27
Also published as: US4135406A; ATA256476A; AT358155B; GB1536102A

Description

Kretztechnik Gesellschaft m.b.H., Frankenburg (Österreich)

Verfahren zur Untersuchung von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Objekten mit Ultraschall nach dem Impuls-Echoverfahren, wobei das Objekt mit von einem oder mehreren über eine Schallkopf mechanik verstellbaren Schallköpfen ausgesandten Schallstrahlen durchschallt und erhaltene Echosignale an dem Ort ihrer Entstehung im Objekt zugeordneter Stelle auf Bildschirm od. dgl. dargestellt werden.

Bei vielen Untersuchungen von Objekten, z.B. bei medizinischen Untersuchungen, werden häufig Bilder aus dem Inneren eines Objektes benötigt. Alle bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß es nicht möglich ist, einen dreidimensionalen Körper in einem zweidimensionalen Bild so darzustellen, daß keine Information^verlorengehen. Bei Ultraschalluntersuchungen wird versucht, die Aussagegenauigkeit dadurch zu verbessern, daß, wenn möglich, mehrere Bilder aus verschiedenen Richtungen angefertigt werden. Abgesehen davon, daß dies

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nicht immer möglich ist, ist es bisher zwingend notwendig bzw. anders gar nicht durchführbar, die Bilder nacheinander herzustellen. Dabei ergeben sich wieder Schwierigkeiten, die Lage der einzelnen Bilder einander eindeutig zuzuordnen. Berücksichtigt wan noch, df?.G gerade bei medizinischen Untersuchungen v/eicher Körperpartien diese gewissen Veränderungen unterworfen sein können (bei Unterleibsuntersuchungen kann es schon durch das Aufdrücken des Schallkopfes zu leichten Deformationen von 'tfeichteilen kommen, die aber bei jedem UntersuchungsVorgang verschieden sind), dann ist schon klar, daß die bisherigen Untersuchungsmethoden vielfach keine eindeutige Zuordnung von Einzelbereichen nacheinander gewonnener Bilder ermöglichen. Überdies benötigt die Anfertigung jedes einzelnen Bildes eine gewisse Zeit, so daß sich der Gesamt, Zeitaufwand beträchtlich erhöht, wenn mehrere Schnittbilder angefertigt werden müssen. Die verhältnismäßig aufwendigen Geräte sind für die Untersuchung eines einzigen Patienten langt: Zeit blockiert, so daß das beschriebene Verfahren kaum bei Reihenuntersuchungen angewendet wird.

Bei der Untersuchung mit Röntgenstrahlen wird zwar bei jeder Aufnahme ein gewisses Volumen erfaßt, doch werden dabei alle in Durchstrahlungsrichtung hintereinander liegenden Abschnitte in eine Ebene projiziert, und es gehen damit die Informationen über die Tiefenlage der einzelnen Abschnitte verloren. Die Anfertigung mehrerer Aufnahmen mit verschiedener Durchstrahlungsrichtung erlaubt zwar, diese Information zurückzugewinnen, doch wird dadurch die Strahlenbelastung des Patienten stark erhöht.

Bei der bisherigen Anwendung des Ultraschall-Schnittbildverfahrens wird die jeweils dargestellte Schnittebene von vornhereiu durch die Abstrahlrichtung des Schallkopfes und durch die Verstellung des Schallkopfes bzw. Schallstrahles quer zu seiner Fortbewegungsrichtung bestimmt, otellt man bei einem nach dieser Untersuchungsmethode gewonnenen B-Bild fest, daß an sich eine Untersuchung mit einer geringfügig

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abweichenden Schnitt ebene zur besseren Lar st ellung günstiger wäre, so muß man den Untersuchungsvorgang wiederholen unrl dabei versuchen, axe günstigere Jc)mittebene aufzusuchen. Um einen Vergleich nacheinander gewonnener· 3ulini"t"Lbilot;r z.u ermöglichen, werden diese bisher nach jeder ^.inzeluirt': rr.uchung .fotografiert, so daß sich der Gesamtzeitauf wand und i'io Kosten des Untersuchungsverfahrens v/eiter erhöhen.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten *.rt besteht die Erfindung· im v/es entlich en darin, daß ein bestimmter Yolumsbereich des Objektes mit dein bzw. den Schallstrahlen durchschallt und mittels einer dein Ultraschallgerät nachgeordneten Logik-3cha3.tung, unabhängig von der Objektoberfläche, der Zielrichtung des Schallstrahles und der Vorschubrichtung des Schallkopfes durch die ochallkopfmechanik, eine oder· mehrere Schnittebenen und bzw. oder Schnittlinien durch das Objekt bestimmt, aus der Summe der erhaltenen Signale nur dio diesen Ebenen bzw. Linien zugeordneten Signale ausgewählt unö dem bzw. den EiIdschirmen nach Sclmittebenen bzw. -linien getrennt zugeleitet v/erden, so da.3 Schnitt- bzw. A-BAlder zur verstellung gelangen.

Die Erfindung ermöglicht es, innerhalb eines Arbeitsgänge s zv/ei oder mehrere Schnittbilder au3 verschiedenen Ebenen zu erfassen und gleichzeitig anzuzeigen. Überdies können von interessanten Bereichen Untercuchungen nach anderen Ableitungen, z.B. Λ-Bilder, angefertigt werden. Lc ist sogar möglich, Schnittbilder nach Ebenen darzustellen, die schräg zur Fortbewegungsrichtung und Abstrahlrichtung des Schallstrahl es verlaufen. Bei Beginn der Untersuchung ist es meist nicht bekannt, v/elche Lage die einzelnen Schnittebenen aufweisen sollen, damit die größte Aussagemöglichkeit erhalten wird, Erfindungsgemäß wird nun der Volumsbereich untersucht, wobei die Einstellung auf die Bildebenen und die Veränderung· dieser Einstellung ohne Umjustierung der Cchallkopfmechanik durchgeführt v/erden kann. Durch Anzeige einen A-BiIdes kann zusätzlich zu den Schnittbilddarstellungen die i.choarnplitude aus vorbestimmten Dereichen angezeigt v/erden.

