DE2848467B2 - Ultraschall-Diagnosegerät - Google Patents
Ultraschall-DiagnosegerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschalldiagnosegerät, bestehend aus einer Ultraschallsonde mit einer Wand-Iereinrichtung
zur Aussendung eines Ultraschallstrahls gegen ein zu prüfendes Objekt und zur Umwandlung
der Ultraschallechosignale in elektrische Signale, einer Einrichtung zur Erzeugung eines System-Synchronisierimpulses
zur Steuerung des Betriebes aller Abschnitte des Gerätes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines
Impulses synchron zum System-Synchronisierimpuls, der seinerseits die »Vandlereinrichtung erregt, um die
Ultraschallwellen auszusenden, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der von einem Ortungsobjektab-
jo schnitt reflektierten Ultraschallwellen über die Wandlereinrichtung,
aus einer Einrichtung zur Feststellung der Position der Ultraschallsonde zur Erzeugung von
Positionsdaten, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von den Positionsdaten
J5 und mit einer bestimmten Zeitverzögerung, die einer
Diagnosetiefe des Ortungsobjektes entspricht, einer Einrichtung zur Bewegung der Wandlereinrichtung um
das Ortungsobjekt in Abhängigkeit von dem Steuersignal, und aus einer ersten Anzeigeeinrichtung zur
Darstellung eines ß-Betriebsartenbildes des Ortungsobjektes.
Aus der deutschen Auslegeschrift 15 66128 ist ein Ultraschalldiagnosegerät zur Darstellung eines Bildes
eines Ortungsobjektabschnitts entsprechend einer Ebene bekannt, die parallel zur Ausbreitungsrichtung der
Ultraschallstrahlen verläuft. Um ein solches Bild darzustellen, enthält das Gerät eine Führungsbahn, auf
welcher ein Wagen verschiebbar angeordnet ist, einen kreuzförmigen Halterahmen, der mit dem genannten
ίο Wagen verbunden ist. Der kreuzförmige Halterahmen
haltert mehrere Ultraschallsender und mehrere Ultraschallempfänger.
Während des Betriebes werden Ultraschallwellen von den Sendern ausgesendet und es
werden die Echosignale von den Empfängern aufgefan-
" gen, die von einem Punkt innerhalb des Ortungsobjektes
stammen. Dieses so erhaltene Bild wird auf einem Bildschirm zur Anzeige gebracht.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 60 257 ist eine Ultraschallwandleranordnung bekannt, bei der drei
ίο Sendewandler an den Enden dreier sternförmig
angeordneter llaltcrungsarme angeordnet sind, wobei diese Arme flexibel sind, während ein Empfänger im
Verbindungsbereich der drei Arme gelegen ist. Durch die flexible Ausbildung der drei Arme läßt sich diese
h'< Wandleranordnung an die jeweilige Körperkontur
anpassen, woDei durch die I lltraschallsender Ultraschallstrahlen
in das Zielgebiet ausgesendet werden und die reflektierten Kchosignalc von dem zentral gclegc-
nen Empfangswandler aufgefangen werden. Mit Hilfe dieser bekannten Anordnung läßt sich beispielsweise die
Bewegung eines Fötus im Mutterleib beobachten. Diese bekannte Ultraschallwandleranordnung ist jedoch nicht
dazu geeignet, Querschnittsbilder eines Zielbereiches
innerhalb eines Körpers zur Anzeige zu bringen.
Aus der japanischen Patentschrift 1 48 984/77 ist ein Gerät bekanntgeworden, durch welches
I. ein Tomographiebild auf einer realen Zeitbetriebsart
und einer Hand-Betriebsart erhalten werden kann.
Z Gleichzeitig wird ein Vielfachquerschnittsbild gebildet
3. Das erhaltene Bild besteht aus einem C-Betriebsartenbild.
Das C-Betriebsartenbild ist auf eine Ebene beschränkt, die senkrecht zur Ebene der Abtastsonde
verläuft (der elektronischen Abtastebene) und einer mechanischen Abtastebene.
Bei dem C-Betriebsartenverfahren wird ein Querschnittsbild in irgendeiner Tiefe eines zu untersuchenden
Körpers auf der Grundlage einer digitalen gleichzeitigen Tomographiemethode erhalten- und zwar
unter Verwendung einer einzigen Ultraschallsonde. Das dabei erhaltene Bild verläuft also senkrecht zu den
ausgesendeten Ultraschallstrahlen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Ultraschalldiagnosegerät der eingangs definierten
Art zu schaffen, mit dessen Hilfe gleichzeitig zwei zueinander senkrecht verlaufende Querschnitte
eines Zielbereiches dargestellt werden können.
