DE69118109T2

DE69118109T2 - Gerät für Gewebemessungen

Info

Publication number: DE69118109T2
Application number: DE69118109T
Authority: DE
Inventors: Hewlett E Melton; Thomas A Shoup
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-04-25
Also published as: JPH04282144A; EP0685202A2; DE69118109D1; EP0685202A3; US5195521A; EP0484619A1; EP0484619B1; JP3248740B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Messung der Querschnittsfläche eines Körperhohlraums, wie z.B. einer Blut-gefüllten Kammer eines Herzens, ist zum Überwachen seiner Funktion nützlich, wobei die Messung ihres Volumens beim Bestimmen von physiologischen Faktoren, wie z.B. dem Schlagvolumen, der Herzausgabe und des Auswurfbruchteus, nützlich ist. Gegenwärtig sind Messungen der Querschnittsfläche und des Volumens auf einer Echtzeit-Basis nicht verfügbar, ohne invasive Prozeduren, wie z.B. Kathetisierungs-Techniken, zu verwenden, bei denen Fremdsubstanzen in den Blutstrom injiziert werden. Wegen der Risiken, die damit einhergehen, werden diese Prozeduren nicht verwendet, um Patienten auf einer durchgehenden Basis zu überwachen.
Nicht-invasive indirekte (sog. "Offline"-) Verfahren zum Messen einer Querschnittsfläche einer Kammer sind bekannt, sie sind jedoch arbeitsintensiv und zeitaufwendig. Bei einem Verfahren wird die Querschnittsfläche eines Ventrikels, das in aufeinanderfolgenden Vollbildern durch eine Ultraschall- Bildvorrichtung erscheint, von Hand gemessen. Bei einem weiteren Verfahren wird der Rand einer Querschnittsfläche in einem Vollbild von Hand gezogen, wobei optische Flußtechniken verwendet werden, um die Position des Randes in aufeinanderfolgenden Vollbildern zu identifizieren. Whrend dieses Verfahren die Querschnittsflächen schneller als von Hand skizziert, werden die Flächen immer noch manuell gemessen.
Beim Verwenden der optischen Flußtechniken ist es notwendig, einen Gewebeanzeiger zu schaffen, um anzuzeigen, wo die Ränder einer Kammer auftreten. Eine Schaltung für diesen Zweck wird in einem Artikel mit folgendem Titel beschrieben: Automatic Real Time Endocardial Edge Detection in Two Dimensional Endiocardiography auf den Seiten 303-307 in Ultrasonic Imaging 5, 1983. Bei dieser Schaltung wird eine Referenzspannung mit einem Wert, der zwischen der höheren Amplitude, die von Bildsignalen erwartet wird, welche durch Reflexionen von Gewebe bewirkt werden, und der niedrigeren Amplitude, die von Bildsignalen erwartet wird, die durch Reflexionen von Blut bewirkt werden, an einen Eingang eines Komparators angelegt, während die Bildsignale an den anderen angelegt werden. Somit kann die Ausgabe des Komparators für Signale, die von Reflexionen von Gewebe abgeleitet worden sind, 1 sein, und für Signale, die von Reflexionen von Blut abgeleitet worden sind, 0 sein, derart, daß ein Wechsel von 1 auf 0 oder von 0 auf 1 anzeigt, daß ein Rand vorhanden ist. Ein Ein-Bit-Filter, wie z.B. das in dem oben zitierten Artikel beschriebene, der sich auf eine rationalen Gewinnsteuerung bezieht, wird mit dem Ausgang des Komparators verbunden, um ein Signal zu schaffen, das seinen Zustand nur dann ändert, wenn die Ausgabe des Komparators für eine gegebene Zeitspanne ihren Zustand verändert hat.
Es existiert jedoch ein weiteres Problem. Wie es wohlbekannt ist, nimmt die Amplitude der Reflexionen von Strukturen innerhalb des Körpers wegen der Absorption der Energie von den übertragenen Druckwellen, während sie durch den Körper laufen, mit der Entfernung ab. Somit ist es möglich, daß die Amplitude der Bildsignale aufgrund von Reflexionen von Gewebe an der fernen Seite der Kammer kleiner als die Referenzspannung wird, welche oben genannt wurde, wodurch es nicht mehr möglich ist, daß sich der Zustand der Komparatorausgabe verändert, welche die Position des fernen Randes anzeigen würde. Aus diesem Grunde wird gewöhnlich der Gewinn des Verstärkers allmählich erhöht, an den die Bildsignale angelegt werden, nachdem jeder Puls übertragen worden ist. Es wurde vorgeschlagen, daß verbesserte Ergebnisse unter Verwendung einer rationalen Gewinnsteuerungsschaltung (RGC; RGC - Rational Gain Control) erzielt werden können, welche den Gewinn des Verstärkers schneller erhöht, wenn der Komparator der Randdetektorschaltung anzeigt, daß die Bildsignale aufgrund von Reflexionen von Gewebe vorhanden sind, als wenn derselbe anzeigt, daß die Reflexionen von Blut stammen. Eine derartige Schaltung wird in einem Artikel mit folgendem Titel beschrieben: Rational Gain Compensation For Attenuation in Cardiac Ultrasonography auf den Seiten 214-228 in Ultrasonic Imaging 5, 1983. Ungünstigerweise können jedoch Rauschspitzen immer noch bewirken, daß der Komparator seine Ausgabe verändert, wodurch eine falsche Anzeige der Position eines Randes entsteht.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Beim Ableiten der Werte der Querschnittsfläche und/oder des Volumens einer Region eines Typs eines Stoffs, welcher benachbart zu einem anderen Typ eines Stoffs angeordnet ist, z.B. Blut innerhalb einer Herzkammer, hängt die Genauigkeit der Ergebnisse von der richtigen Identifikation der Ränder der Region ab. Gemäß der Erfindung werden Signale von einem Abtastgerät oder von einer Aufzeichnung derartiger Signale verarbeitet, bevor sie an einen Eingang eines Komparators angelegt werden, um statistisch eine größere Wahrscheinlichkeit zu schaffen, daß die Signale einem Typ eines Stoffs oder dem anderen entsprechen. Die Verarbeitung kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, die gewöhnlich bestimmte Integrationsformen sind. Obwohl weitere Verarbeitungstypen verwendet werden können, schaffen die folgenden ein gewisses Maß an Verbesserung: Ableiten eines Signals, das eine integrierte Rückstreuung darstellt; Videoerfassung, Filtern der Hochfrequenzsignale; Integration der Daten von verschiedenen Pixeln; und Ableiten eines Signals, das die Statistik des Wechselsignales darstellt. Gegenwärtig besteht das effektivste Verfahren darin, ein Signal abzuleiten, das die integrierte Rückstreuung darstellt.
Unabhängig von der verwendeten Verarbeitung wird eine größere Genauigkeit beim Definieren der Grenze zwischen verschiedenen Stofftypen gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erreicht, indem der Ausgang des Komparators zu einer Schaltung gekoppelt wird, die ein Signal liefert, das dem Zustand der Komparatorausgabe entspricht, die derselbe bei entsprechenden Pixeln in früheren Abtastlinien aufwies. Die Schaltung wird als Majoritätsvotum-Schaltung bezeichnet.
Diese Erfindung schafft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zum nicht-invasiven Ableiten von Signalen in Echtzeit, die sowohl die Querschnittsfläche eines Fluid-gefüllten Hohlraums, wie z.B. einer Blut-gefüllten Herzkammer, als auch Signale, die das Volumen derselben anzeigen, angeben. Gemäß dem Stand der Technik wird ein Ultraschall-Abtastgerät verwendet, um nacheinander Pulse von Ultraschall-Druckwellen entlang von Abtastlinien, die durch einen gewünschten Querschnitt des Herzens laufen, zu übertragen, wobei die Bildsignale, die von Reflexionen der Druckwellen an Punkten entlang jeder Abtastlinie abgeleitet werden, an eine Blut/Gewebe-Anzeigeschaltung angelegt werden, die abhängig davon, ob die elektrischen Wellen auf Reflexionen von Blut oder auf Reflexionen von Gewebe ansprechen, unterschiedliche Signale erzeugt. Wenn eine Abtastlinie nacheinander durch die nahe Wand der Herzkammer, durch den Hohlraum in der Kammer, welche Blut enthält, und dann durch die ferne Wand läuft, wird sich das Signal von einem ersten Wert, wie z.B. 1, auf einen zweiten Wert, wie z.B. 0, an dem Rand der nahen inneren Wand verändern, wonach es sich dann an der Entfernung der fernen inneren Wand wieder zurück auf den ersten Wert 1 verändert.
Gemäß einem Grundaspekt dieser Erfindung wird ein Signal geliefert, das nach dem Start einer Abtastlinie integriert werden kann, um einen Wert abzuleiten, der die Fläche zwischen der gegenwärtigen Abtastlinie und der vorherigen Abtastlinie darstellt, wobei die Integration nur wirksam durchgeführt wird, während die Reflexionen der übertragenen Pulse von Blut stammen, wie es durch die Blut/Gewebe-Schaltung angezeigt wird, um Signale abzuleiten, die jeweils die inkrementalen Blut-gefüllten Flächen zwischen benachbarten Abtastlinien darstellen.
