DE69203203T2

DE69203203T2 - Verstärkungsteuerung für Ultraschallsystem.

Info

Publication number: DE69203203T2
Application number: DE69203203T
Authority: DE
Inventors: Carolyn E Fraser; Andreas M Meyer; David M Prater
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2012-09-04
Also published as: JPH05220144A; JP3494668B2; EP0539697A1; DE69203203D1; US5257624A; EP0539697B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf das Merkmal einer vom Bediener einstellbaren Verstärkungssteuerung zum Steuern der Verstärkung eines Ultraschallabtastsystems als eine Funktion des Abtastwinkels eines empfangenen Strahls.
Bestehende Ultraschallabtastsysteme verwenden mehrere Techniken zum Steuern der Sende- oder Empfangs-Kanalverstärkungen. Zumindest einige dieser Verstärkungen sind vom Bediener einstellbar, um das Darstellen des gewünschten Bildes auf dem Anzeigebildschirm zu unterstützen. Z.B. beinhaltet das Ultraschallsystem SONOS 1000 von Hewlett-Packard eine vom Bediener einstellbare Sendeverstärkungssteuerung. Das Verändern dieser Steuerung beeinflußt die Intensität des gesamten Signals, das angezeigt wird. Ebenfalls gut bekannt ist die Zeitverstärkungskompensations-Funktion (TGC-Funktion; TGC = Time Gain Compensation), die es einem Bediener ermöglicht, die Empfangskanalverstärkung in diskreten Schritten als eine Funktion der Entfernung vom Ursprung des Strahls einzustellen. Die TGC-Steuerung ermöglicht die Einstellung der Verstärkung, um die Dämpfung des Ultraschallsignals zu kompensieren, wenn sich dieselbe durch das Medium, das abgetastet wird, ausbreitet. Letztlich kann es erwünscht sein, die ungleichmäßige Signalantwort eines Wandlers als eine Funktion der Winkelposition dieses Ultraschallstrahls zu kompensieren. Dies wird bei einem System, wie z.B. dem SONOS 1000, erreicht, indem Verstärkungskompensationswert-Signale in einem Speicher gespeichert werden, die die Empfangsverstärkung an jeder Position des Strahls einstellen, um diese ungleichmäßige Antwort zu kompensieren. Ein Satz von Korrekturkoeffizienten kann für jeden Wandler eines speziellen Typs oder Frequenz gespeichert sein. Diese Kompensationswerte sind im allgemeinen nicht vom Bediener einstellbar.
Die GB-A-2146121 beschreibt ein Azimut-adaptives Sonar mit phasengesteuertem Array, bei dem eine Steuerschaltung vorgesehen ist, um für jede Array-erzeugte Abtastlinie über einen maximalen Abtastwinkelwert an der Peripherie der Abtastregion hinaus einen festen Verstärkungswert zuzuordnen, wobei die Verstärkungswerte zwischen den Abtastlinien zunehmen, um die Wirkung der unvermeidlich reduzierten Wandlerarray-Aperturgröße beim Abtasten über den maximalen herkömmlichen Abtastwinkel hinaus zu kompensieren (siehe den Oberbegriff des Anspruchs).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist erwünscht, die Verstärkung, und daher die Intensität des angezeigten Signals, als eine Funktion des Abtastwinkels zu modifizieren. Dies kann erwünscht sein, um es einem Mediziner zu ermöglichen, eine spezielle Region des Körpers eines Patienten, wie z.B. die Bewegung einer Wand des Herzens, besser zu analysieren. Eine derartige Verstärkungseinstellung, die entlang der Abtastlinien oder innerhalb eines Bereichs von Abtastwinkeln ausgerichtet ist, kann ferner erwünscht sein, wenn das Ultraschallsignal durch eine Schattenbildung geschwächt ist, die durch anatomische Strukturen, wie z.B. die Rippen oder die Lunge des Patienten, der abgetastet wird, bewirkt wird, oder wenn die Ausrichtung der Gewebefasern des Patienten angezeigte Signale mit einer unannehmbaren Helligkeit zur Folge hat. Schließlich kann eine solche Einstellung bei einem System erwünscht sein, das Techniken zum automatischen Erfassen und Hervorheben derartiger begrenzter Regionen verwendet, wie z.B. die Grenzfläche zwischen der Wand und einer Kammer des Herzens des Patienten. Fehlt eine solche Einstellung, kann es in Regionen, in denen eine Schattenbildung vorliegt, ein Signal geben, das nicht ausreicht, damit solche automatischen Erfassungsschaltungen effektiv arbeiten. Der Betrieb einer solchen Erfassungsschaltung ist detaillierter im U.S. Patent Nr. 5103824 der Anmelderin der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wenn es erwünscht ist, die Helligkeit eines speziellen Teilsektors einer Anzeige zu erhöhen, liefert keine der oben beschriebenen Techniken eine annehmbare Lösung. Die Erhöhung der gesendeten Leistung kann eine unannehmbare Helligkeit oder Rauschsignale in anderen Regionen des Bildschirms zur Folge haben. Das Einstellen der TGC-Steuerungen würde die Verstärkung in einem radialen Band modifizieren, bezogen auf den Ursprung des angezeigten Signals. Dies wiederum kann Signale mit einer unannehmbaren Helligkeit in anderen Regionen dieses radialen Bands zur Folge haben. Letztlich wären die Koeffizienten, die in dem Kompensationsschaltungsaufbau der Sonde gespeichert sind, für den Bediener nicht verfügbar, um die gewünschten Verstärkungscharakteristika zu erreichen.
