DE4345379C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermindern von Bildartfakten in einem Phased-Array-Bildsystem - Google Patents

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 Empfangswander 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 (Θ) des Empfangsstrahles und der radialen Entfernung (R) des Empfangsstrahles, an dem der Fokuspunkt auftritt. Daher werden die Signale als R-Θ-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-Θ-Koordinaten umgewandelt werden. Daher be­ zieht sich die nachfolgende Diskussion auf R-Θ-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-Θ-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-Θ-Koordinaten in diskreten Winkelpositionen verfügbar sind, muß der Abtastwandler die benötigten X-Y-Werte erzeugen, indem zwischen den R-Θ-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 Abtastwandern 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 zeugten 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 Systemen ein Konflikt zwischen der Zielsetzung der hohen Auflösung und der Zielsetzung der hohen Bildwechsel­ frequenz.

Die US-A-4,817,617 betrifft einen diagnostischen Abbildungs­ vorrichtung. Eine Einrichtung sendet/empfängt wiederholt Kombinationen von Ultraschallwellensequenzen, wobei jede Kombination aus einer Mehrzahl von gepulsten Doppler-Se­ quenzen und einer zweidimensionalen B-Mode Sequenz besteht. Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Demodulator, eine Ab­ tasteinrichtung, eine Interpolationseinrichtung und eine Si­ gnalverarbeitungseinrichtung.

Die US-A-4,241,412 betrifft ein Verfahren, um Daten, denen räumliche Polarwinkel zugeordnet sind, in ein kartesisches Koordinatensystem abzubilden. Ultraschallwellen, die von einem rotierenden Wandler zurückkommen, werden in einem Speicher abgebildet, um deren Darstellung auf einem Monitor zu ermöglichen. Eine Tangentenfunktion wird verwendet, um die X- und die Y-Orte zu berechnen. Die Auswahl der Daten für diese Orte wird mittels einer Sekantenfunktion ge­ steuert, um Quantisierungsfehler zu minimieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, daß das Auftreten von Bild­ artefakten vermindert.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 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.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein nicht-lineares Interpolationsschema während des Abtastumwandlungsprozesses verwendet, um die R-Θ-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.

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, das derart reorganisiert worden ist, daß die Abtast­ wandlung vor der Signalerfassung und der Signal­ aufzeichnung ausgeführt wird, um die Bildauflös­ ung zu erhöhen;

Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltungs­ struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zum Durchführen der Abtastwandlungsinterpolation;

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Verdeutlichung der Interpolationsfunktion gemäß der Erfindung;

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-Θ-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-Θ-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 Ausgangssignal des Verstärkers 108 wird dem Abtastwandler 110 zugeführt, der die Abtastdaten in R-Θ-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-Θ-Signale in X-Y-Signale umzuwandeln.

Die R-Θ-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.

Die Auflösung des akustischen Bildes, das von einem Bilder­ zeugungssystem gemäß Fig. 1 erzeugt wird, wird dadurch er­ heblich verbessert werden, daß die Signalverarbeitungs­ reihenfolge verändert wird. Insbesondere kann die Auflösung des Bildes ohne Erhöhung der Anzahl der Abtastlinien ver­ bessert werden, indem gemäß Fig. 3 die Abtastwandlung bzw. Wandlung der Signale von den R-Θ-Koordinaten in die X-Y-Ko­ ordinaten ausgeführt wird, bevor die Erfassung und Kompres­ sion stattfindet. Insbesondere entsprechen gemäß Fig. 3 der Wandler 300 und der Strahlformer 302 den Elementen 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 Datenkompressionsschaltung 308 zuge­ führt, während der Ausgang des Verstärkers 308 dem Monitor 312 zum Zwecke der Anzeige zugeführt wird.

Die in konventioneller Art erzeugten Bilder zeigen häufig einen wiederkehrenden 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 endgültige Anzeige zu erzeugen. Insbesondere wurde her­ ausgefunden, 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-Θ-Datenpunkten fällt, die von unterschiedlichen akustischen Linien stammen. In diesem Fall bildet der bekannte Interpolator (wie beispiels­ weise der in Fig. 2 gezeigte Interpolator) den benötigten Datenpunkt, indem die beiden verfügbaren Datenpunkte mittels Multiplizierern 202 und 206 skaliert werden, wobei die (Ska­ lierungs)Koeffizienten A, B derart gewählt werden, daß fol­ gender Zusammenhang 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. 4 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. Anstelle dessen 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 Θ von einer Mehrzahl von bekannten Datenpunkten 1, . . ., N zu berechnen:

Signal (Θ) = Σ a(i,Θ-Φ) Signal (Φ + (i-N/2) ΔΦ)

Hierbei ist ΔΦ der Abstand zwischen diskreten Winkeln, während Φ = ΔΦint (Δ/ΔΦ) der größte diskrete Winkel kleiner oder gleich Φ ist. Die Funktion a(i, Θ-Φ) bezeichnet eine kontinuierliche Interpolationsfunktion.

Wenn die Anzahl der Datenpunkte, die bei der Interpolation verwendet werden, groß wird, nähert sich die Interpola­ tionsfunktion a (i, Θ-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, Θ-Φ) empirisch zu bestimmen. Bei­ spielsweise hat man herausgefunden, daß für N = 2 (eine In­ terpolation mit zwei Punkten) die Kurve gemäß Fig. 5 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.

Claims (4)

1. 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); und
eine Einrichtung (1412) zum Aufaddieren der Mehrzahl von skalierten Bildanzeigesignalen zum Erzeugen von Bildan­ zeigesignalen in dem zweiten Format (1414), wobei die verbestimmten konstanten Werte (A, B, C, D) derart gewählt sind, daß sich die durch diese Werte festgelegte Interpolationsfunktion zumindest an die Hauptkeule einer (sin x)/x-Funktion mit Werten zwischen x = 0 und x = π weiter annähert als eine lineare Interpolations­ funktion.

2. Vorrichtung zum Vermindern von Bildartefakten nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorbestimmten konstanten Werte (A, B, C, D) als normalisierte Werte einer (sin x)/x-Funktion zwischen den Werten x = 0 und x = π festgelegt sind.

3. 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; und
• C. Aufaddieren (1412) der Mehrzahl von skalierten Bild­ anzeigesignalen, um Bildanzeigesignale in dem zweien Format (1414) zu erzeugen, wobei die Summe der vorbestimmten konstanten Werte größer als 1 ist.

4. Verfahren zum Vermindern von Bildartefakten nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrens­ schritt (B) folgenden Teilschritt umfaßt:

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