DE3742724A1 - Vorrichtung zum verarbeiten von ultraschallbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein System zum Verarbeiten akustischer Signale, die während der Ultraschallabbildung er­ zeugt und empfangen werden. Mehr im besonderen richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine digitale Phasenkorrekturschaltung die eine Architektur benutzt, die besonders brauchbar ist zur Verwendung in Vorrichtungen zur Ultraschallabbildung, insbe­ sondere solchen, die bei medizinischen Anwendungen benutzt wer­ den.

Bei durch Ultraschallsysteme erzeugten Bildern muß man in der Lage sein, selektiv einzelne Punkte innerhalb eines abgebilde­ ten Körpers zu betrachten. Ein jeder solcher "Punkt" umfaßt tatsächlich ein kleines Volumenelement, dessen Abmessungen von der Auflösung des Gesamtsystems abhängen. Verschiedene innere Körperstrukturen weisen jedoch Ansammlungen solcher Punkte mit verschiedenen Schallabsorptions- und Reflexionseigenschaften auf. Es sind diese Unterschiede, die dazu benutzt werden, das erwünschte Bild zu erzeugen. Trotzdem ist es erforderlich, In­ formation über die Schalleigenschaften dieser Volumenelemente oder Pixel sammeln zu können.

Bei einem üblichen Ultraschall-Abbildungssystem wird eine lineare Reihe von Wandlern vorgesehen. Diese Reihe wird übli­ cherweise in Form einer Wand hergestellt, die durch eine im Ultraschallabbilden erfahrene Person über den Körper des Pa­ tienten bewegt wird. Die Wandler dienen üblicherweise zwei Funktionen. Sie erzeugen nicht nur Ultraschall-Wellenfronten im Körper, sondern sie nehmen auch Ultraschall-Echosignale auf, die aus den verschiedenen inneren Körperstrukturen stammen, die durch den Ultraschall angeregt wurden.

In einem typischen Ultraschallabbildungsgerät wird innerhalb des untersuchten Körpers eine Ultraschall-Wellenfront erzeugt. Nach dieser Anregung empfängt eine lineare Reihe von Wandlern Echosignale von all den Punkten, die angeregt worden sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in der Lage zu sein, elektrisch "den Empfänger zu orientieren", damit man ein Signal erzeugen kann, das proportional der Amplitude des Echosignals von einem einzelnen Reflexionspunkt (Voxel oder Pixel) innerhalb des Körpers ist. In diesem Zusammenhang ist daran zu erinnern, daß das Signal von einem solchen Punkt verschiedene Entfernungen zu den verschiedenen Wandlern in der Reihe zurücklegt. Dadurch wird dieses Signal (von einem einzelnen Reflexionspunkt) um eine Zeit verzögert, die proportional dem Abstand zwischen dem Punkt und einem gegebenen Wandler in der Reihe ist. Natürlich ist diese Verzögerungszeit eine Funktion der Position des Wandlers in der Reihe sowie eine Funktion der Position des Punktes. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Signale von einem einzelnen Reflexionspunkt an der Wandlerreihe in einer solchen Weise ankommen, daß sie Phasendifferenzen aufweisen, die sich aus den Abstandsdiffe­ renzen ergeben. Diese Abstandsdifferenzen erzeugen auch Zeit­ verzögerungensdifferenzen. Weil die Ultraschall-Echosignale über unterschiedliche Längenpfade verlaufen und weil es einen gewissen Grad der Abschwächung gibt, der allgemein proportio­ nal der Pfadlänge ist, weisen die an den verschiedenen Wand­ lern ankommenden Echosignale auch Amplitudenunterschiede als Ergebnis der Abstandsunterschiede zwischen dem Reflexionspunkt und den verschiedenen Wandlern in der Reihe auf. Es kann je­ doch eine relative Zeitsteuerung zwischen verschiedenen Wand­ lern in der Reihe benutzt werden, um alle Signale von einem einzelnen Reflexionspunkt gleichzeitig durch die Wandlerreihe einzublenden. Dies gestattet es der Reihe wirksam, auf einen einzelnen Beobachtungspunkt "zu schauen". Eine zusätzliche Zeitsteuerung gestattet es der Wandlerreihe, auf einen Beobach­ tungspunkt "fokussiert" zu werden, der einen gewissen Abstand von der Reihe hat, wie durch die zusätzliche Zeitsteuerung be­ stimmt. Natürlich empfängt die Wandlerreihe gleichzeitig auch Signale von anderen angeregten Punkten. Es ist jedoch möglich, die Summe der Signale von einer Wandlerreihe zu bilden, die auf einen einzelnen Punkt gesteuert und fokussiert ist, so daß im Mittel das Signal dieses Punktes die Signale aller anderen Punkte in der Beobachtungsebene dominiert. Ultraschall-Abbil­ dungssysteme weisen üblicherweise eine Steuerung und Fokussie­ rung des Strahles auf, in dem für die empfangenen Signale phasen-, Zeitschlupf- und Zeitverzögerungs-Korrekturen erzeugt werden. Phasenkorrekturen werden im allgemeinen erzeugt durch Anlegen von etwa 128 unterschiedlich gephasten Taktsignalen an 64 Empfänger. Die Zeitverzögerung wird geschaffen durch Ver­ wendung von Verzögerungsleitungen variabler Länge. Einige Systeme schaffen auch einen Zeitschlupf durch Digitalisieren des Signals bei einer Frequenz von 20 Megahertz und Benutzen der Probe so nah als möglich zu der erwünschten Zeit. Auf diese Weise wird ein Ultraschallstrahl gesteuert und fokussiert. Das Problem der Phasenunterschiede bleibt jedoch bestehen.

