DE4304275A1

DE4304275A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erhöhen der Bildwechselfrequenz und der Auflösung eines Phased-Array-Bildsystemes

Info

Publication number: DE4304275A1
Application number: DE4304275A
Authority: DE
Inventors: Bernard J Savord
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2013-02-13
Also published as: US5678552A; US5318033A; JPH0614929A; JP3408284B2; DE4304275C2; DE4345379C2; DE4345380C2; US5431167A; DE4345381C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf akustische Pha sed-Array-Systeme und insbesondere auf Ultraschall-Phased- Array-Bildsysteme.

Ultraschallbildsysteme zum Erzeugen von Echtzeitbildern von inneren Teilen des menschlichen Körpers sind an sich allge mein bekannt. In derartigen Systemen ist ein Array bzw. Feld von Ultraschallwandlern in Kontakt mit dem Körper angeord net, welches kurze elektrische Pulse in entsprechende Druck wellen umwandelt. Die elektrischen Pulse können an jeden einzelnen Wandler in dem Feld angelegt werden, wobei durch Wahl der Zeit des Anlegens der Pulse an jeden der Wandler bezüglich anderer Wandler in dem Feld die durch jeden Wand ler erzeugten Druckwellen in einen "Sendestrahl" umgewandelt werden können, der sich in eine vorbestimmte Richtung von dem Feld oder Array ausgehend ausbreitet.

Während sich die Druckwellen innerhalb des Sendestrahles durch den Körper ausbreiten, wird ein Teil der akustischen Energie rückwärts zu dem Wandlerfeld reflektiert, sobald die Wellen auf Gewebe stoßen, welche unterschiedliche akustische Charakteristika haben. Ein Array oder Feld von Empfänger wandlern (welches das gleiche wie das Sendefeld sein kann) ist vorgesehen, um die reflektierten Druckpulse in entspre chende elektrische Pulse umzuwandeln. Die reflektierten Druckpulse werden durch jeden Wandler in dem Empfangsfeld empfangen, wobei durch geeignete Wahl der relativen Verzö gerungen zwischen den Signalen, die von jedem Wandler er zeugt werden, und durch Kombination dieser Signale die in einem "Empfangsstrahl" beinhalteten empfangenen Druckwellen gegenüber anderen Druckpulsen hervorgehoben werden können. Wie bei dem Sendestrahl können die relativen Wandlerverzö gerungen derart eingestellt werden, daß sich der Empfangs strahl in jegliche gewünschte Richtung aus den von dem Wand lerfeld erstreckt.

Es ist gleichfalls möglich, die empfangenen akustischen Sig nale an einem Punkt längs des Empfangsstrahles zu fokussie ren oder zu bündeln. Dies wird bewerkstelligt, indem in ge eigneter Weise die relativen Signalverzögerungen zwischen den Wandlern derart eingestellt werden, daß die durch die Empfangswandler erzeugten elektrischen Signale zeitlich mit Signalen überlagert werden, die von einem Punkt längs des Empfangsstrahles in einer vorbestimmten Entfernung von dem Wandlerfeld empfangen werden, jedoch nicht bezüglich wei terer Signale überlagert werden. Wenn daher die Signale kom biniert werden, wird ein starkes Signal von Signalen er zeugt, die diesem Punkt entsprechen, während Signale, die von anderen Punkten bei unterschiedlichen Zeiten ankommen, zufällige Phasenbeziehungen zueinander haben und daher sich in einer sich gegenseitig auslöschenden Weise überlagern.

Ein zweidimensionales Bild oder ein Sektorbild können mit diesem System erzeugt werden, indem die akustischen Wandler derart eingestellt werden, daß sie einen Sendestrahl in einer gewünschten Winkelrichtung ausgehend von dem Wandler feld oder Wandlerarray erzeugen oder "abschießen". Die Empfangswandler werden dann eingestellt, um den Empfangs strahl in dem gleichen Winkel wie den Sendestrahl zu er zeugen. Die Empfangswandler werden eingestellt, indem der Empfangsstrahl mit sequenziell ansteigender Entfernung von dem Wandlerfeld längs des vorbestimmten Sendestrahlwinkels fokussiert bzw. gebündelt wird. Die empfangenen Signale für jeden der aufeinanderfolgenden Fokuspunkte werden gespei chert. Der Sende- und Empfangsstrahl werden daraufhin um einen vorbestimmten Winkelbetrag bewegt, woraufhin das Ver fahren der Signalgewinnung wiederholt wird. Die begonnenen Signale werden dann verarbeitet, um dann ein keilförmiges akustisches Bild zu erzeugen, das auch Sektor genannt wird.

Da die Entfernung zwischen jedem gewünschten Fokuspunkt längs des Empfangsstrahles und den verschiedenen Empfänger wandlern jeweils unterschiedlich ist, und da die reflektier ten Pulswellen bei den Wandlern zu unterschiedlichen Zeit punkten ankommen, werden die elektrischen Signale zu unter schiedlichen Zeitpunkten erzeugt. Es ist daher erforderlich, kompensierende elektrische Verzögerungen zwischen den jewei ligen Wandlern einzuführen und einen Signalsummationspunkt zu erzeugen, so daß die Ankunftszeit aller elektrischer Sig nale an dem Summationspunkt übereinstimmt, unabhängig davon, welcher Wandler beteiligt ist. Die Ansammlung von Wandler kompensationsverzögerungseinrichtungen und Signalsummations schaltungen wird üblicherweise als "Strahlformer" bezeichnet und ist beispielsweise in dem US-Patent 4,140,022 der Anmel derin beschrieben. Die Offenbarung der in diesem Patent be schriebenen Strahlformervorrichtung wird in die vorliegende Anmeldung durch diesen Querverweis aufgenommen.

Das Ausgangssignal des Strahlformers ist allgemein ein hoch frequentes Signal, das die Amplitude der empfangenen Druck pulse darstellt. Die Signale sind häufig eine Funktion des Winkels (R) des Empfangsstrahles und der radialen Entfernung (R) des Empfangsstrahles, an dem der Fokuspunkt auftritt. Daher werden die Signale als R-R-Koordinaten bezeichnet. Gleichfalls ist es unter Verwendung von an sich bekannten Konstruktionsverfahren möglich, einen Strahlformer aufzu bauen, der eine Abtastinformation in anderen Koordinaten systemen erzeugt, wie beispielsweise als lineare Abtastung. Jedoch können unter Berücksichtigung der kleinen, örtlich begrenzten Bereiche die Signale in diesen anderen Koordina tensystemen in R-R-Koordinaten umgewandelt werden. Daher be zieht sich die nachfolgende Diskussion auf R-R-Koordinaten, ohne daß in dieser Annahme eine Beschränkung der Allgemein heit zu sehen ist.

Allgemein werden die Signale auf einem Anzeigemonitor, wie beispielsweise einem Fernsehmonitor oder Rasterabtastungs monitor dargestellt, so daß das Format der Signale von den R-R-Koordinaten in X-Y-Koordinaten umgewandelt werden muß, da letztgenannte bei der Fernsehanzeige verwendet werden. Diese Umwandlung wird mit einem Gerät durchgeführt, das als X-Y-Abtastwandler bezeichnet wird. Da die tatsächlichen Daten in den R-R-Koordinaten in diskreten Winkelpositionen verfügbar sind, muß der Abtastwandler die benötigten X-Y-Werte erzeugen, indem zwischen den R-R-Koordinatenwerten interpoliert wird. Die Bauweise und Betriebsweise eines derartigen Abtastwandlers ist an sich allgemein bekannt. Detailliert sind derartige Abtastwandler in den US-Patenten Nummer 4,468,747 und 4,471,449 diskutiert, welche jeweils Patente der Anmelderin sind. Die Beschreibung dieser Patente wird in die vorliegende Beschreibung durch Querverweis aufgenommen, so daß in der vorliegenden Beschreibung die detaillierte Bauweise von Abtastwandlern nicht diskutiert wird.

Es hat sich herausgestellt, daß bei einigen bekannten Ab tastwandlersystemen bestimmte Probleme auftreten. Ein der artiges Problem besteht darin, daß die durch das System er zeuten Bilder häufig sogenannte "Artefakte" in dem rekon struierten Bild haben. Artefakte sind sichtbare Anormalitä ten, die in dem angezeigten Bild auftreten, jedoch nicht bei dem tatsächlichen Objekt vorliegen. Derartige Anormalitäten bestehen beispielsweise aus strahlenförmigen Linien, Schach brettmustern und Flecken, wobei diese Störungen allgemein mit der unvollständigen Rekonstruktion des Bildes in Verbin dung stehen.

Ein weiteres Problem bei bekannten Systemen besteht darin, daß diese häufig eine beschränkte Auflösung haben. Ein be kanntes Verfahren der Erhöhung der Bildauflösung liegt in der Erhöhung der Anzahl der akustischen Linien, die "ge schossen" werden, indem das Winkelinkrement zwischen den Li nien reduziert wird. Jedoch wird mit einem derartigen Lö sungsansatz die Gesamtzeit erhöht, die erforderlich ist, um die akustischen Daten zu erhalten und um das Bild aufzu bauen. Da viele Ultraschallbildsysteme verwendet werden, um sich bewegende Objekte, wie beispielsweise Herzklappen, dar zustellen, ist es von ausschlaggebender Bedeutung, das Bild so schnell wie möglich aufzubauen (indem die sogenannte "Bildwechselfrequenz" oder die Anzahl der pro Zeiteinheit erzeugten Bilder erhöht wird), so daß die Objektbewegung so genau wie möglich beobachtet werden kann. Die Bildwieder holfrequenz kann erhöht werden, indem die Anzahl der für die Erzeugung eines jeden Bildes geschossenen Linien vermindert wird. Wie jedoch bereits erörtert wurde, wird hierdurch die Gesamtauflösung des Bildes vermindert. Daher besteht bei den bekannten Sytemen ein Konflikt zwischen der Zielsetzung der hohen Auflösung und der Zielsetzung der hohen Bildwechsel frequenz.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen den Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubil den, daß die Auflösung erhöht wird, ohne daß in einem ent sprechenden Maße die Bildwechselfrequenz des Systemes ver mindert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung nach den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Ein Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in der Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Systemes oder in der Er höhung der Bildwechselfrequenz ohne entsprechende Erhöhung der Menge der Gesamtschaltung oder der benötigten Zeit, die erforderlich ist, um ein akustisches Bild zu erzeugen.

Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in der Nutzbarmachung von zusätzlicher Information, die üblicher weise während des Wiederherstellungsprozesses nach dem Stand der Technik verloren gegangen ist, um eine erhöhte Auflösung bei dem Wiederaufbau zu schaffen.

Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes liegt in der Verminderung von Artefakten in dem akustischen Bild, das durch nicht vollkommene Bildaufbauverfahren nach dem Stand der Technik erzeugt wird.

Wiederum ein Vorteil des Erfindungsgegenstandes ist in der Erhöhung der Auflösung ohne Erhöhung der Dichte der akusti schen Linien zu sehen.

Ein zur Erläuterung dienendes Ausführungsbeispiel der Er findung ist ein akustisches Bildsystem, welches als Ny quist-Abtastungs-Datensystem behandelt wird. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Signalverarbeitungsreihenfolge abgeändert, um die Signalphaseninformation zu verwenden, die normalerweise während des Bildwiederaufbauverfahrens verlo ren geht, um die Bildauflösung zu erhöhen. Bei dem erfin dungsgemäßen System und Verfahren wird die Abtastumwandlung oder Dateninterpolation auf dem von den Wandlern erzeugten Signal ausgeführt, bevor das Signal verarbeitet wird, indem dieses erfaßt und begrenzt wird.

Gemäß einem anderen Erfindungsaspekt wird ein nicht-lineares Interpolationsschema während des Abtastumwandlungsprozesses verwendet, um die R-R-Daten in X-Y-Daten umzuwandeln. Es hat sich herausgestellt, daß die bekannte lineare Interpolation die Bilddichte zwischen den Daten unterschätzt, und daß eine nicht-lineare Interpolation diese zu geringe Einschätzung vermindert. Insbesondere wird gemäß dem Erfindungsgegenstand der Bilddatenwert zwischen zwei Linien geschätzt, indem ein Interpolator verwendet wird, der Daten gemäß numerischen Werten abschätzt, die die Hauptkeule der Sinc-Funktion (sin x/x-Funktion) beschreiben.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat sich herausgestellt, daß bei Bildsystemen mit linearen Wand lerarrays die wirksame Phased-Array-Öffnung durch den Cosi nus des Strahles oder Steuerwinkels vermindert wird, wenn der Sendestrahl und der Empfangsstrahl in eine Lage gerich tet werden, die einen großen Winkel bezüglich der Senkrech ten auf dem Array darstellt. Diese Reduktion führt zu einer breiteren Strahlbreite. Demgemäß kann ein größerer Winkel abstand zwischen den akustischen Linien verwendet werden, um die gleiche Bildauflösung zu erzielen, wie bei einem Bild, das mit einem gleichmäßigen Linienabstand zwischen den aku stischen Linien erhalten wird. Dieser breitere Abstand ver mindert die Anzahl der Linien, die bei den großen Winkeln benötigt werden, um eine vorbestimmte Bildauflösung zu er zielen. Daher kann die Bildwechselfrequenz erhöht werden, ohne die Bildauflösung zu vermindern. Insbesondere hat sich herausgestellt, daß akustische Linien, die in einem Gitter gleichmäßig als Kehrwert des Cosinus des Steuerwinkels beab standet sind, zufriedenstellende Ergebnisse liefern.

Gemäß einem weiteren Aspekt des Erfindungsgegenstandes wird die Bildwechselfrequenz des akustischen Bildsystemes erhöht, indem die Signale, die von den Wandlern erzeugt werden, in terpoliert werden, bevor diese der Strahlformerschaltung zu geführt werden. Insbesondere wird die Winkeltrennung zwi schen den akustischen Linien erhöht, um die Anzahl der ge schossenen Linien zu vermindern, wodurch die Bildwechselrate oder Bildwechselfrequenz erhöht wird. Der entsprechende Ver lust an Auflösung, der normalerweise auftreten würde, wird verhindert, indem die Bildinformation synthetisiert oder künstlich erzeugt wird, die normalerweise in den fehlenden akustischen Linien enthalten wäre, indem zwischen den exi stierenden Daten für die Winkelpositionen zwischen den exi stierenden Linien interpoliert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes schematisches elektrisches Blockdiagramm eines bekannten akustischen Bild systemes;

Fig. 2 ein detaillierteres elektrisches schematisches Blockdiagramm der bekannten Abtastwandlerschal tung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein vereinfachtes elektrisches schematisches Blockdiagramm eines akustischen Bildsystemes, bei dem die Vorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfin dung derart reorganisiert worden ist, daß die Ab tastwandlung vor der Signalerfassung und der Sig nalaufzeichnung ausgeführt wird, um die Bildauf lösung zu erhöhen;

Fig. 4A eine Querschnittsdarstellung eines akustischen Bildtestgerätes, bei dem zwei "positive" Ziel drähte in einem Gelatine-Material eingebettet sind, welches verwendet wird, um die Bildverbes serung zu verdeutlichen, die mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 erzielt wird;

Fig. 4B eine Querschnittsdarstellung eines akustischen Bildtestgerätes, bei dem ein "positiver" Ziel draht und ein "negativer" Zieldraht in dem Gela tine-Material eingebettet sind, wobei dieses Ge rät zusammen mit dem Gerät nach Fig. 4A verwendet wird, um die Bildverbesserung zu verdeutlichen, die mit dem Gerät gemäß Fig. 3 erzielt wird;

Fig. 5A die Signalamplitude, die durch die akustischen Wandler erzeugt wird, bezogen auf den Empfangs strahlwinkel für den in Fig. 4A gezeigten Test aufbau unter Verwendung des bekannten Bildgerä tes, welches in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 5B die Signalamplitude, die durch die akustischen Wandler erzeugt wird, bezogen auf den Empfangs strahlwinkel für den Testaufbau, der in Fig. 4B gezeigt ist, unter Verwenden des in Fig. 1 ge zeigten bekannten Bildgerätes;

Fig. 6A ein Signal, das aus der Erfassung des Signales gemäß Fig. 5A resultiert;

Fig. 6B ein Signal, das aus der Erfassung des Signales gemäß Fig. 5B resultiert;

Fig. 7A ein Signal, das von dem Abtasten des Signales ge mäß Fig. 6A resultiert;

Fig. 7B ein Signal, das aus der Abtastung des Signales gemäß Fig. 6B resultiert;

Fig. 8A ein Signal, das aus der Abtastwandlung oder li nearen Interpolation des Signales gemäß Fig. 7A resultiert;

Fig. 8B ein Signal, das aus der Abtastwandlung oder li nearen Interpolation des Signales gemäß Fig. 7B resultiert;

Fig. 9A ein Signal, das aus dem Abtasten des Signales in Fig. 5A mit dem in Fig. 3 gezeigten Gerät resul tiert;

Fig. 9B ein Signal, das aus dem Abtasten des Signales in Fig. 5B mit dem in Fig. 3 gezeigten Gerät resul tiert;

Fig. 10A ein Signal, das aus der Abtastwandlung oder li nearen Interpolation des Signales in Fig. 9A re sultiert;

Fig. 10B ein Signal, das aus der Abtastwandlung oder li nearen Interpolation des Signales in Fig. 9B re sultiert;

Fig. 11A ein Signal, das aus der Erfassung des Signales in Fig. 9A resultiert;

Fig. 11B ein Signal, das aus der Erfassung des Signales in Fig. 9B resultiert;

Fig. 11C ein Signal, das aus der Abtastung des Signales in Fig. 9B resultiert;

Fig. 12 ein vergrößertes Bild eines Querschnittes des Herzmuskels, das von einem bekannten Ultraschall bildsystem erzeugt wird;

Fig. 13 ein vergrößertes Bild des Querschnittes des Herz muskels, der in Fig. 12 gezeigt ist, wenn das Bild unter Verwenden der erfindungsgemäßen Ultra schallbildsystemes erzeugt wird;

Fig. 14 ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Schaltungsstruktur zum Durchführen der Abtast wandlungsinterpolation;

Fig. 15 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Interpolationsfunktion gemäß einem Aspekt der Erfindung;

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines bekannten Verfahrens zum Aussenden akustischer Linien mit gleichmäßigen Winkelinkrementen;

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer Abtastsequenz gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Ab tastlinien mit ungleichmäßigen Intervallen ausge sandt bzw. abgeschossen werden;

Fig. 18 ein Verfahren zum Vermindern der Systembildwech selrate durch Synchronisation der empfangenen In formation vor der Strahlformung;

Fig. 19 ein schematisches Diagramm einer bekannten Ver bindung von Wandlerelementen mit dem Strahlfor mer;

Fig. 20 ein schematisches Diagramm gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, bei dem die akustischen Elemente mit einer Mehrzahl von Strahlformern mittels Interpolationsschaltungen verbunden sind;

Fig. 21 eine Modifikation der Schaltung gemäß Fig. 20, bei der eine Mehrzahl von Interpolationsschal tungen an den Ausgang einer Mehrzahl von Strahl formern angeschlossen ist, um die Anzahl der aku stischen Abtastlinien zu vermindern, die erfor derlich sind, um das Bild zu rekonstruieren;

Fig. 22 eine schematische Darstellung einer synthetisch zusammengesetzten Empfangsstrahlinformation unter Bezugnahme auf die Sendestrahlinformation bei Verwenden einer Schaltung, wie sie in den Fig. 20 und 21 gezeigt ist, sowie unter Bezugnahme auf eine Empfangsinformation von drei parallelen Strahlen; und

Fig. 23 eine schematische Darstellung einer synthetisch zusammengesetzten Empfangsstrahlinformation unter Bezugnahme auf eine Sendestrahlinformation unter Verwenden einer Schaltung, wie sie beispielsweise in den Fig. 20 und 21 gezeigt ist, sowie unter Bezugnahme auf empfangene Information von vier parallelen Strahlen.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines bekannten Phased-Array-Akustikbildsystemes. Insbeson dere sind an der linken Seite der Figur ein Feld bzw. Array von Wandlern bzw. Übertragern mit dem Eingang einer Strahl formerschaltung 102 verbunden (wobei lediglich ein einziger Wandler aus Gründen der Klarheit der Darstellung gezeigt ist). Allgemein kann das gleiche Wandlerfeld sowohl zur Er zeugung des Sendestrahles als auch zum Empfangen der reflek tierten Druckpulse verwendet werden. Obwohl der Wandler 100, der schematisch dargestellt ist, direkt mit dem Strahlformer 102 verbunden ist, sind bei einer tatsächlichen Ausführung Sendetreiberverstärker und Empfängerverstärker zwischen den Wandlern und dem Strahlformer vorgesehen. Die Bauweise und Verschaltung dieser letztgenannten Schaltungen ist an sich bekannt, so daß diese Details aus Gründen der Klarheit in der Darstellung der Fig. 1 fortgelassen sind.

