DE3716222A1

DE3716222A1 - Ultraschall-abbildungsgeraet

Info

Publication number: DE3716222A1
Application number: DE19873716222
Authority: DE
Inventors: Hiromi Maekawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1987-11-19
Also published as: DE3716222C2; JPS62266039A; US4850361A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungsgerät, das Dopplerdaten und M-Modusdaten und/oder Elektro kardiogramm- bzw. EKG- und Photokardiogramm- bzw. PKG- Daten gemeinsam auszugeben vermag.

Ultraschall-Abbildungsgeräte werden in der Medizin ver breitet insbesondere als Ultraschall-Diagnose- oder -Untersuchungsgeräte eingesetzt. Ein solches Gerät gibt nicht nur ein tomographisches Bild bzw. Tomogramm wieder, sondern vermag auch EKG- und PKG-Daten zusammen mit Dopplerdaten für die Darstellung eines Blutstroms auf einem einzigen Bildschirm wiederzugeben.

Wenn die EKG-, PKG- und M-Modusbilder zusammen mit Doppler datenmustern wiedergegeben werden, kann eine Zeitspanne vom Öffnen einer Herzklappe bis zum Einsetzen der Blut strömung, d. h. die Präausstoßperiode (Pre Ejection Period), gemessen werden. Anhand dieser Meßgröße kann die Herz funktion untersucht oder bewertet werden.

Für die Gewinnung von Dopplerdaten werden von einem Ultra schallwandler erhaltene Echosignale einer schnellen Fourier- Transformation (FFT) für Frequenzanalyse unterworfen.

Wenn die Dopplerdaten nach der schnellen Fourier-Trans formation gewonnen werden sollen, müssen die Echosignale Abtast- und Rechenoperationen unterworfen werden. Infolge dessen vergeht eine beträchtliche Zeitspanne zum Ausgeben des Echosignals bis zum Ausgeben des Dopplersignals. Aus diesem Grund muß die Dopplerdatenausgabe gegenüber den M-Modusdaten und den EKG- oder PKG-Daten verzögert wer den. Diese Verzögerungszeit ist dabei in der Präausstoß periode (PA-Periode) enthalten, so daß diese nicht genau gemessen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Ultra schall-Abbildungsgeräts, das M-Modusdaten sowie EKG- und PKG-Daten zusamen mit Dopplerdaten gleichzeitig auszu geben oder zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn zeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfin dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Abbildungs geräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung der Arbeits weise des Geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Zeit- oder Takt(steuer)schal tung (timing circuit),

Fig. 4A und 4B graphische Wellenformdarstellungen von Doppler- bzw. EKG-Signalen,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der auf einem Monitor- Bildschirm wiedergegebenen Doppler- und EKG-Signale und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Abbildungs geräts gemäß einer anderen Ausführungsform der Er findung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Ultraschallwandler 1 mit einem Sender/Empfänger 4 verbunden, der eine herkömmliche Ultraschall-Sende/Empfangsschaltung zum Ausgeben eines Ansteuerimpulssignals zum Ultraschallwandler 1 und zum Verstärken von Echosignalen vom Wandler 1 aufweist. Die Ausgangsklemme der Sende/Empfangsschaltung 4 ist mit einem Bildsignalprozessor 6 und einem Doppler signalanalysator 7 verbunden. Der Bildsignalprozessor 6 führt eine orthogonale Detektion (oder Demodulation), Abtastung, schnelle Fourier-Transformation und dergl. bezüglich des Dopplersignals aus, um damit eine Dopp lerfrequenz zu messen.

Die Ausgangsklemme eines EKG/PKG-Geräts ist über einen Verstärker 3 mit einem Signalprozessor 5 verbunden, der externe Signale, wie EKG- und PKG-Signale, filtriert und abtastet. Die Ausgangsklemmen der Signalprozessoren 5 und 6 sind über Schieberregister(-Schaltungen) 9 bzw. 10 an einen Einzelbildspeicher (frame memory) 13 angeschlos sen, der seinerseits unmittelbar mit dem Dopplersignal analysator 7 verbunden ist. An einen externen Speicher 16 ist ein Ausgangs- oder Ausgabepufferspeicher 14 an geschlossen.

Die Schieberegister 9 bis 12, der Einzelbildspeicher 13 und der Ausgabepufferspeicher 14 sind mit einer Zeit- oder Takt(steuer)schaltung 8 verbunden, welche die Lese/Einschreib-Zugriffzeittakte dieser Schieberegister und Speicher steuert.