Die letztgenannten Signale werden dann summiert, um ein Signal abzuleiten, das die Querschnittsfläche der Kammer darstellt. Im Hinblick auf die Tatsache, daß dieses Verfahren bei derselben Rate vollständig durchgeführt werden kann, bei der Bilder gebildet werden, folgt das Signal, das die Querschnittsfläche darstellt, den Echtzeitveränderungen, die während eines Herzzyklus bei derselben auftreten.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Echtzeitsignal, das das Volumen der Kammer darstellt, von dem Signal abgeleitet, das die Querschittsfläche der Kammer darstellt, indem das letztgenannte Signal mit dem Exponenten 3/2 potenziert und mit Koeffizienten multipliziert wird, welche sowohl eine Funktion des Verhältnisses zwischen der langen Achse und der kurzen Achse der Querschnittsflächen, als auch weitere Faktoren umfassen, die von einer für die Herzkammer angenommenen Gestalt abhängen. Das Verhältnis zwischen den beiden Querschnittsflächen kann durch einen erfahrenen Kardiologen angenähert werden, oder dasselbe kann durch eine Messung bestimmt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Schaltung geschaffen, um gemäß der Simpsonschen Regel das Volumen eines Fluid-gefüllten Hohlraums, wie z.B. einer Herzkammer, auf einer Echtzeitbasis zu bestimmen. Es wird eingerichtet, daß die Abtastlinien, entlang derer sich Ultraschallpulse ausbreiten, die lange Achse (LA) der Kammer bei etwa 90º schneiden. Jede der vorher genannten Blut-gefüllten inkrementalen Flächen, die zwischen benachbarten Abstastlinien liegen, wird wirksam um die lange Achse LA gedreht, um ein inkrementales Drehvolumen zu bilden, wobei das Gesamtvolumen der Kammer durch Summieren der inkrementalen Volumina abgeleitet wird.
Wie es Fachleuten auf dem Gebiet der von Ultraschall-Abtastgeräten erzeugten Bilder bekannt ist, knnen sich einige der Abtastlinien sowohl durch eine Kammer erstrecken, die nicht von Interesse ist als auch durch eine Kammer, für welche die Signale, die die Querschnittsfläche und das Volumen darstellen, erwünscht sind. Da dies bewirken würde, daß die Signale, die inkrementale Querschnittsflächen darstellen, inkrementale Flächen der Kammer enthalten, welche nicht von Interesse sind, wird gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung eine Einrichtung geschaffen, um in dem Bild eine interessierende Region (ROI; ROI = Region Of Interest) gesteuert zu skizzieren, die nur einen Querschnitt der interessierenden Kammer aufweist, und um die Berechnung der inkrementalen Flächen auf einen Abschnitt einer Blut-gefüllten Kammer, die innerhalb einer ROI erscheint, zu begrenzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird die Genauigkeit der Signale, die die inkrementalen Flächen darstellen, verbessert, indem eine sogenannte Majoritätsvotum- Schaltung verwendet wird, die an jeder Entfernung einer gegenwärtig abgetasteten Linie anzeigt, ob die Majorität der Signale der Gewebe/Blut-Schaltung für die gegenwärtige Abtastlinie und für zwei vorherige Linien anzeigt, daß die Reflexionen der übertragenen Pulse von Gewebe oder Blut stammen. Eine erhöhte Genauigkeit wird erreicht, da das Majoritätsvotum weniger als die Ausgabe der Gewebe/Blut- Schaltung durch Rauschspitzen beeinflußt wird.
Die Genauigkeit der Position der Ränder wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erhöht, indem von dem Hochfreguenzsignal (HF-Signal) an dem Ausgang des Abtastgeräts oder einer Aufzeichnung desselben ein Signal abgeleitet wird, das eine Charakteristik eines Stoffes darstellt, wie z.B. die Amplitude der integrierten Rückstreuung, indem dieses Signal an die Gewebe/Blut-Erfassungsschaltung angelegt wird, und ein Referenzwert in der Erfassungsschaltung verwendet wird, der zwischen dem Wert der integrierten Rückstreuung, die von Gewebe erwartet wird, und dem Wert der integrierten Rückstreuung, die von Blut erwartet wird, liegt. Eine Schaltung zum Ableiten eines Signals, das die integrierte Rückstreuung darstellt, ist in dem U.S. Patent Nr. 4,873,984, das am 17. Oktober 1989 in dem Namen von Thomas J. Hunt u.a. mit folgendem Titel erteilt wurde: Technipues For Calculating Ultrasonic Integrated Backscatter Using Frequency or Time Domain Techniques.
Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung schafft eine Einrichtung zum Anzeigen der Ränder zwischen Gewebe und Blut in einer M-Modus-Anzeige.
Gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindung wird eine Randmarkiererschaltung geschaffen, die die Helligkeit, die in einem 2-D-Bild des Querschnittsbereichs erzeugt worden ist, entlang den inneren Wänden eines Fluid-gefüllten Hohlraums wie z.B. einer Kammer, die Blut enthält, verändert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschallsystems, das diese Erfindung ausführt.
Fig. 2A stellt die Beziehungen zwischen den Gewebe/Blut- Entscheidungen dar, die durch die Schaltung von Fig. 2B einem Majoritätsvotum unterworfen sind.
Fig. 2B ist ein schematisches Diagramm einer Majoritätsvotum-Schaltung.
Fig. 2C ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Erzeugen des Signals Is, das in Fig. 2B verwendet wird.
Fig. 2D bis Fig. 2G sind aufeinander bezogene Zeitablaufdiagramme, die die Wirkungsweise von Fig. 2-C darstellen.
Fig. 3 ist ein Querschnitt eines Herzens, der beim Erklären verwendet wird, wie die Querschnittsfläche und das Volumen einer Kammer gemäß dieser Erfindung berechnet werden können, wenn eine Sektor-Abtastung verwendet wird.
Fig. 3A ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Bestimmen der Querschnittsfläche einer Kammer gemäß dieser Erfindung sowohl für eine Sektor-Abtastung als auch für eine Parallellinien-Abtastung.
Fig. 3B stellt die Integration dar, die in der Schaltung von Fig. 3A durchgeführt wird.
Fig. 3C wird beim Erklären der Wirkungsweise der Erfindung, wenn parallele Abtastlinien verwendet werden, verwendet.
Fig. 4A bis Fig. 4D stellen verschiedene, für eine Kammer angenommene Formen dar.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramme einer Schaltung zum Berechnen des Volumens einer Kammer gemäß der Simpsonschen Regel.
Fig.6 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die für den M-Modus-Betrieb verwendet wird.
Fig. 7 ist eine Zählerschaltung zum Erzeugen von Signalen R' und R", welche jeweils den inneren und den äußeren Radius einer interessierenden Region ROI darstellen.
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer Zählerschaltung zum Erzeugen von Signalen r' und r", die jeweils während des Abtastens von radialen Linien an gegenüberliegenden Seiten der ROI auftreten.
Fig. 9 und Fig. 9A bis Fig. 9D sind aufeinander bezogene Zeitablaufdiagramme, die die Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 7 darstellen.
Fig. 10A bis Fig. 10D sind aufeinander bezogene Zeitablaufdiagramme, die die Wirkungsweise von Fig. 8 darstellen.
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Erzeugen von Signalen zum Bilden der oberen Grenze des ROI.
Fig. 12A bis Fig. 12I sind aufeinander bezogene Zeitablaufdiagramme, die die Wirkungsweise von Fig. 11 und Fig. 13 darstellen.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Erzeugen von Signalen zum Bilden der unteren Grenze des ROI.
Fig. 14 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Erzeugen von Signalen zum Bilden der Grenze des ROI, die näher an der ersten abgetasteten Linie eines Vollbildes liegt.
Fig. 15A bis Fig. 15O sind aufeinander bezogene Zeitablaufdiagramme, die den Betrieb der Fig. 14 und Fig. 16 darstellen.
Fig. 16 ist ein schematisches Diagramme einer Schaltung zum Erzeugen von Signalen zum Bilden der Grenze des ROI, die näher an der letzten abgetasteten Linie eines Vollbildes liegt.
Fig. 17 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Kombinieren der Signale für die verschiedenen Grenzen des ROI mit den Videosignalen, die ein Querschnittsbild darstellen.
Fig. 18 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Schaffen eines Freigabesignals E, wenn Reflexionen der übertragenen Ultraschall-Druckwellenpulse an Punkten innerhalb der ROI empfangen werden..

