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Diese
Erfindung betrifft eine dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
und ein Koordinatentransformationsverfahren zur Verwendung in dieser
Vorrichtung. Insbesondere betrifft sie eine dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung,
welche ein dreidimensionales Ultraschallbild auf Grundlage von dreidimensionalen
Bilddaten bildet, die durch Abtasten eines dreidimensionalen Bereichs
gewonnen werden, und ein Koordinatentransformationsverfahren zur
Verwendung in dieser Vorrichtung.
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Dreidimensionale
Bildverarbeitungsvorrichtungen umfassend verschiedene Arten von
Vorrichtungen, wie etwa eine dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
und eine dreidimensionale Röntgenstrahlbildverarbeitungsvorrichtung. Eine
dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung besitzt
die Funktion, dreidimensionale Echodaten zu erfassen, und die Funktion,
die derart erfassten dreidimensionalen Echodaten zu verarbeiten,
(nachfolgend wird die auf "dreidimensionalen Echodaten" auch der Einfachheit
halber als "dreidimensionale
Daten" Bezug genommen).
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Insbesondere
wird in Übereinstimmung
mit den dreidimensionalen Bildbearbeitungsvorrichtungen eine Abtastebene
(ein zweidimensionaler Datenerfassungsbereich) durch elektronische
Abtastung gebildet, unter Verwendung eines Array-Wandlers mit mehreren
Wandlerelementen, und ein dreidimensionaler Datenerfassungsbereich
(Raum) wird durch sukzessives Bilden von Anzahlen derartiger Abtastebenen
durch Verschieben (Verschwenken oder Drehen) des Arraywandlers gebildet.
Die dreidimensionalen Echoda ten, die aus diesem dreidimensionalem Datenerfassungsbereich
gewonnen werden, werden zu einer dreidimensionalen Bildverarbeitungsschaltung über eine
Signalverarbeitungsschaltung übertragen.
Durch Rekonstruieren der dreidimensionalen Echodaten wird daraufhin
ein dreidimensionales Ultraschallbild für den dreidimensionalen Datenerfassungsbereich
gebildet. Eine derartige Bildverarbeitung wird auch in einer dreidimensionalen
Röntgenstrahlbildverarbeitung
durchgeführt.
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In
einer herkömmlichen
dreidimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung werden sämtliche
Echodaten für
den dreidimensionalen Echodatenerfassungsbereich vorübergehend
in einem dreidimensionalen Echodatenspeicher gespeichert, welcher
einen Speicherbereich entsprechend dem dreidimensionalen Datenerfassungsbereich
aufweist. Jedes Datum der Echodaten ist in diesem Fall durch die
dreidimensionalen Polarkoordinaten dargestellt, in denen jedes Datum
definiert ist durch die Tiefe r der Daten auf dem Ultraschallstrahl,
den Winkel θ des
Ultraschallstrahls relativ zu der Abtaststartposition (dem Strahl)
in der Abtastebene und den Verschiebungswinkel ϕ der Abtastebene.
Wenn die Echodaten in dem dreidimensionalen Echodatenspeicher gespeichert
werden sollen, wird deshalb jedes Echodatum einer Koordinatentransformation
unterworfen, durch welche die dreidimensionalen Polarkoordinaten
in dreidimensionale orthogonale Koordinaten (X,Y,Z) transformiert
werden. Mit anderen Worten wird jedes Echodatum in einer Adresse
des Speichers gespeichert, welche durch die dreidimensionalen orthogonalen
Daten spezifiziert ist, und die derart gespeicherten Daten werden
rekonstruiert, um ein dreidimensionales Bild zu bilden.
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Eine
derartige Transformation der dreidimensionalen Polarkoordinaten
in dreidimensionale orthogonale Koordinaten erfordert jedoch eine
große
Menge an arithmetischen Operationen, und eine derartig erhöhte Operationsmenge
ruft ein Problem hervor, demnach eine Verarbeitung der Daten lange
dauert. In diesem Zusammenhang ist es natürlich bevorzugt, die Zeit für die Datenerfassung
zur Bildanzeige so kurz wie möglich
zu machen, und, falls möglich,
ist es erwünscht,
das dreidimensionale Bild in Echtzeit anzuzeigen. Um ein derartiges
Problem zu lösen,
kann die Zeit für
arithmetische Operationen durch Nutzung eines Hochgeschwindigkeitsprozessors
oder dergleichen verringert werden. In einem derartigen Fall Tritt jedoch
ein weiteres Problem auf, demnach die Kosten für die Bildverarbeitungsvorrichtung
stark erhöht sind.
