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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein echografisches Bildgebungsverfahren
und ein echografisches Bildgebungsgerät zum Abtasten eines Bildfeldes
mit Impulsen mit Ultraschallenergie, die in einer Vielzahl von Strahlrichtungen
gesendet werden, die sich räumlich
nebeneinander über
das genannte Bildfeld von einem seitlichen Rand des genannten Bildfeldes
und durch die Mitte des genannten Bildfeldes zu einem gegenüberliegenden
seitlichen Rand erstrecken, und zum Empfangen von Echos aus der
aktuellen Strahlrichtung mit einem Minimum an Mehrwegeempfang und
Bildartefakten.
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Die
Erfindung findet bei Verbesserungen von Bildgebungsverfahren in
der Ultraschalldiagnose und insbesondere von Ultraschallbild-Abtastverfahren
Anwendung, die die Auswirkungen von zeitlichen Abtastartefakten
in einem Ultraschallbild reduzieren.
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Ein
Gerät zum
Erzeugen eines Ultraschallbildes ist bereits aus der Patentanmeldung
EP-A-0.130.479 bekannt. Das zitierte Dokument bezieht sich auf eine
Ultraschallvorrichtung wie sie in 5 des
genannten Dokuments dargestellt ist, die eine Gruppe von Ultraschallwandlern
umfasst, die am Umfang eines Trägerelements
angeordnet sind. Jeder der genannten Ultraschallwandler sendet einen
fächerförmigen Strahl,
der ein fächerförmiges Feld
des Objektes abtastet und eine fächerförmige Ansicht
bildet. Somit weist jeder fächerförmige Strahl
einen ersten und einen zweiten seitlichen Rand auf.
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Die
verschiedenen Wandler, die jeweils ein fächerförmiges Feld aus den genannten
unterschiedlichen Winkeln abtasten, werden sequentiell einer nach.
dem anderen mit Strom versorgt, beginnend mit einer zentralen Projektion,
bei der ein erster Wandler eingesetzt wird, und dann abwechselnd
der erste linke Wandler, dann der erste rechte Wandler, dann der
zweite linke Wandler und dann der zweite rechte Wandler, um sicherzustellen,
dass die erste und die letzte Ansicht innerhalb einer kurzen Zeitspanne
erzielt werden. Somit werden die fächerförmigen Strahlenbündel abwechselnd
nach einem divergierenden Muster mit Strom versorgt, beginnend mit
einer eindeutigen zentralen Position des ersten fächerförmigen Strahlenbündels, und
die fächerförmigen Ansichten
werden aus den genannten fächerförmigen Strahlenbündeln gebildet.
Aus allen genannten fünf
fächerförmigen Ansichten
wird dann ein rekonstruiertes Endbild gebildet.
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Das
darzustellende Objekt kann sich während des Zeitraums der Bildung
der fünf
fächerförmigen Ansichten
bewegen. Durch die abwechselnde Erzeugung der fächerförmigen Strahlenbündel wird
die Größe der durch
die Bewegungen des genannten Objektes zwischen der ersten und der
letzten Ansicht verursachten Inkonsistenzen reduziert werden, da
die genannte erste und die genannte letzte Ansicht innerhalb einer
kurzen Zeitspanne entstehen. Somit ist ein aus den genannten fünf Bildern
konstruiertes Endbild weniger empfindlich gegen Bewegungsartefakte.
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Ultraschallbilder
können
unter einer Anzahl von Bildartefaktproblemen leiden, von denen eines
auf die Unbestimmtheit des Bereichs zurückzuführen ist, die durch Mehrwegereflexionen
entsteht. Ultraschallbilder werden entwickelt, indem Ultraschallimpulse über einen
Bereich von Richtungen, genannt Strahlrichtungen, gesendet werden,
der ein Bildfeld eines darzustellenden Objekts abdeckt, wie beispielsweise
das Innere des menschlichen Körpers.
Nachdem jedes Ultraschallstrahlenbündel gesendet wurde, werden
Echos entlang der Strahlrichtung aus einer vorher festgelegten Feldtiefe
empfangen. Diese Sende- und Empfangsfolgen werden wiederholt, bis
die Strahlenbündel
alle Strahlrichtungen, die das gewünschte Bildfeld abdecken, überstrichen haben
und entlang dieser Richtungen Echos empfangen wurden. Durch Berechnung
der Laufzeit von Ultraschallimpulsen und Echos zusammen mit den
Strahlrichtungen werden die Positionen von speziellen aus dem Bildfeld
empfangenen Echos ermittelt. Nachdem alle Echos von den Strahlenbündeln des
Bildfeldes empfangen und entsprechend in einem Bildformat angeordnet
worden sind, wird das resultierende Ultraschallbild auf einem Monitor
angezeigt.