Die Digitalphasenkorrektur wird mehr und mehr notwendig bei höheren Betriebsfrequenzen für Ultraschallwandler. Es sei an­ genommen, daß eine Phasenquantisierung eines Teiles in 32 bei einer Betriebsfrequenz von 10 Megahertz erforderlich ist. Ein analoger Phasenschlupf in den Mischern würde eine Zeit­ auflösung von 3 Nanosekunden erfordern. Dies ist schwierig, wenn nicht unmöglich, und selbst wenn es möglich wäre, dann nur unter so hohen Kosten, die wahrscheinlich unrealisierbar hoch wären. Mit der Digitalphasenkorrektur nach der vorlie­ genden Erfindung ist dies jedoch kein Problem und die er­ wünschte 1/32-Phasenkorrektur wird leicht erreicht.

Während die derzeitigen Ultraschall-Abbildungssysteme leicht anzuwenden sind und sich als außerordentlich nützlich bei medizinisch diagnostischen Anwendungen erwiesen haben, ist es trotzdem erwünscht, die Kosten und die Größe solcher Sy­ steme zu verringern, um sie als diagnostische Werkzeuge noch verfügbarer und wirksamer zu machen. Insbesondere ist es er­ wünscht, höchstintegrierte Schaltungsverfahren und -archi­ tekturen bei der Strukturierung der Ultraschall-Abbildungssy­ steme zu benutzen. Solche Systeme würden die Notwendigkeit vermindern, eine große Zahl diskreter elektronischer Kompo­ nenten zu benutzen, die auf einer relativ großen gedruckten Schaltung angeordnet sind und die Verbindung der diskreten elektronischen Komponenten miteinander erfordern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung empfangen Analogkomponenten akustische Komponenten eines Ultraschall-Echosignals und sorgen für deren Vorver­ stärkung. Diese Signale werden mit einem einzelnen gleichpha­ sigen Lokaloszillator (LO) und einem einzelnen rechtwinkel­ phasigen Lokaloszillator (LOC) vermischt, wobei die Ausgangs­ signale des Mischers durch ein Filter geringen Durchgangs filtriert werden, um I- und Q-Signale zu erzeugen. Die I- und Q-Analogsignale werden in Digitalsignale umgewandelt, wobei man einen variabel getakteten Umwandlungsimpuls be­ nutzt, um einen Zeitschlupf von Element zu Element zu erzeu­ gen, so daß man den erforderlichen Zeitschlupf durch Steuern und Fokussieren einführt. Die digitalisierten I- und Q-Sig­ nale werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Si­ nus und Kosinus spezifischer Winkel multipliziert, um Phasen­ unterschiede zu korrigieren, wie zum Steuern und Fokussieren erforderlich. Spezifische Kosinus- und Sinus-Multiplikationen und -Additionen (die im folgenden detaillierter beschrieben werden) werden durchgeführt und ergeben I′- und Q′-Signale, die in Digitalschieberegister verschiedener Länge eingeführt werden, um die durch das Steuern und Fokussieren eingeführte Zeitverzögerung zu korrigieren. Am Ausgang des Schieberegi­ sters für jedes Element werden die I′- und Q′-Signale addiert, um I _Gesamt - und Q _Gesamt -Signale zu erzeugen, die die Echoinformation von einem einzelnen Beobachtungspunkt repräsentieren. Während I _Gesamt und Q _Gesamt Information von anderen Punkten enthält, wurde diese Information durch das Fokussierungs- und Additions-Verfahren selektiv geschwächt.