Ausgehend von dem Ultraschalldiagnosegerät der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
gelöst durch eine Einstelleinrichtung zur Einstellung eines gewünschten Querschnitts senkrecht
zur Ebene des ö-Betriebsartenbildes der ersten Anzeigeeinrichtung, weiter durch eine Speichereinrichtung
zur Speicherung der zur Einrichtung zum Erzeugen des Steuersignals übertragenen Positionsdaten des
durch die Einstelleinrichtung eingestellten Querschnitts, durch eine verarbeitende Schaltungsanordnung zur
Verarbeitung des das Echosignal wiedergebenden elektrischen Signals in Abhängigkeit vom Steuersignal
und dem System-Synchronisierimpuls, um ein Video-Signal des gewünschten Querschnitts des Ortungsobjektes
zu erzeugen, und durch eine zweite Anzeigeeinrichtung zur Darstellung eines modifizit.-ten C-Betriebsartenbildes
des Ortungsobjektes in Abhängigkeit vom Videosignal.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit die Möglichkeit geschaffen, zwei Querschnitte entsprechend
zwei zueinander senkrecht verlaufender Ebenen gleichzeitig zur Anzeige zu bringen, wodurch eine sehr
viel genauere Untersuchung eines bestimmten Zielbereichs innerhalb eines Körpers möglich wird.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Ansprüchen 2 und 3.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt m)
F'ig. I eine schematische Darstellung der Stirnseite
einer verwendeten elektronischen Abtastsonde.
F: i g. 2 eine schematische Darstellung des Zustands. in
welchem der Unterleibs- oder Bauchbereich eines menschlichen Körpers mittels der Sonde nach P i g. I
abgetastet wird,
Fig. 3 ein Blockscha! bild einer Ausführungsforni eines Ultraschall-Diagnosegerätes mit Merkmalen nach
der Erfindung,
Fig,4A die Wellenform eines vom Zielbereich eines
zu untersuchenden Objekts reflektierten Ultraschallechos,
F i g. 4B ein mittels des Ultraschallechos nach F i g. 4A erstelltes Tomogramm,
Fig.5 und 6 der Fig.2 ähnelnde Darstellungen
anderer zulässiger Bewegungen der Sonde.
F i g. 7 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform,
Fig.8A bis 8F graphische Darstellungen von Wellenformen in verschiedenen Abschnitten des Blockschaltbilds
nach F i g. 7,
Fig.9 eine perspektivische Darstellung eines Sondenantriebsmechanismus
zur Veranschaulichung der praktischen Handhabung bzw. Führung der Sonde,
Fig. 10 eine perspektivische, schematische Darstellung
der Bewegung der Sonde gegenüber dem Untersuchungsbereich mit einem ausgewählten Querschnitt,
Fig.! 1 eine schematische Darstellung des Bewegungsprinzips
des Sondenantriebsmechanismus nach Fig. 9,
Fig. 12 ein Schaltbild des Schaltungsblocks nach Fig.7 zur Bestimmung der Ist-Position der Sonde und
zur Verarbeitung der Positionsinformation,
Fig. 13 ein Schaltbild der Querschnitt-Einstellschaltung
nach F i g. 7 und
Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines Hauptteils der neuartigen Diagnosevorrichtung.
Die in F i g. 1 dargestellte elektronische Abtastsonde 1 weist ein Dämpferelement 2 und eine Reihe von an
dessen Unterseite in Längsanordnung vorgesehenen Wandlern 3 auf. Beim Abtasten des Zielbereichs bzw.,
genau genommen, der Zielfläche, eines zu untersuchenden Objekts, etwa eines Bauchorgans des menschlichen
Körpers, wird die Sonde 1 gemäß F i g. 2 im allgemeinen mechanisch bewegt bzw. geführt. Dabei ist die von ihrer
einen Schmalseite sichtbare Ultraschall-Sonde 1 in ein für Ultraschall durchlässiges Medium 6, wie Wasser
od< r Flüssigparaffin, in einem flexiblen Behälter 5 pingetaucht, der bei der Diagnose bzw. Untersuchung
auf den Leib 4 des Patienten aufgesetzt wird. Die Sonde 1 ist dabei mit ihrer Ultraschall-Abstrahlseite dem Leib
4 zugewandt, und sie wird im Medium 6 mittels einer nicht dargestellten mechanischen Abtasteinheit in
Richtung des Pfeils A geführt. Eine vom Wandler 3 der Sonde 1 ausgestrahlte Ultraschallwelle wird durch eine
Fläche des Zielbereichs 7 reflektiert, um als mit SE bezeichnetes Ultraschallecho zum Wandler 3 zurückzulaufen.
Die Wandierelemente der Sonde 1 sind in mehrere Blöcke mit jeweils einer Vielzahl nebeneinander
liegender Wandler unterteilt. Diese Wandler und Blöcke werden nacheinander angeregt, um die Ultraschallstrahlung
gegen das Objekt 4 auszustrahlen. Auf diese Weise wird also die elektronische Abtastung
durchgeführt. Das Tomogramm des Zielbenichs wird also durch den Abtastbereich bei der elektronischen
Abtastung und dei- Bewegungsbereich der Sonde 1 bei deren Bewegung in Richtung des Pfeils A bestimmt.
Wenn nun beispielsweise der /.ielbcreich 7 des zu
untersuchenden Organs gegenüber der Bewegungsrichtung A der Sonde gekrümmt ist. wie in 1" i g. 2 gezeigt,
muß das für die Diagnose benötigte Bild des Ziclbereichs 7 ein Tuniogramm des Querschnitts auf der
Linie M des Ziclbereichs 7 d. h. eine entsprechende Ortungsobjektfläche sein. Das Tomogramm wird durch
Verarbeituni: der von der Zielfläche auf der I inie M
reflektieren Ultraschiillcchos 5£wahrend der mechanischen
Bewegung der Sonde I in Richtung A, während der Zielbereich 7 elektronisch abgetastet wird, und
durch Wiedergabe der Echosignale mittels einer eine Kathodenstrahlröhre aufweisenden Anzeigevorrich- ί
lung gebildet.
