DE2919381B1

DE2919381B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufzeichnen von Ultraschallechos

Info

Publication number: DE2919381B1
Application number: DE19792919381
Authority: DE
Inventors: Norbert Beck; Dieter Dipl-Ing Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2919381C2

Description

Basisuntersuchungen speziell über den akustischen Wellenwiderstand von biologischen Geweben haben gezeigt, daß eine ausreichend feste Zuordnung von Wellenwiderständen und Gewebsarten existiert. Kiankhafte Veränderungen des Gewebes führen auch zu Veränderungen der altustischen Widerstände und damit zur Veränderung der Reflexionsfaktoren. Herkömmliche Impuls-Echo-Systeme setzen bisher Ultraschall-Echosignale nur hinsichtlich des Betrages des Wellenwiderstandssprunges in Bildinformation um. Richtung oder Polarität des Wellenwiderstandssprunges, die noch tiefergehende diagnostische Gewebedifferenzierungsmöglichkeit gewährleisten, wurden bisher zur Umwandlung oder Beigabe zur Bildinformation nicht eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg anzugeben, wie mit technisch einfachsten Mitteln an Echosignalen die Polarität eines Widerstandssprunges, durch den das Echo erzeugt wird, mit besonders hoher Sicherheit erfaßt und in entsprechende Bildinformation umgewandelt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Die anfallenden Echosignale werden in ihrer Kurvenform mit der Kurvenform eines Normsignals verglichen, das dem Echo an einem technischen Reflektor entspricht.
b) Durch den Kurvenformvergleich ermittelte gleichartige Polaritäten einander zugeordneter Signalanteile im Echosignal und Normsignal werden selektiert.
c) In Abhängigkeit von den selektierten Polaritäten wird das jeweils zugehörige Echosignal am Aufzeichnungsträger in unterschiedlicher Weise markiert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung, der zum Kurvenformvergleich die anfallenden Echosignale und das Normsignal ständig zuführbar sind und die Erkennungsglieder umfaßt, die mit dem Erkennen gleichartiger Polaritäten in beiden Signalen Ausgangsimpulse erzeugen, die einem Aufzeichnungsträger zur Markierung des jeweiligen Echosignals in Abhängigkeit von der ermittelten Polarität in unterschiedlicher Weise zuleitbar sind.
Mit der Erfindung lassen sich also auf technisch einfachste Art anfallende Ultraschall-Echosignale dahingehend unterscheiden, ob der akustische Wellenwiderstandssprung, von dem das jeweilige Echo herrührt, in der Schallrichtung gesehen von niedrigeren zu höheren Werten oder umgekehrt führt. Die so nach unterschiedlicher Polarität des Widerstandssprunges erfaßten Echosignale können dann in unterschiedlicher Weise am Aufzeichnungsträger markiert werden.
Spezielle Markierungsmöglichkeiten sind die, daß Echopunkte je nach Polarität des Sprungs unterschiedliche Färbung, Grautonabstufung, Dicke od.dgl. aufweisen. Nicht in der Polarität erfaßbare Echosignale bleiben von Markierungen vorzugsweise unberührt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.
In der Figur, die die Erfindung im Prinzipsehaltbild darstellt, ist der Normimpuls mit F(t-#) bezeichnet.
