DE2718088A1

DE2718088A1 - Vorrichtung zur ultraschalldiagnose

Info

Publication number: DE2718088A1
Application number: DE19772718088
Authority: DE
Inventors: Howard Frances Fidel; Stanley William Schorum; Albert Sidney Waxman
Original assignee: GD Searle LLC
Current assignee: GD Searle LLC
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1977-11-10
Also published as: SE7704657L; FR2348685B3; IT1089855B; JPS52130181A; ZA772440B; FR2348685A1; GB1564873A; NL7704435A; AU2451777A

Description

Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose mit einem Impulssender, der in einem ersten zeitlichen Abstand Ultraschallimpulse in den Körper eines Patienten sendet, und einem Empfänger zur Erfassung der Echoinformationssignale aufgrund der an Gewebegrenzschichten entstehenden Reflexionen sowie mit Wiedergabeeinrichtungen zur visuellen Darstellung dieser in der Abtastebene liegenden Gewebegrenzschichten und ferner mit einem Abtastwandler, der die Echoinformationssignale in für die Darstellung geeignete Signale umwandelt.

Derartige Vorrichtungen zur Ultraschalldiagnose gewinnen eine zunehmende Verwendung im medizinischen Bereich, um Gewebegrenzschichten visuell darzustellen, die in einer quer durch den Körper eines Patienten verlaufenden Ebene auftreten. Diese Ausnützung des Ultraschall zur Diagnose und Abbildung von Körperteilen ist sehr vorteilhaft, da man damit sowohl ein schnelles als auch ein schmerzloses Untersuchungsmittel für Abnormalitäten sowohl am Ort als auch in der Struktur einer Gewebegrenzschicht zur Verfügung hat. Wegen der hohen Geschwindigkeit der Ultraschallanalyse sind derartige Untersuchungen von besonderem Wert, wenn sich verschieben-

Fs/mü de oder

709845/0918

SR21P-1586 G. D. Searle...

de oder bewegende Organe dargestellt werden sollen. Ultraschalluntersuchungen sowohl der Herzbedingungen als auch bei Magen-,Leberund Nierenbeschwerden haben sehr zuverlässige diagnostische Informationen vermittelt, die bisher nicht zu erhalten sind.

Die kommerziell derzeit erhältlichen Ultraschallgeräte verwenden eine Form eines analogen Abtastwandlers. Ein derartiger Abtastwandler ist in dem US-PS 3 864 661 beschrieben und verwendet typischerweise eine Speicherröhre, von deren Kathode ein Elektrodenstrahl ausgeht, der auf eine Anodenfläche fokussiert wird, um eine elektrostatische Ladungsverteilung zu erzeugen entsprechend dem Muster, wie es für die im Körper festgestellten Gewebegrenzschichten repräsentativ ist. Diese Ladungsverteilung kann sodann ausgelesen und mit Hilfe einer herkömmlichen Fernsehbildröhre in einem Monitor zur Darstellung gebracht werden. Eine Entwicklung eines solchen Abtastwandlers mit verhältnismäßig guter Bildqualität stellt ein Silicium-Abtastwandler dar.

Die Abbildung auf dem Bildschirm des Monitors kann eine Form aufweisen, welche mit "B"-Abtastung bezeichnat wird. Diese "B"-Abtastung stellt Querschnittsbereiche des Körpers des Patienten dar, die in der Ebene der Ultraschallsonde liegen. In di esem Fall ergibt sich für die elektrostatische Ladungsverteilung auf der Anodenfläche des Abtastwandlers ein zweidimensionales Muster. Die von bestimmten Koordinatenpositionen in der durch die Bewegung des Pulssenders und -Empfängers bestimmten Ebene empfangenen Echosignale werden als Lichtpunkt auf dem Bildschirm des Monitors dargestellt. Koordinatenpositionen, von welchen kein Echo empfangen wird, stellen sich auf dem Bildschirm als dunkle Bereiche dar.

Die von

709845/0918

/■ν

SR21P-1586

G. D. Searle . . .

Die von dieser Art der Darstellung erhaltenen Informationen können in großem Umfang unerwünschte Veränderungen unter bestimmten Bedingungen erfahren. Eine solche Bedingung ergibt sich, wenn die Beobachtungsperson einen kleinen interessierenden Bereich innerhalb des normalen Beobachtungsfeldes näher betrachten will und einen entsprechend kleineren Ausschnitt bzw. ein entsprechend kleineres Format auswählt, um dieses auf der ganzen Bildschirmfläche zur Darstellung zu bringen.

Das Vorausstehende gibt nur ein allgemeines Problem der Arbeitsweise eines Abtastwandlers ausführlich wieder bzw. jeglicher Einrichtungen zur Darstellung von Ultraschallsignalen, bei welchen die optimale Adressiergeschwindigkeit kleiner ist als die Akkumulationsgeschwindigkeit für die Information.

Bei Ultraschalldiagnosegeräten, welche mit einem solchen Abtastwandler ausgerüstet sind, hat das erwähnte Mißverhältnis im Ergebnis eine unbefriedigende Auflösung für das auf dem Bildschirm erzeugte Abbild. Dies ist auch dann der Fall, wenn zurEinspeicherung des Phantombildes in den Abtastwandler eine Vielzahl von Abtastungen notwendig sind. Die Unzulänglichkeit bleibt erhalten, da die eingespeicherte neue Information in Verbindungmit der zuvor gespeicherten Information nicht zu einer Verbesserung beiträgt, sondern vielmehr die Möglichkeit bietet, daß Störsignale das gespeicherte Phantombild beeinträchtigen. Eine weitere nachteilige Beeinflussung ist in der Tatsache zu sehen, daß der Patient in der Regel den Körper oder die Organe nicht lang genug, d.h. für mehr als einige Sekunden bewegungsfrei halten kann.

Es wurden viele Versuche unternommen, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, jedoch ohne Erfolg. Einer dieser Versuche bestand darin,

die

709845/0318

-/■

SR21P-1586 G. D. Searle. . .

die Geschwindigkeit des Elektronenstrahls im Abtastwandler zu erhöhen, um damit die Geschwindigkeit, mit der die eingespeiste Information verarbeitet wird, zu vergrößern. Dies erweist sich jedoch nicht als brauchbare Lösung, da für den Elektronenstrahl eine Mindestzeitdauer erforderlich ist, um einen gegebenen Punkt zu adressieren, d. h. einen voll ausgeglichenen Ladungsaufbau an einem bestimmten Punkt sicherzustellen. Durch eine Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit wird diese Zeitdauer verringert und damit die Qualität der gespeicherten Ladungsverteilung beeinträchtigt, so daß mehrere Abtastungen notwendig werden. Es wurde auch daran gedacht, die Elektronendichte, d. h. den Strom im Abtaststrahl zu vergrößern, womit der Strahl jedoch einen größeren Querschnitt erhält und die Auflösung verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose zu schaffen, mit der die Auflösung der Bilddarstellung verbessert werden kann, insbesondere wenn beim Übergang von einem größeren Beobachtungsfeld auf einen Teilausschnitt dieser Teilausschnitt vergrößert dargestellt wird. Dabei soll die Darstellung insbesondere für die Ausschnitte schneller als bisher, und zwar mit einer einzigen Abtastung möglich sein, wobei die Darstellung aufgrund der hohen Auflösung eine gute Bildqualität gewährleistet. Zu diesem Zweck sollen insbesondere die bisherigen Nachteile bei der Verarbeitung der Echoinformationssignale mit einer kleineren Geschwindigkeit als der Einspeisungsgeschwindigkeit in das System vermieden werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der eingangs erwähnten Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Einrichtungen zur Speicherung des Echoinformationssignals, welches jeweils von einem gegebenen ausgesendeten Ultraschallimpuls während eines ersten Teils der auf diesen Impuls bis zum nächsten Ultraschallimpuls folgenden Zeitdauer

