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Die
Erfindung betrifft eine Ultraschall-Diagnosevorrichtung, die in
einem beliebigen von unterschiedlichen Modi mit einem Doppler-basierten
Modus, der eine steuerbare kontinuierliche Welle (steerable continuous
wave = SCW, Dauerstrich) verwendet, arbeiten kann.
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Das
US Patent Nr. 5 555 534, entsprechend der PCT-Anmeldung WO 96/04
588 offenbart ein Ultraschall-Empfangssystem mit einem ersten und zweiten
getrennten Empfangsstrahlformer. Der erste Empfangsstrahlformer
ist für
Abbildungsmodi wie z. B. den B-Modus und die Farbdoppler-Flussabbildung optimiert
und weist deshalb eine hohe räumliche
Auflösung
und breite Bandbreite auf. Der zweite Empfangsstrahlformer weist
einen breiten dynamischen Bereich auf und ist zur Verwendung in
der Erfassung von spektraler Dopplerinformation bestimmt, die typischerweise
schmalbandig im Vergleich mit der Bildinformation ist. Der zweite
Empfangsstrahlformer erreicht die Empfindlichkeit und den niedrigen
Rauschpegel eines zugehörigen
Stifttastkopf-Geräts
mit einem einzigen Kanal. Der zweite Empfangsstrahlformer führt auch
die elektronische Strahlsteuerung durch. Sowohl der erste als auch
der zweite Empfangsstrahlformer kann durch eine gemeinsame Wandleranordnung
arbeiten, wodurch die Untersuchungseffizienz erhöht wird und eine Registrierung spektraler
Dopplerinformation mit einem B-Modus oder einer Farbdoppler-Flussabbildung
erlaubt wird.
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Das
Ultraschall-Empfangssystem in dem US Patent Nr. 5 555 534 kann in
einem beliebigen von dem B-Modus, dem Farbdopplermodus und dem strahlsteuernden
Dopplermodus arbeiten. Während des
B-Modus oder des Farbdopplermodus des Betriebes wird der erste Empfangsstrahlformer verwendet.
Während
des strahlsteuernden Dopplermodus des Betriebes wird der zweite
Empfangsstrahlformer verwendet. Das Ultraschall-Empfangssystem in dem US Patent Nr.
5 555 534 weist einen komplizierten Aufbau auf, da die ersten und
zweiten Empfangsstrahlformer voneinander getrennt sind.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine einfache Ultraschall-Diagnosevorrichtung
bereitzustellen.
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Die
Erfindung stellt eine Ultraschall-Diagnosevorrichtung bereit, die
umfasst: ein erstes Wandlerelement zum Ausgeben eines ersten HF-Signals;
ein zweites Wandlerelement zum Ausgeben eines zweiten HF-Signals;
ein drittes Wandlerelement zum Ausgeben eines dritten HF-Signals;
ein erstes Mittel zum Demodulieren des dritten HF-Signals zu einem
phasengleichen Basisbandsignal und einem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal; einen ersten Multiplizierer; einen zweiten Multiplizierer;
einen Addierer, der mit dem ersten und dem zweiten Multiplizierer
verbunden ist, um ein Ausgangssignal von dem ersten Multiplizierer
und ein Ausgangssignal von dem zweiten Multiplizierer zu addieren;
ein zweites Mittel zum Auswählen
entweder eines Satzes aus dem ersten und dem zweiten HF-Signal oder eines Satzes
aus dem phasengleichen und dem um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignal,
zum Zuführen
des ersten und des zweiten HF-Signals zu dem ersten bzw. dem zweiten
Multiplizierer, wenn der Satz aus dem ersten und dem zweiten HF-Signal ausgewählt ist,
und zum Zuführen
des gleichphasigen und des um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignals
zu dem ersten bzw. dem zweiten Multiplizierer, wenn der Satz aus
dem gleichphasigen und dem um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignal
ausgewählt
ist; ein drittes Mittel zum Zuführen
eines ersten und eines zweiten Wichtungsfaktors zu dem ersten bzw.
dem zweiten Multiplizierer, wenn das zweite Mittel den Satz aus
dem ers ten und dem zweiten HF-Signal auswählt; und ein viertes Mittel
zum Zuführen
eines ersten und eines zweiten Phasenverschiebungssignals zu dem
ersten bzw. dem zweiten Multiplizierer, wenn das zweite Mittel den
Satz aus dem phasengleichen und dem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal auswählt;
ein fünftes
Mittel zum Demodulieren eines Ausgangssignals von dem Addierer zu
einem aus einer Demodulation resultierenden phasengleichen Signal
und einem aus einer Demodulation resultierenden um 90 Grad phasenverschobenen
Signal, wenn das zweite Mittel den Satz aus dem ersten und dem zweiten
HF-Signal auswählt,
und zum Demultiplexen des Ausgangssignals von dem Addierer zu einem aus
einem Demultiplexen resultierenden phasengleichen Signal und einem
aus einem Demultiplexen resultierenden um 90 Grad phasenverschobenen
Signal, wenn das zweite Mittel den Satz aus dem phasengleichen und
dem um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignal auswählt; wobei
der erste Multiplizierer das erste HF-Signal und den ersten Wichtungsfaktor
multipliziert, und der zweite Multiplizierer das zweite HF-Signal
und den zweiten Wichtungsfaktor multipliziert, wenn das zweite Mittel
den Satz aus dem ersten und dem zweiten HF-Signal auswählt; und
wobei der erste Multiplizierer das phasengleiche Basisbandsignal
und das erste Phasenverschiebungssignal multipliziert, und der zweite
Multiplizierer das um 90 Grad phasenverschobene Basisbandsignal
und das zweite Phasenverschiebungssignal multipliziert, wenn das
zweite Mittel den Satz aus dem phasengleichen und dem um 90 Grad
phasenverschobenen Basisbandsignal auswählt.
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Vorzugsweise
kann das fünfte
Mittel umfassen: einen Multiplikatorgenerator zum Erzeugen eines
ersten und eines zweiten Multiplikatorsignals; einen dritten Multiplizierer
zum Multiplizieren des Ausgangssignals von dem Addierer und des
ersten Multiplikatorsignals, wobei ein Ausgangssignal des dritten
Multiplizierers das aus einer Demodulation resultierende phasengleiche
Signal ist, wenn das zweite Mittel den Satz aus dem ersten und dem
zweiten HF-Signal auswählt,
und das Ausgangssignal des dritten Multiplizierers das aus einem
Demultiplexen resultierende phasengleiche Signal ist, wenn das zweite
Mittel den Satz aus dem phasengleichen und dem um 90 Grad phasenberschobenen
Basisbandsignal auswählt;
und einen vierten Multiplizierer zum Multiplizieren des Ausgangssignals
von dem Addierer und des zweiten Multiplikatorsignals, wobei ein Ausgangssignal
des vierten Multiplizierers das aus einer Demodulation resultierende
um 90 Grad phasenverschobene Signal ist, wenn das zweite Mittel den
Satz aus dem ersten und dem zweiten HF-Signal auswählt, und
das Ausgangssignal des vierten Multiplizierers das aus einem Demultiplexen
resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal ist, wenn das zweite
Mittel den Satz aus dem phasengleichen und dem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal auswählt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf beispielhafte
Ausführungsformen
und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Ultraschall-Diagnosevorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ein
Blockdiagramm eines Empfangsstrahlformers in 1 ist;
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3 eine
Darstellung des Inhalts von Signalen in der Vorrichtung von 1 ist;
und
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4 eine
Darstellung des Inhalts von Signalen in einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist.
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Erste Ausführungsform
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1 zeigt
eine Ultraschall-Diagnosevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Die Ultraschall-Diagnosevorrichtung von 1 umfasst
einen Messkopf 1, um Ultraschallwellen in einen zu untersuchenden
Körper
hinein zu übertragen
und aus diesem zu empfangen. Der Messkopf 1 weist eine
Anordnung (z. B. eine lineare Anordnung) von Wandlerelementen mit
Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 auf.
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Der Übertragungsstrahlformer 2 ist
mit den Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 in dem Messkopf 1 verbunden.
Der Übertragungsstrahlformer 2 erzeugt
elektrische Impulswellen(PW)-Signale oder elektrische Dauerstrich(CW)-Signale
zum Ansteuern der Wandlerelemente P1, P2, P3 und P4. Die erzeugten
elektrischen PW- oder CW-Signale sind elektrische Hochfrequenz(HF)-Signale.
Der Übertragungsstrahlformer 2 gibt
die elektrischen PW-Signale an die Wandlerelemente P1, P2, P3 bzw.
P4 aus. Der Übertragungsstrahlformer 2 gibt
die elektrischen CW-Signale an die Übertragungselemente P1 bzw. P2
aus. Die Wandlerelemente P1, P2, P3 und P4 formen die elektrischen
Signale jeweils zu Ultraschallwellen um, die sich als Vorwärts-Ultraschallwellen
in den untersuchten Körper
hinein ausbreiten. Teile der Vorwärts-Ultraschallwellen werden
in dem untersuchten Körper
reflektiert, bevor sie als Echo-Ultraschallwellen zu den Wandlerelementen
P1, P2, P3 und P4 zurückgesendet
werden. Die Wandlerelemente P1, P2, P3 und P4 formen die Echo-Ultraschallwellen
jeweils zu elektrischen HF-Echosignale um. Die Wandlerelemente P1,
P2, P3 und P4 geben jeweils die elektrischen HF-Echosignale aus.
