DE2912410C2

DE2912410C2 - Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2912410C2
Application number: DE2912410A
Authority: DE
Inventors: Noriaki Yokohama Yoshikawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-03-29
Filing date: 1979-03-29
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS54128187A; US4257256A; DE2912410A1; JPS6114821B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Querschnittab- j > bildungsvorrichtung bestehend aus einem Ultraschall-Abnehmer, der Ultraschallwellen in zeilensprungfreier bzw. nicht verknüpfter Beziehung emittiert und zeilensprungfreie Bilddaten liefert, aus zwei an den Abnehmer angeschlossenen Speichereinrichtungen zur w Speicherung der Bilddaten vom Abnehmer, aus einer mit den Speichereinrichtungen verbundenen Ausleseeinrichtung zum abwechselnden Auslesen der Bilddaten aus den Speichereinrichtungen und aus einer an die Ausleseeinrichtung angeschlossenen Bildwiedergabe- 4> einrichtung, welche die Bilddaten von den Speichereinrichtungen abnimmt und ein Bild erzeugt.

Bei den allgemein bekannten Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtungen der zuvor definierten Art, etwa einer Ultraschall-Diagnosevorrichtung, werden >o sowohl eine Rasterabtastung einer Anzeigevorrichtung als auch eine Ultraschallabtastung ineinander abwechselnder Weise entsprechend einem Zeilensprungverfahren durchgeführt. Dies bedeutet, daß zunächst ein Bild von zwei Feldern gebildet wird, während nach der v-, Abtastung eines ersten Feldes das zweite Feld entlang von Zeilen abgetastet wird, die zwischen den Abtastzeilen für das erste Bild parallel zu diesen Zeilen verlaufen. Zwischen der Abtastung des ersten Feldes und derjenigen des zweiten Feldes ist dabei eine Zeitverzö- eo gerung unvermeidbar. Infolge dieser Zeitverzögerung sind die von den beiden Feldern erhaltenen Bilder einander nicht genau bzw. vollständig überlagert, insbesondere dann, wenn eine Tomographie eines sich schnell bewegenden Objekts, z. B. des Herzens, w\ angefertigt wird. Dadurch wird das erhaltene Einzelbild verzerrt.

Die Rasterabtastung der Anzeigevorrichtung und die Ultraschallabtastung können auch in einem nicht wechselnden und somit einem zeilenspruRgfreien Verhältnis erfolgen. Obgleich dabei das erhaltene Einzelbild nicht so verzerrt wird wie bei Wechselabtastur.g, neigt es zu einem Flimmern, weil die ein Bildfeld bildenden Bereiche sequentiell abgetastet werden.

Aus der DE-OS 26 29 895 ist ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät bekannt, mit einem Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und Bildanzeigevorrichtung mit Zsilengenerator für die zeilenweise Abbildung der Echoimpulse sowie mit einem Bildgenerator für die Verschiebung der Zeilen in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahls im Objekt. Das Wesentliche dieses bekannten Impuls-Echoverfahrens besteht darin, daß ausgehend von der Norm-Zeilenkippzeit einer Fernsehbildröhre als Bildar.zeigevorrichtung die Periodenzeit der Ultraschall-Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-App/ikators auf einen solchen Wert eingesteift wird, der einem ganzzahligen Vielfachen der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entspricht und daß im Takt dieser Se;ide/Empfangszyklen anfallende Echosignale für jeden Zyklus bis zum nächstfolgenden gespeichert und erst während dieses nächstfolgenden Zyklus zur Fernsehbildröhre ausgelesen werden, wobei das Auslesen ein- oder mehrfach erfolgt in solchen Auslesezeiten, die der Norm-Zeilenkippzeit der Fernsehbildröhre entsprechen.

Ein nach diesem Verfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät enthält somit einen Ultraschall-Abnehmer, der sowohl Ultraschallwellen emittiert als auch Echosignale auffängt, und zwar nach dem Zeilenabtastverfahren, enthält ferner zwei Speichereinrichtungen, die abwechselnd die den Echosignalen entsprechende Bilddaten vom Ultraschall-Abnehmer empfangen und die abwechselnd ausgelesen werden, jedoch jeweils mehrfach.