709845/091*

SR21P-1586 G. D. Searle...

dauer empfangen wird, und ferner zur Übertragung des gespeicherten Informations signals zum Abtastwandler während eines zweiten Teils des auf diesen Impuls bis zum nächsten Ultraschallimpuls folgenden Zeitdauer vorhanden sind, wobei sich der zweite Teil dieser Zeitdauer zumindest teilweise von dem ersten Teil dieser Zeitdauer unterscheidet, daß die Einrichtungen zur Speicherung sowohl bezüglich der Aufnahmegeschwindigkeit als auch der Abgabegeschwindigkeit der Echoinformations signale in Abhängigkeit von Steuersignalen veränderlich sind, und daß Steuereinrichtungen vorhanden sind, welche die Steuersignale derart liefern, daß die Abgabegeschwindigkeit des Echoinformations signals von der Aufnahmegeschwindigkeit verschieden ist und ferner das an den Abtastwandler für einen gegebenen ausgesandten Ultraschallimpuls von den Einrichtungen zur Speicherung abgegebene Informationssignal vor dem Auftreten des nächstfolgenden Ultraschallimpulses zu Ende ist, wodurch die Adressierung des Abtastwandlers im wesentlichen unabhängig von der für die Aufnahme des Echoinformationssignals benötigten Zeit ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage zur Ultraschalldiagnose in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektronischen Systems der Anlage gemäß Fig. 1;

Fig. 3

709845/031$

(J-Aff SR21P-1586

LP-1586 G. D. Searle. .

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Kantendetektors gemäß Fig. 5;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Kantendetektors.

709845/0918

JkA SR21P-1586

^ G. D. Searle & Co.

In Fig. 1 ist eine Anlage zur medizinischen Diagnostik unter Verwendung von Ultraschall dargestellt, bei der ein Bedienungspult 10 die wesentlichen elektronischen Komponenten aufnimmt. An diesem Bedienungspult ist ferner ein Bedienungsfeld 12 vorgesehen, das nicht nur zur Bedienung des Gerätes, sondern auch zur Eingabe von Patientenidentifikationen dienen kann. Ein weiteres Bedienungsfeld 13 dient dem Zweck der Abstimmung der Kalibrierung und der Einstellung anderer Funktionen, insbesondere für die Darstellung des Abbildes auf dem Bildschirm 11, der in herkömmlicher Weise ein Fernsehbildschirm sein kann. Mit Hilfe der Anlage ist es möglich, drei Abbildungsformate auszuwählen, z. B. in Form eines 40 cm-Feldes, eines 20cm-Feldes und eines 10 cm-Feldes. Bei dem 40 cm-Feld zeigt die Abbildung auf dem Bildschirm einen Ausschnitt, der ein Feld von 40 cm Kantenlänge des Patienten oder eines anderen Untersuchungsgegenstandes erfaßt, was entsprechend auch für das 20 cm-Feld und das 10 cm-Feld gilt. Insbesondere das letzt-genannte Feld dient der vergrößerten Darstellung von Ausschnitten. Ferner sind Einstellmöglichkeiten vorgesehen, um, wie aus dem Nachfolgenden noch hervorgeht, sehr kleine Bereiche innerhalb größerer Abbildungsformate auswählen und diese dann vergrößert darstellen zu können.

An einer senkrecht stehenden Stütze 14 sind eine Reihe von Armen 15, 16 und 17 gegeneinander schwenkbar angeordnet, wobei am äußersten Arm eine Sondensteuereinheit 18 befestigt ist. Von dieser Sondensteuereinheit 18 geht ein Positionierungsarm 19 aus, der mit einem weiteren Positionierungsarm 20 verbunden ist und am freien Ende die Sonde 21 trägt. In der Sondensteuereinheit 18 ist ein mit dem Positionierungsarm 19 verbundener Lagefühler 22 angeordnet. Ferner sind zwischen den Positionierungsarmen 19 und 20 ein Lagefühler 23 und zwischen dem Positionierungsarm 20 sowie der Sonde 21 ein dritter Lagenfühler 24 vorgesehen. Diese Lagefühler 22, 23 und 24 vermitteln eine Lageinformation zum Ultraschallabbildungssystem, das die exakte

709845/091· Position

SR21P-1586 G. D. Searle. ..

Position und Orientierung der Sonde 21 ermittelt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Lagefühler 22, 23 und 24 die genaue Winkellage der mit ihnen verbundenen Teile definieren und ferner die genau bekannte Länge der Positionierungsarme 19 und 20 berücksichtigt wird.

Die Verschiebungsebene der Positionierungsarme 19 und 20 sowie der Sonde 21 definieren die Abtastebene 31, innerhalb welcher sich die Sonde 21 verschiebt und innerhalb welcher die Echos der in den Körper des Patienten eingeleiteten Ultraschallimpulse festgestellt werden. Die Abtastebene 31 verläuft quer zum Körper des Patienten, so daß die Umrißlinie des Patienten als geschlossene Kurve dargestellt wird, die die Grenzschicht zwischen der Haut des Patienten und der äußeren Umgebung kennzeichnet. Diese Begrenzungslinie umschließt die Querschnittsebene 32 des Körpers des Patienten, die in der Abbildungsebene 31 liegt. Das interessierende Organ indem Körper des Patienten, welches abgebildet werden soll, ist als Phantombild 33 dargestellt. Die Dicke des Körpers des Patienten beträgt 20 cm in der Darstellung gemäß Fig. 1.

Mit der Beendigung der Abtastung der Sonde, bezogen auf eine Linie in der Abtastebene 31 des Körpers des Patienten, erscheint auf dem Bildschirm 11 ein Abbild 34 des Querschnittes innerhalb dieser Abtast ebene. Dieses Abbild umfaßt auf dem Bildschirm den Querschnittsbereich 33' des Phantombildes 33 des Organs.