Mehr im besonderen umfaßt eine Ausführungsform einer Vorrich­ tung zur Ultraschallabbildung gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Ultraschallsignalwandler zur Aufnahme von Ultraschall­ signalen und zum Erzeugen elektrischer Signale gemäß den em­ pfangenen Ultraschallechos. Mehrere signalverarbeitende Elemen­ te empfangen Signale von mindestens einem Ultraschallwandler, der mit dem Verarbeitungselement verbunden ist, das seiner­ seits digitalisierte und phasenkorrigierte gleichphasige und rechtwinkelphasige Signale erzeugt, die jeweils unabhängig von­ einander von jedem signalverarbeitenden Element addiert wer­ den.

Ein jedes solches signalverarbeitendes Element schließt eine Einrichtung ein zum Erzeugen eines gleichphasigen und eines rechtwinkelphasigen Signals aus Signalen von mindestens einem damit verbundenen Wandler. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um diese gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Signale in digitale Form umzuwandeln. Diese Umwandlung ist zeitlich mit Bezug auf die Umwandlungseinrichtungen in anderen signalver­ arbeitenden Elementen koordiniert, um im wesentlichen gleich­ zeitig Signale umzuwandeln, die von einem einzelnen Beobach­ tungspunkt an den Ultraschallwandlern ankommen. Durch die vor­ liegende Erfindung werden aber auch Einrichtungen geschaffen, um die umgewandelten gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Signale digital einzustellen, um so Phasenunterschiede längs bestimmten Ultraschallsignalpfaden vom Beobachtungspunkt zu dem damit verbundenen Wandler zu korrigieren. Ein paar von Verzögerungs-Schieberegistern variabler Länge ist vorgesehen, um Signale von unterschiedlichen signalverarbeitenden Elemen­ ten zu synchronisieren. Die Einrichtungen zur Phaseneinstel­ lung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen vorzugsweise eine Einrichtung zum Erzeugen einer trigonometrischen Funktion sowie einen "Schmetterlingsphasenrotator".

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitungsvorrichtung zur Verwendung in einem Ultraschall­ abbildungssystem zu schaffen. Es soll weiter eine Schaltungs­ architektur für die Ultraschallabbildung geschaffen werden, die die höchstintegrierten Schaltungstechniken und Verfahren vorteilhaft nutzen können.

Weiter soll durch die vorliegende Erfindung ein kleineres und billigeres Ultraschallabbildungssystem geschaffen werden. Die Erfindung soll auch Phasenunterschiede korrigieren, die in Ultraschallabbildungssystemen auftreten.

Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellung von Ultraschallabbildungssystemen zu vereinfachen. Es ist auch Aufgabe, die Komplexität der Ultraschallabbildungs­ systeme zu vermindern und gleichzeitig bessere Bilder herzu­ stellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, wobei sich auch weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die die Gesamtstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt und insbesondere eine Reihe von Wandlern veranschaulicht, von denen jeder mit einem einzelnen Signalverarbeitungselement ver­ bunden ist, das seinerseits Signale zu zwei Additions­ schaltungen bzw. Addierverstärkern sendet,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Prozessors, wie er in jedem Signalverarbeitungselement der Fig. 1 ent­ halten ist.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Signal­ verarbeitungssystems 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Mehr im besonderen zeigt die Fig. 1 den Einschluß von Wandlern 12 a, 12 b, 12 c ... 12 x. Jeder dieser Ultraschallwandler lie­ fert ein elektrisches Signal an Vorverstärker 14 a, 14 b, 14 c ... bzw. 14 x. Die Vorverstärker sind vorzugsweise vorhanden, um die von den Wandlern erzeugten Signale zu verstärken. Um die vorliegende Erfindung zu verstehen, ist es lediglich er­ forderlich, die Rolle der Wandler als Empfänger, nicht aber als Generator von Ultraschallsignalen zu betrachten. Im beson­ deren erzeugen die Wandler aufgrund von Ultraschallechos, die durch die inneren Strukturen des Körpers, der untersucht wird, erzeugt werden, ein elektrisches Signal. Diese elektrischen Signale werden vorzugsweise verstärkt und dazu benutzt, ana­ loge gleichphasige Signale I und rechtwinkel(Quadratur)-pha­ sige Signale Q zu erzeugen. Diese I- und Q-Signale werden all­ gemein für jeden Wandler erzeugt. So kann z. B. ein gleich­ phasiges Signal I aus einem elektrischen Signal erzeugt wer­ den, das von dem Wandler 12 a stammt, indem man das Mischsig­ nal mittels der Analog-Multiplizierschaltung 15 a mit einem Signal multipliziert, das von einem lokalen gleichphasigen Oszillator (LOI) stammt. Ein typischer Lokaloszillator erzeugt eine sinusförmige Welle. Das multiplizierte Signal wird dann einem Filter 17 a mit geringem Durchgang zugeführt, der das erwünschte gleichphasige Signal I erzeugt. Dieses Signal geht zu einem Prozessor 20 a, der weiter unten detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben ist. In ähnlicher Weise wird das gleiche elektrische Signal vom Wandler 12 a mittels einer Multiplizierschaltung 18 a eines Lokaloszillators mit rechtwinkliger Phase (LOQ) multipliziert. Dieses Signal wird dem Filter 18 a mit geringem Durchgang zugeführt, der das erwünschte rechtwinkelphasige Signal Q erzeugt, das dem Pro­ zessor 20 a zugeführt wird. Das rechtwinkelphasige Signal des Lokaloszillators hat typischerweise eine Kosinusform, d. h. es ist ähnlich dem gleichphasigen Oszillatorsignal mit der Ausnahme, daß es 90 Grad phasenverschoben ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten System braucht man nur einen LOI und einen LOQ zu benutzen. Während mehrere Oszillatoren gezeigt sind, soll dies nicht bedeuten, daß mehrere der verschiedenen Oszil­ latoren erforderlich sind.

Üblicherweise arbeiten die Lokaloszillatoren bei einer Fre­ quenz von etwa 2,5 bis etwa 10 Megahertz. Die Filter mit ge­ ringem Durchgang weisen üblicherweise eine kritische bzw. Grenzfrequenz zwischen etwa 1 und 5 Megahertz auf.

Der Prozessor 20 a empfängt z.B. gleichphasige und rechtwinkel­ phasige Signale I und Q und erzeugt einen gleichphasigen und einen rechtwinkelphasigen Ausgang. Gemeinsam werden in der vorliegenden Anmeldung der Prozessor 20 a, die Filter 17 a und 18 a mit geringem Durchgang, die Multiplizierschaltungen 15 a und 18 a sowie der gleichphasige und rechtwinkelphasige Lokal­ oszillator als "signalverarbeitendes Element" bezeichnet. Jeder Wandler ist üblicherweise mit seinem eigenen Signalverarbei­ tungselement verbunden. Jedes Signalverarbeitungselement er­ zeugt ein paar von Ausgangssignalen. Eines der Ausgangssignale repräsentiert eine Komponente des gleichphasigen Gesamt(Total)- Signals und wird einem geeigneten Addierverstärker zugeführt. Diese Addierverstärker sind in Fig. 1 durch die Bezugszahlen 40 a, 40 b, 40 c ... etc. bezeichnet. Die Anzahl der Wandler und Signalverarbeitungselemente ist üblicherweise entweder 84 oder 128, obwohl größere oder kleinere Reihen davon in Abhängigkeit von der Anwendung benutzt werden können. In ähnlicher Weise werden die rechtwinkelphasigen Komponenten der Prozessoren 20 a, 20 b, 20 c ... 20 x Summierverstärkern 42 a, 42 b, 42 c usw. zugeführt. Es ist die Addition, die in den Addierverstärkern 40 und 42 (womit auf die Addierverstärker gemeinsam Bezug genommen wird) ausgeführt wird, die die Auswahl eines einzel­ nen Beobachtungspunktes gestattet, indem man mehrere Signale addiert, die alle auf diesen Punkt "fokussiert" werden. Auf diese Weise läßt man das Signal des erwünschten Beobachtungs­ punktes gegenüber anderen Signalen, die an den Wandlern eben­ falls vorhanden sein können, dominieren. Die Addierverstärker liefern somit eine selektive Verstärkung des erwünschten Sig­ nals. Indem man den Brennpunkt der Wandlerreihe innerhalb einer Reihe variieren läßt, ist es möglich, Bilder innerer Körperstrukturen aufgrund ihrer Ultraschall-Reflexionseigen­ schaften zu erzeugen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, haben die Komponenten, die mit dem Wandler 12 b gekoppelt sind, die gleiche numerische Be­ zeichnung wie die mit dem Wandler 12 a verbundenen Komponenten. Beim Wandler 12 b sind die Komponenten jedoch zusätzlich mit einem "b" versehen, um auf ihre Verbindung mit dem Wandler 12 b hinzuweisen. Die in Fig. 1 gezeigte Struktur ist somit eine sich wiederholende Struktur. Solche sich wiederholenden Struk­ turen sind besonders mit VLSI(Höchstintegrations)-Verfahren herstellbar.