Wenn beim beschriebenen Ultraschall-Abbildungsgerät der Ultraschallwandler 3 durch das Treiber- oder An steuerimpulssignal vom Sender/Empfänger 4 angesteuert wird, strahlt er Ultraschallstrahlen zu einem Unter suchungsobjekt (Patienten) aus. Echowellen vom Patienten werden durch den Ultraschallwandler 1 in Echosignale um gewandelt und durch den Sender/Empfänger 4 verstärkt. Das vom letzteren ausgegebene Echosignal wird einer Signalverarbeitung durch den Signalprozessor 6 unterwor fen und dem Schieberegister 10 als Bildsignal eingegeben.

Das dem Dopplersignalanalysator 7 eingegebene Echosignal wird durch diesen einer Signalverarbeitung unterworfen, um Dopplerdaten zu gewinnen. Insbesondere führt der Dopplersignalanalysator 7 ein Datensammeln (Abtasten), eine schnelle Fourier-Transformationsverarbeitung, eine Dopplersignalübertragung und dergl. aus, um Dopplerdaten auszugeben. Eine Verzögerungszeit entsprechend einer be stimmtem Zeitspanne (etwa 20 ms) ist für das Abtasten von 64 oder 128 Punkten erforderlich, und die Verarbeitung der Abtastdaten wird durchgeführt (generated), bis nach der Eingabe des Echosignals in den Dopplersignalanalysa tor 7 die Dopplerdaten ausgegeben werden. Infolgedessen liegt eine Verzögerungszeit zwischen den M-Modussignalen vom Signalprozessor 6 und den Dopplerdaten vom Doppler signalanalysator 7 vor. Zum Kompensieren dieser Verzöge rungszeit werden die im Schieberegister 10 gespeicherten M-Modusdaten mit einem der Verzögerungszeit (20 ms) ent sprechenden Schritt- oder Zeittakt ausgelesen und zum Einzelbildspeicher 13 übertragen. Die M-Modusdaten und die Dopplerdaten können somit gleichzeitig im Einzel bildspeicher 13 abgespeichert werden.

Die vorstehend erwähnte Operation ist nachstehend anhand des Zeitsteuerdiagramms gemäß Fig. 3 erläutert. M-Modus daten werden vom Signalprozessor 6 als Daten a, b, c, . . . in Synchronismus mit Geschwindigkeitssignalen (rate signals) ausgegeben und vom Zeitpunkt t 1 an sequentiell im Schiebe register 10 abgespeichert.

Die Dopplerdaten werden vom Zeitpunkt t 2 aus ausgegeben, der gegenüber dem Zeitpunkt t 1 um eine Zeitspanne ver zögert ist, welche eine Datensammelzeit, eine schnelle Fourier-Transformations- bzw. FFT-Verarbeitungszeit und eine Dopplerdaten-Übertragungszeit einschließt, d. h. um die Zeitspanne Td. Die Dopplerdaten werden dem Einzel bildspeicher 13 eingespeist und in diesem abgespeichert. In diesem Fall werden die im Schieberegister 10 gespeicher ten M-Modusdaten sequentiell aus diesem Schieberegister 10 in der Reihenfolge a, b, c, . . . ausgelesen und im Einzel bildspeicher 13 gespeichert. Die M-Modusdaten und die Dopplerdaten werden somit im Einzelbildspeicher 13 mit demselben Zeittakt gespeichert.

Die im Einzelbildspeicher 13 gespeicherten M-Modusdaten und Dopplerdaten werden gemeinsam aus diesem Speicher ausgelesen und einer Anzeigeeinheit 15 eingegeben. Auf diese Weise werden das M-Modusbild und ein Doppler-Blut strömungsmuster gleichzeitig auf der Anzeigeeinheit 15 wiedergegeben.

Die Verzögerungszeit Td wird anhand der Datenerfassungs zeit td 1, der Frequenzanalysezeit td 2 und der Übertra gungszeit td 3 berechnet oder durch Messung abgeleitet. Daten entsprechend der Verzögerungszeit Td werden in einer Vorgabewertschaltung 8 a gemäß Fig. 3 gespeichert. Wenn die Vorgabedaten (Td) einer Schieberegistersteuer einheit 8 b eingegeben werden, wird ein Schieberegister 9 a der Schieberegisterschaltung 9 durch die Steuerein heit 8 b auf den Wert bzw. die Größe Td voreingestellt. Die Schieberegisterschaltung 9 kann durch die Vorgabe daten (oder Voreinstelldaten) von einer externen Schal tung über die Schieberegistersteuereinheit 8 b voreinge stellt (preset) werden.