Der Verlauf des Impulses entspricht einen solchen Reflexionsimpuls, wie er beispielsweise an einem technischen Reflektor, wie z.B. Kugelreflektor od.dgl., abgeleitet werden kann. Der Normimpuls ist in einem Speicher 1, z.B.ROM, gespeichert. Die Ausgabe erfolgt über einen Digital-Analog-Wandler 2. Der Normimpuls hat eine zeitliche Länge T und er @ehrt periodisch wieder. Die unterschiedlichen Zeitverzögerungen #0 bis #n ließen sich im Prinzip dadurch erzeugen, daß für jedes Zeitintervall T der Normimpuls in kompletter Länge T zeitlich gestaffelt mehrfach abgerufen wird, wobei der Zeitabstand von einem zum nächstfolgenden Abru@ jeweils #1 und T = # #1 beträgt. Da jedoc@ eine Echtzeit-Verarbeitung angestrebt ist, empfiehlt sich ein Anwendungsfall gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel, nach dem der Normimpuls im Zeitintervall T nur ein einziges Mal anfällt, und dieser einzige Normimpuls dann gleichzeitig auf sämtliche Eingänge einer Anzahl n (z. B. n = 14) von Verzögerungsleitungen 5 etc. gegeben wird, die den Normimpuls um unterschiedliche Verzögerungszeiten ro bis #n verzögert an die Eingänge von n + 1 Multipliziergliedern 3, 4 etc. weiterleiten. Auf diese Weise entstehen, wie in der Schaltungsanordnung auf der linken Seite angedeutet, aus einem einzigen, zu Beginn eines jeden Zeitintervalls Terzeugten Normimpuls eine Vielzahl unterschiedlich verzögerter Normimpulse F(t-#0), F(t-#1), F(t-#2) usw. In den n + 1 Multipliziergliedern 3, 4 etc. werden die einzelnen verzögert angelieferten Normimpulse mit dem tatsächlichen Echosignal f(t) multipliziert, das dem jeweils zweiten Eingang eines jeden Multiplizierers, vorzugsweise nach Tiefenausgleich in einem Tiefenausgleichsverstärker, jedoch noch nicht demoduliert (d. h.
hochfrequenzmäßig), zugeleitet wird. Nach Multiplikation des unterschiedlich verzögerten Normimpulses mit dem Echtzeit-Echosignal f(t) wird das jeweilige Produktsignal auf einen Integrator 6, 7 etc. zur Integration gegeben. Die Integration erfolgt über die volle Periodendauer 0 bis 7i ri bis T+#1. z2 bis T+r2 usw., so daß sich Kreuzsignale K(#0) bis K(#n) ergeben.
Über dieselben Zeitabschnitte werden gleichzeitig aber auch mittels Doppelweggleichrichter 8 und Sampleand-Hold-Gliedern 9, 10 etc. die Maximalamplituden des Echosignals f(t)erfaßt und Komparatoren 11, 12, 13, t4 etc. zum Vergleich mit den Kreuzproduktsignalen K(r) bzw. - K(#) zugeleitet. Ab Gleichheit der Eingänge erzeugt der jeweilige Komparator ein Ausgangssignal.
Im Ausführungsbeispiel sind einem Integrierglied 6, 7 etc. und einem Sample-and-Hold-Glied 9, 10 etc. immer insgesamt zwei Komparatoren 11, 12 bzw. 13, 14 etc.
paarweise in dargestellter Art, d. h. und unter Zwischenschaltung von Invertiergliedern 15, 16 etc., zugeordnet.
So wird das lntegrationssignal eines Kreuzproduktes dem ersten Komparator eines jeden Komparatorpaares am ersten Eingang also nicht invertiert, dem zweiten Komparator am ersten Eingang hingegen invertiert zugeleitet. Das bewirkt jedoch Selektion nach Polarität ab betragsmäßigen Gleichstand der Eingangssignale. Je nach Polarität spricht ab Gleichstand dann immer nur einer der beiden Komparatoren, z. B. 11 oder 12, 13 oder 14 etc., an. Die Polarität der Korrelation ist jedoch das Maß für die Polarität des Sprunges des Wellenwiderstandes. Demgemäß gibt also die Signalverteilung an den Ausgängen der verschiedenen Komparatoren 11 bis 14 etc. (Signal entweder vorhanden oder nicht vorhanden) das Originalbild der Verteilung unterschiedlicher Polaritäten des Wellenwiderstandssprunges. Wird den unterschiedlichen Ausgangszuständen der Komparatoren 11 bis 14 etc. entsprechend das Echosignal am Aufzeichnungsträger unterschiedlich markiert, z.B.
