DE69119589T2

DE69119589T2 - Automatische Optimalisierung der gleichmässigen Intensität eines Bildes für ein Ultraschallabbildungsystem

Info

Publication number: DE69119589T2
Application number: DE1991619589
Authority: DE
Inventors: Sorin Dipl Ing Gruenwald; Reinhard Dipl Ing Warnking
Original assignee: Dornier Medizintechnik GmbH
Current assignee: Dornier Medizintechnik GmbH
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2011-09-27
Also published as: DE69119589D1; EP0533976B1; EP0533976A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Optimierung der Bildgleichmäßigkeit eines Ultraschallabbildungssystems (UIS - ultrasound imaging system). Derartige Ultraschallabbildungssysteme werden insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Untersuchung mittels Ultraschallechos benutzt.
Vom gerätetechnischen Standpunkt aus wird die Bildgüte eines Ultraschallabbildungssystems durch drei Parameter bestimmt: (a) Detailauflösung, (b) Kontrastauflösung, (c) Gleichmäßigkeit im gesamten Bildfeld.
Diese Parameter bieten objektive Maße für die Bildgüte. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Bildgüte eines Ultraschallabbildungssystems aus dem Gesichtspunkt der Bildgleichmäßigkeit angesprochen.
Die Bildgleichmäßigkeit wird durch die Ultraschalldämpfung in Geweben und auch durch mehrere Faktoren, die sich auf die Einstellungen des UIS, z.B. Ultraschallsendeleistung, und Signalverarbeitungsalgorithmen beziehen, bestimmt.
Bei einem UIS des Standes der Technik besteht die einzige Art zur Steuerung der Bildgleichmäßigkeit in der Steuerung der Kompensation der Ultraschalldämpfung in Geweben. Aufgrund der technischen Vorgehensweise bei der Kompensation der Ultraschalldämpfung wird dieses Kompensationsverfahren auch Zeit-Verstärkung-Kompensation genannt. Bei den meisten verfügbaren Ultraschallabbildungssystemen des Standes der Technik wird die Kompensation der Ultraschalldämpfung von Hand ausgeführt. Diese Handsteuerung erfordert sehr viel Erfahrung von dem Untersuchenden und ist mit ziemlich großem Zeitaufwand verbunden.
Bei einigen der verfügbaren Ultraschallabbildungssysteme kann zwar die Zeit-Verstärkung-Kompensation automatisch durchgeführt werden, aber andere, die Bildgleichmäßigkeit beeinflussende Parameter, müssen immer noch von Hand eingestellt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die Optimierung der Bildgleichmäßigkeit eines Ultraschallabbildungssystems bereitzustellen.
Aus EP 0 220 631 A1 ist es bekannt, durch einen Ultraschallwandler zugeführte Echosignale in einem Verstärker mit regelbarer Verstärkung zu verstärken und die so verstärkten Echosignale in einen Bildspeicher einzuspeisen. Ein Steuersignalgenerator ist vorgesehen, um Steuersignale für die Verstärkung des Verstärkers auszugeben. Der Inhalt des Bildspeichers wird zu einem Histogrammpuffer übertragen, damit das Histogramm von einem Histogrammanalysator ausgewertet wird, um abschließend Verstärkungs- und Schwellwerte für den Steuersignalgenerator bzw. einen Vergleicher zu erzeugen, der Fixpunkte für Gewebeidentität für den Steuersignalgenerator bereitstellt. Während der Signalweiterverarbeitung wird in Verbindung mit der Histogrammauswertung ein Tiefpaßfilter benutzt. Dieses bekannte System bedient sich jedoch nicht einer zweidimensionalen Tiefpaßfilterung, die direkt auf den Inhalt des Bildspeichers angewandt wird, und berücksichtigt keine anderen Beeinflussungsfaktoren wie beispielsweise Sendeleistung, Graustufenpegel und Zieltiefe, wie es die vorliegende Erfindung tut.
Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Rückkopplungsschleife realisiert, aufgrund derer die Faktoren bestimmt werden, die neben der Ultraschalldämpfung die Bildgleichmäßigkeit eines UIS beeinflussen. Die Variation dieser Faktoren hinsichtlich ihrer optimalen Werte wird berechnet, und die Ergebnisse werden in der obenerwähnten Rückkopplungsschleife benutzt, um das System in seinen optimalen Zustand hinsichtlich der Bildgleichmäßigkeit zu treiben. Darüber hinaus wird mit der Rückkopplungsschleife gleichzeitig eine verbesserte automatische Dämpfungskompensation bereitgestellt.
Die Erfindung wird ausführlich anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 eine diagrammatische Darstellung einer Vorrichtung des Standes der Technik und