Wenn EKG- und PKG-Signale von einem externen Gerät, z. B. dem EKG/PKG-Gerät, dem Verstärker 3 eingespeist werden, werden diese Signale durch den Verstärker 3 verstärkt und dann dem Signalprozessor 5 eingespeist. Die durch den Signalprozessor 5 einer Signalverarbeitung unterworfenen EKG- und PKG-Signale werden auf dieselbe Weise wie die M-Modussignale zu einem Zeitpunkt ausgegeben, der um die Zeit td vor dem Zeitpunkg des Dopplersignals liegt (vgl. Fig. 4A). Die EKG- und PKG-Signale werden vom Zeitpunkt t 1 an in der Schieberegisterschaltung 9 gespeichert, vom Zeitpunkt t 2 an ausgelesen und dann zum Einzelbildspeicher 13 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt werden EKG-, PKG- und Dopplerdaten gleichzeitig im Einzelbildspeicher 13 abge speichert (vgl. Fig. 4B).

Die EKG-, PKG- und Dopplerdaten werden aus dem Einzel bildspeicher 13 ausgelesen und der Anzeigeeinheit 15 eingespeist. Gemäß Fig. 5 werden dabei auf der Anzeige einheit 15 ein Doppler-Blutströmungsmuster (a) sowie ein EKG- (PKG-)Muster (b) wiedergegeben. Da das Doppler-Blut strömungsmuster (a) und das EKG-Muster (b) zum gleichen Zeitpunkt bzw. mit dem gleichen Zeittakt wiedergegeben werden, werden anhand dieser Muster eine Präausstoß periode (PAP), BZ (Beschleunigungszeit) und AZ (Ausstoß zeit) (Ejection Time) gemessen und damit eine Diagnose bezüglich der Zustände des Herzens ausgeführt.

Wenn die EKG- und PKG-Daten oder die M-Modusdaten zusam men mit den Dopplerdaten im externen Speicher 16 abge speichert werden, werden die EKG- und PKG-Daten vor übergehend in der Schieberegisterschaltung 11 und die M-Modusdaten vorübergehend in der Schieberegisterschal tung 12 gespeichert, und sie werden aus den Schiebe registerschaltungen 11 bzw. 12 mit einem Zeittakt, der mit einem Ausgabezeittakt der Dopplerdaten koinzidiert, ausgelesen, um im Ausgabepufferspeicher 14 gespeichert zu werden. Wenn die EKG- und PKG-Daten oder die M-Modus daten sowie die Dopplerdaten vom Ausgabepufferspeicher 14 zum externen Speicher 16 übertragen werden, können sie in letzterem gleichzeitig gespeichert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden der Daten auslesezeittakt für die Schieberregisterschaltungen 9 bis 12 und der Dateneinschreibzeittakt des Einzelbildspeichers 13 durch ein Signal von der Zeitsteuerschaltung 8 bestimmt. Zu diesem Zweck enthält die Vorgabewertschaltung 8 a einen Vorgabe- oder Voreinstellzähler, und sie wird auf eine berechnete Größe oder eine Meßgröße der Verzögerungszeit Td voreingestellt. Die Zeitsteuerschaltung 8 erzeugt ein Zeit takt- oder Zeitsteuersignal, das um die Zeit Td gegenüber dem Geschwindigkeitsimpuls verzögert ist. Der Vorgabewert kann automatisch gesetzt werden. In diesem Fall wird eine Zeitdifferenz zwischen dem Dopplersignal und anderen Signalen durch z. B. einen Zähler in Abhängigkeit von Vorder- oder Hinterflanken der Signale gezählt, wobei der Zählwert in der Zeitsteuerschaltung 8 voreingestellt oder vorgegeben wird.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind Signal prozessoren 5 und 6 sowie ein Doppersignalanalysator 7 un mittelbar mit dem Einzelbildspeicher 13 und dem Ausgabe pufferspeicher 14 verbunden. Die Einschreibzeittakte der Speicher 13 und 14 werden durch einen Einschreibadreß generator 17 bestimmt. Wenn insbesondere in die Speicher 13 und 14 Dopplerdaten eingegeben werden, die um die Zeit spanne Td verzögert sind (oder werden sollen), liefert der Einschreibadreßgenerator 17 b den Speichern 13 und 14 eine Adresse, die um die Zahl der Pixels entsprechend der Zeit differenz Td (td) kleiner ist als eine Einschreibadresse für andere Daten (z. B. EKG-Daten). Wenn beispielsweise die Ausgabe von Dopplerdaten vorausgesetzt wird, die um eine Zeitspanne entsprechend 10 Pixels verzögert sein sollen, wobei EKG-Daten mittels der Adreßdaten von einem Adreßgenerator 17 c an einer Adresse "10" gespeichert wer den sollen, werden die Dopplerdaten aufgrund der Adreß daten vom Adreßgenerator 17 b an der Adresse "1" gespeichert. Damit kann die Zeitdifferenz zwischen den Dopplerdaten und den EKG-Daten korrigiert werden, so daß diese Daten in den Speichern 13 und 14 zum gleichen Zeitpunkt bzw. mit dem gleichen Zeittakt (at the same timing) abgespeichert wer den können.