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Beim
Bilden eines derartigen dreidimensionalen Ultraschallbilds ist es
außerdem
erforderlich, eine Interpolation zwischen Ultraschallstrahlen (Zeilen)
auszuführen
sowie eine Interpolation zwischen Abtastebenen (Vollbilder bzw.
Datenübertragungsplatten).
Eine Ausführung
dieser Interpolation für
die Daten für
den dreidimensionalen Koordinatenraum erfordert jedoch außerdem eine
große
Menge an arithmetischen Operationen, wie vorstehend angesprochen.
Dies macht es schwierig, die Zeit für arithmetische Operationen
zu verkürzen.
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Ferner
wird bemerkt, dass die vorstehend angesprochenen Probleme nicht
auf den Fall einer dreidimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
beschränkt
sind, sondern dass auch andere dreidimensionale Bildverarbeitungsvorrichtungen
mit dem Problem behaftet sind.
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Die
Druckschrift XP-001152522 (Tong S. et al, "A Three-Dimensional Ultrasound Prostate Imaging
System", in "Ultrasound in Medicine
and Biology", 1996,
Elsevier USA, Band 22, Nr. 6, Seiten 735-746) erläutert eine
dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitung, bei welcher ein Linear-Array-Wandler
als Ultraschallsonde genutzt wird. Eine Reihe von 2D-Bildern wird
erfasst, während
die Sonde bezüglich θ mit der
Computersteuerung gedreht wird. Jedes 2D-Bild ist durch Koordinaten
(r,z) definiert, bei denen es sich tatsächlich um kartesische Koordinaten
in der jeweiligen Bildebene handelt und Daten für den resultierenden Stapel
von (r,z)θ-Bildern
wird in einen Stapel von transaxialen (r,θ)-Bildern neu angeordnet, welche
daraufhin einen Stapel von (x,y)-Bildern rekonstruiert werden, wodurch
ein rekonstruiertes 3D-(x,y,z)-Bild gebildet wird, welches angezeigt, manipuliert
und analysiert werden kann, und zwar mittels standardmäßiger Bildverarbeitungssoftware. Wenn
die Drehachse des Wandlers als "z-Achse" bezeichnet wird,
verlaufen sämtliche
2D-Bilderscheiben senkrecht zu der x-y-Ebene, so dass der Rekonstruktionsalgorithmus
für jede
x-y-Ebene dieselbe ist. Das 3D-Rekonstruktionsproblem ist deshalb
auf ein 2D-Problem
zum Mappen der Quellendaten reduziert, die zylindrischen (polar)
Koordinaten (r,θ,z)
gesammelt werden, und zwar auf ein reguläres Gitter aus Bestimmungsdatenpunkten
in Karthesischen Koordinaten (x,y,z), das heißt für jeden Wert von z gilt: P(r,θ,z) → P(x,y,z).
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend erläuterten
Probleme gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine dreidimensionale Bildverarbeitungsvorrichtung
und ein entsprechendes Koordinatentransformationsverfahren zu schaffen,
welche geeignet sind, das Schreiben dreidimensionaler Daten in einem dreidimensionalen
Speicher in kurzer Zeit und mit hoher Geschwindigkeit zu schreiben,
und durch eine kleine Menge an arithmetischen Operatio nen, und welche
eine Interpolation der dreidimensionalen Daten in kurzer Zeit mit
hoher Geschwindigkeit durchführen
kann.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung
auf eine dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
in Übereinstimmung
mit dem Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1, und außerdem
auf ein Koordinatentransformationsverfahren in Übereinstimmung mit den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs 18 gerichtet. Spezielle Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden zweidimensionale Daten (zweidimensionale Echodaten),
welche die jeweilige Abtastebene definieren, vorübergehend in die zweidimensionale
Datenspeichereinrichtung geschrieben (Zwischenspeicherung) mit der
jeweiligen Abtastebene als Einheit, anstatt direkt in die dreidimensionale
Datenspeichereinrichtung geschrieben zu werden. In diesem Fall wird
die zu schreibende Adresse (x,y) durch Durchführen einer Koordinatentransformation
in der zweidimensionalen Koordinatentransformationseinrichtung erzeugt.