Figur 2 eine diagrammatische Darstellung einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung des Standes der Technik für die automatische Regelung der Ultraschalldämpfungskompensation (Zeit-Verstärkung-Kompensation) in einem UIS nach US 4 733 668. Der Kern der Vorrichtung ist ein Steuersignalgenerator 22. Ein Eingangssignal 32 des besagten Signalgenerators 22 kommt von einer Schwellwertschaltung 30. Die Schwellwertschaltung 30 wird zum Ansteuern des Steuersignalgenerators 22 als Funktion von aus dem Ultraschallwandlerausgang 120 kommenden Ultraschallechomustern benutzt. Mit dem Ausgangssignal 116 des Steuersignalgenerators 22 wird ein Verstärker 10 zur Verstärkung der Ausgabe 120 des Ultraschallwandlers angesteuert, um die Ultraschalldämpfung im untersuchten Körper zu kompensieren. Das verstärkte Signal 122 wird dann A/D-gewandelt (A/D-Wandler 11) und in den Bildspeicher 12 des UIS eingespeist. In einem solchen System ist die Dämpfungskompensation das einzige Mittel zur automatischen Regelung der Bildgleichmäßigkeit. Andere Einflußfaktoren müssen von Hand über einen zweiten Eingang 34 des Steuersignalgenerators 22 eingestellt werden. So wird die Zeit-Verstärkung-Kompensation nach dem Stand der Technik durch Verwendung von Schwellwertschaltungen und durch Anwendung von Vorkenntnissen über charakteristische Echomuster durchgeführt.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung zur automatischen Regelung von Bildgleichmäßigkeit nach der vorliegenden Erfindung.
Das Wandlerausgangssignal 120 des UIS wird vom Verstärker 10 verstärkt, vom A/D-Wandler 11 A/D-gewandelt und in den Bildspeicher 12 des UIS eingespeist.
Ein Ausgang 126 des Bildspeichers 12 führt zu einem Videoausgangsprozessor des UIS. Ein anderer Ausgang 128 des Bildspeichers 12 ist mit einem zweidimensionalen Tiefpaß-Raumfilter 20 verbunden, wo der Inhalt des Ultraschallbildspeichers 12 gefiltert wird, um einen Durchschnittsamplitudenwert 100 als Ausgangssignal zu erhalten. Das Ausgangssignal 100 des Tiefpaß-Raumfilters 20 wird vom Multiplizierer 1 mit einem zur Ultraschallsendeleistung des UIS proportionalen Signal 102 gewichtet. Gleichermaßen wird das Ausgangssignal 100 des Tiefpaßfilters 20 durch den Multiplizierer 2 mit einem zu den Graustufencharakteristika der Anzeigeeinheit des UIS proportionalen Signal 104 und durch den Multiplizierer 3 mit einem zur Tiefe des angezeigten Zieles, ausgedrückt durch den Faktor Brennweitenbereich/Bildlauf des UIS, proportionalen Signal 106 gewichtet. Durch den Addierer 21 werden die Ausgangssignale 108, 110, 112 der Multiplizierer 1, 2, 3 zum Ausgangssignal 100 des Tiefpaßraumfilters 20 hinzuaddiert. Hier wird durch das nichtgewichtete Signal 100 die Ultraschalldämpfung in dem interessierenden Bereich im untersuchten Körper berücksichtigt. Mit dem Ausgangssignal 114 des Addierers 21 wird ein Steuersignalgenerator 22 gemäß den Rückkopplungsinformationen angesteuert, um die Verstärkung des Verstärkers 10 zu steuern. Das Ausgangssignal 122 des Verstärkers 10 stellt das in bezug auf Bildgleichmäßigkeit optimierte Ultraschallechosignal dar. Die beschriebenen Signalwege stellen eine Rückkopplungsschleife dar: die gespeicherten Ultraschallinformationen werden zur automatischen Einstellung der Istwerte der Faktoren, die die Bildgleichmäßigkeit beeinflussen, benutzt.
Infolge der vorliegenden Erfindung werden
- die Dauer einer medizinischen Untersuchung drastisch verringert,
- die Reproduzierbarkeit der Untersuchung verbessert,
- die Zuverlässigkeit der mit Ultraschallabbildungssystemen verbundenen therapeutischen Verfahren, z .B. Lithotripsie, verbessert.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Optimierung der Bildgleichmäßigkeit eines durch eine Bildanzeige eines Ultraschallabbildungssystems (UIS - ultrasound imaging system) anzuzeigenden Bildes mit folgenden Schritten: Verstärken in einem Verstärker (10) der von einem Ultraschallwandler zugeführten Echosignale (120) und Einspeisen der so verstärkten Echosignale in einen Ultraschallbildspeicher (12), Verwenden eines Tiefpaßfilters während der Signalweiterverarbeitung und abschließend Bilden eines Steuersignals (116) zur Steuerung der Verstärkung des besagten Verstärkers (10), gekennzeichnet durch

