DE3004528A1

DE3004528A1 - Vorrichtung zur positionsverschiebung der wandler eines ultraschall-bildwiedergabesystems

Info

Publication number: DE3004528A1
Application number: DE19803004528
Authority: DE
Inventors: Robert W Cribbs
Original assignee: Litton Industrial Products Inc
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1980-02-07
Publication date: 1980-10-30
Also published as: FR2448829A1; US4272991A; GB2043249B; GB2043249A; CA1134493A; JPS55136976A; NL8000820A

Description

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER ^{EPL 77-5B}

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsveränderung einer Wandleranordnung oder -gruppe auf einer durch aufeinanderfolgende Positionen definierten Bahn, und ein Verfahren zur bildlichen Darstellung von Geweben und Körperstrukturen mittels Ultraschall in Verbindung mit einer derartigen Vorrichtung.

Bei Verwendung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art in einem Ultraschall-Bildwiedergabesystem werden in einen untersuchten Bereich abgegebene Impulse durch Störungen in der Ausbreitungsbahn zum Teil reflektiert, wobei die Echoamplituden jeweils der Größe der Dichteänderung an den Störstellen und die Echolaufzeiten den jeweiligen Entfernungen zwischen Wandler und Störstelle entsprechen.

Die Wandleranordnung dient zum Aussenden von Impulsen und zum Empfang der Echos, die zur Datengewinnung gespeichert werden können. Die Fachwelt kennt zwei Arten der Ultraschallbestrahlung :

Bei der einfachen Bestrahlung durchläuft der Impulsstrahl das Gewebe auf einer einzigen Bahn und in der Weise, daß jeder Punkt des untersuchten Gewebes nur einmal im Strahlzentrum ist. Bei einer zusammengesetzten Bestrahlung oszilliert der Strahl in einem Schwenkbereich des Wandlers, so daß jeder Punkt des Gewebes von dem Strahl mehrfach getroffen wird.

Im allgemeinen haben krebsartige Schäden eine höhere Dämpfung als gesunde Gewebe; die Schadstelle wirft einen "akustischen Schatten". Nur bei einer Einfach-Bestrahlung kann die Ultraschalldämpfung durch eine Schadstelle richtig bewertet werden, denn bei einer zusammengesetzten Bestrahlung tritt dieser charakteristische Schatten nicht auf, weil Gewebe hinter der Schadstelle von nicht durch dieses gehende Strahlen getroffen wird.

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Jedoch können bei Verwendung van Spiegelreflektoren nuch einfache Bestrahlungen schlechte Bilder ergehen, uieil nur solche Gewebegrenzflachen bildlich dargestellt werden, die annähernd senkrecht zur Strahlrichtung liegen. Deshalb wendet man eine zusammengesetzte Bestrahlung an, im alle spiegelnden Reflektoren beispielsweise bei der Ultraschall-Mammographie zu erfassen.

Ulandleranordnungen für. zusammengesetzte Bestrahlungen enthalten insbesondere für schnelle Bilddarstellung üblicherweise phasengesteuerte lineare oder gekrümmte Anordnungen.

1ü Phasengesteuerte Anordnungen haben theoretisch eine hohe Auflösung, und lineare Anordnungen lassen sich gut fokussieren; beiden Ausführungen fehlen für gute Bilderjedoch zwei wichtige Eigenschaften: Ein mit der B-Darstellung vergleichbarer großer Dynamikumfang, und die Fähigkeit zur Darstellung von Information in einem einzigen Bild, die aus der "Betrachtung" des Gewebes aus verschiedenen Winkeln hervorging. Der Dynamikumfang wird stark durch reflektiertes Signalrauschen von anderen Punkten der Bildebene beschnitten. Unterhalb de3 Kauschpegels liegende echte Echos künnen nicht

2G wahrgenommen werden·, sie werden zugedeckt. Da kleine Gewebeschäden schwache Echos erzeugen, benötigt man einen großen Dynamikumfang beim Echoempfang, um sie zu erkennen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art aufzuzeigen, mit denen bessere Ergebnisse erzielbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist vorrichtungsseitig im Patentanspruch 1 und verfahrensseitig im Patentanspruch 3 angegeben. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in nachgeordneten UnteranBprüchen bzw. 3D der Figurenbeschreibung erläutert.

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Erfindungsgemäß wird mit der Wandleranordnung gleichzeitig eine einfache und eine zusammengesetzte Bestrahlung durchgeführt. Die Anordnung erzeugt mehrere, vorzugsweise sieben Strahlen und wird dabei z.B. von dem Bereich des Brustbeins bis zur Achsel bewegt, und dabei werden die Wandlerelemente nacheinander in der Reihenfolge 1, 2, 3, k, 5, 6, 7, h aktiviert. Ein Uandler strahlt zweimal am Ende der Folge. Bei jeder Strahlenfolge entstehen zwei Bilder, das "zusammengesetzte" Bild stammt von allen Wandlern, das einfache Strahlenbild van dem zum zweiten Mal angesteuerten.