Detaillierte Beschreibung eines bevorzuaten Ausführungsbeispiels

Es wird auf ein Blockdiagramm von Fig. 1 zu einem Überblick eines Systems, das die Erfindung enthält, Bezug genommen. Details bestimmter Blöcke von Fig. 1 werden nachfolgend beschrieben.
Ein Abtastgerät 2 überträgt Pulse von Ultraschall-Druckwellen in den Krrper eines Patienten entlang von aufeinanderfolgenden Abtastlinien, die parallel oder radial sein können, wobei dasselbe als Reaktion auf die Reflexionen der Druckwellen an Reflektoren entlang jeder Linie elektrische Signale erzeugt. Die elektrischen Signale können eine analoge oder eine digitale Form der Hochfrequenz- oder der Videosignale sein. Unabhängig davon, ob die Signale analog oder digital sind, können sie über einen Kontakt 4 eines Schalters 5 zu einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 6 gekoppelt werden, um ein 2D-Bild (zweidimensionales Bild) eines Querschnitts auf die gewöhnliche Art und Weise zu erzeugen, wenn die Abtastlinien entlang derer sich die Druckwellen bewegen, jedoch Radien sind, wird es vorgezogen, einen Abtastumwandler (D.S.C.) 8 zu verwende, um Signale abzuleiten, die durch eine Anzeige vom Parallellinienraster-Fernsehtyp verwendet werden können. Wenn die Signale analog sind, können sie bevorzugterweise mit einem A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) in eine digitale Form umgewandelt werden, damit der Abtastumwandler 8 eine Digitalschaltung sein kann.
Um die Genauigkeit zu verbessern, mit der der Rand einer Kammer identifiziert wird, wird es vorgezogen, die elektrischen Signale an eine Signalprozessorschaltung 12 anzulegen, um ein Signal zu erzeugen, das bei diesem Ausführungsbeispiel eine integrierte Rückstreuung darstellt, und dieses dann an eine Gewebeanzeigeschaltung 14 anzulegen. Eine gestrichelte Linie 16 zeigt das direkte Anlegen der Signale von dem Abtastgerät 2 an die Gewebeanzeigeschaltung 14, wenn die integrierte Rückstreuungsschaltung 12 nicht verwendet wird.
Eine Majoritätsvotum-Schaltung 20 gemäß dieser Erfindung erzeugt in jeder Entfernung ein Signal, das anzeigt, ob das Signal, das durch den Gewebe/Blut-Detektor 14 geliefert worden ist, für eine Majorität von aufeinanderfolgenden Abtastlinien einschließlich der gegenwärtigen Abtastlinie in dieser Entfernung Gewebe oder Blut darstellt. Wenn die Anzeigeschaltung 14 somit für eine Majorität der Zeilen ein Signal ausgibt, das anzeigt, daß Reflexionen in einer Entfernung von Gewebe stammen, dann gibt die Majoritätsvotum- Schaltung 18 ein Signal aus, das die Tatsache anzeigt, daß die Reflexionen von Gewebe stammen, und wenn die Anzeigeschaltung 14 ein unterschiedliches Signal für eine Majorität von Linien ausgibt, gibt die Majoritätsvotum-Schaltung 20 ein anderes Signal aus, das die Tatsache anzeigt, daß die Reflexionen von Blut stammen. Die Majoritätsvotum-Schaltung 20 wird durch eine Steuerung 22 gesteuert, die gekoppelt ist, um von dem Abtastgerät 2 Zeilen- und Vollbild-Rücksetzpulse zu empfangen.
Eine automatische rationale Gewinn-Steuerungsschaltung 24 RGC (RGC = Rational Gain Control), die - in dem Artikel beschrieben ist, auf den in der Beschreibung des Standes der Technik verwiesen wurde, antwortet auf das Signal, das von der Majoritätsvotum-Schaltung 20 geliefert worden ist, um den Gewinn des Abtastgeräts 2 zeitlich schneller zu erhöhen, wenn die Schaltung 20 anzeigt, daß die Signale aufgrund von Reflexionen von Gewebe vorhanden sind, als wenn es der Fall ist, daß die Schaltung 20 anzeigt, daß die Signale aufgrund von Reflexionen von Blut vorhanden sind. Obwohl die RGC- Schaltung bevorzugt wird, kann eine TGC-Schaltung 26 (TGC = Transmission Gain Control = übertragungsgewinnsteuerung) angekoppelt sein, die den Gewinn mit dem- Abstand erhöht, um den Gewinn des Abtastgeräts 2 zu erhöhen, wenn es gewünscht wird.
Eine Randmarkiererschaltung 28 antwortet auf einen Wechsel in dem Signal, das von der Majoritätsvotum-Schaltung 20 zwischen Gewebe und Blut und umgekehrt geschaffen wird, um kurze Pulse zu erzeugen, die verwendet werden können, um eine Skizze beliebiger Hohlräume oder Kammern in einem Bild zu bilden, welches durch die Anzeigeeinrichtung 6 dargestellt wird. Wenn die Skizze über das 2D-Bild gelegt werden soll, können die Pulse über einen Schaltkontakt 30 und einen Widerstand 32 mit dem Kontakt 4 des Schalters 5 gekoppelt werden, wobei dieselben durch einen A/D-Wandler 34 in eine digitale Form umgewandelt werden können, wenn es bentigt wird. Wenn die Skizze selbst dargestellt werden soll, wird der Arm des Schalters 5 mit dem Kontakt 30 verbunden.
Die Randmarkiererschaltung 28 umfaßt eine Randanzeigeschaltung 36, die immer dann einen hohen logischen Pixel für ein kurzes Intervall ausgibt, wie z.B. eine µsec, wenn die Ausgabe der Majoritätsvotum-Schaltung 20 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel oder umgekehrt wechselt. Ein Widerstand 38 ist zwischen den Ausgang der Randanzeigeschaltung 36 und den Kontakt 30 des Schalters 5 geschaltet, während ein Widerstand 40 zwischen den Ausgang der Majoritätsvotum-Schaltung 20 und den Kontakt 30 geschaltet ist. Wenn beispielsweise aufeinanderfolgende Signale von der Majoritätsvotum-Schaltung 20 0 sind, wie es der Fall sein kann, wenn die Reflexionen der übertragenen Pulse oder Druckwellen von Blut stammen, wird eine Spannung von 0 an den Anschluß 30 angelegt. Wenn aufeinanderfolgende Signale von der Schaltung 20 1 sind, wie es der Fall sein kann, wenn die Reflexionen von Gewebe stammen, wird die Spannung etwas höher sein, und zwar so, wie sie durch den Wert des Widerstands 40 bestimmt ist, und wenn aufeinanderfolgende Signale von der Schaltung 20 von 1 auf 0 oder umgekehrt wechseln, wird eine maximale Spannung an den Kontakt 30 aufgrund der Addition des hohen logischen Pegels, der durch die Randanzeigeschaltung 36 geliefert wird, an den Kontakt 30 angelegt. Wenn der Schalter 5 somit den Anschluß 4 mit der Anzeige 6 verbindet, kann das Blut schwarz, das Gewebe grau und die Ränder des Gewebes weiß oder mit einem bestimmten anderen Graupegel angezeigt werden. Es kann ebenfalls ein Farbschema verwendet werden, bei dem Blut einer Farbe, Gewebe einer anderen Farbe und die Ränder noch einer anderen Farbe entsprechen.
Ein Signal, das eine Querschnittsfläche einer Kammer darstellt, wird durch eine Schaltung 42 abgeleitet, die noch beschrieben wird, und, wenn es gewünscht wird, zu einem Anzeigeabschnitt 6' für physiologische Daten der Anzeige 6 gekoppelt. Durch Potenzieren des Signals, das die Querschnittsfläche darstellt, mit dem Exponenten 3/2 mittels einer Logarithmierungseinheit (LOG = Logarithmus) 44 und einer Gegenlogarithmierungseinheit (ANTILOG) 46 oder mit einer analogen Berechnungseinheit (A.C.U. = Analog Computational Unit) 48 und durch Multiplizieren des Ergebnisses mit einem geeigneten Koeffizienten, der dem von dem Betreiber gewünschten Algorithmus entspricht, der durch Schließen der richtigen Kombination von Schaltern, die in einem gestrichelten Rechteck 50 enthalten sind, ausgewählt wird, kann ein Signal, welches das Volumen der Kammer darstellt, erzeugt werden, das über einen Schalter Sl mit dem Anzeigeabschnitt 6' für physiologische Daten gekoppelt werden kann.
Eine Schaltung 52 leitet ein Signal ab, das die Querschnittsfläche einer Kammer darstellt und zu dem Anzeigeabschnitt 6' geleitet werden kann, wobei dieselbe ferner durch die Simpsonsche Regel ein Signal ableitet, das das Volumen der Kammer darstellt und über den Schalter S1 zu dem Anzeigeabschnitt 6' geliefert werden kann.
Während des M-Modus-Betriebs wird ein Signal, das den Abschnitt einer einzelnen Abtastlinie, der zwischen den Rändern einer Kammer liegt, darstellt, durch eine Schaltung 54 abgeleitet und auf der Einrichtung 6 angezeigt.
Um zu erreichen, daß die durch die oben beschriebenen Schaltungen abgeleiteten Informationen zu einer ausgewählten Kammer gehören, liefert eine Steuerung 56 zum Einstellen der interessierenden Region (ROI) die Signale 0, die an die Anzeigeeinrichtung 6 angelegt werden können, um die interessierende Region zu skizzieren. Die ROI-Steuerung 56 liefert ebenfalls die Signale E, die die Schaltungen der Blöcke 42, 52 und 54 freigeben, damit dieselben nur als Reaktion auf Signale wirken, die von Reflexionen von Punkten innerhalb der ROI abgeleitet worden sind.