Fig. 1 zeigt mehrere Ultraschallwandler zur Aufnahme von Ultraschallsignalen. Diese Wandler sind jeweils mit einem signalverarbeitenden Element verbunden, das korrigierte gleichphasige und rechtwinkelphasige digitalisierte Signale erzeugt und diese Signale den Addiereinrichtungen 40 und 42 zuführt. Die gleichphasigen und rechtwinkel(Quadratur)-pha­ sigen Signale werden separat addiert, und dann kann man diese Signale einem Bildverarbeitungsteil eines Ultraschall-Abbil­ dungssystems zuführen. Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung besonders als ein "Vorderende" für ein System zur Erzeugung von Ultraschallbildern beschrie­ ben werden kann.

Die in Fig. 1 gezeigten Prozessoren 20 a, 20 b, 20 c ... 20 x sind in Fig. 2 in Blockdiagrammform detaillierter dargestellt. Jeder der in Fig. 1 gezeigten Prozessoren 20 empfängt gleich­ phasige und rechtwinkelphasige Signale I und Q von den ent­ sprechenden Filtern mit geringem Durchgang. Analog/Digital- Umsetzer bzw.-Wandler 21 wandeln unter der Steuerung des Funktionsblockes 35 ein empfangenes gleichphasiges Signal in Digitalform um und führen den Multiplikatoren 23 und 24 ein digitalisiertes Ergebnis zu. In ähnlicher Weise wandelt der Analog/Digital(A/D)-Umsetzer 22 unter der Zeitsteuerung des Funktionsblockes 35 rechtwinkelphasige Signale Q in digitali­ sierte Form um. Die I- und Q-Signale werden den Umsetzern 21 und 22 zugeführt, wo sie im wesentlichen digitalisiert werden. Der Ansteuerwinkel und die Brennweite des empfangenen Strahles werden benutzt, beim Triggern der A/D-Umsetzer einen Zeitschlupf zu erzeugen. Dieser Zeitschlupf ist eine Zeitdauer, die ein Bruchteil des Intervalles zwischen Proben ist. Dadurch wird das gleiche Signal des abgebildeten Gegenstandes an allen verschiedenen Wandlerelementen gesammelt. In ähnlicher Weise wird das digitalisierte rechtwinkelphasige Signal den Multi­ plizierschaltern 25 und 26 zugeleitet. Die Multiplizierschal­ tungen 23, 24, 25 und 26 sind Digital-Multiplizierschaltungen, die außerdem Signale von Einrichtungen 30 empfangen, die trigonometrische Funktionssignale erzeugen. Eine solche Ein­ richtung 30 zum Erzeugen trigonometrischer Funktionssignale umfaßt vorzugsweise einen Festspeicher (ROM), der die Werte der Sinus- und Kosinus-Funktionsargumente für verschiedene Win­ kel enthält. Der ausgewählte Winkel wird durch den Regelungs­ block 35 aufgrund der Steuerungs-, Fokus- und Zeitkontroll­ anforderungen bestimmt, die durch den Ort des Wandlers dik­ tiert werden, der mit dem jeweiligen Prozessor verbunden ist sowie auf der Grundlage der Position des Beobachtungspunktes, der gerade betrachtet wird. Ein Sinusfunktions-Signal der ein trigonometrisches Funktionssignal erzeugenden Einrichtung 30 wird den Multiplizierschaltungen 24 und 25 zugeleitet. In gleicher Weise wird ein Kosinus-Funktionssignal in digitali­ sierter Form den Multiplizierschaltungen 23 und 28 zugeleitet. Die sich ergebenden Digitalsignale der Multiplizierschaltun­ gen 23 und 25 werden im Addierwerk 27 zur Erzeugung des Di­ gitalsignals I′ addiert. In ähnlicher Weise empfängt die Sub­ straktionsschaltung 28, die die Substraktion a-b ausführt, ein Signal von der Multiplizierschaltung 24 und ein anderes Signal von der Multiplizierschaltung 28. Das Subtrahierglied ist vorzugsweise als Addierglied mit einem arithmetischen In­ verter am "b"-Eingang ausgebildet. Die erzeugte Differenz führt zum Digitalsignal Q′. Multiplizierschaltungen 23, 24, 25 und 25, Speicher 30 und Addierverstärker 27 und 28 werden in der vorliegenden Anmeldung gemeinsam als Digital-Schmetter­ lingsphasenrotator bezeichnet. Es ist besonders diese Schaltung, die Phasenfehler korrigiert, die sich aus unterschiedlichen Längen des Ultraschallpfades ergeben. Diese Schaltung führt zur Bildung von I′- und Q′-Signalen, wie sie in den beiden folgenden Gleichungen angegeben sind:

I′ = I * COS (THETA) + Q * SIN (THETA) (1)
Q′ = Q * COS (THETA) - I * SIN (THETA) (2)

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Speichereinrichtung 30 einen Festwertspeicher, der nur 8 verschiedene Werte enthält, deren jeder auf eine Genauigkeit von acht Bits spezifiziert ist. Diese acht Werte gestatten die Einführung von 32 ver­ schiedenen Werten für ⊖ von 0 bis 360 Grad. Der Wert von ⊖ ist bestimmt durch die Berechnung des Ansteuerwinkels und der Brennweite des empfangenen Strahles. Durch Schaffen koordinier­ ter Werte von ⊖ für jeden Wandler und jedes signalverarbei­ tende Element werden die I′- und Q′-Signale für alle Elemente kohärent.

Die digitalisierten I′- und Q′-Signale werden nun den Schiebe­ registern variabler Länge 32 und 34, die in Fig. 2 gezeigt sind, zugeführt. Dies schafft eine Verzögerung einer integra­ len Zahl von Proben von dem Zeitpunkt, an dem die Daten gesam­ melt werden bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Daten am Aus­ gang verfügbar sind. Die Anzahl der Verzögerungsstufen wird durch den Steuerfunktionsblock 35 in Übereinstimmung mit dem besonderen Ansteuerwinkel und der besonderen Brennweite aus­ gewählt, die gerade beobachtet wird, so daß der Ausgang aller Schieberegister aller Elemente im wesentlichen gleichzeitig die I′- und Q′-Signale bereitstellt, die einem besonderen re­ flektierenden Gegenstand im Ultraschallstrahl entsprechen. Im besonderen kann der Prozessor 20 auf einzelnen CMOS-Chips ausgeführt werden, die miteinander in einer solchen Weise ver­ bunden sind, daß alle I′- und Q′-Werte in jeder Probe addiert werden und einen I _Total - und Q _Total -Wert ergeben. Diese Werte liefern die Daten, die dazu benutzt werden, den Gegenstand abzubilden, der durch den Ultraschallstrahl abgetastet ist.