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Erste
Eingangsanschlüsse
von Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4 sind über einen HF-Kanal 3 jeweils
mit den Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 in dem Messkopf 1 verbunden.
Der HF-Kanal 3 überträgt die elektri schen
HF-Echosignale von den Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 jeweils
zu den Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4. Die Ausgangsanschlüsse der
Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 sind mit einem Empfangsstrahlformer 4 verbunden.
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Ein
erster Eingangsanschluss eines Phasendetektors 12 ist über einen
Basisbandkanal 11 mit dem Wandlerelement P3 in dem Messkopf 1 verbunden.
Ein erster Eingangsanschluss eines Phasendetektors 13 ist über den
Basisbandkanal 11 mit dem Wandlerelement P4 in dem Messkopf 1 verbunden. Der
Basisbandkanal 11 überträgt die elektrischen HF-Echosignale von den
Wandlerelementen P3 und P4 zu den Phasendetektoren 12 bzw. 13.
Zweite Eingangsanschlüsse
der Phasendetektoren 12 und 13 sind mit einem
ersten Ausgangsanschluss eines Signalgenerators 14 verbunden.
Dritte Eingangsanschlüsse
der Phasendetektoren 12 und 13 sind mit einem
zweiten Ausgangsanschluss des Signalgenerators 14 verbunden.
Ein erster Ausgangsanschluss des Phasendetektors 12 ist
mit einem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW1 verbunden.
Ein zweiter Ausgangsanschluss des Phasendetektors 12 ist
mit einem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW2 verbunden.
Ein erster Ausgangsanschluss des Phasendetektors 13 ist
mit einem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW3 verbunden.
Ein zweiter Ausgangsanschluss des Phasendetektors 13 ist
mit einem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW4 verbunden.
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Der
Phasendetektor 12 umfasst Multiplizierer M1 und M2 und
Bandpassfilter BPF1 und BPF2. Erste Eingangsanschlüsse der
Multiplizierer M1 und M2 sind über
den Basisbandkanal 11 mit dem Wandlerelement P3 in dem
Messkopf 1 verbunden. Somit wird das elektrische HF-Echosignal
von dem Wandlerelement P3 zu den Multiplizierern M1 und M2 übertragen.
Ein zweiter Eingangsanschluss des Multiplizierers M1 ist mit dem ersten
Ausgangsanschluss des Signalgenerators 14 verbunden. Ein
zweiter Eingangsanschluss des Multiplizierers M2 ist mit dem zweiten
Ausgangsanschluss des Signalgenerators 14 verbunden. Ein
Ausgangsanschluss des Multiplizierers M1 ist über den Bandpassfilter BPF1
mit dem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW1 verbunden. Ein
Ausgangsanschluss des Multiplizierers M2 ist über den Bandpassfilter BPF2
mit dem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW2 verbunden.
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Der
Phasendetektor 13 umfasst die Multiplizierer M3 und M4
und die Bandpassfilter BPF3 und BPF4. Erste Eingangsanschlüsse der
Multiplizierer M3 und M4 sind über
den Basisbandkanal 11 mit dem Wandlerelement P4 in dem
Messkopf 1 verbunden. Somit wird das elektrische HF-Echosignal von dem Wandlerelement
P4 zu den Multiplizierern M3 und M4 übertragen. Ein zweiter Eingangsanschluss
des Multiplizierers M3 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss des
Signalgenerators 14 verbunden. Ein zweiter Eingangsanschluss
des Muliplizierers M4 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss des
Signalgenerators 14 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Multiplizierers
M3 ist über
den Bandpassfilter BPF3 mit dem zweiten Eingangsanschluss des Schalters SW3
verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Multiplizierers M4 ist über den
Bandpassfilter BPF4 mit dem zweiten Eingangsanschluss des Schalters
SW4 verbunden.
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Der
Signalgenerator 14 erzeugt ein Paar aus einem phasengleichen
Trägersignal „cos(ωt)" und einem um 90
Grad phasenverschobenen Trägersignal „sin(ωt)" mit einer vorbestimmten
Winkelfrequenz „ω", die einer Trägerfrequenz
der elektrischen HF-Echosignale entspricht, die von den Wandlerelementen
P3 und P4 in dem Messkopf 1 ausgegeben werden. In den Ausdrücken „cos(ωt)" und „sin(ωt)" bezeichnet „t" die Zeit. Der Signalgenerator 14 führt das
phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" dem Multipli zierer
M1 in dem Phasendetektor 12 und auch dem Multiplizierer
M3 in dem Phasendetektor 13 zu. Der Signalgenerator 14 führt das
um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" dem Multiplizierer M2
in dem Phasendetektor 12 und auch dem Multiplizierer M4
in dem Phasendetektor 13 zu.
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In
dem Phasendetektor 12 multipliziert die Vorrichtung M1
das elektrische HF-Echosignal von dem Wandlerelement P3 und das
phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)", wodurch das elektrische HF-Echosignal
und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" gemischt und aus
dem Mischen resultierende Signale mit einem phasengleichen Basisbandsignal
erzeugt werden. Der Multiplizierer M1 gibt die aus dem Mischen resultierenden
Signale an den Bandpassfilter BPF1 aus. Der Bandpassfilter BPF1
extrahiert das phasengleiche Basisbandsignal aus den aus dem Mischen
resultierenden Signalen. Der Bandpassfilter BPF1 gibt das extrahierte
phasengleiche Basisbandsignal an den Schalter SW1 aus.
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In
dem Phasendetektor 12 multipliziert die Vorrichtung M2
das elektrische HF-Echosignal von dem Wandlerelement P3 und das
um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal und
das um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" gemischt und aus dem Mischen resultierende
Signale mit einem um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignal erzeugt
werden. Der Multiplizierer M2 gibt die aus dem Mischen resultierenden
Signale an den Bandpassfilter BPF2 aus. Der Bandpassfilter BPF2
extrahiert das um 90 Grad phasenverschobene Basisbandsignal aus
den aus dem Mischen resultierenden Signalen. Der Bandpassfilter
BPF2 gibt das extrahierte um 90 Grad phasenverschobene Basisbandsignal
an den Schalter SW2 aus.
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In
dem Phasendetektor 13 multipliziert die Vorrichtung M3
das elektrische HF-Echosignal von dem Wandlerelement P4 und das
phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)", wodurch das elektrische HF-Echosignal
und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" gemischt werden
und aus dem Mischen resultierende Signale mit einem phasengleichen
Basisbandsignal erzeugt werden. Der Multiplizierer M3 gibt die aus
dem Mischen resultierenden Signale an den Bandpassfilter BPF3 aus.
Der Bandpassfilter BPF3 extrahiert das phasengleiche Basisbandsignal
aus den aus dem Mischen resultierenden Signalen. Der Bandpassfilter
BPF3 gibt das extrahierte phasengleiche Basisbandsignal an den Schalter
SW3 aus.
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In
dem Phasendetektor 13 multipliziert die Vorrichtung M4
das elektrische HF-Echosignal von dem Wandlerelement P4 und das
um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal und
das um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" gemischt und aus dem Mischen resultierende
Signale mit einem um 90 Grad phasenverschobenen Basisbandsignal erzeugt
werden. Der Multiplizierer M4 gibt die aus dem Mischen resultierenden
Signale an den Bandpassfilter BPF4 aus. Der Bandpassfilter BPF4
extrahiert das um 90 Grad phasenverschobene Basisbandsignal aus
den aus dem Mischen resultierenden Signalen. Der Bandpassfilter
BPF4 gibt das extrahierte um 90 Grad phasenverschobene Basisbandsignal
an den Schalter SW4 aus.
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Die
Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 wählen
entweder einen Satz aus den elektrischen HF-Echosignalen von den
Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 oder einen Satz aus den Ausgangsbasisbandsignalen
von den Phasendetektoren 12 und 13 aus. Die Schalter
SW1, SW2, SW3 und SW4 übertragen
und geben den ausgewählten
Signalsatz an den Empfangsstrahlformer 4 aus.
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Der
Empfangsstrahlformer 4 ist mit einem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 verbunden. Ein
Ausgangsanschluss des Empfangsstrahlformers 4 ist mit einem
ersten Eingangsanschluss eines Phasendetektors 6 verbunden.
Der Phasendetektor 6 ist digital. Ein zweiter Eingangsanschluss
des Phasendetektors 6 ist mit einem ersten Ausgangsanschluss eines
Steuersignalgenerators 7 verbunden. Ein dritter Eingangsanschluss
des Phasendetektors 6 ist mit einem zweiten Ausgangsanschluss
des Steuersignalgenerators 7 verbunden. Ein erster Ausgangsanschluss
des Phasendetektors 6 ist mit einem B-Modus-Prozessor 8 und
einem Frequenzanalysator 9 verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluss
des Phasendetektors 6 ist ebenfalls mit dem B-Modus-Prozessor 8 und
dem Frequenzanalysator 9 verbunden. Der B-Modus-Prozessor 8 und
der Frequenzanalysator 9 sind mit einer Anzeige 10 verbunden.