Die Majoritätsvotum-Schaltung

Nachfolgend wird auf die Fig. 2A bis Fig. 2G für eine detaillierte Beschreibung einer Spezies der Majoritätsvotum- Schaltung 20 Bezug genommen. Fig. 2A umfaßt drei aufeinanderfolgende Linien in der Mitte einer Sektor-Abtastung l&sub0;, l&sub1; und l&sub2;, wobei l&sub0; die gegenwärtige Linie ist, wie es durch den Abtastrichtungspfeil angezeigt ist. Der Gewebeanzeiger 14 von Fig. 1 gibt an entsprechend beabstandeten Entfernungen, die durch Punkte entlang der Linien angezeigt sind, ein Signal Qa aus, das abhängig davon, ob die Reflexionen eines übertragenen Pulses von Gewebe oder von Blut stammen, entweder eine 1 oder eine 0 ist. Wenn ein Signal des Gewebean- Zeigers 14 bei P1 auftritt, bestimmt die Majoritätsvotum- Schaltung von Fig. 2B, ob die Majorität der Signale an den Punkten P1, P2 und P3, welche in der gleichen Entfernung angeordnet sind, eine 1 oder eine 0 ist. Wenn die Signale somit von der Gewebe/Blut-Schaltung 14 an den Punkten P1, P2 und P3 1, 0 bzw. 0 sind, wird die Majoritätsvotum-Schaltung anzeigen, daß die Reflexionen, die P1 erzeugt, von Blut stammen, selbst wenn die Gewebe/Blut-Schaltung 14 anzeigt, daß dieselben bei P1 von Gewebe stammen. Das entgegengesetzte würde der Fall sein, wenn die Signale 0, 1, 1 sein würden. Auf diese Art und Weise wird eine größere Zuverlässigkeit erreicht.
Die Schaltung von Fig. 2B führt die gerade beschriebenen Operationen auf die folgende Art und Weise aus. Das Signal Qa von der Gewebeanzeigeschaltung 14 von Fig. 1 für eine gegebene Entfernung R wird an einen Eingang eines ROM 58 (ROM - Read Only Memory = Nur-Lese-Speicher) angelegt, in dem es mit Signalen s1 und s2 verglichen wird, die jeweils die Werte von Qa für die Entfernung R der zwei vorhergehenden Abtastlinien darstellen, um ein Majoritätsvotum V abzuleiten. Das Votum V, welches eine 1 oder eine 0 sein kann, wird an einen Latch 60 angelegt und erscheint aus demselben als ein Signal Q'a. Die an s1 und s2 angelegten Signale wurden von einem RAM 62 "RAM = Random Access Memory = Direktzugriffsspeicher) gelesen und über Leiter d1 bzw. d2 und einen Latch 64 an s1 und s2 angelegt. Während dieses Lesens wird das ROM 58 gesperrt, wobei seine Ausgänge, die mit d1 und d2 verbunden sind, auf eine hohe Impedanz eingestellt werden. Nachdem das Votum durch das ROM 58 durchgeführt worden ist, wird das RAM 62 in einen Schreibemodus gebracht, wobei das ROM 58 den Qa-Eingang mit d1 verbindet, um den Wert von Qa auf die gleiche Adresse in dem Speicher des RAM 62, von der das Signal für s1 vorher gelesen wurde, zu schreiben, wobei dasselbe ebenfalls das Signal an dem Eingang s1 über d2 mit derselben Adresse in dem Speicher des RAM 62 verbindet, von welcher das Signal, das zu s2 geliefert wurde, gelesen wurde. Das Signal, das sich ursprünglich bei s2 befunden hatte, wird verworfen. Nachdem somit jedes Votum durchgeführt worden ist, werden die Werte von Qa folgendermaßen umgeordnet: Qa T s1, wobei der Wert von Qa bei s1 auf s2 übertragen wird.
Es ist offensichtlich, daß ein Majoritätsvotum für die ersten beiden Linien nicht durchgeführt werden kann, da nur eine oder zwei Linien vorhanden sind. Daher wird es vorgezogen, ein Signal zu verwenden, das von einem Linienzähler 70 während der ersten beiden Linien geliefert wird, um zu bewirken, daß die Signale Qa, die während diesen beiden Linien auftreten, an dem Ausgang V erscheinen. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden die Gewebe/Blut-Entscheidungen der Schaltung 14 für die ersten beiden Linien direkt verwendet. Der Zeitgeber 70 ist in Fig. 2C detaillierter gezeigt und wirkt, wie es in den Zeitablaufdiagrammen der Fig. 2D bis 2G dargestellt ist, um ein Signal Is zu erzeugen, das bewirkt, daß der ROM 58 von Fig. 2B arbeitet, wie es gerade beschrieben wurde. Der Zähler (CTR; CTR Counter) 70 wird am Beginn eines Vollbilds als Reaktion auf Vollbildstart-Pulse SOF (SOF = Start Of Frame) mit einem Zählwert von 3 geladen und durch die Linienstart-Pulse SOL (SOL = Start Of Line) getaktet, um das Signal Is an seinem Übertragausgang zu erzeugen.
Fig. 2B weist ferner die Signale Im, M1, M2 und Datenleitungen d3 und d4 auf, die auf dieselbe Art und Weise wie die Signale Is, S1, S2 und die Datenleitungen d1 und d2 verwendet werden, um ein Majoritätsvotum für den M-Modus-Betrieb abzuleiten.

Erhalten der Querschnittsfläche

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, um das Verfahren gemäß dieser Erfindung zum Erhalten eines Signals, welches die Querschnittsfläche einer Kammer darstellt, allgemein zu beschreiben. Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Herzens an sich, wie er auf der Anzeige 6 erscheinen würde, unabhängig davon, ob die Abtastlinien für das Abtastgerät 2 radial oder parallel sind. Zwecks dieser Diskussion wird angenommen, daß die Abtastlinien radial sind, daß sie die lange Achse LA einer Kammer V (V = Ventride), für welche die Querschnittsfläche gewünscht ist, bei etwa 90º schneiden, und daß mindestens einige der Linien ebenfalls durch eine weitere Kammer V' laufen. Die ROI-Steuerung 56 von Fig. 1 wird auf eine Art und Weise eingestellt, die nachfolgend erklärt wird, um ein Signal 0 zum Erzeugen einer Linie in dem Bild auf der Anzeige 6 zu erzeugen, welche die gesamte schattierte interessierende Region ROI skizziert, die die Kammer V enthält, die Kammer V' jedoch ausschließt. Die Signale E von der ROI- Steuerung 56 werden, wie nachfolgend erklärt wird, verwendet, um die Schaltungen der Blöcke 42, 52 und 54 von Fig. 1 nur dann voll freizugeben, wenn Signale empfangen werden, die Reflexionen von Punkten innerhalb der interessierenden Region ROI entsprechen, derart, daß sich die abgeleiteten Flächen und Volumina nur auf die Kammer V beziehen.
Radiale Abtastlinien, wie z.B. r&sub1; und r&sub2;, sind derart gezeigt, daß sie durch die nahe Wand Wn der Kammer V bei einem Radius R1 laufen, dann durch das Blut, das in dem Hohlraum der Kammer enthalten ist, und schließlich durch die ferne Wand Wf (f = far = fern) bei einem Radius R2. der Winkel zwischen den radialen Linien r&sub1; und r&sub2; ist ΔΘ Eine inkrementale Fläche, die durch r&sub1;, r&sub2;, Wn und Wf begrenzt ist, ist durch die kreuzweise schraffierte Schattierung angezeigt. Die Abmessungen derselben entlang einer radialen Linie beträgt R&sub2;-R&sub1; und die Durchschnittsabmessung derselben entlang der LA beträgt (R&sub2;+R&sub1;)/2, derart, daß die Fläche derselben folgendermaßen lautet:
Die gesamte Fläche des Querschnitts des Bluts in der Kammer V wird durch Addieren aller inkrementalen Flächen gefunden.
Fig. 3A stellt eine Schaltung dar, die in dem Block 42 in Fig. 1 verwendet werden kann, um die Querschnittsfläche wie gerade beschrieben zu berechnen. Eine Gleichspannung von einer Quelle 71 wird an einen Integrator U&sub1; angelegt, der am Ende jeder Abtastlinie zurückgesetzt wird, um eine Rampenspannung an seinem Ausgangsanschluß 72 zu erzeugen, wie es in Fig. 3B dargestellt ist, die der Entfernung R gleich ist, von welcher Reflexionen empfangen werden. Die Ausgabe von U&sub1; wird über einen Schalter S&sub2; zu dem Eingang eines Integrators U&sub2; gekoppelt, der am Ende jedes Vollbildes zurückgesetzt wird, wobei ein Abtast-Halte-Gerät, das am Ende jedes Vollbilds zurückgesetzt wird, mit dem Ausgang von U&sub2; gekoppelt ist. Ein Signal E, das nur hoch ist, wenn Signale von Reflektoren innerhalb der interessierenden Region ROI empfangen werden, wird durch die ROI-Steuerung 56 auf eine zu beschreibende Art und Weise erzeugt und an einen Eingang eines UND-Gatters 76 angelegt, wobei ein Signal Q'a, das am Ausgang der Majoritätsvotum-Schaltung von Fig. 2B geliefert wird und nur hoch ist, wenn Reflexionen von Blut stammen, an den anderen Eingang angelegt werden. Die Ausgabe des UND- Gatters 76 wird daher nur hoch sein und S2 schließen, wenn durch das Abtastgerät 2 Reflexionen von Blut innerhalb einer ausgewählten interessierenden Region ROI empfangen worden sind.
U&sub1; erzeugt eine Rampenspannung, die z.B. in Fig. 3B gezeigt ist, mit einem Wert, der dem Radius R proportional ist, von welchem Reflexionen gerade empfangen werden. Wenn der Integrator U&sub2; an dem Ende jeder Abtastlinie zurückgesetzt werden würde, und sein Gewinn korrekt eingestellt sein würde, würde seine Ausgabe zu
proportional sein, was der inkrementalen kreuzweise schraffierten Fläche, die in Fig. 3 gezeigt ist, entspricht. Durch weiteres Integrieren dieses Ausgangssignals über die Periode eines Vollbilds kann ein Signal, das die Querschnittsfläche einer Kammer, wie z.B. V, darstellt, erhalten werden. Beide Integrationen werden von U&sub2; durchgeführt.
Wenn die von dem Abtastgerät 2 verwendeten Abtastlinien parallel sind, wie es in Fig. 3C gezeigt ist, kann die Querschnittsfläche einer Kammer bestimmt werden, indem U&sub1; weggelassen wird, wie es durch eine gestrichelte Linie 78 darge stellt ist.

