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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Ultraschalldiagnosevorrichtung zur Bereitstellung
von Ultraschalldiagnosebilddaten und insbesondere eine Ultraschalldiagnosevorrichtung
der Art, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Eine
Ultraschalldiagnosevorrichtung zur Bereitstellung von Ultraschallbilddaten
mit unabhängigen
Gehäusen
ist bekannt. Die provisorischen japanischen Patentanmeldungen mit
den Veröffentlichungsnummern
5-228 139 und Nr. 6-225 874 offenbaren die Ultraschalldiagnosevorrichtung
des Typs mit unabhängigem
Gehäuse.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung nach dem
Stand der Technik, die in der provisorischen japanischen Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
5-228 139 offenbart ist. In dieser Ultraschalldiagnosevorrichtung
ist die gesamte Einheit in den Hauptkörper 1 und eine Bedienungseinheit 2,
die miteinander mit Verbindungskabeln elektrisch verbunden sind,
unterteilt. Ein Bedienungsfeld 4 und ein Anzeigemonitor 5 sind für die Bedienungseinheit 2 vorgesehen,
mit der eine Ultraschallwellensonde 3 verbunden ist. Der
Hauptkörper 1 und
die Bedienungseinheit 2 können unabhängig bewegt werden.
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6 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ultraschalldiagnosevorrichtung
nach dem Stand der Technik, die in der provisorischen japanischen
Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
6-225 874 offenbart ist. In dieser Ultraschalldiagnosevorrichtung
ist die gesamte Schaltungsanordnung in zwei Teile unterteilt. Das
erste Gehäuse,
das eine kompakte Größe besitzt,
ist neben der Person, für
die eine Diagnose erstellt werden soll, angeordnet. Hingegen ist
das zweite Gehäuse,
welches eine große Schaltungsanordnung
aufweist, die für
eine Hochleistungsdiagnose notwendig ist, entfernt angeordnet. Daher
wird eine digitale Datenübertragung
zwischen beiden Gehäusen
mit einem Glasfaserkabel bewerkstelligt.
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Eine
Ultraschalldiagnosevorrichtung der Art, wie im Oberbegriff von Anspruch
1 definiert ist, ist in der US-A-5 839 442 offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine überlegene Ultraschalldiagnosevorrichtung
bereitzustellen.
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Dieses
Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß der Erfindung ist in Anspruch
2 angegeben.
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In
einer Ultraschalldiagnosevorrichtung ist die Schaltungsanordnung
in zwei Teile, d. h., eine erste Einheit und eine zweite Einheit,
die mit einem Kabel verbunden sind, unterteilt. Die erste Einheit umfasst
eine Triggersignalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines Triggersignals
in Ansprechen auf ein Anweisungssignal und eine Ultraschallwellenübertragungs- und -empfangsschaltung
mit einer Sonde zur Übertragung
von Ultraschallwellen in Ansprechen auf das Triggersignal und zum
Empfangen von reflektierten Ultraschallwellen. Das Kabel überträgt die empfangenen
reflektierten Ultraschallwellen und das Triggersignal. Die zweite
Einheit umfasst eine Taktsignalerzeugungsschaltung zur Erzeugung
eines Taktsignals in Ansprechen auf das Triggersignal, das durch das
Kabel übertragen
wird, und einen A/D-Wandler für
eine A/D-Wandlung (ein Abtasten) der empfangenen reflektierten Ultraschallwellen
in Ansprechen auf das Taktsignal, um Ultraschalldiagnosedaten auszugeben.
Es ist auch eine Frequenzdifferenzdetektionsschaltung zur Detektion
eines Frequenzfehlers zwischen dem Taktsignal und einem Referenzfrequenzsignal
vorgesehen. Eine Kompensationsschaltung kann die Ultraschalldiagnosedaten
kompensieren, um kompensierte Ultraschalldiagnosedaten auszugeben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
besser verständlich.
In den Zeichnungen ist/sind:
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1 ein
Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung, die kein Teil
der vorliegenden Erfindung ist;
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2A bis 2C grafische
Darstellungen, die den Betrieb der Ultraschalldiagnosevorrichtung zeigen,
die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung;
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4A bis 4D grafische
Darstellungen, die den Betrieb der Ultraschalldia gnosevorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
zeigen;
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5 ein
Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung nach dem Stand
der Technik; und
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6 ein
Blockdiagramm einer weiteren Ultraschalldiagnosevorrichtung nach
dem Stand der Technik.
