DE3234259A1

DE3234259A1 - Einrichtung und verfahren zur verarbeitung von ultraschall-echosignalen

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Publication number: DE3234259A1
Application number: DE19823234259
Authority: DE
Inventors: David E. 07621 Bergenfield N.J. Arnold; Irwin 10956 New City N.Y. Beretsky; Bruno 10701 Yonkers N.Y. Pellegrini
Original assignee: Chromasonics Inc
Current assignee: Chromasonics Inc
Priority date: 1981-09-17
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1983-03-24
Also published as: AU8849682A; IL76053A0; CA1182550A; GB2153530A; JPH0241334B2; FR2512988A1; AU567084B2; GB2151787B; AU592907B2; GB2107871A; US4412544A; IL66806A0; IL66806A; JPS58127643A; AU591363B2; FR2512988B1; GB2151787A; GB8500462D0; AU8134587A; GB2153530B

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER "t$ VtfOO Ε5δΕΓ\Γΐ · AM'RC/HRSTEIN 1 · TEL.: (0201) 412687

Seite - ·*^L C

CHROMASONICS, INC.
55 South Main Street, New City, New York 10956, V.St.A.

Einrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von Ultraschall-Echosignalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von impulsförmigen Ultraschall-Echosignalen, Insbesondere zur eingriffslosen biophysikalischen Diagnose»

Bekannte akustische Untersuchungsverfahren und -einrichtungen sind von Beretsky u.a. beispielsweise in den US-PS'n 3 830 223, 3 934 458 und 4 063 549 beschrieben, wobei die Methode kohärenter Bestimmung, d. h. die Bestimmung und Verarbeitung sowohl der Amplitude als auch der Phase in reflektierten akustischen Energieimpulsen ganz allgemein benutzt und beschrieben wird.

Bei einer bekannten Technik werden Zeitebenen- und Frequenzebenen-Signalverarbeitungsmethoden verwendet, die jedoch umständlich sind und enorme Computerkapazitäten

erforderlich machen. Hierzu gehören die o. g. US-PS·η 3 830 223 und 4 063 549. Aufgrund der Natur der bei der Ultraschalluntersuchung verwendeten akustischen Impulse entstehen mathematische Singularstellen, welche schwer

Z/ko.

zu eliminieren sind und zu beträchtlicher Informationsverschlechterung führen. Bei den bekannten Signalverarbeitungsmethoden wird jedes zurückkehrende Echo so verarbeitet, daß zunächst das Einzelecho in einem geeigneten Speicher gespeichert und danach Signalverarbeitungsalgorithmen verwendet werden, welche eine beträchtliche Prozeßzeit bedingen. Die Notwendigkeit erheblicher Speicher und Verarbeitungszeiten zur Bestimmung der einlaufenden Echos begrenzt die Anwendung dieser Methoden auf solche Ultraschalluntersuchungen, welche rasch abgewickelt werden können. Bei der aus der US-PS 3 934 458 bekannten Methode werden Polarität und Amplitude des Echosignals ohne komplizierte Signalverarbeitung durch Verwendung einer besonderen akustischen Impulswellenform verarbeitet. Die Gewinnung dieser gewünschten Impulswellenform ist jedoch eine schwierige Aufgabe und wird durch kleinere Fehler oder Toleranzen bei der Herstellung praktikabler Wandler noch weiter kompliziert. Beide Schwierigkeiten verringern wesentlich die Effektivität dieser Methode. Gewöhnlich verwendete Wandler erzeugen mehr komplexe akustische Impulse als bei diesem Verfahren gebraucht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Amplitude und Polarität einer Ultraschallimpulsfolge zur Verfügung zu stellen, mit denen bei vergleichsweise geringen Speicherkapazitäten und Prozeßzeiten eine zuverlässige Signalauswertung auch bei Verwendung üblicher, einfach aufgebauter und zuverlässig arbeitender akustischer Wandler gewährleistet ist. Vermieden werden soll insbesondere die zeitaufwendige Signalverarbeitung und/oder die Verwendung spezieller akustischer Wandler komplizierter Ausbildung und Einstellung, wie sie bei herkömmlichen Methoden zur Bestimmung der Amplitude und Polarität einer Ultraschallimpulsfolge erforderlich waren. Verbessert werden soll

AO

auch die Auflösung des sich nach der Signalverarbeitung ergebenden topographischen Bildes. Die Polaritäts- und Amplitudeninformation der Echoimpulsfolge dient bei der Erfindung zur Anzeige der Gewebeorganisation, -struktur und -eigenschaften in einem angezeigten Bild. Die Polaritätsinformation der Echoimpulsfolge kann auf einem Farbfernsehschirm angezeigt werden, und die angezeigte Farbintensität wird zur Darstellung der Amplitudeninformation der Echoimpulsfolge verwendet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung und Methode basieren auf der Beschallung wenigstens eines Bereichs eines Körperteils mit akustischen Energieimpulsen, der Bestimmung der Polarität und Amplitude des sich ergebenden Echoimpulses und der Anzeige der gewonnenen Daten in einem Farbfernsehformat, wobei eine Verbesserung der Auflö-.sung der Kennwerte der Gewebeeigenschaften erreicht wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden einerseits die Amplitude oder Stärke des Echoimpulses und andererseits die Polaritätsrichtung des Echoimpulses bei der Spitzenamplitude jedes Echoimpulses gleichzeitig bestimmt. Dabei wird eine generelle Eigenschaft der akustischen Impulse für die Bestimmung der Polarität und Amplitude des Echoimpulses ausgenutzt. Die Amplituden- und Polaritätswerte des Echoimpulses dienen zur Erzeugung der Intensität (Leuchtdichte) und Farbe (Chrominanz) des untersuchten Körperteils für jedes einzelne, zum Bild gehörige Bildelement (Pixel). Da Vielfachechos und deren zugehörigen Polaritäten einem einzigen Bildelement entsprechen können, ist ein Ausmitteln der Polaritäts- und Amplitudeninformation vor der Anzeige erforderlich. Eine geeignete Mittelwertbildung der Leuchtdichte und Chrominanz dient zur Gewinnung des besten Wertes der Farbe innerhalb des Bildelements. Vielfachzeilen der Echoimpulsfolgen werden danach als Bildinformation gespeichert und als endgültiges

Bild in einem Standard-Farbfernsehformat zur Anzeige gebracht.

