Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Ultraschall-Diagnosegerät zum Anzeigen eines
Hochqualitätsbildes mit einer kleineren Menge an Griesrauschen.
Stand der Technik
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Ein Ultraschall-Diagnosegerät ist ein Gerät, in welchem
Ultraschallimpulse an das Innere des Körpers eines
Subjektes gelegt werden, und ein Schnittbild, das auf der
Grundlage von reflektierten Wellen erzeugt ist, die von
dem Innern des Körpers des Subjektes zurückkehren, wird
auf einer Bildanzeigeeinheit, wie beispielsweise einer
Kathodenstrahlröhren-(CRT-)Anzeige angezeigt. In dem
Bild eines derartigen Ultraschall-Diagnosegerätes
erscheint ein als vergriestes oder Griesrauschen
bezeichnetes Rauschen in dem Muster eines Gewebes oder einer
Birnenschale und zerstört so die Bildqualität. Dieses
Rauschen tritt unvermeidbar aufgrund der phasenweisen
Interferenz mit reflektierten Wellen von streuenden
objekten auf, die kleiner sind als die Wellenlänge der
Ultraschallwellen, die auf das Innere des Körpers des
Subjektes einwirken.
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Das zum Stand der Technik zählende Dokument DE-A-
34 13 074 offenbart ein Ultraschall-Diagnosegerät, das
das Innere des Körpers eines Subjektes mit einem Strahl
von Ultraschallimpulsen abtastet, reflektierte Wellen
von dem Subjektkörper empfängt und ein Schnittbild des
Subjektkörpers auf der Grundlage der empfangenen
Signale erzeugt. Dieses Gerät umfaßt eine Einrichtung zum
Bestimmen eines Empfangssignales durch Bewirken einer
Korrelationsverarbeitung und eine Einrichtung zum
Erzeugen des Schnittbildes des Subjektkörpers auf der
Grundlage der empfangenen Signale.
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Weiterhin beschäftigt sich das zum Stand der Technik
zählende Dokument M.I. Skolnik, "Introduction to Radar
Systems", 2. Ausgabe, McGraw-Hill, Seiten 517-528, mit
der Verringerung der Vergriesung in einem SAR
(synthetischer Apertur-Radar) und offenbart diese Verringerung
der Vergriesung durch Betrachten des Subjektes aus
leicht verschiedenen Winkeln und anschließendes
nichtkohärentes Kombinieren der Ergebnisse.
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Schließlich ist es aus dem Dokument US-A-4 488 435
bekannt, daß eine phasenunempfindliche Signalkombination
mittels Potenzgesetz-Komprimierung ausgeführt werden
kann.
Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein
Realisieren eines Ultraschall-Diagnosegerätes zum Anzeigen
eines Hochqualitätsbildes mit einer kleineren Menge an
Griesrauschen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende
Erfindung ein Ultraschall-Diagnosegerät vor, wie dieses im
Patentanspruch 1 angegeben ist.
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In diesem Gerät werden Empfangssignale einer Vielzahl
von Empfangsstrahlen mit jeweils verschiedener
Ausrichtung innerhalb eines Bereiches einer
Seitenwinkelauflösung eines Ultraschallabtaststrahles einer
Korrelationsverarbeitung unterworfen, um ein Empfangssignal für
einen Empfangsstrahl zu bestimmen, und ein Bild wird
auf der Grundlage der so bestimmten Empfangssignale
gebildet, um dadurch Griesrauschen auszuschließen. Die
Korrelationsverarbeitung in ihrer einfachsten Form kann
eine Zusatz-Mittelwert-Verarbeitung sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer
Konfiguration eines Ausführungsbeispiels gemäß
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2, 3, 4A bis 4E sind beispielhafte
Diagramme einer Empfangssignalverarbeitung
gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer
Konfiguration eines anderen Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 6A, 6B und 7 sind beispielhafte Diagramme
einer Empfangssignalverarbeitung gemäß
dem anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, und
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Fig. 8 und 9 sind Diagramme, die Sequenzen einer
Empfangssignalverarbeitung gemäß dem
anderen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigen.