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Vorzugsv/eise werden die ausgewählten "lchnittebenen bzv7. -linien mit üilfc der Logik-:', cneltung nit Bezug auf den untersuchten Yolumsbereich des Objektes unabhängig voneinander und von der "challltopf verstellung verstellt. In der Praxis wird man für die Darstellung die Schnittbilder nach wenigstens zwei einander im untersuchten Volumsbereich scheidenden Schnittebenen mittels der Logik-Schaltung auswählen, so daß man dann z.E. Längs- und Quersciinitte durch das Objekt erhält.

Die Anzeige v?ird weiter genauer, wenn man die Eclinittlinie zweier einander schneidenden Schnittebenen in den dargestellten Schnittbildern anzeigt. Durch diese Anzeige wird auch die Einstellung der jeweils gewählten Schnittebene erleichtert. Vorzugsweise werden zwei normal aufeinander stehende Schnitt ebenen mittels der Logik-Schaltung ausgev/ählt und die entsprechenden Schnittbilder werden dargestellt, wobei man für die Schnittlinien dieser 'üchnittbilder zusätzlich die A-Eilder darstellen kann. Die erwähnte Darstellungsart ist dann der vertrauten Darstellung nach den Regeln der darstellenden Geometrie ähnlich und erleichtert die Auswertung der ochnittbilder.

Man kann zwar für jedes Bild einen eigenen Bildschirm vorsehen, doch wird dadurch die notwendige Apparatur aufwendig, es wird eine Justierung der Einstellung der Bildröhren aufeinander notwendig und überdies ist die Gesamtanordnung unübersichtlich. Iüs erscheint deshalb günstig, die Bilder gleichzeitig auf einen einzigen Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre darzustellen, wobei jedem Einzelbild ein gesonderter rildbereich am Bildschirm zugeordnet wird und die von der Logik-schaltung ausgewählten Signale durch dieser Logik-Schaltung nachgeordnete gesteuerte Schalter an den Eingang der Kathodenstrahlröhre gelegt werden. Dabei kann man, wie an sich bekannt, die Lage der einzelnen Punkte im untersuchten Voluiusbereich durch Kennspannungen bestimmen und die Koordinaten der gewählten Schnittebenen bzw. Schnittlinien durch einstellbare Spannungen bestimmen.

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Line Weiterbildung des erfinclun^ß^em^ßen Verfahrens sieht vor, die bei der Untersuchung erhaltenen Signale sn dem Ort ihrer Entstehung zugeordneten Adressen in einem Speicher zu speichern und aus diesem übur die als Abfragecomputer ausgebildete Logik-Schaltung nach wählbaren f-cl'inittlinien bzw. -ebenen abzufragen. Eei dieser Ausführung kann mit Hilfe des Ultraschallgerätes und der Schnittbildmechani:; in einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum eine Art Tiomentaufnaliine aller Kenndaten aus dem untersuchten Volunsbereich vorgenommen Zierden. Nach dieser Aufnahme kann bei medizinischen Untersuchungen der Patient bereits entlassen v/erden. lie gespeicherten Kenndaten werden nachträglich untersucht, vobei beliebige Sclinittebenen und Schnittlinien eingestellt werden können.

'.."eitere Linzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor. In der Zeichnung ist der L· -findungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Raumdiagramm, an Hand dessen die geometrischen Zusammenhänge näher erläutert werden, Fig. 2 bis 7 scheraatisch verschiedene Abtastmöglichkeiten zur

UntersucV>ung von Volumsbereichen, Fig. 8 ein Schema einer Logik-Schaltung für die Darstellung

von Bildern auf mehreren Bildschirmen, Fig. 9 eine Schaltung, die die Darstellung mehrerer Bilder auf

einem gemeinsamen Bildschirm ermöglicht, F±z· 10 das Blockschema eines Untersuchungsgerätes in dor Gesamt-

anordnung und
Fig. 11 ein weiteres Schema einer Untersuchungsanordnung mit vorgesehenem Speicher.

In Fig. 1 ist das im Zuge eines Arbeitsschrittes erfaßte Volumen schematisch durch einen Kubus mit den Eckpunkten MNOPQRST angedeutet. Der Schallkopf wird auf der Fläche MNOP so aufgesetzt und bewegt, daß er nach unten, also in Richtung der z-Achse abstrahlt. Aus diesem Volumen v/erden drei Schnittflächen ausgeblendet und bildlich dar-

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gestellt.. Iio.se drei Johnittflachen sind in Fig. 1 mit E1, 7.id und C bezeicluiet. Ihre Lage soll innerhalb des gezeichneten Volumens verschiebbar sein, so daß die angegebene .'.!teilung von υ er jevoili^en Einstellung bei der einzelnen Untersuchung abhängt und nicht immer der in der Zeichnung ancK£eh(;]i(,n RBition entsprechen muß. Als A».Bild soll der Teil des erfaßten Volumens dargestellt werden, der der Cchnittlinie Λ zvdschon den Ebenen L1 und B2 entspricht. Diese Zuordnung hat praktische Gründe. Pei einer Untersuchung wird nan die Lage der drei Schnittebenen so wählen, daß alle drei den zu untersuchenden Gev/ebeabschnitt schneiden, d.i.. dieser Gevebeabschr.i.tt wird im Achsenkreuz der drei Schnittlinien ließe¹¹· iAircb die gewählte Zuordnung wird nun erreicht, daß auch das A-PdId mit Sicherheit diesen Gewebeabschnitt erfaßt. L?⁵ außerdem, entsprechend den gestellten Anforderungen, die Schnittlinie zwischen den Bildebenen angezeigt werden soll, wird damit auch sofort eine Markierung der Jteile, aus der das A-BiId stammt, erzeugt. Entsprechend der derzeit in der Ultraschalluntersuchung üblichen Terminologie v/erden Gchnittbilder, die aus Ebenen stammen, in denen das öchallbündel läuft, als B-Bilder bezeichnet, hingegen Bilder aus Ebenen, die senkrecht zum Schallbündel liegen, als C-Bilder. Man erhält also bei der gewählten Darstellung der Schnittebenen die zwei B-Bilder B1 und B2 und das C-EiId C.