Die Bauweise und Operation einer Strahlformerschaltung ist für Fachleute auf dem vorliegenden Fachgebiet an sich be kannt und wird detailliert in dem bereits genannten US-Pa tent 4,140,022 beschrieben. Kurz gesagt enthält die Schal tung eine Mehrzahl von Verzögerungsleitungen zum selektiven Verzögern der Übertragersignale und ein Summationsnetzwerk zum Kombinieren der verzögerten Signale zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignales auf der Leitung 104.

Der Strahlformerausgang an der Leitung 104 (der, wie bereits erwähnt wurde, in R-R-Koordinaten vorliegt) wird dann verar beitet, um die letztendlichen X-Y-Signale zu erzeugen, die auf einer Fernsehmonitoranzeige 112 angezeigt werden können. Insbesondere wird das Ausgangssignal auf der Leitung 104 er faßt und komprimiert, bevor es einem Strahlwandler zugeführt wird, der die R-R-Koordinaten in X-Y-Koordinaten umwandelt. Diese zusätzliche Verarbeitung ist allgemein erforderlich, da die Strahlformerausgangssignale einen großen Dynamikbe reich haben, während ein typischer Fernsehmonitor lediglich Anzeigesignale mit einem sehr begrenzten Dynamikbereich an zeigen kann. Demgemäß wird das Strahlformerausgangssignal an der Leitung 104 an eine Detektorschaltung 106 angelegt. Die Detektorschaltung 106 ist typischerweise ein "Absolutwert"- Detektor oder ein Detektor, der nach dem "Quadratgesetz" ar beitet, welcher schematisch in Fig. 1 als Diode dargestellt ist. Die Bauweise sowie die Operation derartiger Detektoren ist bekannt, so daß der Detektor 106 nicht näher erläutert werden muß, wobei jedoch angenommen werden soll, daß es sich bei dem Detektor um einen Absolutwertdetektor handelt. Der Ausgang des Detektors 106 ist ein Signal, welches einen Gleichstrompegel umfaßt, das in Beziehung zu der Größe des Eingangssignales steht. Dieses letztgenannte Signal wird dem Verstärker 108 zugeführt.

Der Verstärker 108 wird verwendet, um den Dynamikbereich des Signales, das durch den Detektor 104 erzeugt wird, auf einen Signalbereich zu vermindern, der von dem Fernsehmonitor 112 gehandhabt werden kann. Ein typisches Gerät ist ein loga rithmischer Verstärker, der nachfolgend als Logarithmierer bezeichnet wird, welcher das Ausgangssignal log (x) in Reak tion auf das Eingangssignal x erzeugt. Jedoch sind andere Datenkompressionsvorrichtungen an sich bekannt und können den Logarithmierer ersetzen. Derartige Vorrichtungen können einen Verstärker mit einer nicht-linearen Übertragungscha rakteristik umfassen. Die Bauweise und Operation eines der artigen Datenkompressionsgerätes ist an sich bekannt und muß daher nicht weiter erläutert werden.

Das Ausgangsignal des Verstärkers 108 wird dem Abtastwandler 110 zugeführt, der die Abtastdaten in R-R-Koordinaten in die für die Anzeige benötigten X-Y-Koordinaten umwandelt. Allge mein ist die Bauweise und Operation eines Abtastwandlers, wie er schematisch als Kästchen 110 dargestellt ist, an sich bekannt. Ein detaillierteres Blockdiagramm ist gleichfalls in Fig. 2 dargestellt, wobei diese Figur den Aufbau der Schaltung zeigt, die die Interpolation ausführt, die erfor derlich ist, um die R-R-Signale in X-Y-Signale umzuwandeln.

Die R-R-Daten auf der Leitung 200 von dem Datenkompressions gerät 108 werden direkt zu einer Skalierungsschaltung 202 zugeführt, die die Daten mit einer vorbestimmten Konstante (A) multipliziert. Hereinkommende Daten an der Eingangslei tung 200 werden einem "eine Linie"-Puffer 204 zugeführt. Im Falle von analogen Daten kann der Puffer 204 eine einfache Verzögerungsleitung sein, die die analoge Information von der Leitung 200 während eines Zeitintervalles verzögert, das der Zeitverzögerung zwischen den akustischen Linien ent spricht, die von dem Wandlerfeld erzeugt werden. Wenn ande renfalls die hereinkommenden Signale digitalisiert worden sind, kann der Puffer 204 ein temporärer Speicher sein. In jedem Fall ist der Ausgang des Puffers 204 mit einer zweiten Skalierungsschaltung 206 versehen, die die Information mit einer zweiten vorbestimmten Konstanten skaliert. Der Puffer 208 der Skalierungsschaltung 202 und der Ausgang 210 der Skalierungsschaltung 206 werden einem Summationsnetzwerk 212 zugeführt, das das Ausgangssignal 214 erzeugt. Der Puffer 204 ermöglicht, daß die Schaltung einen interpolierten Wert der Daten für Punkte, die zwischen den Abtastlinien auftre ten, erzeugt. Der Ausgang des Abtastwandlers 110 wird einem Fernsehmonitor 112 zum Zwecke der Anzeige zugeführt.

Erfindungsgemäß kann die Auflösung des akustischen Bildes, das von einem Bilderzeugungssystem gemäß Fig. 1 erzeugt wird, erheblich dadurch verbessert werden, daß die Signal verarbeitungsreihenfolge verändert wird. Insbesondere kann die Auflösung des Bildes ohne Erhöhung der Anzahl der Ab tastlinien verbessert werden, indem gemäß Fig. 3 die Abtast wandlung bzw. Wandlung der Signale von den R-R-Koordinaten in die X-Y-Koordinaten ausgeführt wird, bevor die Erfassung und Kompression stattfindet. Insbesondere entsprechen gemäß Fig. 3 der Wandler 300 und der Strahlformer 302 den Elemen ten 100 und 102 in Fig. 1. Die Datensignale, die von dem Strahlformer 302 auf der Leitung 304 erzeugt werden, werden direkt dem Abtastwandler 312 zugeführt und nicht dem Detektor 306, wie dies bei der Schaltung nach dem Stand der Technik der Fall ist. Der Ausgang des Abtastwandlers 310 wird seinerseits dem Detektor 306 und der Datenkompressions schaltung 308 zugeführt, während der Ausgang des Verstärkers 308 dem Monitor 312 zum Zwecke der Anzeige zugeführt wird.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Änderung der Verarbei tungsreihenfolge kann unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 11 erläutert werden. Die Fig. 4A und 4B zeigen eine an sich bekannte Art des Testens eines akustischen Bildsystemes un ter Verwenden einer "Phantom"-Vorrichtung, in der "Ziele" durch Metalldrähte gebildet sind, die in einem Gelatinemate rial eingebettet sind, dessen akustische Impedanz ungefähr derjenigen von Wasser entspricht. Die Fig. 4A und 4B zeigen zwei getrennte Querschnittsdiagramme durch zwei "Phantome" in einer Richtung senkrecht zu der Drahtachse. Ein Draht kann entweder "positiv" sein (das mit einem "+"-Zeichen ver deutlicht wird), oder der Draht kann "negativ" sein (was mit einem "-"-Zeichen verdeutlicht wird), womit angegeben wird, daß dessen akustische Impedanz geringer als die von Wasser ist. Diese Drähte werden abgebildet, indem akustische Strah len erzeugt werden und diese quer zu den Drähten bewegt wer den.

In Fig. 4A sind zwei akustische Strahlen dargestellt, die die jeweiligen Positionen von zwei positiven Drähten abfra gen oder örtlich festlegen. Die gestrichelte Linie 400 zeigt einen akustischen Sendestrahlschuß zum Erfassen des Drahtes 402, während die gestrichelte Linie 404 einen Sendestrahl darstellt, der zur Erfassung des Drahtes 406 dient. Fig. 4B zeigt ein zweites Phantom, bei dem akustische Linien ge schossen werden, um einen positiven und einen negativen Draht zu erfassen. Die Linie 408 zeigt einen Sendestrahl, der verwendet wird, um einen positiven Strahl 410 zu erfas sen, und eine Linie 412, die einen Sendestrahl darstellt, der zur Erfassung des Drahtes 414 verwendet wird. Während einer tatsächlichen Bilderzeugung werden viele Linien mit vorbestimmten Winkelinkrementen geschossen. Die Linien 400, 404, 408 und 412 zeigen lediglich vier dieser Linien.

Die Fig. 5A bis 8B zeigen Zwischensignale und angezeigte Signale, die sich ergeben, wenn die Testphantome gemäß den Fig. 4A und 4B mit dem bekannten System gemäß Fig. 1 abge bildet werden. Insbesondere zeigen die Fig. 5A und 5B zwei graphische Darstellungen einer "kontinuierlichen" Signal amplitude bezogen auf den Sendestrahlwinkel für Signale, die von einer Strahlformerschaltung für die beiden Testphantome erzeugt werden, welche in den Fig. 4A und 4B gezeigt sind. Diese Diagramme zeigen theoretische Antwortsignale, die man erwartet, falls eine unbegrenzte Anzahl von Linien geschossen worden wäre. Wie in Fig. 5A gezeigt ist, wird der Sendewinkel derart eingestellt, daß die akustischen Linien mit den Drähten in einer Lage ausgerichtet sind, welche als Linie 400 dargestellt ist, wobei hier die Signalamplitude ihr Maximum erreicht. Es gibt zwei Maxima, von denen ein je des Maximum einem der positiven Drähte gemäß Fig. 4A ent sprechend den Sendestrahlen 400 und 404 entspricht. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, entsprechen ein positives Maximum und ein negatives Maximum den positiven und negativen Drähten, die in Fig. 4B gezeigt sind.