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Es
ist ersichtlich, dass die für
die Erzeugung eines Ultraschallbildes erforderliche Zeit bestimmt
wird durch die Anzahl von Strahlenbündeln, die das Bild enthalten,
und die Summe der für
die Sendung jedes Strahlenbündels
und den Empfang der resultierenden Echos erforderlichen Zeiten.
Jeder Sende- und Empfangsfolge folgt eine andere Folge in einer
anderen Strahlrichtung, bis das gesamte Bildfeld abgetastet ist
und die Echos aufgezeichnet worden sind. Die für die Zusammensetzung der Echoinformationen,
die für
die Anzeige eines Vollbildes erforderlich sind, benötigte Zeit
bestimmt die Geschwindigkeit, mit der aufeinander folgende Bilder
angezeigt werden können,
die Bildfrequenz. Hohe Bildfrequenzen sind wünschenswert, um jegliches störende Flimmern
oder Verarbeitungspausen bei der Echtzeitanzeige von Bildern zu
beseitigen. Außerdem ist
es oft wünschenswert,
die Anzahl der Abtastlinien in dem Bild zu erhöhen, um die Bildqualität zu verbessern, wodurch
jedoch die Bildfrequenz reduziert wird. Ferner sind die gesendeten
Bildstrahlenbündel
oft zeitlich mit Sende- und Empfangsfolgen von Schmalband-Doppler-Impulsen
für die
gleichzeitige Anzeige eines Strukturbildes mit Strömungsinformationen
verschachtelt. Die vollständige
Gruppe von Bild- und Doppler-Folgen kann die für die Zusammensetzung eines
angezeigten Teilbildes erforderliche Zeit erheblich verlängern und
zu einer entsprechenden deutlichen Abnahme der Bildfrequenz der
Anzeige führen.
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Diese Überlegungen
haben dazu geführt,
dass Anstrengungen unternommen wurden, die Zeit für die Sende-
und Empfangsfolgen bei der Bildgebung auf verschiedene Arten zu
reduzieren. Versuche, die Abtastzeit zu reduzieren, haben sich oft
auf die zeitliche Überlappung
von zwei Sende- und Empfangsfolgen konzentriert, wobei im Allgemeinen
ein Impuls in eine erste und eine zweiten Strahlrichtung gesendet
wird und Echos aus der ersten und dann aus der zweiten Strahlrichtung
empfangen werden. Dies erfordert im Allgemeinen die Verwendung getrennter
Teilgruppen oder Teilaperturen einer Wandleranordnung, wie beispielsweise
die Folgeanordnung von Teilaperturen in einem Linearwandler aus
der US-amerikanischen Patentschrift 4.561.308 (Bele et al).
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Das
bei diesen Verfahren aufgetretene Problem ist Folgendes: die Wandler,
die Echos aus einer Strahlrichtung empfangen, können auch Echos empfangen,
die aus dem Impulssendevorgang in einer anderen Strahlrichtung resultieren.
Die Möglichkeit
derartiger Kreuzkontaminierungen der empfangenen Signale wird größer, wenn
die Folgesteuerung der Impulse kürzer
ist als die Zeit für
einen vollen Umlauf eines Impulses und seiner Echos. Außerdem ist
der unbeabsichtigte Empfang von Echos durch einen anderen als den
gewünschten
gesendeten Impuls auch dann möglich,
auch die Zeit für
einen vollen Umlauf eingehalten wird. Dies ist auf den so genannten
Mehrwegeempfang zurückzuführen. Ein
Mehrwegeempfang tritt auf, wenn ein erster Impuls von einer Struktur
so reflektiert wird, dass er sich während der Empfangsperiode einer
nachfolgenden Sende- und Empfangsfolge weiter durch das Bildfeld
bewegt, Echos erzeugt und sogar selbst zum Wandler zurückkehrt.
Manchmal ist es erforderlich, diese Artefakte zu reduzieren, indem
eine Zeitspanne zwischen die Folgen gesetzt wird, während der
die Mehrwegereflexionen gedämpft
werden und verschwinden. Dies wird durchgeführt, indem es dem Benutzer
ermöglicht
wird, eine Wartezeit mit einer ausgewählten Länge nach dem Empfang von Echos
und vor dem nächsten
Impulssendevorgang einzufügen.