Für die Durchführung des Verfahrens ist es nicht erforderlich, daß das erfaßte Volumen von ebenen, parallel laufenden Flächen begrenzt wird, v/ie dies in Fig. 1 dargestellt ist, sondern es sind auch andere Volumsformen möglich, was in den folgenden Beispielen näher ausgeführt wird. In Fig. 2 und 3 wurde angenommen, daß sich ein Schallkopf in der x-y-Ebene so bewegt, daß er immer parallel zu sich selbst verschoberj/Wird. Die Bewegung setzt sich aus einer schnellen o-szillierenden Bewegung in x-Richtung und einer langsamen Bewegung in y-Richtung zusammen. Die Bahn, die der Schallkopf dabei in der x-y-Ebene beschreibt, ent-

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spricht etwa der in Fig. 2 dargestellten zick-zach-rr'rnü^uii Linie. Strahlt der Schallkopf in Richtung der z-Acliso ει υ, so werden innerhalb des erfaßten Volumens eine Reihe von Schnittflachen "DI₁ bis E1„ erzeugt, die ^»aarweise paiTj.1^1 zueinander sind. Vie später noch ausgeführt wird, liefen diese Schnittflächen in der Praxis viel enger gefaltet, als dies in der Zeichnung der Übersicht halber dargestellt ist. ^T. ird die Bewegung in der y-Richtung nicht kontinuierlich durchgeführt, sondern schrittweise jeweils zu dein Zcit.uin ;t, an dem eine Umkehr der Bewegung in der »Richtung eintritt, so entsteht die in Fig. 3 gezeichnete mäanderförmige Leim des Schallkopfes und die einzelnen Schnittebenen I¹A, bis liegen parallel zueinander und auch parallel zur x-z-Lbene.

Fig. 4 und 5 zeigt eine Abtastung eines zu erfassenden Volumens mit mehreren Schallköpfen am Umfang eines sich drehenden Rades 1. Die Achse des Rades 1 liegt in y-Richtung. V.ihrend sich das Rad um seine Achse dreht, wird es in y-Richtung verschoben. Mit 2a und 2b sind zwei der am Umfang des Rades angebrachten .Schallköpfe angedeutet. Durch eine entsprechende Schaltung wird jeweils nur ein Gchallkopf für einen bestimmten Teil einer Umdrehung aktiviert. Ls entstehen auf diese l/eise eine Reihe von soktorförraigen Schnitten BI₁ bis B1_r, die jedjch, wie in l''ig. 4 dargestellt, nicht senkrecht zur y-Achse- stehen, wenn die Verschiebung des Rades iijiy-Richtung kontinuierlich erfolgt. V/ählt man eine Verschiebung mit in die Umschaltpause bei der Aktivierung aufeinanderfolgender Schallköpfe fallenden Schritten, so erhält man die in Fig. 5 dargestellte Abtastung mit sektorförmigen Schnitten, die senkrecht zui" y-Achse liegen.

Fig. 6 und 7 stellen schließlich eine bei Verwendung einer stabförmigen Sonde mit radial nach außen gerichteter Abstrahlun^entstehende Abtastung dar. Solche mit Schallköpfen bestückte "Onden werden zum Einführen in Körperhohlräuine verwendet, um eine von innen nach außen gerichtete Abtastung vorzunehmen. Bei gleichzeitiger Drehung des Stabes

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und Verschiebung in seiner Längsrichtung entsteht die in Fig. 6 dargestellte Abtastung. 3ie erfolgt nicht mehr in einzelnen Ubenen, sondern in einer Schraubenfläche, die man sich aus den Flächen TA* bis DI^₁ zusammengesetzt denken .':ann. Daß die einzelnen Flächen dabei streng genommen keine Lbenen, sondern Teile einer Schraubenfliiche darstellen, spielt in der Pra. is kauri eine i.olle, da die Ganghöhe viel kleiner ist, als in der Zeichnung dargestellt wurde. Es wäre jedoch auch hier möglich, eine Abtastung in Ebenen vorzunehmen, wenn nan den Vorschub in y-Richtung schrittweise nach jeweils einer vollständigen Umdrehung vornimmt. Man erzielt dann die kreisförmigen, in Fig. 7 dargestellten parallel liegenden Jchnittcbenen.

Bei Bewegungen des Cichallkopfes, bei denen keine Parallelverschiebung des Gchallbündels eintritt, sondern eine Schwenkbewegung v/ird man zweckmMßigerv/eise an Jtelle der Carthe si sehen Koordinaten für die weiteren Überlegungen Zylinderkoordinaten, also y, r und q einführen. Da dies jedoch für das Prinzip des Verfahrens ohne Bedeutung ist, werden nachfolgend die Zusammenhänge meist an Hand von Carthesisehen Koordinaten erklärt.

