DE69220710T2

DE69220710T2 - Ultraschall-Diagnosegerät

Info

Publication number: DE69220710T2
Application number: DE69220710T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sato; Nobuo Yamazaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1997-11-06
Anticipated expiration: 2012-04-15
Also published as: JPH04317639A; US5301670A; DE69220710D1; JP3144819B2; EP0509760B1; EP0509760A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschall-Diagnosegerät zum Abstrahlen von Ultraschallwellen in einem Querschnitt mit Hilfe einer Doppier-Farbabtastung, welches die Intensität des reflektierten Echos und die Helligkeitsmodulation der Intensität des reflektierten Echos erkennt, wodurch man ein Tomogramm der Person erhält und auch für das Erkennen einer Frequenzabweichung (Doppler-Verschiebung) des reflektierten Echos und das Erkennen der Richtung und der Strömungsgeschwindigkeit einer Blutströmung in der Person, wodurch man die Blutströmung zweidimensional durch Einfärben des Blutströmungsteils in dem Tomogramm in Übereinstimmung mit der erkannten Strömungsgeschwindigkeit und -richtung anzeigt.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Dieser Typ eines Ultraschall-Diagnosegerätes ist als Doppler- Farb-Strömungs-Abbildungsgerät und insbesondere als BDF-Gerät bekannt, da es sich auf die Abbildung der Blutströmung bei einer tomografischen Bildausgabe (B-Modus) bezieht. Eine Blutströmung, welche sich einer Ultraschallsonde nähert, wird rot gefärbt, eine Blutströmung, welche sich von der Sonde weg bewegt, wird blau gefärbt, und eine turbulente Strömung wird grün gefärbt. Die Geschwindigkeit der Blutströmung wird durch Helligkeitswerte dargestellt.
Jetzt soll das BDF-Gerät kurz beschrieben werden. Ein Ultraschall-Dopplerverfahren nutzt eine Ultraschall-Dopplerverschiebung, wenn Ultraschallwellen durch einen sich bewegenden Körper reflektiert werden, wobei sich die Frequenz der reflektierten Wellen gegenüber einer Übertragungsfrequenz proportional zur Geschwindigkeit des Objektes verschiebt. Speziell werden Ultraschallwellen zu einer Person hin abgestrahlt, und die Abstrahlungsrichtung wird abgetastet, um ein Tomogramm zu erhalten. In diesem Fall werden Ultraschallimpulse wiederholt in entsprechenden Richtungen übertragen, in welchen Ultraschallwellen abgestrahlt werden, und eine Dopplerverschiebungsfrequenz wird auf der Grundlage der Phasenänderung der reflektierten Echos erkannt. Folglich werden die Daten erfaßt, welche die Bewegung des sich bewegenden Körpers in einer Tiefe repräsentieren, in welcher das Echo erkannt wird. Entsprechend dem Ultraschall-Dopplerverfahren ist es möglich, die Richtung der Blutströmung an einer Stelle in der Person und den Zustand der Blutströmung (z.B. turbulente Strömung oder gleichförmige Strömung) zu erfahren.
Um Blutströmungsdaten aus einem reflektierten Ultraschall-Echosignal zu erfassen, wird eine Ultraschallsonde so getrieben, daß sie wiederholt Ultraschallwellen in einer Rasterrichtung über eine Anzahl von Malen abstrahlt, und das empfangene Signal wird durch eine Orthogonalphasenerkennungsschaltung erkannt, wodurch man ein Doppler-Verschiebungssignal auf der Basis einer Blutströmung erhält. Da man nun ein Farb-Dopplerbild in Echtzeit erhält, wird das Doppler-verschiebungssignal durch eine Frequenzanalysierschaltung bezüglich der Frequenz analysiert, um einen Mittelwert der Doppler-Verschiebung, einen Mittelwert der Energie Doppler-Verschiebung usw. zu finden. Ein Blutströmungsgeschwindigkeits-Farb-Strömungsdarstellungsbild (CFM-Bild) erhält man durch eine Autokorrelationsschaltung usw., die in die Frequenzanalysierschaltung eingebaut ist, und das Blutströmungsgeschwindigkeits-Farb-Strömungsdarstellungsbild (CFM-Bild) und ein B-Modus-Bild werden in einen Digital-Abtastwandler (DSC) geschrieben. Diese Bilder werden aus dem Digital-Abtastwandler (DSC) gelesen, und das zweidimensionale Blutströmungsgeschwindigkeits-CFM-Bild wird auf dem B-Modus-Bildschirm auf einem TV- Monitor ausgegeben. In neuester Zeit ist dieses Gerät nicht nur verwendet worden, um das Herz zu diagnostizieren, sondern auch jene Teile, in welchen die Blutströmungsgeschwindigkeit klein ist, beispielsweise in Blutgefäßen im Bauch oder in peripheren Blutgefäßen.
Bei der konventionellen Farb-Dopplerabtastung ist die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit gleich der B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit. Fig. 1(A) und 1(B) zeigen ein erstes Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema. Fig. 1(A) zeigt 120 Raster, adressiert von 0 bis 119. Für eine B-Modus-Abtastung werden nur einmal für jeden Raster Ultraschallimpulse ausgesendet und Ultraschalldaten empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden für jeden Raster 16-mal Ultraschallimpulse ausgesendet und Ultraschalldaten empfangen. In Fig. 1(B) wird der 0. Raster einmal durch die B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 0. Raster kontinuierlich 16 mal durch eine CFM-Abtastung abgetastet. Danach wird der 1. Raster einmal durch die B- Modus-Abtastung abgetastet, und danach wird der 1. Raster kontinuierlich 16 mal durch eine CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden in derselben Art und Weise der 2. bis 119. Raster durch B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung abgetastet. Folglich wird ein Datenrahmen (Datenteilbild) für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B-Modus-Bildes erfaßt. Wenn die Ultraschallimpuls- Wiederholfrequenz (PRF) für die Abgabe eines Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann wird die Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR1 dieses ersten Beispiels wie folgt berechnet.
FR1 = (5x10³) / (120x1+120x16) = 2,45 (Teilbilder/1 Sekunde).
Diese Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR1 gilt für eine B-Modus- Abtastung und eine CFM-Abtastung, und dann ist die B-Modus-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit gleich der CFM-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit.
Fig. 2(A) und 2 (B) zeigen ein zweites Beispiel für ein konven tionelles Farb-Doppler-Abtastschema. Fig. 2(A) zeigt 120 Raster, die vom 0. bis 118. und einem Blindraster adressiert sind. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten einmal für jeden Raster übertragen und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden alternativen Raster (insgesamt 60 Raster) für die Erfässung von CFM-Bilddaten übertragen und empfangen. In Fig. 2(B) wird zuerst der 0. Raster einmal durch eine B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 0. Raster kontinuierlich 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach werden der 1. Raster und der 2. Raster jeweils einmal mittels der B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 2. Raster kontinuierlich 16 mal durch die CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden der 3. bis 119. Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM- Abtastung wie vorstehend beschrieben abgetastet. Folglich wird ein Datenteilbild für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B- Modus-Bildes erfaßt. Wenn die PRF für die Abgabe der Ultraschallimpulse 5 kHz ist, dann wird die Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR2 dieses zweiten Beispiels wie folgt berechnet.