Während
der Wartezeit werden die wiederholten Reflexionen dadurch gedämpft, dass
sie das abzubildende Objekt durchqueren. Es ist zu beachten, dass
das Einfügen
einer Wartezeit zur Reduzierung dieser Artefakte die für die Zu sammensetzung
eines Bildes erforderliche Zeit verlängert und die Bildfrequenz
infolgedessen weiter reduziert.
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Erfindungsgemäß wird eine
Folge von räumlichen
Abtastvorgängen
in einem Ultraschall-Sektorbildfeld geschaffen, die eine Reduzierung
der Mehrwegeartefakte in den empfangenen Echosignalen bewirkt. Die Abtastfolge
wird durch abwechselndes symmetrisches Abtasten der Strahlrichtungen
auf den entsprechenden Seiten des Sektors durchgeführt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
beginnt eine divergierende Folge mit dem Abtasten der beiden zentralen
Strahlrichtungen des Sektors. Die Folge wird fortgesetzt, indem
von den beiden zentralen Strahlen nach außen in genau divergierenden
Richtungen abwechselnd von einer Seite des Sektors zur anderen abgetastet wird.
Die letzten beiden abgetasteten Strahlen sind die beiden Strahlrichtungen
am seitlichen Rand.
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Zur
Reduzierung der Mehrwege-Empfangsartefakte in der Mitte des Sektors
kann ein relativ langes Impulsfolgeintervall zwischen die Sende-
und Empfangsfolgen der zentralen Strahlrichtungen eingefügt werden,
wo die aufeinander folgenden Strahlabtastungen am dichtesten zusammenliegen.
Da die Abtastfolge von der Mitte des Sektors divergiert und aufeinander
folgend gesendete Strahlenbündel
immer weiter räumlich voneinander
getrennt sind, kann das Impulsfolgeintervall (pulse repetition interval,
PRI) reduziert werden, um die Bildfrequenz zu erhöhen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
divergiert die Abtastfolge zuerst von der Mitte des Sektors und
konvergiert dann, wobei die Folge während eines Teilbildes abwechselnd
nach außen
von der Sektormitte weitergeht und dann während des nächsten Teilbildes wieder zurückgeht.
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Es
hat sich herausgestellt, dass sich ein Artefakt von der Mitte eines
divergierend abgetasteten Bildes aus nach unten entwickeln kann.
Die Mittellinie des Bildes wird als erste Linie jedes neuen Teilbildes
abgetastet. Dadurch wird die Mittellinie weitgehend rauschfrei im
Vergleich zu anderen divergierend abgetasteten Linien, da eine benachbarte
Linie im Allgemeinen innerhalb von zwei Sende- und Empfangszeitspannen
abgetastet wird. Dieses eindeutige Merkmal der Mittellinie kann
bewirken, dass ein Artefakt unterhalb der Mitte des Bildes in Form
einer undeutlichen oder dunklen Mittellinie auftritt.
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Erfindungsgemäß wird das
durch das divergierende Abtasten verursachte Artefakt in der Mitte
beseitigt, indem das Bild nach einem konvergenten Abtastmuster abgetastet
wird. Bei einem grundlegenden Ausführungsbeispiel beginnt die
konvergente Ab tastung an einem seitlichen Rand des Bildes, dann
wird die Linie am anderen seitlichen Rand abgetastet, und die Abtastung
wird dann abwechselnd von diesen beiden seitlichen Rändern nach
innen fortgesetzt. Dadurch wird das Artefakt in der Mitte des divergierend
abgetasteten Bildes zum seitlichsten Rand des Bildes verschoben,
wo es nicht wahrnehmbar ist.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
besteht eine weitere Verfeinerung dieses Verfahrens darin, das Bild
divergierend abzutasten, wobei in jedem nachfolgenden Teilbild an
einem anderen Anfangspunkt begonnen wird. Der Anfangspunkt in jedem
nachfolgenden Teilbild kann von einer Linie zur nächsten rotieren
oder zufällig gewählt werden.