Die genannte Schaltungsanordnung kann derart abgewandelt werden, um ein Zeilensprungverfahren zu realisieren, und zwar in dem Sinne, daß bei geradzahligen Vielfachen der horizontalen Synchronimpulse Ultraschallabtastung im Untersuchungsobjekt und Zeilenbildaufzeichnung mit der Fernsehbildröhre in z. B. zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern geschieht. Dieses bekannte Zeilensprungverfahren s^tzt jedoch voraus, daß bereits die Abtastung durch den Ultraschall-Abnehmer nach dem Zeilensprungverfahren erfolgt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die bei zeilensprungfreier Aufnahme von Ultraschall-Echosignalen eine Bildwiedergabe nach dem Zeilensprungverfahren ermöglicht, um dadurch ein praktisch flacker- und flimmerfreies Bild zu liefern.

Ausgehend von der Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Adressenregistereinrichtung vorgesehen ist, welche die Speicherstellen der zwei Speichereinrichtungen für den Auslesebetrieb derart adressiert, daß zunächst nur die geradzahligen Speicherstellen der Speichereinrichtungen sequentiell und anschließend die ungeradzahligen Speicherstellen der Speichereinrichtungen sequentiell ausgelesen werden.

Erfindungsgemäß wird also bei der Abtastung mit Hilfe des Ultraschall-Abnehmers nicht das Zeilensprungverfahren realisiert, sondern die Abtastung

erfolgt zeüensprungfrei, während das Zeilensprungverfahren erst an einer späteren Stelle der Schaltung realisiert wird, und zwar mit Hilfe einer Adressenregistereinrichtung, welche die zeilensprungfrei in die jeweiligen Speichereinrichtungen eingelesenen Bilddaten so adressiert, daß sie dann nach dem Zeilensprungverfahren ausgelesen werden.

Im einzelnen kann die Erfindung noch dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß die Adressenregistereinriehtung aus zwei Adressenregistern besteht, die wechselseitig an die zwei Speichereinrichtungen anschaltbar sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Ei-findung,

Fig.2 eine schematische Darstellung der Lagenbeziehung zwischen einem Untersuchungsobjekt und einer Ultraschallsonde,

Fig.3 eine schematische Darstellung der Speicher bei der Vorrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Abtastzeilen auf dem Monitor-Bildschirm der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist mit einer Ultraschallsonde 11 versehen, die z.B. aus 64 in einer Reihe angeordneten elektromagnetischen Elementen, etwa piezoelektrischen Elementen, besteht und die mit einem Impulsgeber 13 und einem Empfänger 14 verbunden ist. Der durch Taktimpulse von einem Taktgenerator 12 angesteuerte Impulsgeber 13 ist über einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 16 an den Mittelpol eines Umschalters 17 angeschlossen, der beispielsweise aus einem elektronischen Schalterelement besteht. Die beiden Kontakte des Schalters 17 sind mit Speichern 18 bzw. 19 verbunden, deren Leseklemmen mit zwei getrennten Kontakten eines Schalters 20 verbunden sind, dessen Sammelklemme wiederum über einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 21 an einen Kontrollempfänger bzw. Monitor 22 angeschlossen ist. Der Taktgenerator 12 liefert Taktimpulse auch zu Adressenregistern 23 und 24. Die Ausgangsklemme des Adressenregisters 23 ist mit einem Kontakt 25a eines elektronischen Schalters 25 und einem Kontakt 26b eines anderen elektronischen Schalters 26 \ erbunden. Die Ausgangsklemme des Adressenregisters 24 liegt dagegen am anderen Kontakt 25b des Schalters 25 und am anderen Kontakt des Schalters 26. Die Sammelkontakte bzw. -klemmen dieser Schalter 25 und 26 sind mit je einer Adresseneingangsklemme des Speichers 18 bzw. des Speichers 19 verbunden. Der Taktgenerator 12 liefert die Taktimpulse auch zu einer AT-Ablenkeinheit 27, einer K-Ablenkeinheit 28 und einem Bildzähler 29. Letzterer zählt die Taktimpulse und liefert jedesmal ein Ausgangssignal, wenn sein Zählstand eine vorbestimmte Größe erreicht.

Im folgenden ist an Hand der F i g. 2 bis 4 die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert. Gemäß F i g. 2 wird die Sonde 11 auf ein zu untersuchendes Objekt 30 aufgesetzt. In dieser Position empfängt die Sonde 11 die vom Impulsgeber 13 in Synchronismus mit den Taktimpulsen des Taktgenerators 12 erzeugten Treiberimpulse, wodurch die piezoelektrischen Elemente PX bis P64 sequentiell zur Erzeugung von Ultraschallwellen angesteuert werden.