Die Menge an arithmetischen Operationen, die für die Koordinatentransformation
zwischen zweidimensionalen Koordinatensystemen erforderlich ist,
wie etwa eine Koordinatentransformation aus den zweidimensionalen
Polarkoordinaten in die zweidimensionalen orthogonalen Koordinaten
ist sehr klein im Vergleich zu derjenigen, die für die Koordinatentransformation
aus den dreidimensionalen Polarkoordinaten in die dreidimensionalen
orthogonalen Koordinaten erforderlich ist. Außerdem kann die Koordinatentransformation
aus den zweidimensionalen Polarkoordinaten in die zweidimensionalen orthogonalen
Koordinaten bewirkt werden unter Nutzung der Funktionen eines existierenden
Abtastkonverters bzw. -wandlers (beispielsweise eines digita len
Abtastkonverters (DSC)).
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Als
nächstes
werden die aus der zweidimensionalen Datenspeichereinrichtung gelesenen
dreidimensionalen Daten in die dreidimensionale Datenspeichereinrichtung
geschrieben. In diesem Fall wird die zu schreibende Adresse (X,Y,Z)
erzeugt durch Durchführen
einer Koordinatenkonzentration in der dreidimensionalen Koordinatentransformationseinrichtung.
In dieser Koordinatentransformation sind die dreidimensionalen Koordinaten
(X,Y,Z) auf Grundlage der zweidimensionalen Daten (x,y) spezifiziert
und die relative Positionsinformation der Abtastebene und die relativen
Positionsinformation der Abtastebene, wie etwa den Verschiebungswinkel θ in der
Abtastebene. Da die zweidimensionale Koordinate x der dreidimensionalen
Koordinate x entspricht (eine Lineartransformation kann erforderlichenfalls vorgesehen
werden), wird bemerkt, dass diese Koordinatentransformation in ihrer
Substanz bewirkt wird durch eine Transformation aus dem zweidimensionalen
Koordinatensystem in ein anderes zweidimensionales Koordinatensystem.
Die Menge der arithmetischen Operationen, welche für diese
Koordinatentransformation durchgeführt wird, ist sehr klein im Vergleich
zu denjenigen der herkömmlichen
dreidimensionalen Koordinatentransformation aus demselben Grund,
wie er vorstehend angesprochen ist. Folglich ist die Gesamtmenge
der arithmetischen Operationen, die für die Transformation aus den
dreidimensionalen Polarkoordinaten in die dreidimensionalen orthogonalen
Koordinaten erforderlich ist, sehr klein.
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Die
vorliegende Erfindung kann ferner auf den Fall angewendet werden,
demnach die dreidimensionale Bildausbildungsfunktion zusätzlich in
einer existierenden Bildverarbeitungsvorrichtung zum Bilden zweidimensionaler
Bilder vorgesehen ist. Da die zweidimensionale Koordinatentransformation auch
in einer existierenden zweidimensionalen Ultraschalldiagnosevorrichtung
oder dergleichen ausgeführt
wird, ist die existierende Vorrichtung insbesondere mit einer Einrichtung
zum Ausführen
der zweidimensionalen Koordinatentransformation versehen, wie etwa
mit einem zweidimensionalen digitalen Abtastkonverter bzw. -wandler
(DSC). Wenn die vorliegende Erfindung auf die zweidimensionale Bildverarbeitungsvorrichtung
angewendet wird, um dieser die dreidimensionale Bildausbildungsfunktion
hinzuzufügen,
ist es durchaus von Vorteil, dass es möglich ist, die Komponenten
zum Ausführen
der Koordinatentransformation unter Nutzung der Einrichtung zum Durchführen der
zweidimensionalen Koordinatentransformation aufzuteilen. Ein derartiges
Aufteilen bzw. gemeinsames Nutzen der existierenden Einrichtung
ermöglich
es, die Herstellungskosten zu reduzieren.
