DE3043047A1

DE3043047A1 - Verfahren und vorrichtung zur ultraschallabbildung mit radialen abtaststrahlen, mit einem hinter einer linearen transduktoranordnung liegenden hypothetischen ausgangspunkt

Info

Publication number: DE3043047A1
Application number: DE19803043047
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokyo Fukukita; Akira Tokyo Fukumotor; Yoshihiro Hayakawa; Kazuyoshi Sagamihara Irioka; Ryobun Kanagawa Tachita; Tsutomu Kanagawa Yano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-11-16
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1981-06-11
Also published as: US4368643A; JPH0137146B2; DE3043047C2; JPS5672857A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallabbildungssystem mit Sektorabtastung und insbesondere ein Verfahren mit einem dafür geeigneten System zur Erzeugung von radialen Abtaststrahlen von nacheinander angewählten Transduktoren einer linearen Anordnung, die einen Strahl ergibt, der anscheinend von einer hypothetischen Punktquelle hinter der Anordnung ausgeht.

Bekannte Sektorabtast-Ultraschallabbildungssysteme bestehen aus einer linearen Anordnung von Transduktoren, die nacheinander zu entsprechend verzögerten Zeiten durch elektrische Impulse aktiviert werden, so daß sich ein radialer Abtaststrahl ergibt. Die Verzögerungszeiten werden aufeinanderfolgend so verändert, daß der Radialstrahl jeweils schrittweise so abgelenkt wird, daß sich

ein Sektor-Abtastfeld ausbildet. Da dieses Sektorfeld einen Ausgangspunkt besitzt, der in der Transduktoranordnung liegt, wird der abgetastete Bereich in der Nähe der Abtastung sehr begrenzt.

Um dieses Problem zu überwinden, ist bekannt, einen wassergefüllten Beutel zwischen der Transduktoranordnung und der Oberfläche des abzutastenden Körpers anzuordnen. Durch dieses Verfahren wird zwar der abgetastete Bereich des Körpers vergrößert, jedoch werden die ausgesandten Strahlen an der Zwischenflächen zwischen Wasserbeutel und Körper reflektiert. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Strahl sich bei der Fortpflanzung durch den abgetasteten Bereich des Körpers und den Wasserbeutel zerstreut, so daß die Leistung und die Auflösung nicht zufriedenstellend wird.

Es ist weiterhin bekannt, Sektor- und Linear-Abtastverfahren durch Verwendung einer größeren Anzahl von linear angeordneten Transduktoren, als es bei Sektorabtastung üblich ist, zu

kombinieren, wobei eine Gruppen von hintereinander linear angeordneten Transduktoren jeweils angewählt wird/ und dann um einen Transduktor fortgeschritten wird. Die Transduktoren in den Gruppen, die in der Nähe der einander gegenüberliegenden Enden der Anordnung vorhanden sind, werden so aktiviert, daß sie ein Sektorabtastfeld in der Nähe jedes Endes der Anordnung bilden, während die dazwischenliegenden Transduktoren so aktiviert werden, daß die Strahlen linear geändert oder abgelenkt werden, um ein lineares Abtastfeld zwischen den End-Sektorabtastfeidern zu bilden. Dieses kombinierte Verfahren erweist sich als wirksam zur Ausdehnung oder Vergrößerung des abgetasteten Bereiches in der Nähe der Transduktoranordnung, jedoch erfordert es einen recht komplizierten Abtastkonverter zur Verarbeitung der rückgeführten Echosignale für die Sichtanzeige. Dazu treten bei diesem Verfahren Diskontinuitäten in den Grenzbereichen zwischen den linearen und den Sektorabtastfeldern auf.

Zur Überwindung der erwähnten Schwierigkeiten und Probleme werden erfindungsgemäß die Transduktoren einer linearen Ordnung in wechselnden Gruppen nacheinander so aktiviert, daß die ausgesandten Strahlen ein Sektorabtastfeld bilden, dessen Ursprung sich auf der vom zu untersuchenden Körper abgewendeten Seite der Transduktoranordnung befinden. Insbesondere werden die Verzögerungszeiten, mit denen die Transduktoren der jeweils angewählten Gruppe aktiviert werden, so verändert, daß der von jeder angewählten Transduktorgruppe ausgesendete Strahl von einem hinter der Transduktoranordnung, auf der vom zu untersuchenden Körper abgewendeten Seite liegenden hypothetischen Punkt auszugehen scheint.

Wegen der Sektorfeldgestaltung besitzen die radialen Abtaststrahlen im wesentlichen gleiche Tangens-Zuwachsschritte.