In Fig. 3 ist ein Ultraschall-Diagnosegerät dargestellt,
mit welcher ein Tomogramm eines beliebigen Querschnitts des Zielbereichs 7 angefertigt werden
kann. Dabei ist eine übliche Anzeigeeinrichtung 10 mit i<> einer Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe eines
B-Betriebsarten-Abtastbilds der Zielfläche des Bereichs 7 vorgesehen. Eine Zielquerschnitt-Einstelleinrichtung
Il dient zur Festlegung einer gewünschten Zielfläche
des Bereichs 7, d. h. eines Querschnitts auf der Linie M. ti
Diese Einstelleinrichtung Π kann ein Schreibstift bzw. -griffel oder ein Potentiometer sein. Ein Speicher 12
speichert ein die gewünschte bzw. Soll-Zielfläche angebendes Signal von der Einstelleinrichtung II. Mit
anderen Worten: es werden z. B. die Daten der Kurve M gemäß Fig. 2 im Speicher 12 gespeichert. In einem
Verzögerung-Funktionsgenerator 13 werden die Daten der betreffenden Abschnitte auf der Kurve, aus dem
Speicher 12 ausgelesen, in ein Funktionssignal mit einer
vorbestimmten Verzögerungszeit umgewandelt, wel- -'ί
ches die Untersuchungsfläche des Zielbereichs 7 entsprechend den tatsächlichen bzw. Ist-Positionen der
Sonde 1 angibt. Eine Motor-Steuerschaltung 14 steuert mit ihrem Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem den
Positionen auf der Kurve M entsprechenden Signal i"
einen Motor 15 an, welcher die Sonde 1 in Richtung des Pfeils A durch eine Abtasteinheit 16 führt. Eine
Stellung-Meßschaltung 27 liefert ein Positionssignal für die Sonde 1, das dem Verzögerung-Funktionsgenerator
15 zugeführt wird. r>
Ein System-Synchron(isations)impuisgenerator 17
liefert ein Systemsynchronisationssignal, um die Sonde die Zielebene elektrisch abtasten zu lassen. Dieses
Signal wird auch dem Funktionsgenerator 13. einer Torsteuerschaltung 18 und einer Probeentnahmeschal- ■»"
tung 22 zugeführt, um das vom Ziel reflektierte Ultraschallsignal auf noch zu erläuternde Weise zu
verarbeiten. Die Torsteuerschaltung 18 wird durch das Funktionssignal vom Funktionsgenerator 13 durchgesteuert
bzw. -geschaltet, um das Systemsynchronisa- 4^
tionssignal vom Generator 17 durchzulassen. Ein Schaltkreis 19 schaltet selektiv die Wandler der Sonde 1
zur Erregung durch einen Erregungsimpulsgenerator 20 durch, welcher synchron mit der Erzeugung des
Systemsynchronisationsimpulses Erregungssignalimpul- >° se an die Wandler anlegt. Bei Eingang dieser Impulse
strahlen die Wandler die Ultraschallwelle gegen das Ziel ab. Die Wandler setzen dabei die von der Zielfläche
reflektierten Ultraschallechos in ein elektrisches Signal um, das einem Empfänger 21 zugeführt und durch diesen «
verstärkt wird. Die Probeentnahmeschaltung 22 tastet die Ausgangssignaie des Empfängers 21 ab, wenn sie das
von der Torsteuerschaltung 18 durchgelassene Verzögerung-Funktionssignal
empfängt. Das Signal wird dann von einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 23 in ein «>
Digitalsignal umgesetzt, worauf das so umgesetzte Signal vorübergehend in einer Pufferspeicherstufe 24
gespeichert wird. Ein Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler
25 setzt das aus der Pufferspeicherstufe 24 ausgelesene Digita'signa! in ein Analogsignal um, das »~-
dann in Form eines Tomogramms auf einer Kathodenstrahlröhren-Anzeigevorrichtung 26 wiedergegeben
wird.
Die beschriebene Diagnosevorrichtung arbeitet wie
folgt:
Die bisherige Ultraschall-Diagnosevorrichtung kann für die Darstellung eines B-Betriebsarten-Bilds des Ziels
auf der Kathodenstrahlröhre der Anzeigevorrichtung 10 benutzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Anzeigeeinrichtung 10, die Motor-Steuerschaltung
14, der Motor 15, die Abtasteinheit 16. die Sonde 1, der flexible Behälter 5 und die
Position-Meüschaltung 27 wie bei der bisherigen Vorrichtung verwendet. Unter Beobachtung des fl-lBetriebsarten-Bilds
zeichnet eine Bedienungsperson die Kurve M nach, um mittels der Einstellschaltung 11 die
vorgesehene Zielfläche des Zielbereichs 7 zu bezeichnen. Das Ausgangssignal der Einstelleinrichtung U wird
dann dem Speicher 12 eingegeben, welcher die Daten des vorgesehenen Zielbereichs speichert. Nach Einstellung
der Zielfläche wird dann die Sonde 1 zur Abtastung der Zielfläche von der vorgegebenen Position Iher
geführt. Dabei wird die Ist-Position der Sonde 1 durch die Meßschaltung 27 festgestellt und dann zum
Verzögerung-Funktionsgenerator 13 übermittelt. Bei Eingang des Positionssignals liest dieser Generator 13
die Daten der vorgesehenen Ziel- oder Abtastebene aus dem Speicher 12 aus. und er liefert ein Funktionssignal,
dessen Einleitungszeitpunkt gegenüber demjenigen der betreffenden System-Synchronisationsimpulse um die
Ausbreitungszeit über beide Wege zwischen den Wandlern und der Ist-Position des Zielbereichs
verzögert ist. Das Verzögerung-Funktionssignal wird als Steuersignal der Torsteuerschaltung 18 und der
Motor-Steuerschaltung 14 eingegeben.
