DE69419237T2

DE69419237T2 - Ultraschalldiagnosegerät

Info

Publication number: DE69419237T2
Application number: DE69419237T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nakamura; Yoshinao Tannaka; Yuzo Yoshimoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2014-12-07
Also published as: CA2137430C; EP0657747A1; DE69419237D1; EP0657747B1; EP0913703B1; CA2137430A1; JP2814900B2; DE69431197D1; JPH07155321A; DE69431197T2; EP0913703A1; US5507293A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Ultraschalldiagnosegerät zur Erzeugung eines Bildes wie beispielsweise eines Schnittbildes eines untersuchten Körpers, indem ein Strahl einer Ultraschallwelle in den Körper hinein emittiert wird, und dessen Echos empfangen werden.
Ein typisches Ultraschalldiagnosegerät emittiert einen Strahl einer Ultraschallwelle in einen untersuchten Körper und empfängt dessen Ultraschallechos. Die empfangenen Ultraschallechos werden in entsprechende elektrische Echosignale umgewandelt. Ein Schnittbild des untersuchten Körpers wird in Abhängigkeit von den elektrischen Echosignalen erzeugt.
Um das S/N-Verhältnis (Signal/Rausch-Verhältnis) bzw. den Rauschabstand des Bildes des untersuchten Körpers zu erhöhen, wird ein auf das Frequenzband des elektrischen Echosignals abgestimmtes Filter bereitgestellt, das Rauschkomponenten aus den elektrischen Echosignalen entfernt. Im allgemeinen verschiebt sich das Frequenzband eines elektrischen Echosignals zu einer niedrigeren Seite hin, wenn das elektrische Echosignal mit einem tieferen Abschnitt des untersuchten Körpers in Beziehung steht. Somit ist das Filter im allgemeinen ein abstimmbares Filter, das auf ein Abstimmsteuersignal anspricht. Der Filterdurchlaßbereich wird in Abhängigkeit von dem Abstimmsteuersignal so angepaßt, daß er mit dem Frequenzband eines aktuell verarbeiteten, elektrischen Echosignal übereinstimmt.
Die Steuersignal-Ansprecheigenschaft und die Frequenzansprecheigenschaft tendieren dazu, sich von Filter zu Filter zu verändern. Dementsprechend ist in jedem Ultraschalldiagnosegerät eine komplizierte Einstellung einschließlich manueller Vorgänge notwendig, um eine derartige, charakteristische Veränderung hinsichtlich eines Filters zu kompensieren.
Die Druckschrift EP-A-0072498, auf die der Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 basiert, beschreibt ein Ultraschalldiagnosegerät, in dem Ultraschall von einem Sender mit veränderlicher Dicke übertragen wird. Empfangene Ultraschallechos werden in elektrische Signale umgewandelt und mit einer Eigenschaft gefiltert, die entsprechend einer Änderung der Dicke des Senders geändert wird.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Ultraschalldiagnosegerät bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschalldiagnosegerät bereitgestellt, mit: einer Einrichtung zum Emittieren von Ultraschallwellen in einen zu untersuchenden Körper,
einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten elektrischen Echosignals im Ansprechen auf ein Echo der Ultraschallwelle,
einem steuerbaren Filter, das auf ein Steuersignal anspricht, um in einem gewünschten Frequenzband befindliche Komponenten des ersten elektrischen Echosignals im normalen Betriebsmodus zu extrahieren, wodurch das erste elektrische Echosignal in ein zweites elektrisches Echosignal umgewandelt wird,
gekennzeichnet durch
eine logarithmische Erfassungsvorrichtung, um das zweite elektrische Echosignal einer logarithmischen Komprimierung und einer Erfassung zu unterziehen,
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Ausgeben mehrerer Kalibrierungssignale mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Amplituden,
eine Eingabeauswahleinrichtung zum Verbinden der Signalerzeugungseinrichtung mit einem Eingangsanschluß des Filters in einem Kalibrierungsbetriebsmodus,
eine Filtersteuervorrichtung zum Steuern eines Filterdurchlaßbereichs in einen erwünschten Durchlaßbereich,
eine Verstärkungssteuervorrichtung zum Erzeugen eines Verstärkungssteuersignals,
eine Addiereinrichtung zum Addieren eines Ausgabesignals der logarithmischen Erfassungsvorrichtung und des Verstärkungssteuersignals,
einen A/D-Wandler zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Addiereinrichtung in ein entsprechendes digitales Signal,
eine Referenzspannung-Steuervorrichtung zur Steuerung einer dem A/D-Wandler zugeführten Referenzspannung, einen Speicher zur Speicherung eines Ausgangssignals des A/D-Wandlers, und
eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Eingabeauswahleinrichtung, um in dem Kalibrierungsbetriebsmodus die Signalerzeugungseinrichtung mit dem Eingangsanschluß des Filters zu verbinden, zur Steuerung der Signalerzeugungseinrichtung gemäß einer Kalibrierungsabfolge, zum Auslesen des Signals aus dem Speicher und zum Berechnen von Korrekturwerten für Steuersignale, die von der Filtersteuervorrichtung, der Verstärkungssteuervorrichtung und der Referenzspannung-Steuervorrichtung im Ansprechen auf das ausgelesene Signal ausgegeben werden, und zum Korrigieren der Steuersignale, die von der Filtersteuervorrichtung, der Verstärkungssteuervorrichtung und der Referenzspannung-Steuervorrichtung im Ansprechen auf die Korrekturwerte ausgegeben werden, während Echos der Ultraschallwellen im normalen Betriebsmodus empfangen werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschalldiagnosegerätes gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ultraschalldiagnosegerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung,
Fig. 3 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Erfassungswert und einem Filtersteuersignal in dem Gerät gemäß Fig. 1 und ebenfalls eine Darstellung von Beziehungen zwischen einem Filtersteuersignal und einer zentralen Frequenz des Filterdurchlaßbereichs in dem Gerät gemäß Fig. 1.
Fig. 4 eine Darstellung in der Zeitdomäne des Filtersteuersignals in dem Gerät gemäß Fig. 1,
Fig. 5 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einem Filtereingangsniveau und einem Ausgangsniveau einer Addiereinrichtung bzw. eines Addierers in dem Gerät gemäß Fig. 1, und
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Ultraschalldiagnosegerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zum besseren Verständnis dieser Erfindung wird vor der Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser Erfindung ein Ultraschalldiagnosegerät gemäß dem Stand der Technik beschrieben.
Ein Ultraschalliagnosegerät gemäß dem Stand der Technik umfaßt gemäß Fig. 1 eine Ultraschallsonde 1, die mit einer Übertragungsschaltung 2 und einer Empfangsschaltung 3 verbunden ist. Wenn das Ultraschalldiagnosegerät gemäß dem Stand der Technik tatsächlich verwendet wird, bleibt die Ultraschallsonde in Kontakt mit der Oberfläche eines untersuchten Körpers wie beispielsweise einem menschlichen Körper.