Die Dopplerdaten und andere, wie erwähnt, im Einzelbild speicher 13 gespeicherten Daten werden ausgelesen und der Anzeigeeinheit 15 eingegeben. Auf diese Weise können ein Doppler-Blutströmungsmuster und ein durch andere Daten repräsentiertes Muster gleichzeitig oder mit dem gleichen Zeittakt auf der Anzeigeeinheit 15 wiedergegeben werden.

Auch wenn beim erfindungsgemäßen Gerät Dopplerdaten mit einer Verzögerung gegenüber anderen Daten, z. B. M-Modus daten sowie EKG- und PKG-Daten, ausgegeben werden, kön nen die Dopplerdaten auf einer Anzeigeeinheit wiederge geben oder in einem Speicher abgespeichert werden, ohne daß zwischen den jeweiligen Daten eine Zeitdifferenz vor liegt, was insbesondere für die Herzdiagnose oder -unter suchung vorteilhaft ist.

Claims

1. Ultraschall-Abbildungsgerät, gekennzeichnet durch
einen Ultraschallwandler (1) zum Ausstrahlen von Ultraschallstrahlen zu einem in ein Strömungsmittel ent haltenden Untersuchungsobjekt hin und zum Umwandeln von Echowellen vom Untersuchungsobjekt in ein Echo signal,
eine Einheit (7) für eine Signalverarbeitung an dem vom Ultraschallwandler ausgegebenen Echosignal und zum Ausgeben oder Liefern von dem Strömungsmit tel entsprechenden Dopplerdaten,
eine Einheit zum Ausgeben oder Liefern von den Dopplerdaten zugeordneten Untersuchungsobjektdaten (subject data),
eine Zeitdifferenzkorrektureinheit (8, 9, 10, 13) zum Korrigieren einer Zeitdifferenz zwischen den aus gegebenen Untersuchungsobjektdaten und den ausgegebe nen Dopplerdaten, um die Zeittakte (timings) der Unter suchungsobjektdaten von der Untersuchungsobjektdaten- Ausgabeeinheit (6) und der Dopplerdaten von der Dopp lerdaten-Ausgabeeinheit (7) koinzidieren zu lassen, und
eine Ausgabeeinheit (15) zum Ausgeben (oder Wieder geben) der von der Zeitdifferenzkorrektureinheit aus gegebenen Untersuchungsobjektdaten und Dopplerdaten.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenzkorrektureinheit eine Speichereinheit (10) zum Zwischenspeichern der Untersuchungsobjektdaten (subject data), eine Einzelbildspeichereinheit (13) zum Speichern der aus der Zwischenspeichereinheit aus gelesenen Untersuchungsobjektdaten und der Doppler daten sowie eine Einheit (8) zum Auslesen der Unter suchungsobjektdaten aus der Zwischenspeichereinheit mit einem Zeittakt bzw. zu einem Zeitpunkt (at a timing), der mit einem Ausgabezeittakt oder -punkt koinzidiert, und zum Speichern der ausgelesenen Daten in der Einzel bildspeichereinheit aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (EKG) zum Ausgeben von EKG-Daten ist.

4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (6) für eine Signalverarbeitung am Echo signal und zum Ausgeben von M-Modusdaten ist.

5. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (PKG) zum Ausgeben von PKG-Daten ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenzkorrektureinheit eine Einzelbild speichereinheit (13) zum Speichern von Untersuchungs objektdaten und der Dopplerdaten sowie eine Einheit (8) zum Bestimmen einer Einschreibadresse, an wel cher die Dopplerdaten in der Einzelbildspeicherein heit gespeichert sind, entsprechend der Zeitdifferenz zwischen den Ausgabezeitpunkten oder -takten der Dopplerdaten und der Untersuchungsobjektdaten auf weist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (EKG, PKG) zum Ausgeben von zumindest EKG-Daten oder PKG-Daten ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinheit eine Wiedergabe- oder Anzeige einheit (15) zum gemeinsamen Wiedergeben der Unter suchungsobjektdaten und der Dopplerdaten ist.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (6) für eine Signalverarbeitung am Echo signal und zum Ausgeben von M-Modusdaten ist und die Ausgabeeinheit eine Wiedergabe- oder Anzeigeeinheit (15) zum Wiedergeben der M-Modusdaten als M-Modus bilder ist.

10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsobjektdaten-Ausgabeeinheit eine Einrichtung (EKG, PKG) zum Ausgeben von zumindest EKG-Daten oder PKG-Daten ist und die Ausgabeeinheit eine Wiedergabe- oder Anzeigeeinheit zum Wiedergeben der EKG-Daten und der PKG-Daten als EKG- bzw. PKG- Bilder ist.