Die Veränderung
des Anfangspunktes unterdrückt
die Auswirkungen des Artefakts, indem es kontinuierlich in jedem
Teilbild zu einer anderen Position verschoben und höchstens
einmal in Folge an der gleichen Stelle wiedergegeben wird.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine herkömmliche
sequentielle Sektorabtastfolge;
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2 eine Folge von abwechselnd
gesendeten Strahlenbündeln über die
beiden Hälften
eines Sektors, um eine gleichmäßige zeitliche
Strahltrennung auf jeder Seite des Sektors zu erzielen;
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3 eine divergierende Strahlabtastfolge
eines Ausführungsbeispiels;
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4 eine grafische Darstellung
des Impulsfolgeintervalls (pulse repetition interval, PRI) gegenüber der
Zeit zur Steuerung des PRI während
des Zeitraums von benachbarten und nahe benachbarte Strahlabtastungen;
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5 ein erfindungsgemäßes konvergentes
Abtastverfahren; und
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6 ein weiteres konvergentes
Abtastverfahren, bei dem sich die Position der ersten Linie von
einem Teilbild zum nächsten ändert.
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In 1 ist eine herkömmliche
Sektorabtastfolge dargestellt. Der Bildsektor 10 umfasst
n Abtastlinien, auf denen fokussierte Ultraschallimpulse gesendet
werden und von denen Echos von einem Ultraschallwandler 30 empfangen
werden, der am Scheitelpunkt 20 des Sektors oder in dessen
Nähe angeordnet
ist. Bei dem Wandler 30 handelt es sich in diesem Beispiel
um einen Multielementwandler, durch den ein Ultraschallstrahlenbündel sowohl
beim Senden als auch beim Empfang elektronisch fokussiert und gelenkt
werden kann, wie es in der Technik bekannt ist. Der Sektorbereich 10,
der von den aufein ander folgend gesendeten Strahlenbündeln abgedeckt
wird, hat die Form eines Kreisabschnitts und ist mit einer Mittellinie 12 gezeichnet.
Die n gesendeten Strahlenbündel
sind auf beiden Seiten der dargestellten Mittellinie 12 verteilt.
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Aufeinander
folgende Strahlenbündel
werden gesendet, wie es durch die Strahlenbündel mit den Nummern 1, 2, 3 usw.
dargestellt ist, beginnend mit dem linken seitlichen Rand des Sektors.
Nachdem ein Impuls in jede Strahlrichtung gesendet wurde, gibt es
eine Empfangsperiode, während
der Echos durch den Wandler aus der Strahlrichtung empfangen werden.
Nachdem die Echos aus der größten Entfernung
von. dem Wandler in einer gegebenen Strahlrichtung empfangen wurden,
wird der Empfänger
ausgeschaltet und das Steuersystem des Wandler für den Sendevorgang in der nächsten Strahlrichtung
bereit gemacht. Senden und Empfang werden in dieser Folge fortgesetzt
und enden mit dem mit n gekennzeichneten Strahlenbündel am rechten
seitlichen Rand des Sektors.
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In 1 ist zu sehen, dass jede
nachfolgende Strahlrichtung unmittelbar neben der vorhergehenden Strahlrichtung
liegt. Wenn Mehrwegereflexionen hin und zurück in einer gegebenen Strahlrichtung
erfolgen, werden sie sich somit mit größter Wahrscheinlichkeit mit
der benachbarten Strahlrichtung überlappen,
aus der als nächstes
Echos empfangen werden. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass
Mehrwegereflexionen von der vorhergehenden Strahlsendung empfangen
und Artefakte erzeugt werden, wenn der Wandler aktiviert wird, um
mit dem Empfang aus der benachbarten Strahlrichtung zu beginnen.
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Um
einen derartigen Mehrwegeempfang bei dieser Abtastfolge zu vermeiden,
wird nach jeder Sende-Empfangsfolge eine Wartezeit eingefügt. Nachdem
Echos von der maximalen gewünschten
Tiefe aus einer Strahlrichtung empfangen wurden, wird der Sender
für eine
Wartezeit gesperrt, die zusammen mit der Sende- und Empfangszeit
als Impulsfolgeintervall oder PRI bezeichnet wird. Während der
Wartezeit des PRI werden die Mehrwegereflexionen durch das Durchqueren
des Objekts gedämpft.
Nachdem eine Zeit lang gewartet wurde, während der die Intensität dieser
Reflexionen bis zu einem gewünschten
niedrigen Pegel abnehmen soll, beginnt die nächste Sende- und Empfangsfolge
in der nächsten
Strahlrichtung. Indem eine nennenswerte Zeit gewartet wird, können derartige
Mehrwegeartefakte erheblich reduziert werden, wobei allerdings eine
entsprechende erhebliche Zunahme der Zeit in Kauf genommen werden
muss, die für
das Abtasten aller Strahlrichtungen erforderlich ist, und somit
eine Reduzierung der Bildfrequenz, da die Bildfrequenz bestimmt
wird von der Zeit, die für
das Abtasten aller n Linien und das Zusammensetzen und Anzeigen
des Sektorbildes benötigt
wird.