Die Ultraschallsonde 1 umfaßt eine regelmäßige piezoelektrische Wandleranordnung (Elektro-Ultraschall-Wandler). Die piezoelektrischen Wandler werden durch elektrische Ausgangssignale der Übertragungsschaltung 2 sequentiell aktiviert, so daß Pulse eines Strahls einer Ultraschallwelle in den untersuchten Körper M emittiert werden.
Echos der Pulse des Ultraschallwellen-Strahls werden an Organen des untersuchten Körpers M erzeugt. Die Ultraschall-Echopulse werden von der Ultraschallsonde 1 empfangen und dabei in entsprechende elektrische Echosignale umgewandelt. Die elektrischen Echosignale werden von der Ultraschallsonde 1 an die Empfangsschaltung 3 ausgegeben. Die elektrischen Echosignale sind in mehreren Kanälen.
Die elektrischen Echosignale werden von der Empfangsschaltung 3 zu zweiten Echosignalen verarbeitet. Die zweiten Echosignale, d. h. die Ausgangssignale der Empfangsschaltung 3, werden einer Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 zugeführt. Hinsichtlich jedes der Kanäle stellt die Vorrichtung 4 jeweils geeignete Verzögerungszeiten den zweiten Echosignalen bereit, und verbindet die resultierenden, verzögerten Signale zu einem zusammengesetzten Echosignal.
Das zusammengesetzte Echosignal, das von der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 erzeugt wird, weist im allgemeinen breitbandige Rauschkomponenten zusätzlich zu den erwünschten Informationskomponenten auf. Ein effektiver Weg, ein Schnittbild des untersuchten Körpers M mit wenige Rauschen bereitzustellen, ist, die Rauschkomponenten von dem Frequenzband des zusammengesetzten Echosignals zu entfernen. Aufgrund von Eigenschaften von Ultraschallwellen in einem Körper weist ein elektrisches Echosignal hinsichtlich eines tieferen Abschnitt des Körpers stärker gedämpfte Hochfrequenzkomponenten auf. Daher verschiebt sich das Frequenzband des zusammengesetzten Echosignals zu einer niedrigeren Seite hin, wenn sich das zusammengesetzte Echosignal auf einen tieferen Abschnitt des untersuchten Körpers M bezieht.
Das zusammengesetzte Echosignal wird von der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 zu einem abstimmbaren Filter (Filter mit abstimmbarem Bandpaß bzw. Durchlaßbereich) 6 ausgegeben. Das abstimmbare Filter 6 entfernt Rauschkomponenten von dem zusammengesetzten Echosignal. Das abstimmbare Filter 6 hat einen Durchlaßbereich, der sich im Ansprechen auf ein Abstimmsteuersignal verschiebt, das von einer Filtersteuerschaltung 14 zugeführt wird. Ein Abschnitt des untersuchten Körpers M, der mit dem aktuellen, zusammengesetzten Echosignal in Beziehung steht, bewegt sich mit der Zeit in der Tiefe. Somit bewegt sich das Frequenzband gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals mit der Zeit. Die Verbindung des abstimmbaren Filters 6 und der Filtersteuerschaltung 14 ist ausgelegt, diese zeitabhängige Bewegung des Frequenzbandes gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu kompensieren. Insbesondere der Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 wird verschoben, um dem Frequenzband gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu folgen.
Das abstimmbare Filter 6 umfaßt eine Diode mit variabler Kapazität. Der Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 verschiebt sich entsprechend einer Steuerspannung, die an die Diode mit variabler Kapazität angelegt wird. Das Abstimmsteuersignal wird von der Filtersteuerschaltung 14 an die Diode mit variabler Kapazität als Steuerspannung angelegt. Um den Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 mit einer Änderung in dem Frequenzband gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu verschieben, verändert die Filtersteuerschaltung 14 die Spannung des Abstimmsteuersignals gemäß einer festgelegten Kurve mit der Zeit.
Eine logarithmische Erfassungsschaltung 7 empfängt das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 und reduziert den dynamischen Bereich des Ausgangssignals des abstimmbaren Filters 6 auf ein Niveau, das dem dynamischen Bereich einer Anzeigevorrichtung (10) bzw. einer Anzeige (10) entspricht. Zusätzlich wandelt die logarithmische Erfassungsschaltung 7 das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 in ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal um. Insbesondere wird das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 von der Vorrichtung 7 einer logarithmischen Komprimierung und einer Amplitudeneinhüllenden-Erfassung unterzogen.
Eine Verstärkungssteuerschaltung (eine Amplitudensteuerschaltung) 15 gibt ein Verstärkungssteuersignal an einen Addierer 8 aus. Der Addierer 8 empfängt auch das Ausgangssignal der logarithmischen Erfassungsschaltung 7. Die Vorrichtung 8 addiert und verbindet die Ausgangssignale der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 und der Verstärkungssteuerschaltung 15. Das Verstärkungssteuersignal, das von der Verstärkungssteuerschaltung 15 dem Addierer 8 zugeführt wird, wird im Ansprechen auf die Erfordernisse der Bedienperson so angepaßt, daß die Helligkeit eines Schnittbildes auf der Anzeige 10 auf einem von der Bedienperson gewünschten Niveau gesteuert werden kann.
Ein A/D-Wandler 9 (Analog/Digital-Wandler 9) empfängt das Ausgangssignal des Addierers 8. Der A/D-Wandler 9 ändert das Ausgangssignal des Addierers 8 in ein entsprechendes digitales Signal, während er im Ansprechen auf von einer geeigneten (nicht gezeigten) Vorrichtung zugeführten Referenzspannungen gesteuert wird. Die Referenzspannungen bestimmen den Eingangsdynamikbereich oder das Eingangsfenster des A/D-Wandlers 9.
Die Anzeige 10 empfängt das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 9. Die Anzeige 10 umfaßt einen digitalen Abtastwandler, der das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 9 in ein entsprechendes Videosignal eines gegebenen Abtastformats ändert, das zur Anzeige auf einem Bildschirm der Anzeige 10 geeignet ist. Die Anzeige 10 zeigt ein Schnittbild des untersuchten Körpers M auf ihrem Bildschirm im Ansprechen auf das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 9 an.
Das abstimmbare Filter 6 tendiert dazu, die folgenden Probleme zu haben. Die Steuersignal-Ansprecheigenschaft und die Frequenzansprecheigenschaft tendieren dazu, sich von Filter zu Filter zu verändern. Bei der Herstellung des Ultraschalldiagnosegerätes gemäß dem Stand der Technik werden dementsprechend viele Filterproben vorbereitet, und eine der Proben, die Eigenschaften in der Nähe der gewünschten Eigenschaften aufweist, wird als tatsächlich verwendetes, abstimmbares Filter 6 ausgewählt. Nachdem das abstimmbare Filter 6 in eine Position in dem Ultraschalldiagnosegerät gemäß dem Stand der Technik gebracht worden ist, ist es zusätzlich notwendig, die Durchlaßbereich-Eigenschaft des abstimmbaren Filters 6 zusätzlich manuell anzupassen. Ferner ist es notwendig, die logarithmische Umwandlungseigenschaft (die logarithmische Linearitätseigenschaft) und die Offseteigenschaft der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 manuell anzupassen.

ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Gemäß Fig. 2 umfaßt ein Ultraschalldiagnosegerät nach einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung eine Ultraschallsonde 1, die mit dem Ausgangsanschluß einer Übertragungsschaltung 2 und dem Eingangsanschluß einer Empfangsschaltung 3 elektrisch verbunden ist. Das Ultraschalldiagnosegerät wird auch einfach als das Gerät bezeichnet. Der Ausgangsanschluß der Empfangsschaltung 3 ist mit dem Eingangsanschluß einer Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 verbunden. Der Ausgangsanschluß der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 ist mit einem ersten Eingangsanschluß einer Auswahleinrichtung oder eines Schalters 5 verbunden.
Der Ausgangsanschluß einer Signalerzeugungseinrichtung 13 ist mit einem zweiten Eingangsanschluß des Schalters 5 verbunden. Die Signalerzeugungseinrichtung 13 hat einen Steueranschluß, der mit einer Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist. Der Schalter 5 hat einen Steueranschluß, der mit der Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Schalters 5 ist mit dem Eingangsanschluß eines abstimmbaren Filters (eines abstimmbaren Bandpaßfilters) 6 verbunden. Der Schalter 5 wählt entweder das Ausgangssignal der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 oder das Ausgangssignal der Signalerzeugungseinrichtung 13 im Ansprechen auf ein Schaltsteuersignal aus, das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführt wird und überträgt das ausgewählte Signal zu dem abstimmbaren Filter 6.
Das abstimmbare Filter 6 hat einen Steueranschluß, der mit dem Ausgangsanschluß einer Filtersteuerschaltung 14 verbunden ist. Die Filtersteuerschaltung 14 hat einen Steueranschluß, der mit der Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des abstimmbaren Filters 6 ist mit dem Eingangsanschluß einer logarithmischen Erfassungsschaltung 7 verbunden. Der Ausgangsanschluß der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 ist mit einem ersten Eingangsanschluß eines Addierers 8 verbunden. Der Ausgangsanschluß einer Amplitudensteuerschaltung (einer Verstärkungssteuerschaltung) 15 ist mit einem zweiten Eingangsanschluß des Addierers 8 verbunden. Die Amplitudensteuerschaltung 15 hat einen Steueranschluß, der mit der Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist.
Der Ausgangsanschluß des Addierers 8 ist mit dem Eingangsanschluß eines A/D-Wandlers (Analog/Digital- Wandlers) 9 verbunden. Der A/D-Wandler 9 hat einen Steueranschluß, der mit dem Ausgangsanschluß einer Referenzspannungs-Steuerschaltung 16 verbunden ist. Die Referenzspannungs-Steuerschaltung 16 hat einen Steueranschluß, der mit der Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des A/D-Wandlers 9 ist mit dem Eingangsanschluß einer Anzeige 10 und dem Eingangsanschluß eines Speichers 11 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Speichers 11 ist mit der Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden.
Ein Betrieb des Ultraschalldiagnosegerätes gemäß Fig. 2 kann aus einem ersten Kalibrierungsmodus, einem zweiten Kalibrierungsmodus und einem normalen Modus ausgewählt werden. Der erste Kalibrierungsbetriebsmodus ist zur Anpassung oder Kalibrierung der Eigenschaften des abstimmbaren Filters 6 ausgelegt. Der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus ist zur Anpassung oder Kalibrierung der Eigenschaften der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 ausgelegt. Wenn das Ultraschalldiagnosegerät tatsächlich verwendet wird, ist sein Betrieb im normalen Modus eingestellt. Im Allgemeinen werden der erste Kalibrierungsbetriebsmodus und der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus sofort nach der Herstellung des Ultraschalldiagnosegerätes durchgeführt. Somit gehen der erste Kalibrierungsbetriebsmodus und der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus dem normalen Betriebsmodus voraus.
Die Hauptsteuereinrichtung 12 umfaßt einen Mikrocomputer oder eine ähnliche Vorrichtung mit einer Verbindung von einem Eingangs/Ausgangsanschluß bzw. I/O-Anschluß, einer zentralen Verarbeitungseinheit bzw. einer CPU, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. einem RAM und einem nur Lesespeicher bzw. einem ROM. Die Hauptsteuereinrichtung 12 umfaßt auch einen nicht flüchtigen Speicher oder einen von einem Sicherungssystem unterstützten Speicher. Die Hauptsteuereinrichtung 12 arbeitet gemäß einem in dem ROM gespeicherten Programm. Das Programm ist dazu ausgelegt, der Hauptsteuereinrichtung 12 zu ermöglichen, verschiedene Verarbeitungen durchzuführen, die später beschrieben werden. Im Allgemeinen wählt die Hauptsteuereinrichtung 12 einen Betriebsmodus aus dem ersten Kalibrierungsbetriebsmodus, dem zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus und dem normalen Betriebsmodus im Ansprechen auf ein Modusauswahlsignal aus, das von einem manuellen (nicht gezeigten) Schalter ausgegeben wird.
Der normale Betriebsmodus des Ultraschalldiagnosegerätes gemäß Fig. 2 wird nun beschrieben. Wenn das Ultraschalldiagnosegerät tatsächlich verwendet wird, bleibt die Ultraschallsonde 1 in Kontakt mit der Oberfläche eines untersuchten Körpers M wie einem menschlichen Körper.
Die Ultraschallsonde 1 umfaßt eine regelmäßige, piezoelektrische Wandleranordnung (Elektro-Ultraschall- Wandler). Im normalen Betriebsmodus werden die piezoelektrischen Wandler von elektrischen Ausgangssignalen der Übertragungsschaltung 2 sequentiell aktiviert, so daß Pulse eines Strahls einer Ultraschallwelle in den untersuchten Körper M emittiert werden.
Echos der Pulse des Ultraschallwellen-Strahls werden an Organen des untersuchten Körpers M erzeugt. Die Ultraschall-Echopulse werden von der Ultraschallsonde 1 empfangen, und von ihr in entsprechende elektrische Echosignale umgewandelt. Die elektrischen Echosignale werden von der Ultraschallsonde 1 zu der Empfangsschaltung 3 ausgegeben. Die elektrischen Echosignale sind in mehreren Kanälen.
Die elektrischen Echosignale werden von der Empfangsschaltung 3 zu zweiten Echosignalen verarbeitet. Die zweiten Echosignale, d. h. die Ausgangssignale der Empfangsschaltung 3, werden der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 zugeführt. Hinsichtlich jedes der Kanäle stellt die Vorrichtung 4 jeweils eine geeignete Verzögerungszeit den zweiten Echosignalen bereit, und verbindet die resultierenden, verzögerten Signale zu einem zusammengesetzten Echosignal.
Im allgemeinen weist das von der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 erzeugte, zusammengesetzte Echosignal breitbandige Rauschkomponenten zusätzlich zu den gewünschten Informationskomponenten auf. Ein effektiver Weg, ein Schnittbild des untersuchten Körpers M mit niedrigem Rauschen bereitzustellen, ist, die Rauschkomponenten von dem Frequenzband des zusammengesetzten Echosignals zu entfernen. Aufgrund von Eigenschaften von Ultraschallwellen im Körper, weist ein elektrisches Echosignal bezogen auf einen tieferen Abschnitt des Körpers im allgemeinen abgeschwächtere Hochfrequenzkomponenten auf. Daher verschiebt sich das Frequenzband des zusammengesetzten Echosignals zu einer tieferen Seite hin, wenn sich das zusammengesetzte Echosignal auf einen tieferen Abschnitt des untersuchten Körpers M bezieht.
Das zusammengesetzte Echosignal wird von der Verzögerungs- und Verbindungsschaltung 4 zu dem Schalter 5 ausgegeben. Im normalen Betriebsmodus des Gerätes wählt der Schalter 5 im Ansprechen auf das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführte Schaltsteuersignal das zusammengesetzte Echosignal aus und überträgt das zusammengesetzte Echosignal zu dem abstimmbaren Filter 6.
Das abstimmbare Filter 6 entfernt Rauschkomponenten von dem zusammengesetzten Echosignal, Das abstimmbare Filter 6 hat einen Durchlaßbereich, der im Ansprechen auf ein Abstimmsteuersignal verschoben wird, das von der Filtersteuerschaltung 14 zugeführt wird. Ein Abschnitt des untersuchten Körpers M, der sich auf das aktuelle, zusammengesetzte Echosignal bezieht, verschiebt sich in der Tiefe mit der Zeit. Somit verschiebt sich das Frequenzband gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals mit der Zeit. Die Verbindung des abstimmbaren Filters 6 und der Filtersteuerschaltung 14 ist dazu ausgelegt, die zeitabhängige Verschiebung des Frequenzbandes gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu kompensieren. Insbesondere wird der Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 verschoben, um dem Frequenzband gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu folgen.