Erhalten eines Volumens durch angenommene Formen

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Signal, das den Echtzeitvariationen des Volumens einer Kammer entspricht, aus dem Querschnittsflächensignal, das wie gerade beschrieben erhalten wird, abgeleitet. Das Abtastgerät 2, das verwendet wird, um Ultraschall zu senden und zu empfangen, wird bezüglich des Körpers des Patienten ausgerichtet, derart, daß die Fläche, die durch das Signal von der Schaltung 46 dargestellt wird, entweder die Lange-Achse-Querschnittsfläche ALA (ALA Area Long Axis) oder die Kurze- Achse-Querschnittsfläche ASA (ASA = Area Short Axis) ist, wie es in Fig. 4A dargestellt ist. Das Signal wird dann durch die Logarithmierungs- und Gegenlogarithmierungs-Schaltungen 44 und 46 von Fig. 1 oder durch die Echtzeit-Analogrecheneinheit ACU 48 (ACU = Analog Computational Unit) mit dem Exponenten 3/2 potenziert und an die Schalteinrichtung angelegt, die innerhalb des gestrichelten Rechtecks 50 enthalten ist, welche Gewinne schafft, die gemäß der Erfindung ausgewählt worden sind und benötigt werden, um ein Signal zu erzeugen, das das Volumen der Kammer darstellt.
Kardiologen berechneten das Volumen einer Kammer, indem sie annahmen, daß die Gestalt des Blut-enthaltenden Hohlraums derselben ein Ellipsoid E, ein Zylinder C (C = Cylinder), eine Kugel B (B = Bullet) oder ein Halbellipsoid ½E ist, wie es jeweils in den Fig. 4A bis 4D dargestellt ist. Das Volumen kann für jede dieser angenommenen Gestalten auf einer Echtzeitbasis berechnet werden, indem das Signal für die Querschnittsfläche, entweder für ALA oder ASA mit dem Exponenten 3/2 potenziert wird, und indem der so erhaltene Wert mit einem geeigneten Koeffizienten multipliziert wird, welcher eine Funktion des Verhältnisses a=ALA/ASA umfaßt. ALA und ASA sind nur in Fig. 4A gezeigt. Bei den Ausdrücken für das Volumen, die nachfolgend dargelegt werden, bezeichnen die Buchstaben die Gestalt und die Querschnittsfläche, die verwendet werden, VESA steht beispielsweise für das Volumen, wenn die angenommene Form ein Ellipsoid ist und die Querschnittsfläche ASA der kurzen Achse verwendet wird, während VBLA für das Volumen steht, wenn die angenommene Gestalt eine Kugel ist und die Querschnittsfläche der langen Achse verwendet wird. Bei den folgenden Ausdrücken gilt: "a"=ALA/ASA.
Ellipsoid, Fig. 4A:
(1) VESA = (2/3)(ASA [4/π]) a (ASA)1/2
= (2/3) [4/π] a (ASA)3/2
(VESA Volumen Ellipsoid Short Axis)
Ellipsoid, Fig. 4A:
(1) VESA = (2/3)(ASA [4/π]) a (ASA)1/2
= (2/3) [4/π] a (ASA)3/2
(VELA = Volumen Ellipsoid Long Axis)
Aufähnliche Weise:
Zylinder, Fig. 4B:
(3) VCSA = [4/π] a (ASA)3/2
(VCSA = Volumen Cylinder Short Axis)
Zylinder, Fig. 4B:
(4) VCLA = [π/4] 1/π[a] (ALA)3/2
(VCLA = Volumen Cylinder Long Axis)
Kugel, Fig. 4C:
(5) VBSA = 5/6 8/(4+π) [π/4] a (ASA)3/2
(VBSA = Volumen Bullet Short Axis)
Kugel, Fig. 4C:
(6) VBLA = 5/6 8/(4+π) [π/4] 1/ a (ALA)3/2
(VBLA = Volumen Bullet Long Axis)
Halbellipsoid, Fig. 4D:
(7) 1/2 VESA = 4/3 [4/π] a (ASA)3/2
(1/2 VESA = 1/2 Volumen Ellipsoid Short Axis)
Halbellipsoid; Fig. 4D
(8) 1/2 VELA = 4/3 [4/π] 1/ a (ALA)3/2
(1/2 VELA = 1/2 Volumen Ellipsoid Long Axis)
Aus einer Untersuchung dieser Ausdrücke für das Volumen kann gesehen werden, daß für jede angenommene Form ein unterschiedlicher Koeffizient existiert, d.h. ob die Form ein Ellipsoid, ein Zylinder, eine Kugel oder ein halbes Ellipsoid ist, und daß die Ausdrücke für jede Querschnittsfläche unterschiedlich sind, d.h. ob die Querschnittsfläche, die von der Schaltung 42 gemessen worden ist, die Fläche der kurzen Achse ASA oder die Fläche der langen Achse ALA ist. Das Flächenverhältnis a = (ALA/ASA) kann aus der Erfahrung als Konstante eingestellt werden, oder dasselbe kann aus Messungen bestimmt werden. Die Zeitabhängigkeit von "a" kann in den Gewinn programmiert werden, wie es nachfolgend beschrieben ist, wenn die Zeitbeziehung bekannt ist.
Wenn das Abtastgerät von Fig. 1 einen Ultraschall sendet und empfängt, der derart ausgerichtet ist, daß die Schaltung 42 die Querschnittsfläche der kurzen Achse ASA mißt, werden die Paketschalter S3 und S4 der Einrichtung 50 auf die gezeigten Positionen plaziert, wobei ein Schalter S5 positioniert ist, um eine der Gewinnsteuerungseinrichtungen G1 bis G4 der Schaltung abhängig von der Gestalt zu plazieren, die ein Kardiologe als Annahme für den Blut-enthaltenden Hohlraum der zu untersuchenden Kammer wünscht. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß dieselbe ein Ellipsoid ist, wird S5 mit G1 verbunden, was einen Gewinn schafft, der dem Koeffizienten von (ASA)3/2 des Ausdrucks (1) entspricht, d.h. 2/3 [4/π] a. Wenn eine zylindrische Gestalt angenommen ist, wird S5 mit G2 verbunden, was einen Gewinn schafft, der zu dem Koeffizienten des Ausdrucks (3), d.h. [π/4] a proportional ist.
Wenn das Abtastgerät andererseits derart ausgerichtet ist, daß die Schaltung 42 von Fig. 1 die Querschnittsfläche ALA liefert, werden die Schalter S3 und S4 an den Positionen, die den genannten Positionen entgegengesetzt sind, plaziert, wobei ein Schalter S6 mit einer der Gewinnsteuerungseinrichtungen G5 bis G8 abhängig von der Gestalt, die für den Blut-enthaltenden Hohlraum der Kammer angenommen wird, verbunden wird. Wenn beispielsweise ein Ellipsoid als Gestalt angenommen wird, wird S6 G5 in der Schaltung plazieren, derart, daß ein Gewinn geschaffen wird, der dem Koeffizienten von (ALA)3/2 in dem Ausdruck (2), d.h. 2/3 [4/π] 1/ a, entspricht.

Volumen durch die Simpsonsche Regel

Es wird wieder auf Fig. 3 Bezug genommen, um das Verfahren zu erklären, durch welches das Volumen eines Fluid-gefüllten Hohlraums, wie z.B. einer Herzkammer, gemäß dieser Erfindung unter Verwendung der Simpsonschen Regel berechnet werden kann. Allgemein wird jede inkrementale Fläche, wie z.B. die, die durch die kreuzweise schraffierte Schattierung in Fig. 3 angezeigt ist, mathematisch um die Achse LA gedreht, um ein inkrementales Umdrehungsvolumen zu erzeugen, wobei die inkrementalen Volumina summiert werden, um das Volumen des Hohlraums oder der Kammer zu erhalten. Die Abmessung der kreuzweise schraffierten inkrementalen Fläche von Fig. 3 in eine Richtung senkrecht zu LA, um welche die Fläche gedreht werden soll, ist ein Radius (R&sub2;-R&sub1;)/2, wobei die Durchschnittslänge desselben entlang LA (R&sub2;+R&sub1;)/2 beträgt, derart, daß das inkrementale Volumen ΔV folgendermaßen gegeben wird:
was dem Produkt der Durchschnittslänge der inkrementalen Fläche entlang LA und der Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser, der dem Abstand zwischen R1 und R2 gleich ist, entspricht.
Durch Umrechnen der Gleichung (9) ergibt sich folgender Ausdruck:
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Ableiten eines Signals, das das Volumen einer Kammer gemäß Gleichung (10) darstellt. Komponenten, die dieselbe Funktion wie in den Fig. 1 und 3A aufweisen, sind genauso bezeichnet und werden nachfolgend nicht wieder beschrieben.
Die Komponenten, die zu Fig. 3A hinzugefügt sind, werden nachfolgend beschrieben. Ein Linienrücksetz-Integrator U3, der den geeigneten Gewinn aufweist, ist mit der Ausgangsseite des Schalters S2 verbunden, um die folgende Operation durchzuführen:
Darüberhinaus leitet er ein Signal ab, das die kreuzweise schraffierte inkrementale Fläche von Fig. 3 darstellt. Es wird angemerkt, daß dies der gleiche Ausdruck ist, wie der Abschnitt von Gleichung (10) auf der rechten Seite der ersten Klammern. Der Rest von Gleichung (10) kann abgeleitet werden, indem ein Schalter S7 verbunden wird, der zusammen mit dem Schalter S2 zwischen einer Gleichspannungsguelle 80 und dem Eingang eines Linienrücksetz-Integrators U4 paketartig angeordnet ist, und indem der geeignete Gewinn für U4 verwendet wird. Es ist dann nur notwendig, die Ausgaben von U3 und U4 in einem Multiplizierer M zu multiplizieren, um ein Signal zu erzeugen, das das inkrementale Volumen der Umdrehung, das durch Drehen der inkrementalen kreuzweise schraffierten Fläche von Fig. 3 um die Achse LA erzeugt wird, darstellt. Ein Linienrücksetz-Abtast-Halte-Gerät 82 hält dieses Signal, während die nächste Linie abgetastet wird und legt dasselbe an einen Vollbildrücksetz-Integrator U5 an, welcher ein Signal erzeugt, das das Volumen der Kammer V darstellt. Dieses Signal wird dann an ein Vollbild- Rücksetz-Abtast-Halte-Gerät 84 angelegt.
Wenn das Abtastgerät 2 entlang paralleler Linien abtastet, wie es in Fig. 3C gezeigt ist, kann das inkrementale Volumen durch eine Schaltung gemessen werden, bei der der Ausgang von U4 mit beiden Eingängen des Multiplizierers M verbunden ist, wobei U3 abgetrennt ist. Der Gewinn der Schaltung kann eingestellt werden, um für die Linienbeabstandung x zu sorgen, um folgendes Signal zu liefern:
Diese Gleichung stellt ein inkrementales Volumen dar, welches in U5 integriert werden kann, um ein Signal zu erzeugen, das das Volumen einer Kammer gemäß der Simpsonschen Regel darstellt.