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Dieselben
oder entsprechende Elemente oder Teile sind in den Zeichnungen durchgehend
mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
Vorrichtung, die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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Die
Ultraschalldiagnosevorrichtung umfasst eine Sonde 110,
eine Bedienungseinheit 101, eine Kabeleinheit 105 und
eine Verarbeitungseinheit 102.
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Die
Sonde 110 umfasst eine Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen,
die in einem Array angeordnet sind.
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Die
Bedienungseinheit 101 ist mit der Kabeleinheit 105 mit
der Verarbeitungseinheit 102 gekoppelt, um die Bedienungseinheit 101 und
die Verarbeitungseinheit 102 unabhängig zu positionieren. Das heißt, die
Bedienungseinheit 101 wird neben dem menschlichen Körper positioniert,
der der Diagnose unterzogen wird. Hingegen kann die Verarbeitungseinheit 102 entfernt
angeordnet werden.
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Die
Bedienungseinheit 101 umfasst einen Quarzoszillator 113 zum
Erzeugen eines ersten Taktsignals, eine Triggersignalerzeugungsschaltung 114 zum
Erzeugen eines Triggersignals in Ansprechen auf das erste Taktsignal,
eine Übertragungs-
und Empfangsschaltung 111 zum Erzeugen eines Ansteuerimpulses
in Ansprechen auf ein Triggersignal, um den Ansteuerimpuls an die
Sonde 110 zu liefern, und eine Verzögerungs-/Kombinationsschaltung
zum Verzögern
entsprechender Empfangskomponenten, die von einer Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen
abgeleitet sind, und kombiniert die verzögerten Empfangskomponenten,
um ein kombiniertes Empfangssignal auszugeben.
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Die
Kabeleinheit 105 überträgt das kombinierte
Empfangssignal und das Triggersignal an die Verarbeitungseinheit 102.
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Die
Verarbeitungseinheit 102 umfasst eine Taktsignalerzeugungsschaltung 122 zum
Erzeugen eines zweiten Taktsignals, einen A/D-Wandler 121 für eine A/D-Wandlung
(Abtastung) des kombinierten Empfangssignals, um ein digitales Empfangssignal
in Ansprechen auf das zweite Taktsignal auszugeben, einen FIFO(First-in-First-out)-Speicher 131,
einen Quarzoszillator 136 zum Erzeugen eines Referenztaktsignals,
eine Videodatenverarbeitungsschaltung 132 zur Verarbeitung
des kombinierten Empfangssignals von dem FIFO-Speicher 131,
um Anzeigedaten zu erzeugen, und einen Anzeigemonitor 134 zum
Anzeigen der Anzeigedaten, um ein Anzeigebild für eine Ultraschalldiagnose
an den Bediener bereitzustellen.
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Die 2A bis 2C sind
grafische Darstellungen, die den Betrieb der Ultraschalldiagnosevorrichtung
gemäß der oben
stehenden Vorrichtung von 1 zeigen.
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Die
Triggersignalerzeugungsschaltung 114 erzeugt das Triggersignal
in Ansprechen auf das erste Taktsignal, wie in 2B gezeigt
ist. Das erste Taktsignal wird bei einem gewünschten Datenübertragungszyklus
periodisch erzeugt. Die Übertragungs-
und Empfangsschaltung 111 erzeugt den Ansteuerimpuls in
Ansprechen auf das Triggersignal, um den Ansteuerimpuls an zumindest
eines von Schwingungselementen der Sonde 110 zu liefern. Die
Sonde 110 erzeugt (induziert) einen Ultraschallwellenimpuls,
der durch den menschlichen Körper hindurch übertragen
wird.
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Die
reflektierten Ultraschallwellen (das Echosignal) werden von der
Sonde 110 empfangen, wie in 2A gezeigt
ist. Im Spezielleren empfangen entsprechende Schwingungselemente
die reflektierten Ultraschallwellensignale (Echosignale), um Empfangssignale
zu erzeugen.