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In
der erfindungsgemäßen dreidimensionalen
Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung wird jedes zweidimensionale
Datum, welches die jeweilige Abtastebene definiert, in die zweidimensionale
Datenspeichereinrichtung derart geschrieben, dass die Mittenachse
der jeweiligen Abtastebene parallel zu der y-Achse des zweidimensionalen
Koordinatensystems verläuft.
Ferner ist es bevorzugt, dass die dreidimensionale Datenerfassungseinrichtung
einen Array-Wandler aufweist, eine Einrichtung, um den Array-Wandler
zu veranlassen, eine Elektronensteuerabtastung durchzuführen, und
einer Einrichtung zum Verschieben des Array-Wandler in schwenkender Weise
in Bezug auf eine virtuelle Drehachse, welche parallel zu einer
Linie verläuft,
welche die beiden Enden des Array-Wandlers verbindet, um eine Anzahl von
Abtastebenen zu bilden.
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Ferner
nutzt die dreidimensionale Koordinatentransformationseinrichtung
in der erfindungsgemäßen dreidimensionalen
Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung den x-Wert der zweidimensionalen Koordinaten
so wie er ist für
den X-Wert der dreidimensionalen Koordinaten.
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Die
durch die ersten und zweiten Werte, welche die jeweilige Abtastebene
definieren, dargestellten zweidimensionalen Daten sind durch Polarkoordinaten
(r,θ) dargestellt.
Der erste Wert stellt die Tiefe r in der Ultraschallstrahlrichtung
dar, der zweite Wert stellt den Winkel θ des Ultraschalls in Bezug
auf einen vorbestimmten Ultraschallstrahl in der jeweiligen Abtastebene
dar.
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Bevorzugt
handelt es sich bei der relativen Positionsinformation der jeweiligen
Abtastebene um einen Winkel ϕ der jeweiligen Abtastebene
in Bezug auf eine vorbestimmte Abtastebene. In diesem Fall ist es
bevorzugt, dass die vorbestimmte Abtastebene eine Abtastebene ist,
die anfänglich
gebildet wurde.
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Es
ist ferner bevorzugt, dass der vorbestimmte Ultraschallstrahl in
der jeweiligen Abtastebene ein Ultraschallstrahl in einer Abtaststartposition
in der jeweiligen Abtastebene ist.
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Es
ist ferner bevorzugt, dass die jeweilige Abtastebene eine Mittenachse
aufweist, und dass jedes Datum der dreidimensionalen Daten in die
zweidimensionale Speichereinrichtung derart geschrieben wird, dass
die Mittenachse der jeweiligen Abtastebene parallel zu der y-Achse
der zweidimensionalen Koordinaten (x,y) verläuft. In diesem Fall ist es bevorzugt,
dass die dreidimensionale Datenerfassungseinrichtung einen Array-Wandler mit zwei
Enden aufweist, eine Einrichtung, um den Ar ray-Wandler zu veranlassen,
eine Elektronenstrahlabtastung durchzuführen, und eine Einrichtung
zum Schwenkverschieben des Array-Wandlers zum Bilden der sukzessiven
Abtastebenen in Bezug auf eine virtuelle Drehachse, welche parallel
zu einer Linie verläuft, welche
die beiden Enden des Array-Wandlers verbindet. In diesem Fall kann
die Verschiebung des Array-Wandlers
manuell oder durch eine Array-Wandlerverschiebungseinrichtung ausgeführt werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die jeweilige Abtastebene eine Mittenachse
aufweist, und das jedes Datum der dreidimensionalen Daten in die
zweidimensionale Speichereinrichtung derart geschrieben wird, dass
die Mittenachse der jeweiligen Abtastebene parallel zu der x-Achse
der zweidimensionalen Koordinaten (x,y) verläuft. In diesem Fall enthält die dreidimensionale
Datenerfassungseinrichtung bevorzugt einen Array-Wandler, eine Einrichtung,
um den Array-Wandler zu veranlassen, eine Elektronenstahlabtastung
durchzuführen,
und eine Einrichtung zum Drehen des Array-Wandlers in Bezug auf
die Mittenachse zum Gewinnen sukzessiver Abtastebenen.