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2 zeigt ein bekanntes Verfahren
zur Reduzierung des Problems von Artefakten durch Mehrwegereflexionen.
In 2 werden in der Reihenfolge
der dargestellten Strahlnummerierung N Strahlrichtungen abgetastet.
Als erstes wird die seitliche Strahlrichtung 1 abgetastet.
Die zweite abzutastende Strahlrichtung ist die Strahlrichtung 2,
die rechts von der Mittellinie des Sektors 10 liegt. Die
dritte abzutastende Strahlrichtung ist nummeriert mit 3 und
liegt räumlich
neben Strahl 1. Die vierte abgetastete Strahlrichtung ist
bezeichnet mit 4 und liegt räumlich neben Strahl 2.
Die Folge wird auf diese Weise fortgesetzt, wechselt zwischen den
vorher abgetasteten Strahlrichtungen jeder Hälfte des Sektors und endet
mit der Abtastung der Strahlrichtungen N – 1 und N.
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Bei
diesem Verfahren werden Artefakte durch Mehrwegereflexion reduziert,
indem bewirkt wird, dass aufeinander folgend abgetastete Strahlrichtungen
räumlich
einen halben Sektor auseinander liegen. Mehrwegereflexionen in der
Strahlrichtung 1 sollten beispielsweise eine geringe Auswirkung
auf Echos haben, die unmittelbar danach aus der Strahlrichtung 2 empfangen
werden. Der zeitliche Unterschied zwischen der Abtastung von benachbarten
Linien wird einheitlich auf zwei PRIs festgelegt. Die Strahlrichtung 3 wird
zwei PRIs nach der Strahlrichtung 1 abgetastet, die Strahlrichtung 5 wird
zwei PRIs nach der Strahlrichtung 3 abgetastet usw.
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Durch
dieses Verfahren entsteht jedoch ein erheblicher zeitlicher Unterschied
in der Mitte des Sektors. Dort ist zu sehen, dass die Strahlrichtung 2,
die als zweites abgetastet wird, fast ein vollständiges Teilbildintervall vor
der benachbarten Strahlrichtung N – 1 abgetastet wird, die als
vorletzte abgetastet wird. Jede Hälfte des Sektors hat zwar ein
ansprechendes Aussehen, in der Mitte des Sektors ist jedoch aufgrund
des großen zeitlichen
Unterschieds bei der Abtastung der benachbarten mittleren Strahlrichtungen
ein deutlicher vertikaler Streifen nach unten zu sehen. Mit diesem
Verfahren abgetastete Bilder werden oft als „Doppelwischer"-Bilder bezeichnet,
da der vertikale Streifen von der Mitte nach unten wie eine Automobil-Windschutzscheibe
aussieht, über
die zwei Scheibenwischer hinwegstreichen.
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Diese
Unzulänglichkeiten
der Verfahren nach dem Stand der Technik werden durch ein Abtastverfahren
beseitigt, das in 3 dargestellt
ist. In 3 wird das Timing
einer Wandleranordnung 30 durch einen Sende-Empfangscontroller 60 gesteuert.
Die Abtastfolge beginnt mit dem sequentiellen Abtasten von zwei Strahlrichtungen 1 und 2 auf
beiden Seiten der Mittellinie 12 des Sektors 10.
Nachdem die Strahlrichtung 2 auf der rechten Seite des
Sektors abgetastet wurde, wird die Strahlrichtung 3 links
von der Strahl richtung 1 abgetastet. Danach folgt die Abtastung
der Strahlrichtung 4 rechts von der Strahlrichtung 2.
Es ist zu sehen, dass die Abtastfolge seitlich vom Mittelpunkt des
Sektors nach außen
fortgesetzt wird und vor und zurück
von einer Seite des Sektors zur anderen wechselt.