Auf einem Abtast-Umsetzer erzeugen die Echos in bekannter üJeise ein Grauton-Bild. Die zusammengesetzte Bestrahlung kann auf einer Hälfte und die Einfach-Bestrahlung auf der anderen Hälfte des Umsetzers aufgezeichnet werden. So sind beide Bilder garantiert in der gleichen Gewebeebene, sind also miteinander vergleichbar. Beim Übergang zur nächsten Ebene kann das Bild in einem Speicher oder auf Uidea-Band gespeichert und der Abtast-Umsetzer für die nächste Bestrahlung gelöscht werden.

Erfindungsgemäß rotiert die Wandleranc-rdnung, während sie auf einer im wesentlichen kreisförmigen Bahn bewegt wird. Bei dieser Drehbewegung bleibt der mittlere Strahl auf den Mittelpunkt eines Kreisbogens der Beuiegungsbahn gerichtet. Die Winkelgeschwindigkeit der Rotation könnte gleich der Winkelgeschwindigkeit der Bewegung Bein, jednch würde dann der untersuchte Bereich während der gesamten Bestrahlung nicht von allen Wandlerelementen erfaßt werden. Erfindungsgemäß wird dieses Problem, wie aus der nachstehenden Figurenbeachreibung hervorgeht,'dadurch gelöst, daß die Drehbewegung der Wandleranardnung mit einer kleineren Winkelgeschwindigkeit als die kreisbogenfürmige Führungsbeiiiegung erfolgt, vorzugsweise mit der halben Winkelgeschwindigkeit.

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Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäSen Vorrichtung,

Fig. 2 eine typische LJandleranordnung zur Verwendung in Verbindung mit der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung einer dem Stand der Technik entsprechenden LJandlerbewegung, und

Fig. k eine ähnliche Darstellung zur Bewegung der erfindungsgemäßen LJandleranordnung.

Gemäß Fig. 1 befindet sich eine lüandleranordnung 10 an einem Ende eines Führungsarms 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das andere Ende des Führungsarms 12 ist drehbar mit einem ersten Lenker 14 verbunden, welcher gemeinsam mit einem ersten Zahnrad 16 rotiert. Ähnlich ist dem Führungsarm 12 über einen zweiten Lenker 16 mit einem zweiten Zahnrad 20 gekoppelt. Auf diese ideiBe wird die Irtandleranordnung 1D fest auf einer räumlichen Bewegungsbahn geführt.

Gtmäß Fig. 2 Bind auf einer Platte 110 kreiBbogenartig sieben üJandlerelemente 102 bis 108 so angeordnet, daß ihre jeweiligen Strahlen unter einem Ulinkel von 10 konvergieren und Bich Etwa in einer Entfernung von 9 cm in einem Scheitelpunkt 112 treffen. Dahinter divergieren die Strahlen und breiten sich durch einen zu untersuchenden Körper aus.

Gemäß Fig. 1 wird mit der üJandleranordnung 10 eine in einem Flüssigkeitsbehälter 22 aufgenommene Bruet durchstrahlt. Eine darin befindliche Flüssigkeit 24 ist üblicherweise Idasser, dient als Übertragungsmedium zwischen · Wandler und Brust und sorgt für einen natürlichen Auftrieb der Brust, die so ihre natürliche Form einnimmt, so daß sich brauch-

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bare HammDgramme erstellen lassen. Der in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitsbehälter Zk ist Gegenstand der

DE-DS (Anwaltszeichen EPL 77-5A) der .Anmelderin,

auf die hiermit verwiesen wird.

Im Betrieb der Vorrichtung von Fig. 1 werden die Zahnräder 16 und 2D durch ein Antriebszahnrad 26 gemeinsam im Uhrzeigersinne v/erdreht und bewegen den Führungsarm 12 etwa auf einer Kreisbahn. Dabei wird die Uandleranordnung 10 am Ende des Führungsarms 12 durch einen Kettentrieb verdreht, der aus einem mit dem Lenker 1B .verbundenen dritten Zahnrad 28, einer mit der Wandleranordnung 10 verbundenen vierten Zahnrad 30 und einer Kette 32 besteht. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Wandlerdrehung und der Führungsarmbewegung hängt von den Zähnezahlen der Zahnräder ZB und 30 ab.