Das abstimmbare Filter 6 umfaßt eine Diode mit variabler Kapazität. Der Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 verschiebt sich gemäß einer Steuerspannung, die an die Diode mit variabler Kapazität angelegt wird. Das von der Filtersteuerschaltung 14 ausgegebene Abstimmsteuersignal wird an die Diode mit variabler Kapazität als Steuerspannung angelegt. Um den Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 mit einer Änderung des Frequenzbandes gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu verschieben, verändert die Filtersteuerschaltung 14 die Spannung des Abstimmsteuersignals gemäß einer festgelegten Kurve mit der Zeit. Die Filtersteuerschaltung 14 führt die Veränderungen des Abstimmsteuersignals gemäß Informationen einer darin festgelegte Filtersteuerkurve durch. Die Filtersteuerschaltung 14 umfaßt einen Speicher zum Speichern der Informationen der Filtersteuerkurve.
Wie nachstehend beschrieben ist, ist der Betrieb der Verbindung von dem abstimmbaren Filter 6 und der Filtersteuerschaltung 14 im Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes vor dem normalen Betriebsmodus kalibriert worden.
Die logarithmische Erfassungsschaltung 7 empfängt das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 und reduziert den dynamischen Bereich des Ausgangssignals des abstimmbaren Filters 6 auf ein Niveau, das mit dem dynamischen Bereich der Anzeige 10 übereinstimmt. Zusätzlich wandelt die logarithmische Erfassungsschaltung 7 das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 in ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal um. Insbesondere wird das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 von der Vorrichtung 7 einer logarithmischen Komprimierung und einer Amplitudeneinhüllenden-Erfassung unterzogen.
Die Verstärkungssteuerschaltung 15 gibt ein Verstärkungssteuersignal an den Addierer 8 aus. Der Addierer 8 empfängt auch das Ausgangssignal der logarithmischen Erfassungsschaltung 7. Die Vorrichtung 8 addiert und verbindet die Ausgangssignale der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 und der Verstärkungssteuerschaltung 15. Das Verstärkungssteuersignal, das von der Verstärkungssteuerschaltung 15 dem Addierer 8 zugeführt wird, wird im Ansprechen auf ein Erfordernis einer Bedienperson angepaßt, so daß die Helligkeit eines Schnittbildes auf der Anzeige 10 auf einem von der Bedienperson gewünschten Niveau gesteuert werden kann.
Der A/D-Wandler 9 empfängt das Ausgangssignal des Addierers 8. Der A/D-Wandler 9 ändert das Ausgangssignal des Addierers 8 in ein entsprechendes digitales Signal, während er im Ansprechen auf von der Referenzspannungs- Steuerschaltung 16 zugeführten Referenzspannungen gesteuert wird. Diese Referenzspannungen bestimmen den Eingangsdynamikbereich oder das Eingangsfenster des A/D- Wandlers 9.
Die Anzeige 10 empfängt das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 9. Die Anzeige 10 umfaßt einen digitalen Abtastwandler, der das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 9 in ein entsprechendes Videosignal eines gegebenen Abtastformats ändert, das zur Anzeige auf dem Bildschirm der Anzeige 10 geeignet ist. Die Anzeige 10 zeigt ein Schnittbild des untersuchten Körpers M auf ihrem Bildschirm im Ansprechen auf das Ausgangssignal des A/D- Wandlers 9 an.
Der erste Kalibrierungsbetriebsmodus des Ultraschallgerätes gemäß Fig. 2 wird nun beschrieben. Der erste Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wird vor dem zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus und dem normalen Betriebsmodus durchgeführt. Der erste Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes ist dazu ausgelegt, Informationen einer in der Filtersteuerschaltung 14 vorab festgelegten Filtersteuerkurve anzupassen oder zu korrigieren (kalibrieren).
In dem ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes gibt die Signalerzeugungseinrichtung 13 ein (sinuswellenartiges) Sinuswellen-Referenzsignal aus. Dieses Sinuswellen-Referenzsignal wird auch als das Kalibrierungssignal bezeichnet. Die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals der Signalerzeugungseinrichtung 13 werden aus vorbestimmten, unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden im Ansprechen auf ein Steuersi gnal ausgewählt, das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführt wird.
Die Signalerzeugungseinrichtung 13 wird beispielsweise gesteuert, um entweder ein erstes Referenzsignal (ein erstes Kalibrierungssignals) S1 mit einer Frequenz von 2,5 MHz und einer Amplitude von -9 dBm oder ein zweites Referenzsignal (ein zweites Kalibrierungssignal) S2 mit einer Frequenz von 7,0 MHz und einer Amplitude von -9 dBm auszugeben.
Das Ausgangssignal der ersten Signalerzeugungseinrichtung 13 wird dem Schalter 5 zugeführt. Im ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wählt der Schalter 5 das Ausgangssignal der Signalerzeugungseinrichtung 13 aus und überträgt das ausgewählte Signal zu dem abstimmbaren Filter 6 im Ansprechen auf das Schaltsteuersignal, das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführt wird.
Die Hauptsteuereinrichtung 12 steuert die Signalerzeugungseinrichtung 13, so daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 das erste Referenzsignal S1 am Anfang des ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes ausgeben wird. Das erste Referenzsignal S1 wird von der Signalerzeugungseinrichtung 13 zu dem abstimmbaren Filter 6 über den Schalter 5 übertragen. Die Hauptsteuereinrichtung 12 steuert die Filtersteuerschaltung 14, so daß sich ein dem abstimmbaren Filter 6 von der Filtersteuereinrichtung 14 zugeführtes Filtersteuersignal (ein Abstimmsteuersignal) VF mit der Zeit verändert. Diese Veränderung in dem Filtersteuersignal VF überstreift oder verschiebt die zentrale Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 von einer tieferen Seite zu einer höheren Seite.
Es wird nun angenommen, daß die Spannung des Filtersteuersignals VF linear mit der Zeit zunimmt, und daß sich die zentrale Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 gemäß der Spannung des Filtersteuersignals VF linear verändert. Während des ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes werden die Amplitudensteuerschaltung 15 und die Referenzspannung-Steuerschaltung 16 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, so daß deren Ausgangssignale in gegebenen, zur Kalibrierung geeigneten Zuständen bleiben.
Das erste Referenzsignal S1, d. h. das (sinuswellenartige) Sinuswellen-Referenzsignal mit einer Frequenz von 2,5 MHz und einer Amplitude von -9 dBm, wird aufgrund der zeitabhängigen Veränderung der Durchlaßbereicheigenschaften des abstimmbaren Filters 6 einer Amplitudenmodulation unterzogen. Das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 wird nacheinander von der logarithmischen Erfassungsschaltung 7, dem Addierer 8 und dem A/D-Wandler 9 verarbeitet. Der Speicher 11 wird von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, so daß das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 12, das dem ersten Referenzsignal S1 entspricht, in dem Speicher 11 gespeichert wird. Wie in Teil (a) von Fig. 3 gezeigt ist, verändert sich der Erfassungswert oder das Niveau, das von dem in dem Speicher 11 gespeicherten Signal dargestellt wird, als Funktion der Spannung des Filtersteuersignals VF. Insbesondere die Erfassungswertspitze, wenn die Spannung des Filtersteuersignals VF mit einer Spannung V1 übereinstimmt, ist gezeigt. Diese Spitze ergibt sich aus der Tatsache, daß das Niveau des Ausgangssignals des steuerbaren Filters 6 maximiert ist, wenn die zentrale Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 die Frequenz (2,5 MHz) des ersten Referenzsignals S1 erreicht. Die Hauptsteuereinrichtung 12 leitet die entsprechende Beziehung zwischen den Erfassungswerten, die von dem in dem Speicher 11 gespeicherten Signal dargestellt werden, und den Spannungswerten des Filtersteuersignals VF her, indem sie auf das von der Filtersteuerschaltung 14 zugeführte Steuersignal VF Bezug nimmt. Die Hauptsteuereinrichtung 12 vergleicht die Erfassungswerte miteinander, um das Maximum der Erfassungswerte zu bestimmen. Die Hauptsteuereinrichtung 12 erfaßt den Spannungswert V1 des Filtersteuersignals VF, das dem Maximum der Erfassungswerte entspricht. Die Hauptsteuereinrichtung 12 speichert Informationen (Daten) des Spannungswertes V1 in dem internen RAM als Erfassungswert, der auf das erste Referenzsignal S1 bezogen ist.