FR2 = (5x10³) / (120x1+60x16) = 4,63 (Teilbilder/1 Sekunde)
Diese Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR2 gilt für die B-Modus- Abtastung und die CFM-Abtastung, und die B-Modus-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit ist gleich der CFM-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit.
Fig. 3(A) und 3(B) zeigen ein drittes Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema, das in dem US-Patent Nr. 4,993,417 offenbart wird. Fig. 3(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen 0 bis 118 und einem Blindraster. Für eine B-Modus-Abtastung sendet und empfängt jeder Raster Ultraschalldaten nur einmal für die Erfassung der B-Modus-Bilddaten. Für eine CFM- Abtastung sendet und empfängt jeder alternierende Raster (insgesamt 60 Raster) Ultraschalldaten 16 mal für die Erfassung der CFM-Bilddaten. In Fig. 3(B) werden der 0. und der 2. Raster alternierend jeweils 16 mal durch CFM-Abtastung abgetastet.
Danach werden die 0. bis 3. Raster jeweils einmal durch B-Modus- Abtastung abgetastet. Dann werden der 4. bis 119. Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung wie vorstehend beschrieben abgetastet. Folglich werden die Daten eines Rahmens für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B-Modus-Bildes erfaßt. Wenn die PRF für das Aussenden eines Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann wird die Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR3 dieses dritten Beispiels wie folgt berechnet.
FR3 = (5x10³) / (120x1+60x16) = 4.63 (Teilbilder/1 Sekunde).
Diese Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR3 gilt für eine B-Modus- Abtastung und eine CFM-Abtastung, und dann ist die B-Modus-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit gleich der CFM-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit. Die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit dieses dritten Beispiels ist doppelt so lang, wie die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit des zweiten Beispiels für jeden Raster, deshalb kann eine mit Hilfe des Abtastschemas des dritten Beispiels festgestellte niedrigste und höchste Blutströmungsgeschwindigkeit um 50 % langsamer sein, als die durch das Abtastschema des zweiten Beispiels festgestellte. Dann ist es möglich, eine geringere Blutströmungsgeschwindigkeit durch das dritte Beispiel, als durch das zweite Beispiel zu beobachten.
Fig. 4(A) und 4(B) zeigen ein viertes Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema, das sich auf US-Patent Nr. 4,993,417 bezieht. Fig. 4(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen 0 bis 118 und einem Blindraster. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten nur einmal für jeden Raster ausgesendet und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden alternierenden Raster (60 Raster insgesamt) für ein Erfassen von CFM-Bilddaten ausgesendet und empfangen. In Fig. 4(B) werden zuerst der 2. und der 0. Raster alternierend jeweils 6 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach wird der 2. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet, dann wird der 0. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, dann wird der 2. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet, dann wird der 1. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet. Da nach werden der 2. und der 4. Raster alternierend jeweils 8 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden, wie vorstehend beschrieben, alle Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung in demselben Schema abgetastet. So wird 1 Daten-Teilbild für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B-Modus-Bildes erfaßt. Wenn die PRF für die Aussendung des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann wird die Abtast-Teilbildgeschwindigkeit dieses vierten Beispiels FR4 wie folgt berechnet.
FR4 = (5x10³) / (120x1+60x16) = 4,64 (Teilbilder/1 Sekunde).
Diese Abtast-Teilbildgeschwindigkeit FR4 gilt für die B-Modus- Abtastung und für die CFM-Abtastung, und dann ist die B-Modus- Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit gleich der CFM-Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit. Das Abtastschema dieses vierten Beispiels ist in der Lage, B-Modus-Bilddaten und CFM-Bilddaten in denselben Intervallen für jeden Raster zu erfassen und auszugeben.
Diese konventionellen BDF-Geräte haben jedoch das folgende Problem. Wie vorstehend dargelegt, ist die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit gleich der CFM-Teilbild-Abtastgeschwindigkeit, und die CFM-Abtastung braucht längere Zeit, um die Bilddaten für jeden Raster zu erfassen, als die B-Modus-Abtastung, deshalb ist die B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit von der CFM-Teilbildgeschwindigkeit abhängig. Wenn zum Beispiel die Ultraschallsonde bei einer Person während einer Abtastung mittels Farb-Doppler- Abtastung bewegt wird, dann ist der Betrag einer Änderung, die bei dem B-Modus-Bild als Ergebnis von Zeitrichtungsänderungen und Raumrichtungsänderungen verursacht wird, größer als der Betrag einer Änderung bei dem CFM-Bild. Dies deshalb, weil das Auflösungsvermögen des B-Modus-Bildes weit höher als das des CFM-Bildes ist. Folglich hängt das Auflösungsvermögen der B- Modus-Bildausgabe von der B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit ab. Mit anderen Worten, die durch eine Farb-Doppler-Abtastung erzeugte B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit ist abhängig von der CFM- Teilbildgeschwindigkeit. Deshalb ist die durch eine Farb-Doppler-Abtastung erzeugte B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit zu langsam im Vergleich zu der durch eine B-Modus-Abtastung erzeugten B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit, und es ist folglich schwieriger, eine Diagnose aus einem B-Modus-Bild mittels der Farb-Doppler-Abtastung, als aus einem B-Modul-Bild mittels der B-Modus- Abtastung zu stellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für ein Ultraschall-Diagnosegerät zu sorgen, welches in der Lage ist, die Fähigkeit, Bilder zu verwenden, welche durch eine B-Modus-Bildausgabe unter Verwendung einer Farb-Dopplerabtastung erzeugt worden sind, zu verbessern.
Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, wird entsprechend der vorliegenden Erfindung für ein Ultraschall-Diagnosegerät zum Anzeigen eines Ultraschall-Bildes gesorgt, wobei das Bild aus Daten von einer Anzahl von Rastern erzeugt wird, die von einem Ultraschall-Bildsynthesewandler abgetastet werden, mit:
einer Wandlereinrichtung;
einer B-Modus-Abtasteinrichtung zum Abtasten jedes Rasters, indem die Wandlereinrichtung so gesteuert wird, daß die Wandlereinrichtung einen Ultraschall-Impuls aussendet und von jedem Raster ein reflektiertes Echo empfängt;
einer Farb-Strömung-Abbildung CFM-Abtasteinrichtung zum Abtasten jedes Rasters, indem die Wandlereinrichtung so gesteuert wird, daß die Wandlereinrichtung mehrere Ultraschall-Impulsen aussendet und von jedem Raster mehrere reflektierte Echos empfängt;
einer B-Modus-Bildsyntheseeinrichtung zum Berechnen von Intensitätsdaten aus dem reflektierten Echo, das für jeden Raster von der B-Modus-Abtasteinrichtung abgetastet wird, und zum Erzeugen eines Tomogramm-Bildes als ein B-Modus-Teilbild aus den Intensitätsdaten, die in der Anzahl von Rastern berechnet werden;
einer CFM-Bildsyntheseeinrichtung zum Berechnen von Dopplerverschiebungsdaten aus den reflektierten Echos, die für jeden Raster von der CFM-Abtasteinrichtung abgetastet werden und zum Erzeugen eines Farb-Strömung-Abbildung-Bildes als ein CFM-Teilbild aus den Dopplerverschiebungsdaten, die in der Anzahl von Rastern berechnet wurden;
einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des Farb-Strömung-Abbildung-Bildes auf dem Tomogrammbild; und
einer Abtast-Steuerungseinrichtung für ein unabhängiges Steuern einer ersten Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit, die von der B-Modus-Abtasteinrichtung zum Abtasten des B-Modus-Teilbildes verwendet wird und einer zweiten Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit, die von der CFM-Abtasteinrichtung zum Abtasten eines CFM-Teilbildes verwendet wird, wobei die erste Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit, die von der B-Modus-Abtasteinrichtung zum Abtasten des B-Modus-Teilbildes verwendet wird, größer als die zweite Abtast- Teilbild-Geschwindigkeit ist, die von der CFM-Abtasteinrichtung zum Abtasten des CFM-Teilbildes verwendet wird.
Entsprechend dem Ultraschall-Diagnosegerät der vorliegenden Erfindung kann die B-Modus-Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit so gesteuert werden, daß sie höher als die CFM-Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit ist. Deshalb wird die Echtzeit-Folgefähigkeit zur Ausgabe von B-Modus-Bildern gegenüber der konventionellen Farb- Doppler-Abtastung verbessert.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch Praktizieren der Erfindung erkannt werden Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der Gerätetechnik und Kombinationen erkannt werden, auf welche speziell in den beigefügten Ansprüchen hingewiesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, welche zu der Beschreibung gehören und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform, und die nachstehend gegebene detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dient dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
Fig. 1(A) und 1(B) zeigen das erste Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema;
Fig. 2(A) und 2(B) zeigen das zweite Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema;
Fig. 3(A) und 3(B) zeigen das dritte Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema;
Fig. 4(A) und 4(B) zeigen das vierte Beispiel für ein konventionelles Farb-Doppler-Abtastschema;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein Ultraschall-Diagnosegerät entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, das im Detail einen B-Modus- Prozessor entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das im Detail einen MTI-Prozessor entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das im Detail Blutströmungsdaten entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das im Detail eine Interpolationsschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10(A) und 10(B) zeigen das erste Beispiel für das Farb- Doppler-Abtastschema der Erfindung;
Fig. 11 zeigt einen Vergleich zwischen B-Modus-Abtast-Teilbildem und CFM-Abtast-Teilbildern für das erste Beispiel der Farb- Doppler-Abtastung der Erfindung;
Fig. 12(A) und 12(B) zeigen das zweite Beispiel des Farb-Doppler-Abtastschemas der Erfindung;
Fig. 13(A) und 13(B) zeigen das dritte Beispiel des Farb-Doppler-Abtastschemas der Erfindung;
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen Rasteradressen und der Abtast-Zeitsteuerung für das dritte Beispiel der Farb-Doppler- Abtastung der Erfindung;
Fig. 15(A) und 15(B) zeigen das vierte Beispiel des Farb-Doppler-Abtastschemas der Erfindung;
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen Rasteradressen und der Abtast-Zeitsteuerung für das vierte Beispiel der Farb-Doppler- Abtastung der Erfindung;
Fig. 17(A) und 17(B) zeigen das fünfte Beispiel des Farb-Doppler-Abtastschemas der Erfindung; und
Fig. 18(A) und 18(B) zeigen das sechste Beispiel des Farb-Doppler-Abtastschemas der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nachstehend wird ein Ultraschall-Diagnosegerät entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 5 ist eine Abtastschaltung 12 mit einer elektronischen Ultraschallsonde für Sektorabtastung 10 verbunden. Eine Sonde 10 besteht aus einer großen Anzahl piezoelektrischer Wandler, die in einer Reihe angeordnet sind. Durch Verändern der zeitlichen Steuerung der Spannungen, welche an die entsprechenden Wandler angelegt werden, ist es möglich, zu verursachen, daß Ultraschallstrahlen einen Sektor abtasten oder die Ultraschallstrahlen zu fokussieren. Die Sonde 10 braucht nicht auf den Typ zur Sektorabtastung beschränkt zu sein, und sie kann auch eine für lineare Abtastung oder für mechanische Abtastung sein.
Bei der Abtastschaltung 12 wird ein Ausgang aus einem Oszillator 14, welcher eine Oszillationsfrequenz der Wandler bestimmt, an die Sonde 10 über eine Abgabe-Verzögerungsschaltung 16 und einen Impulsgenerator 18 angelegt. Der Impulsgenerator 18 versorgt die Sonde 10 periodisch mit Treibimpulsen. Der Kehrwert der Periode ist die Wiederholfrequenz (Ratenfrequenz) der Ultraschallstrahlen. Durch Verändern der Verzögerungszeiten der verzögerungsschaltung 16 wird es möglich, die Richtung der Ultraschallstrahlen zu verändern, welche auf eine Person von der Sonde 10 ausgestrahlt werden. Die Verzögerungszeiten werden durch Steuersignale von einer Steuerschaltung 40 gesteuert.
Ein Ausgang von der Sonde 10 wird einer Addierschaltung 22 über einen Vorverstärker 20 und eine entsprechende Verzögerungsschaltung 17 zugeführt. Die Verzögerungsschaltung 17 besteht aus einer großen Anzahl von Verzögerungsleitungen, welche variable Verzögerungszeiten haben. Durch Verändern der Verzögerungszeit der entsprechenden Verzögerungsleitungen wird es möglich, die Richtung (Rasterrichtung) der Ultraschallimpulse zu verändern, die von der Person durch die Sonde 10 empfangen werden. Die Verzögerungszeiten werden durch Steuersignale von der Steuerschaltung 40 gesteuert. Um ein B-Modus-Bild (Tomogrammbild) zu erkennen, ist es notwendig, einen Ultraschallimpuls in derselben Rasterrichtung abzustrahlen und zu empfangen. Um ein Farbströmungs-Abbildungs- (CFM-) Bild zu erkennen, ist es notwendig, Ultraschallimpulse in derselben Richtung mehrere Male abzustrahlen und zu empfangen.
