DE69724702T2

DE69724702T2 - Diagnostisches Ultraschallgerät, welches phasenkorrektur komplexer Vektoren an in zeitlicher Sequenz von jedem auf Echosignalen in Zeitfrequenz empfangenen Echosignalen vornimmt

Info

Publication number: DE69724702T2
Application number: DE69724702T
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Fussa-shi Okuno; Masahiko Kitatsuru-gun Gondo
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-06-11
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-06-07
Also published as: EP0813182A2; US5865751A; EP0813182B1; JPH1057374A; EP0813182A3; DE69724702D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschalldiagnosevorrichtung, die eine Phasenkorrektur komplexer Vektoren an Echosignalen, die in einer Zeitfolge von jedem Ultraschallwandler derselben erhalten werden, im Hinblick auf einen Organismus durchführt, wodurch ein Ultraschalltomographiebild mit hoher Auflösung erhalten wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es gibt Ultraschalldiagnosevorrichtungen, die Ultraschall in einen Organismus emittieren, die innerhalb des Organismusgewebes reflektierten Wellen empfangen und die empfangenen Signale verarbeiten, um ein Ultraschalltomographiebild des Organismus zu erhalten. Eine solche Vorrichtung ist in der Lage, ein Ultraschalltomographiebild zu erhalten, ohne das Objekt Röntgenstrahlen auszusetzen, wie bei einer Röntgenstrahl-Diagnosevorrichtung, die Röntgenstrahlen verwenden muss, um eine Röntgenstrahlphotographie zu erhalten, und wird aus diesem Grund für Untersuchungen und dergleichen in der Geburtshilfe und Gynäkologie umfangreich verwendet.
1 stellt ein Beispiel der Blockanordnung einer Ultraschalldiagnosevorrichtung 51 des Standes der Technik dar, die das Blendensyntheseverfahren verwendet. Die Ultraschallsonde 52 weist eine Matrix von piezoelektrischen Wandlern 53-1 bis 53-5 auf.
Die Signalerzeugungsschaltung 54 ist mit den piezoelektrischen Wandlern 53-1 bis 53-5 über Sendeverstärker 56-1 bis 56-5 verbunden, die mit einer Sendeansteuerschaltung 55 verbunden sind, wodurch Ansteuersignale an jeden der piezoelektrischen Wandler 53-1 bis 53-5 angelegt werden, wobei somit Ultraschallimpulse in das untersuchte Objekt emittiert werden.
Ferner sind die Ultraschallwandler 53-1 bis 53-5 jeweils über Signalleitungen mit einem Multiplexer 57 verbunden und ein Ultraschallwandler 53-i ("i" bedeutet eines von 1 bis 5) wird ausgewählt. Derselbe Ultraschallwandler 53-i, der zum Senden verwendet wurde, wird vom Multiplexer 57 zum Empfangen des vom untersuchten Objekt reflektierten Ultraschalls ausgewählt. Der empfangene Ultraschall wird in elektrische Signale umgewandelt und einer Empfangsverstärkungsschaltung 58 zugeführt. Diese Empfangsverstärkungsschaltung 58 wird durch eine STC(Empfindlichkeitszeitsteuerung) Schaltung oder eine STC-Steuerschaltung 59 gesteuert und eine Verstärkung auf eine bestimmte Amplitude wird durchgeführt.
Die Ausgangssignale dieser Empfangsverstärkungsschaltung 58 werden in ein Bandpassfilter 60 eingegeben und werden nach der Entfernung von unnötigem Rauschen durch einen A/D-Wandler 61 in digitale Signale umgewandelt und werden anschließend in einem Wellenfrontspeicher 62 gespeichert, der Wellenfrontdaten speichert.
Dieser Vorgang wird bis zum Wandler 53-5 durch Schalten mit dem Multiplexer 57 durchgeführt. Nachdem das Schalten bis zum Wandler 56-5 durchgeführt wurde und die Daten im Wellenfrontspeicher 62 gespeichert wurden, werden Daten entsprechend dem zu synthetisierenden Brennpunkt vom Wellenfrontspeicher 62 gewonnen, auf der Basis einer Adresse, die von der Wellenfront-Ortskurven-Nachschlagetabelle (LUT) 63 erzeugt wird, wird eine Additionsverarbeitung durch die Addierschaltungen 64-1 und 64-2 durchgeführt und durch die Quadrierer 65-1 und 65-2 quadriert.
Da die Eigenschaft der Welle durch sowohl ihre Amplitude als auch ihre Phase festgelegt ist, erfordert die genaue Synthese einer bestimmten Wellenfront sowohl Real- als auch Imaginärteile jedes Punkts der Wellenfront. Aus diesem Grund werden sowohl Real- als auch Imaginärteile aus dem Wellenfrontspeicher 62 separat unter Verwendung von zwei Arten von Adressen ausgelesen, die aus der Wellenfront-Ortskurven-LUT 63 erzeugt werden, nämlich eine Real-Wellenfront-Ortskurve und eine Imaginär-Wellenfront-Ortskurve. Der Real- und der Imaginärteil werden durch die Addierschaltungen 64-1, 64-2 bzw. die Quadrierer 65-1, 65-2 summiert und quadriert, um quadrierte Real- und Imaginäramplituden entsprechend der Reflexion vom Brennpunkt zu erzeugen, in dem die Wellenfront zusammenläuft. Die erhaltene Realamplitude und Imaginäramplituden werden durch den Addierer 66 addiert und dann an einen digitalen Abtastwandler (DCS) 67 ausgegeben.
2 ist eine schematische Darstellung hinsichtlich des in 1 dargestellten Beispiels des Standes der Technik von dem Zustand von Daten, die im Wellenfrontspeicher 62 gespeichert sind, wobei die Daten empfangene Echosignale sind, die durch den A/D-Wandler 61 mittels Quadraturabtastung quantisiert werden. Hier kennzeichnen die in 2 mit a1, a2 und so weiter angegebenen leeren Kreise Abtastpunkte von quantisierten Daten, die vollen Kreise kennzeichnen Abtastpunkte auf der Real-Wellenfront-Ortskurve und die Doppelkreise kennzeichnen Abtastpunkte auf der Imaginär-Wellenfront-Ortskurve, deren Phase um 90° gegenüber der Real-Wellenfront-Ortskurve, die durch die vollen Kreise gekennzeichnet ist, versetzt sind.
Im Fall, dass beispielsweise ein Echosignal mit einer Mittenfrequenz von 7,5 MHz mit einer Abtastfrequenz von 60 MHz abgetastet wird, ist die Anzahl von Rbtastwerten jedes Zyklus T des Echosignals 60/7,5 = B. Die Zeit t während dieser Abtastung, die in die Phase umgewandelt wird, ist 360°/8 Abtastwerte = 45°.
Mit dem Verfahren des Standes der Technik werden Daten von Abtastpunkten auf der Real- und Imaginär-Wellenfront-Ortskurve gewonnen, die durch jeweilige Addierschaltungen für die Realteile und Imaginärteile getrennt und dann quadriert werden, und dann Erhalten des synthetisierten Ausgangssignals des Brennpunkts durch Addieren von diesen.
Diese Wellenfront-Ortskurve ist eine Art Adresseninformation, die durch die relative Beziehung hinsichtlich der Ultraschallwellenfortpflanzung zwischen dem Brennpunkt, der abgebildet werden soll, und jedem Wandler festgelegt ist. Durch Ändern dieser Wellenfront-Ortskurve wird die Brennpunktposition in einer zweidimensionalen Weise geändert, um den Anzeigebereich abzudecken, und ein Ultraschalltomographiebild im B-Modus, das dem Anzeigebereich entspricht, wird erhalten.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden die Echosignale durch den A/D-Wandler 61 quantisiert, die erhaltenen Daten werden als komplexe Daten entlang der Wellenfront-Ortskurve für den Realteil und den Imaginärteil gewonnen, wobei ein B-Modus-Bild synthetisiert wird. Gemäß der Literatur ("Ultrasonic Beam Formation by Discrete Processing and the Method Thereof", Katakura et a1, Japan Acoustic Institute Journal Band 44, Nr. 7), die ein Strahlformverfahren beschreibt, bei dem eine Signalsyntheseverarbeitung unter Verwendung eines Quadraturabtastverfahrens durchgeführt wird, ist eine hohe Zeitpräzision (d. h. Phasenpräzision) bei der Synthese gemäß dem Quadraturabtastverfahren erforderlich, um unnötige Komponenten in den synthetisierten Ergebnissen zu verringern.
Mit dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Standes der Technik bestehen jedoch Begrenzungen für die Umwandlungsgeschwindigkeit des A/D-Wandlers 61, der in der tatsächlichen Praxis verwendet wird, so dass die A/Dgewandelten Echosignale für einen Zyklus eine grobe Quantisierung aufweisen, d. h. 8 Abtastwerte, die umgewandelt in die Phasenpräzision 45° ist. Im Fall, dass die Synthese mit einer solchen niedrigen Phasenpräzision durchgeführt wird, besteht ein Problem, bei dem Nebenkeulen durch die unnötigen Komponenten erzeugt werden, die das B-Modus-Endbild verschlechtern, und folglich kann das B-Modus-Bild oder das Ultraschalltomographiebild mit hoher Auflösung nicht erhalten werden.
Um solche Nebenkeulen zu unterdrücken, ist eine Quantisierung der Echosignale auf einen feineren Grad, um eine hohe Zeitpräzision zu realisieren, ausreichend. Um jedoch derartiges zu realisieren, werden ein Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler und ein Speicher mit großer Kapazität erforderlich, was zu Problemen wie z. B. übermäßigen Kosten und komplexer Konstruktion führt.