Der Erregungsimpulsgenerator 20 legt einen Signalimpuls in Synchronismus mit dem vom Generator 17
gelieferten System-Synchronisationsimpuls an den bzw. die Wandler der Sonde 1 an. Bei jedesmaliger
Beaufschlagung der Wandler mit dem Erregungssignalimpuls strahlen die Wandler Ultraschallwellen zur
Zielfläche hin ab. Die Ultraschallechos werden in der betreffenden Position mit unterschiedlicher akustischer
Impedanz reflektiert und zur Sonde 1 zurückgeworfen, um dann durch deren Wandler in elektrische Signale
umgewandelt zu werden, die über den Empfänger 21 der Probeentnahmeschaltung 22 eingespeist werden. Der
Impulsgenerator 17 liefert der Probeentnahmeschaltung 22 Abtastbefehlssignale über die Torsteuerschaltung
18. die unter der Steuerung durch das Verzögerungsfunktionssignal
vom Signalgenerator 13 steht. Die Probeentnahmeschaltung 22 tastet daraufhin die elektrischen
Signale ab. welche die Konfiguratio der Zielebene darstellen. Da die abgetasteten Signale in
Form von diskreten Analogsignalen vorliegen, werden sie durch den A/D-Wandler 23 in Digitalsignale
umgesetzt, die dann vorübergehend in der Pufferspeicherstufe 24 gespeichert werden und die resultierenden
Video- bzw. Bilddaten der Zielfläche bilden. Die aus der Pufferspeicherstufe 24 herausgegriffenen Daten
werden durch den D/A-Wandler 25 wieder in Analogsignale gemäß Fig.4A umgewandelt, weiche
schematisch die Analogsignale entsprechend den Signalen auf der Linie P— P gemäß F i g. 4B veranschaulicht
Diese Analogsignale werden hierauf der Anzeigeeinrichtung 26 eingegeben, die dann das Bild der
Zielebene in Form eines Tomogramms gemäß F i g. 4B wiedergibt
Im folgenden ist eine andere Ausführungsform anhand von Fig. 7 beschrieben, in welcher den Teilen
von Fig.3 entsprechende Teile oder Einheiten mit
denselben Bezugsziffrrn wie dort bezeichnet sind. Ein
Schaltkreis 30 schaltet zwischen einer Leitung, die einen Erregungsimpuls von einem entsprechenden Generator
20 zu den Wandlerelementen der Sonde 1 durchlaßt, und einer anderen Leitung um, über welche die von dem zu
untersuchenden Zielbereich reflektierten Echosignale zum Empfänger 21 durchgeschaltet werden. Ein
zwischen den Empfänger 21 und einen Schalter 32 eingeschalteter Verstärker 31 verstärkt das Echo- bzw.
Bildsignal vom Empfänger 21. Bei der Ausf'jhrungsform
nach Fig.3 ist der Verstärker dagegen im Empfänger
21 enthalten.
Ein unter der Steuerung einer Schalter-Steuereinheit 33 stehender Schalter 32 wählt entweder den Signalweg
zu einer Kathodenstrahl-Anzeigeeinrichtung 26 zur Darstellung des Tomogramms des Zielbereichs oder
einen Signalweg zu einer anderen, ähnlichen Anzeigeeinrichtung 10 zur Wiedergabe des fl-Betriehsarten-Bilds.
Wenn der bewegbare Kontakt des Schalters 32 auf einen Kontakt /umgelegt wird, wird das Bildsignal
vom Verstärker 31 zur Anzeigevorrichtung 26 übertragen, während es in der Schalterstellung Il die
Anzeigeeinrichtung 10 erreicht.
Eine einer Sondenposition-Meßschaltung 27 nachgeschaltete Positions-Rechenschaltung 34 nimmt Stellungs-
bzw. Positionssignale für die jeweilige Position der Sonde 1 ab, um deren Position (Xp, Yp) zu
berechnen. Das A"-Positionssignal Xp und das V-Positionssignal
Yp werden von der Rechenschaltung 34 zu einer arithmetischen Operationssclhaltung 35 geliefert,
in welcher ein Signal
\/Χρ>+ Yp1
berechnet wird d. h. ein Signal entsprechend einer Strecke von der Ausgangsstellung der Sonde 1 zu ihrer
Position (Xp, Yp). Dieses Signal der Operationsschaltung 35 wird durch einen A/D-Wandler 36 in ein
Digitalsignal umgesetzt. In einem Digitalkomparator37,
dessen Eingang mit dem A/D-Wandler 36 und dessen Ausgang mit der einen Eingangsklemme eines UND-Glieds
18 verbunden sind, erfolgt ein Vergleich zwischen dem Signal
und einem Bezugssignal für eine Bezugsstrecke, welche
die Auflösung eines auf der Anzeigevorrichtung 26 darzustellenden Tomogramms bestimmt. Insbesondere
werden nur einige untere Stellen des Signals
l/Xp7+ Yp2
mit dem Bezugssignal verglichen.