Dadurch ist die Verwendung eines Abtastkonverters möglich, der die durch die nacheinander angewählten Transduktorgruppen im Sektor-Abtastformat empfangenen Ultraschallechosignale in ein Rasterformat wandelt durch Erfassen und Wandeln der eingehenden Echosignale in digitale Echodaten mit Wandelraten, die sich wie der Kehrwert des Cosinus des Winkels der Radialabtaststrahlen ändern. Die digitalen Echodaten werden Spalte um Spalte in einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) eingelesen und dann Zeile um Zeile ausgelesen. Ein Interpolator kann vorgesehen sein, um zusätzliche Digitalechodaten zu schaffen, die Interpolationen zwischen benachbarten ausgelesenen Daten darstellen. Die ursprünglichen und die zusätzlichen Echodaten werden in einen Pufferspeicher eingelesen und seriell, vorteilhafterweise mit konstanter Rate zur Sichtanzeige ausgelesen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer

Ausführung der Erfindung, bei dem der Sendeabschnitt des Sektorabtast-Ultraschallabbildesystems gezeigt ist,

Fig. 2A und 2B Blockschaltbilder des Empfangsabschnitts des Systems,

Fig. 3 eine Darstellung der Sektorausbildung aus

Ultraschallstrahlen, die von einer hypothetischen Punktquelle auf der dem zu untersuchenden Körper abgewendeten Seite der Transduktoranordnung auszugehen scheinen,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der akustischen

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Abtastlinien des Sektorabtast-Abbildesystems, wobei die auf Quer-Rasterlinien angeordneten Erfassungspunkte oder Abtastpunkte (sample points) durch kleine Kreise hervorgehoben sind,

Fig. 5 ein Zeitschaubild für Signale aus der ,Schaltung nach Fig. 2A, und

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht von Echodaten, die orthogonal auf einem Bildschirm einer Sichtanzeigeeinrichtung angeordnet sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Ultraschallabtastsystem der erfindungsgemäßen Art umfaßt eine lineare Anordnung 1 aus in gleichen Abständen angeordneten piezoelektrischen Transduktoren Nr. 1 bis Nr. 128, die zur Aussendung von Ultraschallimpulsen und zum Empfangen von Echoimpulsen geeignet sind, welche von Zwischenflächen unterschiedlich dichter Bereiche eines zu untersuchenden Körpers oder Materials zurückgesandt werden. Eine Vielzahl von Analog-Multiplexern oder Schaltnetzwerken 2₁ bis 2_„ ist vorgesehen, wobei jeder Multiplexer vier Ausgangsklemmen besitzt, die mit den einzelnen Transduktorelementen so verbunden sind, daß die Aus gang sklemme Nr. 1 der Multiplexer 2.. bis 2_„ jeweils mit dem zugehörigen Transduktorelement Nr. 1 bis Nr. 32 verbunden ist, die Ausgangsklemmen Nr. 2 jeweils mit den Transduktorelementen Nr. 33 bis Nr. 64 usw. bis zur Verbindung der Ausgangsklemmen Nr. 4 mit den jeweiligen Elementen Nr. 97 bis Nr. 128. Es sind Zähler 3.. bis 3^ vorgesehen, die jeweils aufeinanderfolgend in Abhängigkeit von einem Signal eines 32-stufigen Schieberegisters 4 aktiviert werden, wobei dieses Signal wieder in Abhängigkeit von einem Taktimpuls von der Taktquelle 8 erzeugt wird. Dieser Taktimpuls wird mit einer Wiederholfrequenz von

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3 bis 4 kHz abgegeben, in Abhängigkeit von der Tiefe des Materials oder des Körpers, welche untersucht werden. Das Ausgangssignal des Schieberegisters 4 wird nach jedem Taktimpuls von der am weitesten links liegenden Bitlage bis zur am weitesten rechts liegenden Bitlage durchgeschoben in Abhängigkeit von den Taktimpulsen, bis die am weitesten rechts liegende, 32. Bitstellung nach dem 32. Taktimpuls erreicht wird, woraufhin der beschriebene Vorgang wiederholt wird, bis alle Zähler 3 durch ein Rückstellsignal gelöscht werden, das von einem Rückstellzähler 5 nach dem Empfang des jeweils 128. Taktimpulses abgegeben wird. In Abhängigkeit von jedem Eingangssignal vom Schieberegister 4 gibt jeder Zähler 3 ein Ausgangssignal ab, das eine 2-Bit-Darstellung der Nummer der anzuwählenden Ausgangsklemme des zugeordneten Multiplexers ist. Nach dem Auftreten jedes 32. Taktimpulses wird die

usw. Anwahl der Ausgangsklemme von Nr. 1 zu Nr. 2 weitergeschoben.

Jeder Multiplexer ergibt eine Verbindung zwischen seiner Eingangs/Ausgangs-Klemme I/O und der angewählten Ausgangsklemme. Damit sind während der ersten 32 Taktimpulse die Ausgangsklemmen Nr. 1 der Multiplexer 2.. bis 2₃„ so angewählt, daß sie eine Verbindung mit den jeweiligen Transduktoren Nr. 1 bis Nr. 32 herstellen. Sobald der 32. Taktimpuls erscheint, ändert der Zähler 3.. seinen Ausgangszustand so, daß beim Multiplexer 2.. der Anwählvorgang so geändert wird_f daß nun von Ausgangsklemme Nr. 1 auf Ausgangsklemme Nr. 2 übergegangen und eine Verbindung mit dem Transduktor Nr. 33 hergestellt wird, wodurch sich eine folgende Gruppe der Transduktoren Nr. 2 bis Nr. 33 als gleichzeitig angewählt ergibt. Beim Auftreten des 128. Taktimpulses sind die Ausgangsklemmen Nr. 4 der Multiplexer 2- bis 2^₂ gleichzeitig mit den jeweils den Transduktoren Nr. 97 bis Nr. 128 verbunden. Damit wird also eine Gruppe von aufeinanderfolgend angeordneten 32 Transduktorelementen

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gleichzeitig angewählt, wobei sich die Gruppe jeweils um ein Transduktorelement bei jedem Taktimpuls verschiebt.