Insbesondere sieht die Erfindung eine Einrichtung zur Verarbeitung von Mehrfachzyklus-Ultraschal1-Impulsecho-Signalen, die durch Amplituden— und Polaritätswerte gekennzeichnet sind, in Kombination mit einem Ultraschallsignale aussendenden und deren Echos empfangenden Sende-Empfangsgerät vor. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Integratoreinrichtung zum Akkumulieren der Ultra- ' schall-Echosignale für jede Halbwelle der Mehrfachzyklus-Ultraschall-Impulsechosignale und zum Erzeugen des Absolutwerts des integrierten Halbwellensignals aus der Halbwelle des Mehrfachzyklus-Impulsechosignals auf. Dabei ist ferner eine Einrichtung zur Prüfung einer Vielzahl von Absolutwerten der Halbwellensignale und zum Analysieren dieser Viehlzahl von Halbwellensignalen vorgesehen, die feststellt, ob ein vorgegebenes, ein Impulsecho charakterisierendes Muster unter der Vielzahl von Halbwellensignalen vorhanden ist. Diese Prüf- und Analysiereinrichtung ist mit der Integratoreinrichtung gekoppelt. Aufgrund dieser Kombination werden von einem komplexen Körpermedium reflektierte Einzelechos ohne komplizierte Berechnungsschritte und ohne die Verwendung besonderer Ultraschallwandler bestimmt.

GemM3 einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Einrichtung zur Anzeige einer Vielzahl von durch Amplitude und Polarität bestimmten Signalen (Pixeln) vorgesehen, die einen Teiler mit einer Polaritätsdaten-Eingangscharakteristik der Vorzeichensumme einer Vielzahl von bestimmten Signalen und einer Amplitudeneingangscharkteristik der Summe der Absolutwerte der Vielzahl von bestimmten Signalen aufweist. Der Teiler erzeugt am Ausgang ein Verhältnissignal, das gleich dem Verhältnis des Polaritätseingangs zum Amplitudeneingang

ist. Ein Farbtongenerator ist mit dem Teiler gekoppelt und zeichnet das ausgegebene Varhältnissignal in eine lineare Kombination von primären Farbtonsignalen ein. Aufgrund dieser Kombination wird aus der Polarität eine Farbanzeige für jedes Pixel entwickelt, die von der

ι Intensität jedes Pixels unabhängig ist. Der Amplituden-

eingang wird danach zur Erzeugung eines Intensitäts

signals für jedes Pixel verwendet.

Die Auflösung und Indizierung des Gewebes kann dadurch

' verbessert werden, daß ein gewichteter Übergang zwischen

! den Ultraschall-Impulsechos. zur Anzeige einer akustischen

Grenzfläche geschaffen wird. Zu diesem Zweck ist eine Ein-' richtung zur Erzeugung eines Amplitudensignalcharakteri-

'. stikums der Spitzenamplitude jedes Echos, eine Einrich-

: tung zur Erzeugung eines Polaritätssignalscharakteristikums

ι des Vorzeichens des Spitzenwerts jedes Echos und eine

j Polaritätsänderungsmarkiereinrichtung vorgesehen, die mit

den Einrichtungen zur Erzeugung von Polaritäts- und Spitzen-

!' amplitudensignalen gekoppelt ist, wobei die Markiereinrich-

, tung einen Zeitpunkt einer Polaritätsumkehr in. Abhängigkeit

von der Umkehr des Polaritätssignals berechnet» Die Zeitauswahl wird nach dem Spitzenamplitudensignal für zwei '

■ aufeinanderfolgende Impulsechos bewertet, von denen eines

kurz vor und das andere kurz nach der Umkehr des Polari-. tätssignals auftritt. Durch Verwendung der Amplituden-

: und Polaritätscharakteristiken der Impulsechos kann daher

ein abgestufter Übergang zwischen den Impulsechos zur Darstellung einer akustischen Grenzfläche angezeigt werden.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Bestimmung der Amplitude und Polarität von Vielfachzyklus-Impulsechos zur Verfugung gestellt, die von komplexen Medien reflektiert werden. Dabei wird jedes Halbwellensignal des Multizyklus-Impulsechos integriert und ein dem absoluten Integralwert

entsprechendes Signal erzeugt. Eine Reihe von aufeinanderfolgenden Integralwertsignalen werden dann verglichen, um festzustellen, ob unter ihnen ein vorgegebenes Muster vorhanden ist. Wenn das vorgegebene Muster festgestellt wird, wird ein Spitzenidentifizierungssignal erzeugt. Aufgrund der Kombination dieser Schritte können Ultraschallechos ohne eine komplizierte Signalverarbeitung und zeitaufwendige Berechnung und ohne besondere akustische Impulsgeneratoren oder -wandler bestimmt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird ein Verfahren zur Anzeige einer Vielzahl von für jedes Pixel bestimmten Signalen zur Verfugung gestellt, welche durch einen Amplituden- und einen Polaritätswert charakterisiert sind. Dabei wird ein Verhältnis der Vorzeichensumme der Vielzahl von bestimmten Signalen zu der Summe der Absolutwerte der Vielzahl von bestimmten Signalen erzeugt. Eine Linearkombination von primären Farbtonsignalen wird danach in Abhängigkeit von diesem Verhältnis erzeugtJSin +1-Wert des Verhältnisses wird in einen primären Farbton umgesetzt; ein -1 wird in einen sekundären Primärfarbton umgesetzt; Null (0) ist eine Linearkombination der gleichen Werte von +1 und -1 und stellt einen dritten Farbton dar, der nicht primär ist. Werte zwischen +1, 0 und -1 werden in Linearkombinationen der beiden primären Farbtöne umgesetzt. .

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein bewerteter Übergang zwischen Ultraschall-Impulsechos zur Anzeige gebracht, der eine akustische Grenzfläche anzeigt. Dabei wird ein Spitzenamplitudensignal, das für die Stärke des Spitzenwerts jedes Echos charakteristisch ist, und ein Mehrfachsignal erzeugt, das für das Vorzeichen des Spitzenwerts jedes Echos charakteristisch ist. Ein Zeitpunkt der Polaritätsumkehr wird danach in Abhängigkeit von einer Umkehr des Polaritätssignals erzeugt. Der Zeitpunkt der Polaritätsumkehr wird zwischen dem Zeitpunkt

von zwei aufeinanderfolgenden Spitzenamplitudensignalen gelegt, die Polaritätssignale mit entsprechend entgegengesetzten Vorzeichen haben. Der Zeitpunkt der Polaritätsumkehr wird proportional näher zum Zeitpunkt des größeren der beiden aufeinanderfolgenden Spitzenamplitudensignale gelegt. Auf diese Weise können die Amplitude und Polarität der Impulsechos zur Anzeige des Übergangs an einer akustischen Grenflache ausgenutzt werden, wodurch die Auflösung erhöht und die Zeichenidentifizierung von Gewebeeigenschaften verbessert werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 einen typischen Wellenverlauf eines akustischen Sendeimpulses;

Fig. 3 eine typische Folge von Echoimpulsen;

Fig. 4 die Änderung des Wellenverlaufs eines akustischen Impulses im Nahbereich;

Fig. 5 ein detaillierteres Blockschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Amplituden- und Polaritätsdetektors;

Fig. 6 ein Zeitdiagramm einiger Betriebssignale in der Schaltung gemäß Fig. 5; und

Fig. 7 ein genaueres Blockschaltbild des Videodecoders gemäß Fig. 1.

