DE3716222C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungsgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein solches Ultraschall-Abbildungsgerät vermag Doppeldaten und M-Modusdaten und/oder Elektrokardiogramm- bzw. EKG- und Photokardiogramm- bzw. PKG-Daten gemeinsam auszu­ geben.

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 Dopplerdatenmustern wiedergegeben werden, kann eine Zeitspanne vom Öffnen einer Herzklappe bis zum Ein­ setzen der Blutströmung, d. h. die Präausstoßperiode gemessen werden. Anhand dieser Meßgröße kann die Herz­ funktion untersucht oder bewertet werden.

Für die Gewinnung von Dopplerdaten werden von einem Ultraschallwandler 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. Infolgedessen vergeht eine beträchtliche Zeitspanne vom Ausgeben des Echosignals bis zum Ausgeben des Doppler­ signals. Aus diesem Grund muß die Dopplerdatenausgabe gegenüber den M-Modusdaten und den EKG- oder PKG-Daten verzögert werden. Diese Verzögerungszeit ist dabei in der Präausstoßperiode (PA-Periode) enthalten, so daß diese nicht genau gemessen werden kann.

In der US-PS 43 98 540 ist ein Ultraschall-Abbildungs­ gerät der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem ein B-Modusbild und ein M-Modusbild auf einem einzigen Anzeigeschirm angezeigt werden können. Hierzu werden das B-Modusbild und das M-Modusbild in verschiedene Speicherbereiche eines Einzelbildspeichers eingeschrieben und entsprechend einem Fernsehformat aus dem Ein­ zelbildspeicher ausgelesen. Damit können das B-Modus­ bild, das mit schnellen elektronischen Abtasten erzeugt ist, und das M-Modusbild, das mit relativ niedriger Ge­ schwindigkeit geliefert wird, auf dem gleichen Anzeige­ schirm Seite an Seite angezeigt werden. Bei diesem be­ kannten Abbildungsgerät können gegebenenfalls auch die M-Modusbilddaten durch Dopplerdaten ersetzt werden.

Weiterhin ist in der US-PS 45 27 278 eine Meßvorrich­ tung beschrieben, bei der zur Messung der Blutströmung in der Aorta eine Echtzeit-Sektorabtastung durchgeführt wird, um den interessierenden Querschnitt zu lokalisieren und einen Dopplerstrahl mit der Gefäßachse auszu­ richten. Die Anzahl aktiver Sende- und Empfangswandler wird verändert, um den Strahlungsquerschnitt an den Ge­ fäßquerschnitt anzupassen. Bei dieser bekannten Meßvor­ richtung wird so ein Probenvolumen durch Auswahl von Wandlerelementen und Verzögerungszeiten elektronisch eingestellt, wenn Dopplerinformation durch diese Wand­ lerelemente mittels Sektorabtastung gewonnen wird.

In der GB-Z: Medical and Biological Engineering and Computing, 23, 1985, S. 445-452, wird die mikro­ computergeschützte Gewinnung, Speicherung und Verarbei­ tung spektralanalysierter Doppler-Ultraschallblutströ­ mungssignale eingegangen, wobei auch eine Datenkorre­ lation zwischen R-Welle und Blutströmung erwähnt ist.

Weiterhin ist aus der US-Z: IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Vol. SU-32, Nr. 3, Seiten 458 bis 464, ein Abbildungsgerät bekannt, bei dem in Echtzeit zwei­ dimensional eine Blutströmung abgebildet wird, indem eine sog. "Autokorrelationstechnik" angewandt wird. Diese Technik wendet zwei Methoden an, nämlich eine erste Methode zum zweidimensionalen Anzeigen der Blutströ­ mungsdaten im B-Modus und eine zweite Methode zum An­ zeigen im M-Modus, so daß eine Anzeige in einem zeit­ lich veränderlichen Zustand vorgenommen wird.

