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Verfahren zum Darstellen von Echosignalen eines Ultraschall-
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Diagnosegerätes Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem
im Hauptanspruch der Hauptanmeldung P 28 11 699.6 angegebenen Verfahren. Bei dem
v.rgeschlagenen Verfahren werden die auf dem Bildschirm eines konventionellen Fernsehgerätes
dargestellten Ultraschallbilder geometrisch verzerrt wiedergegeben. Ein Teil der
geometrischen Verzerrungen entsteht prinzipbedingt durch Parallelabtastung mit einem
Ultraschallwandler, der in der Brennlinie eines parabolischen Zylinderreflektors
rotiert. Ein bei dieser Parallelabtastung mit zeitlich konstantem Zeilenabstand
erzeugtes Zeilenraster weist einen von der Bildmitte zum Bildrand zunehmenden beilenabstand
auf. Werden die auf gesendete Ultraschallimpulse erhaltenen Echosignale spaltenweise
in einen Speicher eingeschrieben und zeilenweise aus dem Speicher mit konstantem
Takt wieder ausgelesen, bleiben die geometrischen Verzerrungen erhalten.
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Vorteile der Erfindung Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenilber den Vorteil, daß die prinzipbedingten geometrischen
Verzerrungen selbsttätig korrigiert werden, wobei der Speicher weiterhin mit konstantem
Takt ausgelesen werden kann. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß ein nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender Abtastwandler gleichzeitig als sogenannter
Synchronisator für die beiden asynchronen Signalebenen wirkt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist, daß durch eine besondere Ableitung der den einzuschreibenden
Echosignalen zugesetzten Codeworte zusätzliche Speicherkapazität nicht erforder-lich
wird.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden in einem Au.i£ühIungsbei6piel anhand einer Zeichnung mit Figuren näher
beE3chrieben und erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 ein die Ein6chreibtseite
des Speichers betreffendes Blockschaltbild gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein die
Ausleseseite des Speichers betreffendes Blockschaltbild gemli der Erfindung.
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Beschreibung der Erfindung Nach den in der Stammanmeldung P 28 11
699 beschriebenen Verfahren werden die in den "endepausen vom Ultraschallwandler
empfangenen
Echosignalemit einem Analog!Digital-Wandler abgetastet, quantisiert und codiert.
Zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung soll die in der Stammanmeldung
durchgeführte Aufspaltung der Signalverarbeitung für das erste und zweite Teilbild
unberücksichtigt bleiben. Die analog/digital-gewandelten Echosignale werden in der
vorliegenden Figur 1 bitparallel von einer Schnittstelle 1 zu einem Speicher 2 übertragen.
Die höherwertigen Bits (MSB) der bitparallelen Echosignale werden dem Speicher 2
direkt zugeführt.
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Die niederwertigsten Bits (LSB) gelangen über einen gesteuerten Umschalter
3 zum Speicher 2. Die bitparallel anliegenden Echosignale werden in der gestrichelt
gezeichneten Richtung spaltenweise in den Speicher 2 eingeschrieben und zeilenweise
in der strichpunktiert gezeichneten Richtung mit einer der Fernsehnorm entsprechenden
Geschwindigkeit ausgelesen.
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Zur Korrektur der eingangs geschilderten Geometrieverzerrungen wird
durch Steuerung mit einem an einer Klemme 4 liegenden Impulssignal ISSB zur Kcnnzeichnung
eines Speicherspaltenbeginns zu Beginn jeder Speichrspalte in das bitparallele Echosignal
im Bereich der niederwertigsten Bits (LSB) (o) ein bestimmtes Codewort gefügt. Das
stjmmte Codewort wird von einem an einer Klemme 5 liegenlarl Taktsignal T abgeleitet,
das ortsp proportional zur primären Abtastzeile des rotierenden Ultraschallwandlers
ist. Das Taktsignal T wird von einem Zähler p 6 im Gray-Code gezählt. Der Zähler
6 wird durch ein primäres vertikalfrequentes Signal V (Klemme 7) bildweise zurückgep
stellt. Der am Ausgang des Z.ihlers 6 bitparallel vorliegende Zählerstand wird zeiltnweise
durch Steuerung eines primären horizontalfrequenten Signals H (Klemme 8) in ein
Register 9 p geladen und steht dort bis zum Eintreffen eines nächsten primären horizontalfrequenten
Signals H zur Verfügung. Auch das p Register 9 wird durch ilas primäre vertikalfrequente
Signal V p (Klemme 7) bildweise ;:lrückgestellt. Der von dem Register 9 horizontalfrequent
zw:i schengespeicherte Zählerstand wird in einem nachfolgenden Cçdewandler 10 vom
Gray-Code in einen
Binärcode umgewandelt und einem Eingang A eines
digitalen Subtrahierers 11 zugeführt. Der Ausgang A-B des digitalen Subtrahierers
11 liegt über einen Quantisierer 12, dessen Quantisierungskennlinie in der Fig.