A. Systembeschreibunq

Die Einrichtung und das Verfahren nach der Erfindung lassen sich am besten anhand des Blockschaltbildes gemäß Fig. beschreiben. Das dargestellte System weist einen Haupttaktgeber 11, eine allgemein mit 17 bezeichnete Wandler- und Wandlersteuereinrichtung, einen Eingang 16 für ein aus reflektierten Echoimpulsfolgen bestehendes analoges Eingangssignal, einen Sende- und Empfangsschalter (T/R) 15, eine zugehörige Erregerquelle 13, Signalkonditionierungsmodulen 21 und 23, einen Analog/Digital-Wandler 25, einen Amplituden- und Polaritätsdetektor 27, einen Pixel-Format-Modul 29, einen Digitalspeicher 35 für die Video— Bildspeicherung, der einen Eingang 33 von einer Raumpositioniersteuerung 30 und einen Eingang 34 vom Pixel-Format-Modul 29 hat, einen Videodecodermodul 37, eine herkömmliche Farbfernseh-Anzeigeeinheit 41 und eine Einrichtung zur permanenten Speicherung jedes zusammengesetzten Bildes, z. B. einen konventionellen Videorecorder (VTR) 40 auf.

Der Haupttaktgeber 11 liefert über die Leitung 12 einen Bezugstakt, der für die Bilderzeugung und Steuerung gebraucht wird. Ein Taktzyklus beginnt, wenn der Hauptzeitgeber 11 ein Signal 12 zur Erregerquelle 13 sendet, die ihrerseits einen Spannungsimpuls 14 über die T/R-Schalter 15 zur Erregung des Wandlers 17 abgibt. Diese Erregung bzw. Ansteuerung ruft einen akustischen Impuls 18 hervor, mit dem ein Medium oder ein Körperteil 19 beschallt wird. Bei diesem Taktzyklus steuert der mit dem Haupttaktgeber 11 ebenfalls über eine Leitung 12 mit dem Taktimpuls beaufschlagte Raumpositionierer 30 die Richtung des Wandlers 17 durch ein Steuersignal 31. Die Polarcoordinate des Wandlers 17, welche die Richtung des Strahlbündels 18 angibt, wird vom Raumpositionierer 30

gespeichert und wird bei Signalfolgen 32 und 33 benutzt, die dem Pixel-Format-Modul 29 und dem Videospeicher 35 zugeführt werden.

Die Steuerung eines drehbaren Wandlers und die Aufzeichnung von zurückkehrenden Echos in einem zweidimensionalen Bild aus in Polarcoordinaten ausgedrückten Eingangsdaten sind im Stande der Technik bekannt. Beispiele hierfür sind die US-PS 4 241 412 (Swain), US-PS 4 106 021 (Katagi), US-PS 4 002 827 (Nevin u.a.), US-PS 3. 816 736 (Krohn), US-PS 4 1 28 838 (Brands u.a.) und US-PS 4 164 739 (Katogi) Eine Detailbeschreibung des Raumpositionierers 30, des Pixel-Format-Moduls 29 und des Videospeichers 35 sowie deren Beziehung ist daher im folgenden nur insoweit erforderlich, als sie für den Fachmann zur Anwendung der bekannten Techniken auf die vorliegende Erfindung notwendig ist.

Nach einer vorgegebenen und gesteuerten Verzögerungszeit trennt der T/R-Modul 15 den Erregermodul 13 ab und erhält Echos vom Medium 19. Der Wandler 17 erzeugt einen Echoimpuls 16 und 20, der die Echodaten für eine feste _; Zeitperiode in einer besonderen Wandlerrichtung enthält. Die Echoimpulsfolge 20 wird zu einem konventionellen Vorvers tä'rkermodul 21 und von dort in einen konventionellen Tiefenverstärkungssteuermodul (DGC) 23 übertragen. Der DGC-Modul 23 ist als herkömmlicher Funktionsgenerator ausgebildet, der extern, gewöhnlich von Hand durch eine Bedienungsperson steuerbar ist, um eine kräftigere Signalverstärkung für entfernte Echos gegenüber nahen Echos zu bewirken. Ohne diesen Modul und dessen Verstärkung wären viele Echosignale übermäßig schwach und würden aus dem dynamischen Bereich der Verarbeitungsschaltung herausfallen«

Die resultierende Echoimpuls folge 24 wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt von dem durch den Haupttaktgeber gesteuerten A/D-Wandler 25 in ein Digitalsignal umgesetzt. Das Ausgangssignal 26 des A/D-Wandlers 25 wird einem Amplituden- und Polaritätsdetektormodul 27 zur Weiterverarbeitung zugeführt; der Modul 27 wird weiter unten in Verbindung mit Figur 5 näher erläutert. Der Modul 27 ist eine besondere Einrichtung, die sowohl die Amplitude als auch die Polarität eines besonderen Echos gleichzeitig bestimmt. Der Ausgang 28 des Amplituden- und Polaritätsdetektors 27 wird in den Pixel-Format-Modul 29 eingegeben, der die Amplituden- und Polaritätsinformation zur Speicherung eines besonderen Bildelements im Bild selektiv bestimmt. Der Pixel-Format-Modul 29 wird vom Haupttaktgeber 11 und außerdem von der über den Eingang 32 verschlüsselt eingegebenen räumlichen Richtung gesteuert. Der Eingang 32 steuert die Anzahl der Echos pro Pixel. Der Datenausgang 34 aus dem Pixel-Format-Modul 29 wird zeilenweise zu dem Videospeichermodul 35 übertragen und dort gespeichert. Die Richtung des Wandlers gemäß Eingangssignal 32 ist in verschlüsselter Form auch im Datenausgang 34 enthalten. Die Sammlung von Daten wird solange fortgesetzt, bis der Videospeicher 35 mit einer für die endgültige Bildanzeige ausreichenden Digitalinformation gefüllt ist.