' nhrend in Pig. 2 und 3 ein prismatisches Volumen er-L'aRt vuroe, var es in Fig. 4 und 5 ein sektorfo'rraiger Aus. schnitt aus einem Zylinder und in Fig_e -ß und 7 schließlich ein vollständiger Zylinder. Gemeinsam ist jedoch allen Verfahren, daß das Volumen durch eine Reihe aufeinanderfolgender, mehr oder weniger parallel liegender Schnittebenen urfaßt v/urde. Die einzuhaltenden Abstände dieser Ebenen untereinander werden an Hand von Fig. 3 besprochen, können jedoch analog auf alle anderen Abtastungsarten übertragen v/erden.

Geht man von der Voraussetzung aus, daß die Tiefe des zu erfassenden Bereiches, also seine Ausdehnung in z-Richtung, 300mm betragen soll, so berechnet sich die Laufzeit eines Echos aus der tiefsten Stelle bei der im Gewebe auftretenden

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Schallgeschwindigkeit von 1500 m/s mit 400 /as. Man kann also höchstens in diesem Zeitabstand Schallimpulse aufeinanderfolgen lassen,wenn man das Auftreten von sogenannten Geisterechos vermeiden will. Dies würde einer Inpulsfolgefrequenz von 2,5 kHz entsprechen. Aus Sicherheitsgründen wird man wahrscheinlich den tatsächlichen Vert etwas kleiner wählen, etwa mit 2 kI!Z. 'Jeiters wird angenommen, daß die L'evegung in "-Richtung 1OO mia betragen soll und 20 "Jchnittebenen je 3ekunde abgetastet werden sollen. Dies ergibt, daH im Mittel nach jeweils 1 ram Verschiebung des 3chr.llkopfes in ^-Richtung ein Schallinpulri axisgesendet vird, die einzelne Schnittebene also in Linien mit 1 mm Abstand abgetastet wird. Dieses Raster nag auf den ersten Plic¹·: grob erscheinen. Venn man jedoch bedenkt, daß die üblicherweise verwendeten Schallbündel einen Durchmesser von einigen Millimetern auf v/eisen, so sieht man sofort, daß ein engerer Raster keinen Gewinn bringen würde. Viii man für die Γ-2-Ebene eine gleiche Rasterdichte erreichen, wie für die B1-Ebene, so müssen die einzelnen B1-Ebenen ebenfalls einen Abstand von 1 mm besitzen, also viel enger aufeinanderfolgen als in Fig. 2 bin dargestellt wurde. Während die B1-Ebene und die B2-Ebene nach einem Linienraster abgetastet werden, erfolgt die Erfassung der C-L.bene durch ein Punktraster, das durch die Durchstoßpunkte der Linien aus den einzelnen B1-Ebenen gebildet wird. In r.-Richtung entspricht hier die Punkt-Dichte der Linien-Dichte in der !31-Ebene; in y-Richtung wird hingegen die Punktdichte durch den Abstand der aufeinanderfolgenden B1-Ebenen bestimmt. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die B1-Ebenen und die B2-Ebenen mit gleicher Rasterdichte abgetastet werden, sondern man kann diese Rasterdichte auch erhöhen oder senken, je nachdem, in welchen Abständen man die einzelnen B1-Ebenen aufeinanderfolgen läßt.

Zur Erzeugung der verschiedenen Schnittbilder und des A-Eildes ist es erforderlich, die bei der Abtastung des Volumens anfallenden Daten so auszuwählen und.Eur Darstellung zu bringen, daß die entsprechenden Bilder entstehen. Jeder

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innerhalb der. Volumens erfaßte Punkt ist durch vier Größen gekennzeichnet: Lurch seine Ilaumkoordinaten- x,y und z, sov/ie durch die von ihm herrührende Lchoamolitude A, die natürlich auch. "lull sein kann. Lie Koordinaten £ und y werden durch die ,Stellung elf;-, L.challk<v.>.Cer: bestimmt, die Koordinate ζ durch f'io Lauf .-zeit des Lcbo«. ISs geho'rt zum Stande der Technii,, flio genanntt-n Größen in entsprechende, für die Darstellung rui! Γ-ilcftc'.iii'ii· einer Kathodenstrahlröhre geeignete Größen jr,y,z und A umzuformen. Dies wird bei allen Schnittbildgei-^v-',(-i' und λuöl) A-i.^;>ildgcr;iten der derzeitigen Erzeugung durchgeführt, i-'ür cUe weitern Erklärung kann man daher von dem "υ·.tand nup^ehcn, daß.Jedem Punkt, der innerltalb des ab^ctr.>tete,.! '. oliv'if'xie erfaßt wird, vier Signale x,y,z und Λ ζυ r vor One-\: -lud, c.ur denen die entsprechenden Bilder geformt v^:er<"o2> massen. L'^.za ist es einerseit? erforderlic?i, cjnn αϊ κ·. Ocy ".'J.flzalil der erfaßten Punkte nur jene Punkte .jii. ihri-Ti ■•i-i^nin'ji-'igen Signalen ausgeblendet wer-den, die in einci· der drei gewünschten Sclmitt.ebenen liegen und daß diese signale en1;sprechend der gevninschten Mlddarstellung ■ rrsrV.eit(·t v/erden.

l-'ür diesen Zweck wurde diB in Fig. 0 vereinfacht dargestellte, zvangsveise gesteuerte Sclialtlogik eingesetzt. Sie besteht im Prinzip aus drei hintereinander geschalteten Schaltgruppen 5,7 und 9, wobei Jeder einzelne der gezeichneten Schalter als mehrpoliger Schalter entsprechend der Zahl der zu schaltenden Signale zu denken ist. Jede Schaltgruppe :<,7ε,7b,Oa,9b,9c hat zwei Stellungen. Die obere Stellung v/iro"! eingenommen, wenn eine vorgeschriebene Gleichheits- ^edingung erfüllt ist, die untere Stellung in allen anderen Füllen. l\^rie diese Steuerung zustande kommt, wird später erörter+ und soll hier nur als gegeben vorausgesetzt werden. Für die erste Jchaltgruppe 5 gilt die Bedingung, daß die Schalter in der oberen Stellung sind, wenn ic = x. ist, f''α Z. φ i; vj.rd die untere Stellung eingenommen. Entspricht somit die Stellung des Gchallkopfes einer willkürlich vor-