durch unterschiedliche Ferbgebung, so erhält man ein Echosichtbild, das gleichzeitig die Anzeige einer Verstellung nach unterschiedlicher Polarität des Wellenwiderstandssprünges gewäh@@eistet. Im Prinzipschaltbild der Figur erfolgt die Darstellung des Echosichtbildes anhand einer (nicht @@rgestellten) Elektronenstrahlröhre. Die Modulation des Echosignals am Bildschirm mit unterschiedlicher Far@e je nach erfa@ter Polarität des Welle widerstandss@runges erfolgt über die Mehrfach-UND-Glieder 17 @@ @@@. Signale am Ausg@n@ des UND-Glieder 17 führen also zu @rster Farbge@@n@@@@.
blau) für Echosignale mit Wellenwiderstandssprüngen der einen Polarität und die Ausgangssignale am UND-Glied 18 entsprechend zu zweiter Farbgebung (z. B. rot) für Echosignale mit Wellenwiderstandssprüngen entgegengesetzter Polarität. Echosignale, bei denen beispielsweise die Polarität des Wellenwiderstandssprungs nicht erfaßt werden konnte, werden in der üblichen Weise ungefärbt (weiß) abgebildet. Gemäß der Erfindung stellt der Vergleich mit den Maximalwerten des Originalechosignals f(t) sicher, daß die Kurvenform unabhängig von der Amplitude erkannt werden kann.
Nach Ablauf eines jeden Zeitintervalls der Dauer T werden die Integrierglieder 6, 7 etc. und auch die Sample-and-Hold-Glieder 9, 10 etc. mittels Löschimpuls des Speichers 1 gelöscht. Unmittelbar nach Löschen beginnt ein neuer Meßzyklus. Da die Durchführung einer jeden Korrelation eine gewisse Zeitdauer (maximal T) benötigt, wird gemäß Prinzipschaltbild auch das Echosignal mittels Verzögerungsglied 19 um die Zeit T verzögert in Helligkeitsmodulation auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre dargestellt. Auf diese Weise wird eine eindeutige Zuordnung von Echo und Färbung sichergestellt. Der in der Figur dargestellte Normimpuls kann auch laufzeitvariabel gestaltet werden, so daß Einflüsse der frequenzabhängigen Gewebsdämpfung auf die Kurvenform berücksichtigt werden können.
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Ultraschallechos, die bei der Ultraschallabtastung von Objekten, z.B. des menschlichen Körpers, anfallen, am Aufzeichnungsträger einer Aufzeichnungsvorrichtung. Ziel der Erfindung ist es, einen Weg anzugeben, wie mit technisch einfachsten Mitteln an Echosignalen die Polarität eines Widerstandssprunges, durch den das Echo erzeugt wird, mit besonders hoher Sicherheit erfaßt und in entsprechende Bildinformation umgewandelt werden kann.
Dieses Ziel wird durch die folgenden Verfahrensschritte erreicht: a) die anfallenden Echosignale (f(t)) werden in ihrer Kurvenform mit der Kurvenform eines Normsignals (F(t- r» verglichen, das dem Echo an einem technischen Reflektor entspricht, b) durch den Kurvenformvergleich ermittelte gleichartige Polaritäten einander zugeordneter Signalanteile im Echosignal (f(t)) und Normsignal (F(tT)) werden selektiert, c) in Abhängigkeit von den selektierten Polaritäten wird das jeweils zugehörige Echosignal am Aufzeichnungsträger in unterschiedlicher Weise markiert.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Aufzeichnen von Ultraschallechos, die bei der Ultraschallabtastung von Objekten, z.B. des menschlichen Körpers, anfallen, am Aufzeichnungsträger einer Aufzeichnungsvorrichtung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) die anfallenden Echosignale (f(t» werden in ihrer Kurvenform mit der Kurvenform eines Normsignals (F(t-v» verglichen, das dem Echo an einem technischen Reflektor entspricht, b) durch den Kurvenformvergleich ermittelte gleichartige Polaritäten einander zugeordneter Signalanteile im Echosignal (f(t)) und Normsignal (F(t- ) werden selektiert, c) in Abhängigkeit von den selektierten Polarität ten wird das jeweils zugehörige Echosignal am Aufzeichnungsträger in unterschiedlicher Weise markiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Echosignale (f(t)) ständig mit einem für ein vorgegebenes Zeitintervall (T) vielfach in kleinen Zeitinkrementen (#0, #1 