Die Sondensteuereinheit mit den Lagefühlern 22, 23 und 24 und ferner die Zeitschaltung zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Ultra schallempfänger in der Sonde 21 und der Gewebegrenzschicht innerhalb der Querschnittsebene 32 des Körpers des Patienten basieren auf be kannten Werten für die Schallausbreitung im körperlichen Gewebe. Auch

die Ein-

709845/Q91I

SR21P-1586 G. D. Searle. .

Auch die Einrichtungen zum Lokalisieren der als Folge auftretenden Echoinformation sind bekannt. Basierend auf Daten, die in bekannter Weise erhältlich sind, ermittelt ein Rechner ein zweidimensionales Koordinatenfeld, bezogen auf den Punkt in der Abtastebene 31, von welchem die Echos in Abhängigkeit von den linear von der Sonde 21 ausgehenden Impulsen reflektiert werden. So werden die z.B. von den Punkten A und B in der Abtastebene 31 ausgehenden Echos als Punkte A' und B' auf dem Bildschirm 11 dargestellt.

Die Ortsbestimmung ist grundsätzlich herkömmlich, jedoch mit der einen Ausnahme, die nachfolgend beschrieben wird, und welche die Möglichkeit bietet, von einem kleinen ausgewählten Bereich innerhalb eines größeren Beobachtungsfeldes reflektierte Echos auszuwählen und gemäß der Erfindung unabhängig von den Restechos längs desselben Ausbreitungsvektors zu verarbeiten. Der kleine interessierende Bereich wird durch die Bedienung des Ausschnittwählers 35 elektronisch ausgewählt, womit ein rechtwinkliger Phantombildausschnitt 36, z. B. mit einer 10 cm Kantenlänge, auf demBildschirm zur Darstellung kommt. Dieser rechtwinklige Phartombildausschnitt kann derart verschoben werden, daß der kleine interessierende Bereich voll umschlossen wird. Für die vorliegende Erläuterung ist ein Organ 33 als interessierendes Objekt beispielsweise gewählt. Der rechtwinklige Phantombildausschnitt 36 wird dann durch die Bedienung der entsprechenden Einstellelemente so verschoben und gewählt, daß das Organ möglichst den auf dem Bildschirm dargestellten Ausschnitt voll ausfüllt, wobei keine Auflösungsverluste im Vergleich mit dem ursprünglich größeren Abbildungsformat auftreten, wie dies aufgrund der bisher bekannten Vergrößerungserfahrung der Fall ist.

In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des in Fig. 1 verwendeten elektronischen Systems dargestellt, das eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung

709845/0918

SR21P-1586

G. D. Searle & Co.

findung beschreibt. Die Sonde 21 umfaßt einen Wandler, um akustische Impulse mit Ultraschallfrequenzen in Richtung auf den Patienten auszusenden und um die durch Reflexion entstehenden Echos zu empfangen. Diese Echoinformation ändert sich bezüglich ihrer Amplitude, und zwar in Abhängigkeit vom Ort und der Art der Gewebegrenzschichten, auf welche die ausgesandten Impulse beim Durchdringen des menschlichen Körpers stoßen. Ein typischer Tiefenbereich, überjwelchen derartige Echoinformationen erhalten werden können, liegt in der Größenordnung von 20 cm. Es wird sorgfältig darauf geachtet, daß die akustische Kontinuität zwischen dem Körper des Patienten und der Sonde aufrechterhalten bleibt. Die Lagefühler 22, 23 und 24 liefern ihre Lageinformation an einen Rechner 40, der die von der Sonde gelieferten Amplituden der Echoinformation mit der zweidimensionalen Lageinformation korreliert.

Als Teil der bereits erwähnten Zeitschaltung ist eine Taktsteuerung 42 vorgesehen, die nachfolgend noch näher erläutert wird. Diese Taktsteuerung triggert den Impulssender 44 bei einer bestimmten Ultraschallfrequenz, damit die Sonde 21 die Impulse aussendet. Ferner sind Zeitelemente vorgesehen, welche die Akkumulationsgeschwindigkeit der Information im Speicher 46 und die anschließende Geschwindigkeit der Informationsübertragung durch den Speicher sowie die Zeiten steuert, bei welchen viele der übrigen Komponenten zu arbeiten beginnen bzw. aufhören. Ein besonders wichtiger Aspekt der Erfindung beschäftigt sich mit einer verbesserten Ausnutzung des Zeitintervalls zwischen den auf den Patienten hin abgegebenen Impulsen, die auch als Adressenimpulse bezeichnet werden, wobei der Sender 44 diese Impulse typischerweise mit Megahertz-Frequenzen aussendet. Bei einem Megahertz ist z. B. diese Zeitperiode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Adressenimpulsen 1000 Mikrosekunden lang, was der in Fig. 3 dargestellten Zeitdauer entspricht.

Mit dem

t0984S/091i

SR21P. 1586 G. D. Searle. . .

Mit dem Aussenden eines Adressenimpulses in Richtung auf den Patienten beginnt unmittelbar die Reflektion der Echoinformationen zurück zum Sondenwandler, der diese mechanische Information in ein elektrisches Analogsignal umwandelt und dieses an den Analog-Digitalwandler 48 überträgt. Dieser Wandler digitalisiert die ankommende Information und liefert eine binäre Zahl mit 5 Bit, um die Information nachfolgend digital weiterverarbeiten zu können. Der Analogdigitalwandler 48 wird von der Taktsteuerung 42 gesteuert, um die digitalisierte Echoinformation an den Speicher 46 zu übertragen, der die aufeinanderfolgenden binären Amplitudenwerte der empfangenea Echosignale nacheinander speichert und der eine Wortkapazität von 1024 Worten hat. Es ist eine ausreichend große Kapazität erforderlich, um die 28,8 cm-Vektor information zu speichern, da in einem der vergrößerten Formate dem normalen 20 cm-Feld die maximale Vektorlänge 28,8 cm (20 . v/ 2) längs der Diagonalen betragen kann. Bei dem normalen 10 cm-Feld kann entsprechend die maximale Vektorlänge 14,4 cm (10 . V 2) betragen.

Der Digital-Analogwandler 52 empfängt die binären Ausgangssignale des Speichers 46 in derselben Folge, in der sie erzeugt wurden, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die von der Taktsteuerung 42 aus festgelegt wird. In diesem Wandler werden die digitalen Signale wieder in Analogsignale umgewandelt. Die Ausgangssignale dieses Digit al Analogwandlers werden zur Elektronenstrahlsteuerung im Abtastwandler 54 übertragen. Diese Information wird sodann dazu benutzt, um die Amplitude des Elektronenstrahls bei der Auslenkung zu ' modulieren. Wenn eine ausreichend große Zahl von Abtastungen, die einen kompletten Satz der Vektoren der Echoinformation repräsentieren, auf der Anode der Elektronenstrahlröhre reproduziert sind, befindet sich auf dieser eine zweidimensionale analoge Ladungsverteilung, die direkt repräsentativ für die Querschnitts ebene 32 durch den Patienten ist, welche durch

die Ab-

7098A5/091I

SR21P-1586 G. D. Searle. . .