Erreger- oder Sendekreise 6.. bis 6-.₂ sind jeweils mit der Eingabe/Ausgabe-Klemme I/O des jeweils zugehörigen Multiplexers 2₁ bis 2₃₂ verbunden. Wie in dem gestrichelten Rechteck 6_Λ dargestellt, gehört zu jedem Erregerkreis ein Festwert- oder Lesespeicher 60, ein programmierbarer Zähler 61 und ein Impulsgenerator 62. Der programmierbare Zähler 61 wird durch den Ausgang des Festwertspeichers 60 voreingestellt, wobei dieses Ausgangssignal wieder in Abhängigkeit von einem Adreßkode erzeugt wird, den ein Adreßzähler 7 zuliefert, dessen Eingang wiederum mit der Taktquelle 8 verbunden ist, so daß die in dem Festwertspeicher gespeicherten Daten jeweils in Abhängigkeit von den Taktimpulsen abgegeben werden. Der Zähler 61 erhält an seinem Zähleingang Signale von einem gemeinsamen Oszillator 9 und erzeugt beim Erreichen des voreingestellten Zählwertes ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal des Zählers triggert den Impulsgenerator 62 zur Erzeugung eines Sendeimpulses, der durch die jeweils bestehende Verbindung des zugehörigen Multiplexers an den jeweils angewählten Transduktor weitergegeben wird, so daß dieser einen Ultraschallimpuls in den Körper aussendet, und zwar zu einem Zeitpunkt, der jeweils eine vorbestimmte Verzögerung gegenüber der Ultraschallimpulsabgabe der benachbarten Transduktoren aufweist. Die Transduktoren einer aufeinanderfolgenden, angewählten Gruppe werden gleichzeitig durch Sendeimpulse von den Erregerkreisen 6.. bis 6__ aktiviert, und die einzelnen Ultraschallimpulse werden mit jeweiligen Zeitverschiebungen gegeneinander erzeugt, welche so beschaffen sind, daß ein Hauptstrahl gebildet wird, der eine bestimmte Winkelrichtung, bezogen auf die Senkrechte zur Linearerstreckung zur Anordnung 1 besitzt. Es sind

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in dem Festwertspeicher 60 eine Reihe von unterschiedlichen digitalen Verzögerungszeitdaten gespeichert und jedes Datum wird in Abhängigkeit vom Signal des Adreßzählers 7 so abgegeben, daß der voreingestellte Zählwert des Zählers 61 für jeden Winkelzuwachsschritt des ausgesendeten Hauptstrahles nachgestellt oder gültig ist.

Nimmt man zunächst an, daß die aus den Transduktoren Nr. bis Nr. 32 bestehende Gruppe ausgewählt ist, so besitzen die in dem Festwertspeicher 60 der Erregerkreise 6.. bis 6-D-) gespeicherten Verzögerungszeitdaten zunehmend ansteigende Werte in Richtung vom Transduktor Nr. 1 bis zum Transduktor Nr. 32, so daß dieser letzte Transduktor eine maximale Verzögerungs zeit d.. gegenüber dem Transduktor Nr. aufweist, wie Fig. 3 zeigt. Dadurch wird ein radialer Abtaststrahl B₁ von den Transduktoren Nr. 1 bis 32 ausgesendet. Nach dem Auftreten des folgenden Taktimpulses werden die von den jeweiligen Festwertspeichern abgegebenen Verzögerungszeitdaten so verändert, daß der Transduktor Nr. 33 den größten Verzögerungszeitwert d„, bezogen auf den Transduktor Nr. 2 erhält, so daß ein Abtaststrahl B„ ausgesendet wird. Entsprechend ergibt sich nach dem 128. Taktimpuls eine Verzögerungszeit d.. für den Transduktor Nr. 97, bezogen auf den Transduktor Nr. 128 in der Weise, daß ein radialer Abtaststrahl B97 ausgesendet wird, der gegenüber der Senkrechten auf der Anordnung 1 den gleichen Winkel wie der Strahl B₁ einschließt, jedoch nach der anderen Seite der Senkrechten. Es ist dabei darauf hinzuweisen, daß die Verzögerungszeitdaten so vorherbestimmt sind, daß alle radialen Abtaststrahlen, die von den aufeinanderfolgend angewählten Transduktorgruppen ausgesendet werden, von einem einzigen hypothetischen Punkt S zu stammen scheinen, der hinter der Transduktoranordnung 1 (vom zu untersuchenden Körper aus gesehen) liegt. Da alle Strahlen so angesehen