Es sei angenommen, daß das System gemäß Fig. 1 verwendet wird, um Strahlformerdaten zu erzeugen, wobei Fig. 6 das "kontinuierliche" Signal darstellt, das sich als Ausgang eines Detektors ergeben würde, wie beispielsweise als Aus gang des Detektors 106. Wie bereits erwähnt, ist dieser De tektor 106 ein Absolutwertdetektor, so daß die Amplitude des Signales positiv wird oder über die Achse gefaltet wird. In Fig. 6A ist das erfaßte Signal im wesentlichen das gleiche wie das Strahlformerausgangssignal, da das ursprüngliche Signal vollständig positiv ist. Jedoch erscheint in Fig. 6B der negative Anteil des Signales als zweites positives Maxi mum aufgrund der quadrierenden Wirkung des Detektors.

Jedoch schießt ein tatsächliches Bildsystem nicht eine unbe grenzte Linienzahl, sondern verwendet eine endliche Anzahl von Linien für die Bilderzeugung. Die Wirkung der Verwendung der endlichen Anzahl von Linien liegt in der Umwandlung des Signales in ein abgetastetes Datensignal. Fig. 7A zeigt, wie ein derartiges Signal aussehen würde, wenn lediglich vier Linien zur Abfrage des Testphantomes verwendet werden wür den, welches in Fig. 4A gezeigt ist. Diese vier Linienschüs se entsprechen den Linien 400 und 404 gemäß Fig. 4A sowie zwei zusätzlichen Linien, die auf jeder Seite der Linien 400 und 404 geschossen werden. Fig. 7B zeigt ein Signal mit vier Linien für das Phantom, das in Fig. 4B gezeigt ist. Die bei den vertikalen Linien sowohl in Fig. 7A als auch in Fig. 7B entsprechen den akustischen Linien, die sich mit den Drähten treffen. Die abgetasteten Signale sind tatsächlich die Am plitudenwerte der kontinuierlichen Signale, welche in den Fig. 6A und 6B gezeigt sind, bei den Abtastwinkeln. Da die kontinuierlichen Signale lediglich positive Maxima sowohl in Fig. 6A als auch in Fig. 6B zeigen, sind die abgetasteten Signale in den Fig. 7A und 7B exakt die gleichen.

Um die abgetasteten Signale anzuzeigen, wird eine Abtast wandlung ausgeführt, bei der die abgetastete Version der Signale linear interpoliert wird, um das letztendliche Aus gangssignal zu erzeugen. Dieses interpolierte Ausgangssig nal, welches in den Fig. 8A und 8B gezeigt ist, ist für beide Testphantome identisch. Obwohl daher die Testphantome in den Fig. 4A und 4B voneinander verschieden sind, sind die sich ergebenden Bilder gleich, da die Phaseninformation wäh rend des Signalverarbeitungsverfahrens verschwunden ist.

Fig. 9A bis 10B zeigen Zwischensignale und Anzeigesignale, die erzeugt werden, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 3 zur Verarbeitung der Strahlformersignale ver wendet wird. Insbesondere wird nunmehr das Ausgangssignal des Strahlformers 302 gemäß Fig. 3 direkt an den Abtastwand ler 310 angelegt. In diesem Fall findet die Interpolation vor der Erfassung statt. Wie in Fig. 9A gezeigt ist, führen bei der abgetasteten Signalversion der kontinuierlichen Sig nale gemäß den Fig. 5A und 5B beide positive Signalmaxima, die in Fig. 5A gezeigt sind, zu positiven Abtastwerten. Je doch führt gemäß Fig. 9B das positive und das negative Maxi mum in Fig. 6B zu einem Abtastwert, der positiv ist, während der andere Abtastwert negativ ist, aufgrund des negativen Maximums, das in Fig. 6B gezeigt ist.

Wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt ist, ist das linear in terpolierte Ausgangssignal des Abtastwandlers 310 nunmehr gegenüber den beiden Testphantomen unterschiedlich. Wenn das Signal, das in den Fig. 10A und 10B gezeigt ist, erfaßt wird, so ergeben sich die in den Fig. 11A und 11B gezeigten Signale, wobei das sich ergebende Signal ein Minimum 1102 hat, welches sich aus dem Fehlen eines Signales zwischen den beiden Drähten ergibt, wie dies in Fig. 5B gezeigt ist. Das Ausgangssignal des Detektors ist innerhalb des erfindungsge mäßen Systems dargestellt.

Wie man durch Vergleich der Fig. 11A und 11B mit den Fig. 8A und 8B erkennt, führt die Umkehrung der Reihenfolge der Ab tastwandlung und der Erfassung zu einem Bild mit zusätzli cher Information, da die in dem ursprünglichen Objekt ent haltene Phaseninformation nicht während der Verarbeitung verloren geht. Wie man leicht erkennt, beträgt für Ziele mit einer willkürlichen Phasendifferenz R die Tiefe der inter polierten Nullstelle, die durch das erfindungsgemäße Bild system erzeugt wird, cos (R/2), wobei das sich ergebende Bild sämtliche Phaseninformationen enthält, die bei dem Strahlformersummationsknoten vorliegen. Mit anderen Worten kann die Phase der Signale an dem Strahlformersummations knoten mathematisch aufgrund der Nullstellen, die in dem endgültigen Bild angezeigt werden, bestimmt werden.

Ein Vergleich der Fig. 12 und 13 zeigt die Verbesserung der Bildqualität aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Gerätes und des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insbesondere zeigt Fig. 12 die vergrößerte bildliche Darstellung des Schnittes eines Herzmuskels. Dieses Bild wurde unter Verwen den eines bekannten Ultraschallbildsystemes erzeugt, welches unter dem Handelsnamen "PRISM" bei einer Ultraschallfrequenz von 3,5 MHz und mit einer Feldanordnung von 128 Wandlern bei einem Linienabstand von 0,75° erzeugt, wobei dieses Bildsy stem von folgendem Hersteller angeboten wird: Hewlett- Packard Company, 3000 Minuteman Road, Andover, Massachusetts 01810, USA. Mit diesem bekannten System erfolgt eine Erfassung vor der Abtastwandlung, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 13 zeigt die identische Vorrichtung, die oben disku tiert wurde, mit der Ausnahme, daß die Erfassung nach der Abtastwandlung gemäß dem System nach Fig. 3 durchgeführt wird. In Fig. 13 wird jeder helle Muskel von einem klar de finierten dunklen Kreis entsprechend der Nullstelle zwischen den Fasern umgeben, wodurch in einer genaueren Weise die einzelnen Muskeln definiert werden, verglichen mit dem Bild nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 12.

Die in konventioneller Art erzeugten Bilder, wie beispiels weise das Bild gemäß Fig. 12, zeigen häufig einen wiederkeh renden Artefakt, der sich als helle radiale Streifen zeigt. Man hat herausgefunden, daß diese Streifen ein Ergebnis der Abtastumwandlungsinterpolation sind, welche zwischen den tatsächlichen Datenpunkten ausgeführt wird, um die endgül tige Anzeige zu erzeugen. Insbesondere wurde herausgefunden, daß das übliche lineare Interpolationsschema, das bei der Abtastwandlung verwendet wird, eine niedrigere effektive Verstärkung verursacht, wenn ein für die Anzeige benötigter Datenpunkt zwischen zwei R-R-Datenpunkten fällt, die von unterschiedlichen akustischen Linien stammen. In diesem Fall bildet der bekannte Interpolator (wie beispielsweise der in Fig. 2 gezeigte Interpolator) den benötigten Datenpunkt, in dem die beiden verfügbaren Datenpunkte mittels Multiplizie rern 202 und 206 skaliert werden, wobei die (Skalierungs)- Koeffizienten A, B derart gewählt werden, daß folgender Zu sammenhang gilt: A + B = 1.

Ein derartiges lineares Interpolationsschema ist einfach auszuführen und führt zu einer glatten Interpolation, welche keine effektive Gleichstrompegelverschiebung bewirkt. Jedoch wurde gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung herausgefun den, daß das theoretische kontinuierliche Winkelantwortsig nal eines Objektes, das zwischen den akustischen Linien liegt, welches sich ergeben würde, falls eine zusätzliche Linie geschossen worden wäre, um ungefähr 1,8 dB höher ist als das Antwortsignal, das durch lineare Interpolation der Antwortdaten zwischen den beiden Datenpunkten berechnet wird. Gemäß dem Erfindungsgegenstand wird daher anstelle der linearen Interpolation eine Interpolation bevorzugt, die Werte verwendet, welche einer Sinc-Funktion entsprechen.

Eine bevorzugte Struktur ist in Fig. 14 gezeigt. Eingangsda ten an der Leitung 1400 werden direkt einem Multiplizierer 1402 zugeführt, wo sie mit einer vorbestimmten Konstante A multipliziert werden, und an den Summationspunkt 1412 ange legt werden. Der Eingang 1400 liegt gleichfalls an einem Puffer 1404 für eine Linie, wobei der Ausgang des Puffers 1404 an dem Multiplizierer 1406 und über einen Ausgang 1410 an dem Summationspunkt 1412 anliegt. Zusätzliche Puffer kön nen vorgesehen sein, von denen zwei als Puffer 1416 und 1420 gezeigt sind. Die Ausgangssignale dieser Puffer werden den Multiplizierern 1418 und 1422 zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Multiplizierer werden wiederum dem Summationspunkt 1412 zugeführt. Jedoch addieren sich bei der erfindungsge mäßen Anordnung die Koeffizienten A, B, C, . . . , N nicht zu einem Einheitswert auf. Anstelle dessen sind die Koeffizien ten derart eingestellt, daß sie die Werte einer idealen Sinc-Funktion ((sin x)/x) annehmen.

Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Ab tastwandlung entsprechend eines klassischen Nyquist-Abta stungs-Rekonstruktionsproblemes gehandelt. Es kann durch Fourieroptiken gezeigt werden, daß die winkelmäßigen räumli chen Frequenzen in den akustischen Signalen, die durch jeg liches Wandlerarray erzeugt werden, absolut wandbegrenzt sind. Sofern daher die klassischen Nyquist-Kriterien erfüllt sind, ist es möglich, ein Objekt mit diskreten Winkelinkre menten akustisch abzutasten und das sich ergebende Bild mit einem idealen Nyquist-Filter zu rekonstruieren bzw. wieder aufzubauen.