Die Steuerschaltung 40, die von einem Funktionsschalter 36 eingeschaltet wird, steuert Abtast-Zeitfolgen für die B-Modus-Abtastung und die CFM-Abtastung unabhängig voneinander, und folglich wird die Teilbildgeschwindigkeit für das B-Modus-Abtasten und für das CFM-Abtasten unabhängig voneinander gesteuert. Deshalb kann die Steuerschaltung 40 bei dieser Ausführungsform das System so steuern, daß die Teilbildgeschwindigkeit für ein B- Modus-Abtasten höher als die Teilbildgeschwindigkeit für das CFM-Abtasten ist.
Ein von der B-Modus-Abtastung erhaltener Ausgang von dem Adder 22 wird in einen B-Modus-Prozessor 24 eingegeben, und die Intensität des reflektierten Echos in jeder Rasterrichtung wird festgestellt. Der B-Modus-Prozessor 24 hat einen Aufbau wie in Fig. 6 gezeigt und besteht aus einem logarithmischen Verstärker 72, einem Hüllkurvendetektor 74 und einem A/D-Wandler 76. Der logarithmische Verstärker 72 verstärkt einen empfangenen Signalausgang aus dem Adder 22 logarithmisch, und der Hüllkurvendetektor 74 erkennt eine Hüllkurve des Signals von dem Verstärker 72. Ein Ausgang aus dem B-Modus-Prozessor 24 wird in einen ersten digitalen Abtastwandler (DSC) 25 als Helligkeitsdaten jedes Rasters eingegeben, das heißt, als B-Modus-Bilddaten (Tomogrammdaten). Der Raster der Ultraschallsonde wird sektorweise geändert, doch der Raster eines Farbmonitors (Bildschirms) 46 ist lateral, wie bei einem Standard-TV-System. Folglich ändert der DSC 25 die Rasterrichtung (Abtastrichtung) des eingegebenen Bildes und gibt das resultierende Bild aus.
Ein durch CFM-Abtastung von dem Adder 22 erhaltener Ausgang und ein Ausgang aus dem Oszillator 14 werden an einen Doppler-Detektor 28 geliefert. Der Doppler-Detektor 28 ist eine Schaltung zum Erkennen der Doppler-Verschiebungsfrequenz mit Hilfe eines orthogonalen Erkennungsverfahrens. Der Doppler-Detektor 28 besteht aus den Mischstufen 30a und 30b, einem Phasenschieber um 90º und den Tiefpaßfiltern (LPF) 34a und 34b. Ein Ausgang aus dem Adder 22 wird mit einem Ausgang aus dem Oszillator 14 in der Mischstufe 30a multipliziert, und der Ausgang aus dem Adder 22 wird mit einem Ausgang aus dem Phasenschieber 32 in der Mischstufe 30b multipliziert. Jede Mischstufe 30a und 30b gibt ein Signal aus, welches eine Doppler-Verschiebungsfrequenzkomponente und eine Hochfrequenzkomponente (das Doppelte der übertragungsfrequenz) enthält. Die LPF's 34a und 34b entfernen die Hochfrequenzkomponente und eine Sinuskomponente der Doppler-Verschiebungsfrequenz. Die Doppler-Verschiebungsfrequenz wird dann zwei Kanälen für die Cosinus- und die Sinuskomponente zugeführt, um die Polarität der Verschiebungsfrequenz festzustellen.
Der Ausgang aus dem Doppler-Detektor 28 wird einem MTI-Prozessor (Prozessor für die Anzeige beweglicher Ziele) 38 für ein Farbströmungs-Darstellungs-(CFM-)Bild zugeführt. Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, welches den MTI-Prozessor 38 im Detail zeigt. Die Ausgänge aus den LPF's 34a und 34b werden einer Autokorrelations-Berechnungsschaltung 54 über die A/D-Wandler 50a und 50b und MT1-Filter 52a und 52b zugeführt. Die Autokorrelations-Berechnungsschaltung 54 wird verwendet, um in Echtzeit eine Frequenzanalyse vieler zweidimensional verteilter Punkte durchzuführen. Im Vergleich mit einem FET- (schnellen Fouriertransformations-) Verfahren nimmt die Anzahl der arithmetischen Operationen ab. Der Ausgang aus der Autokorrelations-Berechnungsschaltung 54 wird einer Schaltung 56 für die Berechnung einer mittleren Geschwindigkeit, einer Varianz-Berechnungsschaltung 58 und einer Leistungsberechnungsschaltung 60 zugeführt. Die Ausgänge aus den Berechnungsschaltungen 56, 58 und 60 werden einem zweiten DSC 26 zugeführt. Folglich kann der MTI-Prozessor 38 Blutströmungsdaten an jedem Punkt eines Tomogramms erfassen, welches man durch den B-Modus-Prozessor erhalten hat.
Die MTI-Filter 52a und 52b funktionieren, um unnotig reflektierte Echos (die Störkomponente) von einem feststehenden Reflektor (Blutgefäßwand, Herzwand usw.) zu entfernen. Die Filter 52a und 52b haben digitale Filter mit Tiefpaßkennlinie. Speziell stellen die MTI-Filter 52a und 52b die Bewegung der Blutströmung auf der Grundlage der Phasenänderung bezogen auf dasselbe Pixel zwischen den Echosignalen fest, die man aus mehreren verschiedenen Ultraschall-Abstrahlungen in derselben Rasterrichtung erhalten hat und beseitigen die Störkomponente. Alternativ können die MTI- Filter einen analogen Aufbau haben und aus Verzögerungsleitungen und Subtraktionsschaltungen für das Subtrahieren der reflektierten Signale, die man nach einem vorbestimmten Zeitraum erhalten hat, von den reflektierten Signalen bestehen, wodurch die Störkomponente beseitigt wird.
Ein Mittelwert v der Doppler-Verschiebungsfrequenz, eine Varianz ² beziehungsweise eine Gesamtleistung, die entsprechend aus der Berechnungsschaltung 56 für die mittlere Geschwindigkeit, der Varianz-Berechnungsschaltung 58 und der Leistungsberechnungsschaltung 60 ausgegeben werden, werden dem DSC 26 für Blutströmungsdaten zugeführt. Die Gesamtleistung TP ist proportional der Intensität des gestreuten Echos von der Blutströmung, doch wird ein Echo eines sich bewegenden Körpers, das eine Frequenz hat, die nicht höher als die Grenzfrequenz der MTI-Filter 52a und 52b ist, entfernt. Wie der DSC 25 ändert der DSC 26 die Abtastrichtung der Eingangs-Blutströmungsdaten und gibt die resultierenden Daten aus und führt, wenn nötig, eine Interpolation durch. Die Einzelheiten des DSC 26 werden später beschrieben.