Fig. 3 zeigt die Strahlrichtungen der Wandlerelemente im Verlauf einer Beuiegungsbahn, welche die Wandleranordnung bei einer Brustunterauchung durchläuft. Dabei bewegt sich der Scheitelpunkt 112 auf einem Kreisbogen, dessen Mittelpunkt mit 210 bezeichnet ist. Die nicht dargestellte Uandleranordnung rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit, welche der Bewegunge-üJinkelgeschudindigkeit gleich ist, so daß der mit k bezeichnete Mittelstrahl ständig durch den Bewegungsmittelpunkt 210 läuft. Aus Fig. 3 IBQt sich entnehmen, daß die seitlichen Strahlen die untersuchten Bereiche verfehlen, wenn die lilandleranordnung aus ihrer Mittelposition auswandert. In einer Position 1 verfehlen die Strahlen 1 bis. 3, und in einer Position 7 die Strahlen 5 bis 7 dieeen Bereich. Auf diese Weise wird ein Zielgebiet innerhalb der Brust nur relativ selten aus einer begrenzten LJinkelanzahl durchstrahlt, und das schadet der Bildauflöaung.

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Fig. k zeigt die erfindunqsgemäße Führung der LUandleranordnung 1Ü. Hier ist die Winkelgeschwindigkeit der Ldandleranordnung kleiner als die der Fuhrungsarmbeuegung, sie beträgt vorzugsweise die Hälfte. Folglich rotiert das mittlere LJandlerelement durch einen Kreisbogen, dessen Radius doppelt so groß ujie der Radius der Führungsarni-Bewegung ist. Folglich werden die Sbrahlen auf einen schmaleren Bereich innerhalb der Brust zusammengefaf31, und es wird eine bessere Bildauflösung erzielt.

1U üJie üiriyanya eruüliiiL kann die uJancJleranurUriung gleichzeitig Daten einer Einfach- und einer Mehrfach-Bestrahlung liefern. Die dafür nötige Elektronik ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht näher erläutert.

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Claims

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatalre* tgriei pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller siekarv/all 7

Triftstrasse 4, SieKerwall 7,

D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD 1

Case: EPL 77-5B 7. Februar 1980

Mü/Gdt/Th

LITTON INDUSTRIAL PRODUCTS, INC. 360 North Crescent Drive Beverly Hills, CA 90210 U.S.A.

Vorrichtung zur Positionsverschiebung der Wandler eines Ultraschall-Bildwiedergabesystems

Priorität: 9. Februar 1979 - USA - No. 010 894

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Positionsverschiebung der Wandlergruppe eines Ultraschall-Bildwiedergabesystems auf einer definierten Bahn, bei der jede Position einen Winkelbezug zu einem Zentrum der Bewegungsbahn hat, gekennzeichnet durch Elemente (12, 14...) zum Drehen der Wandlergruppe (10) um einen Mittelpunkt, der relativ zu einem Mittelpunkt der Bewegungsbahn versetzt ist (Fig. 4).

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente so ausgebildet sind, daß die Uandlergruppe (1D) mit einer von der Bewegungsbahn-liJinkelgeschwindigkeit abωεichenden Umdrehungsgeschwindigkeit bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit der Rotation die Hälfte der Bewegungsbahn-ldinkelgeschüiinriiqkHi t hnträqt.

k. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß diese folgende Baugruppen aufweist:

- einen Rahmen,

- einen Führungsarm (12), welcher die Wandlergruppe (1G) trägt,

- ein in dem Rahmen drehbar gelagertes, mit dem Führungsarm gekoppeltes und den Führungsarm auf einer im wesentlichen kreisbogenförmigen Beuegungsbahn bei eigener Rotation bewegendes Getriebeelement (18.. .), und

- eine in Abhängigkeit van der Rotation des Getriebeelementes (18) die Uandlergruppe mit einer kleineren Drehgeschwindigkeit umlaufend bewegende Übertragungseinrichtung (28,3D).

5. Vorrichtung nach Anspruch k,

. dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung ein an dem Führungsarm (12) drehbar gelagertes und gemeinsam mit dem Getriebeelement (18) umlaufendes Zahnrad (28), ein fest mit der LJaπd 1 ergruppe (10) verbundenes zweites Zahnrad (3D) und eine die beiden Zahnräder verbindende Kette (32) umfaßt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch Ί DdDr 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ZahnradübersEtzung der ÜbertragungsEinrichtung (28,3G) so gewählt ist, daB der Radius dar Rotation der üJandleranardnung (1D) größer als ein Radius der Führungsarm-Bewegungsbahn ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 ader k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die DrehgeschwindigkEit der Llandleranardniing kileiner als die der Führungsarmbewegung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationswinkelgeschwindigkeit etwa die Hälfte der Bewegungsbahn-üJinkelgeschwindigkeit beträgt.

9. Verfahren zur bildlichen Darstellung mittels Ultraachall in Verbindung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ü,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente der Anordnung so angesteuert werden, daß sie Impulse für eine zusammengesetzte Bestrahlung abgeben, und daß ein ausgewähltes UJandlerelement so angesteuert wird, daß es in der gleichen Position eine Einfach-Bestrahlung durchführt.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß das gleiche ausgewählte - UJandlerelement so angesteuert wird, daß es eine Einfach-Bestrahlung in jeder Position durchführte

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