US 4 796 236 offenbart ein Ultraschall-Abbildungsverarbeitungssystem mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern zum Senden/Empfangen von Ultraschallsignalen. Die Echosignale aller Wandler werden gleichzeitig durch eine Quadraturschaltung mit jeweils einer Schaltung zum Erzeugen von komplexen Daten, einem A/D-Wandler und einem Phasenkorrekturprozessor verarbeitet. Die Phasenkorrektur wird durch Multiplikation der gemessenen Daten mit Phasenkorrekturwerten von einem ROM durchgeführt. Die verarbeiteten komplexen Daten werden aus dem Prozessor in Schieberegister ausgegeben, wo sie in Abhängigkeit von der Wellenfront, die analysiert werden sollte, herausgeschoben werden, um die Intensität des aktuellen zu beobachtenden Messpunkts in der Schnittebene des Objekts zu erzeugen.
Die Ultraschalldiagnosevorrichtung von EP 0 535 962 A1 weist eine Vielzahl von Ultraschallwandlern auf, an die nacheinander durch einen Schalter ein Signal angelegt wird.
Das empfangene Signal wird in eine Quadraturschaltung eingegeben und die resultierenden komplexen Daten werden in einem Speicher gespeichert. Unter der Steuerung einer Adressensteuereinheit werden die Daten aus dem Speicher ausgelesen und in einen FFT-Analysator eingegeben, der dann Bilddaten ausgibt.
In der Ultraschallwellen-Diagnosevorrichtung von EP 0 256 282 A wird das Signal, das an eine Vielzahl von Ultraschallwandlern angelegt und von diesen empfangen wird, in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gewichtet, um die Abtaststrahlrichtung des überlappenden Ultraschallsignals zu lenken und die vorherige Gewichtung durch Umkehrgewichtung zu kompensieren. Diese doppelte Gewichtung wird durchgeführt, um den Strahl in verschiedene zu beobachtende Richtungen zu lenken.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Ultraschalldiagnosevorrichtung bereitzustellen, bei der die Auflösung durch Kompensieren von Verzerrungen aufgrund der variierenden lokalen Position des Empfangswandlers weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bzw. 29 gelöst.
Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Datenerzeugungsschaltung zum Erzeugen von digitalen komplexen Daten aus empfangenen Echosignalen, einen Wellenfrontspeicher zum Speichern der komplexen Daten, eine Schaltung zum Lesen der im Wellenfrontspeicher gespeicherten komplexen Daten und eine Phasenkorrekturschaltung, die einen Prozess durchführt, um die Phase der gelesenen komplexen Daten durch eine Phasenkorrektur komplexer Vektoren gemäß der durch jeden Wandler festgelegten Verzögerungszeit abzugleichen, und führt deren Synthese durch.
Gemäß einer solchen Anordnung wird hinsichtlich der im Wellenfrontspeicher gespeicherten komplexen Daten ein Prozess durchgeführt, in dem die Phase der komplexen Daten, die sich für jeden Wandler unterscheidet, durch die Phasenkorrekturschaltung abgeglichen wird und dann deren Synthese durchgeführt wird, wodurch das Erhalten eines B-Modus-Bildes mit hoher Auflösung ermöglicht wird, wobei die Effekte von Nebenkeulen unterdrückt wurden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Anordnung einer Ultraschalldiagnosevorrichtung des Standes der Technik darstellt, die das Blendensyntheseverfahren verwendet;
2 ist ein Diagramm, das das B-Modus-Syntheseverfahren gemäß einem Beispiel des Standes der Technik darstellt;
3 bis 12 betreffen ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 3 eine äußere Ansicht der Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist;
4 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Ultraschalldiagnosevorrichtung darstellt;
5A bis 5I sind erläuternde Zeichnungen, die den Vorgang der sequentiellen Ansteuerung der Wandler und der Durchführung des Sendens und Empfangens von Ultraschallwellen darstellen;
6 ist ein Schaltplan, der die Anordnung der Phasenkorrekturschaltung darstellt;
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Vorgang der Phasenkorrekturverarbeitung durch die Phasenkorrekturschaltung beschreibt;
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das das Lesen gemäß einer Wellenfront-Ortskurve darstellt;
9A und 9B sind Diagramme, die jeweils komplexe Vektoren von Abtastdaten, die in die Phasenkorrekturschaltung eingegeben werden, und von Abtastdaten nach der Phasenkorrektur darstellen;
10A und 10B sind Diagramme, die jeweils die Richtungseigenschaften eines Strahls, der durch die Phasenkorrektur mit einer Phasenkorrekturschaltung erhalten wird, und die Richtungseigenschaften eines Strahls gemäß dem Beispiel des Standes der Technik darstellen;
11 ist ein Diagramm, das komplexe Vektoren von Abtastdaten nach der Phasenkorrektur gemäß einem geänderten Beispiel darstellt;
12 ist ein Diagramm, das die Richtungseigenschaften eines Strahls gemäß einem geänderten Beispiel darstellt;
13 bis 15 betreffen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 13 ein Blockdiagramm ist, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Anordnung einer Ultraschalldiagnosevorrichtung darstellt;
14 ist eine Seitenansicht, die eine externe Ultraschallsonde darstellt;
15 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Quadraturerfassungsschaltung darstellt;
16 und 17 betreffen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 16 ein Blockdiagramm ist, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Anordnung einer Ultraschalldiagnosevorrichtung darstellt; und
18 ist ein Konstruktionsdiagramm, das die Vorderspitzenseite einer internen Linearabtast-Ultraschallsonde darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das folgende ist eine ausführliche Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen.
Wie in 3 gezeigt, besteht die Ultraschalldiagnosevorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aus einer Ultraschallsonde 2 vom internen Typ, die in eine Körperhöhle eingeführt wird und das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen durchführt, einer Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3, die mit dem proximalen Ende dieser Ultraschallsonde verbunden ist und die Sendeansteuerimpulse erzeugt, die die Anregung von Ultraschallwellen bewirken, und auch eine Signalverarbeitung von empfangenen Echosignalen durchführt, und einem Monitor 4, der Bildsignale anzeigt, die aus dieser Ultraschallverarbeitungsvorrichtung 3 ausgegeben werden.
Die Ultraschallsonde 2 besteht aus einer Vielzahl von Ultraschallwandlern (nachstehend einfach als "Wandler" beschrieben) 5-1, 5-2 und so weiter bis 5-5, die in einem bestimmten Abstand oder dergleichen gemäß der zylindrischen Oberfläche 27a an der Spitze eines schmalen Zylinders 27 befestigt sind, wobei somit eine Matrix von Wandlern 5 gebildet wird.
Signalleitungen, die mit jedem Wandler 5-i (i = 1, 2 und so weiter bis 5) verbunden sind, der aus piezoelektrischen Bauelementen für die akustische/elektrische Umwandlung besteht, sind durch das Innere des Zylinders 27 eingeführt, sind ferner durch ein Kabel 29 eingeführt, das sich vom proximalen Ende eines Griffs 28 erstreckt, der am proximalen Ende des Zylinders 27 vorgesehen ist, und sind mit einem Verbindungsstecker 29a verbunden.
Der Verbindungsstecker 29a ist lösbar mit der Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3 verbunden. Durch sequentielles Ansteuern der Vielzahl von Wandlern 5-i gemäß der zylindrischen Oberfläche des Spitzenteils 27 wird ein sektorförmiger Ultraschallwellen-Abtastbereich Ss abgetastet.
Eine Anordnung vom konvexen Typ, bei der die Vielzahl von Wandlern 5-1, 5-2 und so weiter bis 5-5 entlang einer konvexen Oberfläche vorgesehen sind.
4 stellt die Konstruktion der Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3 dar. Der Signalgenerator 6 erzeugt ein Standardsignal, das eine Sinuswelle mit einer Frequenz mit hoher Stabilität ist. Die Zeitsteuerschaltung 7 erzeugt einen Haupttakt, der in der Phase mit dem Standardsignal, das vom Signalgenerator 6 erzeugt wird, synchronisiert ist, und Steuersignale (nicht dargestellt) zum Steuern der Folge der gesamten Vorrichtung werden an jede elektrische Schaltung durch diesen Haupttakt ausgegeben. Die Standardsignale, die vom Signalgenerator 6 erzeugt werden, werden auch zur Sendeansteuerschaltung 8 geliefert. Die Sendeansteuerschaltung 8 umfasst eine Impulserzeugungsschaltung 81, die die Phase der Standardsignale erfasst und Sendeansteuerimpulssignale synchron mit diesem Standardsignal erzeugt, und einen Multiplexer 82, der die Sendeansteuerimpulssignale auswählt und ausgibt.
Ferner sind eine Vielzahl von Sendeverstärkern 9-1 bis 9-5 mit dem Ausgangsende der Sendeansteuerschaltung 8 verbunden. Einer der Sendeverstärker 9-i wird durch den Multiplexer 82 der Sendeansteuerschaltung 8 ausgewählt, verstärkte Sendeansteuerimpulssignale werden als Impulse an den Wandler 5-i angelegt, der mit dem ausgewählten Sendeverstärker 9-i verbunden ist, wobei somit der Wandler 5-i für eine kurze Zeit angeregt wird und Ultraschallwellen in Impulsen in das Beobachtungsobjekt sendet (emittiert), welches Organe oder dergleichen innerhalb der Körperhöhle sind.
Der emittierte Ultraschallimpuls oder -strahl wird an dem geänderten Teil von akustischer Impedanz reflektiert, wobei folglich ein Ultraschallecho gebildet wird, von welchem ein Teil vom Wandler 5-i empfangen wird, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und dadurch zu einem (Ultraschall-) Echosignal oder empfangen Ultraschallsignal wird. Jeder der Wandler 5-i ist über Signalleitungen mit einem Multiplexer 10 verbunden und derselbe Wandler 5-i, der für das Senden verwendet wird, wird vom Multiplexer 10 ausgewählt und das Echosignal wird in die Empfangsverstärkungsschaltung 11 eingegeben.
Nun wird die Auswahl des Wandlers 5-i durch den Multiplexer 82 der Sendeansteuerschaltung 8 und dessen Multiplexer 10 nacheinander synchron mit einer bestimmten Zeitsteuerung von der Zeitsteuerschaltung 7 geschaltet. Mit anderen Worten, Echosignale von demselben Wandler 5-i, der zum Senden verwendet wird, werden in die Empfangsverstärkungsschaltung 11 über den Multiplexer 10 eingegeben.