Nach der Ansteuerung des Wandlers 17 und der Sammlung von Daten für eine ausreichende Anzahl- von Richtungen löst der Haupttaktgeber 11 einen neuen Zyklus aus, in welchem keine neuen akustischen Impulse erzeugt werden. Stattdessen beginnt ein Anzeigezyklus, bei dem die gespeicherte Digitalinformation aus dem Videospeicher 35 ausgelesen und über den Datenstrom 36 zum Videodecoder 37 übertragen wird. Der Datenstrom 36 wird zeilenweise decodiert und in ein Leucht dichte- und Chrominanzsignal transformiert, das zur An-

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steuerung entweder eines herkömmlichen Farbfernseh-Anzeigemoduls oder eines RGB-Monitors 41 dient. Die Einzelheiten der Videodecodierung werden weiter unten in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben. Permanente Kopien jedes Bildes können unter Verwendung von Standard-Fernsehmoduln über den Datenstrom 39 von dem Videorecorder 40 gewonnen werden.

B. Der Amplituden- und Polaritätsdetektor

Der folgende Abschnitt der Beschreibung bezieht sich auf Funktion und Aufbau des in Fig. 1 benutzten Detektors Der Amplituden- und Polaritätsdetektor 27 ist ein neuartiges Gerät, das die Polarität des zurücklaufenden Echos bei der Spitzenamplitude jedes einzelnen Echorücklaufs von einer akustischen Grenzfläche bestimmt. Ein typischer Impulswellenverlauf 42 ist in Fig. 2 gezeigt. Das Echo enthält generell eine Mehrzahl dieser Art von Signalen, von denen jedes unterschiedliche Amplituden und Polaritäten hat und die gemeinsam einen Wellenzug bilden. Der Wellenzug ist als f(t) 43 in Figur 3 gezeigt. Die Amplituden jeder Wellenform ändern sich und enthalten daher unterschiedliche Zonen unter jedem Halbzyklus. Das dritte Echo 44 in der Echofolge f(t) ist in Fig. 3 mit im Vergleich zu den vorhergehenden Echos 45 und 46 umgekehrter Polarität gezeigt. Fig. 3 zeigt eine Echowellenfolge zu einer speziellen Zeit t, bei der sich der Wandler 17 im Empfangsbetrieb befindet. Die Buchstaben P, Q, R, S, T und U (Fig. 2) stellen die Zonen unter jedem Halbzyklus der Wellenform dar. Die Gesamtamplitude einer besonderen Wellenform ist gleich der absoluten Summe aller dieser Zonen. Diese Summe stellt die Energie des von einer einzigen akustischen Grenzfläche zurückgeworfenen Echos dar.

Die Wellenform in Fig. 2 zeigt einen "bipolaren" Typ, was

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definitionsgemäß bedeuten soll, daß die Zone R und die Zone S einen im wesentlichen gleichen numerischen Wert haben und daß die Zone R oder die Zone S beträchtlich größer als die Zonen Q oder T und in jedem Falle größer als die Zonen P und U sind. Dieser Wellenverlauf wird über die Tiefe des Feldes typischerweise aufrechterhalten, ausgenommen bei Änderungen der Amplitude, die sich in erster Linie auf die Fokussierung beziehen. Bekanntlich ändert sich im Nahfeld eines typischen Wandlers die Wellenform in einer vorausbestimmbaren und einheitlichen Weise. Mit anderen Worten, die Amplitude von R nimmt zu und von Q nimmt ab, jedoch in entgegengesetzten Richtungen, und schließlich erreicht die Amplitude von S ein Minimum. Die Degeneration oder Änderung der bipolaren Wellenform erzeugt daher eine "triplet-" Konfiguration 47 entsprechend der Darstellung in Fig. 4.

Die Amplituden- und Polaritätsdetektorschaltung ist so aufgebaut, daß sie denselben Polaritätswert für denjenigen Signal typ erhält, der erwartet und über den Hauptteil des akustischen Feldes experimentell, beobachtet wird. Man kann die Polarität der Signale entsprechend der Darstellung in Fig. 2 willkürlich als positiv wählen. Signale, die um 180° gegenüber den in Fig. 2 dargestellten Signalen umgekehrt sind, d.h. der Wellenverlauf 44 in Fig. 3, müssen daher als negativ definiert werden. Diese Definition und Bezeichnung ist kritisch für die Arbeitsweise des Amplituden- und Polaritätsdetektors.

Figur 5 ist ein Blockschaltbild, das die zur Bestimmung der Polarität am Spitzenwert einer einzelnen Echowelle verwendete digitale Logikschaltung darstellt» Der Signalzug f(t) wird durch einen Vollwellengleichrichter (FWR) 48 geleitet, nachdem er zuvor von einem A/D-Wandler 25 (Fig. 1) digitalisiert worden ist. Die analoge Wellenform

von f(t) wird durch einen Schwellwertdetektor (TD) 49 geleitet, der eine die Polarität jedes einzelnen Halbzyklus des analogen Wellenzuges f(t) darstellende Ausgangswellenform (SGN) 50 erzeugt. Der Absolutbetrag des Digitalwerts lf(t)l 51 wird zu einem Akkumulator 52 übertragen, der vom Vorzeichenausgang (SGN) 50 der analogen Wellenform f(t) rückgesetzt wird. Das Ausgangssignal 53 des Akkumulators 52 besteht daher aus einer Folge von Werten, die numerisch gleich der Fläche unter jedem Halbzyklus der Wellenform oder unter jeder Halbwelle sind. Gleichzeitig ist die Polarität jedes einzelnen Halbzyklus aus dem Ausgangssignal (SGN) 50 des Schwellendetektors 49 bekannt. Der kontinuierliche Datenstrom 43, der aus den Flächen bzw. Zonen P, Q, R, S ... besteht, und Daten von aufeinanderfolgenden Echos werden in ein Vier-Positions-Schieberegister 54 in der folgenden Weise eingegeben: Das Schieberegister wird in Register a, b, c und d unterteilt. Die nächste Zone Q wird berechnet und zur geeigneten Zeit durch den Übergang des Takts (SGN) 50 bestimmt. Q wird in das Register d geladen und P wird zum Register c verschoben. Dieser Vorgang wird während der Gesamtzeit des Signalempfangs auf diese Weise fortgesetzt. Der Dateninhalt der Register a, b, c und d wird zu Logikschaltungen übertragen, die aus Vergleichern und anderen digitalen Logikkomponenten bestehen. Der Inhalt der Register a und c wird zu einem Komparator 55 übertragen, dessen Ausgangssignal immer dann wahr (1) ist, wenn der Wert des Registers c größer oder gleich dem im Register a gespeicherten Wert ist. In einer ähnlichen Weise werden die Inhalte der Register b und d zu einem Komparator 56 übertragen, dessen Ausgangssignal nur dann 1 ist, wenn der Inhalt des Registers b größer als derjenige des Registers d ist. Diese beiden Digitalschaltungen sind mit einem digitalen UND-Gatter 57 gekoppelt, das ein Ausgangssignal 61 erzeugt, welches nur dann 1 ist, wenn der Inhalt des Registers c größer oder gleich demjenigen des Registers a und der Inhalt des Registers b größer als derjenige des