M-Modus Betrieb

Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, bezüglich einer Schaltung, die Signale, die angezeigt werden sollen, liefert, wenn das System in den M-Modus arbeitet, in dem Pulse von Druckwellen wiederholt entlang derselben ausgewählten Linie durch das Abtastgerät 2 übertragen werden und wobei die Amplitude der Reflexion von jedem Puls Seite an Seite mit der Amplitude des vorigen Pulses gezeigt wird. Das Blut/Gewebe-Signal von der Majoritätsvotum-Schaltung 20 wird über einen Invertierer 86 und durch den Schalter S&sub8; an den Eingang eines Integrators U6 angelegt. S&sub8; wird durch das Signal E von der ROI-Steuerung 56 gesteuert, wobei das Signal E nur auftritt, wenn das Abtastgerät 2 Signale von innerhalb der ROI empfängt. Während des Abtastens jeder Linie integriert U6 das invertierte Gleichsignal mit niederem Pegel an dem Ausgang der Majoritätsvotum-Schaltung 20, das während Reflexionen von Blut auftritt, um ein Signal zu erzeugen, das die Länge der abgetasteten Linie innerhalb der Kammer anzeigt. Die Ausgabe von U6 wird an eine Linienrücksetz-Abtast-Halte-Schaltung 88 angelegt, um ein Signal zu liefern, das die Länge einer ersten Abtastung einer Linie zwischen Rändern einer Kammer darstellt, während die Länge der nächsten Abtastung derselben Linie gemessen wird. Dies bewirkt, daß die Ausgabe der Abtast-Halte-Schaltung 88 eine Echtzeitmessung der Veränderungen des Durchmessers der Kammer ist. Die Signale Im, M1 und M2 der Majoritätsvotum- Schaltung 20 werden auf dieselbe Art und Weise wie die Signale Is, S1 und S2 abgeleitet.

Skizzieren einer ROI

In Fig. 3 ist eine interessierende Region ROI für eine Sektor-Abtastung gezeigt, bei der die innere oder obere Grenze eine Linie bei einem Radius R' die äußere oder untere Grenze eine Linie bei einem Radius R" sind, und die Grenze auf der linken Seite entlang einer radialen Linie r' und die Grenze auf der rechten Seite entlang einer radialen Linie r" verlaufen. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf eine Einrichtung, die in der ROI-Steuerung 56 enthalten sein kann, um ein Signal O zu erzeugen, das eine Linie bilden wird, die diesen Grenzen auf der Anzeige der Einrichtung 6 von Fig. 1 entspricht.
Fig. 7 ist eine Schaltung zum Anzeigen der Punkte entlang jeder radialen Abtastlinie, bei denen R' und R", die die innere und äußere Grenze des ROI bilden, auftreten, während Fig. 8 eine Schaltung zeigt, um die radialen Linien r' und r" anzuzeigen, auf denen die linke und rechte Grenze der ROI auftreten. Aus diesen Angaben werden weitere Schaltungen das Signal O bilden, das jeweils verwendet werden kann, um die verschiedenen Grenzen auf der Anzeige 6 zu bilden.
Fig. 7 weist einen Zähler 90 und einen Zähler 92 auf, die die digitalen Zählwerte A, B, C und D für die gewünschten Werte von R' bzw. R" am Beginn jeder radialen Linie als Reaktion auf die Linienstartpulse SOL, die in Fig. 9A gezeigt sind, lädt. Die Übertragausgänge der Zähler 90 und 92 gehen auf einen logisch hohen Zustand, wie es jeweils durch die Pulse 94 von Fig. 9B und die Pulse 96 von Fig. 9C gezeigt ist. Taktpulse, die in Fig. 9D gezeigt sind, welche während des Abtastens einer Linie tausendmal auftreten können, werden an die Takteingänge der Zähler 90 und 92 angelegt. Wenn die Anzahl der Taktpulse die Zählwerte erreichen, die jeweils in die Zähler 90 und 92 geladen worden sind, gehen ihre R'- und R"-Ausgänge auf einen logisch niederen Wert, wie es durch die Flanken 98 und 110 der Pulse 94 und 96 gezeigt ist. Dies tritt bei jeder radialen Linie auf.
Auf eine ähnliche Art und Weise liefert die Schaltung von Fig. 8 Angaben bezüglich des Auftretens der radialen Linien r' und r". Am Beginn jedes Vollbildes, das in Fig. 10A angezeigt ist, werden ausgewhlte Liniennummern A, B, C bzw. D in die jeweiligen Zähler 102 und 104 von Fig. 8 geladen, um zu bewirken, daß sie ein logisch hohes Signal ausgeben, wie es durch die Pulse 106 und 108 der Fig. 10B bzw. 10C gezeigt ist. Die Linienstartpulse SOL, die in Fig. 10D gezeigt sind, werden an die Takteingänge der Zähler 102 und 104 angelegt. Wenn die Anzahl der Linien die Anzahl der Zählwerte, die jeweils in den Zählern 102 und 104 geladen sind, erreicht, gehen die Ausgänge r' und r" auf einen logisch niederen Wert, wie es bei den Flanken 110 und 112 der Pulse 106 bzw. 108 gezeigt ist. Der niedere logische Wert wird für alle darauffolgenden Linien des Vollbildes zurückgehalten.
Es wird nun auf die Schaltung von Fig. 11 und die Zeitablaufdiagramme von Fig. 12A bis Fig. 12H Bezug genommen, um zu erklären, wie ein Videosignal für die innere Grenze einer ROI bei einem Radius R' erzeugt wird. Bei diesem Beispiel sind nur Linien 3 bis 6 in der ROI, derart, daß r' gleich 3 und r" gleich 6 sind. Die Vollbildstart-Signale SOF in Fig. 12 A werden an die Voreinstell-Eingänge (P-Eingänge; P = Preset) eines J/ -Gerät 114 und eines J/ -Geräts 116 angelegt. Die Linienstartsignale SOL in Fig. 12B, bei denen die Liniennummern angezeigt sind, werden an die Takteingänge angelegt. Das Signal r' von Fig. 8, das in Fig. 12C gezeigt ist, wird an den -Eingang des J/ -Geräts 114 angelegt, während das Signal r" von Fig. 8, das in Fig. 12D gezeigt ist, an den Eingang des J/ -Geräts 116 angelegt wird. Die Ausgabe Q des Geräts 114, die in Fig. 12E gezeigt ist, welche hoch ist, wenn die Liniennummer ≥ r' ist, wie es in Fig. 12E dargestellt ist, wird an einen Eingang eines UND-Gatters 118 angelegt, während die Ausgabe Q des Geräts 116, die in Fig. 12F gezeigt ist, welche hoch ist, wenn die Liniennummer ≤ r" ist, wie es in Fig. 12F dargestellt ist, an einen anderen Eingang des UND-Gatters 118 angelegt wird.
Das Signal R' für die innere Grenze, das entlang jeder Linie durch die Schaltung von Fig. 7 geschaffen wird, welches durch die durchgezogenen Linien in Fig. 12G dargestellt ist, wird an einen monostabilen Multivibrator 120, der mit einer fallenden Flanke getriggert wird, angelegt, während die Ausgabe desselben an einen anderen Eingang des UND-Gatters 118 angelegt wird. Wenn die Liniennummer daher ≥ r' und ≤ r" ist, bewirkt ein schmaler Puls, der durch den Multivibrator 120 geliefert wird, daß die Ausgabe des UND-Gatters 118 hoch wird, wie es in Fig. 12H gezeigt ist. Dies tritt nur bei den aufeinanderfolgenden Linien 3 bis 6 von Fig. 128 auf, die sich innerhalb der ROI befinden. Die Ausgabe des UND-Gatters 118 steht für die innere Grenze der ROI und wird dem Ausgang O der ROI-Steuerung 56 auf eine nachfolgend beschriebene Art und Weise zugeführt.
Es wird nun auf die Schaltung von Fig. 13 und die Zeitablaufdiagramme von Fig. 12A bis 12G und 12I Bezug genommen, um zu erklären, wie ein Signal für die äußere Grenze der ROI bei einem Radius R" erzeugt wird. Der Ausgang Q des J/ -Geräts 114 von Fig. 11 und der Ausgang Q des J/ -Geräts 116 von Fig. 11 werden mit Eingängen eines UND-Gatters 122 verbunden, während das Signal R" von Fig. 7 zu einem monostabilen Multivibrator 124, der mit einer fallenden Flanke getriggert wird, gekoppelt wird, wobei der Ausgang des Multivibrators 124 mit einem dritten Eingang des UND-Gatters 122 verbunden ist, um schmale Pulse bei einem Radius R" zu erzeugen, der durch gestrichelte Linien in Fig. 12G gezeigt ist. Daher erzeugen nur diese Abtastlinien mit einer Anzahl ≥ r' und ≤ r" einen schmalen Puls am Ausgang des UND-Gatters 122. Dies tritt bei aufeinanderfolgenden Linien 3 bis 6 von Fig. 128 auf. Die Ausgabe des UND-Gatters 122 steht für die äußere Grenze der ROI und wird zu dem Ausgang O der ROI-Steuerung 56 gekoppelt.
Fig. 14 stellt eine Schaltung zum Erzeugen eines Signals dar, um die linke Grenze der ROI entlang der radialen Linie r' zu bilden, welche in diesem Beispiel die dritte Abtastlinie eines Vollbildes ist. SOF-Signale werden am Voreinstell-Eingang eines J/ -Geräts 126 angelegt, während die SOL-Signale an den Eingang J desselben, und die Ausgabe eines NAND-Gatters 128 an den Eingang desselben angelegt werden. Wie es in dem Zeitablaufdiagramm 15G gezeigt ist, ist die Eingabe in den Anschluß ein negativer Puls, der auftritt, wenn r' von Fig. 8 aktiviert ist. Dieser Puls wird abgeleitet, indem r' von Fig. 8 an den Eingang D eines D- Typ-Flip-Flops 130, welches durch den Punktzähler getaktet wird, und an einen Invertierer 132 angelegt wird. Die Ausgabe des Invertierers 132 ist das Negative von r' und wird an einen Eingang des NAND-Gatters 128 angelegt, während die Ausgabe Q des D-Typ-Flip-Flops 130 an den anderen Eingang des NAND-Gatters 128 angelegt wird. Die Punktzählersignale, die entlang jeder Abtastlinie auftreten, werden an den Takteingang des J/ -Geräts 126 angelegt, während der Ausgang Q desselben mit einem Eingang eines UND-Gatters 134 verbunden ist. Das Signal R' von Fig. 7 wird über einen Invertierer 136 an einen anderen Eingang des UND-Gatters 134 angelegt, während das Signal R" von Fig. 7 an einen dritten Eingang des UND-Gatters angelegt wird.
Im Betrieb ist das Signal Q von Fig. 15H nur während einer gesamten Linie mit einer Nummer, die gleich r' ist, hoch, welches bei der hinteren Flanke 138 von Fig. 15D startet, wobei, wie es aus den Fig. 15J und 15K zu sehen ist, R' und R" beide nur zwischen der Entfernung von R' und R" innerhalb einer Abtastlinie hoch sind, derart, daß die Ausgabe des UND-Gatters 134 nur zwischen den Entfernungen von R' und R" auf der Linie r' hoch ist.
Mit Ausnahme der Ersetzung von r" für r' ist die Schaltung von Fig. 16 zu der Schaltung von Fig. 14 gleich. Bei diesem Beispiel entspricht r" der Abtastlinie 5. Die entsprechenden Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen wie vorher bezeichnet. Die Schaltung von Fig. 16 wirkt, wie es in den Fig. 15A bis C, I, J, K, M, N und O dargestellt ist, um ein Signal für die rechte Grenze der ROI entlang der radialen Linie r" zu erzeugen. Die Ableitung von Q für Fig. 15N ist nicht durch Signalformen dargestellt, dieselbe ist jedoch der Ableitung von Q in Fig. 15H ähnlich. Es wird jedoch angemerkt, daß Q bei der fünften radialen Abtastlinie r" und nicht bei der dritten radialen Linie r' wie in Fig. 14 in den hohen Zustand übergeht.
Fig. 17 zeigt, wie die Signale für die innere, äußere, linke und rechte Begrenzungslinie, die jeweils an den Ausgängen der UND-Gatter 118 von Fig. 11, 122 von Fig. 13, 134 von Fig. 14 und 134 von Fig. 16 erscheinen, kombiniert werden, um ein analoges Signal O an einem Ausgang der ROI-Steuerung 56 zu schaffen, das an die Anzeigeeinrichtung 6 angelegt werden kann, um die ROI zu skizzieren. Die Ausgaben dieser UND-Gatter werden an die jeweiligen Eingänge eines ODER-Gatters 138 angelegt, das über einen Widerstand 140 und einen Summierverstärker 142 an die Anzeigeeinrichtung 6 gekoppelt ist. Die analogen Signale, die von dem Abtastgerät 2 für das Querschnittsbild abgeleitet werden, werden über einen Widerstand 146 zu dem Summierverstärker 144 gekoppelt, während die Werte dieser Widerstände derart ausgewählt werden, daß das Signal O von der ROI-Steuerung 56 von Fig. 1 ein maximales Weiß produziert, wenn die Ausgabe des ODER-Gatters 138 hoch ist, und dem analogen Videosignal entspricht, wenn die Ausgabe des ODER-Gatters 138 niedrig ist.