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Die
Verzögerungs-/Kombinationsschaltung 112 verzögert entsprechende
Empfangssignale, die von einer Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen
abgeleitet sind, in Übereinstimmung
mit Verzögerungsdaten
für eine
gewünschte
Richtwirkung und kombiniert die verzögerten Empfangssignale, um
das kombinierte Empfangssignal mit der gewünschten Richtwirkung auszugeben.
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Die
Kabeleinheit 105 überträgt das kombinierte
Empfangssignal und das Triggersignal an die Verarbeitungseinheit 102.
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Die
Taktsignalerzeugungsschaltung 122 wird in Ansprechen auf
das von der Bedienungseinheit 101 durch die Kabeleinheit 105 hindurch übertragene Triggersignal
zurückgesetzt
und gestartet, wie in 2C gezeigt ist.
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Der
A/D-Wandler 121 führt
eine A/D-Wandlung des kombinierten Empfangssignals durch, um ein
digitales Empfangssignal in Ansprechen auf das zweite Taktsignal
auszugeben. Der FIFO(First-in-first-out)-Speicher 131 speichert
das digitale Empfangssignal. Der FIFO-Speicher 131 gibt das
gespeicherte digitale Empfangssignal in Ansprechen auf den Referenztakt
aus. Die Bilddatenerzeugungsschaltung 132 erzeugt Bilddaten
für eine
Ultraschalldiagnose aus dem Empfangssignal von dem FIFO-Speicher 131.
Der Anzeigemonitor 134 stellt ein Anzeigebild für eine Ultraschalldiagnose
aus den Bilddaten von der Bilddatenerzeugungsschaltung 132 an
den Bediener bereit.
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Die
Schaltungsanordnung in der Verarbeitungseinheit 102 ist
in einen ersten Block 103 und einen zweiten Block 104 unterteilt.
Die Speicherseite des FIFO-Speichers 131 ist in dem ersten
Block 103 enthalten. Die Leseseite des FIFO-Speichers 131 ist hingegen
in dem zweiten Block 104 enthalten. Die ersten und zweiten
Taktsignale für
entsprechende Blöcke
(umfassend die Bedienungseinheit) werden unabhängig erzeugt. Somit ist die
Notwendigkeit, Taktsignale durch die Kabeleinheit 105 hindurch
zu übertragen,
beseitigt, sodass asynchrone Betriebe an entsprechenden Blöcken vorgesehen
sind.
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Wie
oben erwähnt,
kann gemäß der erwähnten Vorrichtung
die Notwendigkeit eines Glasfaserkabels mit einer hohen Rauschbeständigkeit
beseitigt werden. Überdies
kann gemäß der erwähnten Vorrichtung
die Notwendigkeit, das Taktsignal durch das Kabel hindurch zu übertragen,
beseitigt werden.
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Wie
oben erwähnt,
ist gemäß der erwähnten Vorrichtung
die Notwendigkeit, ein Taktsignal für einen synchronen Betrieb
zwischen entsprechenden Blöcken
zu übertragen,
beseitigt. Demgemäß wird es einfach,
die Länge
des Kabels auszudehnen.
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Die 4A bis 4D sind grafische
Darstellungen, die den Betrieb der Ultraschalldiagnosevorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
zeigen.
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Der
Aufbau dieser Ausführungsform
ist im Wesentlichen der gleiche wie bei der Vorrichtung von 1.
Der Unterschied besteht darin, dass ferner eine Frequenzfehlerdetektionsschaltung 235 vorgesehen
ist. Überdies
erzeugt eine Bilddatenerzeugungsschaltung 232 die Bilddaten
zur Diagnose, sodass ein Frequenzfehler zwischen Taktsignalen kompensiert
wird.
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Die
Taktgenauigkeitsdetektions- und -Kompensationsschaltung 235 detektiert
eine Differenz der Zählungen
von Taktimpulsen zwischen dem zweiten Taktsignal und dem Referenztaktsignal,
um ein Kompensationssignal in Übereinstimmung
mit der Differenz der Zählungen,
d. h., den Frequenzfehler, zu erzeugen. Das Kompensationssignal
wird an eine Bilddatenerzeugungsschaltung 232 geliefert, um
die Bilddaten zu kompensieren, sodass der Fehler in dem auf dem
Anzeigemonitor 134 angezeigten Bild auf Grund der Differenz
der Frequenz zwischen dem zweiten Taktsignal und dem Referenztaktsignal kompensiert
wird.