Registers d ist. Es ist leicht zu zeigen, daß die in Fig. 2 dargestellte bipolare Wellenform einen Spitzenwert für das Ausgangssignal des UND-Gatters 5 7 nur dann erzeugt, wenn die Amplitude Q im Register a, die Amplitude T im Register b, die Amplitude S im Register c und die Amplitude R im Register d ist. Das Vorzeichen des Signals wird von der Schaltung als logische Umkehr des Vorzeichens des Signals entsprechend dem Register c des Vorzeichenschieberegisters 10, d. h. SGN (c) 58 bestimmt. Für den Fall des Signals in Figur 2 ist das Vorzeichen des Signals bei Auftreten des Spitzenwerts nicht das Vorzeichen des Registers c, d. h. SGN (c), und daher ist es für diese spezielle Wellenform positiv.

In Fig. 5 ist auch eine zusätzliche Komparatorschaltung 59 gezeigt» Letztere vergleicht den Inhalt des Registers b mit dem Inhalt des Registers d und einem kleinen wählbaren Inkrement (s) des Registers. Das Ausgangssignal dieses Komparators (b<s+d) ist in Fällen einer bipolaren Wellenform generell nicht bestätigt, d. h. Null. Dieses Komparator-Ausgangssignal wird einem Exklusiv-ODER-Gatter 60 zugeführt. Im Falle von positiven bipolaren Wellenformen, wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 60 gleich Eins» Im umgekehrten Falle, d. h. bei einem bipolaren Signal mit entgegengesetzter Polarität, ist das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 60 gleich Null. Daher wird im Falle von bipolaren Signalen der Zeitpunkt des Erreichens der Spitzenamplitude und deren Polarität in geeigneter Weise bestimmt. Eine alternative Möglichkeit für die Operationsweise des Exklusiv-ODER-Gatters 60 besteht darin, daß das Vorzeichen der Spitzenamplitude der Wert von SGN 58 ist, sofern das Ausgangssignal des Komparators 59 nicht bestätigt ist.

U « W *

Die Komparatorschaltung 59 wird für die Situation verwendet, bei der sich die bipolare Konfiguration in der anhand Fig. 4 beschriebenen und dargestellten Weise in eine triplet-Konfiguration zu ändern beginnt. Eine Analyse der Schaltung und Logik gemäß Figur 5 ergibt positive (1) Spitzen bzw. Scheitel und entsprechend positive (1) Polaritäten für diejenigen Fälle, bei denen sich die Wellenform von einer bipolaren in eine triplet-Konfiguration ändert. Die Flächen bzw. Zonen Q und S, die auf jeder Seite der Spitzenzone R in der triplet-Konfiguration liegen, können dazu führen, daß der Spitzendetektor 57 auf 1 überwechselt, wenn die vom Register C gewählte Polarität als SGN (c) 58 umgekehrt wird. Für den Fall, daß die Fläche bzw. Zone S größer oder gleich der Fläche oder Zone Q ist, wird ein positiver Spitzenwert festgestellt, wenn die Flächen oder Zonen Q, R, S und P jeweils in den Registern a, b, c bzw» d sind. Das Ausgangssignal des Komparators 59 wird 1 und da der Wert SGN (c) 58 noch negativ (0) unter diesen beiden Bedingungen/^ bleibt das Ausgangssignal des Exklusiv-ODER-Gatters 60 positiv (1). Wenn die Zone bzw. Fläche Q etwas größer als die Zone bzw. Fläche S ist, wird ein positiver Spitzenwert erzeugt, wenn die Register a, b, c und d die Flächen bzw. Zonen P, Q, R bzw. S beinhalten. Gleichzeitig wird der logische Kehrwert von SGN (c) 58, d. h. SGN (c)„ positiv (1)» Der Grund hierfür liegt darin, daß der Spitzenwert bestimmt wird, wenn die Flächen bzw. Zonen P, Q, R und S in den Registern a, b, c und d sind. Der Komparator 59 wird negativ (0). Ohne den Komparator 59 würde eine Polaritätsänderung auftreten, die einen Fehler hervorrufen würde» Wenn S viel größer als Q wird, so wird der Komparator positiv (l)jUnd das Vorzeichen am Ausgang des Exklusiv-ODER-Gatters 60 wird negativ. Diese Bedingung tritt auf, wenn das Signal nicht mehr ein positives "triplet" sondern

- ys -23

ein negatives Bipol-Signal ist. Zu beachten ist, daß in diesem Falle des negativen Bipols der Spitzenimpuls von der Schaltung nicht für die Spitzenbestimmung erzeugt wird, da das Komparator-Ausgangssignal noch keinen Spitzenwert ermittelt hat.

Fig. 6 zeigt ein zusammengesetztes Zeitdiagramm der verschiedenen Signalwege (in Fig. 5), welche die maßgebliche Logik information, wie sie in der Amplituden- und Polaritätsbestimmungseinrichtung entwickelt wird, liefern. So ist beispielsweise Zeile 6a in Fig. 6,die die Datenzeile 51

lf(t)l ν darstellt, als eine Folge von zunehmenden und abnehmenden Pegeln digitaler Datenamplituden gezeigt. Die Abszisse der Zeile 6a und jeder nachfolgenden Zeile stellt die Zeit dar. Zeile 6a ist daher eine digitale Darstellung einer Datenprobe, welche die in Fig. 3 gezeigte Wellenform darstellt. Zeile 6b ist eine Darstellung von Daten, die um eine vorgegebene und einstellbare Zeit Δ verzögert sind. Die Notwendigkeit dieser Verzögerungszeit Δ ergibt sich aus den nachfolgenden Erläuterungen« Die Zeile 6c stellt das Ausgangssignal 61 aus dem UND-Gatter 57 gemäß Fig. 5 dar. Die Zeile 6d stellt das Ausgangssignal 62 aus dem Exklusiv-ODER-Gatter 60 gemäß Fig. 5 dar. Diese beiden Signale (d. h. 61 und 62) werden an einen Polaritatsänderungseinsteller 63 angelegt, der die gerade berechnete Polarität mit der vorhergehenden Polarität vergleicht. Wenn keine Polaritätsänderungen aufgetreten sind, bleibt das Polaritätssignal ungeändert. Im Falle einer Polaritätsänderung zwischen dem gegenwärtigen Signal und dem vorhergehenden Signal wird ein Zeitpunkt T₂ gemäß der nachfolgenden Lineargleichung berechnet:

^Tz - ^Tn ⁺ TTiT₀ ^(To * V

Hierbei bedeuten

T den Zeitpunkt der letzten Polaritätsspitze T den Zeitpunkt der momentanen Polaritätsspitze

M die Größe des Spitzenamplitudenwerts der neuen Polarität und

M die Größe des Spitzenamplitudenwerts der vorhergehenden Polarität.