Schließlich beschreibt die US-PS 44 13 630 eine Sektor- Abtasteinrichtung zur Ultraschalldiagnose, bei der ein EKG-Ausgangssignal in Echtzeit mit einem zweidimensio­ nalen Bild angezeigt wird, wobei Photographien der An­ zeigen an gewählten Stellen im EKG-Zyklus abhängig von einer vom Bediener der Einrichtung vorgenommenen Ein­ stellung erstellt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ultra­ schall-Abbildungsgeräts, das Untersuchungsdaten, nämlich M-Modusdaten sowie EKG- und PKG-Daten zusamen mit durch schnelle Fourier-Transformation gewonnenen Doppler­ daten gleichzeitig zu liefern und in einem Bild guter Qualität anzuzeigen vermag.

Diese Aufgabe wird bei einem Ultraschall-Abbildungs­ gerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 er­ findungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschall-Ab­ bildungsgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

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

Fig. 3 ein Schaltbild einer Zeitsteuerschaltung,

Fig. 4A und 4B graphische Darstellung des Ver­ laufs 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-Ab­ bildungsgeräts gemäß einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung.

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 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 9 bzw. 10 an einen Einzelbildspeicher 13 angeschlos­ sen, der seinerseits unmittelbar mit dem Dopplersignal­ analysator 7 verbunden ist. An einen externen Speicher 16 ist ein Ausgabepufferspeicher 14 an­ geschlossen.

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

Wenn beim beschriebenen Ultraschall-Abbildungsgerät der Ultraschallwandler 1 durch das Ansteuerimpulssignal 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 Bildsignalprozessor 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, 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 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 Bildsignalprozessor 6 als Daten a, b, c, . . . in Synchronismus mit Geschwindigkeitssignalen 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 t1 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 13 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 8a gemäß Fig. 3 gespeichert. Wenn die Vorgabedaten (Td) einer Schieberegistersteuer­ einheit 8b eingegeben werden, wird ein Schieberegister 9a des Schieberegisters 9 durch die Steuerein­ heit 8b auf den Wert bzw. die Größe Td voreingestellt. Die Schieberegisterschaltung 9 kann durch die Vorgabe­ daten von einer externen Schal­ tung über die Schieberegistersteuereinheit 8b voreinge­ stellt 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 t1 an im Schieberegister 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) 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 im Schieberegister 11 und die M-Modusdaten vorübergehend im Schieberegister 12 gespeichert, und sie werden aus den Schiebe­ registern 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 8a einen Vorgabe- oder Voreinstellzähler, und sie wird auf eine berechnete Größe oder eine Meßgröße der Verzögerungszeit Td voreingestellt. Die Zeitsteuerschaltung 8 erzeugt ein 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, liefert der Einschreibadreßgenerator 17b 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 17c an einer Adresse "10" gespeichert wer­ den sollen, werden die Dopplerdaten aufgrund der Adreß­ daten vom Adreßgenerator 17b 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 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 Ultraschall-Abbildungsgerät 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 (11)

1. Ultraschall-Abbildungsgerät, mit:

• - einem Ultraschallwandler (1) zum Aussenden von Ultraschallimpulsen zu einem ein mit einer Ge­ schwindigkeit fließenden Strömungsmittel enthal­ tenden Untersuchungsobjekt hin und zum Umwandeln von Echowellen der Ultraschallimpulse vom Unter­ suchungsobjekt in ein Echosignal,
• - einer mit dem Ultraschallwandler (1) gekoppelten Signalverarbeitungseinheit (7) zum Signalverar­ beiten des Echosignals vom Ultraschallwandler (1) und zum Erzeugen von Dopplerdaten zu einer ersten Zeit entsprechend der Geschwindigkeit des Strö­ mungsmittels während einer bestimmten Zeit, wobei die Dopplerdaten eine vorbestimmte Verzögerungs­ zeit nach der bestimmten Zeit geliefert werden,
• - einer Untersuchungsdaten-Erzeugungseinrichtung zum Erfassen von Untersuchungsdaten entsprechend einem Parameter des Untersuchungsobjektes während der bestimmten Zeit, wobei die Untersuchungsdaten zu einer zweiten Zeit vor der ersten Zeit erfaßt werden und die Dopplerdaten sowie die Untersu­ chungsdaten zeitlich veränderliche Daten sind,
• - einer Speichereinheit (11, 13) zum Speichern der Dopplerdaten und der Untersuchungsdaten und
• - einer Anzeigeeinheit (15) zum visuellen Darstellen der in der Speichereinheit (11, 13) gespei­ cherten Untersuchungsdaten und der Dopplerdaten,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Zeitdifferenzkorrektureinheit (8, 9, 10, 13) zum Korrigieren der Verzögerungszeit zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit vorgesehen ist, um gleichzeitig die zur ersten Zeit erzeugten Dopplerdaten und die zur zweiten Zeit erzeugten Untersuchungsdaten auszugeben, und
• - die Anzeigeeinheit (15) die von der Speicherein­ heit (11, 13) ausgegebenen Dopplerdaten und Unter­ suchungsdaten gleichzeitig und auf gleicher Zeit­ basis angezeigt.