Es ist eine grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur zu schaffen, um zu ermöglichen, daß der Bediener des Systems die Verstärkung des empfangenen Signals als eine Funktion der Position des Strahls verändert. Eine derartige Verstärkungssteuerung wird hierin als laterale Verstärkungssteuerung oder LGC (LGC = Lateral Gain Control) bezeichnet.
Die Erfindung liefert mindestens einen vom Bediener einstellbaren LGC-Befehl zum Ändern der Systemverstärkung als eine Funktion der Verschiebung einer speziellen Abtastlinie aus einem Referenzpunkt, wobei die Verstärkung entlang der Abtastlinie als eine Funktion ihres Abstandes von dem Wandler des Systems im wesentlichen konstant ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt das Abtastformat des bevorzugten Ausführungsbeispiels ebenso wie die Anwendung einiger der Verstärkungssteuerungs-Techniken, die hierin erörtert sind, dar;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung einer Verstärkungsglättung, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet ist; und
Fig. 4 ist ein Programm-Flußdiagramm für den Prozessor, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 1 zeigt das Abtastformat und einen Teil der Terminologie, die bei der Erläuterung der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll. Ein Abtastsektorformat 2, das von einem Ultraschallabtastsystem, das bei Herzuntersuchungen verwendet wird, erzeugt werden kann, besitzt typischerweise die Form eines Keils mit einem Ursprungspunkt 4. Abtastlinien, wie z.B. 6, stellen ein gesendetes und empfangenes Signal in einem speziellen Winkel dar, wie bezüglich einer Referenz gemessen, wie z.B. einem Rand der Abtastregion. Diese Abtastlinien werden im allgemeinen nicht direkt angezeigt, sondern werden durch die gut bekannte Technik der Abtastwandlung verarbeitet, die keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet und hierin nicht erörtert werden wird. Die Region 8 ist ein Beispiel einer Verstärkungsmodifikation durch eine Zeitverstärkungs-Kompensation (TGC). Die Verstärkung in der Region 8 kann von einem Bediener in einem Band 8 als eine Funktion dessen radialen Abstandes von dem Ursprung 4 verändert werden. Die Region 10 ist ein Beispiel einer Verstärkungsmodifikation gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Ein Bediener kann die Verstärkung im Teilsektor 10 verändern, welcher eine Region mit einer vorbestimmten Winkelgröße sein kann. Diese Verstärkungssteuerung, hierin als laterale Verstärkungssteuerung (LGC) definiert, ist, anders als die TGC, als eine Funktion ihres radialen Abstandes vom Ursprung 4 konstant. Sie kann ferner in dem Teilsektor 10 konstant sein. Der Teilsektor 12 ist ein anderes Beispiel dafür, wo die LGC verwendet werden kann. Es sollte offensichtlich sein, daß der gesamte Hauptsektor 2 in eine vorbestimmte Anzahl von Teilsektoren, nicht dargestellt, unterteilt sein kann, wobei jeder Teilsektor eine dazugehörige LGC-Funktion besitzt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist diese Erfindung in Verbindung mit einem System verwendet, das ähnlich dem ist, das in dem U.S.-Patent Nr. 4,140,022 beschrieben ist, welches hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das System, das in dem Patent Nr. 4,140,022 beschrieben ist, weist einen variablen Verstärker 26 und eine Verstärkungs-Steuerungsfunktion 94 auf. Die Funktion 94 wird mittels eines ROM 96 gesteuert.