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Der
Phasenverschiebungsdatengenerator 5 erzeugt Phasenverschiebungsdaten
(digitale Phasenverschiebungssignale) Cn und Sn, wobei n = 1, ...,
N. Hier bezeichnet „N" eine vorbestimmte
natürliche
Zahl gleich oder größer 2. Zum
Beispiel erzeugt der Phasenverschiebungsdatengenerator 5 digitale Phasenverschiebungsdaten
C1, C2, S1 und S2. Der Phasenverschiebungsdatengenerator 5 führt die Phasenverschiebungsdaten
C1, C2, S1 und S2 dem Empfangsstrahlformer 4 zu.
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Der
Empfangsstrahlformer 4 unterzieht die Ausgangssignale von
den Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4 Verarbeitungen, die ein Wichtungsverfahren,
ein Verzögerungsverfahren
und ein Additionsverfahren umfassen. Das Wichtungsverfahren kann
durch ein Phasenverschiebungsverfahren ersetzt sein, das auf die
Phasenverschiebungssignale C1, C2, S1 und S2 anspricht. Der Empfangsstrahlformer 4 gibt
ein aus einer Verarbeitung resultierendes Signal an den Phasendetektor 6 aus.
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Der
Phasendetektor 6 umfasst die Multiplizierer M9 und M10.
Erste Eingangsanschlüsse
der Multiplizierer M9 und M10 sind mit dem Ausgangsanschluss des
Empfangsstrahlformers 4 verbunden. Somit empfangen die
Multiplizierer M9 und M10 das Ausgangssignal von dem Empfangsstrahlformer 4. Ein
zweiter Eingangsanschluss des Multiplizierers M9 ist mit dem ersten
Ausgangsanschluss des Steuersignalgenerators 7 verbunden.
Ein zweiter Eingangsanschluss des Multiplizierers M10 ist mit dem zweiten
Ausgangsanschluss des Steuersignalgenerators 7 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des Multiplizierers M9 ist mit dem B-Modus-Prozessor 8 und
dem Frequenzanalysator 9 verbunden. Ein Ausgangsanschluss
des Multiplizierers 10 ist ebenfalls mit dem B-Modus-Prozessor 8 und
dem Frequenzanalysator 9 verbunden.
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Der
Steuersignalgenerator 7 erzeugt ein Paar phasengleicher
Steuersignale (ein phasengleiches Träger- oder Bezugssignal) „C" und ein um 90 Grad
phasenverschobenes Steuersignal (ein um 90 Grad phasenverschobenes
Träger-
oder Bezugssignal) „S". Der Steuersignalgenerator 7 führt das
phasengleiche Steuersignal „C" dem Multiplizierer
M9 in dem Phasendetektor 6 zu. Der Steuersignalgenerator 7 führt das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" dem Multiplizierer M10 in dem Phasendetektor 6 zu.
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In
dem Phasendetektor 6 multipliziert die Vorrichtung M9 das
Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4 und das phasengleiche
Steuersignal „C", wodurch das Ausgangssignal
des Empfangsstrahlformers 4 zu einem aus einer Demodulation
resultierenden phasengleichen Signal „I" demoduliert wird. Der Multiplizierer
M9 gibt das aus einer Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" an den B-Modus-Prozessor 8 und
den Frequenzanalysator 9 aus.
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In
dem Phasendetektor 6 multipliziert die Vorrichtung M10
das Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4 und das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S", wodurch das Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4 zu
einem aus einer Demodulation resultierenden um 90 Grad phasenverschobenen
Signal „Q" demoduliert wird.
Der Multiplizierer M10 gibt das aus einer Demodulation resultierende
um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" an den B-Modus-Prozessor 8 und
den Frequenzanalysator 9 aus.
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Der
B-Modus-Prozessor 8 unterzieht das phasengleiche Ausgangssignal „I" und das um 90 Grad
phasenverschobene Ausgangssignal „Q" des Phasendetektors 6 einer
Verarbeitung für
einen B-Modus. Der B-Modus-Prozessor 8 erzeugt
ein aus der Verarbeitung resultierendes Videosignal, das heißt, ein
B-Modus-Videosignal. Der B-Modus-Prozessor 8 gibt das B-Modus-Videosignal
an die Anzeige 10 aus. Ein durch das B-Modus-Videosignal dargestelltes
Bild wird durch die Anzeige 10 angezeigt.
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Der
Frequenzanalysator 9 unterzieht das phasengleiche Ausgangssignal „I" und das um 90 Grad
phasenverschobene Ausgangssignal „Q" des Phasendetektors 6 einer
Doppler-Frequenzanalyse. Der Frequenzanalysator 9 erzeugt
ein aus der Analyse resultierendes Signal, das Doppler-Geschwindigkeitsinformation
darstellt. Der Frequenzanalysator 9 gibt das aus der Analyse
resultierende Signal an die Anzeige 10 aus. Die durch das
aus der Analyse resultierende Signal dargestellte Doppler-Geschwindigkeitsinformation
wird durch die Anzeige 10 angezeigt. Die von dem Frequenzanalysator 9 realisierte Doppler-Frequenzanalyse
kann zwischen einem Farbdopplerverfahren und einem spektralen Dopplerverfahren
geändert
werden.
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Vorzugsweise
ist das durch den Empfangsstrahlformer 4 realisierte Verzögerungsverfahren
derart entworfen, dass ein empfangener Strahl von Ultraschall-Echowellen
auf einen Brennpunkt innerhalb des untersuchten Körpers fokussiert
wird. In 1 befindet sich der Empfangs-Brennpunkt
in einem Abstand r3 von dem Wandlerelement P3. Ein Reflektor oder
ein Ziel 15 befindet sich an dem Empfangs-Brennpunkt.
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Eine
Steuereinheit 50 ist mit dem Übertragungsstrahlformer 2,
den Schaltern SW1, SW2, SW3 und SW4, dem Empfangsstrahlformer 4,
dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5, dem Steuersignalgenerator 7,
dem B-Modus-Prozessor 8 und
dem Frequenzanalysator 9 verbunden. Zusätzlich ist die Steuereinheit 50 mit
einer Eingabeeinheit 52 verbunden.
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Der
Betrieb der Ultraschall-Diagnosevorrichtung von 1 kann
zwischen verschiedenen Modi, die den B-Modus, einen Farbdopplermodus
und einen SCW-Dopplermodus umfassen, geändert werden. „SCW" steht hier als Abkürzung für „steuerbare kontinuierliche
Welle" (steerable
continuous wave). Ein Benutzer oder Bediener kann auf die Eingabeeinheit 52 zugreifen.
Die Eingabeeinheit 52 gibt an die Steuereinheit 50 ein
Befehlssignal aus, das einen Ziel-Betriebsmodus darstellt. Der durch
das Befehlssignal dargestellte Zielbetriebsbefehl kann durch Betätigen der
Eingabeeinheit 52 geändert
werden. Die Vorrichtung 50 steuert den Übertragungsstrahlformer 2,
die Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4, den Empfangsstrahlformer 4,
den Phasenverschiebungsdatengenerator 5, den Steuersignalgenerator 7,
den B-Modus-Prozessor 8 und den Frequenzanalysator 9 in
Ansprechen auf das Befehlssignal, so dass die Ultraschall-Diagnosevorrichtung
in einem Modus arbeiten wird, der dem durch das Befehlssignal dargestellten
Zielmodus entspricht. Der tatsächliche
Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung kann durch Betätigen der
Eingabeeinheit 52 von einem in den anderen geändert werden.
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Als
Beispiel umfasst die Steuereinheit 50 einen Mikrocomputer
oder eine ähnliche
Vorrichtung, die in Übereinstimmung
mit einem in einem Speicher gespeicherten Programm arbeitet. Das
Programm ist derart entworfen, dass die Steuereinheit 50 in
der Lage ist, nachstehend beschriebene Steuerverfahren zu realisieren.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst der Empfangsstrahlformer 4 Analog/Digital-Wandler A/D1, A/D2, A/D3
und A/D4, Wichtungsfaktorgeneratoren W1, W2, W3 und W4, Multiplizierer
M5, M6, M7 und M8, Verzögerungsleitungen
DL1, DL2, DL3 und DL4 und Addierer A1, A2 und A3.
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Die
Eingangsanschlüsse
der Analog/Digital-Wandler A/D1, A/D2, A/D3 und A/D4 sind mit den Ausgangsanschlüssen der
Schalter SW1, SW2, SW3 bzw. SW4 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der Analog/Digital-Wandler A/D1, A/D2,
A/D3 und A/D4 sind mit ersten Eingangsanschlüssen der Multiplizierer M5,
M6, M7 bzw. M8 verbunden. Die Eingangsanschlüsse der Wichtungsfaktorgeneratoren
W1, W2, W3 und W4 sind mit dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 verbunden.