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Beste Art zum Ausführen der Erfindung
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Zunächst wird anhand von Fig. 1 ein erstes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. In
Fig. 1 wird ein in einem Oszillator 1 erzeugtes
Hochfrequenzsignal einer Pulsmodulation durch einen
Sendesignalgenerator 2 unterworfen und in einen
Sendestrahlformer 3 eingespeist. Der Sendestrahlformer 3 erzeugt
eine Gruppe von elektrischen Signalen zum Formen eines
Sendeultraschallstrahles auf der Grundlage der
eingespeisten Hochfrequenzimpulse. Diese elektrischen
Signale werden einer Leistungsverstärkung durch eine
Sende/Empfangsschaltung 4 unterworfen und dann in das
Innere eines Subjektkörpers gesandt. Ultraschallwellen,
die von einem in dem Subjektkörper gelegenen
reflektierenden Objekt reflektiert sind, werden durch ein
Wandlerarray 5 empfangen, in eine Gruppe von elektrischen
Signalen umgesetzt und dann gleichzeitig zu
Empfangsstrahlformern 6A, 6B, 6C über die
Sende/Empfangsschaltung 4 eingegeben. Die Empfangsstrahlformer 6A, 6B, 6C
sind Empfangsstrahlformer, die jeweils drei
Empfangsstrahlen auf der Grundlage einer Gruppe von
Empfangssignalen zusammensetzen, die von dem Wandlerarray 5
verliehen sind. Diese drei Empfangsstrahlen werden
derart gebildet, daß die Differenz zwischen deren
Ausrichtung
sich innerhalb einer Seitenwinkelauflösung des
Ultraschallabtaststrahles verändert. Die Bezugszeichen
7A, 7B, 7C bezeichnen logarithmische Verstärker zum
Verstärken von Ausgangssignalen der
Empfangsstrahlformer 6A, 6B, 6C, indem diese einer logarithmischen
Komprimierung unterworfen werden. Ausgangssignale von
diesen logarithmischen Verstärkern 7A, 7B, 7C werden durch
Gewichtungskoeffizienten mittels jeweils
Gewichtungsschaltungen 21A, 21b, 21C multipliziert, dann einer
Addition durch einen Addierer 22 unterworfen und in ein
Ausgangssignal mit einer geeigneten Amplitude durch ein
Dämpfungsglied 23 umgesetzt. Das Ausgangssignal des
Dämpfungsgliedes 23 wird einer Hüllkurvendetektion
durch einen Detektor 8 unterworfen, dann in ein Signal
eines Fernsehformates durch einen Digitalabtastwandler
9 umgesetzt und auf einer CRT 10 angezeigt. Die
Richtungen der Übertragung und des Empfangs des
Ultraschallstrahles werden nacheinander verändert und es
wird eine geeignete Ultraschallstrahlabtastung, wie
beispielsweise eine lineare Abtastung und eine
Sektorabtastung, bewirkt.
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Die durch die Empfangsstrahlformer 6A, 6b, 6C
empfangenen drei Empfangsstrahlen werden gebildet, wie dies
beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. In Fig. 2
bezeichnet ein Bezugszeichen 15 ein Stiftziel bzw.
-target mit einem Durchmesser entsprechend der
Seitenwinkelauflösung des Ultraschallabtaststrahles, d.h.