Die Hauptsteuereinrichtung 12 steuert dann die Signalerzeugungseinrichtung 13, so daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 das zweite Referenzsignal S2 ausgeben wird. Das zweite Referenzsignal S2 wird von der Signalerzeugungseinrichtung 13 über den Schalter 5 zu dem abstimmbaren Filter 6 übertragen. Das abstimmbare Filter 6, die logarithmische Erfassungsschaltung 7, der Addierer 8, der A/D-Wandler 9, der Speicher 11, die Hauptsteuereinrichtung 12, die Filtersteuerschaltung 14, die Amplitudensteuerschaltung 15 und die Referenzspannung- Steuerschaltung 16 wirken ähnlich wie der vorstehend beschriebene Betrieb auf das erste Referenzsignal S1.
Dementsprechend wird das zweite Referenzsignal S2, d. h. das (sinuswellenartige) Sinuswellen-Referenzsignal mit einer Frequenz von 7,0 MHz und einer Amplitude von -9 dBm, aufgrund der zeitabhängigen Veränderung der Durchlaßbereicheigenschaften des abstimmbaren Filters 6 einer Amplitudenmodulation unterzogen. Das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 wird nacheinander von der logarithmischen Erfassungsschaltung 7, dem Addierer 8 und dem A/D-Wandler 9 verarbeitet. Der Speicher 11 wird von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, so daß das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 12, das dem zweiten Referenzsignal S2 entspricht, in dem Speicher 11 gespeichert wird. Wie im Teil (a) der Fig. 3 gezeigt ist, verändert sich der Erfassungswert oder das Niveau, das von dem in dem Speicher 11 gespeicherten Signal dargestellt wird, als Funktion der Spannung des Filtersteuersignals VF. Insbesondere die Erfassungswertspitze, wenn die Spannung des Filtersteuersignals VF mit einer Spannung V2 übereinstimmt, ist gezeigt. Diese Spitze ergibt sich aus der Tatsache, daß das Niveau des Ausgangssignals des abstimmbaren Filters 6 maximiert ist, wenn die zentrale Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 die Frequenz (7,0 MHz) des zweiten Referenzsignals S2 erreicht. Die Hauptsteuereinrichtung 12 leitet die entsprechende Beziehung zwischen den Erfassungswerten, die von dem in dem Speicher 11 gespeicherten Signal dargestellt werden, und den Spannungswerten des Filtersteuersignals VF her, indem sie auf das von der Filtersteuerschaltung 14 zugeführte Steuersignal VF Bezug nimmt. Die Hauptsteuereinrichtung 12 vergleicht die Erfassungswerte miteinander, um das Maximum der Erfassungswerte zu bestimmen. Die Hauptsteuereinrichtung 12 erfaßt den Spannungswert V2 des Filtersteuersignals VF, der dem Maximum der Erfassungswerte entspricht. Die Hauptsteuereinrichtung 12 speichert Informationen (Daten) des Spannungswertes V2 in dem internen RAM als einen Erfassungswert, der auf das zweite Referenzsignal S2 bezogen ist.
Die wahre Beziehung zwischen dem Filtersteuersignal und der zentralen Frequenz des Filterdurchlaßbereichs wird auf der Grundlage der Erfassungswerte V1 und V2 und der Frequenzen von 2,5 MHz und 7,0 MHz bestimmt und als gerade Linie in dem Teil (b) der Fig. 3 angezeigt. Die wahre Beziehung zwischen dem Filtersteuersignal und der zentralen Frequenz des Filterdurchlaßbereichs wird als die Erfassungseigenschaften bezeichnet. Die Beziehung zwischen dem Filtersteuersignal und der zentralen Frequenz des Filterdurchlaßbereichs wird auch auf der Grundlage von ausgelegten Werten Vd1 und Vd2 und den Frequenzen von 2,5 MHz und 7.0 MHz bestimmt und durch die gestrichelte Linie in dem Teil (b) der Fig. 3 angezeigt. Diese Beziehung zwischen dem Filtersteuersignal und der zentralen Frequenz des Filterdurchlaßbereichs wird als die ausgelegte Eigenschaften bezeichnet. Insbesondere die zentrale Frequenz des Filterdurchlaßbereichs Fdet (MHz) gemäß den Erfassungseigenschaften und die zentrale Frequenz des Filterdurchlaßbereichs Fdes (MHz) gemäß den ausgelegten Eigenschaften sind wie folgt gegeben.
Fdet = {4,5/(V2 - V1)}·VF + {7,0 - 4,5·V2/(V2 - V1) ...(1)
Fdes = {4,5/(Vd2 - Vd1)}·VF + {7,0 - 4,5·Vd2/(Vd2 - Vd1)} (2)
Wie vorstehend beschrieben ist, verändert die Filtersteuerschaltung 14 im normalen Betriebsmodus des Gerätes die Spannung des Abstimmsteuersignals (des Filtersteuersignals) durch Bezugnahme auf Informationen einer darin vorab eingestellten Filtersteuerkurve (einer Veränderungskurve), um den Durchlaßbereich des abstimmbaren Filters 6 mit einer Änderung des Frequenzbandes gewünschter Informationskomponenten des zusammengesetzten Echosignals zu verschieben. Ein Beispiel der anfänglichen Veränderungskurve oder der ausgelegten Veränderungskurve ist durch die gestrichelte Kurve in Fig. 4 angezeigt. Die Variable Vfint(t) wird nun eingeführt, um die Spannung des Filtersteuersignals gemäß der anfänglichen Veränderungskurve anzuzeigen.
Im ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes erzeugt die Hauptsteuereinrichtung 12 Informationen eines resultierenden Kalibrierungssignals und aktualisiert die Informationen der anfänglichen Veränderungskurve mit den Informationen der resultierenden Kalibrierungsveränderungskurve. Die Variable Vfcal(t) wird nun eingeführt, um die Spannung des Filtersteuersignals gemäß der resultie renden Kalibrierungsveränderungskurve anzuzeigen. Die Hauptsteuereinrichtung 12 berechnet insbesondere die Spannung Vfcal(t) des Filtersteuersignals gemäß der resultierenden Kalibrierungsveränderungskurve durch Bezugnahme auf die folgende Gleichung.
VFcal(t) = {(V2 - V1)/(Vd2 - Vd1)}·{VFint(t) - Vd2 + V2·(Vd2 - Vd1)/(V2 - V1)} ...(3)
Wenn die Gleichung (3) als Korrekturgleichung für die anfängliche, in der Filtersteuerschaltung 14 eingestellte Filtersteuerkurve (die ausgelegte Filtersteuerkurve) verwendet wird, wird die durch die gestrichelte Kurve in Fig. 4 angezeigte, anfängliche Filtersteuerkurve VFint(t) zu der durch die geschlossene Kurve in Fig. 4 angezeigten, resultierenden Kalibrierungs-Filtersteuerkurve VFcal(t) korrigiert. Die Hauptsteuereinrichtung 12 ersetzt die Informationen der anfänglichen Veränderungskurve mit den Informationen der resultierenden Kalibrierungsveränderungskurve in der Filtersteuerschaltung 14. Folglich ist der erste Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes vollendet.
Der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus des Ultraschalldiagnosegerätes gemäß Fig. 2 wird nun beschrieben. Der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wird nach dem ersten Kalibrierungsbetriebsmodus und vor dem normalen Betriebsmodus durchgeführt. Der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes ist ausgelegt, die logarithmische Umwandlungseigenschaft (die logarithmische Linearitätseigenschaft) und die Offseteigenschaft der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 anzupassen oder zu korrigieren.
Zwei Referenzspannungen Vt und Vb werden in der Referenzspannungs-Steuerschaltung 16 vorab eingestellt. Die Referenzspannungs-Steuerschaltung 16 dient der Anpassung des Eingangsdynamikbereichs oder des Eingangsfensters des A/D-Wandlers 9 im Ansprechen auf die Referenzspannungen Vt und Vb. Der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wird durchgeführt, um Korrekturwerte für die Referenzspannungen Vt und Vb zu erzeugen. Die Korrekturwerte ermöglichen eine Kalibrierung hinsichtlich Fehlern in der logarithmischen Umwandlungseigenschaft der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 und hinsichtlich Offsets, die in der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 und dem Addierer 8 erzeugt werden.
Im zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes gibt die Signalerzeugungseinrichtung 13 ein (sinuswellenartiges) Sinuswellen-Referenzsignal aus. Das Sinuswellen-Referenzsignal wird auch als das Kalibrierungssignal bezeichnet. Die Frequenz und die Amplitude des Ausgangssignals der Signalerzeugungseinrichtung 13 werden aus vorbestimmten, unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden im Ansprechen auf das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführte Steuersignal ausgewählt.
Beispielsweise wird die Signalerzeugungseinrichtung 13 gesteuert, um ein Signal aus einem dritten Referenzsignal (einem dritten Kalibrierungssignal) S3 mit einer Frequenz von 5,0 MHz und einer Amplitude von -9 dBm und einem vierten Referenzsignal (einem vierten Kalibrierungssignal) S4 mit einer Frequenz von 5,0 MHz und einer Amplitude von -49 dBm sequentiell auszugeben.