Die Ultraschallwelle jedes piezoelektrischen Elements wird von den Grenzflächen innerhalb des Objekts 30 reflektiert Die reflektierte Ultraschallwelle, d.h. das Echo, wird vom jeweiligen piezoelektrischen Element empfangen und durch dieses in ein als Echosignal bezeichnetes elektrisches Signal umgesetzt, das zum Empfänger 14 geleitet und durch diesen verstärkt wird. Das verstärkte Echosignal wird sodann durch den A/D- Wandler 16 in ein Digitalsignal umgesetzt das über ίο den elektronischen Schalter 17 geschickt und im Speicher 18 als Echodateneinheit gespeichert wird.

Bei einer Objekttiefe von beispielsweise 260 mm besteht die Echodateneinheit aus 260 Bits, denen jeweils 1 mm zugewiesen ist Die auf diese Weise von den ι j Elementen Pi — P64 erhaltenen Echodaten werden sequentiell an den Adressen 0—63 des Speichers 18 gespeichert die durch die Nichtzeilensprung-(non-interlace-)Adressendaten vom Adressenregister 23 bezeichnet worden sind, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist. Wenn 2(i alle Adressen des Speichers 18 besetzt sind, liefert der Bildzähler 29 ein Ausgangssignal, welches die elektronischen Schalter 17, 20, 25 und 26 auf die durch die gestrichelten Lin'en in F i g. 1 gezeigte Weise betätigt. Sobald diese Schalter auf diese Weise betätigt worden 2~i sind, werden die geradzahligen Adressen 0, 2, 4, 6 ... 62 sequentiell durch Zeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 24 bezeichnet, worauf die ungeradzahligen Adressen 1, 3, 5... 63 sequentiell durch Zeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 24 bein zeichnet werden. Infolgedessen werden die Echodaten nacheinander zuerst aus den geradzahligen Adressen und dann aus den ungeradzahligen Adressen des Speichers 18 ausgelesen. Die Echodaten des Speichers

18 werden durch den D/A-Wandler 21 in Analogsignale π umgesetzt, die dann dem Monitor bzw. Fernseh-Bildschirm 22 zugeführt werden, um auf diesem ein Echobild zu formen.

Wenn alle Adressen des Speichers 18 aufgefüllt sind und neue Echodaten von der Sonde 11 über den

4Ii Empfänger 14 eingehen, werden die Adressen 0—63 des Speichers 19 durch die Nichtzeilensprung Adressendaten vom Adressenregister 23 bezeichnet. Die neuen, über den Empfänger 14 und den A/D-Wandler 16 eingehenden Echodaten von der Sonde 11 werden somit sequentiell über den elektronischen Schalter 17 in die Adressen 0—63 des Speichers 19 eingeschrieben. Wenn alle Adressen des Speichers 18 freigemacht und alle Adressen des Speichers 19 aufgefüllt bzw. belegt sind, liefert der Bildzähler 29 ein Ausgangssignal, welches die elektronischen Schalter 17, 20, 25 und 26 auf die in F i g. 1 in ausgezogenen Linien gezeigte Weise betätigt. Nach dieser Betätigung der Schalter werden die geradzahligen Adressen des Speichers 19 sequentiell durch die Zeilensprung-Adressendaten vom Adressen-

v> register 24 bezeichnet, worauf die ungeradzahligen Adressen des Speichers 19 sequentiell durch die Zeilensprung-Adressendaten des Adressenregisters 24 bezeichnet werden. Infolgedessen werden die Echodaten nacheinander zuerst aus den geradzahligen Adres-

bii sen und dann aus den ungeradzahligen Adressen des Speichers 19 ausgelesen. Die Echodaten vom Speicher

19 werden durch den D/A-Wandler 21 in Analogsignale umgesetzt, die zur Bildung eines Echobilds auf dem Bildschirm dem Monitor bzw. Fernsehbildschirm 22

b") zugeführt werden.

Gemäß Fig. 4 entspricht jede Abtastzeile auf dem Bildschirm des Fernseh-Monitors 22 einer 260-Bit-Dateneinheit. Insbesondere entsprechen die aus den

geradzahligen Adressen des Speichers 18 oder 19 ausgelesenen Echodaten den Abtastzeilen 1, 3, 5...63 und die aus den ungeradzahligen Adressen des Speichers 18 oder 19 ausgelesenen Echodaten den Abtastzeilen 0, 2, 4, 6... 64. Die ungeradzahligen Abtastzeilen bilden somit ein ungeradzahliges Zeilensprung-Abtastfeld (odd line interlaced scanning field), während die geradzahligen Abtastzeilen ein geradzahliges Zeilensprung-Abtastfeld bilden. Kurz gesagt, werden die den Abtastzeilen 1—64 entsprechenden Echodaten sequentiell in den Speicher 18 oder 19 eingeschrieben, doch werden die Echodaten entsprechend den ungeradzahligen Abtastzeilen ausgelesen, nachdem die Echodaten entsprechend den geradzahligen Abtastzeilen aus dem Speicher 18 oder 19 ausgelesen worden sind.