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^evählten Por.it.ion :; , so veruen die»'über ⁽'·\^ "i^f''

dtrikeii'i e Leitung 4 ankommenden Si.^nalf r ," ,·· ^l1^-^t; -- ^{Γ ιι:Γ} Leitung, o?; ^e^ohaltfrt, wobei r. lic reling.- Γα,· :ii>_,nal ^ l weitergoleitet werden muß, cla es für den I>iIdauflvv ;'^; i iot. In ('or £ ο:: ei ebne+en jtt-llun^ i:-.-t ->:ie

^^ Jc = x, nicbt erfüllt uuJ (Me.· .-.h\.oj tru^ic-on Li v/orden .vso'-'lt '-er Lrituii^ 61' zii^e^uhrt. Dir LMt 6b v/crüen cairch die Jchalter 7^?i und 7"i-> \'titii· -.(-rz^fe-i^t. Schaltbedin^xm^en hexBen hier γ - y_o .fib- Oi'.- olere . teil und ; ^ J^j, für die untere .'.!teilung. L-adurcb vird eirn. wc Aufteilun^ der Signale auf die Leitungen Oti bio CC ^rrf-ic'it Lde letzte Aufteilim^ der ;.ifinale ei'.fol^t rlurch die Jchaltgruppe 9a bis 9c mit den Bedingungen ζ = ζ oder ζ / ■ .

Hach Paasiertin der Schaltlogik v-erdeii die ;..,ignal<. Suimnationsverstärkern 10a bis 1Od /,u^wxührt, v/o zu juüe.·:'! iii^iial noch eine bestimmte Vorspannung V hinzugefUVt v/ij-u. Von diesem Juimuationsverstärkern laufen die ijiyiale übs-a· die Ltjitun^en 11a bis 11d zu den entsprechenden „Ic·!·''.roden d er ilathodenstrahlröhren.

In Fig. 0 bedeuten H das Gitter für die Helligkeitssteuerung j \1 die Elektroden für die waagrechte Ablenkung und S die Elektroden für die senkrechte Ablenkung. Ide Zufügun^ der Vorspannungen zu den einzelnen fi^iial.vjariuungei hat zwoifti-lei Gründe: Zunächst wird durch sie die La^e der-, Bildes aw Bildschirm beeinflußt und kann zveckentsprechend eingestellt werden, bann wird aber auch bfci Fehlen einer iSÜgnalspannung» '/.75. venn eine Schaltgi-uppe die betr-pffr-jnde Leitungen ^^erade imterbricht, verhindert, daß die IllektrodW ein Undefiniertes Potential annrlanen, ixiu· es r,o s>j "T.ilderi" iUizeicen kommt.

In der £e2eichneten Stellung lie^on £!.<:-: "k.di_Jluiai^eri x^x, Y^y und ζ = ζ vor. Is werden daher die ji^nale zunächst nur der Kathodenstrahlröhre 12c /u^efiUirt, die aut &5.nc-:V Tiefe ζ = ζ stammen, und zvar weitgehend unabh-'bi^i^ von νΐοϊ stellung des Schallkopfes, d.h. es v.ii'd ein 'J-IiIcI

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gozeicl.net. Fur v/enn der Sohallkopi die "/teilung einnimmt, Lei der seine ;;-i;oordinate gleich ::_o ist und/oder seine y-ICoordinate gleich y beträgt, werden die Leitungen unterbrochen. Ließ bedeutet aber, daß in diesen beiden Fällen die Zeichnung des C-lJildec unterbrochen v/ird. Die dadurch entstehenden Linien im Bild entsprechen genau den üchnitt-Ii ni en der C-PiId-.. bene i.iit den ibenen des 7i1— und E2-Bilde?;. Lie Gchaltlogik leitet somit nicht nur· die Signale den entsprechenden rildröliren zu, sondern sorgt gleichzeitig dafür, daß die Schnittlinien der einzelnen Bildebenen angezeigt \'erden.

ie man sieht, bedeuten ::. , y und ζ die Koordinaten der darzustellenden Bildebenen. Durch Minderung dieser Größen kann man die ^T.age der abgebildeten J'benen verschieben. Verfolgt man für alle denkbaren Stellungen des Gchalllcopfes die Lage der einzelnen Schalter, so wird man viele Positionen finden, an denen keine Leitung zu irgendeinder Kathodenstrahlröhre durchgeschaltet ist. Lies bedeutet, daß in diesem Fall vom Llchalllcoxjf Signale aufgenommen werden, die zu Punkten im erfaßten Volumen gehören, die nicht mindestens in einer der ausgewählten r.chnittebenen liegen.

Üei den im Beispiel über die Dichte des Rasters angenommenen .'erten, v/ürde die Abtastung des ganzen Volumens 2 bis 5 Sekunden dauern, je nachdem, wie groß seine -Ausdehnung in y-Richtung ist. üies v/ürde bedeuten, daß entweder die einzelnen Bilder in diesen Zeitabstünden geschrieben v/erden oder der ganze Bildaufbau so lange dauern würde. Es müßten daher Kathodenstrahlröhren mit entsprechender Hachleuchtzeit verwendet werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 werden vier Kathodenstrahlröhren 12a bit» 12d verwendet, wobei jede Darstellung auf einem eigenen Bildschirm erfolgt. Für die Beurteilung scheint jedoch die Aufteilung der Bilder auf vier Röhren nicht günstig, außerdem wird der ..ufwand beträchtlich erhöht.