Steuersignale von der Steuerschaltung 40 werden ebenfalls dem MTI-Prozessor 38, dem DSC 25 und dem DSC 26 zugeführt. Das monochromatische Tomogramm und die Blutströmungsdaten, welche aus den DSC's 25 und 26 ausgegeben werden, werden einer Farb-Verarbeitungsschaltung 42 zugeführt. Wie bei der konventionellen Technik ist der Blutströmungsteil in dem Tomogramm so eingefärbt, daß die Richtung der Blutströmung zu der Sonde hin in roter Farbe, die Richtung von der Sonde weg in blauer Farbe, die mittlere Geschwindigkeit in der Helligkeit und die Geschwindigkeitsverteilung durch Farbabtönungen (mit grün gemischt) ausgedrückt wird, wodurch ein Farb-Dopplerbild erzeugt wird. Der Ausgang aus der Farb-Verarbeitungsschaltung 42 wird dem Bildschirm 46 über einen D/A-Wandler 44 zugeführt. Obwohl nicht gezeigt, kann der Ausgang aus dem D/A-Wandler 46 auch einem Aufzeichnungsabschnitt, wie beispielsweise einer Videobandaufzeichnung, zugeführt werden.
Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, welches detailliert den zweiten DSC 26 für Blutströmungsdaten zeigt. Der DSC 26 besteht aus drei Teilbildspeichern 80a, 80b und 80c, den Multiplexschaltungen (MUX) 82 und 84, welche als Steuereinrichtung funktionieren und einer Interpolationsschaltung 88, die als Interpolationseinrichtung funktioniert. Der erste DSC 25 für Tomogrammdaten hat denselben Aufbau, wie der zweite DSC 26, mit der Ausnahme, daß die Interpolationsschaltung 88 weggelassen ist.
Die drei Teilbildspeicher 80a bis 80c werden durch Steuersignale von der Steuerschaltung 40 gesteuert und speichern Blutströmungsdaten, welche nacheinander in Einheiten eines Teilbildes (Rahmens) geliefert werden. Die Blutströmungsdaten jedes Teilbildes werden nacheinander in die Teilbildspeicher 80a bis 80c geschrieben. Während ein Teilbildspeicher in den Schreibmodus gesetzt ist, sind die beiden anderen Teilbildspeicher in den Lesemodus gesetzt. Folglich werden die Blutströmungsdaten desselben Teilbildes von jedem Teilbildspeicher für einen Zeitraum von zwei Teilbildern gelesen. Die Ausgänge aus den Teilbildspeichern 80a bis 80c werden der Multiplexschaltung 82 mit drei Eingängen/zwei Ausgängen 82 zugeführt. Die Multiplexschaltung 82 liefert die Ausgänge der in den Lesemodus gesetzten Teilbildspeicher als erstes und als zweites Ausgangssignal F1 und F2. Folglich sind die Ausgangssignale F1 beziehungsweise F2 der Multiplexschaltung 82 die Daten des zweiten Teilbildes vor dem gegenwärtig geschrieben Teilbild und die Daten des ersten Teilbildes vor dem gegenwärtigen Teilbild, d.h. des vorherigen Teilbildes. Zum Beispiel werden in dem Zeitraum, in welchem die Daten des dritten Teilbildes in den Teilbildspeicher 80c geschrieben werden, die Daten des ersten und des zweiten Teilbildes, die aus den Teilbildspeichern 80a und 8db gelesen werden und werden die gelesenen Daten von der Multiplexschaltung 82 als erstes und als zweites Signal F1 und F2 ausgegeben.
Die beiden Ausgänge aus der Multiplexschaltung 82 werden an eine Multiplexschaltung 84 mit drei Eingängen/einem Ausgang und eine Interpolationsschaltung 88 geliefert. Der Ausgang aus der Interpolationsschaltung 88 wird einem drittem Eingangsanschluß der Multiplexschaltung 84 zugeführt. Die Interpolationsschaltung 88 interpoliert die Strömungsgeschwindigkeitsdaten eines Zwischen- Teilbildes auf der Grundlage der Strömungsgeschwindigkeitsdaten F1 und F2 des zweiten und ersten Teilbildes vor dem gegenwärtigen Teilbild. Die Interpolationsschaltung 88 hat beispielsweise einen solchen Aufbau, wie er in Fig. 9 gezeigt wird. Die Strömungsgeschwindigkeitsdaten F1 und F2 werden durch die Multiplizierschaltungen 100 und 102 mit einem Faktor multipliziert, und die multiplizierten Werte werden durch einen Adder 104 addiert. Das addierte Resultat F3 wird der Multiplexschaltung 84 als Interpolations-Strömungsgeschwindigkeitsdaten zugeführt. Dann erhält man mehrere interpolierte Abbildungs-Teilbilder zwischen den beiden abgetasteten CFM-Abbildungs-Teilbildern durch Änderung des Koeffizienten. Durch Teilbild-Interpolation des CFM- Bildes kann die Ausgabe-Teilbildgeschwindigkeit davon das Mehrfache betragen. Bei dieser Ausführungsform wird die Anzahl der interpolierten CFM-Abbildungs-Teilbilder zwischen zwei abgetasteten CFM-Abbildungs-Teilbildern dadurch bestimmt, daß man die Abtast-Teilbildgeschwindigkeit für ein B-Modus-Abtasten mit der CFM-Abtastgeschwindigkeit vergleicht.
Nun sollen die Abtastschemata der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Fig. 10(A) und 10(B) zeigen ein erstes Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastschema dieser Erfindung. Fig. 10(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen von 0 bis 119. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten nur einmal für jeden Raster abgestrahlt und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden Raster abgestrahlt und empfangen. In Fig. 10(B) werden der 0. bis 3. Raster durch eine B-Modus- Abtastung jeweils einmal abgetastet, und dann wird der 0. Raster kontinuierlich 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden der 4. bis 7. Raster jeweils 1 mal mittels B-Modus-Abtastung angetastet, und dann wird der 1. Raster kontinuierlich 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden abwechselnd, wie vorstehend beschrieben, 4 Raster mittels B-Modus- Abtastung abgetastet und wird 1 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet. Deshalb werden 30 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet, während 120 Raster (1 Teilbild oder Rahmen) mittels B- Modus-Abtastung abgetastet werden, und es werden 4 Teilbilder (120 x 4 Raster) mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, während 1 Teilbild mittels CFM-Abtastung abgetastet wird. Folglich wird ein Datenteilbild für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B- Modus-Bildes erfaßt. Wenn die PRF für das Aussenden der Ultraschallimpulse 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR1 und die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR1 bei der ersten Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR1 = (5x10³)/(120x1+30x16) = 8,33 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR1 = (5x10³)/(120x16+120x4) = 2,08 (Teilbilder/1 Sekunde).