Erzeugung des Freigabesignals E

Fig. 18 stellt schematisch eine Schaltung zum Erzeugen des Signals E dar, das durch die ROI-Steuerung 56 von Fig. 1 geliefert wird, welches verwendet wird, um die Schaltungen 42, 52 und 54 nur freizugeben, wenn die durch das Abtastgerät gelieferten elektrischen Signale als Reaktion auf Reflexionen von Punkten innerhalb der interessierenden Region ROI vorhanden sind. Die Komponenten, die denen von Fig. 11 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen wie vorher bezeichnet und arbeiten auf dieselbe Art und Weise. Das J/ -Gerät 114' gibt eine logisch hohe Ausgabe bei Q aus, wenn die Liniennummer in einem Vollbild ≥ r' ist, wie es durch Fig. 12E gezeigt ist, während das J/ -Gerät 116' ein logisch hohes Signal ausgibt, wenn die Liniennummer in einem Vollbild ≤ r' ist, wie es in Fig. 12F gezeigt ist. Diese Ausgaben werden an das UND-Gatter 118' angelegt. Das Signal R' von der Schaltung von Fig. 7 wird an einen Invertierer 148 angelegt, um R' zu erzeugen, wie es in Fig. 15J gezeigt ist. Die Signale R' und R" werden an das UND-Gatter 118 angelegt. Somit gibt das UND-Gatter 118' ein Signal E aus, das ein logisch hohes Signal ist, wenn die an dem Abtastgerät 2 ankommenden Echosignale von innerhalb der ROI stammen. Das Anlegen des Signals E an die Schaltungen 42, 52 und 54 gibt dieselben nur frei, wenn derartige Reflexionen empfangen werden.

Allgemeiner Kommentar

Obwohl das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel darauf ausgerichtet ist, den Rand zwischen Gewebe und Blut in einer Kammer zu bestimmen, könnte dasselbe ebenfalls verwendet werden, um den Rand oder die Grenze anderer Fluid-gefüllter Hohlräume oder den Rand zwischen zwei Geweben, wie z.B. einem gesunden Gewebe und dem Gewebe eines Tumors, zu bestimmen. Durch Verwenden von zwei Komparatoren mit unterschiedlichen Referenzwerten, die an dieselben angelegt werden, können ferner die Ränder zwischen drei Geweben identifiziert werden. Während dieses Ausführungsbeispiel mit Hardware-Elementen realisiert wurde, könnte ein Fachmann die Lehren dieser Erfindung ebenfalls in Software- oder Firmware-Form unter Verwendung von logischen Elementen, wie z.B. von Allzweck- oder Spezialzweck-Computern, programmierbaren logischen Arrays, RAM's oder ROM's, implementieren.
Obwohl die integrierte Rückstreuung gewöhnlich von Hochfrequenzsignalen abgeleitet wird, können ein Signal, das der integrierten Rückstreuung proportional ist, aus einem unkomprimierten Vollausschlag-Videosignal abgeleitet werden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Abtastgerät als die Signaiquelle, es könnten jedoch andere Quellen, wie z.B. eine Aufzeichnung auf einer Platte oder einem Band verwendet werden, wobei jedoch das Verfahren vor der Gewebeanzeige (dem Komparator) davon abhängen würde, ob die Aufzeichnung ein HF-Signal, ein komprimiertes Video- oder ein Vollausschlag-Videosignal ist. Auf jeden Fall werden unter Verwendung der Majoritätsvotum-Schaltung bessere Resultate erzielt. Vorzugsweise sollte die Signalverarbeitung die Ableitung der Amplitude der integrierten Rückstreuung von dem Hochfrequenz signal sein.
Die Erfindung wurde in einem System beschrieben, das ein Abtastgerät verwendet, wobei die verwendeten Signale jedoch Zahlen an den jeweiligen Pixeln sein könnten, die den Wert einer gegebenen Charakteristik anzeigen, wodurch ein Rand oder eine Grenze auf dieselbe Art und Weise erfaßt werden könnte.