Diese unteren Stellen bezeichnen die Größe einer kleinen Bewegung der Sonde 1. Somit erfolgt praktisch
ein Vergleich zwischen der Größe einer kleinen Bewegung der Sonde 1, durch einige untere Stellen des
Signals bestimmt, und der Bezugsstrecke gemäß dem Bezugssignal; wenn die betreffenden Größen koinzidieren,
liefert der Komparator 37 ein Ausgangssignal. Der Komparator 37 gibt somit jedesmal dann ein Ausgangssignal
ab, wenn die Sonde 1 mechanisch Ober die Bezugsstrecke verschoben wird, welche die Auflösung
des Tomogramms bestimmt
Das Λρ-Signal der Rechenschaltung 34 wird auch
einem ^-Wobbelgenerator 46 eingegeben, der bei Eingang des Λρ-Sigrais ein X-Wobbeisignai liefert, das
einem Abtastumsetzer 43 aufgeprägt wird. Auf ähnliche Weise wird das Vp-Signal einem V-Wobbel-Generator
47 zugeführt, der bei Eingang des Yp-Signals ein
K-Wobbclsignal erzeugt, das an den Abtastumselzer 43
angelegt wird.
Die Einstelleinrichtung Il umfaßt ein Sinus-Kosinus-Potentiometer
zur Lieferung eines Zielquerschnittssi-,
gnals. das zur Speicherung einem Analogspeicher 39 eingegeben wird. Letzterer kann jedoch durch eine
Reihenschaltung aus einem A/D- Wandler zur Abnahme des Ausgangssignals der Einstelleinrichtung 11 und zur
Umwandlung des entsprechenden Digitalsignals, einem
hi Digitalspeicher zur Speicherung des Digital.signals und
einem D/A-Wandler zur Umwandlung des aus dem Speicher ausgelesenen Digitalsignals in ein Analogsignal
ersetzt werden. Das im Speicher 39 gespeicherte Signal wird synchron mit der Erzeugung des System-
ΙΊ synchronisations-Signalimpulses ausgelesen und einer
Vergleichseinrichtung 38 eingegeben, dem weiterhin ein von einer Sägezahngeneratorschaltung 40 abgenommenes
Sägezahnsignal eingespeist wird Djpcp Signa!?
werden durch den Komparator 38 verglichen, der dann, wenn die Pegel dieser Signale koinzidieren, ein
Ausgangssignal liefert. Eine Schaltungsanordnung 41 bewirkt eine Wellenformung des Signals von der
Vergleichseinrichtung 38. Ein Schalterkreis 42 legt selektiv das Bildsignal vom Verstärker 31 und das
:> Zielquerschnitt-Einstellsignal von der Schaltungsanordnung
41 an einen Abtastumsetzer 43 an. welcher das ausgewählte Signal vorübergehend speichert und in
Übereinstimmung mit den X- und K-Wobbelsignalen
von den betreffenden Wobbeigeneratoren 46 bzw. 47 in
in ein passendes ß-Betriebsarten-Signal umsetzt.
Die Anzeigeeinrichtung 10 dient zur Wiedergabe des ß-Modus-Bilds 112, wobei die Kurve M durch die
Zielquerschnitt-Einstelleinrichtung 11 eingestellt wird (vergl. Fig. 14).
Γι Die Fig.8A bis 8E veranschaulichen Wellenformen
in den Schaltkreisen gemäß F i g. 7. Im Betrieb wird der Schalter 32 zunächst auf den Kontakt /umgelegt, so daß
das vom Verstärker 31 gelieferte Bildsignal (Fig.8A)
über den Schaltkreis 42 zum Abtastumsetzer 43 geliefert
ω und durch diesen in das fl-Modus- oder Betriebsarten-Bildsignal
umgesetzt wird. Die Anzeigeeinrichtung 10 gibt dann das ß-Modus-Bild des Zielbereichs wieder
(F ig. 14).
Die Bedienungsperson stellt unter Beobachtung des auf der Anzeigeeinrichtung 10 erscheinenden ß-Modus-
oder Betriebsarten-Bilds den Querschnitt des Zielbereichs ein. Dies geschieht von Hand mittels des
Regelwiderstands in der Einstelleinrichtung It. Das die gewünschte Tiefe des Zielbereichs angebende Signal
jo wird dem Speicher 39 zugeliefert. Das gespeicherte
Signal wird aus dem Speicher synchron mit der Impulserzeugung durch den Systemsynchronimpulsgenerator
17 ausgelesen und der Vergleichseinrichtung 38 zugeführt Der Vergieichseinrichtung 38 wird
synchron mit einem Systemsynchronisationsimpuls vom Impulsgenerator 17 ein Sägezahnsignal zugeliefert.
Wenn die Pegel dieser Signale in der Vergleichseinrichtung 38 koinzidieren, liefert letzterer ein Ausgangssignal
gemäß Fig.8B. Das die eingestellte Tiefe des Zielbereichs wiedergebende Signal wird nach dem
Durchgang durch den Schalter 42 dem Abtastumsetzer 43 eingegeben und dann auf der Kathodenstrahlröhre
der Anzeigevorrichtung 10 in Form einer einzigen, dem Ä-Betriebsarten-Bild überlagerten Linie M (Fig. 14)
ö5 dargestellt weiche die Tiefe des zu untersuchenden
Zielbereichs anzeigt Das Ausgangssignal des Impulsformers wird ebenfalls an die eine Klemme der
Torsteuerschaltung 18 als Probeentnahmefreigabesi-
gnal für das Bildsignal angelegt.