Das Ausgangssignal der Signalerzeugungseinrichtung 13 wird dem Schalter 5 zugeführt. Im zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wählt der Schalter 5 das Ausgangssignal der Signalerzeugungseinrichtung 13 aus und überträgt das ausgewählte Signal zu dem abstimmbaren Filter 6 im Ansprechen auf das von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführte Schaltsteuersignal.
Die Hauptsteuereinrichtung 12 steuert die Signalerzeugungseinrichtung 13, so daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 das dritte Referenzsignal S3 am Anfang des zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes ausgeben wird. Das dritte Referenzsignal S3, d. h. das (sinuswellenartige) Sinuswellen-Referenzsignal mit einer Frequenz von 5,0 MHz und einer Amplitude von -9 dBm, wird von der Signalerzeugungseinrichtung 13 über den Schalter 5 zu dem abstimmbaren Filter 6 übertragen. Die Hauptsteuereinrichtung 12 steuert die Filtersteuerschaltung 14, so daß die zentrale Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 gleich 5,0 MHz sein wird. Zusätzlich steuert die Hauptsteuereinrichtung 12 die Amplitudensteuerschaltung 15, so daß die Spannung des Ausgangssignals der Amplitudensteuerschaltung 15 gleich 0 V sein wird. Ferner steuert die Hauptsteuereinrichtung 12 die Referenzspannung-Steuerschaltung 16, so daß die Referenzspannung-Steuerschaltung 16 Referenzspannungen Vt und Vb ausgeben wird, die den Eingangsdynamikbereich oder das Eingangsfenster des A/D-Wandlers 9 maximieren.
Das dritte Referenzsignal S3 wird von dem abstimmbaren Filter 6 verarbeitet, und das diesbezügliche Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 wird nacheinander von der logarithmischen Erfassungsschaltung 7, dem Addierer 8 und dem A/D-Wandler 9 verarbeitet. Der Speicher 11 wird von der Haupsteuervorrichtung 12 gesteuert, so daß das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 12, das dem dritten Referenzsignal S3 entspricht, in dem Speicher 11 gespeichert wird. Die Hauptsteuereinrichtung 12 liest das gespeicherte Signal aus dem Speicher 11 aus, und schreibt das ausgelesene Signal in das interne RAM als Erfassungswert V3, der auf das dritte Referenzsignal S3 bezogen ist.
Dann steuert die Hauptsteuereinrichtung 12 die Signaler zeugungseinrichtung 13, so daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 das vierte Referenzsignal S4 ausgeben wird. Das vierte Referenzsignal S4, d. h. das (sinuswellenartige) Sinuswellen-Referenzsignal mit einer Frequenz von 5,0 MHz und einer Amplitude von -49 dBm, wird von der Signalerzeugungseinrichtung 13 über den Schalter 5 zu dem abstimmbaren Filter 6 übertragen. Das abstimmbare Filter 6, die logarithmischen Erfassungsschaltung 7, der Addierer 8, der A/D-Wandler 9, der Speicher 11, die Hauptsteuereinrichtung 12, die Filtersteuerschaltung 14, die Amplitudensteuerschaltung 15 und die Referenzspannung- Steuerschaltung 16 wirken ähnlich wie in dem vorstehend beschriebenen Betrieb auf das dritte Referenzsignal S3.
Dementsprechend wird das vierte Referenzsignal S4 von dem abstimmbaren Filter 6 verarbeitet und das diesbezügliche Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 wird nacheinander von der logarithmischen Erfassungsschaltung 7, dem Addierer 8 und dem A/D-Wandler 9 verarbeitet. Der Speicher 11 wird von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, so daß das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 12, das dem vierten Referenzsignal S4 entspricht, in dem Speicher 11 gespeichert wird. Die Hauptsteuereinrichtung 12 liest das gespeicherte Signal aus dem Speicher 11 aus, und schreibt das ausgelesene Signal in das interne RAM als Erfassungswert V4, der auf das vierte Referenzsignal S4 bezogen ist.
Die wahre Beziehung zwischen dem Filtereingangsniveau und dem Addiererausgangsniveau wird auf der Grundlage der Erfassungswerte V3 und V4 und der Amplituden von -9 dBm und -49 dBm bestimmt und durch die gerade Linie in Fig. 5 angezeigt. Die wahre Beziehung zwischen dem Filtereingangsniveau und dem Addiererausgangsniveau wird als die erfaßten, logarithmischen Umwandlungseigenschaften bezeichnet. Die Beziehung zwischen dem Filtereingangsniveau und dem Addiererausgangsniveau wird auch auf der Grundlage der ausgelegten Werte und der Amplituden von - 9dBm und -49 dBm bestimmt und durch die gestrichelte Linien in Fig. 5 angezeigt. Diese Beziehung zwischen dem Filtereingangsniveau und dem Addierereingangsniveau wird als die ausgelegte, logarithmische Umwandlungseigenschaft bezeichnet. Gemäß den erfaßten, logarithmischen Umwandlungseigenschaften wird das Niveau Vout [Volt] des Ausgangssignals des Addierers 8 durch die folgende Gleichung unter Berücksichtigung des Niveaus Vin [dBm] des in das abstimmbare Filter 6 eingegebenen Signals ausgedrückt.
Vout = {(V4 - V3)/40}·Vin + (40·V3 + 9·V4)/49 ...(4)
Die erfaßten, logarithmischen Umwandlungseigenschaften, die durch die Gleichung (4) gegeben sind, stimmen mit der Überlagerung der ausgelegten, logarithmischen Umwandlungseigenschaften und Fehlern, die in der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 entstehen, überein und umfassen Offsets, die in der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 und dem Addierer 8 erzeugt werden. Die Hauptsteuereinrichtung 12 verwendet die Gleichung (4) als Korrekturgleichung für die ausgelegten, logarithmischen Umwandlungseigenschaften und die Offsets und berechnet gewünschte Werte Vt und Vb der Ausgangsreferenzspannungen von der Referenzspannungs-Steuerschaltung 16 im Ansprechen auf einen erforderlichen Anzeigedynamikbereich (einen anzuzeigenden Dynamikbereich) des Gerätes. Wenn beispielsweise der erforderliche Anzeigedynamikbereich gleich 60 dB ist, wird der gewünschte Wert Vt gleich dem Niveau des Ausgangssignals der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 gesetzt, das einem Eingangsniveau (einer Amplitude) von 0 dBm entspricht, während der gewünschte Wert Vb gleich dem Niveau des Ausgangssignals der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 gesetzt wird, das einem Eingangsniveau (einer Amplitude) von -60 dBm entspricht. Insbesondere berechnet die Hauptsteuereinrichtung 12 die gewünschten Werte Vt und Vb unter Bezugnahme auf die folgenden Gleichungen.
Vt = (40·V3 + 9·V4)/49
Vb = {(V4 - V3)/40}·(-60) + (40·V3 + 9·V4)/49 ...(5)
Im normalen Betriebsmodus des Gerätes, steuert die Hauptsteuereinrichtung 12 die Referenzspannung- Steuerschaltung 16, so daß die Niveaus der von ihr ausgegebenen Referenzspannungen jeweils mit den gewünschten Werten Vt und Vb übereinstimmen. Wenn eine Amplitudenaddition "A" [dB] bezogen auf das Ausgangssignals der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 erforderlich ist, steuert die Hauptsteuereinrichtung 12 die Amplitudensteuerschaltung 15, so daß die Amplitudensteuerschaltung 15 ein Steuersignal mit einer Spannung Vamp [V] folgendermaßen ausgibt.
Vamp = {(V4 - V3)/40}·A ...(6)
Wenn beispielsweise eine Amplitudenaddition von 10 dB bezogen auf das Ausgangssignals der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 erforderlich ist, ist die Spannung Vamp [V] des Ausgangssteuersignals von der Amplitudensteuerschaltung 15 folgendermaßen gegeben.
Vamp = {(V4 - V3)/40}·10
Im zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes speichert die Hauptsteuereinrichtung 12 Informationen des Erfassungswertes V3, Informationen des Erfassungswertes V4, Informationen der Gleichung (4) und Informationen der Gleichung (6) in dem nicht flüchtigen Speicher oder dem Speicher, der von dem Sicherungssystem unterstützt wird.
Folglich ist der zweite Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes vollendet.
Das Ultraschalldiagnosegerät gemäß Fig. 2 kann modifiziert werden, um auch nicht lineare Komponenten der Beziehung zwischen dem Filtersteuersignal und der zentralen Frequenz des Durchlaßbereichs des abstimmbaren Filters 6 zu verwenden. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 durch eine Signalerzeugungseinrichtung ersetzt wird, die zusätzliche Singale mit zwei oder mehreren verschiedenen Frequenzen erzeugen kann, und daß eine Korrekturgleichung hergeleitet wird, die eine Näherungsgleichung dritter Ordnung ist.