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Darüber hinaus
ist es auch bevorzugt, dass die relative Positionsinformation der
jeweiligen Abtastebene ein Verschiebungsausmaß der jeweiligen Abtastebene
in Bezug auf eine vorbestimmte Abtastebene ist. Bevorzugt enthält in diesem
Fall die dreidimensionale Datenerfassungseinrichtung einen Array-Wandler, eine Einrichtung,
um den Array-Wandler zu veranlassen, eine Elektronenstrahlabtastung durchzuführen, und
eine Einrichtung zum Verschieben des Array-Wandlers zum Bilden der
sukzessiven Abtastebenen. Ferner kann die Verschiebung der Abtastebene
manuell oder durch eine Array-Wandlerverschiebungseinrichtung ausgeführt werden.
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In
der vorliegenden Erfindung können
die zweidimensionalen Daten, welche durch erste und zweite Werte
dargestellt sind, die jede Abtastebene darstellen, durch orthogonale
Koordinaten (x',y') dargestellt sein,
welche sich von den zweidimensionalen Koordinaten (x,y) unterscheiden.
In diesem Fall stellt der erste Wert die Position von jedem der
Ultraschallstrahlen dar und der zweite Wert stellt die Tiefe des Abtastpunkts
in jedem Ultraschallstrahl in der Ultraschallstrahlrichtung dar.
Ferner ist es bevorzugt, dass die dreidimensionale Datenerfassungseinrichtung
einen Array-Wandler enthält,
eine Einrichtung, um den Array-Wandler zu veranlassen, eine Elektronenstrahlabtastung
durchzuführen,
und eine Einrichtung zum Verschieben des Array-Wandlers zur Bildung
sukzessiver Abtastebenen. Die Verschiebung der Abtastebene kann
manuell oder durch eine Array-Wandlerverschiebungseinrichtung
durchgeführt werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, dass die dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
außerdem
eine Interpolationseinrichtung zum Erzeugen von Interpolationsdaten
umfasst, welche zwischen benachbarten Ultraschallstrahlen in der
jeweiligen Abtastebene interpolieren. Darüber hinaus ist es auch bevorzugt,
dass die dreidimensionale Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
ferner eine Abtastebeneninterpolationseinrichtung zum Erzeugen von
Interpolationsdaten umfasst, welche zwischen benachbarten Abtastebenen
interpolieren. Beim Durchführen
einer Interpolationsberechnung durch die Strahlinterpolationseinrichtung
oder die Abtastebeneninterpolationseinrichtung, wie vorstehend erläutert, wird
die Interpolationsverarbeitung im Wesentlichen für die Daten auf der zweidimensionalen
Koordinaten durchgeführt.
Die Interpolationsverarbeitung für
die zweidimensionalen Daten kann deshalb in kurzer Zeit und mit
hoher Geschwindigkeit durchgeführt
werden.
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Weitere
Aufgaben, Konfigurationen und Vorteile dieser Erfindung erschließen sich
aus der nachfolgenden Erläuterung
der Ausführungsform,
die in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen erläutert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
der dreidimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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2A, 2B, 2C und 2D zeigen Diagramme
des Abtastverfahrens durch eine dreidimensionale Sonde;
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3 zeigt
eine Konzeptionsansicht der Beziehung zwischen dem Speicherbereich
(dem Raum) eines dreidimensionalen Speichers und dem dreidimensionalen
Datenverfassungsbereich;
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4 zeigt
eine Konzeptionsansicht des Konzepts der Koordinatentransformation,
welche in dem dreidimensionalen Speicher für den Fall des in 2A gezeigten
Abtastverfahrens ausgeführt
wird;
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5 zeigt
eine Konzeptionsansicht des Konzepts einer Koordinatentransformation,
welche in dem dreidimensionalen Speicher im Fall des in 2B gezeigten
Abtastverfahrens ausgeführt
wird; und
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6 zeigt
ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Schaltungskonfiguration
der Strahlinterpolationseinrichtung.