Dies bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR1 ungefähr das 4-fache der CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit (= 8,33/2,08) der CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR1 beträgt und daß die BFR1 ungefähr das 3,4-fache der B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit FR1 (=2,45) bei einer konventionellen Doppler-Abtastung beträgt und daß die CFR1 ungefähr gleich der CFM- Teilbildgeschwindigkeit FR1 der konventionellen Farb-Doppler- Abtastung in Fig. 1 ist. Deshalb wird das Echtzeit-Folgevermögen für die Ausgabe eines B-Modus-Bildes um das 3,4-fache gegenüber der konventionellen Farb-Dopplerabtastung verbessert. Dann werden die drei interpolierten CFM-Abbildungs-Teilbilder, die durch DSC 26 erzeugt werden, zwischen zwei abgetasteten Abbildungs- Teilbildern wie in Fig. 11 gezeigt eingeschoben, und die CFM- Bilder werden dann bei den abgetasteten B-Modus-Teilbildern auf Bildschirm 46 ausgegeben.
Fig. 12(A) und 12(B) zeigen ein zweites Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastschema entsprechend der Erfindung. Fig. 12(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen 0 bis 118 und einem Blindraster. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten nur einmal für jeden Raster zum Erfassen von B-Modus-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden alternierenden Raster (insgesamt 60 Raster) für das Erfassen von CFM-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. In Fig. 12(B) werden zuerst die Raster 0 bis 3 einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 0. Raster kontinuierlich 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach werden der 4. bis 7. Raster jeweils einmal mittels B-Modus- Abtastung abgetastet, und dann wird der 2. Raster kontinuierlich 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden abwechselnd, wie vorstehend beschrieben, 4 Raster mittels B-Modus- Abtastung und 1 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet. Deshalb werden 30 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet, während 120 Raster (1 Teilbild) mittels B-Modus-Abtastung abgetastet werden, und es werden 2 Teilbilder (120 x 2 Raster) mittels B-Modus- Abtastung abgetastet, während ein Teilbild (60 Raster) mittels CFM-Abtastung abgetastet wird. Folglich werden ein Teilbild an Daten für die Ausgabe eines CFM-Bildes und ein B-Modus-Bild erfaßt. Wenn die PRF für das Ausstrahlen des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR2 und die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR2 bei dieser zweiten Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR2 (5x10³) / (120x1+30x16) = 8,33 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR2 = (5x10³) / (60x16+120x2) = 4,17 (Teilbilder/1 Sekunde)
Die bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit ungefähr 2 mal (= 8,33/4,17) höher als die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR2 ist und daß BFR2 ungefähr 1,8 mal höher als die B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit FR2 (=4,63) der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung ist und daß CFR2 ungefähr 0,9 mal höher als die CFM-Teilbildgeschwindigkeit FR2 der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung bei Fig. 2 ist. Deshalb ist die Echtzeit-Folgefähigkeit für die Ausgabe eines B-Modus-Bildes um das 1,8-fache gegenüber der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung verbessert. Ein interpoliertes CFM-Abbildungs-Teilbild, das durch DSC 26 erzeugt wird, wird zwischen zwei abgetastete Abbildungs-Teilbilder eingesetzt, und die CFM-Bilder werden bei den abgetasteten B-Modus-Teilbildern auf Bildschirm 46 ausgegeben.
Fig. 13(A) und 13(B) zeigen ein drittes Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastschema entsprechend dieser Erfindung. Fig. 13(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen 0 bis 118 und einem Blindraster. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten einmal für jeden Raster für das Erfassen von B-Modus-Bilddaten abgestrahlt und empfangen, und für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden abwechselnden Raster (insgesamt 60 Raster) für das Erfassen von CFM-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Bei Fig. 13(B) werden das 0. und das 2. Raster abwechselnd jeweils 16 mal durch CFM-Abtastung abgetastet, und dann werden das 0. bis 7. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet. Danach werden das 4. und das 6. Raster abwechselnd jeweils 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet, und dann werden die Raster 8 bis 15 jeweils einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet. Dann werden alternierend, wie vorstehend beschrieben, abwechselnde Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet, und es werden 8 Raster mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, wie in Fig. 13(B) gezeigt. Deshalb werden 30 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet, während 120 Raster (1 Teilbild) mittels B- Modus-Abtastung abgetastet werden, und es werden 2 Teilbilder (120x2 Raster) mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, während 1 Teilbild (60 Raster) mittels CFM-Abtastung abgetastet wird.
Dieses Abtastverfahren wird Einschieß-Abtasten genannt, und ein Diagramm dieser Abtast-Zeitfolge und Rasteradressen wird in Fig. 14 gezeigt. Bei Fig. 14 zeigt ein schwarzer Punkt ( ) eine Zeitsteuerung für ein CFM-Abtasten und zeigt ein weißer Punkt ( ) eine Zeitsteuerung für ein B-Modus-Abtasten. Bei diesem Einschieß-Abtasten ist die CFM-Abtastgeschwindigkeit für jeden Raster halb so hoch, wie die Geschwindigkeit des in Fig. 12 gezeigten Abtastverfahrens, deshalb kann es eine halb so große Geschwindigkeit einer Blutströmung feststellen, als das Verfahren, welches durch das in Fig. 12 veranschaulichte Abtastverfahren dargestellt ist. Wenn n (n > = 2) Raster abwechselnd jeweils 16 mal durch die CFM-Abtastung abgetastet werden, dann kann man eine um das n-fache niedrigere Geschwindigkeit der Blutströmung feststellen, als sie durch das Abtastverfahren von Fig. 13 festgestellt werden kann.
Folglich werden die Daten eines Teilbildes für die Ausgabe eines CFM-Bildes und ein B-Modus-Bild erfaßt. Wenn die PRF für das Abstrahlen des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR3 und die CFM-Abtast- Teilbildgeschwindigkeit CFR3 bei dieser dritten Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR3 = (5x10³) / (120x1+30x16) = 8,33 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR3 = (5x10³) / (60x16+120x2) = 4,17 (Teilbilder/1 Sekunde)
Dies bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR3 ungefähr doppelt (8,33/4,17) so hoch ist, wie die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR3 und daß die BFR3 ungef hr 1,8- mal höher als die B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit FR2 (= 4,63) der konventionellen Farb-Dopplerabtastung und daß die CFR3 ungefähr 0,9-mal höher als die CFM-Teilbildgeschwindigkeit FR3 der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung von Fig. 3 ist. Deshalb ist die Echtzeit-Folgefähigkeit für die Ausgabe eines B-Modus- Bildes ungefähr 1,8-fach verbessert gegenüber der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung. Ein durch DSC 26 erzeugtes interpoliertes CFM-Abbildungs-Teilbild wird zwischen zwei abgetasteten CFM-Abbildungs-Teilbildern eingeschoben, und die CFM-Bilder werden bei den abgetasteten B-Modus-Bildern auf Bildschirm 46 ausgegeben.