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werden können, als würden sie von einer einzigen Punktquelle abgegeben, und da alle Transduktorelemente der Anordnung 1 gleichen Abstand voneinander besitzen, weisen die ausgesendeten Strahlen im wesentlichen gleiche Tangens-Zuwachsschritte Δ Y zu beiden Seiten der Senkrechten R der Anordnung 1 auf, wie in Fig. 4 dargestellt.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß, wenn die Transduktoranordnung 1 in Berührung mit der Oberfläche eines menschlichen Körpers 100 gebracht ist, ein größerer Bereich des Körperinneren abgetastet wird, als es mit den bekannten Verfahren möglich ist, bei denen radiale Abtastlinien sich von einem an der Transduktoranordnung befindlichen Punkt aus erstrecken. Es ergibt sich dabei der Vorteil, daß wegen der gleichen Tangens-Zuwachsschritte über die volle Winkelabweichung die zurückkehrenden Echoimpulse in einem Abtastkonverter mit relativ einfacher Auslegung verarbeitet werden können.

Die ausgesendete Ultraschallenergie wird an Zwischen- oder Trennflächen zwischen unterschiedlichen Geweben oder Materialien mit unterschiedlichen Anteilen reflektiert, und die reflektierten Impulse kommen bei den Transduktoren zu unterschiedlich verzögerten Zeitpunkten vor der Aussendung des nächsten Ultraschallstrahles an. Die empfangenen Echosignale werden dann mit einem Zeitabstand abgetastet oder erfaßt (sampled), der umgekehrt proportional dem Cosinus des Abweichungswinkels des Strahles gegenüber der Senkrechten R ist, so daß die erfaßten Punkte in dem Sektorabtastfeld in einer Richtung parallel zur Transduktoranordnung ausgerichtet sind. Wie in Fig. 4 zu sehen, besitzen die abgetasteten oder erfaßten Punkte (in Fig. 4 durch kleine Kreise bezeichnet) gleiche Zeitabstände Δ T₁ längs des radialen Abtaststrahles B₁ und ebenfalls gleiche Zeitabstände ^. T. längs beispielsweise des Abtaststrahles B._r

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so daß die erfaßten Punkte in einer senkrecht zur Transduktoranordnung 1 zeigenden Richtung einen jeweils gleichen Abstand ΔΧ voneinander besitzen.

Die Fig. 2A und 2B zeigen einen Abtastwandler 10, der vorteilhafterweise in Verbindung mit der Sende- oder Gebereinrichtung nach Fig. 1 eingesetzt werden kann. Nach Fig. 2A umfaßt der Abtastwandler 10 eine Vielzahl von digitalen veränderlichen Verzögerungselementen 14.. bis 14_₂, wobei jeweils die Eingangsklemme jedes Elements mit der I/0-Klemme des jeweils zugehörigen Multiplexers 2.. bis 2^₂ verbunden ist. Die von den Transduktoren aus den Echoimpulsen erzeugten elektrischen Impulse werden jeweils über die Multiplexer 2.. bis 2₃„ zu den entsprechenden Verzögerungselementen 14. bis 14_„ geleitet. Die Verzögerungszeiten dieser Verzögerungselemente werden durch eine Reihe von Verzögerungsdaten bestimmt, die von einem Festwertspeicher 16 gemäß einer Adresse von einem Adressenzähler 18 mit einer Taktrate von beispielsweise 3 kHz abgegeben werden, wobei die Taktimpulse von einer Taktquelle 20 stammen. Durch diese Verzögerungselemente wird eine scharfe Fokussierung der Transduktoranordnung auf einen jeweils ausgewählten Punkt erreicht.

Die Ausgangssignale der Verzögerungselemente 14 werden einem Analog-Additionskreis 22 zugeleitet und gelangen von dort zu einem Detektor 24, in welchem die Hochfrequenzbestandteile des kombinierten Echosignals eliminiert werden, um die Hüllkurve zu erfassen. Das Ausgangssignal des Detektors gelangt zu einem Analog/Digital-Wandler 26, in dem das Echosignal in einen Digitalwert gewandelt wird, der eine Darstellung der Amplitude des empfangenen Echosignals ergibt, und diese gewandelten digitalen Daten gelangen zu dem Eingang eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff RAM 28.

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Der Abtastwandler 10 enthält auch noch einaiErfassungskreis oder eine Erfassungsschaltung, die durch einen Festwertspeicher 30, einen digitalen Addierkreis 32, einen Verriegelungs- oder Zwischenspeicherkreis 34, einen Digitalkomparator 36 und einen Binärzähler 38 gebildet wird. Der Festwertspeicher 30 ist mit einer Reihe von vorher aufgezeichneten Erfassungsdaten versehen, wobei jedes Datum den Schritt-ErfassungsZeitraum für jeweils einen Radialstrahl darstellt. Dieser Zeitraum oder dieses Intervall ist umgekehrt proportional zum Cosinus des Abweichungswinkels θ gegenüber der Senkrechten R auf die Transduktoranordnung 1 . Jedes Erfassungsdatum wird als Antwort auf Adreßdaten von dem Zähler 18 ausgelesen und einem ersten binären Dateneingang des Addierkreises 32 zugeführt. Der Inhalt des Addierkreises 32 wird an den Zwischenspeicher 34 als Referenzdatum für den Komparator 36 weitergeleitet, um einen Vergleich mit weiteren Daten herzustellen, die vom Zähler 38 zugeführt werden. Diese Daten sind eine Binärdarstellung der Anzahl von Taktimpulsen mit einer Taktrate von beispiels-