Fig. 2 ist ein kombiniertes Block- und schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der Block 40 stellt eine Benutzerschnittstelle dar, mittels der ein Bediener LGC-Verstärkungswerte für jeden Teilsektor auswählen kann, für den eine laterale Verstärkungssteuerung gewünscht ist. Die Verwendung der vom Bediener einstellbaren Potentiometer 42a bis 42n ist gezeigt. Diese Potentiometer können von dem linearen Typ sein, im Gegensatz zu dem Dreh- Typ, wie z.B. den Potentiometern, die zum Steuern des TGC- Verstärkungsprofils in Systemen, wie z.B. dem SONOS 1000 verwendet sind. Wenn der Sektorbildschirm 2 in n Teilsektoren geteilt werden soll, würden n Potentiometer verwendet werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist n gleich acht. Die analogen Steuerspannungen, die durch die Elemente 42a bis 42n erzeugt werden, werden mittels eines Analog-Multiplexers 44 und eines Analog/Digital-Wandlers 46 in das digitale Format umgewandelt. Dieses digitale Signal wird dem Zentralprozessor 52 zugeführt. Obwohl 52 ein anwendungsspezifischer Prozessor sein kann, ist diese Verarbeitungsfunktion bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Verwendung mehrerer Prozessoren implementiert, die ferner verwendet sind, um andere Systemfunktionen, wie z.B. eine Strahlbildung, zu steuern. Dem Prozessor 52 wird ferner ein LGC-Aktivierungs-Befehl 48 zugeführt, wobei dies über einen Aus/An-Schalters 50 stattfinden kann.
Eine zusätzliche Eingabe in den Prozessor 52 ist die Ausgabe des TGC-Generators 49, der eine TGC-Identifikation und einen -Wert liefert, und der unter Verwendung einer Struktur implementiert sein kann, die ähnlich der ist, die verwendet ist, um die LGC-Befehle zu erzeugen. Ferner wird dem Prozessor 52 die Ausgabe des Wandleridentifikation-Generators 47 zugeführt, der Informationen liefert, die den Typ des Wandlers, der verwendet wird, betreffen.
Wenn die LGC-Steuerungen aktiviert sind, erzeugt der Prozessor 52 einen LGC-Verstärkungswert für jede Abtastlinie, der den Steuersignalen entspricht, die von einem Bediener über die Benutzerschnittstelle 40 ausgewählt werden. Das LGC-Profil kann durch die Rückgewinnung vorberechneter Werte, die in einen inneren Speicher des Prozessors 52 eingegeben sind, erzeugt werden oder kann nach Bedarf berechnet werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite Lösungsansatz verwendet.
Die LGC-Profildaten werden über eine Datenleitung 53 in einen Linienverstärkungs-RAM 54 gelesen. Obwohl dies kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, enthält die Leitung 53 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ferner Verstärkungsinformationen, die sich auf die oben genannte Kompensation von Wandlerverstärkungsänderungen beziehen. Diese Wandlerverstärkungskompensation ist im Speicher gespeichert und wird als Antwort auf einen Befehl (nicht gezeigt), der sich auf den Wandlertyp und dessen Betriebsfrequenz bezieht, zurückgewonnen. Folglich stellen die Daten, die in dem RAM 54 gespeichert sind, für eine gegebene Abtastlinie die Summe des LGC-Signals und des Fühlerkompensationssignals dar.
Der Prozessor 52 kann ferner verwendet werden, um ein TGC- Verstärkungsprofil zu erzeugen, das der Position einer Mehrzahl von vom Bediener ausgewählten Steuerungen (nicht gezeigt) entspricht. Dieses TGC-Verstärkungsprofil wird über eine Datenleitung 55 in einen RAM 56 gelesen.
Daten werden als Antwort auf Informationen, die die spezielle Abtastlinie, die erzeugt wird, welche durch den Linienzähler 58 geliefert wird, und den Linientyp (z.B. Doppler, Farbfluß, Zwei-D-Bild), wie durch den Linientypzähler 60 angezeigt wird, betreffen, aus dem RAM 54 zurückgewonnen und einem Addierer 64 zugeführt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden dem Addierer 64 ferner Informationen zugeführt, die sich auf das TGC-Verstärkungsprofil beziehen. Als Antwort auf Tiefen-Informationen (wie bezüglich des Ursprungs 4 gemessen), die von einem Tiefenzähler (62) geliefert werden, werden Daten aus dem RAM 56 zurückgewonnen.
Das kombinierte Ausgangssignal des Addierers 64 wird über eine Datenleitung einem Regelverstärker 68 zugeführt. (Dieser Verstärker 68 kann dem Verstärker 26 des Patents 4,140,022 entsprechen). Abhängig von der Beschaffenheit des Verstärkers 68 kann das Signal, das auf der Datenleitung enthalten ist, in digitaler Form verbleiben. Wenn dagegen ein analoges Steuersignal erforderlich ist, kann der Addierer 64 einen Digital/Analog-Wandler einschließen.