5A bis 5I stellen den Vorgang der sequentiellen Ansteuerung der Wandler 5-i zum Senden und Empfangen von Echosignalen mit denselben Wandlern 5-i, die zum Senden verwendet werden, dar.
Die Multiplexer 82 und 10 werden synchron durch die Zeitsteuerschaltung 7 geschaltet und zuerst werden z. B. die Anschlüsse 82-1 und 10-1 für zweimal die Zeit Tr des abzubildenden Abstandes ausgewählt, wie in 5A und 5B gezeigt.
Dann wird das Standardsignal zum Impulssignal (siehe 5C), das in Form von Impulsen durch die Impulserzeugungsschaltung 81 ausgegeben wird, wird durch den Sendeverstärker 9-1 verstärkt und an den Wandler 5-1 angelegt, was dessen Anregung bewirkt. Ultraschallwellen werden aufgrund der Anregung des Wandlers 5-1 auf die Seite des Organismus emittiert und im Fall, dass ein Teil existiert, dessen akustische Impedanz sich erheblich unterscheidet, werden die emittierten Ultraschallwellen reflektiert und vom Wandler 5-1 empfangen. Dann werden die empfangenen Ultraschallwellen in elektrische Signale umgewandelt und werden zu Echosignalen, wie z. B. in 5D dargestellt.
Wenn die vorbestimmte Zeit Tr abläuft, wählen die Multiplexer 82 und 10 die nächsten Anschlüsse 82-2 und 10-2 aus, wie in 5E und 5F gezeigt. Dann werden Impulse durch den Sendeverstärker 9-2 ausgegeben und verstärkt, wie in 5G gezeigt, und an den Wandler 5-2 angelegt, was dessen Anregung bewirkt. Die Ultraschallwellen werden aufgrund der Anregung des Wandlers 5-2 auf die Seite des Organismus emittiert und im Fall, dass ein Teil existiert, dessen akustische Impedanz sich erheblich unterscheidet, werden die emittierten Ultraschallwellen reflektiert und vom Wandler 5-2 empfangen. Dann werden die empfangenen Ultraschallwellen in elektrische Signale umgewandelt und werden zu Echosignalen, wie z. B. in 5H dargestellt.
So wird der Vorgang des Sendens und Empfangens bis zum Wandler 5-5 wiederholt, wodurch Signaldaten für ein Vollbild erhalten werden. Anschließend wird das Senden und Empfangen wieder mit dem ersten Wandler 5-1 durchgeführt und Signaldaten für das nächste Vollbild werden erhalten.
Jedes Echosignal, das durch den Multiplexer 10 läuft, wird in die Empfangsverstärkungsschaltung 11 eingegeben. Der Verstärkungssteueranschluss dieser Empfangsverstärkungsschaltung 11 ist mit der STC-Schaltung 12 verbunden, wodurch die STC-Steuerschaltung 12 die Verstärkungssteuerung der Empfangsverstärkungsschaltung 11 durchführt und eine STC durchführt.
Die Echosignale, die durch diese Empfangsverstärkungsschaltung 11 gelaufen sind und verstärkt wurden, werden in ein Bandpassfilter (nachstehend als "BPF" bezeichnet) 13 eingegeben und werden nach der Entfernung von unnötigen Frequenzkomponenten im hohen Bereich und niedrigen Bereich, ausschließlich der Frequenzbandbreite des Standardsignals, in die Multiplizierer 14-1 und 14-2 eingegeben, in denen eine Quadraturerfassung mit den Standardsignalen als Bezugssignale durchgeführt wird.
In die Multiplizierer 14-1 und 14-2 werden das Standardsignal (als Dauerstrichsignal) und ein Standardsignal, das durch eine 90°-Phaseneinheit 97, die die Phase des Standardsignals um 90° verschiebt, gelaufen ist, eingegeben und jeweils mit den Echosignalen multipliziert, die eingegeben werden, nachdem sie durch das BPF 13 gelaufen sind, und werden in ein komplexes Signal mit Quadraturphase umgewandelt. Im übrigen ist die Phaseneinheit 97, die die Phase des Standardsignals um 90° (oder n/2) verschiebt, in 4 mit "n/2" bezeichnet.
Der Signalrealteil und der Signalimaginärteil des komplexen Signals, das durch die Quadraturerfassung der Multiplizierer 14-1 und 14-2 erzeugt wird, werden jeweils in Tiefpassfilter (nachstehend als "TPF" bezeichnet) 15-1 und 15-2 eingegeben und nach der Entfernung der Trägerkomponente vom Standardsignal und der Oberwellenkomponente von diesem werden sie jeweils in A/D-Wandler 16-1 und 16-2 eingegeben und von analogen Signalen in digitale Signale umgewandelt, d. h. in komplexe Daten umgewandelt.
Der Realteil des digitalen Signals und der Imaginärteil des digitalen Signals, die durch die A/D-Wandler 16-1 und 16-2 umgewandelt werden, werden jeweils in einer Zeitfolge in Wellenfrontspeichern 17-1 und 17-2 gespeichert, die Wellenfrontdaten-Speichermittel zum Speichern von komplexen Wellenfrontdaten von den Wandlern sind. Dieser Prozess wird nacheinander an jedem der Echosignale von dem vom Wandler 5-1 erhaltenen Echosignal bis zu dem vom Wandler 5-5 erhaltenen Signal durchgeführt.
Anschließend werden auf der Basis einer Adresseninformation von der Wellenfront-Ortskurven-Nachschlagetabelle (nachstehend als "Wellenfront-Ortskurven-LUT" bezeichnet) 18 komplexe Datenkomponenten aus den Wellenfrontspeichern 17-1 und 17-2 gemäß einer Wellenfront-Ortskurve in einer Positionsbeziehung zum Festlegen des abzubildenden Punkts als Brennpunkt gelesen, die komplexen Datenkomponenten werden in die Phasenkorrekturschaltung 19 eingegeben, einer Phasenkorrektur mit Bezug auf die Phasenkorrekturinformation des Realteils und des Imaginärteils des Realteil-Phasenkorrekturspeichers 20-1 und des Imaginärteil-Phasenkorrekturspeichers 20-2 unterzogen, wobei die Verzögerungszeit jedes Wandlers berücksichtigt wird (die durch den akustischen Abstand zum Brennpunkt festgelegt ist), so dass die Phase gleich ist, und werden ferner synthetisiert. Dieser Prozess wird über eine zweidimensionale Fläche durchgeführt, um die Fläche (Tomographiebereich) innerhalb des Bereichs, der durch Ultraschallabtastung mit den Wandlern abgetastet wird, und dessen Anzeige erwünscht ist, abzudecken.
Die zweidimensionalen Daten der synthetisierten verarbeiteten Daten, die der Phasenkorrektur und Syntheseverarbeitung unterzogen werden, werden in einen digitalen Abtastwandler (DSC) 21 eingegeben, in Standardbildsignale umgewandelt und dann in den Monitor 4 eingegeben, wodurch ein Ultraschalltomographiebild (B-Modus-Bild) auf dem Monitor 4 entsprechend den Bildsignalen angezeigt wird.
6 zeigt die Details der Phasenkorrekturschaltung 19. Wie in 6 gezeigt, wird das Realteilsignal in die Multiplizierer 22-1 und 22-3 eingegeben und jeweils mit der Phasenkorrekturinformation des Realteil-Phasenkorrekturspeichers 20-1 und des Imaginärteil-Phasenkorrekturspeichers 20-2 multipliziert. Das Imaginärteilsignal wird auch in die Multiplizierer 22-2 und 22-4 eingegeben und jeweils mit der Phasenkorrekturinformation des Imaginärteil-Phasenkorrekturspeichers 20-2 und des Realteil-Phasenkorrekturspeichers 20-1 multipliziert.
Die Ausgangssignale der Multiplizierer 22-1 und 22-3 werden in einen Addierer 23 eingegeben und addiert und die Ausgangssignale der Multiplizierer 22-2 und 22-4 werden in einen Addierer 24 eingegeben und addiert. Die Ausgangssignale des Addierers 23 und des Addierers 24 werden jeweils in Quadrierer 25-1 und 25-2 eingegeben, die eine Quadrierung durchführen, dann ferner in einen Addierer 26 eingegeben und zum Durchführen der Syntheseverarbeitung addiert, und an die Seite des letzteren Schritts ausgegeben.
Mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht eine Eigenschaft der Anordnung darin, dass die von jedem der Wandler 5-i empfangenen Echosignale einer Quadraturerfassung durch ein Quadraturerfassungsmittel unterzogen werden, in komplexe Signalkomponenten mit niedriger Frequenz umgewandelt werden, dann in digitale komplexe Daten mit einem A/D-Wandlungsmittel umgewandelt werden und in einem Wellenfront-Speichermittel gespeichert werden, so dass ein A/D-Wandlungsmittel mit niedriger Geschwindigkeit ausreichend verwendet werden kann.
Eine weitere Haupteigenschaft von dieser besteht auch darin, dass die Syntheseverarbeitung, einschließlich Phasenrotationsverarbeitung (Phasenabgleich), entsprechend der Verzögerungszeit, die durch die räumliche Verteilung und dergleichen von jedem Wandler zum Brennpunkt festgelegt ist, hinsichtlich der im Wellenfront-Speichermittel gespeicherten komplexen Daten, wie vorstehend beschrieben, d. h. der Wellenfrontdaten, durchgeführt wird.
Als nächstes wird die Funktionsweise des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zuerst die Auswahl des Multiplexers 82 der Sendeansteuerschaltung 8 und des Multiplexers 10 durch die Zeitsteuerschaltung 7 gesteuert und Ultraschall wird mit einem Wandler 5-1, der durch die Sendeansteuerschaltung 8 ausgewählt wird, und dem Sendeverstärker 9-1 gesendet.