die Abtastebene 31 festgelegt wird. Diese Ladungsverteilung kann dann über die Leseschaltung des Abtastwandlers auf einen entsprechenden Befehl hin ausgelesen und auf den Bildschirm 11 des Monitors zur visuellen Darstellung übertragen werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Speicher 46 mit Istzeit adressiert, so daß für den Fall eines 20 cm-Feldes am Ende von etwa 300 bis 400 Mikrosekunden alle Amplituden der Echoinformationen der Reihe nach im Speicher gespeichert sind. Dieser Fall ist in dem Zeitdiagramm gemäß Fig. 3B dargestellt. Die sich daraus ergebende Funktionsweise ist völlig verschieden vom Stand der Technik, der in Fig. 3Al dargestellt ist, wonach die Zeit zur Reproduktion der 20 cm-Echoinformation durch den Abtastwandler 260 Mikrosekunden beträgt. Diese Zeitdauer von 260 Mikrosekunden entspricht der Zeit, welche für das Erhalten einer 10 cm-Echoinformation benötigt wird, da die Hin- und Rücklaufgeschwindigkeit des Schalles bei der Abtastung des Patienten 13 Mikrosekunden pro cm beträgt. Gemäß der Darstellung in Fig. 3B wird eine Zeitdauer von 390 Mikrosekunden benötigt, um den Speicher zu adressieren, da es wünschenswert ist, nicht nur die 20 cm-Echoinformation zu speichern, sondern auch die der Diagonale dieses Feldes mit einer Länge von 28,8 cm zugeordnete Echoinformation. Wie man aus Fig. 3A ferner entnehmen kann, wird bei den bekannten Anlagen eine Zeitdauer von 740 Mikrosekunden aus den 1000 Mikrosekunden zw-ischen zwei Pulsen für andere Zwecke nicht ausgenützt.

Demgegenüber werden bei der beschriebenen Anlage etwa 500 Mikrosekunden für die Adressierung der Echoinformation eines Adressenimpulses und deren Reproduktion durch den Abtastwandler benutzt. Dieses ist auch bei dem kleinsten 10 cm-Feld der Fall. Im Gegensatz dazu steht beim Stand der Technik eine noch viel kürzere Zeit zum Adressieren des Abtastwandlers zur Verfügung, nämlich die

Zeitdauer

709845/091«

SR21P-1586 G. D. Searle. . .

Zeitdauer von 130 Mikrosekunden, während welcher die 10 cm-Echoinformation zurückläuft.

Aus dieser Erläuter ung erkennt man, daß eine beträchtliche Vergrößerung der für die Adressierung des Abtastwandlers mit der Bildinformation zur Verfügung stehenden Zeit gegeben ist. Von noch größerer Bedeutung erscheint die Tatsache, daß die relative Zeitdifferenz, welche bei bekannten Anlagen für eine solche Adressierung zur Verfügung stand, durch die Maßnahmen der Erfindung bei einer Formatverkleinerung noch günstiger und größer wird und daher der Grad und die Qualität der Auflösung bei kleineren Formaten vergleichsweise zum Stand der Technik wesentlich verbessert wird.

Die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der die Probenahme vom Signal der Echoinformation während der Speicherung erfolgt, kann mit Hilfe der Taktsteuerung 42 in Abhängigkeit von rechnergesteuerten Befehlen verändert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Echoinformation langsamer als sie ankommt oder auch schneller zu speichern. In all diesen Fällen unterscheidet sich die Geschwindigkeit, mit welcher der Abtastwandler adressiert wird, von der , mit welcher die Information im Speicher akkumuliert wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 , wie man am besten aus Fig. 3B entnehmen kann, wird die gespeicherte Information eines 20 cm-Feldes an den Abtastwandler über eine Zeitdauer von 500 Mikrosekunden abgegeben, was einer vergrößerten Zeitdauer entspricht, verglichen mit der Zeitdauer des Informationseinlaufes und der Speicherung.

Es ist selbstverständlich, daß die Geschwindigkeit der Adressierung des Abtastwandlers nicht soweit verringert werden kann, daß sie sich über das Ende des Intervalls von 1000 Mikrosekunden erstreckt und mit

* dem nächst-

709845/0911

Jß-lt

SR21P-1586

dem nächstfolgenden Adressenimpuls überlappen würde. Mit dem nächstfolgenden Adressenimpuls soll der Speicher geleert und für die Aufnahme bzw. den Einlauf weiterer Echoinformationen aufgrund des nächstfolgenden Adressenimpulses bereit sein. Wenn entsprechend der Speicher mit einer langsameren Geschwindigkeit als der Istzeit adressiert werden soll, kann die Informationsfolge der in den Speicher eingegebenen Information nicht so langsam sein, daß sich eine Überlappung mit der für das Entleeren des Speichers an den Abtastwandler erforderlichen Zeitdauer ergibt. Als Ausnahme ist natürlich der Fall der Verwendung eines gepufferten Speichers anzusehen, bei dem gleichzeitig Information gespeichert und ausgelesen werden kann. In einem solchen Fall kann die Adressierung des Abtastwandlers für die von einem ersten Impuls herrührende Echoinformation über den Zeitpunkt des Auftretens des nächsten Adressenimpulses hinaus vergrößert werden.

Während die Amplitude der Echoinformation in der vorausstehend beschriebenen Weise verarbeitet wird, berechnet der Rechner 40 die von den Lagefühlern eingegebenen Signale und liefert sowohl die vertikalen Schreib-Lesekoordinaten als auch die horizontalen Schreib-Lesekoordinaten für die Abtastschaltung, die die Auslenkung des Elektronenstrahls im Abtastwandler 54 steuert. Der Rechner synchronisiert die Zeitpunkte, zu welchen von der Taktsteuerung Befehlssignale abgegeben werden und ebenso die Folge, mit welcher diese Taktsignale an den verschiedenen Schaltkreisen wirksam werden. In diese Synchronisation mit eingeschlossen sind auch die Speicher- und Abrufbefehle. Ferner bewirkt der Rechner 40 eine Zuordnung der Information der Echoamplituden, die an den Abtastwandler 54 abgegeben werden, zu den zweidimensionalen Ortskoordinaten innerhalb des Abtastwandlers, die analog zu den zweidimensionalen Koordinateninformationen sind, welche ursprünglich den ankommenden Informationen

der Echo-

709845/091«

SR21P-1586

der Echoamplituden zugeordnet sind.