Die Ausgangsanschlüsse der
Wichtungsfaktorgeneratoren W1, W2, W3 und W4 sind mit zweiten Eingangsanschlüssen der
Multiplizierer M5, M6, M7 bzw. M8 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der
Multiplizierer M5, M6 und M7 sind mit ersten Eingangsanschlüsse der
Addierer A1, A2 und A3 über
die Verzögerungsleitungen
DL1, DL2 bzw. DL3 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Multiplizierers
M8 ist mit einem zweiten Eingangsanschluss des Addierers A3 über die
Verzögerungsleitung
DL4 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Addierers A3 ist mit einem
zweiten Eingangsanschluss des Addierers A2 verbunden. Ein Ausgangsanschluss
des Addierers A2 ist mit einem zweiten Eingangsanschluss des Addierers
A1 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Addierers A1 ist mit dem Phasendetektor 6 verbunden.
Die Wichtungsfaktorgeneratoren W1, W2, W3 und W4 sind mit der Steuereinheit 50 verbunden.
Die Verzögerungsleitungen DL1,
DL2, DL3 und DL4 sind mit der Steuereinheit 50 verbunden.
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Während des
B-Modus oder des Farbdoppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung
wird der Übertragungsstrahlformer 2 durch
die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass die elektrischen
PW-Signale an die Wandlerelemente P1, P2, P3 bzw. P4 ausgegeben
werden. Die Wandlerelemente P1, P2, P3 und P4 formen die elektrischen PW-Signale
zu Ultraschallwellen um, die sich jeweils als Vorwärts-Ultraschallwellen
in den untersuchten Körper
hinein ausbreiten. Teile der Vorwärts-Ultraschallwellen werden
in dem untersuchten Körper
reflektiert, bevor sie als Ultraschall-Echowellen an die Wandlerelemente
P1, P2, P3 und P4 zurückgeleitet werden.
Die Wandlerelemente P1, P2, P3 und P4 formen jeweils die Ultraschall-Echowellen
zu elektrischen HF-Echosignale um. Die Wandlerelemente P1, P2, P3
und P4 geben jeweils die elektrischen HF-Echosignale aus. Der HF-Kanal 3 überträgt die elektrischen
HF-Echosignale von den Wandlerelementen P1, P2, P3 und P4 an die
Schalter SW1, SW2, SW3 bzw. SW4. Die Schalter SW1, SW2, SW3 und
SW4 sind von der Steuereinheit 50 gesteuert, wodurch die
von den Wandlerelementen P1, P2, P3 bzw. P4 ausgegebenen elektrischen
HF-Echosignale ausgewählt
werden. Die Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 übertragen die ausgewählten elektrischen HF-Echosignale
zu dem Empfangsstrahlformer 4.
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Während des
B-Modus oder des Farbdoppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung
werden die Wichtungsfaktorgeneratoren W1, W2, W3 und W4 in dem Empfangsstrahlformer 4 durch
die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass den Multiplizierern
M5, M6, M7 und M8 jeweilige für
den B-Moduls oder den Farbdopplermodus geeignete Signale, die die
Wichtungsfaktoren darstellen, zugeführt werden. Der Analog/Digital-Wandler A/D1 ändert das
Ausgangs-HF-Signal des Schalters SW1 in ein entsprechendes Digitalsignal.
Der Analog/Digital-Wandler A/D1 gibt das Digitalsignal an den Multiplizierer
M5 aus. Der Analog/Digital-Wandler A/D2 ändert das Ausgangs-HF-Signal
des Schalters SW2 in ein entsprechendes Digitalsignal. Der Analog/Digital-Wandler
A/D2 gibt das Digitalsignal an den Multiplizierer M6 aus. Der Analog/Digital-Wandler
A/D3 ändert
das Ausgangs-HF-Signal des Schalters SW3 in ein entsprechendes Digitalsignal.
Der Analog/Digital-Wandler A/D3 gibt das Digitalsignal an den Multiplizierer
M7 aus. Der Analog/Digital-Wandler A/D4 ändert das Ausgangs-HF-Signal
des Schalters SW4 in ein entsprechendes Digitalsignal. Der Analog/Digital-Wandler
A/D4 gibt das Digitalsignal an den Multiplizierer M8 aus. Die Vorrichtung
M5 multipliziert das Digitalausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers A/D1
und den zugehörigen
Wichtungsfaktor und gibt ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal an die Verzögerungsleitung
DL1 aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal wird
durch die Verzögerungsleitung
DL1 zu dem Addierer A1 übertragen. Die
Verzögerungsleitung
DL1 wird durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass
eine geeignete Verzögerung
für das
Ausgangssignal von dem Multiplizierer M5 bereitgestellt wird. Die
Vorrichtung M6 multipliziert das Digitalausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers
A/D2 mit dem zugehörigen
Wichtungsfaktor und gibt ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal an die Verzögerungsleitung
DL2 aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal wird durch
die Verzögerungsleitung
DL2 zu dem Addierer A2 übertragen.
Die Verzögerungsleitung
DL2 wird durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass eine
geeignete Verzögerung
für das
Ausgangssignals von dem Multiplizierer M6 bereitgestellt wird. Die Vorrichtung
M7 multipliziert das Digitalausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers
A/D3 und den zugehörigen
Wichtungsfaktor und gibt ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal an die Verzögerungsleitung
DL3 aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal wird
durch die Verzögerungsleitung
DL3 zu dem Addierer A3 übertragen.
-
Die
Verzögerungsleitung
DL3 wird durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass
eine geeignete Verzögerung
für das
Ausgangssignal von dem Multiplizierer M7 bereitgestellt wird. Die
Vorrichtung M8 multipliziert das Digitalausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers
A/D4 und den zugehörigen Wichtungsfaktor
und gibt ein aus einer Multiplikation resultierendes Signal an die
Verzögerungsleitung DL4
aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal wird durch
die Verzögerungsleitung
DL4 zu dem Addierer A3 übertragen.
Die Verzögerungsleitung
DL4 wird durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass
eine geeignete Verzögerung
für das Ausgangssignal
von dem Multiplizierer M8 bereitgestellt wird. Die Multiplikationen
zwischen den Ausgangssignalen der Analog/Digital-Wandler A/D1, A/D2,
A/D3 und A/D4 mit den Wichtungsfaktoren sind derart entworfen, dass
der Richtfaktor in Bezug auf einen empfangenen Strahl aus Ultraschall-Echowellen
verbessert wird. Die Vorrichtung A3 addiert das Signal von der Verzögerungsleitung
DL3 und das Signal von der DL4 zu einem aus der Addition resultierenden
Signal. Der Addierer A3 gibt das aus der Addition resultierende
Signal an den Addierer A2 aus. Die Vorrichtung A2 addiert das Signal
von der Verzögerungsleitung
DL2 und das Signal von dem Addierer A3 zu einem aus der Addition
resultierenden Signal. Der Addierer A2 gibt das aus der Addition
resultierende Signal an den Addierer A1 aus. Die Vorrichtung A1 addiert
das Signal von der Verzögerungsleitung
DL1 und das Signal von dem Addierer A2 zu einem aus der Addition
resultierenden Signal. Der Addierer A1 gibt das aus der Addition
resultierende Signal an den Phasendetektor 6 aus.
-
Während des
B- oder des Farbdoppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung wird
der Steuersignalgenerator 7 durch die Steuereinheit 50 derart
gesteuert, dass ein phasengleiches Steuersignal „C" und ein um 90 Grad phasenverschobenes
Steuersignal „S", die einem phasengleichen
Trägersignal
bzw. einem um 90 Grad phasenverschobenen Trä gersignal entsprechen, erzeugt wird.
Der Steuersignalgenerator 7 führt das phasengleiche Trägersignal „C" dem Multiplizierer
M9 in dem Phasendetektor 6 zu. Der Steuersignalgenerator 7 führt das
um 90 Grad phasenverschobene Signal „S" dem Multiplizierer M10 in dem Phasendetektor 6 zu. Die
Multiplizierer M9 und M10 in dem Phasendetektor 6 empfangen
das Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4. Die Vorrichtung
M9 multipliziert das Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4 und das
phasengleiche Trägersignal „C", wodurch das Ausgangssignal
des Empfangsstrahlformers 4 zu einem phasengleichen Basisbandsignal „I" demoduliert oder
umgeformt wird. Der Multiplizierer M9 gibt das phasengleiche Basisbandsignal „I" an den B-Modus-Prozessor 8 und
den Frequenzanalysator 9 aus. Die Vorrichtung M10 multipliziert
das Ausgangssignal des Empfangsstrahlformers 4 und das
um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „S", wodurch das Ausgangssignal
des Empfangsstrahlformers 4 zu einem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal „Q" demoduliert oder
umgeformt wird. Der Multiplizierer M10 gibt das um 90 Grad phasenverschobene
Signal „Q" an den B-Modus-Prozessor 8 und
den Frequenzanalysator 9 aus.