Das Ultraschalldiagnosegerät gemäß Fig. 2 kann modifiziert werden, um auch nicht lineare Komponenten der logarithmischen Umwandlungseigenschaften der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 zu verwenden. In diesem Fall wird es bevorzugt, daß die Signalerzeugungseinrichtung 13 durch eine Signalerzeugungseinrichtung ersetzt wird, die zusätzliche Signale aus zwei oder mehrere verschiedenen Frequenzen erzeugen kann, und daß Korrekturgleichungen hergeleitet werden, die Näherungsgleichungen dritter Ordnung sind.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt ein Ultraschalldiagnosegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2-5 außer in Bezug auf hiernach angezeigte Auslegungsveränderungen ähnelt.
Das Ultraschalldiagnosegerät gemäß Fig. 6 umfaßt eine lineare Erfassungsschaltung 17 und eine Auswahleinrichtung oder einen Schalter 18. Der Eingangsanschluß der linearen Erfassungsschaltung 17 ist mit dem Ausgangsan schluß eines abstimmbaren Filters 6 verbunden. Der Ausgangsanschluß der linearen Erfassungsschaltung 17 ist mit einem ersten Eingangsanschluß des Schalters 18 verbunden. Der Ausgangsanschluß einer logarithmischen Erfassungsschaltung 7 ist mit einem zweiten Eingangsanschluß des Schalters 18 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Schalters 18 ist mit einem ersten Eingangsanschluß eines Addierers 8 verbunden. Der Schalter 18 hat einen Steueranschluß, der mit einer Hauptsteuereinrichtung 12 verbunden ist. Der Schalter 18 wählt entweder das Ausgangssignal der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 oder das Ausgangssignal der linearen Erfassungsschaltung 17 im Ansprechen auf ein von der Hauptsteuereinrichtung 12 zugeführtes Schaltsteuersignal aus und überträgt das ausgewählte Signal zu dem Addierer 8.
Die lineare Erfassungsschaltung 17 dient dazu, das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 nur einer Amplitudeneinhüllenden-Erfassung zu unterziehen. Andererseits dient die logarithmische Erfassungsschaltung 7 dazu, das Ausgangssignal des abstimmbaren Filters 6 sowohl einer logarithmischen Komprimierung als auch einer Amplitudeneinhüllenden-Erfassung zu unterziehen.
Im ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes wird der Schalter 18 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um das Ausgangssignal der linearen Erfassungsschaltung 17 auszuwählen. Im zweiten Kalibrierungsmodus des Gerätes wird der Schalter 18 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um das Ausgangssignal der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 auszuwählen.
Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch vorteilhaft, daß eine höhere Kalibrierungsgenauigkeit des abstimmbaren Filters 6 bereitgestellt wird.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ähnelt dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2-5 außer in Bezug auf Auslegungsveränderungen, die hiernach angezeigt werden. In dem dritten Ausführungsbeispiel spricht eine Hauptsteuereinrichtung 12 (siehe Fig. 2) auf ein Signal an, das von einem (nicht gezeigten) Geräteenergie- Versorgungsschalter erzeugt wird. Während eines Starts eines Ultraschalldiagnosegerätes zwischen dem Augenblick des Einschaltens des Energieversorgungsschalter und dem Augenblick des Anzeigens eines Bildes auf einer Anzeige 10 (siehe Fig. 2), dient die Hauptsteuereinrichtung 12 dazu, erste und zweite Kalibrierungsbetriebsmodi des Gerätes auszuführen.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein viertes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ähnelt dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2-5 außer in Bezug auf Auslegungsveränderungen, die hiernach angezeigt sind. In dem vierten Ausführungsbeispiel ist eine (nicht gezeigte) manuell arbeitende Eingabevorrichtung wie eine Tastatur mit einer Hauptsteuereinrichtung 12 (siehe Fig. 2) verbunden. Eine vorbestimmte Startanweisung für erste und zweite Kalibrierungsbetriebsmodi eines Ultraschalldiagnosegerätes kann der Hauptsteuereinrichtung 12 durch Betätigung der Eingabevorrichtung zugeführt werden. Diese Anweisung wird durch eine Abfolge von Zeichen wie "CAL$ON" angezeigt. Wenn die Hauptsteuereinrichtung 12 diese Anweisung von der Eingabevorrichtung empfängt, startet und führt die Hauptsteuereinrichtung 12 die ersten und zweiten Kalibrierungsbetriebsmodi des Gerätes aus.
Die Eingabevorrichtung kann von einer Bedienperson (dem Anwender) verwendet werden, um verschiedene Anweisungen wie eine Anweisung, den Anzeigemodus eines Bildes auf einer Anzeige 10 (siehe Fig. 2) zu verändern, eine Anweisung, die Eigenschaften eines normalen Betriebsmodus zu ändern, eine Anweisung, die Eigenschaften der Anzeige des Bildes anzupassen, und eine durch eine Zeichenabfolge angezeigte Anweisung dem Gerät zuzuführen.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Ein fünftes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ähnelt dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2-5 außer in Bezug auf Auslegungsveränderungen, die hiernach angezeigt sind. In dem fünften Ausführungsbeispiel ist eine Hauptsteuereinrichtung 12 (siehe Fig. 2) direkt mit einer Anzeige 10 (siehe Fig. 2) verbunden. Die Anzeige 10 wird von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um Betriebsbedingungen eines Ultraschalldiagnosegerätes, Ergebnisse verschiedener Messungen und andere Informationen zusätzlich zu einem Schnittbild eines untersuchten Körpers M anzuzeigen.
Wenn erste und zweite Kalibrierungsbetriebsmodi des Gerätes gestartet sind, wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Calibration Start" (Kalibrierungsstart) anzuzeigen. Während des ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes zur Kalibrierung in Bezug auf ein abstimmbares Filter 6 (siehe Fig. 2), wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Calibration for Filter" (Kalibrierung für Filter) anzuzeigen. Während des zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes zur Kalibrierung in Bezug auf Offsets und logarithmische Umwandlungseigenschaften einer logarithmischer Erfassungsschaltung 7 (siehe Fig. 2), wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Calibration vor Log/Det" (Kalibrierung für logarithmische Erfassungsschaltung) anzuzeigen. Wenn die ersten und zweiten Kalibrierungsbetriebsmodi des Gerätes vollendet sind, wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Completed" (vollendet) anzuzeigen.
Es ist vorzuziehen, das die in der Hauptsteuereinrichtung 12 vorbestimmten, normalen Bereiche bezogen auf Korrekturwerte für die Eigenschaften des abstimmbaren Filters 6 vorab eingestellt werden. In diesem Fall vergleicht die Hauptsteuereinrichtung 12 die Korrekturwerte mit den normalen Bereichen, um zu bestimmen, ob das abstimmbare Filter 6 falsch ist oder nicht. Wenn die Korrekturwerte außerhalb der normalen Bereiche liegen, d. h. wenn das abstimmbare Filter 6 falsch ist, wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Calibration Error with Filter" (Kalibrierungsfehler mit Filter) anzuzeigen. Es ist gut, die Anzeige der Falschbedingung des abstimmbaren Filters 6 am Ende des ersten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes auszuführen. Bei der Anwesenheit der Falschbedingung des abstimmbaren Filters 6, ist es vorzuziehen, die Anzeige von "Completed" (vollendet) zu verhindern.
Es ist vorzuziehen, daß ein in der Hauptsteuereinrichtung 12 vorbestimmter, normaler Bereich bezogen auf einen Unterschied (V4 - V3) in der vorstehend angezeigten Gleichung 4 vorab festgelegt wird, die durch eine Kalibrierung hinsichtlich der Offsets und der logarithmischen Umwandlungseigenschaften der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 bestimmt ist. In diesem Fall vergleicht die Hauptsteuereinrichtung 12 den Unterschied (V4 - V3) mit dem normalen Bereich, um zu bestimmen, ob die logarithmische Erfassungsschaltung 7 falsch ist oder nicht. Wenn der Unterschied (V4 - V3) außerhalb des normalen Bereichs vorhanden ist, d. h. wenn die logarithmische Erfassungsschaltung falsch ist, wird die Anzeige 10 von der Hauptsteuereinrichtung 12 gesteuert, um "Calibration Error with Log/Det" (Kalibrierungsfehler mit logarithmischer Erfassungsschaltung) anzuzeigen. Es ist vorteilhaft, die Anzeige der Falschbedingung der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 am Ende des zweiten Kalibrierungsbetriebsmodus des Gerätes auszuführen. Bei der Anwesenheit der Falschbedingung der logarithmischen Erfassungsschaltung 7 ist es vorzuziehen, die Anzeige von "Completed" (vollendet) zu verhindern.