Die beispielsweise ein Sinus-Kosinus-Potentionieter
aufweisende Position-Meßschaltung 27 erzeugt Positionssignale, die wiederum an die Position-Rechenschaltung
34 ingelegt werden, in welcher die Position (Xp. Yp)dcr Sonde 1 berechnet wird. Die Strecke
von einem Bezugspunkt (dem Ursprung in den Orthogonalkoordinaten) zu den die Sondenposition
angebenden Koordinaten (Xp. Yp) wird durch die arithmetische Operationsschaltung 35 berechnet, und
das Signal
Yp2
wird dann im A/D-Wandler 36 einer Analog-Digital-Umwandlung
unterworfen, wobei das umgewandelte Digitalsignal mit einem Bezugssignal verglichen wird.
d?.s ein? BeZ1J0SStTSCkS bezeichnet, welche die Auflösung
eines mittels der Anzeigeeinrichtung 26 wiederzugebenden Tomogramms bestimmt. Insbesondere werden
nur einige untere Stellen des Signals
Yp2
mit dem Bezugssignal verglichen, welche die Größe einer kleinen Bewegung oder Verschiebung der Sonde 1
bezeichnen. Es erfolgt somit praktisch ein Vergleich zwischen der Größe einer kleinen Bewegung der Sonde
1, durch die genannten unteren Stellen bezeichnet, und der Bezugsstrecke des Bezugssignals; wenn diese
Größen koinzidieren, liefert der Komparator 37 ein Ausgangssignal, das der anderen Eingangsklemme des
UND-Glieds 18 aufgeprägt wird. Bei gleichzeitiger Anlegung der Signale an beide Eingangsklemmen des
UND-Glieds 18 wird dieses durchgeschaltet, um ein Signal zum A/D-Wandler 23 zu liefern. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 18 dient als Abtastsignal
(Fig.8B) für das Bildsignal des A/D-Wandlers 23. Letzterer tastet das Ausgangssignal des Verstärkers 31
zur Lieferung des Signals gemäß F i g. 8C ab, worauf er das abgetastete Signal in ein Digitalsignal umsetzt, das
seinerseits in einem Speicher 24 gespeichert wird. Das gespeicherte Digitalsignal wird aus dem Speicher 24
ausgelesen und einem D/A-Wandler 25 zugeführt, welcher dieses Digitalsignal in ein Analogsignal gemäß
F i g. 8D umwandelt. Der Lese/Einschreibvorgang des Speichers 24 und der Digital-Analog-Umsetzvorgang
erfolgen unter der Steuerung durch das Systemsynchronisationssignal vom Generator 17.
Die X- und V-Wobbelsignalgeneratoren 44 bzw. 45
beschicken die Anzeigeeinrichtung 26 mit X- bzw. Y-Wobbeisignalen gemäß den Fig.8E bzw. 8F.
Infolgedessen gibt die Anzeigeeinrichtung 26 das Tomogramm 113 der gewünschten Zielebene wieder
(vergl. Fig. 14).
Im folgenden ist die Lagen- bzw. Positionsbestimmung der Sonde 1 beschrieben. Die Sonde 1 ist gemäß
F i g. 9 in die Flüssigkeit, z. B. Wasser, in dem flexiblen Behälter 5 eingetaucht, der auf den zu untersuchenden
Körper aufgesetzt ist Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Sonde 1 von Hand mittels eines
Handgriffs 61 bewegt Letzterer ist mit einem der Arme bzw. Schenkel verbunden, die einen rechteckigen
Rahmen bilden. Ein anderer rechteckiger Rahmen 63 arbeitet nach Art eines Pantographen, wobei der
Rahmen 63 am einen Schenkel mit dem Rahmen 62 verbunden und an einem anderen Schenkel 64 an einem
Tragelement 65 befestigt ist Der Rahmen 63 ist mittels des Handgriffs 63 von Hand in Richtung des Pfeils Λ
bewegbar. Die Sonde 1 ist somit längs einer Kurve D gemäß Fig. IO verschiebbar, wobei in F i g. 10 mit c/die
Strecke von eier Abstrahlfläche der Sonde I zum Zielquerschnitt bezeichnet ist. Mit zwei Ecken des
verschiebbaren Rahmens 63 sind Sinus-Kosinus-Poteniiometer 66 und 67 verbunden.
Gemäß Fig. II, welche die Rahmen 62, 63 schematisch
veranschaulicht, bestimmt sich eine Position (Xp. ) p)dcr Sonde 1 nach folgenden Beziehungen:
Xp λ I] cos θι + /2 cos Θ2
Yp es. h sin θι + h sin 02 + E
Dabei bedeuten:
Yp es. h sin θι + h sin 02 + E
Dabei bedeuten:
11 = Länge des Schenkels 68,
12 = Länge des Schenkels 69,
θι = Winkel zwischen den Schenkeln 64 und 68,
02 = Winkel zwischen den Schenkeln 69 und 70
02 = Winkel zwischen den Schenkeln 69 und 70
und
E = Abstand zwischen dem unteren Schenkel und
E = Abstand zwischen dem unteren Schenkel und
der Ultraschall-Abstrahlfläche der Sonde 1.