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7 zeigt
ein Blockdiagramm einer Modifikation der in 1 gezeigten
Ausführungsform.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORM
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Gesamtaufbaus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen dreidimensionalen
Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung. In dieser Ausführungsform handelt
es sich bei der dreidimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
um eine Ultraschalldiagnosevorrichtung, die mit einer dreidimensionalen
Ultraschallbildausbildungsfunktion versehen ist.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 10 eine dreidimensionale Sonde, bei der
es sich um eine Ultraschallsonde zum Erfassen dreidimensionaler
Daten handelt. Durch diese Ultraschallsonde 10 werden Ultraschallstrahlen
ausgesendet und Echos von diesen werden empfangen, um eine Abtastebene
zu bilden. Insbesondere ist die Abtastebene durch Durchführen einer
Elektronenstrahlabtastung mit den Ultraschallstrahlen gebildet.
Ferner wird ein dreidimensionaler Echodatenerfassungsbereich durch
Verschieben der Ultraschallsonde 10 gebildet, das heißt, durch
Verschwenken der Ultraschallsonde 10, wie in 2A gezeigt,
oder durch Drehen der Ultraschallsonde 10. wie in 2B gezeigt,
um eine Anzahl von Abtastebenen sukzessive bzw. aufeinanderfolgend zu
bilden.
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In
dem in 2A und 2B gezeigten
Abtastverfahren wird eine sektorförmige Abtastebene S gebildet,
in welcher die Tiefe des Ultraschalls in der Strahlrichtung durch
R dargestellt ist, und in welcher der Winkel des Ultraschallstrahls
in Bezug auf die Abtaststartposition in der Abtastebene S durch
den Winkel θ dargestellt
ist. Mit anderen Worten ist die Abtastebene S durch die Werte von
r und θ definiert. Insbesondere
ist die Abtastebene S durch ein Polarkoordinatensystem dargestellt.
Die relative Positionsinformation der Abtastebene S in Bezug auf
eine vorbestimmte Abtastebene, das heißt der Verschiebungswinkel
(Schwenkwinkel oder Drehwinkel) der Abtastebene S ist durch ϕ dargestellt.
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In
dieser Ausführungsform
besitzt die dreidimensionale Sonde 10 einen Array-Wandler,
der aus mehreren Wandlerelementen gebildet ist. Der Array-Wandler
wird elektronisch betätigt,
um eine Abtastung mit Ultraschallstrahlen durchzuführen. In
diesem Hinblick wird bemerkt, dass in der vorliegenden Erfindung
andere Abtastverfahren zusätzlich
zu der vorstehend erläuterten
Sektorabtastung eingesetzt werden können. Beispiele anderer Abtastverfahren enthalten
eine konvexe Abtastung unter Nutzung eines Array-Wandlers, der in
konvexer Form angeordnet ist (in 2C gezeigt)
und eine lineare Abtastung unter Nutzung eines linearen Array-Wandlers
(in 2D gezeigt).
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Wie
vorstehend angesprochen, ist die dreidimensionale Sonde 10 außerdem derart
erstellt, dass die Abtastebene S, gebildet durch den Array-Wandler,
verschoben werden kann, das heißt
Anzahlen von Abtastebenen sukzessive gebildet, um den dreidimensionalen
Datenerfassungsbereich abzutasten. In dieser Ausführungsform
wird die Verschiebung der Abtastebene S durch mechanisches Verschieben des
Array-Wandlers ausgeführt
(das heißt
durch Verschwenken oder Drehen des Array-Wandlers) und eine derartige
Verschiebung des Array-Wandlers wird durch den Abtastebenenverschiebungsmechanismus 12 ausgeführt, der
mit einer Verschiebungswinkelermittlungseinrichtung versehen ist.
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Ein
Beispiel eines derartigen Abtastebenenverschiebungsmechanismus 12 ist
in der US-A-S 460 179 gezeigt.