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In 3 umfasst
die Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß dieser Ausführungsform
eine Sonde 210, eine Bedienungseinheit 201, eine
Kabeleinheit 205 und eine Verarbeitungseinheit 202.
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Die
Sonde 210 umfasst eine Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen,
die in einem Array angeordnet sind.
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Die
Bedienungseinheit 201 ist mit der Verarbeitungseinheit 202 mit
der Kabeleinheit 205 gekoppelt, um die Bedienungseinheit 201 und
die Verar beitungseinheit 202 unabhängig zu positionieren. Das heißt, die
Bedienungseinheit 201 wird neben dem menschlichen Körper positioniert,
der der Diagnose unterzogen wird.
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Die
Bedienungseinheit 201 umfasst einen Quarzoszillator 213 zum
Erzeugen eines ersten Taktsignals, eine Triggersignalerzeugungsschaltung 214 zum
Erzeugen eines Triggersignals in Ansprechen auf das erste Taktsignal,
eine Übertragungs-
und Empfangsschaltung 211 zum Erzeugen eines Ansteuerimpulses
in Ansprechen auf ein Triggersignal, um den Ansteuerimpuls an die
Sonde 210 zu liefern, und eine Verzögerungs-/Kombinationsschaltung
zum Verzögern
entsprechender Empfangskomponenten, die von einer Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen
abgeleitet sind, und kombiniert die verzögerten Empfangskomponenten,
um ein kombiniertes Empfangssignal auszugeben.
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Die
Kabeleinheit 205 überträgt das kombinierte
Empfangssignal und das Triggersignal an die Verarbeitungseinheit 202.
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Die
Verarbeitungseinheit 202 umfasst eine Taktsignalerzeugungsschaltung 222 zum
Erzeugen eines zweiten Taktsignals, einen A/D-Wandler 221 für eine A/D-Wandlung
des kombinierten Empfangssignals, um ein digitales Empfangssignal
in Ansprechen auf das zweite Taktsignal auszugeben, einen FIFO(First-in-first-out)-Speicher 231,
einen Quarzoszillator 236 zum Erzeugen eines Referenztaktsignals, eine
Videodatenverarbeitungsschaltung 232 zur Verarbeitung des
kombinierten Empfangssignals von dem FIFO-Speicher 231,
um von Anzeigedaten zu erzeugen, und einen Anzeigemonitor 234 zum
Anzeigen der Anzeigedaten, um ein Anzeigebild für eine Ultraschalldiagnose
an den Bediener bereitzustellen.
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Die 4A bis 4D sind
grafische Darstellungen, die den Betrieb der Ultraschalldiagnosevorrichtung
gemäß der erwähnten Ausführungsform zeigen.
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Die
Triggersignalerzeugungsschaltung 214 erzeugt das Triggersignal
in Ansprechen auf das erste Taktsignal, wie in 4B gezeigt
ist. Die Übertragungs-
und Empfangsschaltung 211 erzeugt den Ansteuerimpuls in
Ansprechen auf das Triggersignal, um den Ansteuerimpuls an die Sonde 210 zu
liefern. Die Sonde 210 induziert einen Ultraschallwellenimpuls
in dem menschlichen Körper
oder dergleichen.
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Die
reflektierten Ultraschallwellen (das Echosignal) werden von der
Sonde 210 empfangen, wie in 4A gezeigt
ist. Im Spezielleren empfangen entsprechende Schwingungselemente
die reflektierten Ultraschallwellensignale (Echosignale), um Empfangssignale
zu erzeugen.
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Die
Verzögerungs-/Kombinationsschaltung 212 verzögert entsprechende
Empfangssignale, die von einer Vielzahl von Ultraschallschwingungselementen
abgeleitet sind, in Übereinstimmung
mit Verzögerungsdaten,
um eine gewünschte
Richtwirkung aufzuweisen, und kombiniert die verzögerten Empfangssignale,
um das kombinierte Empfangssignal mit der gewünschten Richtwirkung auszugeben.