Die Werte von cos θι, cos Θ2. sin θι und sin Θ2 werden
mittels der Potentiometer 66 und 67 bestimmt.
Fig. 12 veranschaulicht eine Schaltung zur Abtastung
des vom Verstärker 31 gemäß F i g. 7 gelieferten Signals entsprechend dem Positionssignal (Xp, Yp). Die von den
Sinus-Kosinus-Potentiometern 66 und 67 bestimmten Signale sin θι und sin Θ2 sowie das die Strecke E
darstellende Signal E werden über Bewertungswiderstände Ri, R2 und R6 einem als Addierwerk
wirkenden Operationsverstärker 81 eingegeben. Die durch dieselben Potentiometer bestimmten Signale
cos θι und cos Θ2 werden über Bewertungswiderstände
R 3 und /?4 einem anderen, ebenfalls als Addierwerk wirkenden Operationsverstärker 82 eingegeben. Das
Addierwerk 81 liefert ein Kp-Signal entsprechend einer
Position auf der V-Achse, das einer arithmetischen Operationsschaltung 83 eingespeist wird.
Die Operationsschaltung 83 kann eine handelsübliche Schaltung sein. Das andere Addierwerk 82 erzeugt ein
Λρ-Signal entsprechend einer Position der Sonde 1 auf der .Y-Achse, das dann an die eine Eingangsklemme
eines Operationsverstärkers 84 angelegt wird, dessen andere Eingangsklemme über einen Widerstand Λ 5 an
Masse liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 84 wird zur arithmetischen Operationsschaltung 83 übertragen, deren Ausgangssignal an die nicht-invertiereride
Klemme eines Operationsverstärkers 85 angelegt wird, dessen invertierende Eingangsklemme das X>Signal
abnimmt. Bei Eingang dieser Signale liefert der Verstärker 85 ein Signal
das dann dem A/D-Wandler 36 eingespeist wird und dessen untere Stellen in der Vergleichseinrichtung 38
mit dem die Bezugsstrecke angebenden Bezugsdigitalsignal verglichen werden, um das Abtastsignal zu
erzeugen.
W Im folgenden ist die Zielquerschnitt-Einsteileinrichtung 11 anhand von Fig. 13 näher beschrieben. Der
Querschnitt des zu beobachtenden Zielbereichs wird durch entsprechende Verschiebung des Schleifers bzw.
Abgriffs eines Regelwiderstands All eingesteht Ein
Signal mit einem durch die Schleifer-Endstellung An
bestimmten Potential wird einem ersten, als Pufferverstärker wirkenden Operationsverstärker 49 zugeführt,
dessen Ausgangssignal an die erste Erngangsfclemme
der Vergleichseinrichtung 38 angelegt wird, dessen zweite Eingangsklemme eine Sägezahnwcllensignal von
der Sägez.ihnwellenimpulsGeneratorschaltung 40 abnimmt.
Die dargestellte Schaltung 40 umfaßt einen Umsetzer 91 zur Abnahme eines Rechteckwellcnimpul- ί
ses, einen Schalttransistor 92, der entsprechend dem einer Phasenumkehr durch den Umsetzer 91 unterworfenen
Impuls durchgeschaltet und gesperrt wird, eine Diode 93 und einen Kondensator 94, die über die
Kollcktor-Emittcr-Strecke geschaltet sind, einen an der in
einen Seite mit der negativen Spannungsquelle (Minusklemme) verbundenen Widerstand 95 sowie einen
Verstärker 96, der an der invertierenden Eingangsklemme mit der anderen Seite des Widerstands 95 und dem
Emitter des Transistors 92 und an der nicht-invertieren- ι ί
den Klemme mit Masse verbunden ist. Die Vergleichseinrichtung 38 vergleicht das Ausgangssignal des
Operationsverstärkers 49 mit dem Sägezahnsignal vom Verstärker 96. um ein Stufsnsi^ns! abzugeben, wenn die
Pegel beider Signale gleich sind. Das stufenförmige .?i>
Signal wird 'n der Schaltungsanordnung 41 zu einer Wellenform mit einer kurzen Periode geformt. Die
Schaltungsanordnung 41 umfaßt einen Umsetzer 97 für die Phaseninvertierung des Ausgangssignals von d£r
Vergleichseinrichtung 38, ein an seiner einen Eingangs- 2> klemme das Ausgangssignal des Umsetzers 97 abnehmendes
NAND-Glied 98, ein NEIN-Glied 99 mit einem Widerstand 100, die in Reihe zwischen die zweite
Eingangsklemme des NAND-Glieds 98 und die
Ausgangskk'mme des Umsetzers 97 eingeschaltet sind,
sowie einen zwischen die zweite Ringangsklemme des NAND-Glieds 98 und Masse eingeschalteten Kondcn-Siitors
101. In der Schaltung 41 wird das Signal vom Umsetzer 97 unmittelbar und ohne Verzögerung an die
erste Eingangsklemme des NAND Glieds 98 angelegt, während ein Signal mit einer Verzögerung entsprechend
der durch den Widerstund 100 und den
Kondensator 101 bestimmten Zeitkonstante an die zweite [jiigangsklemme des NAND-Glieds 98 angelegt
wird. Infolgedessen wird das vom NAND-Glied 98 gelieferte Signal durch den Zeitunterschied zwischen
den Signalen negativ.