Als nächstes werden die Echosignale, die von demselben Wandler 5-1 empfangen und erhalten werden, welcher auch durch den Multiplexer 10 ausgewählt wird, in eine Empfangsverstärkungsschaltung 11 eingegeben und auf einen bestimmten Grad verstärkt. Da zu diesem Zeitpunkt das empfangene Signal entsprechend dem vergrößerten Abstand kleiner wird, wird durch die STC-Steuerschaltung 12 somit eine STC durchgeführt, so dass die Verstärkung mit der Zeit erhöht wird.
Die Ausgangssignale der Empfangsverstärkungsschaltung 11 werden von anderen unnötigen Rauschkomponenten als der Signalbandbreite, die in das BPF 13 eingegeben wird, befreit, wonach die Quadraturerfassung durch die Multiplizierer 14-1 und 14-2 und 15-1 und 15-2 durchgeführt wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein von einem Signalgenerator 6 erzeugtes Standardsignal als Bezugssignal für die Quadraturerfassung verwendet. Ferner ist das Bezugssignal des Multiplizierers 14-2 derart, dass es der 90°-Phasenverzögerung im Vergleich zum Bezugssignal des Multiplizierers 14-1 durch eine 90°-Phaseneinheit 97 unterzogen wird. Somit kann der Realteil des komplexen Signals vom Multiplizierer 14-1 und TPF 15-1 berechnet werden und der Imaginärteil des komplexen Signals kann vom Multiplizierer 14-2 und TPF 15-2 berechnet werden.
Die berechneten Realteile des komplexen Signals werden im A/D-Wandler 16-1 in digitale Daten umgewandelt und in einer Zeitfolge in einem nacheinander adressierten Teil des Realteil-Wellenfrontspeichers 17-1 gespeichert und dessen Imaginärteile werden im A/D-Wandler 16-2 in digitale Daten umgewandelt und in einer Zeitfolge in einem nacheinander adressierten Teil des Imaginärteil-Wellenfrontspeichers 17- 2 gespeichert.
Als nächstes schalten der Multiplexer 82 der Sendeansteuerschaltung 8 und der Multiplexer 10, um den benachbarten Wandler 5-2 auszuwählen, und in derselben Weise wie vorstehend wird eine Ultraschallwellenemission durchgeführt, die von demselben Wandler 5-2 empfangen wird, wobei sie durch die Empfangsverstärkungsschaltung 11 und das BPF 13 läuft, und die durch Quadraturerfassung durch die Multiplizierer 14-1 und 14-2 und 15-1 und 15-2 erhaltenen komplexen Signale werden durch die jeweiligen A/D-Wandler 16-1 und 16-2 in digitale Daten umgewandelt und die Realteile und Imaginärteile werden in einer Zeitfolge in einem nacheinander adressierten Teil der wellenfrontspeicher 17-1 und 17-2 gespeichert. Derselbe Prozess wird dann bis zum Wandler 5-5 durchgeführt.
Wie vorstehend beschrieben, werden durch Umwandeln von empfangenen Ultraschallsignalen, die in eine Quadraturerfassungsschaltung eingegeben werden, in komplexe Signale mit Realteil und Imaginärteil die hohen Eingangsfrequenzen in Niederfrequenzkomponenten umgewandelt. Die Quadraturerfassung von empfangenen Ultraschallsignalen mit einer Mittenfrequenz von 7,5 MHz bewirkt z.B., dass es zu einem Niederfrequenzsignal mit einer Frequenzbandbreite von 2 MHz wird. Folglich können A/D-Wandler mit relativ niedriger Geschwindigkeit für die A/D-Wandler 16-1 und 16-2 verwendet werden. Durch Durchführen der A/D-Wandlung in die Niederfrequenzsignale kann auch die Anzahl von Abtastwerten pro Signalzyklus erhöht werden, wobei folglich die Phasendifferenz zwischen den Abtastwerten verringert wird.
Nachdem die Verarbeitung bis zum Wandler 5-5 in derselben Weise durchgeführt wurde und die Speicherung in den Wellenfrontspeichern 17-1 und 17-2 durchgeführt wurde, werden komplexe Daten mit dem zu synthetisierenden Brennpunkt aus den Wellenfrontspeichern 17-1 und 17-2 auf der Basis einer Adresse, die durch die Wellenfront-Ortskurven-LUT 18 erzeugt wird, gewonnen. Die komplexen Daten werden in die Phasenkorrekturschaltung 19 eingegeben und eine Phasenabgleichsverarbeitung und Syntheseverarbeitung werden folglich durchgeführt.
Nun wird das Grundkonzept der Phasenkorrekturverarbeitung, die von der Phasenkorrekturschaltung 19 durchgeführt wird, die eine Hauptkomponente der vorliegenden Erfindung ist, mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist ein Modelldiagramm, das den Zustand von Echosignalen darstellt, die durch Empfang mit den Wandlern 5-1 bis 5-5 erhalten werden, wobei diese Echosignale einer Quadraturerfassung unterzogen werden und in den Wellenfrontspeichern 17-1 und 17-2 gespeichert werden. In 7 bezeichnet 7A empfangene Echosignale, 7B bezeichnet eine Quadraturerfassungsschaltung, 7C bezeichnet ein Bezugssignal für die Quadraturerfassung und 7D bezeichnet den Realteil und die komplexe Komponente, die in jedem der Wellenfrontspeicher 17-1 und 17-2 gespeichert werden.
Ferner stellen bei 7D von 7 die durchgezogenen Linien den Realteil dar, die gestrichelten Linien stellen den Imaginärteil dar, die vollen Kreise stellen willkürliche Realteil-Wellenfront-Ortskurven-Abtastwerte dar und die leeren Kreise stellen willkürliche Imaginärteil-Wellenfront-Ortskurven-Abtastwerte dar. 7E ist die Vektordarstellung der komplexen Koordinaten von jedem der Abtastpunkte bei 7D.
Wir wollen beispielsweise sagen, dass die von den Wandlern 5-1 bis 5-5 empfangenen Echosignale eine Impulsbreite Ta aufweisen, wie bei 7A von 7 gezeigt. Die Quadraturerfassung wird an dem vom Wandler 5-1 empfangenen Echosignal mit dem bei 7C gezeigten Bezugssignal durchgeführt. Dieses Bezugssignal ist eine kontinuierliche Welle und weist auch dieselbe Frequenz auf wie die Mittenfrequenz der Echowelle und ist mit dem zu jedem Wandler gelieferten Standardsignal synchronisiert.
Der Zeitversatz zwischen dem Bezugssignal und dem Echosignal ist als Phasenänderung zu erkennen und ein Gleichstromsignal mit einer Impulsbreite Ta, wie bei 7D gezeigt, wird erhalten. In derselben Weise hinsichtlich der anderen Wandler 5-2 bis 5-5 verursacht die Quadraturerfassung mit dem bei 7C gezeigten Bezugssignal auch, dass ein Zeitversatz zwischen dem Bezugssignal und dem Echosignal als Phasenänderung zu erkennen ist, und ein Gleichstromsignal mit einer Impulsbreite Ta, wie bei 7D gezeigt, wird erhalten.
Die bei 7D von 7 durch eine gestrichelte Zwei-Punkt-Linie dargestellte Wellenfront-Ortskurve α entspricht der Ortskurve der Verzögerungszeit, die durch den Ultraschallfortpflanzungsabstand jedes Wandlers 5-1 bis 5-5 zum abzubildenden Brennpunkt festgelegt ist, und das Echosignal bei der Verzögerungszeit, das durch diese Wellenfront-Ortskurve α dargestellt ist, gibt reflektierte Signale vom Brennpunkt an, welcher dessen Objekt ist.
Eine weitere Beschreibung des Lesens der Abtastsignale auf der Wellenfront-Ortskurve α ist in 8 vorgesehen.
Im Fall, dass die Abbildung des Punkts F versucht wird, führt die Fortpflanzung von Ultraschallwellen mit dem Punkt F als Brennpunkt zur Wellenfront Wa zu einer bestimmten Zeit, die wie durch die gestrichelte Ein-Punkt-Linie dargestellt ist, und wird zuerst z. B. vom Wandler 5-3 empfangen. Die anderen Wandler empfangen dieses Signal zu einem späteren Zeitpunkt.
Im Fall des Lesens von Abtastsignalen aus dem Wellenfrontspeicher gemäß einer Wellenfront-Ortskurve werden folglich Abtastsignale im Wellenfrontspeicher 17 aus einer Speicherzelle in der Position einer Wellenfront Wb gelesen, die eine umgekehrte Form der Wellenfront Wa ist. In 8 wird angenommen, dass der Wellenfrontspeicher 17 nacheinander komplexe Daten von der linken Seite speichert und der Vereinfachung halber wird die Annahme gemacht, dass komplexe Daten der Echosignale von jedem der Wandler 5-i zur gleichen Zeit gespeichert werden.
Wenn die Position des Punkts F anders ist, ändert sich die Leseposition in diesem Fall dementsprechend. In der Praxis weist die Ultraschallwelle, die vom Wandler 5-i emittiert wird, auch Richtungseigenschaften auf und folglich soll die Amplitude gemäß dem Lenkwinkel von einer zur Emissionsfläche des Wandlers 5-i senkrechten Achse berücksichtigt werden. Umgekehrt kann dies insofern als vorteilhaft verstanden werden, als ein Ultraschallbild mit hoher Auflösung erhalten werden kann, ohne von dessen Richtungseigenschaften beeinflusst zu werden, indem eine Phasenkorrektur entsprechend den Ultraschallwellen-Emissionseigenschaften des Wandlers 5-i durchgeführt wird.
Wenn man zu 7 zurückkehrt, sind bei 7E die komplexen Vektoren Pk (k = 1, 2,..., 5) in der Gaußebene dargestellt, wobei jeder Vektor einen Real- oder gleichphasigen Teil ik und einen Imaginär- oder Quadraturphasenteil qk aufweist, die durch Adressieren der Abtastsignale Sk entlang der Wellenfront-Ortskurve α erfasst werden. Wie zu sehen ist, sind die komplexen Vektoren nicht in der Richtung ausgerichtet.