etc.) verzögerten Normsignal (F(tr)) verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem Speicher (1) gespeichertes Normsignal (F(t-#)) für das vorgegebene Zeitintervall (T) vielfach zeitlich mit vorgebbaren Verzögerungsintervallen (S0, sl etc.) gestaffelt dem Vergleich mit gespeicherten Echosignalen (f(t)) zugeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Normsignalen (F(ts)), die im Speicher (1) bereits örtlich mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten (#0, zl etc.) gestaffelt gespeichert wird, gleichzeitig abgerufen und dem Vergleich mit den aktuellen Echosignalen (f(t)) zugeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß ein einziges gespeichertes Normsignal für das vorgegebene Zeitintervall (T) einmal abgerufen und über Verzögerungsleitungen (5 etc.) mit unterschiedlich abgestimmten Verzögerungszeiten (ro, zl etc.) vielfach verzögert dem Vergleich mit den aktuellen Echosignalen (f(t)) zugeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenformvergleich durch Kreuzkorrelanon der Echosignale mit dem Normsignal vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität des Ergebnisses der Kreuzkorrelation ermittelt und in Abhängigkeit von der so ermittelten Polarität das jeweils zugehörige Echosignal am Aufzeichnungsträger in unterschiedlicher Weise markiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Polarität des Ergebnisses der IsreuzlXorrelation, das einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, zur entsprechenden Markierung des Echosignals verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Normimpuls während des Empfangs der Echoinformationen für eine Zeile in der Form laufzeitvariabel gestaltet sein kann.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (3 bis 18), der zum Kurvenformvergleich die anfallenden Echosignale (f(t)) und das Normsignal (F(t- ) ständig zuführbar sind und die Erkennungsglieder (11, 12, 13, 14 etc.) umfaßt, die mit dem Erkennen gleichartiger Polaritäten in beiden Signalen Ausgangsimpulse erzeugen, die einem Aufzeichnungsträger zur Markierung des jeweiligen Echosignals in Abhängigkeit von der ermittelten Polarität in unterschiedlicher Weise zuleitbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung vor den Erkennungsgliedern (11 bis 14 etc.) eingeschaltete Multiplizierglieder (3, 4 etc.) zur Multiplikation des verzögert anfallenden Normsignals mit dem Echosignal umfaßt, denen ausgangsseitig Integrierglieder (6, 7 etc.) für das Kreuzprodukt nachgeschaltet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsglieder (11 bis 14 etc.) Komparatoren sind, die paarweise den Integratoren (6, 7 etc) so zugeordnet sind, daß ein erster Eingang eines ersten Komparators nicht invertiert und der erste Eingang des zweiten Komparators invertiert mit dem Ausgang des zugeordneten Integrierglieds verbunden ist
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zweite Eingang des Komparators mit dem Ausgang eines Sample-and-Hold-Gliedes (9, 10 etc.) verbunden ist, das jeweils die Maximalamplituden des mittels Gleichrichter (8) gleichgerichteten Echosignals (f(t)) erfaßt und hält.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Komparatoren (11 bis 14 etc.) unterschiedliche Echo markierungen, beispielsweise in unterschiedlicher Farbe, erfolgen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Markiersignale einer Bildaufzeichnungsvorrichtung zusammen mit dem um die Periodenzeit (T) des Normimpulses (F(t-r» verzögerten Echosignal (f(t)) zuleitbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Ultraschallechos, die bei der Ultraschallabtastung von Objekten, z. B. des menschlichen Körpers, anfallen, am Aufzeichnungsträger einer Aufzeichnungsvorrichtung Bei der Abtastung von Untersuchungsobjekten mit Ultraschall (insbesondere auch des menschlichen Körpers) ergeben sich in Abhängigkeit von unterschiedlichen akustischen Wellenwiderständen im Untersuchungsobjekt untersehiedliche Echokonfigurationen.