Nach diesem Algorithmus wird linear ein Zeitpunkt T berechnet, der den Übergang des Polaritätsimpulses entsprechend Zeile 6e in Fig. 6 kennzeichnet. Der Wert T wird zur Bestimmung der Zeit benötigt, bei der die Polaritätsdaten zu ändern sind. Eine Betrachtung der Gleichung ergibt, daß bei gleichen alten und neuen Werten T_ in der zeitlichen Mitte zwischen T und T liegt» Wenn die Größen ungleich werden, ergeben sich unterschiedliche Zeitabstände. Wenn die Größe der Spitzenamplitude der neuen Polarität viel größer als die alte ist, so verschiebt der Zeiteinsteller den Zeitpunkt T näher an den alten Zeitpunkte Im umgekehrten Fall, d. h. wenn der alte Wert viel größer als der neue ist, so verschiebt der Zeiteinsteller T in Richtung des neuen Zeitpunkts. Dieser Algorithmus liefert daher in Abhängigkeit von der Amplitude zwischen den beiden Spitzen einen linearen Einstellbereich (shading). Die Zeile 6f in Fig. 6 stellt das Polaritätsausgangssignal 64 aus dem Polaritätsänderungseinsteller dar. Die Zeile 6f zeigt, daß das die Polarität . bezeichnende Ausgangssignal bis zum Zeitpunkt T , bei dem eine Polaritätsumkehr hervorgerufen wird, positiv bleibt. Die Daten von der Zeile 6b, welche die Absolutwerte der um die Zeit Δ verzögerten Digitaldaten darstellen, und der Ausgang 9, dargestellt durch die Zeile 6g in Fig. 6, sind mit dem Pixel-Format-Modul 29 gemäß Fig. 1 gekoppelt.

Der Pixel-Format-Modul 29 wird von einer Anzahl von bereits

■» I» *

-VB-

angegebenen Schaltungen gesteuert, welche die Anzahl einzelner digitaler Datenpunkte bestimmen, die in einer besonderen Adresse des Digitalspeichers gespeichert werden sollen, d. h. die Zahl von Echos für jedes Pixel. Die Amplitude wird als Summe der Absolutwerte, geteilt durch die Anzahl der Absolutwerte für das besondere Pixel berechnet» Die entsprechende Polarität wird in einer ähnlichen Weise unter Verwendung der Vorzeichenwerte der entsprechenden Amplitude für dieselbe Anzahl von Datenpunkten berechnet. Die berechneten Datenpaare ergeben die Amplituden- und Polaritätswerte für ein besonderes Pixel und werden in einem Adressenplatz eines Digitalspeichers 35 gespeichert.

C - Videodecodermodul

Wie zuvor anhand von Fig. 1 angegeben, werden die im

Videospeichermodul 35 gespeicherten digitalen Daten zur Erzeugung des Videobildes während des Bildwiedergabezyklus verwendet. Der in Fig. 1 gezeigte Datenstrom 36 liefert die zuvor beschriebenen Amplituden- und Polaritätsdaten, die im Digitalspeicher 35 abgespeichert worden sind» Für jeden Pixelplatz werden die Amplituden- und Polaritätsdaten an den Decoder 37 in Fig. 1 für die Videodecodierung angelegt. Fig. 7 zeigt die beiden Datenströme, welche an den Videodecoder 37 angelegt werden. Diese beiden Datenströme wurden zuvor als Datenstrom 36 in Fig. 1 dargestellt. Der Datenstrom 65 stellt die Amplitudendaten für jedes Pixel und der Datenstrom 66 die Polaritätsdaten für jedes Pixel dar. Die Datenströme 65 und 66 werden an einen Teiler 68 angelegt, in welchem der Datenstrom 66 durch den Datenstrom 65 geteilt und als Ergebnis dieser Teilung ein Datenstrom 67 entwickelt wird., Der Datenstrom 67 stellt ein Signal dar, das zwischen den Grenzen +1 bis -1 veränderlich ist, da es

ein Verhältnis zwischen den mit Vorzeichen versehenen Amplitudendaten pro Pixel und dem Absolutwert pro Pixel darstellt.

Die +1 Bedingung tritt auf, wenn alle Polaritätstromdaten 66 gleich den Amplitudendaten 65 sind und das gleiche Vorzeichen haben. Der umgekehrte Fall tritt auf, wenn der Polaritätsstrom 66 gleich dem numerischen Wert der Amplitudendaten 65 ist, jedoch das umgekehrte Vorzeichen hat. Alle Kombinationen zwischen diesen beiden Grenzen können auftreten. So können die Polaritätsdaten 66 genau Null sein. Dieser Fall kann auftreten, wenn ein Pixel die Digitaldaten für zwei Echos enthält, die gleiche Größe jedoch umgekehrte Vorzeichen haben. Ähnliche Gesichtspunkte gelten für Zwischenwerte, die ebenfalls auftreten können«

Der Datenstrom 67, der das zuvor beschriebene Informationsverhältnis enthält, und die Amplitudendaten 65 werden an einen Farbtongenerator oder eine Farbtoneinheit 69 angelegt. Die Farbtoneinheit 69 verwendet ein MuIticolorsystem. Zur Beschreibung der Funktionsweise dieses Systems sei hier angegenommen, daß ein grün/gelb/rot~Format verwendet wird. In gleicher Weise kann eine beliebige Anzahl von Farbtönen gewählt werden. In willkürlicher Weise sei hier der +1 Extremwert als die Farbe grün und der -1 Extremwert als die Farbe rot gewählt. Dies bedeutet, daß eine Amplitude, deren Verhältniswert im Datenstrom 67 gleich +1 ist, im endgültigen Ausgangssignal als grün und mit einer zur Amplitude proportionalen Intensität entsprechend dem Datenstrom 65 erscheint» In ähnlicher Weise erscheint ein Signal, dessen Verhältnis -1 ist, als rotes Signal mit einer zur Amplitude des Datenstroms 65 proportionalen Intensität« Gleiche Datenintensitäten, die ein Verhältnissignal nahe Null erzeugen, werden als gelb codiert, wobei die Stärke proportional zur Amplitude des Datenstroms 65 ist. Andere Farbtöne sind eben-