Die vorausstehende Erläuterung geht zunächst davon aus, daß das anfänglich angenommene Format, während der gesamten Untersuchung beibehalten wird. Es ist jedoch sehr wünschenswert, von einem größeren Format, d. h. einem größeren Beobachtungsfeld, auf ein kleineres Beobachtungsfeld umschalten zu können,damit ein innerhalb des größeren Beobachtungsfeldes liegender besonders interessierender Bereich separat studiert werden kann. Wenn es wünschenswert ist, mehrere beliebig nah beieinanderliegende kleine Bereiche innerhalb eines größeren Beobachtungsfeldes zu betrachten, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten zumindest für "B-Abtaster, die die Maßnahmen der Erfindung nicht verwenden. Bisher konnten spezielle Teile eines größeren Beobachtungsfeldes, das innerhalb des Abtastwandlers gespeichert war, nur dadurch vergrößert werden, daß lediglich die Abtastung dieses Bereiches aus dem ursprünglichen Beobachtungsfeld veranlaßt wurde. Damit wurde das gesamte Gesichtsfeld des Monitors von diesem speziellen gewünschten Bereich bedeckt. Die Folge davon war eine Verschlechterung der Auflösung, da nicht mehr bildeigene Information als zuvor zur Verfügung stand. Dieser Vorgang ist direkt analog zur optischen Vergrößerung eines vorhandenen Bildes.

Mit Hilfe der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, wesentlich günstiger interessierende kleine Bereiche innerhalb der betrachteten Querschnittsebene eines größeren Formates darstellen und beobachten zu können. Diese Vorteile sollen anhand der Fig. 3 weiter erläutert werden. Bei dem Stand der Technik muß eine Informationsfolge eines dargestellten 10 cm-Feldes, welche innerhalb 130 Mikrosekunden zurückreflektiert wird, während dieser 130 Mikrosekunden im Abtastwandler plaziert werden, was eine sehr hohe Anforderung an das Ansprechverhalten eines Abtastwandlers

stellt.

709845/091·

JrfT- ff SR21P-1586

LP-1586 G. D. Searle..

stellt. Selbst wenn Kunstgriffe zur Verbesserung der Adressierfolge eines Abtastwandlers angewandt werden, hat der durchschnittliche zu untersuchende Patient eine Dicke von zumindest 20 cm. Damit erhält das System zumindest eine 20 cm-Echoinformation, unabhängig von dem ausgewählten Format und unabhängig von der Tatsache, daß man nur an der Diagnose eines 10 cm-Teiles dieser Information interessiert ist. Wie man aus den Fig. 3B und 3C entnehmen kann, wird die 20 . V~2 cm Echoinformation innerhalb einer Zeitdauer von etwa 390 Mikrosekunden und der interessierende 10 . ν 2 cm-Teil dieser Information über eine Zeitdauer von etwa 190 Mikrosekunden reflektiert, der irgendwo innerhalb der 390 Mikrosekunden liegt. Wenn mit Bezug auf Fig. 4 die gesamte Länge der Linie a, d. h. der Abstand, über welche die Echoinformation zurückläuft,20 cm beträgt und der Anteil dieser Linie, der den interessierenden zu untersuchenden Bereich erfaßt, nur dem Streckenanteil innerhalb des rechtwinkligen Phantombildausschnittes 36 entspricht, der im dargestellten Fall eine Kantenlänge von 10 cm hat, dann ist die Bedienungsperson nur an der Darstellung des Teils der Linie a interessiert, der innerhalb dieses Phantombildausschnittes 36 verläuft. Für die Echoinformation aus dem restlichen Teil des Streckenabschnittes a besteht kein unmittelbares Interesse. Wenn also zwischen dem interessierenden Streckenabschnitt innerhalb des Phantombildausschnittes 36 und dem nicht interessierenden Streckenabschnitt ausserhalb dieses Abschnittes nicht unterschieden werden kann, trägt die nicht benötigte Information nur zur Verschlechterung der Darstellung bei, und benötigt Speicherkapazität, die anderweitig gut für die interessierende Information verwertet werden könnte.

Es sind daher Vorkehrungen erforderlich, um eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Teilen der reflektierten Echoinformation zu unterscheiden, um die interessierende für die Weiterverarbeitung

auswählen

709845/0918

SR21P-1586 G. D. Searle..

auswählen zu können und diejenige Echoinformation auszuschalten, welche nicht aus dem gewünschten Phantombildausschnitt stammt.

Damit kann Speicherkapazität nur für die gewünschte Information in Anspruch genommen werden, während die Verarbeitung der nicht benötigten Echoinformation vermieden werden kann. Außerdem ist es möglich, den Abtastwandler 54 nur mit der interessierenden Information zu adressieren, so daß der Rechner 40 die Koordinatentransformation durchführt, um den gewünschten Phantombildausschnitt im Zentrum des Speicherbereichs des Abtastwandlers zu positionieren.

Zur Lösung dieses Problems sieht die Erfindung einen Kantendetektor innerhalb der Taktsteuerung 42 vor. Dieser Kantendetektor ist in Fig. 5 im Blockschaltbild dargestellt, wogegen Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines solchen Detektors zeigt. In Fig. ist mit der Linie 32 die Begrenzung der Querschnittsebene durch den Körper des Patienten und mit dem Bezugs zeichen 33 das Phantombild des Organs gekennzeichnet, das näher untersucht werden soll. Die Hauptfunktion des Kantendetektors dient der Feststellung einer Zeitverzögerung bzw. eines Abstandes zwischen dem Wandler, der auf der Oberfläche des Körpers des Patienten aufliegt, und dem Phantombildausschnitt 36 , der das zu untersuchende Organ umfaßt, und zwar für jeden Vektor des Adressenimpulses. Die wesentlichen für die Bestimmung dieser Faktoren notwendigen Werte sind die Koordinaten der Sonde 21 (x. , y ) sowie der Winkel Θ, den die Ausrichtung der Sonde 21 mit einer bestimmten Basislinie einschließt. Ferner wird die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c in dem zu untersuchenden Gewebe benötigt. Diese Schallausbreitungsgeschwindigkeit wird in den Rechner 40 zu Beginn der Untersuchung eingegeben. Da sich der Schall durch die verschiedenen Gewebearten mit etwas unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreitet, kann die dem Rechner eingegebene Schallgeschwindigkeit erforderlichenfalls etwas variiert werden. Die

Sonden-

709845/0918

SR21P-1586

Sondenkoordinaten und der Winkel θ , von welchem der Rechner die Werte für cos § und sin θ ermittelt, werden von den Lagefühlern 22, 23 und 24 geliefert. Die Startposition für den abgegebenen Ultraschallimpuls sowie dessen Richtung und dessen Geschwindigkeit werden ebenfalls eingegeben. Um die Position des sich in den Körper des Patienten ausbreitenden und als Echoinformation zur Sonde 21 längs der Linie a gemäß Fig. 4 reflektierenden Adres senimpulses danach zu bestimmen, muß die χ-Koordinate als Funktion der Zeit errechnet werden. Die Gleichung für diese χ-Koordinate als Funktion der Zeit lautet:

1 _m

x (t) = X₀ + χ Σ cos Θ Δ t ⁽¹'