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Es
existieren verschiedene Möglichkeiten zum
Verschieben des Array-Wandlers zur Bildung von Anzahlen von Abtastebenen
in sukzessiver Weise. wie in 2A gezeigt,
ist es beispielsweise möglich,
den Array-Wandler der dreidimensionalen Sonde 10 in Bezug
auf eine virtuelle Achse zu verschieben, die so gewählt ist,
dass sie parallel zu derjenigen Linie verläuft, welche die beiden Enden
des Array-Wandlers verbindet. Wie in 2B gezeigt,
ist es ferner möglich,
das Wandlerarray der dreidimensionalen Sonde 10 in Bezug
auf die Mittenachse 100 der Abtastebene S zu drehen, welche
den Scheitel der Abtastebene S vertikal durchsetzt. In jedem Fall
kann als Ergebnis der Verschiebung des Array-Wandlers ein dreidimensionaler
Echodatenerfassungsbereich gebildet werden.
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In
diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass es in der vorliegenden Erfindung
außerdem möglich ist,
die Ultraschallsonde in der Richtung im Wesentlichen orthogonal
zu der Abtastebene zu verschieben bzw. zu bewegen, wie in 2C und 2D gezeigt,
um Anzahlen von Abtastebenen sukzessive zu bilden, wie nachfolgend
näher erläutert. In
diesen Fällen
wird die relative Positionsinformation der Abtastebene in Bezug
auf eine vorbestimmte Abtastebene S auf Grundlage eines Verschiebungsausmaßes der
Abtastebene in Bezug auf eine vorbestimmte Abtastebene S ermittelt
(das heißt die
Distanz ausgehend von einer vorbestimmten Abtastebene S), die durch
Z dargestellt ist. Die Verschiebung der Ultraschallsonde 10 kann
unter Verwendung eines geeigneten Verschiebungsmechanismus erfolgen,
wie vorstehend erläutert.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Verschiebung der Abtastebene S mechanisch durchgeführt, wie
vorstehend erläutert.
In der vorliegenden Erfindung kann die Verschiebung der Abtastebene
S (die Bildung von Anzahlen von Abtastebenen) unter Nutzung eines
spezifischen Array-Wandlers erfolgen, der unter elektrischer Steuerung
angetrieben ist, wie etwa unter Nutzung eines zweidimensionalen
Array-Wandlers.
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In
der vorliegenden Erfindung kann ferner die dreidimensionale Sonde 10 (der
Array-Wandler) verschwenkt (oder gedreht) oder verschoben (oder
bewegt) werden, und zwar in manueller Weise. In diesem Fall ist
es erforderlich, den Verschiebungswinkel (den Schwenkwinkel und
den Drehwinkel) eines Array-Wandlers unter Nutzung eines getrennten
Positionsermittlungssensors oder eines Höhenermittlungssensors zu ermitteln.
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Die
dreidimensionale Sonde 10 ist mit einer Sender- bzw. Übertragerschaltung 14 und
einer Empfängerschaltung 16 verbunden,
die durch einen Sende- und Empfangssteuerabschnitt 18 gesteuert werden.
Unter Steuerung des Sende- und Empfangssteuerabschnitts 18 wird
ein Sendesignal der Sonde 10 von der Senderschaltung 14 zugeführt. Auf Grundlage
dieses Sendesignals wird ein Ultraschallstrahl in den dreidimensionalen
Bereich durch die dreidimensionale Sonde 10 emittiert.
Wenn ein Ultraschallecho, ausgehend von dem dreidimensionalen Bereich,
durch die dreidimensionale Sonde 10 empfangen wird, wird
das Empfangssignal in die Empfängerschaltung 16 durch
die dreidimensionale Sonde 10 eingegeben. Daraufhin wird
das Empfangssignal durch einen Empfänger und eine Phasendetektionsschaltung
(in den Zeichnungen nicht gezeigt) verstärkt und phasendetektiert.
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In
der Senderschaltung 14 wird eine vorbestimmte Verzögerungs steuerung
bezüglich
der Sendesignale durchgeführt,
die jedem Wandlerelement der dreidimensionalen Sonde 10 zugeführt werden sollen,
um Übertragungsstrahlen
bzw. Sendestrahlen zu bilden sowie eine Fokussierung des Sendevorgangs
auszuführen.