Claims

1. Vorrichtung zum Ableiten von Signalen, die die Positionen von Rändern eines Hohlraums innerhalb eines Körpers entlang von Linien anzeigen, mit folgenden Merkmalen:

einem Abtastgerät (2) zum Übertragen von Ultraschallpulsen in den Körper entlang aufeinanderfolgender Abtastlinien und zum Ableiten eines ersten Signals von Reflexionen der Pulse an Reflektoren in jeder Abtastlinie,

einer Anzeigeeinrichtung (14) zum Erzeugen eines zweiten Signals, wenn das erste Signal oder ein verarbeitetes Signal, das von demselben abgeleitet worden ist, einen gegebenen Referenzwert überschreitet, und zum Erzeugen eines dritten Signals, wenn das erste Signal oder das verarbeitete Signal, das von demselben abgeleitet worden ist, kleiner als der gegebene Referenzwert ist, und

einer Randanzeigeeinrichtung (28),

gekennzeichnet durch

eine Majoritätsvotum-Einrichtung (20) zum Erzeugen eines vierten Signals, wenn das zweite Signal bei einer bestimmten Entfernung bei einer Majorität aus einer gegenwärtigen Linie und einer gegebenen Anzahl von vorherigen Linien auftritt, und eines fünften Signals, wenn das dritte Signal bei einer bestimmten Entfernung bei einer Majorität aus der gegenwärtigen Linie und der gegebenen Anzahl von vorherigen Linien auftritt, wobei die Randanzeigeeinrichtung (28) ein sechstes Signal erzeugt, wenn die Ausgabe der Majoritätsvotum-Einrichtung (20) von dem vierten oder fünften Signal auf das jeweils andere wechselt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 mit folgendem Merkmal:

einer Einrichtung (12) zum Erzeugen des verarbeiteten Signals aus dem ersten Signal als ein Signal, das eine integrierte Rückstreuung darstellt, um das Signal, das die integrierte Rückstreuung darstellt, an die Majoritätsvotum-Einrichtung (20) anzulegen.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 mit folgendem Merkmal:

einer Einrichtung (16) zum Koppeln des ersten Signals, das an dem Ausgang erscheint, zu der Anzeigeeinrichtung (28).

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 mit folgendem Merkmal:

einer Signalverarbeitungseinrichtung (12), die einen Eingang aufweist, der mit dem Abtastgerät (2) zum Empfangen des ersten Signals und zum Erzeugen des verarbeiteten Signals gekoppelt ist, wobei das verarbeitete Signal an die Anzeigeeinrichtung (12) angelegt wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei

das erste Signal die Amplitude der Reflexion eines Pulses akustischer Druckwellen von Punkten entlang der Abtastlinie darstellt; und

die Signalverarbeitungseinrichtung (12) verarbeitete Signale erzeugt, die die Amplitude der integrierten Rückstreuung der Signale darstellt.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei

das sechste Signal, das von der Randanzeigeeinrichtung (28) erzeugt worden ist, verwendet wird, um die Ränder des Hohlraums innerhalb des Körpers in einem Bild darzustellen.

7. Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 mit folgenden Merkmalen:

einer Einrichtung (U1), die mit dem Abtastgerät (2) synchronisiert ist, zum Erzeugen einer Spannung während einer Abtastlinie, derart, daß die Integration derselben ein Signal liefert, das entweder der Fläche zwischen aufeinanderfolgenden radialen Abtastlinien oder der Fläche zwischen aufeinanderfolgenden parallelen Abtastlinien entspricht, und

einer Einrichtung (S2, U3) zum Integrieren der Spannung nur dann, wenn die Anzeigeeinrichtung (14) das zweite Signal erzeugt, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, das eine inkrementale Fläche darstellt, die zwischen den Rändern eines Fluid-gefüllten Hohlraums und zwischen aufeinanderfolgenden Abtastlinien liegt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei

die Einrichtung zum Erzeugen der Spannung einen Integrator (U1) aufweist, der eine Gleichspannung aufweist, die an seinen Eingang angelegt ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei

das Abtastgerät (2) Pulse am Start jeder Linie und Pulse am Start jedes Vollbilds erzeugt, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung (56, Fig. 7, 8, 11, 13, 14, 16), die auf die Pulse am Start jedes Vollbilds und auf die Pulse am Start jeder Linie anspricht, zum Ableiten eines Signals, das die Grenzen einer interessierenden Region in jedem Vollbild definiert.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, mit folgendem Merkmal:

einer Einrichtung (56, Fig. 18), die auf die Pulse am Start jedes Vollbilds und auf die Pulse am Start jeder Linie anspricht, zum Erzeugen eines Freigabesignals nur dann, wenn die elektrischen Signale als Reaktion auf Reflexionen der übertragenen Ultraschallpulse an Punkten innerhalb der interessierenden Region vorhanden sind.

11. Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, wobei

der Hohlraum eine Kammer ist und das Abtastgerät (2) die Pulse in Richtungen überträgt, die nahezu senkrecht zu der langen Achse der Kammer sind, wobei die Vorrichtung ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine Einrichtung (U1, U3, U4, M) zum Erzeugen von Signalen, die jeweils inkrementale Volumina darstellen, die das Produkt der Fläche eines Kreise mit einem Durchmesser, der der Entfernung gleich ist, während der die ersten Ausgangswerte auftreten, und der Durchschnittsabmessung der entsprechenden inkrementalen Fläche entlang der langen Achse des Hohlraums sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 mit folgendem Merkmal:

einer Einrichtung (U5) zum Summieren der Signale, die inkrementale Volumina darstellen.

13. Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 12 mit folgendem Merkmal:

einer Einrichtung (U2) zum Integrieren aufeinanderfolgender erster Ausgangssignale, um ein zweites Ausgangssignal abzuleiten, das eine Querschnittsfläche des Hohlraums darstellt.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei

der Hohlraum eine Herzkammer eines Patienten ist, und

das Abtastgerät (2) die Ultraschallpulse entlang von Abtastlinien überträgt, die nahezu senkrecht auf der langen Achse oder der kurzen Achse sind, derart, daß das Querschnittsflächensignal entweder die Querschnittsfläche der langen Achse (ALA) oder die Querschnittsfläche der kurzen Achse (ASA) der Kammer darstellt,

die Vorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung (44, 46, 48), zum Potenzieren des zweiten Ausgangssignals mit dem Exponenten 3/2; und

eine Einrichtung (50) zum Multiplizieren des so erhaltenen Ergebnisses mit einer Funktion eines Verhältnisses ("a") der Querschnittsflächen der langen Achse und der kurzen Achse (ALA, ASA) und einem Koeffizienten, der von einer angenommenen Gestalt des Hohlraums abhängt, um ein drittes Ausgangssignal zu erzeugen, das dem Volumen des Hohlraums entspricht.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der der Koeffizient folgendermaßen lautet:

2/3 [4/π] a oder 2/3 [4/π] 1/ a oder

[π/4] a oder [π/4] 1/ a oder

5/6 8/(4+π) [π/4] a oder 5/6 8/(4+π) [π/4] 1/ a oder

4/3 [4/π] a oder 4/3 [4/π] 1/ a ;

wobei "a" das Verhältnis der Querschnittsflächen der langen Achse und der kurzen Achse ist.

16. Vorrichtung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 15 mit folgenden Merkmalen:

einem ersten Integrator (U1) mit einem Eingang und einem Ausgang,

einer Einrichtung (70) zum Anlegen einer Gleichspannung an den Eingang,

einem zweiten Integrator (U3) mit einem Eingang und einem Ausgang,

einer Schalteinrichtung (S2) zum Koppeln des Ausgangs des ersten Integrators (U1) an den Eingang des zweiten Integrators (U3) als Reaktion auf das erste Signal, wobei das erste Signal anzeigt, bis wann Pulse von Fluid reflektiert worden sind,

einem dritten Integrator (U4) mit einem Eingang und einem Ausgang,

einer Einrichtung (80, S7) zum Anlegen einer Gleichspannung an den Eingang des dritten Integrators als Reaktion auf das erste Signal;

einem Multiplizierer (M) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei die beiden letzteren Eingänge jeweils mit den Ausgängen des zweiten und des dritten Integrators gekoppelt sind,

einer Einrichtung L zum Rücksetzen des ersten, des zweiten und des dritten Integrators, nachdem Reflexionen jedes Pulses aus einer maximalen Entfernung empfangen worden sind, und

einer Einrichtung (U5), die mit dem Ausgang des Multiplizierers gekoppelt ist, zum Summieren der Signale, die in derselben auftreten, als Reaktion auf eine gegebene Anzahl von Pulsen.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen:

einem ersten Integrator (U4) mit einem Eingang und einem Ausgang,

einer Einrichtung (L) zum Rücksetzen des ersten Integrators (U4), nachdem die Reflexionen jedes Pulses aus einer maximalen Entfernung das Abtastgerät (2) erreicht haben,

einer Einrichtung (80) zum Koppeln einer Gleichspannung an den Eingang als Reaktion auf das erste Signal,

einem Multiplizierer (M) mit zwei Eingängen,

einer Einrichtung zum Koppeln des Ausgangs des ersten Integrators an jeden der Eingänge des Multiplizierers;

einem zweiten Integrator (S/H) mit einem Eingang und einem Ausgang,

einer Einrichtung (F) zum Rücksetzen des zweiten Integrators, nachdem eine gegebene Anzahl von Pulsen durch das Abtastgerät (2) übertragen worden sind; und

einer Einrichtung (82) zum Koppeln des Eingangs des zweiten Integrators (S/H) an den Ausgang des Multiplizierers (M), wodurch ein Signal an den Ausgang des zweiten Integrators erzeugt wird, welches das Volumen des Hohlraums darstellt.