In dieser Gleichung bezeichnet ^t die abgelaufene Zeit. Für die y -Koordinate lautet die entsprechende Gleichung:

y (t) = y„ + Zc sin Θ Δ t *²⁾

Eine der Hauptaufgaben des Kantendetektors gemäß Fig. 5 besteht in der kontinuierlichen Lösung dieser Gleichungen. Ferner muß er einen Vergleich dieser gefundenen Werte für die x- und y-Koordinaten mit vorgegebenen Werten für x. und y, welche durch den Komputer und mechanische Kontrollmechanismen bestimmt werden, durchführen. Diese Vorgabewerte werden von der Bedienungsperson mit der Positionierung des Phantombildausschnittes 36 um einen Teil des Beobachtungsfeldes ausgewählt. Wie sich noch aus dem Nachfolgenden ergibt, werden durch den Vergleich die Koordinaten des Punktes bestimmt, an welchem der Vektor des Adressenimpulses auf die Kante des Phantombildausschnittes trifft. Sobald die Bedienungsperson diesen Phantombildausschnitt fest gelegt hat, ermittelt der Rechner automatisch die Koordinatentransformation, um das Zentrum des interessierenden Bereiches mit dem

Koordinaten -

709845/091«

SR21P-1586

Koordinatennullpunkt auf der Anode des Abtastwandlers 54 in Übereinstimmung zu bringen. Die Kantenwerte für den t ransformierten Phantombildausschnitt können mit + x„ und + y_, bezeichnet werden.

Das in Fig. 5 dargestellte Blockschaltbild des Kantendetektors umfaßt eine Start-Stopsteuerung mit einem eingebauten Taktgeber, der mit einer bestimmten Frequenz arbeitet und damit die vorgegebene Zeit ^ t zum Ermitteln der Laufzeit des Adressenimpulses bestimmt. Ferner enthält die Start-Stopsteuerung eine Multiplikationsstufe. Wenn vom Rechner 40 ein geeigneter Befehl ankommt, liefert die Start-Stopsteuerung 58 ein Auslösesignal an den Impulssender 44, mit dem die Übertragung der Adressenimpulse zum Patienten beginnt und die Impulsfolgefrequenz gesteuert wird. Die Multiplikationsstufe innerhalb der Start-Stopsteuerung 58 empfängt den Wert c und die Frequenz ^ t vom Taktgeber und bildet daraus das Produkt c /\ t. Dieses Produkt wird dann an den ersten Eingang von zwei identischen Multiplikationsstufen 60 und 61 angelegt. Jede dieser Multiplikationsstufe hat einen zweiten Eingang, der mit einem Register für die Winkelinformation verbunden ist, wobei das Register 63 für die Winkelinformation vom Rechner 40 den Wert cos θ aufgrund der vorher eingegebenen und gespeicherten Daten erhält und in entsprechender Weise das Register 64 für die Winkelinformation vom Rechner mit dem Wert sin θ beaufschlagt wird. Vom Register 63 für die Winkelinformation wird der absolute Wert des Produktes c . sin θ an den zweiten Eingang der Multiplikationsstufe 61 angelegt.

Ferner sind zwei vor- und rückwärts zählende Zählregister 66 und 67 vorgesehen. Das Zählregister 66 empfängt vom Rechner 40 den Koordinaten wert χ für die Sondenpositionierung am einen Eingang und am anderen Eingang einen ein positives bzw. negatives Vorzeichen kennzeichnenden Wert vom Register 63 für die Winkelfunktion. In Übereinstimmung mit diesem Vorzeichen zählt das Zählregister 66 bei positiven Vorzeichen in Richtung

zunehmender Zähl-

709045/0911

SR21P-1586

zunehmender Zählwerte und bei negativen Vorzeichen in Richtung abnehmender Zählwerte. Über einen dritten Eingang wird das Zählregister mit dem absoluten Wert des Produktes c . cos &£t von der Multiplikationsstufe 60 aus beaufschlagt. Diese Beaufschlagung erfolgt über ein UND-Gatter 69. Damit führt das Zählregister 66eine Summation durch, wie sie durch den nachfolgenden Ausdruck bestimmt ist.

£ c . cos 9At
ο

Da es gleichzeitig mit dem χ -Wert beaufschlagt wird, liefert es kontinuierlich die Werte für die x-Koordinate als Funktion der Zeit entsprechend der oben angegebenen Gleichung (1). Die y-Koordinate, welche vom Zählregister 67 geliefert, wird in genau parallel laufender Weise ermittelt, wobei dem Zählregister der Koordinatenwert y , der absolute Wert c sin e^t über ein UND-Gatter 70 sowie ein Vorzeichen zugeführt wird, um eine Summation entsprechend dem nachfolgenden Ausdruck

c. sin 9At

durchzuführen und den Wert für die y-Koordinate in Abhängigkeit von der Zeit gemäß der oben angegebenen Gleichung (2) zu ermitteln.

In der Weise, in der die Zählregister 76 und 77 die Werte χ (t) und y (t) ermitteln, werden diese an eine Komparatorstufe 72 weitergegeben, welche zuvor vom Rechner aus mit den bestimmten Werten + x_ und + y beaufschlagt wurde, um damit die Kanten des Phantombildausschnittes 36 festzulegen, welche das gewünschte vergrößerte Beobachtungsfeld umschließen. Wenn sich die Werte χ (t) und y(t) innerhalb der den Phantombildausschnitt bestimmenden Grenzwerte befinden, wird dadurch angezeigt, daß die Zeitverzögerung bzw. der Abstand zwischen der Sonde und dem Phantombildausschnitt in diesem Augenblick aus den Werten χ (t) und y(t) bestimmt werden kann. Wenn also die Komparator stufe

feststellt

709845/0918

SR21P-1586 G. D. Searle..

feststellt, daß diese Bedingungen vorliegen/ wird über ein Signal an die UND-Gatter 69 und 70 das jeweils zugeordnete Zählregister 66 bzw. 67 gestopt. Der Zeitpunkt, zu welchem der Zählvorgang beendet wird, kann mit t bezeichnet werden.

Zu diesem Zeitpunkt t , mit welchem die Kante des Phantombildausschnittes ermittelt ist, gibt die Komparatorstufe 72 auch ein Signal an den Rechner zurück, welcher darauf die Koordinatenwerte

χ (t) und y (t) zu diesem Zeitpunkt von den Zählregistern 66 bzw. 67 annimmt. Diese Werte sind mit χ und y bezeichnet und kenn-

s s

zeichnen die Koordinaten des Adressenimpulses beim Überschneiden der Kante des Phantombildausschnittes 36 bzw. die Koordinaten der ersten Echoinformation aus dem interessierenden Beobachtungsfeld gemäß Fig. 4. Zum selben Zeitpunkt t überträgt die Komparator-

stufe 72 in Abhängigkeit von der Ermittlung der gewünschten Kante ein Signal zur Start-S t opsteuerung 58, die darauf den Speicher 46 aufnahmefähig macht und den Analog-Digitalwandler 48 sowie darauf den Digital-Analogwandler 52 aktiviert. Damit werden nur Echoinformationen im Speicher gespeichert, die aus einem Beobachtungsfeld innerhalb des Phantombildausschnittes 36 stammen, jedoch die übrigen von Reflexionen außerhalb dieses Phantombildausschnittes stammenden Informationen längs der Linie a unterdrückt. Während des Auftretens dieser unerwünschten Informationen ist der Speicher nicht aufnahmebereit.