- Anwenden einer zweidimensionalen Tiefpaß-Raumfilterung auf den Inhalt des Ultraschallbildspeichers (12) zur Erzeugung eines Durchschnittsamplitudenwertes (100), der die Ultraschalldämpfung im interessierenden Gebiet des untersuchten Körpers berücksichtigt,

- Gewichten des besagten Durchschnittsamplitudenwertes (100) mit einem zur Ist-Ultraschallsendeleistung des UIS proportionalen Signal (102),

- Gewichten der besagten Durchschnittsamplitude (100) mit einem zu den Ist-Graustufencharakteristika der Anzeigeeinheit des UIS proportionalen Signal (104), und

- Gewichten des besagten Durchschnittsamplitudenwertes (100) mit einem zur Tiefe des angezeigten Ziels, ausgedrückt in Faktoren Brennweitenbereich/Bildlauf, proportionalen Signal (106),

- dadurch Bilden von gewichteten Signalen (108, 110, 112),

- Zuaddieren des besagten Durchschnittsamplitudenwertes (100) zu besagten gewichteten Signalen (108, 110, 112) zur Erzeugung eines Summensignals (114), und

- Verwenden des besagten Summensignals (114) zur Erzeugung des besagten Steuersignais (116).

2. Vorrichtung zur automatischen Optimierung der Bildgleichmäßigkeit eines durch eine Bildanzeige eines Ultraschallabbildungssystems (UIS) anzuzeigenden Bildes mit einem Verstärker (10) zur Verstärkung von durch einen Ultraschallwandler zugeführten Echosignalen (120), einem Bildspeicher (12) zur Aufnahme der besagten Echosignale nach deren Verstärkung, einem Tiefpaßfilter und einem Steuersignalgenerator (22) zur Steuerung der Verstärkung des besagten Verstärkers (10), weiterhin mit folgendem:

- einem zur Erzeugung eines Durchschnittsamplitudenwertes (100) mit einem Ausgang (128) des besagten Bildspeichers (12) verbundenen zweidimensionalen Tiefpaßfilter (20),

- einer Gewichtungsschaltung mit Mitteln (1, 2, 3) zum Gewichten des besagten Durchschnittsamplitudenwertes (100) mit Signalen (102, 104, 106) in Abhängigkeit vom Pegel der Ultraschallsendeleistung, von den Ist- Graustufencharakteristika und von dem Istfaktor Brennweitenbereich/Bildlauf des UIS, und dadurch Bilden von gewichteten Signalen (108, 110, 112),

- einem Addierer (21) zum Zuaddieren des besagten Durchschnittsamplitudenwertes (100) zu besagten gewichteten Signalen (108, 110, 112) zur Erzeugung eines Summensignals (114), wobei der Ausgang des besagten Addierers (21) mit dem besagten Steuersignalgenerator (22) verbunden ist.