Jede Änderung der Einstellungen der Potentiometer 42a bis 42n hat neue Daten zur Folge, die vom Prozessor 52 erzeugt werden und über die Datenleitung 53 dem RAM 54 zugeführt werden, welcher wiederum die Daten, die in 54 gespeichert sind, aktualisiert. Wenn die LGC-Steuerung 48 nicht aktiviert ist, beziehen sich die Daten, die in der Datenleitung 53 enthalten sind, nur auf die Fühlerkonfiguration der Wandler.
Fig. 3 zeigt einen Verstärkungsglättungs-Algorithmus, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet ist. Es ist möglich, die vorliegende Erfindung derart zu implementieren, daß die LGC-Verstärkungsfunktion über einen Teilsektor, wie z.B. 10, konstant ist. Jedoch kann dies zu einer ungewünschten Verstärkungsdiskontinuität zwischen benachbarten Teilsektoren führen. Um diese Diskontinuität zu verhindern, führt der Prozessor 52 eine Verstärkungsglättungsfunktion durch, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gewählt wurde, um eine lineare Interpolation der Verstärkungen zu sein, die den Einstellungen der Potentiometer 42a bis 42n (wobei n = 8) entsprechen.
Eine Abtastlinie auf oder in der Nähe der Mitte eines Teilsektors, wie z.B. 10, besäße eine dazugehörige Verstärkung, die exakt der vom Bediener ausgewählten Potentiometereinstellung entspricht. Die Verstärkungen für Abtastlinien, die zwischen den mittleren Abtastlinien benachbarter Teilsektoren liegen, würden durch Interpolation auf eine lineare Art und Weise modifiziert werden.
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das den Programmier-Prozeß für den Prozessor 52 beim Implementieren des bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt. Es sei angenommen, daß das System, das in Fig. 4 dargestellt ist, in einer stabilen Zustandsbedingung ist. Wenn "LGC, ID VALUE" ("LGC, ID-Wert) oder die Eingabe geändert wird und der "LGC ENABLE"-Befehl ("LGC Aktivieren-Befehl) vorliegt, wird ein neues Verstärkungsprofil von der "BUILD LGC INITIAL GAIN PROFILE"-Funktion ("erstelle anfängliches LGC-Verstärkungsprofil"-Funktion) erzeugt. Dieses Verstärkungsprofil wird mit den Wandlerkompensationsdaten, die von der "BUILD XDER DEPENDENT INITIAL GAIN"-Funktion ("erstelle XDER-abhängige anfängliche Verstärkung"-Funktion) erzeugt werden, summiert und über die Steuerleitung 53 in den RAM 54 gelesen. Auf eine ähnliche Art und Weise haben Änderungen des Wandler-Typs oder der -Frequenz oder der TGC-Verstärkungssteuerungen neue Daten zur Folge, die den RAMS 54 bzw. 56 zugeführt werden.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde die Implementierung der Erfindung durch die Veränderung der Verstärkung des empfangenen Signals in willkürlich ausgewählten Teilsektoren des Anzeigebildschirms beschrieben, wobei jeder Teilsektor eine Mehrzahl von Abtastlinien enthält. Zusätzlich wurden bestehende Systemkomponenten genutzt, um die Erfindung zu implementieren. Die LGC-Funktion wurde mit anderen Verstärkungssteuersignalen (Wandlerkompensation, TGC) vom Prozessor 52 verarbeitet. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß diese Erfindung mittels alternativer Techniken implementiert sein könnte, wie z.B. durch das Verändern der gesendeten Leistung auf eine Art und Weise, die ähnlich der LGC-Funktion ist, welche von dem Bediener ausgewählt werden kann, oder mittels des Veränderns der Verstärkung auf einer Basis von Linie zu Linie, anstelle von Teilsektor zu Teilsektor, oder durch die Verwendung eines anwendungsspezifischen Schaltungsaufbaus, der nicht verwendet ist, um andere Verstärkungssteuersignale zu verarbeiten. Außerdem sind die Techniken, die hierin für ein Sektorabtastsystem beschrieben sind, ferner auf Systeme anwendbar, die ein lineares Abtastformat verwenden. Diese und weitere Variationen sind Fachleuten offensichtlich, innerhalb des Bereichs dieser Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Ultraschallabbildungssystem mit einem Sender, der sequentiell Informationen entlang einer Mehrzahl von Abtastlinien sendet, einem Empfänger, der sequentiell Informationen entlang einer Mehrzahl von Abtastlinien empfängt, einem Wandler, einem Verstärkungssteuerungssystem und einer Anzeigeeinrichtung, wobei alle Abtastlinien einen Abtastbereich definieren, wobei jede Abtastlinie einer Mehrzahl von gesendeten und empfangenen Signalen entspricht, wobei die Beziehung zwischen denselben die laterale oder winkelmäßige Richtung der Abtastlinie definiert;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungssteuerungssystem folgende Merkmale aufweist:

eine Bedienerauswahleinrichtung (40), die eine Mehrzahl von Verstärkungssteuerungsbefehlen erzeugt, wobei jeder der Befehle die Verstärkung von zumindest einer der Abtastlinien derart steuert, daß zumindest eine Abtastlinie an einem beliebigen Standort innerhalb der Abtastregion vom Benutzer wählbar ist, und daß die Verstärkung des Ultraschallabbildungssystems bei dieser Abtastlinie aufgrund des Verstärkungssteuerungsbefehls als eine Funktion des Abstands von dem Wandler entlang jeder der Abtastlinien konstant ist und sich von der Verstärkung, die zu mindestens einer anderen Abtastlinie innerhalb der Abtastregion gehört, verschieden ist; und

eine Einrichtung (68), die auf die Befehle anspricht, welche die Verstärkung des Ultraschallabbildungssystems einstellt.

2. Das Ultraschallabbildungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Einrichtung, die die Verstärkung einstellt, einen Regelverstärker (68) aufweist.

3. Das Ultraschallabbildungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, das ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung (49), die einen weiteren Verstärkungssteuerungsbefehl erzeugt; und

eine Einrichtung (52, 54, 56, 64), die die Mehrzahl von Verstärkungssteuerungsbefehlen und den weiteren Verstärkungssteuerungsbefehl in eine Mehrzahl von endgültigen Steuerbefehlen kombiniert, wobei die Einrichtung (68), die einstellt, auf die endgültigen Steuerbefehle anspricht.

4. Das Ultraschallabbildungssystem gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Einrichtung, die die weiteren Steuerbefehle erzeugt, ein Zeit-Verstärkungs- Kompensations-Generator (49) ist.