Für den Fall, daß die Sonde sozusagen von der Abbildung selbst miterfaßt wird, kann die Größe x_ = χ sein. Dies ergibt sich normalerweise

υ s

bei einem 40 cm-Feld; es kann jedoch auch bei einem 20 cm-Feld auftreten, und zwar in Abhängigkeit von der Größe und der Orientierung des zu untersuchenden Organs sowie der Orientierung der Abtastebene. Wenn dieser Fall auftritt, liefern die Adressenimpulse über die gesamte Eindringtiefe Echoinformationen, d. h. die Echoinformationen

sind von

709845/0911

/at

SR21P-1586 G. D. Searle...

sind von Anfang an verwertbar und es werden keine Echoinformationen unterdrückt, wie dies für einen Fall mit einem verhältnismäßig weit von der Sonde entfernt liegenden interessierenden Bereich der Fall ist.

Die Kantenkoordinaten des Phantomausschnittbildes χ und y für

s ^Js

jeden Adressenimpuls längs eines Vektors sind nicht nur für die Maximalisierung der Speicherkapazität und damit des Auflösevermögens im ausgewählten Beobachtungsfeld wesentlich, sondern auch für die Ausnützung der gesamten zweidimensionalen Kapazität des Abtastwandlers, so daß die Information von dem ausgewählten interessierenden Bereich die gesamte Bildkapazität des Wandlers in Anspruch nimmt und diese über die gesamte zur Verfügung stehende Anodenfläche verteilt wird. Es ist zu beachten, daß der Abtastwandler dieselbe Information vom Rechner 40 bezüglich der Winkelorientierung bzw. der Vektororientierung der Echoinformation zur Speicherung erhält, wie diese auch an die Register 63 und 64 für die Winkelinformation übertragen wird. Jedoch muß der Abtastwandler für die Elektronenstrahlablenkung auch eine Kennzeichnung derart erhalten, wo die Echoinformation bezüglich des Phantombildausschnittes festzuhalten ist, da die Ortskoordinaten desselben Organs nicht länger an derselben Stelle liegen, wo sie bei der Darstellung im größeren Beobachtungsfeld gelegen sind.

Die Koordinatenwerte χ und y , wie sie für die Phantombildkante er-

s ^Js

mittelt wurden, sind genau die Koordinatenwerte für den Beginn einer Abtastung mit der vollen Abtastkapazität. Die zuvor im Speicher 46 gespeicherten Echoinformationen werden dann durch die Steuerung der Start-Stopsteuerung 58 zugeführt und mit Hilfe des Digital-Analogwandlers 52 in analoge Werte umgewandelt. Diese in einer Folge ankommenden Werte der die Amplituden betreffenden Echoinformation vom Speicher werden zum Abtastwandler übertragen, um die Amplitude des Elektronenstrahls zu modulieren,wenn dieser den Anodenbereich längs

den Koordinaten

709345/0918

- Φ - 3L^ SR21P-1586

den Koordinaten, wie sie oben bestimmt wurden, abtastet, um entsprechend eine Linie innerhalb des Phantombildausschnittes im Abtastwandler zu reproduzieren.

Dieser Vorgang wird automatisch wiederholt, wenn die Sonde 21 über den Körper des Patienten in der Abtastebene verschoben wird, bis schließlich eine komplette Abtastung erfolgt ist. Zu diesem Zeitpunkt existiert ein kompletter Phantombildausschnitt als Abbildung innerhalb des Abtastwandlers und kann sofort ausgelesen werden, um auf dem Bildschirm des Monitors zur Anzeige zu gelangen. Diese Anzeige erfolgt mit einer einzigen Abtastbewegung der Sonde 21, ohne daß die Notwendigkeit für weitere Abtastvorgänge besteht, um ein Bild aufzubauen. Dies ist der Fall, da die mit einer einzigen Abtastbewegung erhaltene Information ausreicht, um ein Abbild mit einer Auflösung zu erzeugen, das mit der Auflösung von Abbildern bei größeren Formaten vergleichbar ist.

In der Tat ist durch die Maßnahme der Erfindung die Auflösung um ein Vielfaches gegenüber den Ergebnissen beim Stand der Technik verbessert. Es sei in diesem Zusammenhang nur auf die Fig. 3A2 als Beispiel hingewiesen, bei der nur 130 Mikrosekunden aus 1000 Mikrosekunden zwischen zwei Adressenimpulsen für den Abtastwandler zu Verfügung stehen, um die Echoinformation von einem interessierenden 10 cm-Beobachtungsfeld zu verarbeiten.

Im Gegensatz dazu ist aus Fig. 3C zu entnehmen, daß die Echoinformation aus demselben kleinen Beobachtungsfeld von dem Abtastwandler über einen Zeitraum von etwa 500 Mikrosekunden verarbeitet werden kann, was dazu führt, daß wesentlich weniger Daten verloren gehen, die Entstehung von Fehldaten u nterdrückt wird und entsprechend die Auflösung wesentlich vergrößert werden kann. Zur gleichen Zeit wird die

für die

709845/0911

SR21P-1586

für die Darstellung benötigte Zeit wesentlich verringert, da diese Maßnahmen mit dem Ende eines Abtastvorganges erreicht werden, im Gegensatz zu der Notwendigkeit von vielen Abtastvorgängen zum Aufbau kleiner Formate beim Stand der Technik. Mit der zunehmenden Bedeutung der Ultraschalldiagnose ist es wünschenswert, weitere Standards zu entwickeln. Da die Schallgeschwindigkeit sich in Abhängigkeit von verschiedenen Gewebearten in Organen und verschiedenen Teilen des Körpers verändert, wird es wünschenswert, genauere Werte für verschiedene zweckdienliche Geschwindigkeiten zu ermitteln bzw. diese über eine große Anzahl von Versuchen sicher festzulegen. Das vorausstehend beschriebene System gemäß der Erfindung ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Werte für die Ausbreitungsgeschwindigkeit C₁ da diese in den Rechner vom Bedienungspersonal einprogrammiert werden können entsprechend der Art der Gewebegrenzschichten, die untersucht werden sollen. In Abhängigkeit von diesen speziellen Werten für die Ausbreitungsgeschwindigkeit werden die Takt- und Abtastfrequenzen für den Speicher 46 entsprechend geändert. Um die hohe Qualität der Auflösung unabhängig vom Abtastformat bzw. Beobachtungsfeld beibehalten zu können, sind den 1024 Worten im Speicher jeweils eine fixierte Dimension zugeordnet, so daß jede Länge £l mit jedem Abtastwert bzw. Wort wie folgt assoziiert werden kann:

Die maximale Schallgeschwindigkeit für eine volle Abtastung wird erwartet bei einem Wert von 850 m/Sek. Mit diesem Maximalwert kann die Abtastfrequenz aus der nachfolgenden Gleichung ermittelt werden:

A* Al 0,1406 mm - . ,„_ _1Λ-6

^t = = — ρ— = 0,165x10 see

C 0,85xl0mm/sec

max

Daraus

709845/0918

SR21P-1586 G. D. Searle...