1 links dargestellt ist, zum einen an einem Eingang des gesteuerten Umschalters
3 und zum anderen an einem Eingang A eines digitalen Addierers 13. Ein am Ausgang
A+B des digitalen Addierers 13 liegender Digitalwert wird in einem nachgeschalteten
Register 14 durch Steuerung mit dem an der Klemme 8 liegenden primären horizontalfrequenten
Signal H zeilenweise zwischengep speichert und dem Eingang B des digitalen Addierers
13 und dem Eingang B des digitalen Subtrahierers 11 zur Verfügung gestellt. Das
Register 14 wird durch das an der Klemme 7 liegende primäre vertikalfrequente Signal
V bildweise zup rückgestellt.
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Die Anzahl der Impulse des dem Zähler 6 zugeführten Taktsignals T
ist pro Periode des primären vertikalfrequenten p Signals V gleich. Da der Zähler
6 zu Beginn jeder Periode p des primären vertikaifrequenten Signals V zurückgesetzt
p wird, ist der augenblicltliche Zählerstand ein Maß für den geometrischen Ort jeder
Bildzeile im "Primärbild'. Der Zählerstand, der zu Beginn jeder einzuschreibenden
Zeile abgefragt wird, wird gemäß der Erfindung so codiert, daß eine dem Speicher
2 nachgeordnete Korrekturschaltung nur mit bestimmten gerasterten Abweichungen vom
Takt des Taktsignals T angesteuert wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
p wird eine Geometriekorrektur in Schrittweiten von 3/4, 4/4 und 5/4 der Dauer der
an der Klemme 5 liegenden Taktperioden durchgeführt. Ein den einzuschreibenden Echosignalen
zu Beginn jeder Speicherspalte zuzusetzendes Codewort braucht demnach nur die drei
Zahlen 3, 4 und 5 umfassen. Die dem Speicher 2 nachzuschaltende Korrekturschaltung
interpretiert die Zahlen so, daß der neue Bildpunkt vom vorangehenden den Abstand
3/4, 4/4 oder 5/4 Taktperioden haben soll.
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Die Gray-Zahlweise des Zählers 6 wurde gewählt, um die beim Abfragen
durch das Register 9 entstehenden Ungenauigkeiten auf ein niederwertigstes Bit zu
begrenzen. Beim Gray-Code unterscheiden sich benachbarte Codewörter bekanntlich
nur in einer Binärstelle.
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Unter der zuvor beschriebenen Annahme, daß lediglich Codeworte für
die Zahlen 3, 4 und 5 zu übertragen sind, brauchen die Codeworte nur eine Wortlänge
von zwei Bit umfassen. Diese Codeworte werden anstelle der zwei niederwertigsten
Bits LSB im bitparallelanliegenden Echosignal durch den gesteuerten Umschalter 3
in das erste Datenwort jeder Speicherspalte eingetastet. Die auf diese Weise eingetasteten
Codeworte werden mit den einzuschreibenden Echosignalen in den Speicher 2 eingeschrieben.
Beim Auslesen werden die Echosignale mit den dazugehörigen Korrektur-Codeworten
gemeinsam ausgelesen. Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, daß auch bei einer
Standbildwiedergabe von.Ultraschallbildern die zugehörigen Korrektur-Codeworte verfügbar
sind.
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Würden jeweils nur die Differenzen zweier aufeinanderfolgender abgefragter
Zählerstände quantisiert werden, so würden dabei entstehende Quantisiertlllgsfehler
unberücksichtigt bleiben. Die Quantisierungsfehler kinnen sich sogar akkumulieren.
Zur Behebung dieses Nachteils ira gemäß der Fig. 1 durch eine rückgekoppelte DifferenzquanLisierung
bei der Bestimmung des neuen quantisierten Wertes die vorangegangenen Quantisierungsfehler
berücksichtigt. Die in der Fig. 1 aus den Blöcken 11 bis 14 dargestellte BlockschalL-bildkonfiguration
ist als DPCM-Schleife mit eindimensionaler Piüdiktion bekannt und braucht daher
nicht näher beschrieben zu werden.
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Die rechts in der Fig. 1 dargestellte Quantisierungskennlinie für
den Quantisierer 12 nimmt Bezug auf die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorgesehenen Codezahlen 3, 4 und 5.