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Es
ist zu sehen, dass dieses Abtastverfahren eine zeitliche Einheitlichkeit
bei der Abtastung von räumlich
benachbarten Strahlrichtungen aufrechterhält. Jede Strahlrichtung wird
einheitlich über
das ganze Bild im Abstand von zwei PRIs zu ihren räumlichen
Nachbarn abgetastet. Das Problem der Artefakte durch Mehrwegereflexion
wird durch die beiden PRIs zwischen räumlich benachbarten Strahlrichtungen
deutlich reduziert. Mehrwegereflexionen steht eine Zeitspanne von
zwei PRIs zur Verfügung
um zu verschwinden, bevor eine räumlich
benachbarte Strahlrichtung abgetastet wird.
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Die
Unzulänglichkeiten
von Verfahren nach dem Stand der Technik werden offensichtlich überall bis auf
in der Mitte des Sektors behoben, dort werden jedoch die räumlich benachbarten
Strahlrichtungen 1 und 2 nacheinander abgetastet.
Außerdem
besteht keine deutliche räumliche
Trennung zwischen den nächsten seitlichen
Strahlrichtungen, wie beispielsweise den Strahlrichtungen 3 und 4.
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Diese
offensichtlichen Nachteile können überwunden
werden, indem in der Mitte des Sektors ein größeres PRI verwendet wird als
in den seitlichen Bereichen des Sektors, wie es in der Grafik in 4 dargestellt ist. Diese
Grafik zeigt Verfahren, bei denen das PRI über das Zeitintervall, in dem
der vollständige
Sektor abgetastet wird, verändert
wird. Da die Strahlrichtungen 1 und 2 räumlich nebeneinander
liegen, zeigt die gestrichelte Linie 30, dass eine volle
Wartezeit von einem PRI zwischen den Sende- und Empfangsfolgen dieser beiden
Linien eingefügt
wird. Während
dieser einen PRI langen Wartezeit wird den Mehrwegereflexionen in der
Nähe der
Strahlrichtung 1 ein ganzes PRI zugestanden um zu verschwinden,
bevor die benachbarte Strahlrichtung 2 abgetastet wird.
Während
sich die aufeinander folgend abgetasteten Strahlenbündel räumlich immer
mehr voneinander entfernen, geht diese Wartezeit gegen Null zu einem
Zeitpunkt, an dem sie nicht mehr benötigt wird. Die gestrichelte
Linie 30 zeigt eine gleichmäßige lineare Abnahme dieses
PRI über
der Zeit von einer Folge zur nächsten.
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Als
Alternative, wie es als Strich-Punkt-Linie 50 in 4 dargestellt ist, können Berechnungen
und Versuche zeigen, dass die Wartezeiten nach einer relativ kurzen
Zeitspanne nicht mehr erforderlich sind. Diese Linie zeigt die Aufrechterhaltung
einer vollen PRI-Wartezeit zwischen den anfänglichen zeitlich aufeinander
folgenden Folgen und einen plötzlichen
Wechsel zu keiner zusätzlichen
Wartezeit, wenn aufeinander folgend abgetastete Strahlenbündel ausreichend
räumlich
getrennt sind und nicht mehr von dem zusätzlichen PRI profitieren. Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass in jeder Hälfte des Sektors zwischen den
Strahlrichtungen, bei denen die Verschiebung des PRI auftrat, ein
vertikaler Streifen erscheint.
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Eine
weitere alternative Veränderung
der Wartezeit wird durch die Kurve 40 in 4 dargestellt. Diese Kurve zeigt die
Aufrechterhaltung einer Wartezeit von ungefähr einem vollen PRI zwischen
den Strahlabtastfolgen in der Nähe
der Mitte des Sektors. Kurz danach findet jedoch eine gleichmäßige, aber
schnelle Abnahme der Wartezeit zwischen aufeinander folgend abgetasteten
Strahlrichtungen statt. Die Abnahme der Wartezeit erreicht schnell
den Wert Null, danach existiert keine Wartezeit zwischen aufeinander
folgend abgetasteten Strahlenbündel,
und es ergibt sich ein einheitliches Intervall von einem PRI zwischen
den Abtastzeiten von zeitlich aufeinander folgenden Strahlenbündeln, woraus
Intervalle von zwei PRIs zwischen den Abtastzeiten der restlichen
benachbarten Strahlenbündel
resultieren. Dieses Verfahren mit Änderung des PRI führt zu einem
vorteilhaften Gleichgewicht zwischen der Reduzierung von Mehrwegeartefakten
und der Aufrechterhaltung einer relativ hohen Bildfrequenz.