Fig. 14 ist eine schaubildliche Darstellung der Ultraschall-Diagnosevorrichtung. In einer Stirnplat e
eines Gehäuses 111 der Vorrichtung sind ein Sichtfenster 114 fur die Widergabe des S-Modus-Bilds des zu
* Il ~~T "11 1L " ' O' L * Γ _» * β * ff
I I t^ t i% V* ^ I IS* r% ^" r\/"( η P^ r ■ ΓΪ I 9^£\ ·* f\ t r^ " ^ r r"% · · » I Λ rt t T^ ^ ■ r* r* ψ r *Λ η Γ* ψ »^ ** ■ t ^
zur Wiedergabe des Tomogramms des Zielquerschnitts, der durch manuelle Betätigung eines Wählers 116 unter
Beobachtung des ß-Modus-Bilds im Fenster 114 eingestellt oder gewählt wird.
Mit dem beschriebenen Ultraschall-Diagnosegcrät kann also ein Tomogramm einer gewünschten Zielfläche
geliefert werden, so daß sich Form und Größe des Zielbereichs, d. h. des Untersuchungsgebiets, dreidimensional
darstellen und untersuchen lassen.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Ultraschalldiagnosegerät, bestehend aus einer Ultraschallsonde mit einer Wandlereinrichtung zur
Aussendung eines Ultraschallstrahls gegen ein zu prüfendes Objekt und zur Umwandlung der
Ultraschallechosignale in elektrische Signale, einer Einrichtung zur Erzeugung eines System-Synchronisierimpulses
zur Steuerung des Betriebes aller Abschnitte des Gerätes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Impulses synchron zum System-Synchronisierimpuls,
der seinerseits die Wandlereinrichtung erregt, um die Ultraschallwellen auszusenden,
einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der von einem Ortungsobjektabschnitt reflektierten
Ultraschallwellen über die Wandlereinrichtung, aus einer Einrichtung zur Feststellung der Position der
Ultraschallsonde zur Erzeugung von Positionsdsten, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals
in Abhängigkeit von den Positionsdaten und mit einer bestimmten Zeitverzögerung, die einer Diagnosetiefe
des Ortungsobjektes entspricht, einer Einrichtung zur Bewegung der Wandlereinrichtung
um das Ortungsobjekt in Abhängigkeit von dem Steuersignal, und aus einer ersten Anzeigeeinrichtung
zur Darstellung eines Ä-Betriebsartenbildes des
Ortungsobjektes, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (U) zur Einstellung eines
gewünschten Querschnitts senkrecht zur Ebene des B-Betriebsartenbildes der ersten Anzeigeeinrichtung
(10), weiter durch eine Speichereinrichtung (12) zur Speicherung der zur Errichtung (13) zum
Erzeugen des Steuersigncls übertragenen Positionsdaten des durch die Einstelleini-; htung (11) eingestellten
Querschnitts, durch eine verarbeitende Schaltungsanordnung (18, 22 — 25) zur Verarbeitung
des das Echosignal wiedergebenden elektrischen Signals in Abhängigkeit vom Steuersignal und dem
System-Synchronisierimpuls, um ein Video-Signal des gewünschten Querschnitts des Ortungsobjektes
zu erzeugen, und durch eine zweite Anzeigeeinrichtung (26) zur Darstellung eines modifizierten
C-Betriebsartenbildes des Ortungsobjektes in Abhängigkeit vom Videosignal.
2. Ultraschalldiagnosegerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die verarbeitende
Schaltungsanordnung (18,22-25) folgende Einrichtungen enthält: eine Torsteuerschaltung (18), die in
Abhängigkeit von dem Steuersignal den System-Synchronisierimpuls selektiv hindurchläßt, eine
Probeentnahmesciialtung (22), um von dem elektrischen Signal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal
der Torsteuerschaltung (18) eine Probe zu entnehmen, wobei das elektrische Signal das Ultraschallechosignal
wiedergibt, einen A/D-Wandler (23) zum Umwandeln des Ausgangssignals der Probeentnahmeschaltung
(22) in ein entsprechendes digitales Signal, eine Pufferspeicherstufe (24), um zeitweilig
das Ausgangssignal des A/D-Wandlers (23) zu speichern, und einen D/A-Wandlcr (25) /um
Umwandeln des aus der Pufferspeicherstufc (24) ausgclesenen Signals in ein entsprechendes analoges
Signal.
3. I Itraschalldiagnosegcrät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die QuersehnittKinstelleinrichtung
eine Pegeleinstellvorrichtung (II) zur Einstellung der I.agc des ("-wünschten Quer
schnitts aufweist, daß weiter eine Speichereinrichtung
(39) zur Speicherung des eingestellten Pegelsignals der Einstelleinrichtung (U) vorgesehen ist,
weiter eine Sägezahngeneratorschaltung (40) zum Erzeugen eines Sägezahnsignals synchron zum
Systemsynchronisierimpuls und eine Vergleichseinrichtung (38) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal
des Sägezahnsignalgenerators mit dem eingestellten Pegelsignal der Pegeleinstelleinrichtung ^H) zu
vergleichen, und schließlich eine Schaltungsanordnung (41) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der
Vergleichseinrichtung (38) in eine geeignete Form zu bringen.
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