Das einfache Addieren der Abtastsignale S1 bis S5 auf der Wellenfront-Ortskurve α (skalare Addition) erhöht die Signale nicht, da die komplexen Vektoren nicht in einer Linie liegen. Wie mit dem Beispiel des Standes der Technik mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben, erhält die Synthese mit einfacher Additionsverarbeitung folglich nur ein Bild mit niedriger Auflösung mit niedrigem S/N.
Um die Synthese mit hoher Auflösung auf der Basis der Abtastsignale S1 bis S5, die durch Quadraturerfassung erhalten werden, durchzuführen, sollte die Rotationskorrektur von jedem der Abtastsignale S1 bis S5 so durchgeführt werden, dass die komplexen Vektoren dieselbe Phase aufweisen und in derselben Richtung liegen.
Mit anderen Worten, die Erfassung wurde so durchgeführt, dass jeder der Wandler 5-i den Punkt F betrachtete, aber dies war in dem Prozess der Signalverarbeitung zu einem komplexen Signal geworden, und da eine geeignete Verarbeitung an den komplexen Signaldaten mit dem Beispiel des Standes der Technik nicht durchgeführt worden war, wies der resultierende Strahl eine niedrige Auflösung auf.
In dem bei 7D von 7 dargestellten speziellen Beispiel wird das Abtastsignal S3 so festgelegt, dass es für den Phasenabgleich am zentralen Schallstrahl der Wellenfront-Ortskurve a der Standard ist, und die Syntheseverarbeitung wird durchgeführt. d. h. mit der Zeit, zu der die Phase des Abtastsignals S3 vom Wandler 5-3z.B. 0 als Tc wird, werden die Verzögerungszeiten t1 und t2 und t3 und t4 der restlichen Wandler 5-1 und 5-2 und 5-4 und 5-5 durch diese Zeit Tc ermittelt.
Die Phase, die den Verzögerungszeiten t1 bis t5 entspricht, wird dann aus dem folgenden Ausdruck (1) berechnet und als Rotationskorrekturwert-Phasendaten festgelegt. Wenn n die Nummer jedes Wandlers darstellt, t_n jede Verzögerungszeit darstellt, T_s die Zeit eines Zyklus der Echosignale darstellt und φn (°) die Phase für die Rotationskorrektur darstellt, wird die Umwandlung in die Phase mit dem folgenden Ausdruck durchgeführt. φn = {(tn – t3)/Ts} × 360 (1)
Unter Verwendung der Phase φn für die Rotationskorrektur gemäß dem Ausdruck (1) wird die Verarbeitung durchgeführt, um die Phase des Abtastsignals Sn auf die Standardphase des Abtastwerts S3 abzugleichen. Die in 6 dargestellte Phasenkorrekturschaltung führt die Berechnung gemäß dem folgenden Ausdruck (2) durch.
Nun wird der Prozess zum Abgleich der Phase des Abtastsignals Sn auf die Standardphase des Abtastwerts S3 folgendermaßen ausgedrückt: (In + jQn) × An·exp (jφn) = { In·An·cos(φn) – Qn·An·sin (φn)} + j {Qn·An·cos(φn) + In·An·sin(φn)} (2)wobei In den Realteil des Abtastwerts Sn darstellt, Qn dessen Imaginärteil darstellt, φn das Ausmaß der Phasenkorrektur darstellt und An ein Amplitudenkorrekturkoeffizient ist. Hier gilt An = 1.
Der Realteil und der Imaginärteil der rechten Seite des Ausdrucks (2) stellen den Realteil bzw. den Imaginärteil des Abtastwerts Sn nach der Phasenkorrektur dar.
Diese phasenkorrigierten Ergebnisse werden als Modell mit Bezug auf 9A und 9B beschrieben.
9A zeigt die komplexen Daten, die aus der Wellenfront-Ortskurve α von 7D, die in 7 dargestellt ist, gewonnen werden, und 9B zeigt die Ergebnisse der Phasenkorrektur, die an den Daten von 7D gemäß dem Ausdruck (2) durchgeführt wird. In 9A und 9B stellen die vollen Kreise einen willkürlichen Realteil dar und die leeren Kreise stellen einen willkürlichen Imaginärteil dar, wobei komplexe Koordinaten die komplexen Vektoren von jedem der Abtastwerte zeigen.
Im Vergleich zu 9A, in der alle der komplexen Vektoren P1 bis P5 der Abtastsignale S1 bis S5 nicht in einer Linie liegen, werden die komplexen Vektoren P1', P2', P3, P4' und P5' aller Abtastwerte S1', S2', S3, S4' und S5' durch Phasenrotation phasenabgeglichen, so dass sie mit der Richtung des komplexen Vektors P3 übereinstimmen.
Mit dem Syntheseverfahren, bei dem die Synthese mit Phasenrotationskorrektur durchgeführt wird, ist die Phasenpräzision äußerst hoch, da die Phase direkt in einer Vektorweise verarbeitet werden kann, und eine ideale Synthese im Vergleich zum Syntheseverfahren gemäß dem Quadraturabtastverfahren des Beispiels gemäß dem Stand der Technik, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde, möglich ist.
Mit einem solchen Syntheseverfahren werden die Strahlrichtungseigenschaften der berechneten Leistungskomponente Strahleigenschaften mit scharfen Richtungseigenschaften, deren unnötige Komponenten wie z. B. Nebenkeulen unterdrückt werden, wie in 10A dargestellt (die Synthese mit jedem Beobachtungspunkt des Ultraschalltomographiebereichs als Brennpunkt wird durchgeführt) und im Fall, dass dies auf dem Monitor 4 über die DSC 21 angezeigt wird, wird ein deutliches B-Modus-Bild mit hoher Auflösung und wenigen Effekten von Nebenkeulen erhalten.
10B zeigt auch die Strahleigenschaften, die durch das Beispiel des Standes der Technik erhalten werden, für Vergleichszwecke, wobei die Nebenkeulen groß sind und die Richtungseigenschaften breit sind. In 10A und 10B ist die Leistung der synthetisierten Leistungskomponente schematisch als dB hinsichtlich des Winkels q der horizontalen Achse dargestellt.
Insbesondere ist die Phasenpräzision im Fall, dass die Synthese nur unter Berücksichtigung der Verzögerung wie bei dem Beispiel des Standes der Technik durchgeführt wird, ungefähr 45°, aber gemäß dem Synthesemittel oder dem Syntheseverfahren, bei dem die Phasenkorrektur gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, kann eine Vorrichtung mit weitaus höherer Phasenpräzision von 2° bis 3° leicht konstruiert werden.
Gemäß dem Syntheseverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auch eine Umwandlung in Niederfrequenzwellen durchgeführt und eine Phasenrotationskorrektur wird an den komplexen Daten, die im Wellenfront-Speichermittel gespeichert sind, durchgeführt, so dass Schaltungsbauelemente mit niedrigeren Geschwindigkeiten im Vergleich zu Fällen von Hochfrequenzdaten, bei denen die Echosignale direkt digital umgewandelt werden, verwendet werden können, und ferner werden die Effekte der Induktivität der Verdrahtungsstruktur und von deren schwebender Kapazität verringert, was die Phasenkorrektur mit einer einfacheren Schaltungskonstruktion erleichtert.
Wenn man noch einmal zu 7 zurückkehrt, wird eine weitere Beschreibung hinsichtlich des vorliegenden Ausführungsbeispiels durchgeführt. Da die Berechnung der Phasenkorrektur, die im Ausdruck (2) gezeigt ist, in der tatsächlichen Praxis nicht in Echtzeit durchgeführt werden kann, werden cos(φ) und sin(φ) von Ausdruck (2), die der Zeit der in der Wellenfront-Ortskurven-LUT 18 gespeicherten Wellenfront-Ortskurve entsprechen, im voraus berechnet, wobei jedes an den Realteil-Phasenkorrekturdaten und den Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten durchgeführt wird, wobei die Realteil-Phasenkorrekturdaten im Realteil-Phasenkorrekturspeicher 20-1 gespeichert werden und die Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten im Imaginärteil-Phasenkorrekturspeicher 20-2 gespeichert werden.
Bei der tatsächlichen Verarbeitung wird der Realteil aus dem wellenfrontspeicher 17-1 gelesen und der Imaginärteil wird aus dem Wellenfrontspeicher 17-2 durch die Wellenfront-Ortskurven-LUT 18 gelesen, wobei die Realteilund Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten aus dem Realteil-Phasenkorrekturspeicher 20-1 und dem Imaginärteil-Phasenkorrekturspeicher 20-2 gelesen werden.
Hinsichtlich des gelesenen Realteils und Imaginärteils werden der Realteil und die Realteil-Phasenkorrekturdaten durch den Multiplizierer 22-1 multipliziert und der Imaginärteil und die Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten werden durch den Multiplizierer 22-2 multipliziert, deren Ergebnisse werden durch den Addierer 23 addiert und eine Quadrierungsberechnung wird durch den Quadrierer 25-1 durchgeführt, wodurch der Realteil mit Phasenkorrektur erhalten wird.
Der Realteil und die Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten werden auch durch den Multiplizierer 22-3 multipliziert und der Imaginärteil und die Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten werden durch den Multiplizierer 22-4 multipliziert, deren Ergebnisse werden durch den Addierer 24 addiert und eine Quadrierungsberechnung wird durch den Quadrierer 25-2 durchgeführt, wodurch der Imaginärteil mit Phasenkorrektur erhalten wird. Diese Ergebnisse werden durch den Addierer 26 addiert, wodurch die Leistungskomponente des reflektierten Signals am Beobachtungspunkt berechnet wird.