Aus dem obigen ergibt sich, daß die Architektur der vorliegen­ den Erfindung die Verwendung von sich wiederholenden Struktu­ ren gestattet, die leicht in einer VLSI-Schaltung ausgeführt werden können. Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfin­ dung eine rasche und wirtschaftliche Schaltung für die Korrek­ tur von Phasenunterschieden, die inhärent in Ultraschallabbil­ dungssystemen auftreten. Weiter ist ersichtlich, daß die an­ gewendete Schaltung Standard ist, aber doch in einer solchen Weise ausgebildet, um ein rasches paralleles Informationsver­ arbeiten, eine Verminderung der Schaltungskomplexität und verminderte Fabrikationskosten zu ergeben.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Verarbeiten von Ultraschallbildern umfassend: mehrere Ultraschallsignal-Wandler (12) zur Aufnahme von Ul­ traschallsignalen und zum Erzeugen elektrischer Signale in Abhängigkeit von den Ultraschallsignalen;
mehrere signalverarbeitende Elemente, die die elektrischen Signale von mindestens einem damit verbundenen Ultraschall­ wandler empfangen, wobei die signalverarbeitenden Elemente einschließen:
Einrichtungen (17; 18) zum Erzeugen von gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Signalen aus den genannten Signalen von mindestens einem der verbundenen Wandler;
Einrichtungen (21; 22) zum Umsetzen der gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Signale in Digitalform, wobei diese Um­ setzung zeitlich hinsichtlich der Umsetzer in anderen sig­ nalverarbeitenden Elementen koordiniert ist, um im wesent­ lichen gleichzeitig Signale umzuwandeln, die von einem ein­ zelnen Reflexionspunkt bei den Ultraschallwandlern (12) an­ kommen;
Einrichtungen zum digitalen Einstellen der umgesetzten gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Signale, um sie hinsichtlich Phasenunterschieden längs bestimmter Ultra­ schallsignal-Pfade von dem Reflexionspunkt zum damit ver­ bundenen Wandler zu korrigieren,
ein Paar Verzögerungseinrichtungen (32; 34) variabler Länge zur Aufnahme der eingestellten gleichphasigen und recht­ winkelphasigen Signale, wobei die Verzögerung auswählbar ist, um Signale von bestimmten Ultraschallwandlern zu synchronisieren;
eine Einrichtung (40) zum Bilden der Summe der von der Verzögerungseinrichtung variabler Länge kommenden gleich­ phasigen Signale in den signalverarbeitenden Elementen und
eine Einrichtung (34) zum Bilden der Summe der von der Ver­ zögerungseinrichtung variabler Länge in den signalverarbei­ tenden Elementen kommenden rechtwinkelphasigen Signale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Erzeugen gleichphasiger Signale umfaßt:
eine Einrichtung (15) zum Multiplizieren des Signals des dazugehörigen Wandlers (12) mit einem Signal eines gleich­ phasigen Lokaloszillators (LOI) und
eine Filtereinrichtung (17) geringer Durchlässigkeit zur Aufnahme des Signals von der Multipliziereinrichtung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Erzeugen von rechtwinkelphasigen Signalen umfaßt:
eine Einrichtung (16) zum Multiplizieren des Signals eines dazugehörigen Wandlers mit einem Signal eines rechtwinkel­ phasigen Lokaloszillators (LOQ) und
eine Filtereinrichtung (18) geringer Durchlässigkeit zur Aufnahme des Signals von der Multipliziereinrichtung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Umsetzen ein paar von Schnell-Analog/ Digital-Umsetzern (21, 22) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Einstellen der umgesetzten gleichphasigen und rechtwinkel­ phasigen Signale umfaßt:
eine Einrichtung (30) zum Erzeugen digitaler Repräsentatio­ nen jeweils des Sinus und Kosinus eines festgelegten Satzes von Winkeln, wobei diese Winkel auswählbar sind in Überein­ stimmung mit der Position des Wandlers (12) mit der das signalverarbeitende Element verbunden ist und in Überein­ stimmung mit der Position des Beobachtungspunktes;
Einrichtungen (23-26) zum digitalen Multiplizieren jedes der umgesetzten gleichphasigen und rechtwinkelphasigen Sig­ nale mit Sinus- und Kosinus-Signalen, um ein Kosinus-multi­ pliziertes gleichphasiges Signal, ein Kosinus-multiplizier­ tes rechtwinkelphasiges Signal, ein Sinus-multipliziertes gleichphasiges Signal und ein Sinus-multipliziertes recht­ winkelphasiges Signal zu erzeugen;
eine Einrichtung (27) zum digitalen Bilden der Summe des Sinus-multiplizierten gleichphasigen Signals und des Sinus- multiplizierten rechtwinkelphasigen Signals, wobei ein I′- Signal erzeugt wird und
eine Einrichtung (28) zum digitalen Subtrahieren des Sinus- multiplizierten gleichphasigen Signals vom Kosinus-multi­ plizierten rechtwinkelphasigen Signal, wobei ein Q′-Signal erzeugt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem die erzeugende Einrich­ tung (30) einen Festwertspeicher (ROM) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter einschließend eine Sig­ nal-Vorverstärkungseinrichtung (14), die elektrisch zwi­ schen den Wandlern (12) und den signalverarbeitenden Ele­ menten angeordnet ist.