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Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild wird das aus dem
Speicher 2 gelesene Echosignal einem Pufferspeicher 15 (FIFO) zugeführt. Die niederwertigsten
Bits LSB des bitparallelen Echosignals werden außerdem einem Eingang eines gesteuerten
Umschalters 16 zugeführt. An einem anderen Eingang des gesteuerten Umschalters 16
liegt ein vom Ausgang des gesteuerten Umschalters 16 abnehmbares und über ein Schieberegister
17 geführtes Signal. Die Kontaktstrecke des gesteuerten Schalters 16 wird durch
Steuerung eines an einer Klemme 18 liegenden Kennimpulssignals 1k beim Auslesen
der ersten Speicherzeile in die obere (gezeichnete) Stellung gebracht, so daß von
dem aus dem Speicher gelesenen Echosignalen die zugesetzten Korrektur-Codeworte
in das Schieberegister 17 eingelesen werden können. Während der übrigen Zeit befindet
sich zur Rückkopplung des Schieberegisters 17 die Kontraktstrecke des gesteuerten
Umschalters 76 in der gestrichelt gezeichnete Position. Gleichzeitig wird die in
das Schieberegister 17 I,escaobene In formation einem Eingang D2 des Pufferspeichers
15 zugeführt. Sowohl die an dem Eingang D1 als auch an dem Eingang D2 des Pufferspeichers
15 liegenden Informationen werden in Abhängigkeit eines an einer Klemme 19 liegenden
Taktsignals Cw in den Pufferspeicher 15 eingeschrieben. Unabhängig von der Frequenz
des Taktsignals Cw an Klemme 19 wird die in den Pufferspeicher 15 eingeschriebene
Information durch ein an einer Klemme 20 liegendes anderes Taktsignal CR wieder
ausgelesen. Dabei wird die zuerst eingeschriebene Information wieder zuerst ausgeschrieben.
Speicher derartiger Wirkungsweise sind unter der Bezeichnung FIFO (First-in-first-out)
bekannt.
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An einem Ausgang Q1 des Pufferspeichers 15 sind die bitparallelen
Echosignale abgreifbar, die nach einer Digital/ Analog-Wandlung als Videosignale
einem konventionellen Fernsehgerät zugeführt werden (nicht gezeichnet). Die an
dem
Ausgang Q2 liegenden Korrektur-Codeworte steuern eine Entladesteuerung 21 zur Ableitung
des Taktsignals CR zum Auslesen des i'ufferspeichers 15. Der Entladesteuerung 21
wird über eine Klemme 22 ein Taktsignal 4 C W mit der vierfachen Frequenz des an
der Klemme 19 liegenden Taktsignals Cw zugeführt.
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Durch Steuerung der Kontaktstrecke des gesteuerten Umschalters 16
und durch Rückkopplung des Schieberegister6 1? werden die beim Auslesen des Speichers
2 in der ersten Zeile zurückerhaltenen Korrektur-Codeworte in das Schieberegister
17 übernommen. Aus dem Schieberegister 17 werden die Korrektur-Codeworte in jeder
folgenden Zeile erneut ausgelesen und stehen damit während jeder Zeilenperiode zur
Korrektur zur Verfügung. Die am Ausgang Q2 des Pufferspeichers 15 vorliegenden Korrektur-Codeworte
enthalten die Information, um wieviel Viertel-Takbperioden die jeweilige Taktperiode
für das auszulesende Datenwort des Echosignals lang sein muß. Die Entladesteuerung
21 enthält einen Zähler zum Zählen des an der Klemme 22 liegenden Taktsignals 4
C. Der Zähler wird entsprechenti den jeweils anliegenden Korrektur-Codewort 3, 4
oder ') Perioden des Taktsignals 4 CW auszählen und dann eiliii Inlpuls zum Auslesen
des Pufferspeichers 15 erzeugen. Am Ausgang Q1 des Pufferspeichers 15 stehen somit
einzelne Datenworts der Echosignale 3/4, 4/4 oder 5/4 der Perio(ien des einschreibenden
Taktsignals CW zur Digital/Analog-ndlung zur Verfügung.
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Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum Darstellen von Ultraschall-Echosignalen
auf dem Bildschirm eines konventionellen Fernsehgerätes vorgeschlagen, bei welchen
die auf jeden gesendeten Ultraschallimpuls empfangenen Echosignalen spaltenweise
in ein RAM eingeschrieben und zeilenweise aus dem RAM mit einer der Fernsehnorm
entsprechender Geschwindigkeit gelesen werden. Durch Verwendung eines in der Brennlinie
eines parabolischen Zylinderreflektors rotierenden Ultraschallwandlers zum Senden
und Empfangen der Ultra6challimpulse kommt es beim Auslesen des RAM's mit konstantem
Takt zu Geometrieverzerrungen im wiedergegebenen Fernsehbild. Zur Geometriekorrektur
wird den Echosignalen zu Beginn jeder Speicherspalte ein bestimmtes Codewort zugesetzt.
Beim zeilenweisen Auslesen der Speichermatrix werden die in der ersten Zeile befindlichen
Codewörter zwischengespeichert. In Abhängigkeit der vorliegenden Wertigkeit der
Codeworte wird ein Taktsignal moduliert, das zum Auslesen eines dem RAH nachgeschalteten
Pufferspeichers dient.