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Eine
Veränderung
der erfindungsgemäßen Abtastfolge
besteht darin, während
eines Teilbildes von der Mitte des Sektors nach außen und
dann während
des nächsten
Teilbildes von den seitlichen Rändern
des Sektors nach innen abzutasten. Die Folge wechselt während der
nachfolgenden Teilbilder hin und her zwischen Abtastung nach innen
und Abtastung nach außen.
Einerseits werden die oben für
das bevorzugte Ausführungsbeispiel
erwähnten
Vorteile geschaffen, und andererseits weist diese Veränderung
die Merkmale einer Änderung
bei dem zeitlichen Abtasten jeder Strahlrichtung von Teilbild zu
Teilbild auf. Nachdem die mittleren Strahlrichtungen 1 und 2 am
Anfang der Abtastperiode für
das erste Teilbild abgetastet wurden, vergehen fast zwei Teilbildintervalle,
bevor sie am Ende der zweiten Teilbild-Abtastperiode abgetastet
werden. Diese Strahlrichtungen werden dann sofort danach am Anfang
der dritten Teilbildabtastperiode abgetastet. Infolgedessen ist
diese sich ändernde
Folge eventuell nicht vollständig
frei von den Auswirkungen zeitlicher Uneinheitlichkeit bei der Abtastung
wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die divergierende Abtastfolge aus 3 aufgrund des Beginns der Folge
in der Mitte des Sektors zu einem leichten vertikalen Artefakt in
der Mitte des Sektors führen
kann. Die letzte abgetastete Strahlrichtung für ein ge gebenes Bild ist eine
der seitlichsten Strahlrichtungen. Die erste am Anfang eines neuen
Bildes abgetastete Strahlrichtung ist die Strahlrichtung 1 in
der Mitte des Sektors. Die Strahlrichtung 1 wird zu einem
Zeitpunkt gesendet, an dem die vorhergehenden Sendevorgänge an den
seitlichsten Rändern
des vorhergehenden Bildes erfolgen. Somit ist eine erhebliche Zeitspanne
vergangen, seitdem ein Sendevorgang in der Sektormitte stattgefunden
hat, wodurch die Mitte weitgehend frei von Echoartefakten aus vorgehenden
Sendevorgängen
bleibt. Die aus der Strahlrichtung 1 empfangenen Echos
sind somit im Wesentlichen frei von Artefakten und Rauschen.
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Dies
trifft für
die Strahlrichtungen 2, 3 usw. nicht zu, auch
nicht bei Intervallen von 2 PRIs zwischen den Sendevorgängen. Einige
schwache Reflexionen oder Nachhallerscheinungen können immer
noch in der Nähe
dieser Strahlrichtungen auftreten. Die Strahlrichtung 1 wurde
zu einem Zeitpunkt abgetastet, an dem fast eine vollständige Bildperiode
vergangen war, seitdem eine Störung
in der Nähe
auftrat, und ist im Wesentlichen frei von Artefakten. Infolgedessen
können
die Echos aus der Strahlrichtung 1 einfach aufgrund der äußerst rauschfreien
Umgebung, aus der sie empfangen wurden, schwächer als diejenigen von den
umgebenden Strahlenbündeln
erscheinen. Die Mittellinie des Sektors kann daher anders als ihre
Nachbarn aussehen, ein „Artefakt" in dem Bild.
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Erfindungsgemäß kann dieses
zeitliche Artefakt in der Bildmitte durch konvergierendes Abtasten
des Sektors beseitigt werden, wie es in 5 dargestellt ist. Wie es in dieser Zeichnung
dargestellt ist, beginnt die Abtastung des Sektors mit der Strahlrichtung 1 an
einem seitlichen Rand des Bildes. Die zweite abgetastete Strahlrichtung 2 befindet
sich am anderen seitlichen Rand des Bildes. Die abwechselnde Abtastung
wird von Seite zu Seite fortgesetzt, wie es durch die nummerierten
Strahlrichtungen dargestellt ist, und endet in der Mitte des Bildes.
Dadurch stehen die mittleren Strahlenbündel in einem zeitlichen Zusammenhang
und werden im Wesentlichen gleichermaßen von umgebenden remanenten
Reflexionen von vorhergehenden Sendevorgängen beeinflusst, wodurch das
undeutliche Aussehen von der Mitte des Bildes nach unten beseitigt
wird.