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weise MHz, die der Zähler 38 von der Taktquelle 20 erhält, so daß sich diese Binärdarstellung mit einem Zuwachsschritt von einem Bit in Abhängigkeit von den Eingangstaktimpulsen ändert_f wie es grob durch eine Linie 40 in Fig. 5 dargestellt ist. Wenn diese Zeitvariationsdaten gleich den Referenz-Zuwachserfassungsdaten A T₁ sind, ergibt der Komparator 36 ein Koinzidenz-Ausgangssignal an den Analog-Digital-Wandler 26 und den Verriegelungs- oder Zwischenspeicherkrexs 34, so daß dieser seinen Inhalt über eine Rückführungsleitung 33 an einen zweiten Binärdateneingang des Addierkreises 32 übergibt, so daß die vorbestimmten Schrittzuwachsdaten zweimal in dem Addierkreis gesammelt'werden und an den Zwischenspeicherkreis 34 übertragen werden, um nun Daten der Größe

2-OT₁ an den Komparator 36 anzulegen. Auf diese Weise werden die Erfassungsdaten aufeinanderfolgend akkumuliert, und erzeugen Koinzidenzausgangssignale vom

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Komparator 36 zu etwa gleichen Zeitabständen & T₁.

Auf diese Weise werden die längs des Weges des Strahles B₁ zurückkehrenden Echosignale in Zeitabständen Δ T₁ erfaßt. Beim Erfassen der Echosignale längs des Weges des Strahles B- wird ein Zuwachserfassungsdatum A T. vom Festwertspeicher ROM 30 in den Addierkreis 32 ausgelesen, und der eben beschriebene Vorgang wird wiederholt, um aufeinanderfolgend die Daten mit einem Zuwachsschritt von Δ·Τ. zu akkumulieren, wie es mit gestrichelten Linien 41 in Fig. 5 dargestellt ist; dabei werden Koinzidenzausgangssignale mit den Abständen Δ T₄ erzeugt.

Die digitalen Echodaten vom Analog/Digital-Wandler 26 werden spaltenweise in den RAM 28 eingeschrieben, in Abhängigkeit von Zeilenadreßdaten vom Zähler 18 und Spaltenadreßdaten vom Zähler 42, die wiederum in Abhängigkeit von jedem Koinzidenzausgangssignal des Komparators 36 gezählt werden. Es ist zu sehen, daß die erfaßten Daten in den Speicherplätzen des RAM 28 gemäß der Darstellung in Fig. 4 so gespeichert werden, wie es den mit kleinen Kreisen bezeichneten Schnittpunkten der Spalten und Zeilen entspricht.

Die in dem RAM 28 gespeicherten Daten werden durch Zeitoder Taktimpulse gesteuert zurückgewonnen, welche von einer zweiten Taktquelle 44 stammen. Der Taktimpuls V tritt dabei mit Intervallen auf, die der Vertikalsynchronisation einer Kathodenstrahl-Anzeigeröhre entsprechen, und die Taktimpulse H entsprechen der Horizontalsynchronisation. Die Taktquelle 44 erzeugt daneben Taktimpulse L und M, wobei die Impulse L in 1 : N des Zeitabstandes der Horizontalabtastzeitlänge oder Zeilenschreiblänge auftreten, wobei N die Gesamtzahl der ültraschallstrahlen im Sektorfeld ist, während die Impulse M mit viel größerer Rate als die Impulse L auftreten, beispielsweise mit dem typischen Wert 14 MHz.

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Die Adreßzähler 46 und 48 erhalten Taktimpulse H und I·, um jeweils Zeilen- und Spalten-Adreßdaten zu erzeugen zum Auslesen der Daten aus dem RAM 2 8 in Richtung seiner Zeilen. Insbesondere werden die in jeder Zeile gespeicherten Daten der Reihe nach während jeder horizontalen Abtastzeit mit konstanter Geschwindigkeit in Abhängigkeit von den Spaltenadreßdaten vom Zähler 48 aus-gelesen, und es wird zur nächstbenachbarten Zeile in Abhängigkeit von den Zeilenadreßdaten vom Zähler 46 übergegangen. Um die Zähler 46 und 48 zu löschen, werden die Impulse V und H jeweils an die Zähler 46 bzw. 48 angelegt.