einer Mindeststrahlbreite, und das Bezugszeichen 16 ein
Mikrostreuobjekt, das einen Durchmesser hat, der
kleiner ist als die Wellenlänge der Ultraschallwelle, und
das beispielsweise einem Parenchymteil einer Organzelle
entspricht. Bezugszeichen a, b, c bezeichnen die drei
Empfangsstrahlen mit jeweils einer Differenz in der
Ausrichtung, die kleiner ist als der Durchmesser des
Stifttargets 15. Die Empfangssignale der
Empfangsstrahlen a, b, c werden einer logarithmischen Komprimierung
und Verstärkung durch die logarithmischen Verstärker
7A, 78, 7C unterworfen und sie werden durch die
Gewichtungsschaltungen 21A, 21B, 21C gewichtet, um in
Hochfrequenzsignale umgesetzt zu werden, wie diese durch a,
b, c in Fig. 3 gezeigt sind. In diesen Signalen sind
Signalteile 17a, 17b, 17c Reflexionssignale von dem
Stifttarget, während Signalteile 18a, 18b, 18c
Reflexionssignale von den Mikrostreuobjekten 16 sind. Da das
Stifttarget 15 einen Durchmesser entsprechend der
Seitenwinkelauflösung des Ultraschallstrahles hat,
bestehen im wesentlichen große Korrelationen in Amplitude
und Phase zwischen den Signalteilen 17a, 17b, 17c, die
hiervon reflektierte Signale sind. Im Gegensatz zeigen
die Signalteile 18a, 18b, 18c, die durch die
Mikrostreuobjekte 16 erhalten sind, verschiedene Griesmuster
aufgrund einer Interferenz mit Wellen, und der
Strahlengang des Empfangsstrahles weicht nur geringfügig ab
und unterliegt einer wesentlichen Änderung, so daß
keine Korrelationen vorliegen. Diese Empfangssignale a, b,
c werden durch den Addierer 22 addiert, und da diese
Addition diejenige eines Ausgangssignales des
logarithmischen Verstärkers ist, folgt daraus, daß bezüglich
der Empfangssignale die Signale der jeweiligen
Empfangsstrahlen multipliziert werden, so daß dieser
Prozeß gleichwertig ist mit dem Erstellen einer
Korrelation zwischen den Hochfrequenzsignalen der drei
Empfangsstrahlen. Folglich wird ein Empfangssignal, das von dem
Mikrostreuobjekt 16 reflektiert ist und eine sehr
niedrige Korrelation hat, d.h. ein Empfangssignal, wie
beispielsweise d, bei dem ein Griesrauschen im
wesentlichen ausgeschlossen ist, erhalten. Dieses Signal d wird
durch das Dämpfungsglied 23 gedämpft, um in ein
Ausgangssignal umgewandelt zu werden, das gleichwertig zu
einem Mittelwert ist. Folglich wird das Signal von dem
Stifttarget 15 mittels einer Addition verstärkt, und
wechselseitig irrelevante Signale, wie beispielsweise
Griesrauschen und weißes Rauschen werden unterdrückt,
so daß ein Rauschabstand verbessert wird. Da zusätzlich
das Griesrauschen im wesentlichen verschwindet, wird
die Bildqualität verbessert.
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Zusätzlich zu dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel können die Empfangsstrahlen erzeugt werden, wie
dies in den Fig. 4A bis 4E gezeigt ist. Fig. 4A zeigt
einen Fall, in welchem Empfangssignale von parallelen
drei Empfangsstrahlen verwendet werden, und Fig. 4B
zeigt einen Fall, in welchem Empfangssignale von drei
Empfangsstrahlen benutzt werden, die einander an der
Position des Stifttargets 15 schneiden. Die Fig. 4C bis
4E zeigen Fälle, in denen Empfangssignale aufgrund zwei
Empfangsstrahlen 31 verwendet werden, wobei Fig. 4C den
Fall von zwei wechselseitig parallelen
Empfangsstrahlen, Fig. 4D den Fall von zwei Empfangsstrahlen, die
unter sehr kleinen Winkeln divergieren, und Fig. 4E den
Fall von zwei Empfangsstrahlen, die einander unter sehr
kleinen Winkeln schneiden, zeigen. Die Anzahl der
Empfangsstrahlen ist insoweit willkürlich, als es zwei
oder mehr sind. Jedoch ist es wesentlich, daß die
Differenz in deren Ausrichtung kleiner als die
Seitenwinkelauflösung des Ultraschallstrahles ist. Die Anzahl
der Wandlerelemente der Wandleranordnung zum Einspeisen
einer Gruppe von Empfangssignalen zu den jeweiligen
Empfangsstrahlformern braucht nicht genau identisch
unter den Empfangsstrahlformern zu sein. Obwohl eine
größere Wirkung erhalten wird, wenn der addierte
Mittelwert nach einer logarithmischen Komprimierung gewonnen
wird, ist es noch möglich, einen vorteilhaften Effekt
zu erzielen, wenn der addierte Mittelwert mittels des
Signales vor der logarithmischen Komprimierung erzielt
wird.