2. Ultraschall-Abbildungsgerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenzkor­ rektureinheit (8, 9, 10, 13) aufweist:

• - eine Speichereinrichtung (9, 11) zum Zwischen­ speichern der Untersuchungsdaten, und
• - eine Zeitsteuerschaltung (8) zum Steuern des Aus­ lesens der Untersuchungsdaten aus der Speicherein­ richtung (9, 11) nach der Verzögerungszeit.

3. Ultraschall-Abbildungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdifferenzkor­ rektureinheit (8, 9, 10, 13) eine Einrichtung (17) zum Auswählen einer Einschreibadresse aufweist, an welcher die Dopplerdaten in der Speichereinheit (11, 13) gespeichert sind, um die Geschwindigkeit, mit der die Dopplerdaten aus der Speichereinheit (11, 13) gelesen werden, zu erhöhen, wobei die zur ersten Zeit erzeugten Dopplerdaten und die zur zweiten Zeit erzeugten Untersuchungsdaten gleich­ zeitig von der Speichereinheit (11, 13) ausgegeben werden.

4. Ultraschall-Abbildungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter­ suchungsdaten-Erzeugungseinrichtung eine elektro­ kardiographische Einrichtung (EKG) zum Ausgeben von elektrokardiographischen Daten über einen Patienten ist.

5. Ultraschall-Abbildungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter­ suchungsdaten-Erzeugungseinrichtung eine Einrich­ tung (6) für eine Signalverarbeitung am Echosignal und zum Ausgeben von M-Modusdaten entsprechend einem M-Modusbild über einen Patienten ist.

6. Ultraschall-Abbildungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter­ suchungsdaten-Erzeugungseinrichtung eine phono­ kardiographische Einrichtung (PKG) zum Ausgeben von phonokardiographischen Daten über einen Patienten ist.

7. Ultraschall-Abbildungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter­ suchungsdaten-Erzeugungseinrichtung wenigstens eine EKG-Einrichtung und wenigstens eine PKG-Einrichtung zum Ausgeben von zumindest EKG-Daten oder PKG-Daten über einen Patienten aufweist.

8. Ultraschall-Abbildungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige­ einheit (15) die Untersuchungsdaten und die Dopp­ lerdaten gemeinsam und gleichzeit wiedergibt.

9. Ultraschall-Abbildungsgerät nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsdaten- Erzeugungseinrichtung das Echosignal verarbeitet und M-Modusdaten ausgibt und daß die Anzeigeeinheit (15) die M-Modusdaten wiedergibt.

10. Ultraschall-Abbildungsgerät nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Untersuchungsdaten- Erzeugungseinrichtung wenigstens eine EKG-Einrich­ tung oder eine PKG-Einrichtung zum Ausgeben von zu­ mindest EKG-Daten oder PKG-Daten über einen Patienten ist und die Anzeigeeinheit (15) wenigstens die EKG-Daten oder die PKG-Daten wiedergibt.