Durch Wiederholung der beschriebenen Dateneinschreib- und -auslesevorgänge werden Tomographiebilder des Objekts 30 nacheinander auf dem Bildschirm des Monitors 22 wiedergegeben.

Wie vorstehend beschrieben, wird ein Untersuchungsobjekt 30 mit den Ultraschallwellen der Sonde 11 nach einem Nichtzeilensprung-System (non-interlaced system) abgetastet, wobei die von dieser Abtastung erhaltenen Echodaten in einem Speicher gespeichert werden und der Bildschirm des Fernseh-Monitors in Wechsel- bzw. Zeilensprungbeziehung (interlaced fashion) mit den Echodaten aus dem Speicher abgetastet wird, so daß eine Tomographie des Objekts wiedergegeben wird.

Die nach diesem Verfahren erzeugten Bilder sind somit kaum verzerrt und stets flimmerfrei, auch wenn sich das Objekt schnell bewegt. Mit der beschriebenen Vorrichtung kann deshalb ein klares, scharfes Ultraschallechobild, d. h. eine Tomographie eines sich schnell bewegenden Objekts, wie des Herzens, geboten werden. Das so erzeugte Bild kann auf einem Monitor, etwa einem Fernseh-Bildschirm. betrachtet und photographiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht die Sonde 11 aus 64 piezoelektrischen Elementen, wobei 64 Abtastzeilen benutzt werden. Selbstverständlich können jedoch auch mehr oder weniger piezoelektrische Elemente für die Sonde 11 und dementsprechend mehr oder weniger Abtastzeilen benutzt werden. Wie erwähnt, dient außerdem jeder Speicher zur abwechselnden Speicherung und Auslesung von Echodaten zur Bildung eines Einzelbilds auf dem Bildschirm des Monitors 22. Wahlweise kann jeder Speicher wiederholt dieselben Echodaten auslesen, so daß auf dem Bildschirm ein Stehbild wiedergegeben wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Bildzähler 29 an der Abgabe seines Ausgangssignals gehindert wird. Weiterhin wird bei der beschriebenen Ausführungsform eine lineare Ultraschallabtastung angewandt, doch ist die Abtastung keineswegs darauf beschränkt, vielmehr können auch andere Abtastverfahren, wie eine Sektor- oder Segmentabtastung, angewandt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden Echodaten zeilensprungfrei in die Speicher 18 und 19 eingeschrieben, doch kann die Einschreibung auch in Zeilensprungbeziehung erfolgen. In diesem Fall liefert das Adressenregister 23 Zeilensprung-Adressendaten.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung mit einer Ultraschall-Sonde, Speichereinrichtungen und einer Anzeigeeinrichtung geschaffen. Die Sonde emittiert Ultraschallwellen in Nichtzeilensprungbeziehung und empfängt die Echodaten in derselben Beziehung. Die zeilensprungfreien Echodaten werden in die Speichereinrichtungen eingeschrieben, aus diesen in Zeilensprungbeziehung ausgelesen und durch die Anzeigeeinrichtung in Zeilensprungbeziehung als Bild wiedergegeben.

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Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung bestehend aus einem Ultraschall-Abnehmer, der Ultraschallwellen in zeilensprungfreier bzw. nicht verknüpfter Beziehung emittiert und zeilensprungfreie Bilddaten liefert, aus zwei an den Abnehmer angeschlossenen Speichereinrichtungen zur Speicherung der Bilddaten vom Abnehmer, aus einer mit den Speichereinrichtungen verbundenen Ausleseeinrichtung zum abwechselnden Auslesen der Bilddaten aus den Speichereinrichtungen und aus einer an die Ausleseeinrichtung angeschlossenen Bildwiedergabeeinrichtung, welche die Bilddaten von den Speichereinrichtungen abnimmt und ein Bild erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adressenregistereinrichtung (23,24) vorgesehen ist, welche die Speicherstellen der zwei Speichereinrichtungen (18, 19) für den Ausiesebetrieb derart adressiert, daß zunächst nur die geradzahligen Speicherstellen der Speichereinrichtungen (18, 19) sequentiell und anschließend die ungeradzahligen Speicherstellen der Speichereinrichtungen (18,19) sequentiell ausgelesen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressenregistereinrichtung aus zwei Adressenregistern (23,24) besteht, die wechselseitig an die zwei Speichereinrichtungen (18, 19) anschaltbar sind.