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falls wählbar zwischen den Bereichen +1 und -1, was allein von dem berechneten Wert des Verhältnisses abhängig ist. Am Ausgang der Farbtoneinheit 69 werden drei digitale Spannungspegel erzeugt, die in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß sie den gewählten Farbton und die Intensität durch einen rot-, blau-, grün-Farbmonitor erzeugen. Diese jetzt im Digitalformat vorliegenden drei Signale werden mittels eines Digital/Analog-Wandlers (DAC) 70 in analoge Spannungen umgesetzt. Die Analogsignale, welche die rot/blau/grün-Farbmonitorspannungen darstellen, werden an einen Matrix codierer 71 angelegt, in welchem die rot/blau/grün-Spannungssignale in ein bei herkömmlichen Farbfernsehmonitoren konventionelles Chroma- und Leuchtdichtesignal transformiert werden. Das Ausgangssignal ist jetzt in einem Standard-NTSC-Fernsehformat und wird an ein Farbfernsehgerät 72 angelegt. Zusätzlich können die Amplitudendaten allein separat in ein Analogsignal 73 umgewandelt und danach an ein Standard-Monochrom-Fernsehwiedergabegerät 74 angelegt werden* Diese beiden Bilder sind miteinander vergleichbar und für klinische Diagnosezwecke geeignet»

Wenn auch für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel eine bevorzugte Anwendung für die Abbildung in medizinischen Diagnosegeräten angegeben wurde, so können die erfindungsgemäße Verfahrensweise und Einrichtung in gleicher Weise auch bei einer Vielzahl anderer Anwendungsfälle mit den gleichen Vorteilen angewendet werden, so z. B. beim zerstörungsfreien Prüfen von Legierungen, Maschinenteilen, Schweißnähten sowie auf anderen Gebieten, die gemeinsam unter den Begriff der zerstörungsfreien Prüfung fallen»

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER ■ D 43W KSSEN**1 · AM RUMrSYe*IN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Seite -JSl- C

Patentansprüche

l.y Einrichtung zur Verarbeitung von Ultraschallimpuls-Echosignalen unter Bestimmung der Amplitude und Polarität von an Körpermedien reflektierten einzelnen Echosignalen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Integratorschaltung (48, 52) zum Akkumulieren der Ultraschallimpuls-Echosignale (43) für jede Halbwelle und zum Erzeugen eines integrierten Halbwellensignal-Absolutwerts (53) vorgesehen ist und daß mit der Integratorschaltung eine Prüf- und Analysierschaltung (54 „«,« 60, 63) verbunden ist, die mehrere Halbwellensignal-Absolutwerte (53) analysiert und danach bestimmt, ob in den Halbwellensignalen ein für ein Impulsecho zeichnendes vorgegebenes Muster vorhanden ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Analysierschaltung ein mit der Integratorschaltung (48, 52) verbundenes Schieberegister (54) enthält, daß jeder Ausgang des Schieberegisters mit einem von mehreren Komparatoren (55, 56, 59) derart gekoppelt ist, daß die Eingänge der Komparatoren jeweils mit wenigstens zwei Ausgängen des Schieberegisters (54) verbunden sind, um die Ausgangssignale zu vergleichen, und daß an die Ausgänge der Komparatoren (55, 56, 59) eine Logikschaltung (57, 60, 63) zur Bestimmung des vorgegebenen Musters angeschaltet ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integratorschaltung einen den Absolutwert der Ultraschall-Echosignale erzeugenden Vollwellengleichrichter (48) und einen jedes Halbwellensignal integrierenden Akkumulator (52) aufweist»
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Analysierschaltung (54 ... 60, 63) so ausgebildet ist, daß sie ein für ein bipolares Impulsecho charakteristisches Muster bestimmt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Analysierschaltung ein Vorzeichenschieberegister (10) zur Speicherung der Polarität der Halbwelle der in mehreren Zyklen auftretenden Ultraschallimpulsechos und eine triplet-Bestimmungsschaltung (58, 59, 60) zur Bestimmung eines triplet-Impulsechos und zur Erzeugung eines korrigierten Polaritätssignals bei der Bestimmung des triplet-Impulsechos aufweist.
6. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Bestimmung der Amplitude und Polarität einzelner Ultraschallimpuls-Echosignale, gekennzeichnet durch

einen ein Absolutwertsignal (51) der Amplitude jeder Halbwelle jedes Ultraschallechos erzeugenden Vollwellengleichrichter (48),

einen ein Polaritätssignal (50) entsprechend jedem Absolutwertsignal (51) erzeugenden Schwellwertdetektor (49), der anzeigt, ob die entsprechende Halbwelle positiv oder negativ ist,

einen mit dem Vollwellengleichrichter (48) und dem Schwellwertdetektor (49) verbundenen Akkumulator (52), der das Absolutwertsignal (51) für jede Halbwelle integriert,

ein Schieberegister (54), das dem Akkumulator (52) nachgeschaltet ist und eine Vielzahl der integrierten Absolutwertsignale (53) der Halbwellen speichert,

mehrere Komparatoren (55, 56, 59), die mit dem Amplitudenschieberegister (54) derart verbunden sind, daß sie die im Schieberegister gespeicherten integrierten Absolutwertsignale untereinander vergleichen können, und