-
Während des
B-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung wird der B-Modus-Prozessor 8 durch
die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass die phasengleichen
und um 90 Grad phasenverschobenen Ausgangsbasisbandsignale „I" und „Q" von dem Phasendetektor 6 dem
Verfahren des B-Modus unterzogen werden. Der B-Modus-Prozessor 8 erzeugt
ein aus dem Verfahren resultierendes Videosignal, das heißt, ein
B-Modus-Videosignal. Der
B-Modus-Prozessor 8 gibt das B-Modus-Videosignal an die Anzeige 10 aus.
Ein durch das B-Modus-Videosignal dargestelltes Bild wird durch
die Anzeige 10 angezeigt.
-
Während des
Farbdoppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung wird
der Frequenzanalysator 9 durch die Steuereinhit 50 derart gesteuert,
dass die phasengleichen und um 90 Grad phasenverschobenen Ausgangsbasisbandsignale „I" und „Q" von dem Phasendetektor 6 der
das Farbdopplerverfahren umfassenden Doppler-Frequenzanalyse unterzogen
werden. Der Frequenzanalysator 9 erzeugt ein aus der Analyse
resultierendes Signal, das die Farbdoppler-Geschwindigkeitsinformation darstellt.
Der Frequenzanalysator 9 gibt das aus der Analyse resultierende
Signal an die Anzeige 10 aus. Die durch das aus der Analyse
resultierende Signal dargestellte Farbdoppler-Geschwindigkeitsinformation
wird durch die Anzeige 10 angezeigt. Die Farbdoppler-Geschwindigkeitsinformation
kann auf einem durch die Anzeige 10 angezeigten B-Modusbild sichtbar überlagert
werden.
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung sind
die Wandlerelemente P1 und P2 der Übertragung zugeordnet, während die
Wandlerelemente P3 und P4 dem Empfang zuordnet sind. Der Übertragungsstrahlformer 2 wird
durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass die elektrischen
CW-Signale an die Wandlerelemente P1 bzw. P2 ausgegeben werden.
Die elektrischen CW-Signale weisen die vorbestimmte Winkelfrequenz „ω" auf. Die Wandlerelemente
P1 und P2 formen die elektrischen CW-Signale zu Ultraschallwellen
um, die sich jeweils als Vorwärts-Ultraschallwellen
in den untersuchten Körper
hinein ausbreiten. Teile der Vorwärts-Ultraschallwellen werden
durch das Ziel (den Reflektor) 15 in dem untersuchten Körper reflektiert,
bevor sie sich als Ultraschall-Echowellen rückwärts zu den Wandlerelementen
P3 und P4 ausbreiten. Der Reflektor 15 sind z. B. Blutkörperchen.
Die Wandlerelemente P3 und P4 formen die Ultraschall-Echowellen
zu elektrischen HF-Echosignale e3 bzw. e4 um. Die Wandlerelemente
P3 und P4 geben die elektrischen HF-Echosignale e3 bzw. e4 aus.
Der Basisbandkanal 11 ü berträgt die elektrischen
HF-Echosignale e3 und e4 von den Wandlerelementen P3 und P4 zu den
Phasendetektoren 12 bzw. 13. Im Speziellen wird
das elektrische HF-Echosignal e3 von dem Wandlerelement P3 auf die
Multiplizierer M1 und M2 in dem Phasendetektor 12 angewendet.
Andererseits wird das elektrische HF-Echosignal e4 von dem Wandlerelement
P4 auf die Multiplizierer M3 und M4 in dem Phasendetektor 13 angewendet.
-
Der
Signalgenerator 14 führt
das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" dem Multiplizierer
M1 in dem Phasendetektor 12 und auch dem Multiplizierer M3
in dem Phasendetektor 13 zu. Der Signalgenerator 14 führt das
um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" dem Multiplizierer
M2 in dem Phasendetektor 12 und auch dem Multiplizierer
M4 in dem Phasendetektor 13 zu.
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In
dem Phasendetektor 12 multipliziert die Vorrichtung M1
das elektrische HF-Echosignal e3 und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" gemischt und aus dem Mischen resultierende
Signale mit einem phasengleichen Basisbandsignal I1 erzeugt werden.
Der Multiplizierer M1 gibt die aus dem Mischen resultierenden Signale
an den Bandpassfilter BPF1 aus. Der Bandpassfilter BPF1 extrahiert
das phasengleiche Basisbandsignal I1 aus den aus dem Mischen resultierenden
Signalen. Der Bandpassfilter BPF1 gibt das extrahierte phasengleiche
Basisbandsignal I1 an den Schalter SW1 aus.
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In
dem Phasendetektor 12 multipliziert die Vorrichtung M2
das elektrische HF-Echosignal e3 und das um 90 Grad phasenverschobene
Trägersignal „sin(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal e3 und das um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" gemischt und aus
dem Mischen resultierende Signale mit einem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal Q1 erzeugt werden. Der Multiplizierer M2 gibt die
aus dem Mischen resultierenden Signale an den Bandpassfilter BPF2
aus. Der Bandpassfilter BPF2 extrahiert das um 90 Grad phasenverschobene
Basisbandsignal Q1 aus den aus dem Mischen resultierenden Signalen.
Der Bandpassfilter BPF2 gibt das extrahierte um 90 Grad phasenverschobene
Basisbandsignal Q1 an den Schalter SW2 aus.
-
In
dem Phasendetektor 13 multipliziert die Vorrichtung M3
das elektrische HF-Echosignal e4 und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal e4 und das phasengleiche Trägersignal „cos(ωt)" gemischt und aus dem Mischen resultierende
Signale mit einem phasengleichen Basisbandsignal I2 erzeugt werden. Der
Multiplizierer M3 gibt die aus dem Mischen resultierenden Signale
an den Bandpassfilter BPF3 aus. Der Bandpassfilter BPF3 extrahiert
das phasengleiche Basisbandsignal I2 aus den aus dem Mischen resultierenden
Signalen. Der Bandpassfilter BPF3 gibt das extrahierte phasengleiche
Basisbandsignal I2 an den Schalter SW3 aus.
-
In
dem Phasendetektor 13 multipliziert die Vorrichtung M4
das elektrische HF-Echosignal e4 und das um 90 Grad phasenverschobene
Trägersignal „sin(ωt)", wodurch das elektrische
HF-Echosignal e4 und das um 90 Grad phasenverschobene Trägersignal „sin(ωt)" gemischt und aus
dem Mischen resultierende Signale mit einem um 90 Grad phasenverschobenen
Basisbandsignal Q2 erzeugt werden. Der Multiplizierer M4 gibt die
aus dem Mischen resultierenden Signale an den Bandpassfilter BPF4
aus. Der Bandpassfilter BPF4 extrahiert das um 90 Grad phasenverschobene
Basisbandsignal Q2 aus den aus dem Mischen resultierenden Signalen.
Der Bandpassfilter BPF4 gibt das extrahierte um 90 Grad phasenverschobene
Basisbandsignal Q2 an den Schalter SW4 aus.
-
In
dem Fall, in dem sich der Reflektor (das Ziel) 15 bewegt,
erfahren die von dem Reflektor 15 bewirkten Ultraschall-Echowellen
eine Doppler-Verschiebung.
Somit ist in diesem Fall die Winkelfrequenz „ωd" der Ultraschall-Echowellen gegeben
als „ωd = ω + Wd", wobei „Wd" die Doppler-Verschiebung bezeichnet.
Die Phasendetektoren 12 und 13 ähneln einander
im Betrieb. Demgemäß wird nur
der Betrieb des Phasendetektors 12 in größerem Detail beschrieben.
Als Beispiel ist das von dem Wandlerelement P3 ausgegebene elektrische
HF-Echosignal e3 wie folgt ausgedrückt. e3 = A·sin(ωd·t – k·r3) +
B·sin(ω·t + f)
... (1)wobei „A" und „B" jeweils Amplituden
bezeichnen; „k" eine Wellenzahl
bezeichnet; „t" die Zeit bezeichnet; „r3" den Abstand zwischen
dem Reflektor 15 und dem Wandlerelement P3 bezeichnet;
und „f" eine Phase (eine
Phasenänderung)
bezeichnet. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung
(1) entspricht den Ultraschall-Echowellen, die von dem Reflektor 15 kommen.
Der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (1) bezeichnet
Störsignale,
die durch bewegungslose Gewebe oder sich langsam bewegende Gewebe
innerhalb des untersuchten Körpers
verursacht werden. Die Phasenänderung „f" in den Störsignalen
ist gering. Im Allgemeinen ist die Amplitude „B" um eine Größenordnung oder mehr höher als
die Amplitude „A". Wie vorstehend
erwähnt,
multiplizieren die Vorrichtungen M1 und M2 das elektrische HF-Echosignal
e3 mit dem phasengleichen Trägersignal „(ωt)" und dem von dem
Signalgenerator 14 zugeführten um 90 Grad phasenverschobenen
Trägersignal „sin(ωt)". Die Bandpassfilter
BPF1 und BPF2 entfernen die Hochfrequenzkomponenten und Störkomponenten
aus den Ausgangssignalen der Multiplizierer M1 und M2, wodurch das
phasengleiche Basisbandsignal I1 und das um 90 Grad phasenverschobene
Basisbandsignal Q2 erzeugt werden, die wie folgt ausgedrückt sind: I1 = sin(Wd·t – k·r3) ... (2) Q1 = cos(Wd·t – k·r3) ... (3)
-
Die
Basisbandsignale I1 und Q1 sind zueinander um 90 Grad phasenverschoben.