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Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines anderen
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, bei welchem
lediglich ein Satz von Empfangsstrahlformern verwendet
wird, um die Schaltungsanordnung zu vereinfachen. In
der Zeichnung sind Bauteile, die zu denjenigen von Fig.
1 identisch sind, mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. In der Zeichnung bezeichnet ein Bezugszeichen 11
einen A/D-Umsetzer zum Umsetzen eines analogen Signales
in ein digitales Signal, und sein digitales
Ausgangssignal wird in einen Linien- bzw. Zeilenpufferspeicher
12 zum Speichern von Einliniendaten des
Empfangsstrahles eingegeben sowie in einen Korrelator 13
eingespeist. Der Korrelator 13 bestimmt eine Korrelation
zwischen den in dem Einlinienpufferspeicher 12
gespeicherten unmittelbar vorhergehenden Empfangsstrahldaten
und den vorliegenden Empfangsstrahldaten, die von dem
A/D-Umsetzer 11 eingegeben sind. Hier ist es möglich,
einen addierten Mittelwert als die einfachste Operation
zum Bestimmen der Korrelation anzuwenden.
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In dem Gerät mit dem oben beschriebenen Aufbau wird das
durch den Oszillator 11 erzeugte Hochfrequenzsignal
einer Pulsmodulation durch den Sendesignalgenerator 2
unterworfen, und ein elektrisches Signal für einen
Sendestrahl von dem Sendestrahlformer 3 wird dem
Wandlerarray 5 über die Sende/Empfangsschaltung 4 aufgeprägt.
In einem ersten Zyklus des Sendens und Empfangens
sendet und empfängt das Wandlerarray 5 einen
Ultraschallstrahl von beispielsweise der Richtung a und sendet und
empfängt in einem folgenden Zyklus des Sendens und
Empfangens einen Ultraschallstrahl von einer Richtung b
mit einer Ausrichtung, die verschieden von derjenigen
der Richtung a innerhalb des Bereiches der
Seitenwinkelauflösung des Ultraschallabtaststrahles ist. Danach
tastet das Wandlerarray 5 nacheinander das Innere des
Subjektkörpers ab, indem die Ausrichtung des
Ultraschallstrahles verändert wird.
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Reflektierte Wellen bezüglich des
Sendeultraschallstrahles im ersten Zyklus werden durch das Wandlerarray
5 empfangen, durch die Sende/Empfangsschaltung 4
verstärkt und als ein Empfangssignal des Empfangsstrahles
a durch den Empfangsstrahlformer 6 geformt. Dieses
Empfangssignal wird einer logarithmischen Komprimierung
und Verstärkung durch den logarithmischen Verstärker 7
unterworfen, in ein digitales Signal durch den A/D-
Umsetzer 11 umgesetzt und in dem
Einlinienpufferspeicher 12 gespeichert und auch in den Korrelator 13
eingegeben. Ein nachfolgendes reflektiertes Signal des
Empfangsstrahles b wird in ähnlicher Weise empfangen
und verarbeitet, und sein Empfangssignal wird in ein
digitales Signal durch den A/D-Umsetzer 11 umgesetzt
und in den Einlinienpufferspeicher und den Korrelator
13 eingespeist. Zu dieser Zeit bestimmt der Korrelator
13 eine Korrelation zwischen den Eingangsdaten des
Empfangsstrahles b von dem A/D-Umsetzer 11 und den
Empfangsdaten des Empfangsstrahles a in dem vorangehenden
Zyklus, die in dem Einlinienpufferspeicher 12
gespeichert sind. Das Ergebnis dieser Korrelationsberechnung
wird einer Hüllkurvendetektion durch die
Detektorschaltung 8 unterworfen, in ein Signal eines Fernsehformates
durch den DSC 9 umgesetzt und dann auf der CRT 10
angezeigt.