Die so in Zeilenrichtung aus dem RAM 28 wiedergewonnenen Daten werden einem Interpolator oder Zwischenwert-Bildekreis 50 zugeführt, in dem zusätzliche Echodaten erzeugt werden, die Interpolationswerte zwischen nacheinander vom RAM 28 wiedergewonnenen Echodaten darstellen. Beispielsweise umfaßt der Interpolator 50 einen Digital-Verriegelungskreis oder -Zwischenspeicher 52 und eine Vielzahl von digitalen Addierkreisen 54, 56 und 58. Diese Addierkreise sind jeweils so ausgelegt, daß sie die Summe aus zwei angelegten Eingangs-Binärdaten bilden und ein Ausgangssignal ergeben, das diese Summe durch den dezimalen Wert 2 teilt. Im praktischen Ausfuhrungsfall erhält beispielsweise jeder Addierkreis eine Anzahl von Binärziffern für die jeweiligen Eingangsdaten, führt eine Addition aus und ergibt eine Anzahl von Ausgangs-Binärziffern, die das Ergebnis der Addition mit Ausnahme des geringstwertigen Bit darstellen.

Wird angenommen, daß die digitalen Echodaten a₁ und a„ nacheinander vom RAM 28 wiedergewonnen werden, so erscheinen die Daten a₁ am Ausgang des Zwischenspeichers 52, sobald die darauffolgenden Daten a₂ an der Datenausgangskleinme des RAM 28 erscheinen. Das Ausgangssignal des Zwischenspeichers 52 wird gleichzeitig direkt einer Klemme A zugeführt. Der

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Addierkreis 54 ergibt Ausgangsdaten (a + a. )/2, und führt sich gleichzeitig den Addierkreisen 56 und 58 und einer Klemme C zu. Der Addierkreis 56 erhält an seinem anderen Eingang Daten vom Zwischenspeicher 52 zur Bildung eines Ausgangssignals Oa₁ + a_?)/4, das an eine Klemme B angelegt wird und als erster Interpolationswert dient, während das an der Klemme C anliegende Signal als zweiter Interpolationswert dient. Der Addierkreis 58 empfängt an seinen Eingängen das Ausgangssignal des RAM 28 bzw. das Ausgangssignal des Addierkreises 54 und bildet ein Ausgangssignal (a.. + 3a„)/4 und dieses Ausgangssignal dient, an Klemme D angelegt, als dritter Interpolationswert. Der Zwischenspeicher 52 arbeitet in Abhängigkeit von den Taktimpulsen L zur Erneuerung seines Inhalts, so daß die an den Klemmen A bis D anliegenden Ausgangsdaten in Abhängigkeit von der Ankunft jeweiliger Echodaten vom RAM 28 erneuert werden.

Die aus dem Zwischenwertbildner oder Interpolator 50 ausgelesenen Daten werden in einen Leitungsspeicher 60 in Abhängigkeit von Schreib-Adreßdaten eingeschrieben, die von dem Zähler 48 über eine Klemme E gleichschrittig mit einem Schreib-Freigabeimpuls von einem Flip-Flop 62 abgeleitet werden, welches diese wechselweise in Abhängigkeit von den Taktimpulsen H über die Klemmen F₁ und F„ an den Leitungsspeicher 60 abgibt.

In Fig. 2B sind Einzelheiten des Leitungsspeichers 6O dargestellt. Er enthält zwei Pufferspeichergeräte 60-1 und 60-2. Die Klemmen A bis E der Pufferspeichergeräte sind jeweils gemeinsam mit den Interpolator-Ausgängen verbunden, während die KlemmaiF.. und F₂ getrennt davon mit den Ausgangsklemmen des Flip-Flop 62 verbunden sind, so daß die Pufferspeicher 60-1 und 60-2 alternativ freigegeben werden zum Empfang der Eingabedaten von dem Interpolator 50. Das Auslesen aus dem Leitungsspeicher 60 wird über eine Schaltung

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bewirkt, die einen Festwertspeicher ROM 64, einen Digitaladdierkreis 68 und einen Verriegelungs- oder Zwischenspeicher 70 umfaßt. Im ROM 64 ist eine Reihe von vorher aufgezeichneten Zuwachs-Adreßdaten gespeichert, wobei jedes Datum den Datenabstand zwischen aufeinanderfolgenden vorgewählten Speicherplätzen des Leitungsspeichers 60 darstellt, bezogen auf jede Rasterabtastung. Die jeweiligen Zuwachsadreßdaten, die beispielsweise 20 Bit enthalten, werden als Antwort auf ein Ausgangssignal eines Adreßzählers 66 synchron zum Horizontaltaktimpuls H ausgelesen. Der Addierkreis 68

