DE2848467B2

DE2848467B2 - Ultraschall-Diagnosegerät

Info

Publication number: DE2848467B2
Application number: DE2848467A
Authority: DE
Inventors: Michiyoshi Tokio Uranishi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1980-07-03
Also published as: DE2848467A1; JPS5468090A; JPS613496B2; DE2848467C3; US4240295A

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:

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

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

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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

Patentansprüche:

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.