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung sind
die Schalter SW1, SW2, SW3 und SW4 durch die Steuereinheit 50 gesteuert,
wodurch die von den Phasendetektoren 12 und 13 ausgegebenen
Basisbandsignale I1, Q1, I2 und Q2 ausgewählt werden. Die Schalter SW1,
SW2, SW3 und SW4 übertragen
die ausgewählten
Basisbandsignale I1, Q1, I2 und Q2 zu dem Empfangsstrahlformer 4.
Der Empfangsstrahlformer 4 umfasst einen ersten Abschnitt
zum Verarbeiten der Basisbandsignale I1 und Q1 und einen zweiten Abschnitt
zum Verarbeiten der Basisbandsignale I2 und Q2. Die ersten und zweiten
Abschnitte des Empfangsstrahlformers 4 ähneln einander im Betrieb. Demzufolge
wird nur der Betrieb des ersten Abschnitts des Empfangsstrahlformers 4 in
größerem Detail
beschrieben. Wie aus den Gleichungen (2) und (3) ersichtlich, hängen die
Ausgangsbasisbandsignale I1 und Q1 des Phasendetektors 12 von
dem Abstand r3 zwischen dem Reflektor 15 und dem Wandlerelement
P3 ab. In ähnlicher
Weise hängen
die Ausgangsbasisbandsignale I2 und Q2 des Phasendetektors 13 von
dem Abstand zwischen dem Reflektor 15 und dem Wandlerelement
P4 ab. Es ist wünschenswert,
die Abhängigkeiten
von dem Abstand von den Basisbandsignalen I1, Q1, I2 und Q2 zu beseitigen,
bevor sie phasenangeglichen und summiert werden. Zum Beispiel kann,
was die Basisbandsignale I1 und Q1 betrifft, das Beseitigen der
Abhängigkeiten
von dem Abstand durch ein Phasenverschiebungsverfahren mit einen
Schritt des Multiplizierens mit einer komplexen Zahl exp(jk·r3) realisiert
werden, wie durch die folgenden Gleichungen angegeben: I + jQ = (I1 + jQ1)·exp(jk·r3) ... (4) = cos(Wd·t) + jsin(Wd·t) ... (5)
-
Die
Gleichungen (4) und (5) entsprechen den folgenden I-seitigen und
Q-seitigen Gleichungen: I = I1·cos(k·r3) – Q1·sin(k·r3) ... (6) Q = Q1·cos(k·r3) – I1·sin(k·r3) ... (7)
-
Der
Empfangsstrahlformer 4 und der Phasenverschiebungsdatengenerator 5 wirken
zusammen, um die Basisbandsignale I1 und Q1 gemäß den I-seitigen und Q-seitigen Gleichungen
(6) und (7) zu verarbeiten.
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung erzeugt
der Analog/Digital-Wandler A/D1 in dem Empfangsstrahlformer 4 eine
digitale Version des Basisbandsignals I1. Der Analog/Digital-Wandler
A/D1 gibt das digitale Basisbandsignal I1 an den Multiplizierer
M5 aus. Der Analog/Digital-Wandler A/D2 in dem Empfangsstrahlformer 4 erzeugt
eine digitale Version des Basisbandsignals Q1. Der Analog/Digital-Wandler
A/D2 gibt das digitale Basisbandsignal Q1 an den Multiplizierer
M6 aus. Der Analog/Digital-Wandler A/D3 in dem Empfangsstrahlformer 4 erzeugt
eine digitale Version des Basisband signals I2. Der Analog/Digital-Wandler A/D3
gibt das digitale Basisbandsignal I2 an den Multiplizierer M7 aus.
Der Analog/Digital-Wandler A/D4 in dem Empfangsstrahlformer 4 erzeugt
eine digitale Version des Basisbandsignals Q2. Der Analog/Digital-Wandler
A/D4 gibt das digitale Basisbandsignal Q2 an den Multiplizierer
M8 aus.
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung werden
die Wichtungsfaktorgeneratoren W1, W2, W3 und W4 in dem Empfangsstrahlformer 4 durch
die Steuereinheit 50 in Durchgangsstadien gehalten. Der
Phasenverschiebungsdatengenerator 5 wird durch die Steuereinheit 50 derart
gesteuert, dass digitale Phasenverschiebungssignale PH1, PH2, PH3
und PH4 erzeugt werden. Das Phasenverschiebungssignal PH1 wird von
dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 über den
Wichtungsfaktorgenerator W1 zu dem Multiplizierer M5 in dem Empfangsstrahlformer 4 übertragen.
Das Phasenverschiebungssignal PH1 enthält Phasenverschiebungsdaten
C1 und S1. Das Phasenverschiebungssignal PH2 wird von dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 über den
Wichtungsfaktorgenerator W2 zu dem Multiplizierer M6 in dem Empfangsstrahlformer 4 übertragen.
Das Phasenverschiebungssignal PH2 enthält die Phasenverschiebungsdaten
C1 und S1. Das Phasenverschiebungssignal PH3 wird von dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 über den
Wichtungsfaktorgenerator W3 zu dem Multiplizierer M7 in dem Empfangsstrahlformer 4 übertragen.
Das Phasenverschiebungssignal PH3 enthält die Phasenverschiebungsdaten
C2 und S2. Das Phasenverschiebungssignal PH4 wird von dem Phasenverschiebungsdatengenerator 5 über den
Wichtungsfaktorgenerator W4 zu dem Multiplizierer M8 in dem Empfangsstrahlformer 4 übertragen.
Das Phasenverschiebungssignal PH4 enthält die Phasenverschiebungsdaten
C2 und S2.
-
Zum
Beispiel sind die Phasenverschiebungsdaten C1 als „C1 = cos(k·r3)" festgelegt. Die Phasenverschiebungsdaten
S1 sind als „S1
= sin(k·r3)" festgelegt. Die
Phasenverschiebungssignale PH1 und PH2 werden den Vorrichtungen
M5 und M6 als Multiplizierer zugeführt. Die Phasenverschiebungssignale
PH1 und PH2, das heißt,
die von den Vorrichtungen M5 und M6 verwendeten Multiplizierer,
werden gemäß den folgenden
Gleichungen verändert. PH1 = C1·MOD(i, 2) + S1·MOD(i
+ 1, 2) ... (8) PH2 = –S1·MOD(i, 2) + C1·MOD(i
+ 1, 2) ... (9)wobei „i" eine ganze Zahl
bezeichnet, die sich in Übereinstimmung
mit dem Ablauf der Zeit „t" als „t = iT" (T bedeutet die
in den Analog/Digital-Wandlern A/D1,
A/D2, A/D3 und A/D4 verwendete Abtastperiode) erhöht, und „MOD(...)" eine Modulo-Operation bezeichnet.
Die digitalen Basisbandsignale I1 und Q1 ändern sich einmal während eines
Zeitintervalls, für
das sich die ganze Zahl „i" zweimal ändert.
-
Unter
Bezugnahme auf 3 ist zu einem Zeitpunkt t =
1T das Phasenverschiebungssignal PH1 gleich den Phasenverschiebungsdaten
C1, während
das Phasenverschiebungssignal PH2 gleich einem Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1 ist. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 1T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes Signal
I1(1)·C1
und gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(1) und das Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal –Q1(1)·S1. Das
aus einer Multiplikation resultierende Signal I1(1)·C1, das
aus einer Multiplikation resul tierende Signal –Q1(1)·S1, ein aus einer Multiplikation
resultierendes von dem Multiplizierer M7 ausgegebenes Signal und
ein aus einer Multiplikation resultierendes von dem Multiplizierer
M8 ausgegebenes Signal werden durch die Addierer A1, A2 und A3 zu
einem aus einer Kombination resultierenden Signal IQm kombiniert.
Zu dem Zeitpunkt t = 1T sind die mit den digitalen Basisbandsignalen
I1 und Q1 in Beziehung stehenden Komponenten des aus einer Kombination
resultierenden Signals IQm gegeben als „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1", was der I-seitigen Gleichung (6) entspricht.
-
Zu
einem Zeitpunkt t = 2T, der dem Zeitpunkt t = 1T folgt, ist das
Phasenverschiebungssignal PH1 gleich den Phasenverschiebungsdaten
S1, während das
Phasenverschiebungssignal PH2 gleich den Phasenverschiebungsdaten
C1 ist. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 2T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal I1(1)·S1
und gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal Q1(1)·C1
und gibt dieses aus. Das aus einer Multiplikation resultierende
Signal I1(1)·S1,
das aus einer Multiplikation resultierende Signal Q1(1)·C1, das aus
einer Multiplikation resultierende Signal Q1(1)·C1, ein aus einer Multiplikation
resultierendes von dem Multiplizierer M7 ausgegebenes Signal und ein
aus einer Multiplikation resultierendes von dem Multiplizierer M8
ausgegebenes Signal werden durch die Addierer A1, A2 und A3 zu einem
aus einer Kombination resultierenden Signal IQm kombiniert. Zu dem
Zeitpunkt t = 2T sind die mit den digitalen Basisbandsignalen I1
und Q1 in Beziehung stehenden Komponenten des aus einer Kombination
resultierenden Signals IQm gegeben als „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1", was der Q-seitigen
Gleichung (7) entspricht.