Da ein derartiges ideales Filter eine Sinc-Funktion für das Impulsantwortverhalten hat, tritt eine genauere Rekonstruk tion auf, wenn bei der Abtastwandlung für die Interpolation eine Sinc-Funktion verwendet wird. Für praktische Zwecke ist es nicht möglich, eine ideale Sinc-Funktions-Antwort zu er zeugen, da dies eine unbegrenzte Anzahl von Verzögerungs einrichtungen und Multiplizierern erfordern würde. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß der Sinc-Funktions-Interpo lator nicht absolut ideal sein muß. Anstelledessen kann eine Kurve verwendet werden, die im wesentlichen der Hauptkeule der Sinc-Funktion entspricht. Diese Kurve ersetzt die Drei ecksfunktion, die normalerweise beim Stand der Technik ver wendet wird.

Um beispielsweise ein Datensignal an einem Punkt in der Mit te zwischen zwei bekannten Datenpunkten zu berechnen, hat sich herausgestellt, daß anstelle der bekannten Vorgehens weise des Multiplizierens eines jeden Datenpunktes mit 0,5 und des Aufaddierens der Ergebnisse, die bislang auftreten den Artefakte vermindert werden können, indem jeder Daten punkt mit 0,58 multipliziert wird und indem die Ergebnisse summiert werden. Da die Koeffizienten sich nicht zu 1 auf summieren, bewirkt das erfindungsgemäße Interpolationsschema das Einführen eines Gleichstrompegels in das Signal. Jedoch entfernt die Abtastwandlung die Gleichstromkomponente vor der Erfassung, wodurch jegliche Potentialprobleme beseitigt werden. Insbesondere kann folgende Gleichung verwendet wer den, um das Bildfeld bei einem Winkel R von einer Mehrzahl von bekannten Datenpunkten 1, . . . , N zu berechnen:

Signal (R) = Σ a(i,R-Φ) Signal (Φ + (i-N/2)Δ Φ).

Hierbei ist Δ Φ der Abstand zwischen diskreten Winkeln, während Φ = Δ Φint (Φ/Δ Φ) der größte diskrete Winkel kleiner oder gleich Φ ist. Die Funktion a(i, R-Φ) bezeich net eine kontinuierliche Interpolationsfunktion.

Wenn die Anzahl der Datenpunkte, die bei der Interpolation verwendet werden, groß wird, nähert sich die Interpola tionsfunktion a (i, R-Φ) an eine Sinc-Funktion folgender maßen an:

Wenn jedoch die Interpolation unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Punkten ausgeführt wird, ist es erforderlich, eine Funktion a (i, R-Φ) empirisch zu bestimmen. Bei spielsweise hat man herausgefunden, daß für N = 2 (eine In terpolation mit zwei Punkten) die Kurve gemäß Fig. 15 zu friedenstellende Ergebnisse liefert, und einen Wert von 0,58, der bei dem vorigen Beispiel verwendet wurde, zeigt. Wenn dieser Wert für eine Zwei-Punkt-Interpolation verwendet wird, werden die beim Bild nach dem Stand der Technik auf tretenden Artefakte in Form von radialen Linien weitgehend reduziert.

Gemäß einem anderen Aspekt des Erfindungsgegenstandes hat man herausgefunden, daß die Bildwiederholfrequenz erhöht werden kann, ohne einen Verlust an Auflösung in Kauf zu neh men, indem eine ungleichmäßige Winkelabtastung verwendet wird. Insbesondere verwendet das bekannte Bildsystem gleich förmige Abtastwinkel gemäß Fig. 16, bei denen das Winkel inkrement α zwischen zwei Abtastlinien über den gesamten 180°-Bildsektor konstant ist, so daß der Winkel (der Steuer winkel genannt wird) für die n-te akustische Linie (Φ_n), Φ_n = nα beträgt. Beispielsweise ist der Winkelabstand zwischen den ausgesandten Linien 1600 und 1602 (die schematisch als Linien in Fig. 16 gezeigt sind) der Winkel α. Dieser Winkel ist der gleiche wie der Winkel α zwischen den anderen Linien 1604 und 1606. Daher ist der Winkelabstand unabhängig von dem Steuerwinkel Φ. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfin dung hat sich herausgestellt, daß bei der bekannten gleich förmigen Winkelabtastung eine Überabtastung des Objektes für große Steuerwinkel auftritt, wodurch sich unnötig niedrige Bildwiederholraten ergeben. Insbesondere kann für große Steuerwinkel bzw. Ablenkwinkel die effektive "Öffnung" des Phased-Array mit dem Cosinus des Steuerwinkels bzw. Ablenk winkels aufgrund der Winkel, mit denen sich die Sendestrah len und Empfangsstrahlen ausbreiten, vermindert werden. Wenn die Öffnung in ihrer Größe vermindert wird, steigt die ef fektive Breite der Sende- und Empfangs-Einrichtung an. Daher kann ein größerer Winkelabstand zwischen den akustischen Li nien verwendet werden, um die gleiche Auflösung zu erzielen. Durch Reduktion der Anzahl der Linien, die für große Winkel "geschossen" werden, kann die Gesamtzahl der Linien vermin dert werden, um ein Bild mit vorgegebener Auflösung zu er zielen.

Insbesondere hat sich herausgestellt, daß die akustischen Linien auf einem Gitter beabstandet sein können, das gleich förmig in dem Kehrwert des Cosinus des Steuerwinkels ist, so daß der Steuerwinkel für die n-te akustische Linie folgenden Wert annimmt: Φ = sin^-1 (Nα). Dieses Verfahren führt dazu, daß die akustischen Linien gemäß Fig. 17 beabstandet sind, wodurch die effektive Bildwechselfrequenz erhöht werden kann. Wenn, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, der Abstand zwischen den Linien 1704 und 1706 α beträgt, dann ist bei großen Auslenkwinkeln bzw. Steuerwinkeln Φ der Winkelabstand zwischen den Linien erhöht um 1/cosΦ, da der Abstand, der zwischen den Linien 1700 und 1702 dargestellt ist, α/cosΦ beträgt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Anzahl der akustischen Linien zu reduzieren und dadurch die Bildwechselfrequenz zu erhöhen, indem vor dem Strahl formen die akustischen Informationen aus Linearkombinationen der Daten, die von geschossenen akustischen Linien verfügbar sind, synthetisiert bzw. künstlich zusammengesetzt werden.

Gemäß der Nyquist-Abtasttheorie existiert eine maximale Win kelbeabstandung zwischen den Linien, um zu gewährleisten, daß kein Verlust an räumlicher Information auftritt. Genauer gesagt kann der maximal zulässige Winkelabstand α_t zwischen den Sendelinien unter Verwendung von Fourieroptiken und dem räumlichen Nyquist-Abtasttheorem folgendermaßen berechnet werden:

Wenn beispielsweise diese letztgenannte Formel bei dem Ul traschallbildsystem verwendet wird, welches von der Firma Hewlett-Packard Company, 3000 Minuteman Road, Andover, Massachusetts 01810, USA unter dem Handelsnamen "PRISM" angeboten wird, wobei eine Ultraschallfrequenz von 3,5 MHz und ein Array von 128 Wandlern (sowohl für das Senden als auch für den Empfang) eingesetzt werden, welche um eine hal be Wellenlänge voneinander beabstandet sind, so ergibt sich der maximal zulässige Winkelabstand α_t = 0,90°.

Bei dem oben beschriebenen System wird ein Empfangsstrahl bei jedem Sendestrahlwinkel durch Verzögerung und Summation von Signalen von einer Anzahl von Empfangselementen in einer bereits beschriebenen Art gebildet. Selbst wenn daher der Sendestrahllinienabstand durch die obige Gleichung gegeben ist, müssen die Empfangslinien durch einen kleineren Winkel abstand α_r voneinander getrennt sein, der durch folgende Gleichung gegeben ist:

Für das soeben beschriebene Ausführungsbeispiel ergibt sich α_r = 0,45°.

Diese Differenz zwischen der erforderlichen Anzahl der Sen delinien und Empfangslinien ermöglicht die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die akustischen Linien mit einem Ab stand geschossen werden, der durch α_t gegeben ist, wobei die Interpolation auf die Signale von jedem Empfangswandler aus geführt wird, um Signale synthetisch zu erzeugen, die ande renfalls verfügbar wären, falls der tatsächliche Linienab- Stand α_r gewesen wäre.

Dieses Verfahren funktioniert, da vor der Strahlformung je des einzelne Empfangselement wie sein eigenes System mit einer Empfangsöffnungsbreite von nahezu Null arbeitet. Daher kann zum hinreichenden Abtasten der Signale an jedem einzel nen Empfangselement eine Sendewinkeltrennung α_t verwendet werden, da α_r äquivalent zu α_t wird, wenn die Empfangsöff nung auf eine Null-Breite eingestellt wird.

Die einfachste Interpolationskonstruktion beinhaltet die Synthese zweier Empfangsstrahlen für jeden Sendestrahl, der tatsächlich geschossen worden ist. Diese Synthese wird der art durchgeführt, daß der synthetisierte Strahl auf jeder Seite eines mittigen Sendestrahles "empfangen" wird, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist. Zwei Strahlformer werden ver wendet, um die Signale derart zu rekonstruieren, daß die Strahlformerausgangssignale erscheinen, als ob zwei Sende strahlen geschossen worden wären. Fig. 18 zeigt schematisch einen Teil eines Sektors mit Sendestrahlen und Empfangs strahlen, die als Linien gezeigt sind (wobei der Strahlwin kelabstand in Fig. 18 aus Gründen der Klarheit erheblich auseinandergezogen ist). Die durchgehenden Linien 1800 bis 1808 stellen Sendestrahlen dar, die tatsächlich geschossen worden sind. Die gepunkteten Linien stellen Empfangsstrahlen dar, die synthetisch aus der empfangenen Information unter Verwenden der nachfolgend beschriebenen Schaltung zusammen gesetzt werden. Gemäß der Erfindung können die empfangenen Signale verwendet werden, um zwei Empfangsstrahlen synthe tisch zu erzeugen, als ob zwei Sendestrahlen geschossen wor den wären, obwohl dies tatsächlich nicht der Fall ist. Bei spielsweise kann der als Linie 1810 dargestellte syntheti sche Empfangsstrahl aus den empfangenen Informationen von dem Sendestrahl 1802 mittels Verzögerungen und mittels li neare Kombinationen gewonnen werden. In ähnlicher Weise kann ein synthetischer Strahl 1812 von den empfangenen Informa tionen erzeugt werden, die von dem Sendestrahl 1802 erzeugt werden, wodurch sich ein Paar von Strahlen ergibt, die durch die Klammer 1814 identifiziert sind, welche von einem einzi gen Sendestrahl erzeugt sind. Die synthetisch erzeugten Strahlen liegen symmetrisch um den Sendestrahl, durch den sie erzeugt werden. Wenn insbesondere die Sendestrahlen einen Winkelabstand von Δ R haben, so können empfangene Strahlen mit einem Winkelabstand von Δ R/4 auf den beiden Seiten des zugeordneten Sendestrahls erzeugt werden. Der Abstand der synthetisch erzeugten Empfangsstrahlen und der Sendestrahlen führt zu einer gegenseitigen Beabstandung der synthetisch erzeugten Empfangsstrahlen mit gleichen Winkel inkrementen von Δ R/2. Auf ähnliche Weise kann der Sende strahl 1408 verwendet werden, um zwei synthetisch erzeugte Empfangsstrahlen zu erzeugen, die durch die Klammer 1816 bezeichnet sind. Die synthetisierten Strahlen, die durch die Klammer 1818 bezeichnet sind, werden von dem Sendestrahl 1806 erzeugt.