Daraus ergibt sich als maximale Abtastfrequenz eine Frequenz von

1 oder 6, 045 MHz

165 . 10"

Dementsprechend wird vom Rechner die Abtastfrequenz ausgehend von diesem Basiswert in Abhängigkeit von den verschiedenen vom Bedienungspersonal gewählten Ausbreitungsgeschwindigkeiten geändert.

Ein einfaches Anwendungsbeispiel für die voraus stehenden Maßnahmen würde die Beobachtung eines Organs, z. B. des Organs 33, in einer Vorder- und einer Rückansicht sein. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit c bei der Vorderansicht würde entsprechend programmiert werden, wie dies auch für die Ausbreitungsgeschwindigkeit bei der Rückansicht sein würde, um durch die Variation der Ausbreitungsgeschwindigkeit zu erreichen, daß die einzelnen Bereiche des Organs in beiden Ansichten ineinander übergehen. Die entsprechenden Ausbreitungsgeschwindigkeiten würden dann als wahrscheinlich tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit für die spezielle Beobachtungssituation angesehen werden. Mit zunehmender Erfahrung unter Verwendung der erwähnten Maßnahmen ließen sich so die richtigen Ausbreitungsgeschwindigkeiten ermitteln und für bestimmte diagnostische Situationen festlegen.

Patentansprüche

709845/0918

Claims

P a lentansprüche

1. ) Vorrichtung zur Ultraschalldiagnose mit einem Impulssender, der in einem ersten zeitlichen Abstand Ultraschallimpulse in den Körper eines Patienten sendetund einem Empfänger zur Erfassung der Echoinformationssignale aufgrund der an Gewebegrenzschichten entstehenden Reflexionen sowie mit Wiedergabeeinrichtungen zur visuellen Darstellung dieser in der Abtastebene liegenden Gewebegrenzschichten und ferner mit einem Abtastwandler, der die Echoinformationssignale in für die Darstellung geeignete Signale umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Speicherung des Echoinformationssignals, welches jeweils von einem gegebenen ausgesendeten Ultraschallimpuls während eines ersten Teils der auf diesen Impuls bis zum nächsten Ultraschallimpuls folgenden Zeit-

dauer empfangen wird,und ferner'zur Übertragung des gespeicherten Informationssignals zum Abtastwandler während eines zweiten Teils des auf diesen Impuls bis zum nächsten Ultraschallimpuls folgenden Zeitdauer vorhanden sind, wobei sich der zweite Teil dieser Zeitdauer zumindest teilweise von dem ersten Teil dieser Zeitdauer unterscheidet, daß die Einrichtungen zur Speicherung sowohl bezüglich der Aufnahmegeschwindigkeit als auch der Abgabegeschwindigkeit der Echoinformationssignale in Abhängigkeit von Steuersignalen veränderlich

- 2 - SR21P-1586

G. D. Searle. . .

9 7 1 R Π R

änderlich sind, und daß Steuereinrichtungen vorhanden sind, welche die Steuersignale derart liefern, daß die Abgabegeschwindigkeit des Echoinformationssignals von der Aufnahmegeschwindigkeit verschieden ist und ferner das an den Abtastwandler für einen gegebenen ausgesandten Ultraschallimpuls von den Einrichtungen zur Speicherung abgegebene Informationssignal vor dem Auftreten des nächstfolgenden Ultraschallimpulses zu Ende ist, wodurch die Adressierung des Abtastwandlers im wesentlichen unabhängig von der für die Aufnahme des Echoinformationssignals benötigten Zeit ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtungen einen Kantendetektor (Fig. 5) umfassen, der diejenigen Teile der Echoinformationssignale ermittelt, welche von einem kleinen ausgewählten interessierenden Bereich des Körpers des Patienten reflektiert werden, und daß der Kantendetektor die Einrichtungen zur Speicherung (46) derart beeinflußt, daß Echoinformationssignale nur während derjenigen Zeit gespeichert werden, während welcher die Echoinformationssignale aus dem interessierenden Bereich reflektiert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Lagefühler (22, 23, 24) dem Impulssender und Impuls empfänger zugeordnet sind, daß die Lagefühler dem Rechner (40) sowohl die Lage als auch die Orientierung des Impulssender-s und Impulsempfängers kennzeichnende Signale zuführen, und daß weitere Rechnereinrichtungen mit den Steuereinrichtungen und dem Abtastwandler zusammenwirken und die Signale von den Lagefühlern empfangen, um die Verteilung der Echoinformationssignale von den Speichereinrichtungen

(34) innerhalb des Abtastwandlers (54) analog zu den Positions Signalen zu steuern.

Vorrichtung

709845/0910

- 3 - SR21P-1586

G. D. Searle. . .

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rechnereinrichtungen die Echoinformationssignale auf ein beliebig aus einer Vielzahl von Formaten eines Beobachtungsfeldes progressiv veränderbarer Größe ausgewähltes Format verteilen, und daß Einrichtungen zur Auswahl kleiner interessierender Bereiche und zur Verwendung mit großen Formaten vorhanden sind, wobei diese Einrichtungen jedem beliebigen ausgewählten dieser interessierenden kleinen Bereiche auf dem Bildschirm des Monitors aussondern und mit dem Rechner derart zusammenarbeiten, daß der Ort dieses kleinen interessierenden Bereiches innerhalb des Rechners registriert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Einrichtungen zum Errechnen der einem reflektierten Echoinformationssignal zugeordneten Ortsposition als Funktion der Zeit vorhanden sind, daß eine Komparationsstufe einen Vergleich des dem reflektierten Echoinformationssignal zugeordneten Ortes mit dem zuvor registrierten Ort des kleinen interessierenden Bereiches durchführt, um die Zeitdauer zu ermitteln, während welcher die beiden Orte miteinander übereinstimmen, . um ein Auslösesignal zu liefern, auf welches die Speichereinrichtungen ansprechen und ein Start- sowie ein Stopsignal in Abhängigkeit von dem Vorhandensein oder dem NichtVorhandensein des Auslösesignals liefern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Speicherung einen Analog-Digitalwandler umfassen, der die Amplitude der Echoinformationssignale vom Impuls empfänger abnimmt und in digitale Signale umwandelt, daß ein digitaler Speicher die Ausgangssignale des Analog-Digitalwandlers empfängt und während des zweiten Teils der Zeitdauer speichert,

und

709845/0918

273 8088

. 4 - SR21P-1586

G. D. Searle & Co.

und daß ein Digital-Analogwandler ausgangsseitig dem Speicher zugeordnet ist und die digitalen Ausgangssignale in analoge an den Abtastwandler zu übertragende Signale umwandelt.

709845/0918