die. aus,geles.enen Zuwachs-Adreßdaten. , _„, empfang^ tn seinem ersten Bmaraateneingang und fuhrt sein Ausgangssignal einem Zwischenspeicher- oder Verriegelungskreis (latch) 70 zu, der jeweils in Abhängigkeit von den Taktimpulsen mit höchster Geschwindigkeit M freigegeben wird. Die Ausgangsdaten des Zwischenspeicher- oder Verriegelungskreises 70 werden mit den Pufferspeichern 60-1 und 60-2 verbunden sowie mit dem zweiten Binärdateneingang des Addierkreises 68, der die seinem ersten und seinem zweiten Eingang zugeführten Daten summiert. Damit wird der Inhalt des Addierkreises 68 und damit des Zwischenspeicheroder Verriegeiungskreises 70 jeweils mit den Taktimpulsen M nachgestellt, um aufeinanderfolgend akkumulierte Adreßdaten zu erzeugen, und die an vorgewählten Speicherplätzen des Leitungsspeichers enthaltenen Daten werden seriell mit konstanter Geschwindigkeit zurückgewonnen oder ausgelesen« Die Anzahl der vorgewählten Speicherplätze für jede Rasterabtastzeile ist so festgelegt, daß die Datendichte bei jeder Rasterabtastung annähernd gleich ist. Mit anderen Worten, der Datenabstand einer Rasterabtastzeile wird entsprechend der Länge der Rasterabtastung durch das Sektorfeld verändert, das auf dem Anzeigebildschirm erscheint. Dadurch wird eine Wiedergabe der Echosignale auf dem Bildschirm so erzeugt, daß diese in orthogonalen Zeilen entsprechend Fig. 6 angeordnet sind, statt daß sie sich längs radial erstreckender Linien anordnen.

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Der Abtastwandler 10 enthält weiter Festwertspeicher 72 und 74 sowie voreinstellbare Freigabe- bzw. Sperrzähler 76 bzw. 78. Die ROM 72 und 74 erhalten Adreßdaten vom Zähler 66, um jeweils die Zählwerte der voreinstellbaren Zähler 76 bzw. 78 einzustellen. Der ROM 72 ist mit einer Datenreihe versehen, die jeweils den Abstand von einem Bezugspunkt einer Vertikalspalte des Anzeigebildschirms zum Anfangspunkt jedes horizontalen Rasterablaufs darstellt, der das Sektorfeld bildet. Der ROM 74 ist mit einer Reihe von Daten versehen, die jeweils die Länge jeder Rasterabtastzeile durch das Sektorfeld darstellen. Die voreinstellbaren Zähler 76 und 78, die jeweils durch Taktimpulse H auf Null gestellt werden, empfangen Taktimpulse M, um den Addierkreis 68 und den Zwischen- bzw. Verriegelungskreis 70 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Zählers 76 freizugeben und sie in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Zählers 78 zu sperren.

Die digitalen Ausgangssignale des Leitungsspeichers 60 werden an einen Digital/Analog-Wandler 8O angelegt und dort in Analog-Echosignale gewandelt, während des durch die Ausgangssignale 76 und 78 bestimmten Zeitablaufs und einem Mischer 82 zugeführt, in dem sie mit Vertikal- und Horizontal-Synchronisationssignalen gemischt werden, um ein Gesamt-Videosignal für die Sichtanzeigeeinheit 84 zu erzeugen.

Damit entsteht ein Ultraschallabbildungssystem mit einer linearen Anordnung aus Transduktoren, in welcher eine Gruppe aufeinanderfolgend angeordneter Transduktoren angewählt wird, wobei diese aufeinanderfolgend um mindestens einen Transduktor fortschreitet. Die Transduktoren der angewählten Gruppe werden aufeinanderfolgend mit jeweiligen Verzögerungszeiten aktiviert, um einen radialen Abtaststrahl auszusenden, der von einer hypothetischen Punktquelle auszugehen scheint, die vom zu untersuchenden Körper aus gesehen hinter der Transduktoranordnung liegt. Ein

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Abtastwandler ist vorgesehen zur Wandlung der analogen Echosignale im Sektorabtastformat in digitale Echodaten im Rasterformat zur Zuführung zu einem Sichtanzeigegerät.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von radialen Ultraschall-Abtaststrahlen unter Benutzung einer linearen Transduktoranordnung, dadurch gekennzeichnet , daß eine Gruppe aufeinanderfolgend angeordneter Transduktoren aus der linearen Anordnung angewählt wird, daß die Transduktoren der angewählten Gruppe aufeinanderfolgend zu unterschiedlich verzögerten Zeitpunkten aktiviert werden, um einen Abtaststrahl zu erzeugen, der von einer hypothetischen, hinter der linearen Anordnung gelegenen Punktquelle zu kommen scheint, daß aufeinanderfolgend die angewählte Transduktorgruppe um jeweils einen Transduktor

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MANITZ ■ FINSTERWALD ■ HEYN ■ MORGAN 8000 MÜNCHEN 22 ■ ROBERT-KOCH-^HASSE 11- TEL. (069) 22 «'¹ /f LJ*· «£» ^{67Z PATMF}

GRAMKOW · ROTERMUNO · 7000 STUTTGART50 (BAD CANNSTATp · SEELBERGSTR. 23/25 TEL. (0711) 567261 ZENTRALKASSEBAYER. VOLKSBANKEN· MÜNCHEN ■ KONTO-NUMMER 7270 · POSTSCHECK: MÜNCHEN 77062-80S