Um empfangene Strahlen synthetisch zu erzeugen, muß die be kannte Empfangsschaltung modifiziert werden. Bei dem be kannten Abtastsystem gemäß Fig. 19 wird eine Mehrzahl von Empfangswandlerelementen, die als Elemente 1, . . . , N be zeichnet sind, zum Aufbau eines Empfangsstrahls verwendet. Aus Gründen der Einfachheit sind lediglich zwei Elemente 1900 und 1902 gezeigt. Jedes Element ist direkt mit einem Strahlformer 1904 verbunden, der den Empfangsstrahl durch geeignete Gewichtung und Summation der Wandlerausgangs signale konstruiert.

Fig. 20 zeigt schematisch eine Schaltung, die verwendet werden kann, um zusätzliche Linieninformationen aufgrund bestehender Wandlerempfangsausgangssignale zu erzeugen. Je des der Wandlerelemente (von denen die Elemente 2000 und 2002 gezeigt sind) ist mit Strahlformern 2025 und 2042 durch die Interpolationsschaltung verbunden, wobei Interpolations schaltungen 2001 und 2003 dargestellt sind. Jede dieser In terpolationsschaltungen ist identisch. Lediglich die Schal tung 2001 wird daher nachfolgend detailliert erläutert. Le diglich zwei synthetisch erzeugte Strahlen werden im all gemeinen erzeugt. Jedoch können die Wandlerausgangsinforma tionen auch verwendet werden, um drei oder mehr Empfangs linien synthetisch zu erzeugen, wie später erläutert werden wird. Die Erweiterung der Schaltung auf drei oder mehr Li nien ist eine Frage einer einfachen erweiterten Schaltungs auslegung.

Insbesondere wird das Ausgangssignal des Elementes 2000 auf der Leitung 2004 einem Paar von Linien-Generator-Schaltungen zugeführt. Die erste Schaltung besteht aus den Multipli zierern 2008, 2014 und 2020 und dem Summationsknoten 2030. In der ersten Linien-Generator-Schaltung wird der Ausgang 2004 direkt dem Multiplizierer 2008 und dem Eingang des Li nien-Puffers 2010 zugeführt. Der Linien-Puffer 2010 verzö gert das Ausgangssignal 2004 über eine Zeitdauer, die der Sende- und Empfangszeit des Systemes äquivalent ist, so daß der Ausgang 2012 des Linien-Puffers 2010 den Ausgang des Wandlers 2000 von der vorherigen akustischen Linie umfaßt.

Der Ausgang 2012 hat seinerseits einen zweiten Linien-Puffer 2016, so daß der Ausgangs dieses letztgenannten Puffers auf der Leitung 2018 aus den Ausgängen 2004 der Wandler 2000 nach Verzögerung um zwei Linien-Zeitperioden besteht. Die Ausgangssignale 2012 und 2018 der Linienpuffer 2010 und 2016 werden jeweils den Multiplizieren 2014 und 2020 zugeführt.

Die Multiplizierer 2008, 2014 und 2020 werden mit Konstanten a₁, a₂ und a₃ versorgt, welche die Wandler und die Leitungspufferausgänge skalieren. Jeder Multiplizierer lie fert ein skaliertes Ausgangssignal an einen Summationskno tenpunkt 2022. Das Skalieren und Summieren bewirkt eine synthetische Bildung eines "neuen" Empfangswertes an dem Ausgang 2023 des Summationsknotenpunktes 2022 von dem Wand lerausgang 2004 von der Empfangsinformation, die für drei aufeinanderfolgende Sendelinien verfügbar ist. Dieses syn thetisch gebildete Ausgangssignal wird einem Eingang eines üblichen Strahlformers 2025 zugeführt.

Der Ausgang des Wandlers 2000 auf der Leitung 2004 und die Ausgänge 2012 und 2018 der Leitungspuffer 2010 und 2016 werden drei zusätzlichen Multiplizierern 2024, 2026 und 2028 zugeführt. Die letztgenannten Multiplizierer werden mit drei verschiedenen Skalierungskonstanten b₁, b₂ und b₃ versehen, wobei die skalierten Ausgangssignale an den Summationskno tenpunkt 2030 angelegt werden, um ein zusätzliches synthe tisches Ausgangssignal zu erzeugen. Falls die Konstanten "a" und "b" voneinander abweichen, unterscheidet sich das zweite synthetisch gebildete Ausgangssignal von dem ersten synthe tisch gebildeten Ausgangssignal. Das letztgenannte synthe tisch gebildete Ausgangssignal auf der Leitung 2032 des Sum mationsknotenpunktes 2030 wird zu dem ersten Eingang eines zweiten üblichen Strahlformers 2042 geliefert.

Der Strahlformer 2025 erzeugt ein Ausgangssignal auf der Leitung 2027. Der Strahlformer 2042 erzeugt ein Ausgangs signal auf der Leitung 2044. Diese Ausgangssignale können gespeichert und verarbeitet werden, als ob doppelt so viele Linien geschossen worden wären, als die tatsächliche Anzahl der Linien.

Eine ähnliche Interpolationsschaltung ist für den Ausgang eines jeden Wandlerelementes vorgesehen. Beispielsweise ist die Interpolationsschaltung 2003 an dem Ausgang des Wandler elementes 2002 vorgesehen. Jede Interpolationsschaltung er zeugt zwei synthetisch gebildete Linien. Eine dieser Linien zeugt zwei synthetisch gebildete Linien. Eine dieser Linien wird einem Eingang des Strahlformers 2025 zugeführt, während die andere Linie einem Eingang des Strahlformers 2042 zuge führt wird. Beispielsweise werden die Ausgangssignale der Interpolationsschaltung 2003, die durch die Summationskno tenpunkte 2034 und 2038 gebildet werden, über Leitungen 2036 und 2040 als der "n"-te Eingang den Strahlformern 2025 und 2042 zugeführt.

Ein Problem im Zusammenhang mit der in Fig. 20 gezeigten Schaltung besteht darin, daß zwei Linienerzeugungsschaltun gen an jeden Wandlerausgang angeschlossen sein müssen, was zu einer Gesamtzahl von zwei N Liniengeneratorschaltungen führt. Daher kann die Schaltung kostspielig sein.

Fig. 21 zeigt ein abweichendes Ausführungsbeispiel, bei dem die Interpolation nach der Strahlformung ausgeführt wird, um die Anzahl der Linienerzeugungschaltungen, die benötigt wer den, zu vermindern. Insbesondere sind Ausgänge der N Em pfangswandlerelemente (von denen die Elemente 2100 und 2102 gezeigt sind) den beiden Strahlformern 2125 und 2142 zuge führt. Genauer gesagt wird das Ausgangssignal des Wandler elementes 2100 über die Leitung 2104 dem Strahlformer 2125 und über die Leitung 2101 dem Strahlformer 2142 zugeführt. In ähnlicher Weise wird der Ausgang des Wandlers 2102 über die Leitung 2103 dem Strahlformer 2125 und über die Leitung 2105 dem Strahformer 2142 zugeführt.

Die Ausgänge eines jeden der Strahlformer 2125 und 2142 wer den wiederum einer Interpolationsschaltung zugeführt. Bei spielsweise wird der Ausgang des Strahlformers 2125 über die Leitung 2127 der Interpolationsschaltung 2150 zugeführt. Der Ausgang 2144 des Strahlformers 2142 wird an die Interpola tionsschaltung 2152 geliefert. Die Interpolationsschaltungen 2150 und 2152 sind im wesentlichen miteinander übereinstim mend. Lediglich die Interpolationsschaltung 2150 wird de tailliert beschrieben.

Die Interpolationsschaltung 2150 besteht aus zwei Leitungs puffern 2154 und 2156, drei Multiplizierern 2162 bis 2164 und einem Summationsknotenpunkt 2166. Der Multiplizierer 2160 multipliziert das Ausgangssignal des Strahlformers 2125 mit einer vorbestimmten Konstanten a₁ und liefert das ska lierte Ausgangssignal an den Summationsknotenpunkt 2166. Das Ausgangssignal des Strahlformers 2125 wird gleichfalls an den Leitungspuffer 2154 angelegt, der, wie bereits beschrie ben, das Ausgangssignal über eine Zeitdauer verzögert, die der Zeit entspricht, welche erforderlich ist, um eine aku stische Linie zu schießen bzw. zu erzeugen. Das Ausgangs signal des Leitungspuffers 2154 auf der Leitung 2158 wird dem Multiplizierer 2162 geliefert, durch den es mit einer zweiten Konstanten a₂ multipliziert wird und an den Summa tionsknotenpunkt 2166 angelegt wird. Der Ausgang des Li nienpuffers 2154 auf der Leitung 2158 wird an den Leitungs puffer 2156 angelegt, durch den es über eine weitere Zeit periode verzögert wird, welche der Zeitdauer einer akusti schen Linie entspricht. Der Ausgang des Leitungspuffers 2156 wird seinerseits an den Multiplizierer 2164 angelegt, wel cher das Ausgangssignal mit einer Konstanten a₃ multipli ziert. Das skalierte Ausgangssignal wird einem Summations knotenpunkt 2166 geliefert.