Fig. 15(A) und 15(B)zeigen ein viertes Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastschema entsprechend dieser Erfindung. Fig. 15(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen von 0 bis 118 und einem Blindraster. Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten nur einmal für jeden Raster für das Erfassen von B-Modus-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden alternierenden Raster (insgesamt 60 Raster) für das Erfassen von CFM-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Bei Fig. 15(B) werden zuerst der 2. und der 0. Raster alternierend jeweils 6 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach wird der 2. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet, dann wird der 0. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, dann wird der 2. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet, dann wird der 1. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, dann wird der 2. Raster einmal mittels CFM- Abtastung abgetastet, dann wird der 2. Raster einmal mittels B- Modus-Abtastung abgetastet, dann wird der 2. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet, dann wird der 3. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet. Dann werden der 2. und der 4. Raster alternierend jeweils 6 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden, wie vorstehend beschrieben, alle Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung abgetastet, wie in Fig. 15(B) gezeigt. Deshalb werden 30 Raster mittels CFM-Abtastung abgetastet, während 120 Raster (1 Teilbild) mittels B- Modus-Abtastung abgetastet werden, und es werden 2 Teilbilder (120x2 Raster) mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, während 1 Teilbild (60 Raster) mittels CFM-Abtastung abgetastet werden.
Dieses Abtastverfahren wird Einschieß-Abtasten genannt, und ein Diagramm für diese Abtast-Zeitsteuerung und Rasteradressen wird in Fig. 16 gezeigt. Bei Fig. 16 zeigt ein schwarzer Punkt ( ) eine Zeitsteuerung für eine CFM-Abtastung und zeigt ein weißer Punkt ( ) eine Zeitsteuerung für eine CFM-Abtastung. Bei dieser Einschieß-Abtastung ist die CFM-Abtastgeschwindigkeit halb so schnell, wie die Geschwindigkeit bei dem Abtastverfahren in Fig. 12, deshalb kann eine zweifach geringere Blutströmungsgeschwindigkeit festgestellt werden, als sie mit dem Abtastverfahren in Fig. 12 festgestellt werden kann. Dann ist es bei diesem Einschieß-Abtasten gleich für jeden Raster, daß der Zeitraum für das Korrigieren von 16 Daten mittels CFM-Abtastung denselben Wert hat.
Folglich wird ein Teilbild für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B-Modus-Bildes erfaßt. Wenn die PRF für das Abstrahlen des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtast- Teilbildgeschwindigkeit BFR4 und die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR4 bei dieser 4. Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR4 = (5x10³) / (120x1+30x16) = 8,33 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR4 = (5x10³) / (60x16+120x2) = 4,17 (Teilbilder/1 Sekunde)
Dies bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR4 ungefähr doppelt so hoch (8,33/4,17) wie die CFM-Abtast- Teilbildgeschwindigkeit CFR4 ist und daß BFR4 ungefähr 1,8 mal höher als die B-Modus-Teilbildgeschwindigkeit FR4 (= 4,63) der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung ist und daß CFR4 ungefähr 0,9-fach höher als die CFM-Teilbildgeschwindigkeit FR4 der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung in Fig. 4 ist. Deshalb wird die Echtzeit-Folgefähigkeit für die Ausgabe eines B-Modus-Bildes um das 1,8-fache gegenüber der konventionellen Farb-Doppler- Abtastung verbessert. Ein durch DSC 26 erzeugtes CFM-Abbildungs- Teilbild wird zwischen zwei abgetasteten CFM-Abbildungs-Teilbildem eingesetzt, und die CFM-Bilder werden bei den abgetasteten B-Modus-Bildern auf Bildschirm 46 ausgegeben.
Fig. 17(A) und 17(B) zeigen ein fünftes Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastungsschema entsprechend dieser Erfindung. Fig. 17(A) zeigt 124 Raster mit den Adressen 0 bis 120 und 3 Blindrastern (nicht gezeigt). Für eine B-Modus-Abtastung werden Ultraschalldaten einmal für jeden Raster für das Erfassen der B- Modus-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jedes alternierende 16- Raster-Intervall (insgesamt 30 Raster) für das Erfassen der CFM- Bilddaten abgestrahlt und empfangen. In Fig. 17(B) wird zuerst der 0. Raster einmal mittels B-Modus Abtastung abgetastet, und dann wird der 0. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach wird der 1. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, und danach wird der 0. Raster einmal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden abwechselnd, wie vorstehend beschrieben, die Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung abgetastet, wie in Fig. 17(B) gezeigt. Deshalb gibt es 124 CFM-Abtastungen, während 124 Raster (1 Teilbild) mittels B-Modus-Abtastung abgetastet werden, und es werden 30x16 Raster mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, während 1 Teilbild (30x16 Raster) mittels CFM-Abtastung abgetastet wird. Folglich wird ein Teilbild für die Ausgabe eines CFM-Bildes und eines B-Modus- Bildes erfaßt. Wenn die PRF für das Abstrahlen des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtastungs-Teilbildgeschwindigkeit BFRS und die CFM-Abtastungs-Teilbildgeschwindigkeit CFRS bei dieser fünften Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR5 = (5x10³) / (124 + 124) = 20,16 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR5 = (5x10³) / (30x16+30x16) = 5,21 (Teilbilder/1 Sekunde)
Dies bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR5 ungefähr 3,9 mal (= 20,16/5,21) höher als die CFM-Abtast- Teilbildgeschwindigkeit ist. Bei dieser Abtastung ist die CFM- Abtastgeschwindigkeit für jeden Raster zweimal geringer als die Geschwindigkeit mittels des Abtastverfahrens in Fig. 12, deshalb kann dadurch eine zweifach langsamere Blutströmungsgeschwindigkeit festgestellt werden, als sie mit Hilfe des in Fig. 12 veranschaulichten Abtastverfahrens festgestellt werden könnte.