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Je
mehr sich die Abtastfolge der Mitte des Bildes nähert, umso mehr nähern sich
die zeitlich aufeinander folgenden Strahlenbündel räumlich, wodurch die Möglichkeit
des Mehrwegeempfangs zunimmt. Dieser Zustand kann vermieden werden,
indem der PRI-Abstand
der gesendeten Strahlenbündel
vergrößert wird,
also das durch die Kurven in 4 dargestellt
Konzept. Im Falle der konvergierenden Abtastung werden die Kurven der
Grafik jedoch umgekehrt. Anstatt mit einem langen PRI in der Mitte
zu beginnen und dann den PPRI zu verkürzen, wenn die Strahlenbündel divergieren,
beginnt die Folge in 5 mit
kurzen PRIs und endet mit längeren
PRIs, wenn die abgetasteten Strahlenbündel in der Mitte konvergieren;
die Kurven werden im Wesentlichen zeitlich umgekehrt.
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Es
ist hervorzuheben, dass das effektive Ergebnis der konvergierenden
Abtastung im Vergleich zur divergierenden Abtastung darin besteht,
das erste abgetastete Strahlenbündel
in einem gegebenen Teilbild und somit das Artefakt zu den seitlichsten
Rändern
des Bildes zu verschieben, wo es nicht wahrnehmbar ist. Zur vollständigen Beseitigung
dieses zeitlichen Artefaktes könnten
Sendevorgänge
ohne Echoempfang auf jeder Seite des Sektors vor dem Beginn der
Strahlsendevorgänge
eingesetzt werden, von denen Echos zu empfangen sind.
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Diese
Erkenntnis über
das effektive Ergebnis der konvergierenden Abtastung führt zu einer
weiteren Verfeinerung, die darin besteht, die Position der Strahlrichtung 1,
des ersten abgetasteten Strahlenbündels, von einem Teilbild zum
nächsten
zu ändern. 6 zeigt die Abtastfolge,
die fünf
Linien nach innen vom rechten seitlichen Rand des Sektors beginnt.
Aus der Perspektive dieses Punktes des Sektors divergiert die Abtastfolge,
da die Linien 1, 2, 3, 4, 5 usw.
sequentiell von den Strahlrichtungen 1 und 2 divergieren.
Nachdem das Strahlenbündel 9 den
rechten seitlichen Rand des Sektors abgetastet hat, tastet das Strahlenbündel 11 den linken
seitlichen Rand ab, und nachfolgende Strahlenbündel mit ungerader Nummerierung
tasten von der linken Seite des Sektors nach innen ab. Aus der Perspektive
der linken Seite des Sektors konvergiert die Abtastfolge und endet
fünf Linien
links von der Mittellinie 12.
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Wird
das nächste
Teilbild abgetastet, befindet sich die erste Strahlrichtung an einer
anderen Stelle. Die erste Strahlrichtung könnte sich rotierend ändern, indem
sie weitergeht zur sechsten oder vierten Linie vom rechten seitlichen
Rand des Sektors nach innen, sie könnte zufällig gewählt werden oder auf eine andere
Weise von Teilbild zu Teilbild variieren. Dieses Verfahren der Änderung
des ersten Strahlenbündels
bewirkt, dass das Artefakt in Form der schwachen ersten Linie beseitigt
wird, indem diese ständig
verschoben wird und sie dadurch einheitlich in die Echtzeit-Bildfolge übernommen
wird. Die Übernahme
kann durch die Bildfrequenz der Echtzeitanzeige erfolgen, oder nachfolgende
Teilbilder können
gemittelt werden, um dieses Artefakt zu beseitigen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zwar für einen Sektor mit einer radialen
Anordnung von Strahlrichtungen beschrieben, es ist jedoch offensichtlich,
dass die erfindungsgemäße Abtastfolge
auch auf andere Abtastformate, zum Beispiel das rechteckige Format
einer linearen Abtastung, angewendet werden kann. Bei dem linearen
Format werden die Ultraschallstrahlenbündel in parallelen Richtungen
von Gruppen von Wandlerelementen einer linearen Wandleranordnung
gesendet. Die lineare Abtastung verläuft dann auf die gleiche Weise
wie die Sektorabtastung, beginnend mit den beiden seitlichsten Strahlenbündeln und
dann abwechselnd hin zu den Strahlrichtungen von den beiden anfänglichen
Strahlrichtungen aus nach innen bis zur Mitte. Trapezförmige und
andere Strahlmuster sind ebenfalls möglich. TEXT
IN DER ZEICHNUNG
Figur 3, 5 und 6
| transmit-receive
control | Sende-Empfangssteuerung |
Figur
4
| interval | Intervall |
| time | Zeit |
| PRI | Impulsfolgeintervall |