ORIGINAL INSPECTED

in Abhängigkeit von einem Taktimpuls verschoben wird, und daß aufeinanderfolgend die Größe der Verzögerungszeiten in Abhängigkeit von dem Taktimpuls so geändert wird, daß die aufeinanderfolgend aktivierten Transduktoren der verschobenen Gruppen radiale Abtaststrahlen aussenden, die von der Punktquelle auszugehen scheinen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die eingehenden, durch die Transduktoren der ausgewählten Gruppe empfangenen Echosignale erfaßt und in digitale Amplitudenechodaten gewandelt werden mit Wandelraten, die sich umgekehrt wie die Cosinuswerte der Winkel der radialen Abtaststrahlen verhalten, wodurch die Erfassungspunkte sich längs in Querrichtung erstreckender Rasterlinien senkrecht zur Senkrechten zur linearen Anordnung ergeben, daß die digitalen Echodaten Abtastzeile um Abtastzeile in einen Speicher eingeschrieben werden mit einer Matrix aus Speicherplätzen, die in Spalten und Zeilen organisiert ist und daß die gespeicherten digitalen Echodaten Rasterzeile um Rasterzeile ausgelesen werden, daß die ausgelesenen Daten interpoliert werden, um zusätzliche digitale Echodaten zu erzeugen, die repräsentativ für eine Interpolation zwischen benachbarten ausgelesenen Daten sind_/ und daß die ausgelesenen Daten und die zusätzlichen Daten in einen Pufferspeicher eingeschrieben werden, und daß die Daten aus dem Pufferspeicher mit konstanter Rate seriell ausgelesen werden.

3. Ultraschallabbildungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine lineare Anordnung (1) aus piezoelektrischen Transduktoren (Nr. 1...Nr. 128) vorgesehen ist, daß eine erste Einrichtung (2-,....2₃₂;

3. ,...3^2? ⁴/ ⁵? ⁶i"**⁶32^? ^' ^ ^{zur Auswanl} einer Gruppe aus aufeinanderfolgend angeordneten Transduktoren

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aus der linearen Anordnung (1) und zum aufeinanderfolgenden Verschieben der ausgewählten Transduktorgruppe um mindestens einen Transduktor als Antwort auf einen Taktimpuls, und eine zweite Einrichtung (6^ ,...6-.; 60, 61, 62; 7; 8; 9) zum aufeinanderfolgenden Aktivieren der Transduktoren der ausgewählten Gruppe zu bei den verschiedenen Transduktoren verzögerten Zeitpunkten vorgesehen ist, um einen radialen Abtaststrahl (B₁, B₂,... B__) auszusenden und aufeinanderfolgend die Verzögerungszeiten in Abhängigkeit von den Taktimpulsen so zu verändern, daß die ausgesandten Abtaststrahlen von einer hinter der linearen Anordnung (1) gelegenen hypothetischen Punktquelle (S) auszustrahlen scheinen.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Vielzahl von Erregerkanälen (6.., 6„,...6^₂) zur Erzeugung eines elektrischen Impulses in jedem Kanal umfaßt, wobei der elektrische Impuls jeweils gegenüber den in anderen Kanälen erzeugten elektrischen Impulsen verzögert ist, daß jeder Erregerkanal eine Einrichtung (60, 61) zum Verändern der Verzögerungszeit des Impulses gegenüber den in anderen Kanälen erzeugten Impulsen in Abhängigkeit von den Taktimpulsen enthält und daß die erste Einrichtung eine Einrichtung (2.., 2_,...2 _) zur Verbindung der Ausgangssignale der Erregerkanäle mit den Transduktoren der ausgewählten Gruppe und zum aufeinanderfolgenden Verändern der ausgewählten Gruppe zur nächsten Gruppe in Abhängigkeit von den Taktimpulsen umfaßt.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e η η zeichnet,daß ein Abtastwandler (10) vorgesehen ist zum Wandeln der von den jeweiligen ausgewählten Transduktorgruppen empfangenen ültraschallechosignale vom Sektorabtastformat zum Rasterformat, wobei der Wandler folgende Einrichtungen enthält;

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eine Vorrichtung (14., 14_,...14; 16 bis 26) zum Erfassen und Wandeln der eingehenden Echosignale in · digitale Echoamplitudendaten mit Raten, die sich reziprok zum Cosinus des Winkels (Θ) der radialen Abtaststrahlen ändern, wodurch die Erfassungspunkte sich längs senkrecht zur Normalen stehender Querrasterzeilen befinden (Fig. 6),

einen digitalen Speicher (28) mit einer Matrix von jeweils einem Erfassungspunkt entsprechenden, in Spalten und Zeilen angeordneten Speicherplatzzellen, eine Einrichtung (30 bis 48) zum spaltenweisen Einschreiben der digitalen Echodaten in den Speicher (28) und zum zeilenweisen Auslesen der gespeicherten Echodaten, einen Interpolator (50) zur Erzeugung zusätzlicher digitaler Echodaten, die Interpolationen zwischen aufeinanderfolgend ausgelesenen Daten darstellen und zum Einschreiben der ausgelesenen Daten und der zusätzlichen Daten in einen Pufferspeicher (60), und eine Einrichtung (64 bis 84) zum seriellen Auslesen der digitalen Daten aus dem Pufferspeicher mit konstanter Rate.

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