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In Fig. 9 ist daher eine Schaltungp.variante dargestellt, bei der alle Γ-ildrr auf c'c-n .'.JcMrM einer einzigen Kathodenstrahlröhre 12 dargestellt werden, vas bei entsprechender lildschirmgröße auch, ohne Verlust von Informationen niTgliol; ist. Die Jchrltlogi';. ist bei dieser Darstellung einschließlich der riunimationsverstiÄrker in der .:iit 5 bis 10 be ζ eic! ine ten Schal t_t_,ruppe zusammengefaßt, Lin Unterschied gegenüber der Ausführung η»eh. Fig. C besteht nur darin, daß jetzt noch mit den .Jignrlcn eine zuiritzXicLe Gl.eichspannung s/^chaltspannung/ mitge^chaltbt werden nuß und die einzelnen Schaltgru/ppen somit einen Pol raelir besitzen iaüsp.cn. Die Umschaltspannung U dient zur Letütigung der· Schalt logik und ist in Fig. 0 nicht ge:;.ei cLiiot, da über die steuerung der Schalter nichts gesagt wurde, ϊ-.s sind in ;.ir!;lich] eit drei Umschaltspannungen erfordeilich, von dwnen je eine nr Schaltern j.>prj 'j,7 um' Ί zugeordnet ist. Din Vorspannungen Y werden niclit iaitgeschaltet, scindern direkt den ii;\ :^chaltblocl: 5 bis 1Π enthaltenen ^::uiiiiationsverst.'ii^.iern zugeführt. ITach Vci'lar.sün des ;^chaltblockes v/orden die Si^inale über Leitungen 11a bis 11d zunMcl'st Schaltern 13a bis 13d zugeleitet. Diese Schalter sind zo ausgobildet, clvd sie bei Fohlen der 3 ehalt spannung s die Verbindungen zur Kathodenstrahlröhre unterbrechen. Da, wie ervrihnt, die Schaltspannung s mit den oignalspannungen mitgeschaltet wird, v.'ird also die Kathodenstrahlröhre imnier nur mit den Leitungen vertnmden, die gerade die ilignale föliren. Da durch die Schaltlogi¹-: bewirkt wird, daß inuiier nui- .vine Leitung signalführend ist, vrerden Schleifenbildunren vei··iieden. Die einzelnen Bilder erscheinen nebeneinander am Bildschirm der Kathodenstrahlröhre und sind daher leichter vergleichbar.

Fig. 10 stellt die schaltung einer Gesamtanordnung dar, aus der such die Steuerung der Lckaltlogik zu erkennen ist. jiLn Impuls-Echogerät 15 führt über eine Leitung 16 Sendeimpulse einem in eine Schallkopf mechanik 17 befindlicher, zu und erhält über die gleiche Leitung die vom

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Gohallkop:? aufgenommenen lchoimpulne zurück. Lie Ich? 11-kopfuecl anile bewirkt die Bewegung· des Schallkopfes und liefert gleichzeitig seine Stellung ic und 5' kennzeichnende :i_onale. Bei einer Schwenkbewegung würden an Gtelle von i- und y din V'ertf: r und r treten. Aus der Γϊρρspannung im Ultraschallgerät wird ein der Laufzeit entsprechendes Signal ζ abgeleitet und weiterr eine der Lchoamplitude cntC'jrcchc-nde Spannungsgröße Λ. Alle diese .Gignale werden über die Leitungen 1βε. bis 13d einem Adressen-Computer 20 ^u^oxübrt, der sir auf die Größen bringt, die für die EiIdausleriLung erforderlich sind. Diese Crößen erscheinen mit den "ertön ;:,y,z unc A am Ausgang ("es Computers, um über die Leitungen 4a bis ^d der ochaltlogik zugeführt zu werden. Die den Ortskoordinaten entsprechenden Größen" ';, 5" ^{und 2} werden aber noch außer dem Adressen-Computer 2.0 noch .'.'pannungskomparatoren 21a bis ?1c zugeleitet und d'ort Liit den willkürlich einstellbaren Spannungen -·_Ο»Υ_Ο und ζ

^rind zwei der zu vergleichenden Spannungen gleich groß, so wird von betreffenden Komparator eine Gehaltspannung U, , U. oder U erzeugt, die über die Leitungen 4ü bis 4i der Schaltiogik zugefülirt wird und dort die entsprechenden Jchalter steuert.

Die Spannung U„ steuert die ^> haltgruppe 5 (Fie· Q) > die .\-pannung U, die ochaltgruppe 7 (Fig. 8) und die Spannung U die ,jchaltgruppe 9 (Fig. G). \Jeiters v;erden der Schaltlogik noch die bereits erwähnten Vorspannungen V über 4e und die Schaltspannungen s über 4f zugeleitet. Lie weitere Funktion erfolgt, wie bei Erklärung von Flg. β und Fig. 9 beschrieben vurde. Hier soll nur erwähnt werden, daß man bei der 3chaltlogik nicht nur mechanische Schalter, sondern wegen d^r zu erreichenden Schaltschnelligkeit vorzugsweise elektronische Schalter benützen wird. Durch Wahl der Vergleichspannungen ic ,y und ζ wird die Lage der dazustellenden Schnittebenen festgelegt. Durch Änderung dieser Größen lassen sich die Schnittebenen verschieben, ohne daß dazu eine änderung in der Justierung der Schallkopfmechanik

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erforderlich wäre.