Durch geeignete Einstellung der Konstanten a₁ bis a₃ kann an dem Ausgang 2168 des Summationsknotenpunktes 2166 eine Summe gebildet werden, die der interpolierte Ausgang des Strahl formers 2125 ist, welcher von drei aufeinanderfolgenden aku stischen Linienabtastungen gebildet wird. Der Interpolator 2152 arbeitet in einer ähnlichen Weise zur Erzeugung des zweiten interpolierten Ausgangssignales auf der Leitung 2170. Die Konstanten der Multiplizierer in dem Interpolator 2152 sind auf die gleichen Werte wie diejenigen der Multi plizierer in dem Interpolator 2150 eingestellt. Dieses Sche ma arbeitet ähnlich wie das unter Bezugnahme auf Fig. 20 ge zeigte, mit der Ausnahme, daß lediglich zwei Interpolations schaltungen anstelle von zwei N Interpolationsschaltungen benötigt werden, welche in Fig. 20 benötigt sind.

Wenn zwei Empfangsstrahlen für jeden Sendestrahl synthetisch gebildet werden, ergibt sich ein Verlust bezüglich des Sig nal-Rausch-Verhältnisses, da die synthetisch gebildeten Empfangsstrahlen nicht längs des Weges zurückkehren, der durch den Sendestrahl genommen wird, wie dies in Fig. 18 ge zeigt ist. Gleichfalls kann ein Schachbrettmuster-Artefakt erzeugt werden, da sämtliche synthetisch gebildeten Em pfangslinien nicht gleiche Strahlprofile haben. Um den Sig nal-Rausch-Nachteil und die möglichen Artefakte zu vermei den, können drei Strahlformer verwendet werden, um drei Aus gangssignale aufgrund der Empfangsdaten für jeden tatsäch lichen Sendestrahl zu erzeugen. Die Strahlformerausgangs signale werden vorzugsweise durch die Winkelsequenz gebil det, die durch die folgende Tabelle für jeden Sendewinkel gegeben ist:

Tabelle I

Um die Empfangslinieninformationen für eine Rundumweg syn thetisch zu erzeugen, werden die Ausgangssignale eines jeden Strahlformers in einem Speicher gespeichert und die gespei cherten Ausgangssignale dann kombiniert, um die Empfangs strahlen synthetisch zu bilden. Eine bevorzugte Kombination ist in der folgenden Tabelle II wiedergegeben:

Tabelle II

In dieser Tabelle bezeichnet Rn(x) das gespeicherte Aus gangssignal, welches durch den Strahlformer n aufgrund eines Sendestrahles mit dem Steuerwinkel bzw. Ablenkwinkel x er zeugt wird. Eine Überprüfung der Tabelle II zeigt, daß die synthetisch erzeugten Rundumempfangsstrahldaten durch Mit telung von Daten von Sendestrahlen erzeugt werden, die bei zwei verschiedenen Steuerwinkeln bzw. Ablenkwinkeln geschos sen werden. Tatsächlich bewirkt die Kombination der Daten von zwei Sendestrahlen eine Erscheinung des Systemes, als ob ein dritter Sendestrahl zwischen den beiden tatsächlichen Sendestrahlen geschossen worden wäre.

Die synthetisch gebildeten Linieninformationen sind bezüg lich der Originalsendestrahlen in Fig. 22 dargestellt. Wie in Fig. 18 sind die tatsächlichen Sendestrahlen in Fig. 22 als durchgezogene Linien 2200 bis 2208 dargestellt. Die syn thetisch gebildeten Empfangsstrahlen sind als gestrichelte Linie dargestellt. Gemäß Tabelle II werden Daten von zwei Sendestrahlen verwendet, um einen der Empfangsstrahlen syn thetisch zu bilden. Beispielsweise wird der Empfangsstrahl 2210 aufgrund der Daten von dem Sendestrahl 2200 und der Empfangsstrahl 2214 aufgrund der Daten von dem Empfangs strahl 2202 gebildet. Der Empfangsstrahl 2212 wird durch Kombination der Daten von den Sendestrahlen 2200 und 2202 erzeugt. Auf ähnliche Art werden die Empfangsstrahlen 2218, 2222 und 2226 aufgrund der Sendestrahlen 2204, 2206 und 2208 gebildet. Die Empfangsstrahlen 2216, 2220 und 2224 werden jeweils aufgrund der Sendestrahlenpaare 2202, 2204, 2204 und 2206 bzw. 2206 und 2208 gebildet. Die Klammern 2228, 2230 und 2232 bezeichnen Empfangsstrahlinformationen für Gruppen von drei Sendestrahlen, die parallel erzeugt werden.

Bei der letztgenannten synthetischen Bildung ergibt sich kein Verlust des Signal-Rausch-Verhältnisses, da die synthe tisch gebildeten Empfangsstrahlen perfekt entweder mit den tatsächlichen Sendestrahlen oder mit den "synthetisch gebil deten" Sendestrahlen ausgerichtet sind. Tatsächlich ergibt sich sogar ein geringfügiger Signal-Rausch-Verhältnisgewinn aufgrund eines vorteilhaften Verhaltens der Auflösung bezo gen auf das Signal-Rausch-Verhältnis. Jedoch kann wie bei dem Schema mit zwei parallelen Strahlen ein Schachbrettmu sterartefakt auftreten, da nicht sämtliche Rundumlaufstrah len das gleiche Strahlenprofil haben. Ferner ist dieses Schema empfindlich bezüglich einer Objektbewegung, da bei diesem Schema Daten gemittelt werden, die von Sendelinien schüssen von unterschiedlichen Zeitpunkten erzeugt werden.

Es ist gleichfalls möglich, vier parallele Strahlformer zu verwenden, um vier parallele Ausgangssignale bei den in Ta belle III gezeigten Sende- und Empfangs-Winkeln zu erzeugen.

Tabelle III

Wie bei den vorherbeschriebenen Syntheseverfahren werden die Ausgangssignale sämtlicher Strahlformer in dem Speicher ge speichert, wobei die gespeicherten Ausgangssignale nach und nach in einer Linearkombination in der in Tabelle IV gezeig ten Art zusammengesetzt werden, um die Rundumlaufempfangs linien synthetisch zu bilden:

Tabelle IV

In dieser Tabelle bezeichnet Rn (x) das gespeicherte Aus gangssignal, welches von dem Strahlformer n aufgrund von Daten gebildet wird, die von einem Sendestrahlschuß bei einem Steuerwinkel x empfangen werden. Diese Kombination führt zu den synthetisch gebildeten Strahlen, die schema tisch in Fig. 23 gezeigt sind.

Wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen sind die tat sächlichen Sendestrahlen schematisch als durchgezogene Li nien gezeigt, während die synthetisch gebildeten Empfangs strahlen als gestrichelte Linien dargestellt sind. Bei dem letztgenannte Verfahren werden alle Empfangsstrahlen syn thetisch aufgrund von zwei Sendestrahlen gebildet. Bei spielsweise werden die Empfangsstrahlen 2304 und 2306 syn thetisch aufgrund von Daten gebildet, die von den Sende strahlen 2300 und 2302 empfangen werden. Die Klammern 2308 und 2310 bezeichnen Gruppen von parallelen Empfangsstrahlen, die aufgrund der Sendedaten synthtisch gebildet werden. Wie bereits bei den vorherigen drei Strahlverfahren besteht ein geringfügiger Gewinn bezüglich des Signal-Rausch-Verhält nisses und eine gewisse Empfindlichkeit bezüglich einer Ob jektbewegung. Jedoch hat das Verfahren mit vier Strahlen den Vorteil, daß sämtliche synthetisch gebildeten Strahlen vir tuell identische Strahlprofile für sämtliche Rundumlaufwin kel haben, so daß kein Schachbrettmuster-Artefakt auftreten kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Erhöhen der Bildauflösung eines akusti schen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300), einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (300) zum Erzeugen eines akustischen Sendestrahles zum Ab tasten des Objektes verbunden ist, einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen zum Empfangen von Signalen von einem akustischen Empfangs strahl verbunden ist, und einer Einrichtung (302), die auf die empfangenen akustischen Signale anspricht, um Bildsignale in einem ersten Format (304) zu erzeugen, gekennzeichnet durch:
eine Umwandlungseinrichtung (310), die auf die Bild signale (304) anspricht, um Bildanzeigesignale in einem für eine Sichtanzeige geeigneten zweiten Format zu erzeugen;
eine Einrichtung (305, 308), die mit der Umwandlungs einrichtung verbunden ist, um die Bildanzeigesignale zu erfassen und zu begrenzen; und
ein Einrichtung (312), die auf die erfaßten und begrenz ten Bildanzeigesignale anspricht, um eine Sichtanzeige darstellung des Bildes des Objektes zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseinrichtung (310) die Bildsignale (304) mit einem R-R-Format in Bildsignale mit einem X-Y-Format umwandelt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Erfassungs- und Begrenzungseinrichtung (305, 308) einen Quadratgesetz-Detektor (305), der auf die Bildanzeigesignale zum Erzeugen erfaßter Bildsignale anspricht, und einen Begrenzungsverstärker (308) auf weist, der auf die erfaßten Bildsignale anspricht, um Bildanzeigesignale, die für eine Sichtanzeige geeignet sind, zu erzeugen.

4. Verfahren zum Erhöhen der Bildauflösung eines akusti schen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300), einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen ver bunden ist, um einen akustischen Sendestrahl zum Ab tasten eines Objektes zu erzeugen, einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen ver bunden ist, um Signale vom einem akustischen Empfangs strahl zu empfangen, und einer Einrichtung (302), die auf die akustischen empfangenen Signale anspricht, um Bildsignale in einem ersten Format zu erzeugen, gekenn zeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A. Umwandeln (310) der Bildsignale in Bildanzeigesigna le in einem zweiten Format, das für eine Sichtanzei ge geeignet ist;
B. Erfassen (305) und Begrenzen der Bildanzeigesignale; und
C. Erzeugen einer Sichtanzeige (312) der bei dem Schritt B erfaßten und begrenzten Bildanzeigesignale als ein Bild des Objektes.