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Die
Kabeleinheit 205 überträgt das kombinierte
Empfangssignal und das Triggersignal an die Verarbeitungseinheit 202.
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Die
Taktsignalerzeugungsschaltung 222 wird in Ansprechen auf
das von der Bedienungseinheit 201 durch die Kabeleinheit 205 hindurch übertragene Triggersignal
zurückgesetzt
und gestartet, wie in 4C gezeigt ist.
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Der
A/D-Wandler 221 führt
eine A/D-Wandlung des kombinierten Empfangssignals durch, um ein
digitales Empfangssignal in Ansprechen auf das zweite Taktsignal
auszugeben. Der FIFO(First-in-first-out)-Speicher 231 speichert
das digitale Empfangssignal. Der FIFO-Speicher 231 gibt das
gespeicherte digitale Empfangssignal in Ansprechen auf den Referenztakt
aus.
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Die
Frequenzfehlerdetektionsschaltung 235 detektiert einen
Frequenzfehler des zweiten Taktsignals (f1) von dem Referenztaktsignal
(f2), wie in den 4C und 4D gezeigt
ist. Das heißt,
die Frequenzfehlerdetektionsschaltung 235 zählt M Impulse (Zyklen)
in dem Referenztaktsignal von dem Quarzoszillator 236 und
zählt die
Impulse (N) des zweiten Taktsignals. Die Frequenzfehlerdetektionsschaltung 235 berechnet
die tatsächliche
Frequenz wie folgt: f1
= f2 × N/M (1)
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In
diesem Prozess können
zwei Zählungen eines
Fehlers zwischen dem zweiten Taktsignal und dem Referenztaktsignal
vorliegen, wobei der maximale Frequenzfehler gegeben ist durch: Δf = 2/N (2)
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Demgemäß wird angenommen,
dass der Kompensationsfehler unter 0,1% unterdrückt werden sollte. M wird so
bestimmt, dass der Wert N größer als
2000 gemacht wird.
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Die
Bilddatenerzeugungsschaltung 232 erzeugt die Bilddaten,
sodass ein Fehler in den Bilddaten auf Grund der Frequenzdifferenz
zwischen dem zweiten Taktsignal und dem Referenzsignal kompensiert
ist.
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Der
Anzeigemonitor 234 zeigt ein Anzeigebild für eine Ultraschalldiagnose
aus den Bilddaten von der Bilddatenerzeugungsschaltung 232 an,
von denen ein Fehler auf Grund der Frequenzdifferenz kompensiert
wird.
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Wie
oben erwähnt,
ist gemäß der erwähnten Ausführungsform
die Notwendigkeit, ein Taktsignal für einen synchronen Betrieb
zwischen entsprechenden Blöcken
zu übertragen,
beseitigt. Das heißt,
es ist ein asynchroner Betrieb eines jeden Blocks vorgesehen. Demgemäß ist in
dem Verbindungskabel keine hohe Rauschbeständigkeit erforderlich. Darüber hinaus
wird es möglich,
die Länge
des Kabels auszudehnen. Außerdem
ist es möglich,
die optimale Frequenz für
jeden Block zu wählen,
sodass dies die Notwendigkeit von ICs mit schnellem Ansprechvermögen beseitigt.
Darüber
hinaus erzeugt die Bilddatenerzeugungsschaltung 232 Bilddaten,
um ein Anzeigebild auf dem Anzeigemonitor 234 in Übereinstimmung
mit den Frequenzdifferenzdaten (Kompensationsdaten) zu zeichnen,
sodass, wenn Taktfrequenzen bei entsprechenden Takten sich voneinander
unterscheiden, das angezeigte Bild frei von den Frequenzfehlern
ist. Anders ausgedrückt,
die Taktsignalerzeugungseinrichtung 222 kann mit einem
einfachen Eigenschwingkreis aufgebaut sein, sodass eine Miniaturisierung
vorgesehen sein kann und auch eine Reduktion der Kosten vorgesehen
ist.
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Gemäß der erwähnten Ausführungsform kann
die Notwendigkeit, Taktsignale mit der gleichen Frequenz und der
gleichen Phase zwischen entsprechenden Blöcken zu verwenden, beseitigt
werden.