Die eben beschriebene Anordnung cetzt voraus, daß die Schallkopfmechanik während der ganzen Untersuchung«- dauer auf das Objekt, bei medizinischen Untersuchungen also auf den Patienten aufgesetzt und in Letrieb ist. r.uGerdein werden vom Schallkopf viele Signale aufgenommen, die im Augenblick zur Urzeugung eines lüldes nicht benötigt werden und die daher verloren gehen, /ils Erweiterung dec Verfahrens wurde daher eine Jchaltung entwickelt, bei der zunächst alle empfangenen Signale gespeichert \ ■ erri .-;n und dann aus dem Speicher die Uerte in dor r:cihen.rolgü e.Lrc— rufen werden, in der sie zum Aufbau der entsprechenden Bilder erforderlich sind. Da mit dem Abrufen kein Löschen des Speichers eintritt, kann man den Speicher beliebig oft in verschiedenen Richtungen durchmustern, öl ine daß der Patient weiter beschallt v/erden muß. ¹Da außerdem Cε.ε Abfi-a^o viel schneller erfolgen kann_T als das Füllen des Speichert, kann die F.ildfreouenz am Anzeigegerät so stark erh<5!)t werden, da3 keine nachleuchtenden Möhren erforderlich sind. In Fig. 11 ist eine Schaltung diener Art angegeben, bei der angenoivunen vairde, daß die Bilddarstellung auf oinem Fernsehmonitor erfolgen soll, der .Apeichei· also in cinei* der Fernselinorrn entsprechenden Zeilenfolge abgefragt werden muß. Das Ultraschallgerät ΛΖ> liefert zusammen mit der Cchallkopfipechanik 17 die auszuv/ertend en Signale i:, *"» ² und A. Diese Signale v/erden zunächst in einem Jpeicher 22 so gespeichert, daß die jeweilige Amplitudengröße Λ axi einer duroh die ./erte k, $ und ζ festgelegten Adresse gesoeicIiei-L v/ird. Das Abfragen des Speichers wird von einem der Fernselinorra entsprechenden Zeilen- und Bild-Generator Zö her gesteuert. Dieser Generator erzeugt eine Zeilenspannung :: und eine Bildspannung 3^r. Die Synchronisiersignale werden über Leitungen 35a und 35b einem Fernsehraonitor 37 zugeführt _f um so einen Gleichlauf zwischen beiden Geräten zu bewirken.

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v"ber Le j. tun;,en 27a und 27b werden die .".pannungen noch einem Gchaltzusatz :>1 zugeführt, der daraus vier ,j spannungei' \\ bin U_; nac?:. folgender i-.egr.'l bildet: Bezeichnet Man die racc;ii-tiil(. ^-^"nnung .'lit ., und dio '-ia;i]>n.le y-Spannung i.iit x, so soll rollend ρ Ot;,set.zrv'"T.Tg! f;it gölten: ü- : <~ —£— und

J⁷O^ J "p: -"")_,. und y\^ ; tj_,· :;^ und λ-)·^· ; U^: yjtg und y)^· Auf diese "eide v/ird erreicht, daß je nachdem, in welchem r.uadranteii dor. rild;.;cM:'ief: sich der Elektronenstrahl befindet, eine der vier· ..,cbaltspannungen eingeschaltet uird. L'iese '.cjialti-.pannun^on v/erden über 2Qa bis 29d dem Abfrage-Coiiiputer PJ-'.ά bis 2Uc] zugefiUirt, der hier vierteilig angeloben ifit und aktivieren den entsprechenden Teil. Lieser erüittelt aus den ihm über ?7a und 27b zugeführten Spannungen :: und y zwei der drei Adressenv/erte für die einzelnen Punkte im Speicher. Der dritte Adressenwert v/ird dem Abfragecomputer "Is '.'.>nutfintor bzv/. von Tiand aus einzustellender ^T..'ert :.. , y oder ζ über die Leitungen 2Ca bis 23c zugeführt. Der Abfrage-Computer 24a bis 24d kann selbstverständlich auch einteilig sein, wobei dann durch die Spannungen U₁ bis U^, nur die- Abfrsgeprogramme urageschaltet werden. Für die drei Schnittbilcei· v/ii-d durch die einstellbaren Großem χ , } und y. die Lage der jeveiligen ;,chuittebene festgelegt, v/älirend der Abfrage-Goraputer aus dei? variablen Größen χ und y die /.dre.ssen inrierrialb dieser ebenen ableitet und die dort gespeicherten A-Uerte abfragt.

Lie Verbindun·, des Abfrage-Computers mit dem Speicher erfolgt über die Leitungen 23a bis 23d. Die abgefragten A-'/erte werden über die Leitung 2o dem Umschalter 30 zugeführt. V'ird gerade eines der drei Sclinittbilder abgefragt, so ist die Umschaltspannung U^ nicht vorhanden und die Größe A wird direkt über die Leitung 32b dem Femsehmonitor 37 zugeführt und dort zur Helligkeitssteuerung verwendet, ooll jedoch das A-BiId gezeichnet werden, so v/ird der Abfrageteil 24a mit Hilfe der Spannung U^ aktiviert und gleichzeitig die Leitung 26 über den Umschalter 30 mit