Claims

1. Ultraschalldiagnosegerät mit:

einer Einrichtung (1, 2) zum Emittieren von Ultraschallwellen in einen zu untersuchenden Körper (M),

einer Einrichtung (3) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Echosignals im Ansprechen auf ein Echo der Ultraschallwelle,

einem steuerbaren Filter (6), das auf ein Steuersignal (14) anspricht, um in einem gewünschten Frequenzband befindliche Komponenten des ersten elektrischen Echosignals im normalen Betriebsmodus zu extrahieren, wodurch das erste elektrische Echosignal in ein zweites elektrisches Echosignal umgewandelt wird,

gekennzeichnet durch

eine logarithmische Erfassungsvorrichtung (7), um das zweite elektrische Echosignal einer logarithmischen Komprimierung und einer Erfassung zu unterziehen, eine Signalerzeugungseinrichtung (13) zum Ausgeben mehrerer Kalibrierungssignale mit unterschiedlichen Frequenzen und unterschiedlichen Amplituden,

eine Eingabeauswahleinrichtung (15) zum Verbinden der Signalerzeugungseinrichtung (13) mit einem Eingangsanschluß des Filters (6) in einem Kalibrierungsbetriebsmodus,

eine Filtersteuervorrichtung (14) zum Steuern eines Durchlaßbereichs des Filters (6) in einen erwünschten Durchlaßbereich,

eine Verstärkungssteuervorrichtung (15) zum Erzeugen eines Verstärkungssteuersignals,

eine Addiereinrichtung (8) zum Addieren eines Ausgabesignals der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und des Verstärkungssteuersignals (15),

einen A/D-Wandler (9) zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Addiereinrichtung (8) in ein entsprechendes digitales Signal,

eine Referenzspannung-Steuervorrichtung (16) zur Steuerung einer dem A/D-Wandler (9) zugeführten Referenzspannung,

einen Speicher (11) zur Speicherung eines Ausgangssignals des A/D-Wandlers (9), und

eine Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Eingabeauswahleinrichtung (5), um in dem Kalibrierungsbetriebsmodus die Signalerzeugungseinrichtung (13) mit dem Eingangsanschluß des Filters (6) zu verbinden, zur Steuerung der Signalerzeugungseinrichtung (13) gemäß einer Kalibrierungssequenz, zum Auslesen des Signals aus dem Speicher (11) und zum Berechnen von Korrekturwerten für Steuersignale, die von der Filtersteuervorrichtung (14), der Verstärkungssteuervorrichtung (15) und der Referenzspannung-Steuervorrichtung (16) im Ansprechen auf das ausgelesene Signal ausgegeben werden, und zum Korrigieren der Steuersignale, die von der Filtersteuervorrichtung (14), der Verstärkungssteuervorrichtung (15) und der Referenzspannung-Steuervorrichtung (16) im Ansprechen auf die Korrekturwerte ausgegeben werden, während Echos der Ultraschallwellen im normalen Betriebsmodus empfangen werden.

2. Ultraschalldiagnosegerät nach Anspruch 1 ferner mit einer linearen Erfassungsvorrichtung (17), um die zweiten elektrischen Echosignale einer Erfassung ohne logarithmischer Komprimierung zu unterziehen, und einer Einrichtung (18) zum Auswählen eines Ausgangssignals der linearen Erfassungsvorrichtung (17) und eines Ausgangssignals der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und zum Auswählen des Ausgangssignals der linearen Erfassungsvorrichtung (17), wenn ein Fehler in einer Durchlaßbereicheigenschaft des Filters (6) kalibriert wird.

3. Ultraschalldiagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Anzeigevorrichtung (10) zum Anzeigen eines Bildes im Ansprechen auf das Ausgangssignal der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und einer Einrichtung zum Ausführen einer Kalibrierung von Fehlern in einer logarithmischen Umwandlungseigenschaft der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und in einer Durchlaßbereicheigenschaft des Filters (6) während eines Startintervalls des Gerätes direkt nach einem Start einer elektrischen Energieversorgung und vor einem Zeitpunkt der Anzeige des Bildes der Anzeigevorrichtung (10).

4. Ultraschalldiagnosegerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner mit einer Betriebsvorrichtung zum Eingeben von Zeichen und, um einer Bedienperson zu ermöglichen, eine Änderung eines Bildanzeigemodus, eine Änderung eines Meßmodus, eine Anpassung einer Bildeigenschaft anzuweisen, und mit einer Einrichtung zum Ausführen einer Kalibrierung von Fehlern in einer logarithmischen Umwandlungseigenschaft der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und in einer Durchlaßbereicheigenschaft des Filters (6), wenn die Bedienperson einen Kalibrierungsanweisung durch Verwendung der Betriebsvorrichtung eingibt.

5. Ultraschalldiagnosegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit der oder einer Anzeigevorrichtung (10) zum Anzeigen eines Ultraschallschnittbildes, von Ergebnissen verschiedener Messungen und von Betriebsbedingungen des Gerätes, und einer Einrichtung zur Steuerung der Anzeigevorrichtung, um die Betriebsbedingungen des Gerätes jeweils bei einem Start, einem Zwischenzeitpunkt und einem Ende einer Kalibrierung von Fehlern in einer logarithmischen Umwandlungseigenschaft der logarithmischen Erfassungsvorrichtung (7) und in einer Druchlaßbereicheigenschaft des Filters (6) anzuzeigen.