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Das Verarbeiten des Empfangssignales des
Empfangsstrahles a und des Empfangssignales des Empfangsstrahles b
zu diesem Zeitpunkt werden anhand der Fig. 6A, 6B und 7
beschrieben. In Fig. 6A bezeichnet ein Bezugszeichen 15
ein Stifttarget bzw. -ziel mit einem Durchmesser
entsprechend der Seitenwinkelauflösung des Sendestrahles,
und ein Winkel Δθ zwischen dem Empfangsstrahl a und dem
Empfangsstrahl b wird derart gewählt, daß er kleiner
wird als der Sichtwinkel des Stifttargets 15. Fig. 6B
illustriert ein Muster der Ultraschallstrahlen von
diesen Empfangsstrahlen a und b. Fig. 7 ist ein
Wellenformdiagramm des Empfangssignales, wobei ein
Bezugszeichen 16 eine Wellenform des von dem Stifttarget 15
refiektierten Signales und ein Bezugszeichen 17 eine
durch Reflexion von dem Mikrostreuobjekt verursachte
Griesrauschwellenform bedeutet. Durch Unterwerfen des
Empfangssignales des Empfangsstrahles a und des
Empfangssignales des Empfangsstrahles b unter eine
Korrelationsverarbeitung (Addition, Mittelung) ist es
möglich, ein Empfangssignal (a + b)/2 zu erhalten, in
welchem das Griesrauschen 17 aus dem gleichen Grund
reduziert ist, wie dieser in dem vorangehenden
Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Durch anschließendes
Unterwerfen dieses Signales unter eine Hüllkurvendetektion
durch die Detektorschaltung 8 ist es möglich, ein
Empfangssignal zu erhalten, wie das an dem Ende in Fig. 7
gezeigte Signal. Es sei darauf hingewiesen, daß die
Detektionsschaltung 8 nicht auf eine Schaltung zum
Bewirken einer Hüllkurvendetektion begrenzt ist.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen Sequenzen für eine
Signalverarbeitung, die den Fortschritt des Abtastens mit dem
Ultraschallstrahl begleitet. Fig. 8 zeigt
Ultraschallstrahlen, die nacheinander durch den Wandler 5
übertragen und empfangen sind. Fig. 9 ist ein Diagramm, das
einen Zustand des Verarbeitens reflektierter Signale
mittels der jeweiligen Ultraschallstrahlen illustriert
und zeigt, daß die Empfangssignale der jeweiligen
Empfangsstrahlen nacheinander einer
Korrelationsverarbeitung mit dem Empfangssignal des unmittelbar
vorangehenden Zyklus unterworfen sind. Wenn eine Vielzahl von
Einlinienpufferspeichern verwendet wird, ist es
möglich, eine Korrelationsverarbeitung und dergleichen
bezüglich Mehrfach-Empfangsstrahlen zu bewirken. Der
Korrelator ist nicht auf denjenigen zum Bewirken einer
einfachen Additionsmittelung, sondern auf einen zum
Bewirken einer gewichteten Addition begrenzt. Wenn ein
Korrelator, dessen Korrelationsfunktion sich in
Entsprechung mit der Tiefe eines Reflexionspunktes der
Ultraschallwelle verändert, als dieser Korrelator
verwendet wird, wird der Griesrauschausschlußeffekt weiter
verbessert.