eine mit den Komparatoren (55, 56, 59) verbundene Logikschaltung (57, 60, 63) zur Bestimmung eines ein bipolares Ultraschallecho bezeichnenden vorgegebenen Musters unter den gespeicherten integrierten Absolutwertsignalen.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polaritätsschieberegister (10) zur Speicherung mehrerer Vorzeichensignale (50) mit dem Schwellwertdetektor (49) verbunden ist, daß ein triplet-Komparator (59) an das Amplitudenschieberegister (54) zur Bestimmung eines triplet-Impulsechos angeschaltet ist und daß eine triplet-Logikschaltung (58, 60) mit dem Polaritätsschieberegister (10) und dem triplet-Komparator (59) verbunden ist und das im Polaritätsschieberegister (10) gespeicherte Polaritätssignal des Schwellwertdetektors (49) korrigiert, wenn ein triplet-Impulsecho ermittelt wird.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polaritätsänderungseinsteller (63) vorgesehen ist, der als Rechengerät derart ausgebildet ist, daß er die Änderung des Vorzeichens im Polaritätssignal bestimmt und für die Änderung einen Zeitpunkt berechnet, der durch Mittelung zwischen den Vorzeichenumkehrmaxima der Impulsechosignale in Abhängigkeit von der Amplitude der Maxima bestimmt ist.
9. Einrichtung zur Wiedergabe mehrerer durch Amplitude und Polarität bestimmter Signale pro Pixel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilerschaltung (68) mit einer Polaritätsdateneingangscharakteristik (66) der Vorzeichensumme der bestimmten Signale und einer Amplitudeneingangscharakteristik (65) der Summe der Absolutwerte der bestimmten Signale in solcher Ausbildung vorgesehen ist, daß am Ausgang (67) der Teilerschaltung (68) ein Ausgangsverhältnissignal gleich dem Verhältnis des Polaritätseingangs (66) zum Amplitudeneingang (65) erzeugt wird, und daß mit der Teilerschaltung (68) ein Parbtongenerator (69) zum Eintragen des Ausgangsverhältnissignals in eine Linearkombination von Farbtonsignalen verbunden ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Polarität eine Parbwiedergabe pro Pixel bei der Intensität pro Pixel erzeugt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbtongenerator (49) mit dem Amplitudeneingangssignal (65) beaufschlagt ist und aus dem Amplitudeneingangssignal ein Intensitätssignal pro Pixel erzeugt.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital/Analog-Wandler (17) an den Farbtongenerator (69) angeschaltet ist, daß ein Chroma-Matrix-Decoder (71) mit dem Digital/Analog-Wandler (70) verbunden ist und die primären Farbtonsignale in ein Fernseh—kompatibles Format umsetzt und daß ein Farbfernseh-Wiedergabegerät (62) mit dem Decoder (71) gekoppelt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital/Analog-Wandler (73) mit dem Amplitudeneingang (65) verbunden ist und eine monochrome Fernsehwiedergabeeinheit (74) mit dem Digital/Analog-Wandler (73) verbunden ist.

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13. Einrichtung zur Wiedergabe eines gewichteten Übergangs zwischen Ultraschallimpulsechos, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erzeugung eines die Größe des Spitzenwerts jedes Echos kennzeichnenden / Spitzenamplitudensignals und eine Einrichtung zur Erzeugung eines das Vorzeichen des Spitzenwerts jedes Echos kennzeichnenden Polaritätssignals vorgesehen sind und daß ein Polaritätsänderungseinsteller (63) mit den Einrichtungen zur Erzeugung der Polaritäts- und Spitzenamplitudensignale gekoppelt ist, der (63) in Abhängigkeit von einer Umkehr

des Polaritätssignals nach Maßgabe des Spitzenamplitudensignals für jeweils zwei aufeinanderfolgende Impulsechos vor und nach der Umkehr des Polaritätssignals einen Zeitpunkt (T ) der Polaritätsumkehr berechnet. ζ
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Polaritätsänderungseinsteller (63) so ausgebildet ist, daß er den Zeitpunkt der Polaritätsumkehr (T ) nach dem folgenden Algorithmus berechnet:

^Tz = ^Tn ⁺ ITM₀ ^(To· - V,

wobei T den Zeitpunkt des Spitzenwerts kurz vor der Polaritätsumkehr, T den Zeitpunkt des Spitzenwerts kurz nach der Polaritätsumkehr, M die Absolutgröße des Spitzenwerts kurz vor der Polaritätsumkehr und M die Absolut-

größe des Spitzenwerts kurz nach der Polaritätsumkehr bedeuten.
15. Verfahren zur Bestimmung der Amplitude und Polarität jedes von einem komplexen Medium reflektierten Mehrfachzyklus-Impulsechos, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Halbwellensignal des Mehrfachzyklus-Impulsechos zur Er-

zeugung eines entsprechenden integrierten Absolutwertsignals integriert wird, daß eine Reihe von aufeinanderfolgenden Integralwertsignalen miteinander verglichen wird, um festzustellen, ob ein vorgegebenes Muster unter den Integralwertsignalen vorhanden ist, und daß ein Spitzenidentifizierungssignal erzeugt wird, wenn das vorgegebene Muster festgestellt wird«
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Integrieren jeder Halbwelle der Absolutwert des Halbwellensignals erzeugt wird, die Null-Durchlaufzeiten des Halbwellensignals bestimmt werden und der Absolutwert des Halbwellensignals zwischen den Null-Durchlaufzeiten zur Erzeugung des Integralwertsignals akkumuliert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Vergleichs die Integralwertsignale für aufeinanderfolgende Halbwellensignale in einem Schieberegister sequentiell gespeichert werden, daß danach die in dem Schieberegister gespeicherten Integralwertsignale zur Erzeugung eines für die Vergleichsbeziehung unter den Integralwertsignalen kennzeichnenden Zwischensignals miteinander verglichen werden und daß das Zwischensignal zur Feststellung einer vorgegebenen Beziehung zwischen den Integralwertsignalen überprüft wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Polarität jedes Halbwellensignals bezeichnendes Vorzeichenbit sequentiell gespeichert wird, daß die Integralwertsignale zur Bestimmung einer triplet-Wellenform verglichen werden und daß das Vorzeichenbit korrigiert wird, wenn die triplet-Wellenform festgestellt wird.
19. Verfahren zur Wiedergabe einer Vielzahl von jeweils

durch Amplitude und Polarität bestimmten Signalen pro Pixel, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis der Vorzeichensumme der Vielzahl von bestimmten Signalen zur Summe der Absolutwerte der Vielzahl von bestimmten Signalen gebildet und eine Linearkombination von Farbtonsignale in Abhängigkeit von diesem Verhältnis erzeugt wird, wobei ein +!-Wert des Verhältnisses in einen ersten Farbton, Null in einen zweiten Farbton, -1 in einen dritten Farbton und Zwischenwerte zwischen +1, 0, -1 in Linearkombinationen dieser Farbwerte eingetragen bzw. umgesetzt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbtonsignale in analoge Farbtonsignale umgewandelt und die analogen Farbtonsignale in ein Farbfernsehkompatibles Format decodiert werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Summe der Absolutwerte der Mehrzahl von bestimmten Signalen ein Intensitätssignal erzeugt wird.
22. Verfahren zur Wiedergabe eines gewichteten Übergangs zwischen Ultraschallimpulsechos, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Größe der Spitzen des Echos bezeichnendes Spitzenamplitudensignal und ein das Vorzeichen der Spitzenwerte des Echos bezeichnendes Polaritätssignal erzeugt werden und daß ein Zeitpunkt der Polaritätsumkehr in Abhängigkeit von einer Umkehr des Polaritätssignals zwischen dem Zeitpunkt von zwei aufeinanderfolgenden Spitzenamplitudensignalen mit entsprechend entgegengesetzten Polaritätssignalen derart eingestellt wird, daß er proportional näher zum Zeitpunkt des größeren der aufeinanderfolgenden Spitzenamplitudensignale liegt.