Die Leistungskomponentenberechnung wird mit jedem Beobachtungspunkt in der Ultraschalltomographieebene als Brennpunkt durchgeführt, die berechnete Leistungskomponente wird an die DSC 21 ausgegeben, die DSC 21 führt eine Verarbeitung wie z. B. Koordinatenumwandlung und Interpolation durch, wodurch ein B-Modus-Bildsignal erzeugt wird, das an den Monitor 4 ausgegeben wird.
Gemäß der obigen Beschreibung ist die Größe des Amplitudenkorrekturkoeffizienten konstant, aber es besteht kein Bedarf, dass er auf derartiges beschränkt ist; die Größe des Amplitudenkorrekturkoeffizienten kann verändert werden, um eine Gewichtung durchzuführen, wie im folgenden geänderten Beispiel beschrieben.
In dem Prozess des Abgleichs der komplexen Vektoren P1, P2, P4 und P5 der Abtastsignale S1, S2, S4 und S5, um die Richtung des komplexen Vektors P3 abzugleichen, kann der Phasenabgleich beispielsweise durchgeführt werden, wobei der Amplitudenkorrekturkoeffizient für jeden der Abtastwerte so verändert wird, dass die Eingabe der komplexen Vektoren P1 und P5 der Abtastsignale S1 und S5, die am Umfang (beide Kanten) liegen, im größten Abstand vom Abtastsignal S3 liegen, wobei der komplexe Vektor S3 des Abtastsignals S3 als Mitte dient. Wie in den komplexen Koordinaten von 11 gezeigt, ist folglich die Größe des komplexen Vektors P3 am größten und die Größe nimmt in Richtung der komplexen Vektoren P1 und P5 zu beiden Kanten hin ab.
Indem veranlasst wird, dass der komplexe Vektor P3 des mittleren Abtastsignals S3, das als Standard dient, zentral liegt und am größten ist, indem die Größe des Amplitudenkorrekturkoeffizienten verändert wird, und indem veranlasst wird, dass die komplexen Vektoren P1 und P5 der Signale S1 und S5 zu den Kanten der Wellenfront-Ortskurve klein sind, werden folglich Gewichtungseffekte erhalten, und wie in 12 gezeigt, kann veranlasst werden, dass die Strahlrichtungseigenschaften derart sind, wobei die Nebenkeulenkomponenten unterdrückt werden (noch weiter als das Beispiel von 10A), wobei folglich ein B-Modus-Bild mit noch weiter unterdrückten Nebenkeulen als im Fall, in dem nur eine Phasenkorrektur durchgeführt wird, erhalten wird.
Gemäß der obigen Beschreibung wurde die Anzahl von Wandlern der Vereinfachung der Beschreibung halber als fünf beschrieben, aber die Anordnung beinhaltet häufig 64 oder mehr Wandler in der tatsächlichen Praxis und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anzahl von Wandlern begrenzt.
Im Fall der Änderung der Größe des vorstehend erwähnten Amplitudenkorrekturkoeffizienten An und der Durchführung einer Gewichtung würde eine allgemeine Beschreibung beispielsweise beinhalten, den Amplitudenkorrekturkoeffizienten für das Echosignal (auch als "Schallstrahl" bekannt), das vom mittleren oder zentralen Wandler erhalten wird, groß zu machen, und die Gewichtung wird derart durchgeführt, dass der Amplitudenkorrekturkoeffizient für die Schallstrahlen der Wandler gemäß dem vergrößerten Abstand von diesem mittleren oder zentralen Wandler kleiner wird.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 13 bis 15 beschrieben.
Mit dem ersten Ausführungsbeispiel wurden analoge Ultraschallechosignale einer Quadraturerfassung durch die Multiplizierer 14-1 und 14-2 und die TPFs 15-1 und 15-1, die aus analogen Schaltungsbauelementen bestehen, unterzogen, wodurch komplexe Signale erzeugt werden und anschließend digitale komplexe Signale mit den zwei A/D-Wandlern 16-1 und 16-2 erzeugt werden. In diesem Fall besteht der Vorteil darin, dass A/D-Wandler mit langsamer Geschwindigkeit für die A/D-Wandler 16-1 und 16-2 verwendet werden konnten.
In diesem Fall bestehen Unregelmäßigkeiten zwischen den analogen Schaltungsbauelementen, die eine Einstellung erfordern. Da eine solche Einstellung schwierig wird, besteht die Aufgabe des vorliegenden Ausführungsbeispiels darin, ein B-Modus-Bild mit guter Bildqualität zu erhalten, in dem Nebenkeulen unterdrückt werden, indem eine digitale Quadraturerfassungsschaltung verwendet wird.
Die Ultraschalldiagnosevorrichtung 1B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 13 dargestellt, besteht aus z. B. einer Ultraschallsonde 2B vom internen Typ und einer Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3B, deren Anordnung von jener der in 4 gezeigten Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3 teilweise verschieden ist.
Wie in 14 gezeigt, besteht die Ultraschallsonde 2B aus einem Sondenkörper 41 mit eingebauten Wandlern 5-1 bis 5-5 (siehe 13), einem Ultraschallwellenkabel 42, das Signalübertragungsleitungen enthält, die mit den Wandlern 5-1 bis 5-5 verbunden sind und so eingeführt sind, dass sie sich vom proximalen Ende dieses Sondenkörpers 41 erstrecken, und mit einem Sondenverbindungsstecker 43 verbunden sind. Der Sondenverbindungsstecker 43 ist lösbar mit der Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3B verbunden.
Eine Schallinse 44 ist an der Ultraschallwellen-Empfangsseite des Sondenkörpers 41 vorgesehen und die Ultraschallwellen, die nacheinander von den Wandlern 5-1 bis 5-5 emittiert werden, welche beispielsweise in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen in 14 angeordnet sind, treten durch diese Schallinse 44 und werden in das Körpergewebe übertragen, das gegen diese Schallinse 44 gepresst wird. Nuten zum Verhindern von Rutschen sind auch an der Außenseite des Sondenkörpers 41 ausgebildet.
Gemäß der Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3 in 4 ist die Ultraschallwellen-Verarbeitungsvorrichtung 3B, die in 13 gezeigt ist, derart angeordnet, dass die Ausgangssignale des BPF in den A/D-Wandler 33 eingegeben werden und in digitale Echosignale umgewandelt werden, wonach die Signale in eine digitale Quadraturerfassungsschaltung 34 eingegeben werden, wobei folglich digitale komplexe Signaldaten erzeugt werden.
Dann werden die digitalen komplexen Signaldaten jeweils in den jeweiligen Wellenformspeichern 17-1 und 17-2 gespeichert.
Die Zeitsteuerschaltung 7 erzeugt synchrone Signale, die an den Signalgenerator 6, den A/D-Wandler 33 und die Quadraturerfassungsschaltung 34 ausgegeben werden, und der Prozess wird durchgeführt, wobei jeder synchronisiert ist.
Wie in 15 gezeigt, besteht die Quadraturerfassungsschaltung 34 aus einem ersten und einem zweiten Multiplizierer 35-1 und 35-2, einer cos-Funktionsdaten-Erzeugungsschaltung 36-1 und einer sin-Funktionsdaten-Erzeugungsschaltung 36-2 für die jeweilige Erzeugung von Quadratur-cos-Funktionsdaten und -sin-Funktionsdaten, und TPFs 37-1 und 37-2 zum Entfernen von unnötigen Daten von der Seite des hohen Bereichs der Ausgangsdaten aus dem ersten und dem zweiten Multiplizierer 35-1 und 35-2. Diese TPFs 37-1 und 37-2 sind durch digitale Filter wie z. B. FIR- (Transversal-) Filter oder dergleichen ausgeführt.
Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 33 und die Ausgangsdaten der cos-Funktionsdaten-Erzeugungsschaltung 36-1 werden in den ersten Multiplizierer 35-1 eingegeben und nach deren Multiplikation wird deren Erfassung durch Entfernen von unnötigen Daten von deren Seite des hohen Bereichs mit dem TPF 37-1 durchgeführt und der Realteil wird gewonnen. Dann wird dieser Realteil im Wellenfrontspeicher 17-1 gespeichert.
Das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 33 und die Ausgangsdaten der sin-Funktionsdaten-Erzeugungsschaltung 36-2 werden auch in den zweiten Multiplizierer 35-2 eingegeben und nach deren Multiplikation wird deren Erfassung durch Entfernen von unnötigen Daten von deren Seite des hohen Bereichs mit dem TPF 37-2 durchgeführt und der Imaginärteil wird gewonnen. Dann wird dieser Imaginärteil im Wellenfrontspeicher 17-2 gespeichert.
Mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein A/D-Wandler 33 mit einer hohen Umwandlungsgeschwindigkeit nötig, aber da eine digitale Quadraturerfassungsschaltung 34 verwendet werden kann, sind Effekte von Unregelmäßigkeit von Schaltungsbauelementen wie im Fall einer analogen Quadraturerfassungsschaltung fast nicht vorhanden. Mit anderen Worten, eine Quadraturerfassung mit hoher Präzision kann mit praktisch keiner Einstellung durchgeführt werden. Ferner kann dasselbe mit einer Schaltungsanordnung mit einem kleineren Maßstab erzielt werden. Andere Effekte und Vorteile des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind fast dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 16 und 17 beschrieben.
Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde das Senden und Empfangen in einer Zeitfolgeweise mit einer Vielzahl von angeordneten Ultraschallwandlern durchgeführt, wobei somit Echosignale durch Ultraschallwandler in unterschiedlichen Positionen erhalten wurden.
Im Vergleich dazu beinhaltet das vorliegende Ausführungsbeispiel das Erhalten von Echosignalen genau wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen unter Verwendung eines einzelnen Ultraschallwandlers.
Wie in 16 gezeigt, wird insbesondere ein Ultraschallwandler 45 mit einer Ultraschallsonde 2C mit einem Motor 46 angetrieben, wodurch Ultraschallwellen vom Ultraschallwandler 45 in verschiedenen unterschiedlichen Positionen emittiert und empfangen werden.