5. Vorrichtung zum Vermindern von Bildartefakten in einem akustischen Phased-Array-Bildsystem mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300), einer Einrich tung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen verbunden ist, um einen akustischen Sendestrahl zum Ab tasten eines Objektes zu erzeugen, einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (300) verbunden ist, um Signale von einem akustischen Emp fangsstrahl zu empfangen, und einer Einrichtung (302), die auf die akustischen Empfangssignale anspricht, um Bildsignale in einem ersten Format (1400) zu erzeugen, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (1404, 1416, 1420), zum Erzeugen einer Mehrzahl von Bildanzeigesignalen durch selektives Ver zögern der Bildsignale um vorbestimmte Zeitintervalle, wobei diese Zeitintervalle ein Vielfaches desjenigen Zeitintervalles sind, welches erforderlich ist, um einen akustischen Strahl auszusenden und um von dem Objekt reflektierte Signale zu empfangen;
eine Einrichtung (1402, 1406, 1418, 1422) zum Multipli zieren eines jeden der Mehrzahl von Bildanzeigesignalen mit einem vorbestimmten konstanten Wert (A, B, C, D) zum Erzeugen einer Mehrzahl von skalierten Bildanzeigesigna len (1408, 1410), wobei die vorbestimmten konstanten Werte (A, B, C, D) sich zu einer Gesamtheit, die größer als 1 ist, aufaddieren; und
eine Einrichtung (1412) zum Aufaddieren der Mehrzahl von skalierten Bildanzeigesignalen zum Erzeugen von Bildan zeigesignalen in dem zweiten Format (1414).

6. Vorrichtung zum Vermindern von Bildartefakten nach An spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten konstanten Werte (A, B, C, D) als normalisierte Werte einer Sinus x/x-Funktion zwischen den Werten x = 0 und x = π festgelegt sind.

7. Verfahren zum Vermindern von Bildartefakten in einem akustischen Phased-Array-Bildsystem mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300), einer Einrich tung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (300) verbunden ist, um einen akustischen Sendestrahl zum Abtasten eines Objektes zu erzeugen, einer Einrich tung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (300) verbunden ist, um Empfangssignale von einem akustischen Empfangsstrahl zu empfangen, und einer Ein richtung (302), die auf die empfangenen akustischen Signale anspricht, um Bildsignale in einem ersten Format (1400) zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Ver fahrensschritte:

A. Erzeugen einer Mehrzahl von Bildanzeigesignalen durch selektives Verzögern (1404, 1416, 1420) der Bildsignale um vorbestimmte Zeitintervalle, die ein Vielfaches des Zeitintervalles sind, das erforder lich ist, um einen akustischen Sendestrahl zu er zeugen und um von dem Objekt reflektierte Signale zu empfangen;
B. Multiplizieren (1402, 1406, 1418, 1422) eines jeden der Mehrzahl von Bildanzeigesignalen mit einem vor bestimmten konstanten Wert (A, B, C, D), um eine Mehrzahl von skalierten Bildanzeigesignalen (1408, 1410) zu erzeugen, wobei sich die vorbestimmten konstanten Werte auf eine Gesamtheit, die größer als 1 ist, aufaddieren; und
C. Aufaddieren (1412) der Mehrzahl von skalierten Bild anzeigesignalen, um Bildanzeigesignale in dem zwei ten Format (1414) zu erzeugen.

8. Verfahren zum Vermindern von Bildartefakten nach An spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrens schritt (B) folgenden Teilschritt umfaßt:

B1. Einstellen der vorbestimmten konstanten Werte (A, B, C, D) auf normalisierte Werte einer Sinus x/x- Funktion zwischen den Werten x = 0 und x = π.

9. Akkustisches Phased-Array-Bildsystem, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300);
einer Einrichtung (302), die mit der Mehrzahl von Wand lerelementen verbunden ist, um der Reihe nach eine Mehr zahl von akustischen Sendestrahlen (1700, 1702, 1704, 1706) mit vorbestimmten Auslenkwinkeln (α) bezüglich der Wandlerelemente zum Abtasten eines Objektes zu erzeugen, wobei jeder der aufeinanderfolgenden akustischen Sende strahlen (1700, 1702, 1704, 1706) mit einem Auslenkwin kel (α) erzeugt wird, der gegenüber dem vorhergehenden Auslenkwinkel (α) um ein Inkrement erhöht ist, welches proportional zu dem Kehrwert des Cosinus des vorher gehenden Auslenkwinkels (α/cosR) ist;
einer Einrichtung (302), die mit jedem der Mehrzahl von Wandlerelementen verbunden ist, um Signale von der Mehr zahl der akustischen Empfangsstrahlen zu empfangen; und
einer Einrichtung (302), die auf die empfangenen akusti schen Signale anspricht, um die Signale zu verarbeiten, um ein Bild des Objektes zu erzeugen und sichtbar anzuzeigen.

10. Verfahren zum Erhöhen der Bildwechselfrequenz eines akustischen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (300), einer Einrich tung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (300) verbunden ist, um einen akustischen Sendestrahl zum Abtasten eines Objektes zu erzeugen, einer Einrich tung (302), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen zum Empfangen von Signalen von einer Mehrzahl von akustischen Empfangsstrahlen verbunden ist, und einer Einrichtung (302), die auf die empfangenen akustischen Signale anspricht, um die Signale zum Erzeugen und sichtbaren Darstellen eines Bildes des Objektes zu verarbeiten, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:

A. Erzeugen eines akustischen Sendestrahles (1706) mit einem vorbestimmten Auslenkwinkel (α) bezüglich der Mehrzahl von Wandlerelementen;
B. Erhöhen des Auslenkwinkels (α) um ein Inkrement, das proportional ist zu dem Kehrwert des Cosinus des Auslenkwinkels (α/cosR); und
C. Wiederholen der Schritte A und B für Auslenkwinkel zwischen 0 und 180°.

11. Vorrichtung zum Erhöhen der Bildwiederholrate eines akustischen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (2000, 2002), einer Einrichtung (2025, 2044), die mit der Mehrzahl von Wand lerelementen (2000, 2002) verbunden ist, um der Reihe nach akustische Sendestrahlen zum Abtasten eines Objek tes zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine Interpolations-Einrichtung (2001, 2003), die mit jedem der Mehrzahl von Wandlerelementen (2000, 2002) verbunden ist, wobei die Interpolations-Einrichtung (2001, 2003) auf Empfangssignale anspricht, die von je dem Wandlerelement (2000, 2002) aufgrund der akustischen Energie von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Sende strahlen erzeugt werden, um wenigstens zwei interpolier te Ausgangssignale (1 . . . .N) zu erzeugen;
eine Mehrzahl von Strahlformer-Einrichtungen (2025, 2042), die auf die interpolierten Ausgangssignale (1 . . . N) ansprechen, welche durch die Interpolations Einrichtung (2001, 2003) erzeugt werden, um Bilddaten (2027, 2044) entsprechend der wenigstens zwei Empfangs strahlen zu erzeugen; und
eine Einrichtung (3010, 3005, 3008, 3012), die auf die Bilddaten (2027, 2044) anspricht, um eine Sichtanzeige des Objektes zu erzeugen.

12. Vorrichtung zum Erhöhen der Bildwiederholrate eines akustischen Phased-Array-Bildsystemes nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolations-Einrichtung (2001, 2003) folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung (2012, 2016), die auf die Empfangssig nale (2004), welche von jedem Wandlerelement (2000) er zeugt werden, anspricht, um zeitweilig die Empfangssig nale (2004) für wenigstens zwei verschiedene Zeitperio den zu speichern;
eine Einrichtung (2008, 2014, 2020, 2024, 2026, 2028), die auf die gespeicherten Empfangssignale (2010, 2018) anspricht, um jedes der gespeicherten Empfangssignale mit einer vorbestimmten Konstante (a₁, a₂, a₃, b₁, b₂, b₃) zu skalieren; und
eine Einrichtung (2022, 2030) zum Summieren der skalier ten Empfangssignale, um ein interpoliertes Ausgangssig nal (2023, 2032) zu erzeugen.

13. Verfahren zum Erhöhen der Bildwechselfrequenz eines akustischen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (2000, 2002), einer Einrichtung (2001, 2003, 2025, 2042), die mit einer Mehrzahl von Wandlerelementen (2000, 2002) verbunden ist, um der Reihe nach akustische Sendestrahlen zum Abtasten eines Objektes zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

A. Erzeugen von wenigstens zwei interpolierten Aus gangssignalen (2023, 2034) aufgrund von Empfangs signalen (2004, 2006), die von den Wandlerelementen (2000, 2002) aufgrund der akustischen Energie von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Sendestrahlen erzeugt werden;
B. Erzeugen von Bilddaten (2027, 2044) entsprechend wenigstens zwei Empfangsstrahlen aufgrund der inter polierten Ausgangssignale (2023, 2034), die bei dem Schritt A erzeugt worden sind; und
C. Erzeugen einer Sichtanzeige des Objektes aufgrund der bei dem Schritt B (310, 305, 308, 312) erzeugten Bilddaten.

14. Vorrichtung zum Erhöhen der Bildwechselfrequenz eines akustischen Phased-Array-Bildsystemes mit einer Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (2100, 2102), einer Einrichtung (2125, 2142), die mit der Mehrzahl von akustischen Wandlerelementen (2100, 2102) verbunden ist, um der Reihe nach akustische Sendestrahlen zum Abtasten eines Objektes zu erzeugen, gekennzeichnet durch folgen de Merkmale:
eine Mehrzahl von Strahlformer-Einrichtungen (2125, 2142), die mit der Mehrzahl von Wandlerelementen (2100, 2102) verbunden sind und auf Empfangssignale ansprechen, die von jedem Wandlerelement (2100, 2102) aufgrund der akustischen Energie von wenigstens zwei aufeinander folgenden Sendestrahlen erzeugt werden, um Bilddaten (2122, 2144) zu erzeugen;
eine Interpolations-Einrichtung (2150, 2152), die mit jeder der Mehrzahl von Strahlformer-Einrichtungen (2125, 2142) verbunden ist, wobei die Interpolations-Einrich tung (2150, 2152) auf die Bilddaten (2122, 2144) an spricht, um wenigstens zwei interpolierte Ausgangs signale (2168, 2170) zu erzeugen; und
eine Einrichtung (310, 305, 308, 312), die auf die interpolierten Ausgangssignale (2168, 2170) anspricht, um eine Sichtanzeige des Objektes zu schaffen.