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tier- Leitung ?2a verbunden. Da bei der p-Lildanzeige nicht eim. Flache, sondern nur eine.· Linie im .'jpeicher abgetastet veruen inu.T, erfolgt die Steuerung des Abfrage-Computers nur auf Grund der ::-Spannung, v.^vhrend die; beiden and< ren ■ dreseer)-verte durch die von Hand aus eingestellton Spannungen :^ x.'xiC -^ festgehalten worden. Der jeweils ermittelte 'Inannungfevert wird nun dein !Comparator ~A zugeführt und dort mit df r •"-./^ennuajj aus dem Zeile*'.!- und Lild-Cenorator ZZ< verglichen. Siiid beide? v.orte gleich, so wird eine konstante Spannung V. über "'•C dem r.ilcimonitor zugeführt und bewirkt eine "elltastuni; des Elektronenstrahles. Auf diese ""eise wird das A-LiId punktweise gezeichnet, da o^a der I^;;ie::tronenstrahl am TiIdiiionitor nacli der Femselinon.i zeilenveise ablauft und daher nicht vie bei den normalen IjltraRchall-A-^ildger'iten drr. Λ-Lild in einem Zug zeiclinen kann. Lurch Veränderung der von "and aus einzustellenden Verte χ ,ν und ζ kann

O ' O O

Man die ,'ibfragcadresßen im „oficher beliebig ändern und damit •verschiedene ochnittebenen zur Anzeige bringen. !Hei einen Gerät, das nach diesem Verfoh.ren arbeitet, würden, nackden die Abtastung des Volumens ein einziges iJal durchgeführt wurde, bereite alle !."erte gespeichert sein und der Patient brauchte nicht weiter beschallt zu werden. Man könnte dann nach und nach den ganzen Speicher durchmustern und daraus die verschiedenen Darstellungsarten ableiten.

Das beschriebene Verfahren liefert somit, ähnlich der darstellenden Geometrie durch die gleichzeitige Anzeige von Tclinitten in zueinander vorzugsweise senkrecht stellenden Ebenen, einen besseren räumlichen überblick über ein volumen, als dies bei den bisherigen Verfahren der Fall war-. Zudem arbeitet es durch die gleichzeitige Darstellung der verschiedenen Schnitte schneller und erlaubt eine bessere Vergleichsmöglixrhkeit. Durch die Verschiebung der Bildebenen innerhalb des erfaßten Volumens kann der ganze Bereich rasch durchgemustert und ausgemessen werden, ohne daß umständliche Um^ustierungen der Schallkopfmechanik erforderlich sind.

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¹Av;. v-Q (Vr

Claims

-X- Γ a t e η t a η s ρ r ü c Vi e :

1. Verfahren zur Untersuchung von Objekten rait Ultraschall nach ue;a Iuipuls-J^choverfahren, wobei das '"»1: jeIrI; mit von eincra oder mehreren über eine .".challkopfraechanik verstellbaren "challköpfen ausgesandten fchallstrahleu durchschallt und erhaltene Echosignale an dem Ort ihrer jjritstehung im Objekt geometrisch zugeordneter Stelle auf Bildschirmen od. dgl. dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet, da3 ein bestimmter Volumsbereich (MNOPQIlST) des ObjeLtes mit dem bzw. den Schallotrahlen durchsoLr.llt und uittcls einer clem Ultraschallgerät n&chgeordneten Lo^ik-bclialtung (5-10), unabhängig von der Objektoborflache, der Zielrichtung des Gchallstrahles und der Vorschubrichtun^; des 3challkopfes durch die Schallkopfraechani!.:, eine oder mehrere Schnittebenen (B1,B2,C) und bz\/. oder 3clitiittlinien durch das Objekt bestimmt, aus der Cumme der erhaltenen Signale nur die diesen Ebenen bzw. Linien zugeordneten Signale ausgewählt und den Bild schirmen n?.ch Schnittebenen bzw. -linien getrennt zugeleitet werden, so daß schnitt- bzw. Α-Bilder zur Darstellung gelangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ciie ausgewählten Schnittebenen (31,B2,C) bzw. -linien mit Kufe der Logik-Schaltung (5-10) mit Bezug auf den untersuchten Volumsbereich des Objektes unabhängig voneinander und von der Schallkopfstellung verstellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeiclinet, daß für die Darstellung die Schnittbilder nach v/enigstens zv/ei einander im untersuchten Volumsbereich (B1,B2,C) schneidenden Schnittebenen mittels der Logik-Schaltung ausgewählt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlinie zweier einander schneidender ^chnittebenen in den dargestellten Schnittbildern angezeigt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei normal aufeinanderstehende Schnittebenen (£1,F2) !mittels der Lo^iL-Schaltung (5-10) ausgewählt und die entsprechenden Schnittbilder dargestellt werden. C.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch ^e'cennzeichnet, daß für die ,"chnittlinien der Schnitt ebenen zusätzlich die Α-Bilder dargestellt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die TUlder gleichzeitig auf einem einzigen Bildschirm (37) einer Kathodenstrahlröhre dargestellt werden, wobei jedem Einzelbild ein gesonderter Bildbereich am Bildschirm zugeordnet wird und die von der Logik-Schaltung (5-10) ausgewählten Signale durch dieser Logik-Schaltung nachgeordnete gesteuerte Schalter an den Eingang der Kathodenstrahlröhre gelegt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, die Lage der einzelnen Punkte im untersuchten Volumsbereich durch Kennspannungen bestimmt wird und daß die Koordinaten der gewählten Schnittebenen bzw. Schnittlinien durch einstellbare Spannungen bestimmt vrerden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Untersuchung erhaltenen Signale an dem Ort ihrer Entstehung zugeordneten Adressen in einem Speicher gespeichert und aus diesem über die als Abfrage-Computer ausgebildete Logik-Schaltung nach wählbaren Schnittebenen bzw. -linien abgefragt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schnittebenen bzw. -linien durch in den Abfrage-Computer eingegebene wählbare Parameter bestimmt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher vom Abfrage-Computer »it einer der Fernsehnorm entsprechenden Zeilen- und Bildfelge abgefragt wird und die entstehenden Schnittbilder bzw. A-Bilder auf handelsüblichen Fernsehgeräten oder Monitoren dargestellt werden.

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