-
Wie
in 3 gezeigt, werden zu einem Zeitpunkt t = 3T und
späteren
Zeitpunkten, die dem Zeitpunkt t = 2T folgen, ähnliche Verfahren wie die vorstehend
erwähnten
Verfahren periodisch iteriert. Daher wechseln sich die der I-seitigen
Gleichung (6) entsprechenden Signalkomponenten und die der Q-seitigen
Gleichung (7) entsprechenden Signalkomponenten in dem aus einer
Kombination resultierenden Signal IQm ab. Somit werden in dem aus
einer Kombination resultierenden Signal IQm die der I-seitigen Gleichung
(6) entsprechenden Signalkomponenten und die der Q-seitigen Gleichung
(7) entsprechenden Signalkomponenten auf einer Zeitmultiplex-Basis gemultiplext.
-
Das
Ausgangssignal des Multiplizierers M5 wird über die Verzögerungsleitung
DL1 zu dem Addierer A1 übertragen.
Das Ausgangssignal des Multiplizierers M6 wird über die Verzögerungsleitung
DL2 zu dem Addierer A2 übertragen.
Während
des SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung werden die Verzögerungsleitungen DL1
und DL2 durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert, dass
gleiche oder geringfügig
unterschiedliche Verzögerungen
für die
Ausgangssignale. der Multiplizierer M5 und M6 bereitgestellt werden.
Die von den Verzögerungsleitungen
DL1 und DL2 bereitgestellten Verzögerungen sind vorzugsweise
gleich jeweiligen fixen Zeitintervallen. Die Differenz zwischen
den für
die Ausgangssignale der Multiplizierer M5 und M6 bereitgestellten
Verzögerungen
ist gleich einem oder kleiner als ein Zehntel einer Periode der Phasenverschiebungsdaten
C1 und S1. In dem Fall, in dem die Phasenverschiebungsdaten C1 und
S1 eine Frequenz von ca. 50 KHz oder weniger aufweisen, ist die
Differenz zwischen den Verzögerungen vorzugsweise
gleich einem oder kleiner als ein Zehntel von 20 Mikrosekunden (eine
Periode der Phasenverschiebungsdaten C1 und S1).
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung empfangen
die Multiplizierer M9 und M10 in dem Phasendetektor 6 das
aus einer Kombination resultierende Signal IQm von dem Empfangsstrahlformer 4.
Der Steuersignalgenerator 7 wird durch die Steuereinheit 50 derart
gesteuert, dass das phasengleiche Steuersignal „C" und das um 90 Grad phasenverschobene
Steuersignal „S" erzeugt werden.
Der Steuersignalgenerator 7 führt das phasengleiche Steuersignal „C" dem Multiplizierer
M9 in dem Phasendetektor 6 zu. Der Steuersignalgenerator 7 führt das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" dem Multiplizierer M10 in dem Phasendetektor 6 zu.
Das phasengleiche Steuersignal „C" und das um 90 Grad phasenverschobene
Steuersignal „S" werden gemäß den folgenden Gleichungen
verändert: C = MOD(i, 2) ... (10) S = MOD(i + 2,2) ... (11) wobei „i" eine ganze Zahl
bezeichnet, die sich in Übereinstimmung
mit dem Ablauf der Zeit „t" als „t = iT" (T bedeutet die
in den Analog/Digitalwandlern A/D1, A/D2, A/D3 und A/D4 verwendete
Abtastperiode) erhöht,
und „MOD(...)" eine Modulo-Operation bezeichnet.
Die Vorrichtung M9 multipliziert das aus einer Kombination resultierendes
Signal IQm und das phasengleiche Steuersignal „C", wodurch ein aus einer Demodulation
resultierendes phasengleiche Signal „I" von dem aus einer Kombination resultierende
Signal IQm getrennt oder wiederhergestellt wird. Der Multiplizierer
M9 gibt das aus einer Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" an den Frequenzanalysator 9 aus.
Andererseits multipliziert die Vorrichtung M10 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm und das um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S", wodurch ein aus einer
Demodulation resultierendes um 90 Grad phasenverschobenes Signal „Q" von dem aus einer Kombination
resultierenden Signal IQm getrennt oder wiederhergestellt wird.
Der Multiplizierer M10 gibt das aus einer Demodulation resultierende
um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" an den Frequenzanalysator 9 aus.
-
Der
Betrieb des Phasendetektors 6 hinsichtlich der Basisbandsignale
I1 und Q1 wird in größerem Detail
beschrieben. Unter Bezugnahme auf 3 ist zu
dem Zeitpunkt t = 1T das phasengleiche Steuersignal „C" gleich „1", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „0" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm ausgedrückt
als „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1". Somit multipliziert
zu dem Zeitpunkt t = 1T die Vorrichtung M9 „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1" und „1" und gibt das Multiplikationsergebnis „I(1)·C1 – Q(1)·S1" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
-
Zu
dem Zeitpunkt t = 2T, der dem Zeitpunkt t = 1T folgt, ist das phasengleiche
Steuersignal „C" gleich „0", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „1" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm als „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" ausgedrückt. Somit
multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 2T die Vorrichtung M9 „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" und „1" und gibt das Ergebnis
der Multiplikation „I1(1)S·1 + Q1(1)·C1" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
-
Wie
in 3 gezeigt werden zu dem Zeitpunkt t = 3T und späteren Zeitpunkten
nach dem Zeitpunkt t = 2T ähnliche
Verfahren wie die vorstehend erwähnten
Verfahren periodisch iteriert. Somit wirken der Phasendetektor 6 und
der Steuersignalgenerator 7 zusammen, um das aus einer
Kombination resultierende Signal IQm zu dem aus einer Demodulation
resultierenden phasengleichen Signal „I" und dem aus einer Demodulation resultierenden
um 90 Grad phasenverschobenen Signal „Q" zu demultiplexen.
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Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung wird
der Frequenzanalysator 9 durch die Steuereinheit 50 derart gesteuert,
dass das aus einer Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" und das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" der Doppler-Frequenzanalyse mit
dem spektralen Dopplerverfahren unterzogen werden. Der Frequenzanalysator 9 erzeugt
ein aus der Analyse resultierendes Signal, das spektrale Doppler-Geschwindigkeitsinformation
darstellt. Der Frequenzanalysator 9 gibt das aus der Analyse
resultierende Signal an die Anzeige 10 aus. Die durch das aus
der Analyse resultierende Signal dargestellte spektrale Doppler-Geschwindigkeitsinformation
wird durch die Anzeige 10 angezeigt.
-
Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung wird
es vorgezogen, dass die Verzögerungsleitungen
DL1, DL2, DL3 und DL4 in dem Empfangsstrahlformer 4 unterschiedliche
Verzögerungen
für die
Ausgangssignale der Multiplizierer M5, M6, M7 bzw. M8 bereitstellen. In
diesem Fall ist eine verbesserte Rauschunterdrückung vorhanden. Es ist anzumerken,
dass die für
die Ausgangssignale der Mul tiplizierer M5, M6, M7 und M8 bereitgestellten
Verzögerungen
null sein können.
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Zweite Ausführungsform
-
Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung ist ähnlich
ihrer ersten Ausführungsform,
mit Ausnahme der nachstehend angeführten Änderungen im Aufbau.
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Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung werden
die Phasenverschiebungssignale PH1 und PH2, das heißt, die
von den Vorrichtungen M5 und M6 verwendeten Multiplizierer, gemäß den folgenden
Gleichungen verändert: PH1 = {C1·MOD(i, 2) + S1·MOD(i – 1, 2)}·SIGN ... (12) PH2 = {–S1·MOD(i, 2) + C1·MOD(i
+ 1, 2)}SIGN ... (13)wobei
SIGN = 1, wenn MOD(i – 1,
4) ≤ 1, und
SIGN = –1,
wenn MOD(i – 1,
4) ≥ 2.
-
Unter
Bezugnahme auf 4 entspricht zu einem Zeitpunkt
t = 1T das Phasenverschiebungssignal PH1 den Phasenverschiebungsdaten
C1, während
das Phasenverschiebungssignal PH2 einem Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1 entspricht. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 1T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes Signal
I1(1)·C1
und gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(1) und das Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal –Q1(1)·S1 und
gibt dieses aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal
I1(1)·C1,
das aus einer Multiplikation resultierende Signal –Q1(1)·S1, ein
von dem Multiplizierer M7 ausgegebenes aus einer Multiplikation
resultierendes Signal und ein von dem Multiplizierer M8 ausgegebenes
aus einer Multiplikation resultierendes Signal werden durch die
Addierer A1, A2 und A3 zu einem aus einer Kombination resultierenden
Signal IQm kombiniert. Zu dem Zeitpunkt t = 1T sind die sich auf
die digitalen Basisbandsignale I1 und Q1 beziehenden Komponenten
des aus einer Kombination resultierenden Signals IQm gegeben als „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1", entsprechend der
I-seitigen Gleichung (6).