Motorantriebssignale werden von einer Motorantriebsschaltung 47 an den Motor 46 angelegt. An diese Motorantriebsschaltung 47 werden synchrone Signale von der Zeitsteuerschaltung 7 angelegt und der Motor 46 gibt Motorantriebssignale vom Schritttyp synchron mit diesem Signal aus.
Synchron mit den Motorantriebssignalen legt der Signalgenerator 6 Standardsignale an den Ultraschallwandler 45 über den Sendeverstärker 9 an, was das Senden von Ultraschallwellen bewirkt, und gibt gleichzeitig die empfangenen und akustisch/elektrisch umgewandelten Echosignale an die Empfangsverstärkungsschaltung 11 aus. Die Verarbeitung nach dieser Empfangsverstärkungsschaltung 11 ist dieselbe wie die in 13 beschriebene Signalverarbeitung und die Bezugsziffern sind ebenso dieselben.
17 stellt eine Ultraschallsonde 2C dar, in welcher der Ultraschallwandler 45 durch den Motor 46 gedreht wird. Der Motor 46 ist innerhalb des zylindrischen Rohrs 48 aufbewahrt, wobei dessen Statorseite fest ist, ein rundes Plattenelement 49 ist an der Spitze der hervorstehenden Drehwelle 46a befestigt, wobei sie mit einem Dichtungselement abgedichtet wurde, und der Ultraschallwandler 45 ist an der zylindrischen Ebene dieses runden Plattenelements 49 befestigt. Das Rohr 49 ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, die Ultraschallwellen überträgt.
Die Position des Ultraschallwandlers 45 bewegt sich gemäß einem Bogen, der eine Länge von ungefähr dem Radius des runden Plattenelements 49 aufweist, durch Drehung des Motors 46 und tastet beispielsweise einen sektorförmigen Ultraschallwellen-Abtastbereich Ss ab. Ferner ist zumindest der Teil des Rohrs 48, der diesem sektorförmigen Ultraschallwellen-Abtastbereich Ss entspricht, zu einem akustischen Fenster hergestellt, das aus einem Material wie z. B. Kunststoff besteht, welches das Durchlassen von Ultraschallwellen gestattet.
Die mit dem Ultraschallwandler 45 verbundenen Signalleitungen sind auch durch die hohle Drehwelle 46a geführt und über ein nicht-dargestelltes Übertragungselement wie z. B. einen Schleifring, der am Innenraum des Motors 46 befestigt ist, mit nichtrotierenden Signalleitungen verbunden. Im Fall, dass der Motor 46 in einer schwingenden Weise gedreht werden soll, ist die Zwischenschaltung eines Übertragungselements wie z. B. eines Schleifrings nicht erforderlich.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet einen einzelnen Ultraschallwandler 45 und ändert dessen Position, um das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen durchzuführen, wodurch ein Bild erhalten wird, genau wie ein Bild durch Anordnen einer Vielzahl von Ultraschallwandlern erhalten wird.
Ein Linearmotor kann auch anstelle des Motors 46 verwendet werden, um den Ultraschallwandler 45 in einer geradlinigen Weise anzutreiben, wodurch ein Ultraschallwandler-Tomographiebild mit Linearabtastung erhalten wird.
Eine Vielzahl von Ultraschallwandlern 5-1, 5-2 und so weiter bis 5-5 können auch in der Längsrichtung der zylindrischen Oberfläche befestigt sein, wie in 18 gezeigt, indem die Vielzahl von Ultraschallwandlern 5-i mit dieser Anordnung nacheinander angesteuert werden, ein linearer Ultraschallabtastbereich S1 wird abgetastet, wodurch ein Ultraschallwandler-Tomographiebild mit Linearabtastung erhalten wird. Ferner können eine Vielzahl von Ultraschallwandlern entlang einer konvexen Oberfläche oder einer flachen Oberfläche oder einer bogenförmigen Oberfläche angeordnet sein und ein Ultraschallwandler-Tomographiebild durch sequentielles Durchführen von Senden und Empfangen in Zeitfolge mit den Ultraschallwandlern erhalten werden.
Um komplexe Signaldaten zu erhalten, beinhaltete ferner die mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung eine Konstruktion, bei der eine A/D-Wandlung nach einer analogen Quadraturerfassung durchgeführt wird, und die mit Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung beinhaltete eine Konstruktion, bei der eine digitale Quadraturerfassung nach der A/D-Wandlung durchgeführt wird, aber eine Anordnung kann auch verwendet werden, bei der komplexe Daten unter Verwendung von Quadraturabtastung erhalten werden.
In der Ultraschalldiagnosevorrichtung 1B, die in 13 dargestellt ist, sind der A/D-Wandler 33 und die Quadraturerfassungsschaltung 34 beispielsweise gegen eine Quadraturabtastschaltung, die eine Abtastung des Echosignals durchführt, das durch das BPF 13 gelaufen ist, wobei zwei Abtastimpulse mit dem Zyklus des Standardsignals synchron sind und gegenseitig um 1/4 Zyklus versetzt sind, und eine A/D-Wandlerschaltung, die eine A/D-Wandlung der zwei abgetasteten Signalreihen durchführt, ausgetauscht.
Mit anderen Worten, Echosignale werden nacheinander mit der Zeitsteuerung t = mT/2 (T = 2π/ωo, wobei wo die Winkelfrequenz des Standardsignals bedeutet und m eine ganze Zahl ist) abgetastet und ein dem Realteil entsprechendes Signal wird erhalten, und in der gleichen Weise wird ein dem Imaginärteil entsprechendes Signal mit einer Zeitsteuerung erhalten, die um T/4 von dieser Zeitsteuerung t versetzt ist, d. h. durch nacheinander Abtasten von Echosignalen mit der Zeitsteuerung t = mT/2 + T/4 und durch Durchführen einer A/D-Wandlung dieser Signale können komplexe Signaldaten erhalten werden. Die Korrektur des Faktors (–1) zur m-ten Potenz wird in der Praxis auch berücksichtigt, wie in den Ausdrücken (11) und (12) der folgenden Literatur gezeigt.
Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Mittels oder Verfahrens ist insofern vorteilhaft, als gemischte Mittel (insbesondere die Multiplizierer 35-1 und 35-2, die in 15 dargestellt sind) nicht erforderlich sind.
Das Erhalten von komplexen Signaldaten unter Verwendung dieses Quadraturabtastverfahrens ist z. B. in "Ultrasound Phased Array Delay Lines Based on Quadrature Sampling Techniques", JEFFREY E. POWERS et al., IEEE Trans. Sonics and Ultrasonics, Band SU-27 Nr. 6 (1980), S. 287–294, beschrieben.
Mit dem ersten Ausführungsbeispiel wurde die Beschreibung auch beispielsweise hinsichtlich einer Ultraschalldiagnosevorrichtung durchgeführt, die das Blendensyntheseverfahren verwendet, wobei jeder Wandler der Matrix von Wandlern 5 gemäß Zeitteilung einzeln angesteuert wird und die Synthese der erhaltenen Echosignale durchgeführt wird, wobei die Phasenpräzision der Synthese durch Phasenrotation verbessert wird, aber die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf das Blendensyntheseverfahren begrenzt; vielmehr kann die vorliegende Erfindung auch auf Ultraschalldiagnosevorrichtungen angewendet werden, bei denen eine Vielzahl von Wandlern das Senden und Empfangen fast gleichzeitig durchführen, um die Synthese durchzuführen.
Mit dem vorstehend beschriebenen Blendensyntheseverfahren kann der Empfang der Wandler 5-1 bis 5-5 zeitgeteilt werden, wodurch nur eine Quadraturerfassungsschaltung benötigt wird. Andererseits wird mit Ultraschalldiagnosevorrichtungen unter Verwendung einer Vielzahl von Wandlern zum gleichzeitigen Ansteuern und Empfangen eine Anzahl von Quadraturerfassungsschaltungen gleich jener der gleichzeitig angesteuerten Wandler erforderlich.
Ein Hochgeschwindigkeits-Rechenprozessor, der durch Digitalsignalprozessoren (DSP) dargestellt ist, kann auch für die Phasenkorrekturschaltung 19 verwendet werden, obwohl die Rechengeschwindigkeit etwas gesenkt wird.
Ferner sind die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht auf Linearabtastung oder Sektorabtastung begrenzt, sondern können auch auf Ultraschallsonden angewendet werden, die Ultraschallabtastverfahren wie z. B. radiale Abtastung und andere verwenden.