Fig. 18(A) und 18(B) zeigen ein sechstes Beispiel für ein Farb- Doppler-Abtastschema entsprechend dieser Erfindung. Fig. 18(A) zeigt 120 Raster mit den Adressen 0 bis 119. Für eine B-Modus- Abtastung werden Ultraschalldaten nur einmal für jeden Raster für das Erfassen von B-Modus-Bilddaten abgestrahlt und empfangen. Für eine CFM-Abtastung werden Ultraschalldaten 16 mal für jeden Raster (insgesamt 120 Raster) für das Erfassen von CFM- Bilddaten abgestrahlt und empfangen. In Fig. 18(B) wird zuerst der 0. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 0. Raster 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Danach wird der 1. Raster einmal mittels B-Modus-Abtastung abgetastet, und dann wird der 1. Raster 16 mal mittels CFM-Abtastung abgetastet. Dann werden abwechselnd, wie vorstehend beschrieben, der 2. bis 119. Raster mittels B-Modus-Abtastung und CFM-Abtastung in dem ersten Teilbild abgetastet. Danach werden bei dem 2. Teilbild der 0. bis 119. Raster nur mittels B-Modus-Abtastung abgetastet. Danach werden bei dem dritten Teilbild der 0. bis 119. Raster abwechselnd jeweils einmal mittels B-Modus-Abtastung und jeweils 16 mal mittels CFM-Abtastung wie bei dem ersten Teilbild abgetastet. Folglich wird jedes Datenteilbild erfaßt. Wenn die PRF für die Abstrahlung des Ultraschallimpulses 5 kHz ist, dann werden die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR6 und die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR6 bei dieser sechsten Ausführungsform wie folgt berechnet:
BFR6 = (5x10³)/(120+120x16+120)x2 = 4,63 (Teilbilder/1 Sekunde)
CFR6 = (5x10³)/(120+120x16+120) = 2,31 (Teilbilder/1 Sekunde)
Dies bedeutet, daß die B-Modus-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit BFR6 zweimal höher als die CFM-Abtast-Teilbildgeschwindigkeit CFR6 ist und daß die BFR6 etwa 1,9-fach höher als die B-Modus- Teilbildgeschwindigkeit FR1 (= 2,45) der konventionellen Farb- Doppler-Abtastung ist und daß der Wert von CFR6 ungefähr gleich der CFM-Teilbildgeschwindigkeit FR1 der konventionellen Farb- Doppier-Abtastung ist. Deshalb wird das Echtzeit-Folgevermögen für die Ausgabe eines B-Modus-Bildes gegenüber der konventionellen Farb-Doppler-Abtastung verbessert. Dann wird ein interpoliertes CFM-Abbildungs-Teilbild, das durch DSC 26 erzeugt wird, zwischen zwei abgetastete CFM-Abbildungs-Teilbilder eingeschoben, und es werden die CFM-Bilder bei den abgetasteten B-Modus- Bildern auf Bildschirm 46 ausgegeben.
Allgemein gesagt, die Farb-Doppler-Abtastung dieser Erfindung sorgt dafür, daß der Zeitraum für das Abtasten von N Teilbildern (N > = 2) mittels B-Modus-Abtastung und der Zeitraum für das Abtasten von M Rahmen (1 < = M < N) mittels CFM-Abtastung gleich ist.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen treten für jene, die mit der Technik vertraut sind, leicht in Erscheinung. Deshalb ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die speziellen Details und die gezeigten und beschriebenen repräsentativen Vorrichtungen begrenzt. Demgemäß können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Geist oder dem Geltungsbereich des generellen erfinderischen Konzepts abzuweichen, wie es durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

1. Ultraschall-Diagnosegerät zum Anzeigen eines Ultraschall- Bildes, wobei das Bild aus Daten von einer Anzahl von Rastern erzeugt wird, die von einem Ultraschall-Bildsynthesewandler abgetastet werden, mit:

einer Wandlereinrichtung (10);

einer B-Mode-Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten jedes Rasters, indem die Wandlereinrichtung (10) so gesteuert wird, daß die Wandlereinrichtung (10) einen Ultraschall- Impuls aussendet und von jedem Raster ein reflektiertes Echo empfängt;

einer Farb-Strömung-Abbildung CFM-Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten jedes Rasters, indem die Wandlereinrichtung (10) so gesteuert wird, daß die Wandlereinrichtung (10) mehrere Ultraschall-Impulse aussendet und von jedem Raster mehrere reflektierte Echos empfängt;

einer Abtast-Steuerungseinrichtung (40) zur Steuerung der B-Mode-Abtasteinrichtung (12) und der CFM-Abtasteinrichtung (12);

einer B-Mode-Bildsyntheseeinrichtung (24) zum Berechnen von Intensitätsdaten aus dem reflektierten Echo, das für jedes Raster von der B-Mode-Abtasteinrichtung (12) abgetastet wird, und zum Erzeugen eines Tomogramm-Bildes als ein B-Mode-Teilbild aus den Intensitätsdaten, die in der Anzahl von Rastern berechnet werden;

einer CFM-Bildsyntheseeinrichtung (38) zum Berechnen von Dopplerverschiebungsdaten aus den reflektierten Echos, die für jedes Raster von der CFM-Abtasteinrichtung (12) abgetastet werden, und zum Erzeugen eines Farb-Strömung- Abbildung-Bildes als ein CFM-Teilbild aus den Dopplerverschiebungsdaten, die in der Anzahl von Rastern berechnet werden; und

eine Anzeigeeinrichtung (46) zum Anzeigen des Farb-Strömung-Abbildung-Bildes auf dem Tomogramm-Bild, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Abtast-Steuerungseinrichtung (40) unabhängig eine erste Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit, die von der B-Mode- Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten des B-Mode-Teilbildes verwendet wird, und eine zweite Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit steuert, die von der CFM-Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten des CFM-Teilbildes verwendet wird, wobei die erste Abtast-Teilbild-Geschwindigkeit, die von der B-Mode- Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten des B-Mode-Teilbildes verwendet wird, größer ist als die zweite Abtast-Teilbild- Geschwindigkeit, die von der CFM-Abtasteinrichtung (12) zum Abtasten des CFM-Teilbildes verwendet wird.

2. Gerät nach Anspruch 11 das außerdem eine Interpolationseinrichtung (88) zum Interpolieren eines Teilbildes des Farb-Strömung-Abbildung-Bildes mit Daten, die verwendet wurden, um ein früheres Teilbild des Farb-Strömung-Abbildung-Bildes zu erzeugen.

3. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Anzeigeeinrichtung (46) abwechselnd das Farb-Strömung-Abbildung-Bild, das von der CFM-Bildsyntheseeinrichtung (38) erzeugt wird, und das interpolierte Farb-Strömung-Abbildung-Bild anzeigt, das von der Interpolationseinrichtung (88) erzeugt wird.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtast-Steuerungseinrichtung (40) die CFM-Abtastraster zwischen den B-Mode-Abtastrastern verschachtelt.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtast-Steuerungseinrichtung (40) unabhängig eine Periode zum Abtasten von N Teilbildern (N > = 2) durch die B-Mode- Abtasteinrichtung (12) und eine Periode zum Abtasten von M Teilbildern (1 < = M < N) durch die CFM-Abtasteinrichtung (12) so steuert, daß die Periode zum Abtasten von N Teilbildern durch die B-Mode-Abtasteinrichtung (12) und die Periode zum Abtasten von M Teilbildern durch die CFM- Abtasteinrichtung (12) gleich sind.