-
Zu
einem Zeitpunkt t = 2T, der dem Zeitpunkt t = 1T folgt, entspricht
das Phasenverschiebungssignal PH1 den Phasenverschiebungsdaten S1,
während
das Phasenverschiebungssignal PH2 den Phasenverschiebungsdaten C1
entspricht. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 2T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal I1(1)·S1
und gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(1) und die Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal Q1(1)·C1
und gibt dieses aus. Das aus einer Multiplikation resultierende
Signal I1(1)·S1,
das aus einer Multiplikation resultierende Signal Q1(1)·C1, ein von
dem Multiplizierer M7 ausgegebenes aus einer Multiplikation resultierendes
Signal und ein von dem Multiplizierer M8 ausgegebenes aus einer
Multiplikation resultierendes Signal werden durch die Addierer A1,
A2 und A3 zu einem aus einer Kombination resultierenden Signal IQm
kombiniert. Zu dem Zeitpunkt t = 2T sind die sich auf die digitalen
Basisbandsignale I1 und Q1 beziehenden Komponenten des aus einer Kombination
resultierenden Signals IQm gegeben als „I1(1) ·S1 + Q1(1)·C1", entsprechend der
Q-seitigen Gleichung (7).
-
Zu
einem Zeitpunkt t = 3T, der dem Zeitpunkt t = 2T folgt, entspricht
das Phasenverschiebungssignal PH1 einem Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
C1, während
das Phasenverschiebungssignal PH2 den Phasenverschiebungsdaten S1
entspricht. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 3T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(3) und das Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal –I1(3)·C1 und
gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(3) und die Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal Q1(3)·S1
und gibt dieses aus. Das aus einer Multiplikation resultierende
Signal –I1(3) ·C1, das
aus einer Multiplikation resultierende Signal Q1(3)·S1, ein
von dem Multiplizierer M7 ausgegebenes aus einer Multiplikation
resultierendes Signal und ein von dem Multiplizierer M8 ausgegebenes
aus einer Multiplikation resultierendes Signal Qm werden durch die
Addierer A1, A2 und A3 zu einem aus einer Kombination resultierenden Signal
IQm kombiniert. Zu dem Zeitpunkt t = 3T sind die sich auf die digitalen
Basisbandsignale I1 und Q1 beziehenden Komponenten des aus einer
Kombination resultierenden Signals IQm gegeben als „–I1(3)·C1 + Q1(3)·S1", entsprechend einem
Reziprok der I-seitigen Gleichung (6).
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Zu
einem Zeitpunkt t = 4T, der dem Zeitpunkt t = 3T folgt, entspricht
das Phasenverschiebungssignal PH1 dem Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1, während
das Phasenverschiebungssignal PH2 einem Reziprok der Phasenverschiebungsdaten C1
entspricht. Somit multipliziert zu dem Zeitpunkt t = 4T die Vorrichtung
M5 das digitale Basisbandsignal I1(3) und das Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
S1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal –I1(3)·S1 und
gibt dieses aus. Zur gleichen Zeit multipliziert die Vorrichtung
M6 das digitale Basisbandsignal Q1(3) und das Reziprok der Phasenverschiebungsdaten
C1 und erzeugt dadurch ein aus einer Multiplikation resultierendes
Signal –Q1(3)·C1 und
gibt dieses aus. Das aus einer Multiplikation resultierende Signal –I1(3)·S1, das
aus einer Multiplikation resultierende Signal –Q1(3) ·C1, ein von dem Multiplizierer
M7 ausgegebenes aus einer Multiplikation resultierendes Signal und
ein von dem Multiplizierer M8 ausgegebenes aus einer Multiplikation
resultierendes Signal werden durch die Addierer A1, A2 und A3 zu
einem aus einer Kombination resultierenden Signal IQm kombiniert.
Zu dem Zeitpunkt t = 4T sind die sich auf die digitalen Basisbandsignale
I1 und Q1 beziehenden Komponenten des aus einer Kombination resultierenden
Signals IQm gegeben als „–I1(3)·S1 – Q1(3)·C1", entsprechend einem
Reziprok der Q-seitigen Gleichung (7).
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Zu
einem Zeitpunkt t = ST und zu späteren Zeitpunkten,
die dem Zeitpunkt t = 4T folgen, werden ähnliche Verfahren wie die vorstehend
erwähnten Verfahren
periodisch iteriert. Daher treten die Signalkomponenten entsprechend
der I-seitigen Gleichung (6), die Signalkomponenten entsprechend
der Q-seitigen Gleichung (7), die Signalkomponenten entsprechend
dem Reziprok der I-seitigen Gleichung (6) und die Signalkomponenten
entsprechend dem Reziprok der Q-seitigen Gleichung (7) zyklisch
in dem aus einer Kombination resultierenden Signal IQm auf. Somit
werden in dem aus einer Kombination resultierenden Signal IQm die
der I-seitigen Gleichung
(6) entsprechenden Signalkomponenten, die der Q-seitigen Gleichung (7) entsprechenden
Signalkomponenten, die dem Reziprok der I-seitigen Gleichung (6)
entsprechenden Signalkomponenten und die dem Reziprok der Q-seitigen
Gleichung (7) entsprechenden Signalkomponenten auf einer Zeitmultiplex-Basis
gemultiplext.
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Während des
SCW-Doppler-Betriebsmodus der Ultraschall-Diagnosevorrichtung werden
das phasengleiche Steuersignal „C" und das um 90 Grad phasenverschobene
Steuersignal „S" gemäß den folgenden
Gleichungen verändert: C = cos{π·(i – 1)/2} ... (14) S = sin{π·(i – 1)/2} ... (15)
-
Der
Betrieb des Phasendetektors 6 hinsichtlich der Basisbandsignale
I1 und Q1 wird in größerem Detail
beschrieben. Unter Bezugnahme auf 3 ist zu
dem Zeitpunkt t = 1T das phasengleiche Steuersignal „C" gleich „1", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „0" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm ausgedrückt
als „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1". Somit multipliziert
zu dem Zeitpunkt t = 1T die Vorrichtung M9 „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1" und „1" und gibt das Multiplikationsergebnis „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „I1(1)·C1 – Q1(1)·S1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
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Zu
dem Zeitpunkt t = 2T, der dem Zeitpunkt t = 1T folgt, ist das phasengleiche
Steuersignal „C" gleich „0", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „1" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende Signal
IQm ausgedrückt
als „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1". Somit multipliziert zu
dem Zeitpunkt t = 2T die Vorrichtung M9 „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" und „1" und gibt das Multiplikationsergebnis „I1(1)·S1 + Q1(1)·C1" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
-
Zu
dem Zeitpunkt t = 3T, der dem Zeitpunkt t = 2T folgt, ist das phasengleiche
Steuersignal „C" gleich „–1", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „0" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm ausgedrückt
als „–I1(3)·C1 + Q1(3)·S1". Somit multipliziert
zu dem Zeitpunkt t = 3T die Vorrichtung M9 „–I1(3)·C1 + Q1(3)·S1" und „–1" und gibt das Multiplikationsergebnis „I1(3)·C1 – Q1(3)·S1" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „–I1(3)·C1 + Q1(3)·S1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
-
Zu
dem Zeitpunkt t = 4T, der dem Zeitpunkt t = 3T folgt, ist das phasengleiche
Steuersignal „C" gleich „0", während das
um 90 Grad phasenverschobene Steuersignal „S" gleich „–1" ist. Zur gleichen Zeit ist hinsichtlich
der Basisbandsignale I1 und Q1 das aus einer Kombination resultierende
Signal IQm ausgedrückt
als „–I1(3)·S1 – Q1(3)·C1". Somit multipliziert
die Vorrichtung M9 zu dem Zeitpunkt t = 4T „–I1(3)·S1 – Q1(3)·C1" und „0" und gibt das Multiplikationsergebnis „0" als das aus einer
Demodulation resultierende phasengleiche Signal „I" aus. Zur gleichen Zeit multipliziert
die Vorrichtung M10 „–I1(3)·S1 – Q1(3)·C1" und „–1" und gibt das Multi plikationsergebnis „I1(3)·S1 + Q1(3)·C1" als das aus einer
Demodulation resultierende um 90 Grad phasenverschobene Signal „Q" aus.
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Zu
dem Zeitpunkt t = ST und späteren
Zeitpunkten, die dem Zeitpunkt t = 4T folgen, werden ähnliche
Verfahren wie die vorstehend beschriebenen Verfahren periodisch
iteriert. Somit wirken der Phasendetektor 6 und der Steuersignalgenerator 7 zusammen,
um das aus einer Kombination resultierende Signal IQm zu dem aus
einer Demodulation resultierenden phasengleichen Signal „I" und dem aus einer
Demodulation resultierenden um 90 Grad phasenverschobenen Signal „Q" zu demultiplexen.