Claims

Ultraschalldiagnosevorrichtung mit: einer Ultraschallwandlermatrix (5) mit einer Vielzahl von Ultraschallwandlern (5-1, 5-5); einer Schaltung (3, 3B) zum Erzeugen von komplexen Daten und zum Verarbeiten von komplexen Daten mit einem Real- und einem Imaginärteil und zum Erzeugen von digitalen komplexen Daten aus Echosignalen, die jeweils mit demselben Ultraschallwandler (5-1, 5-5) empfangen werden; einer Phasenkorrekturschaltung (19); und einer Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) zum Durchführen einer Syntheseverarbeitung, um eine Reflexionsintensität aus allen komplexen Daten zu berechnen, die durch die Phasenkorrekturschaltung (19) einem Abgleich unterzogen werden; dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Speicher (17-1, 17-2) zum Speichern der komplexen Daten umfasst; wobei die Schaltung zum Erzeugen von komplexen Daten nacheinander die Vielzahl von Ultraschallwandlern (5-1, 5-5) mit Ansteuersignalen synchron mit einem Standardsignal ansteuert; und die Phasenkorrekturschaltung (19) die in dem Speicher (17-1, 17-2) gespeicherten komplexen Daten liest und eine Phasenkorrektur komplexer Vektoren durchführt, um die Realteildaten und die Imaginärteildaten, die ein Paar in den komplexen Daten bilden, auf eine einzelne Standardphase gemäß der Verzögerungszeit, die durch die Positionsbeziehung jedes Ultraschallwandlers (5-1, 5-5) festgelegt ist, abzugleichen; wobei die Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) eine Amplitudengewichtungs-Verarbeitungseinheit (19) zum Gewichten der Amplitude (An) der komplexen Daten aufweist.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (3) zum Erzeugen von komplexen Daten ferner eine Quadraturerfassungsschaltung (14-1, 14-2, 97), die eine Quadraturerfassung der Echosignale durchführt und komplexe Signale erzeugt, und eine A/D-wandlerschaltung (16-1, 16-2), die quadraturerfasste komplexe Signale A/Dwandelt und die komplexen Daten erzeugt, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (3) zum Erzeugen von komplexen Daten ferner eine A/D-Wandlerschaltung, die die Echosignale A/D-wandelt, und eine Quadraturerfassungsschaltung, die eine Quadraturerfassung von A/D-gewandelten digitalen Echosignalen durchführt und die komplexen Daten erzeugt, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung entweder nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Quadraturerfassungsschaltung (14-1, 14-2, 97) ferner einen ersten und einen zweiten Multiplizierer (14-1, 14-2), die jeweils als erstes Bezugssignal das Standardsignal nehmen und als zweites Bezugssignal das Standardsignal, um 90 Grad phasenverschoben, nehmen, und jeweils das Echosignal multiplizieren, und ein erstes und ein zweites Tiefpassfilter (15-1, 15-2), die ein Paar aus Realteil und Imaginärteil durch Leiten von Signalen von dem jeweils multiplizierten ersten und dem zweiten multiplizierten Signal jeweils zur Niederbandseite des Standardsignals erhalten, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (3B) zum Erzeugen von komplexen Daten mit dem Zyklus des Standardsignals hinsichtlich des Echosignals synchronisiert, und ferner eine Quadraturabtastschaltung (34), die mit zwei Abtastimpulsen abtastet, die gegenseitig um 1/4 Zyklus verschoben sind, und eine A/D-Wandlerschaltung (16-1, 16-2; 33), die eine A/D-Wandlung von jeder der zwei abgetasteten Signalreihen durchführt, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallwandlermatrix (5) am distalen Ende einer schmalen Sonde (2) liegt.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Ultraschallwandler (5-1, 5-5) mit der Ultraschallwandlermatrix (5) entlang mindestens einer der folgenden Oberflächen angeordnet ist: einer bogenförmigen Oberfläche, einer ebenen Oberfläche oder einer konvexen Oberfläche.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallwandlermatrix (5) an einer Sonde (41) zur externen Anwendung liegt.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Amplitudengewichtungs-Verarbeitungseinheit (19) eine Gewichtung so durchführt, dass die Amplitude (An) der komplexen Daten des Ultraschallwandlers (5-1, 5-5), der als Standard dient, groß ist, und dass die Amplitude (An) der komplexen Daten der Ultraschallwandler (5-1, 5-5), die von dem Ultraschallwandler entfernt sind, der als Standard dient, klein ist.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Speicher (17-1, 17-2) zwei zweidimensionale Speicher zum Speichern von jedem des Realteils und des Imaginärteils der komplexen Daten in Zeitfolge entsprechend dem Abtastbereich, der mit der Ultraschallwandlermatrix (5) abgetastet wird, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine Adresseninformations-Speichereinheit (18) zum Speichern einer Adresseninformation zum Lesen von komplexen Daten einer Wellenfront-Ortskurve folgend in dem Speicher (17-1, 17-2) umfasst, wobei sich die gespeicherte Adresseninformation auf eine jeweilige Ultraschallwellenfront-Ortskurvenverteilung in Abhängigkeit vom akustischen Abstand zwischen einer zu beobachtenden ausgewählten Position im Abtastbereich und den Ultraschallwandlern bezieht.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Phasenkorrekturschaltung (19) ferner eine Speichereinheit (20-1, 20-2) für Phasenkorrekturdaten umfasst, die den Phasenversatz von komplexen Standarddaten, die von dem Ultraschallwandler (5-3) erhalten werden, der als Standard dient, von der Standardphase hinsichtlich komplexer Daten, die aus dem Speicher (17-1, 17-2) der Wellenfront-Ortskurve folgend gemäß der Adresseninformation gelesen werden, korrigiert.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Speichereinheit (20-1, 20-2) für Phasenkorrekturdaten Realteil-Phasenkorrekturdaten und Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten, die jeweils dem Paar aus Realteil und Imaginärteil aller komplexen Daten entsprechen, speichert.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Phasenkorrekturschaltung (19) die Realteil- Phasenkorrekturdaten und die Imaginärteil-Phasenkorrekturdaten hinsichtlich des Realteils und Imaginärteils, welche ein Paar bilden mit den komplexen Daten, die aus dem Speicher (17-1, 17-2) der Wellenfront-Ortskurve folgend gelesen werden, multipliziert und addiert, und die Phase aller komplexen Daten auf die Standardphase in einer Weise eines komplexen Vektors abgleicht.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 14, wobei im Anschluss daran, dass die Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) den Realteil und den Imaginärteil aller komplexen Daten quadriert, die in der Weise eines komplexen Vektors auf die Standardphase abgeglichen werden, Addieren durchgeführt wird und eine Reflexionsintensitäts-Berechnungsverarbeitung zum Berechnen der Ultraschallwellen-Reflexionsintensität in einer willkürlichen Position in dem Abtastbereich durchgeführt wird.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Ultraschallwandler (5-3), der als Standard dient, in der zentralen Position der Ultraschallwandlermatrix (5) liegt.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Syntheseverarbeitungsschaltung (19) eine Gewichtungsverarbeitung so durchführt, dass die Amplitude (An) der komplexen Daten des Ultraschallwandlers (5-3), der als Standard dient, groß ist, und dass die Amplitude (An) der komplexen Daten des Ultraschallwandlers (5-1, -2, -4, -5), der vom Ultraschallwandler (5-3) entfernt ist, welcher als Standard dient, klein ist, wobei der Grad der Abnahme derart ist, dass er dem Abstand vom Standardwandler (5-3) entspricht.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Phasenkorrekturschaltung (19) die komplexen Daten In, Qn (In: Realteil, Qn: Imaginärteil) für den n-ten Ultraschallwandler (5-n), die aus dem Speicher (17-1, 17-2) der Wellenfront-Ortskurve folgend gemäß der Adresseninformation gelesen werden, durch die Phasenkorrekturberechnung, die durch den folgenden Ausdruck ausgedrückt wird: (In + jQn) × An × exp(jφn)auf die Standardphase abgleicht, wobei φn den Phasenversatz von In, Qn von der Standardphase der komplexen Standarddaten darstellt, die vom Ultraschallwandler (5-3) erhalten werden, welcher als Standard dient, An die Amplitude (An) der komplexen Daten In, Qn darstellt und j eine imaginäre Zahleneinheit darstellt.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Daten, die durch die Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) synthetisiert werden, einer Helligkeitsmodulation unterzogen werden und auf einem Monitor als B-Modus-Ultraschallwellenbild angezeigt werden.
Ultraschalldiagnosevorrichtung mit: einer Ultraschallabtastsonde (2C) mit einem Ultraschallwandler (45), der das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen durchführt, während die Position geändert wird; einer Schaltung (3B) zum Erzeugen von komplexen Daten und zum Verarbeiten von komplexen Daten mit einem Real- und einem Imaginärteil und zum Erzeugen von digitalen komplexen Daten aus Echosignalen, die in verschiedenen unterschiedlichen Positionen des Ultraschallwandlers (45) empfangen werden; einer Phasenkorrekturschaltung (19); und einer Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) zum Durchführen einer Syntheseverarbeitung, um eine Reflexionsintensität von allen komplexen Daten zu berechnen, die einem Abgleich durch die Phasenkorrekturschaltung (19) unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Speicher (17-1, 17-2) zum Speichern der komplexen Daten umfasst; wobei die Schaltung (3B) zum Erzeugen von komplexen Daten nacheinander Echosignale verarbeitet, die vom Ultraschallwandler (45) empfangen werden; und die Phasenkorrekturschaltung (19) zum Lesen der komplexen Daten, die im Speicher (17-1, 17-2) gespeichert sind, und zum Durchführen einer Phasenkorrektor komplexer Vektoren dient, um die Realteildaten und die Imaginärteildaten, die ein Paar in den komplexen Daten bilden, auf eine einzelne Standardphase gemäß der Verzögerungszeit, die durch die Positionsbeziehung des Ultraschallwandlers (45) festgelegt ist, abzugleichen; wobei die Syntheseverarbeitungsschaltung (19, 20-1, 20-2) eine Amplitudengewichtungs-Verarbeitungseinheit (19) zum Gewichten der Amplitude (An) der komplexen Daten aufweist.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 20, welche ferner umfasst: ein Mittel (46, 49) zum mechanischen Abtasten und Bewegen des Ultraschallwandlers (45); ein Mittel (6, 9) zum Erzeugen eines Ultraschallsignals mit der Zeitsteuerung der mechanischen Abtastung und Bewegung des Ultraschallwandlers (45); und eine Phasenkorrekturschaltung (19) zum Durchführen einer komplexen Phasenkorrektur, um jede Phase von allen komplexen Daten gemäß der Verzögerungszeit, die durch die mechanisch abgetastete und bewegte Position des Ultraschallwandlers (45) festgelegt ist, auf eine einzelne Standardphase abzugleichen.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Ultraschallwandler eine Ultraschallwandlermatrix mit einer Vielzahl von Ultraschallschwingern (5-1 bis 5-5) ist und die Vorrichtung ferner ein Mittel (10) zum Schalten zwischen den Ultraschallwandlern (5-1 bis 5-5), um ein Ultraschallsignal zu erzeugen, umfasst.
Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Ultraschallwandler eine Ultraschallwandlermatrix mit einer Vielzahl von Ultraschallschwingern (5-1 bis 5-5) ist und die Vorrichtung ferner ein Mittel zum mechanischen Abtasten und Bewegen der Ultraschallwandlermatrix umfasst.