In der Empfängerschaltung 16 wird
eine vorbestimmte Verzögerungssteuerung
bezüglich
der Empfangssignale durchgeführt,
die von jedem Wandlerelement der dreidimensionalen Sonde 10 ausgegeben
werden sollen, um Echosignale zu gewinnen sowie eine Fokussierung
des Empfang auszuführen.
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Der
Sende- und Empfangssteuerabschnitt 18 wird durch einen
Steuerabschnitt 20 gesteuert, der verschiedene Arten von
Parametern dem Sende/Empfangssteuerabschnitt 18 zuführt. Enthalten
in diesen Parametern ist Information bezüglich des Winkels θ des Ultraschalls
in Bezug auf die Abtaststartposition in der Abtastebene S.
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Der
Abtastebenenverstellmechanismus bzw. -verschiebemechanismus 12 wird
außerdem
durch den Steuerabschnitt 20 gesteuert. Insbesondere führt der
Steuerabschnitt 20 Information in Bezug auf die relative
Positionsinformation der Abtastebene S, wie etwa den Winkel (Schwenk-
oder Drehwinkel) θ der
Abtastebene S dem Abtastebenenverschiebemechanismus 12 zu.
In dem Zusammenhang wird bemerkt, dass die Information in Bezug
auf die Tiefe r für
jedes Echodatum in dem Empfangssignal enthalten ist, welches von
der dreidimensionalen Sonde 10 ausgegeben wird. Die Information
in Bezug auf die Tiefe r der Echodaten ist durch die Zeit festgelegt,
die abgelaufen ist, ausgehend von der Sendung bzw. Übertragung
bis zum Empfang des Ultraschallstrahls.
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In
dieser Ausführungsform
wird das Empfangssignal (die Echoda ten) für den jeweiligen Ultraschallstrahl,
das von der Empfängerschaltung 6 ausgegeben
wird, sukzessive in jeder der beiden Zeilenspeicher 22A, 22B in
Form von Zeilendaten für
jeden Ultraschallstrahl gespeichert. Die Echodaten in Form von Zeilendaten,
die aus den Zeilenspeichern 22A, 22B ausgegeben
werden, werden daraufhin in einen Zeilen-(Strahl-)Interpolationsabschnitt 23 in Übereinstimmung
mit der Zeitsequenzabfolge für
eine Interpolation zwischen den benachbarten Ultraschallstrahlen
eingegeben.
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Der
Zeileninterpolationsabschnitt 23 erzeugt ein virtuelles
Zeileninterpolationsdatum bzw. mehrere derartige Daten (Interpolationsstrahlen),
welche zwischen den benachbarten beiden Ultraschallstrahlen innerhalb
der Abtastebene S interpolieren.
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Durch
Durchführen
dieser Zeileninterpolationsverarbeitung kann die Anzahl der Ultraschallstrahlen
offensichtlich vergrößert werden,
so dass es möglich
ist, die Auflösung
des dreidimensionalen Bilds zu verbessern, wie nachfolgend erläutert.
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Die
Interpolationszeilen der Daten, welche in den Zeileninterpolationsabschnitt 22 erzeugt
werden, werden sukzessive in einem der zweidimensionalen Speicher 24A, 24B zur
Erzeugung interpolierter zweidimensionaler Daten für die Abtastebene
S gespeichert. In dem anderen zweidimensionalen Speicher werden
außerdem
zweidimensionale Daten für die
nächste
Abtastebene S auf Grundlage der interpolierten Zeilendaten, die
in dem Zeileninterpolationsabschnitt 23 erzeugt werden,
daraufhin gespeichert. Das Umschalten zwischen den zweidimensionalen
Speichern 24A, 24B wird mittels eines Schalters
ausgeführt,
der durch den Steuerabschnitt 20 gesteuert wird. Diese
zweidimensionalen Speicher sind in sogenannte Datenübertragungsblock speicher
gebildet, welche Echodaten für
eine Abtastebene jeweils speichern können.
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Das
Schreiben und Lesen der zweidimensionalen Daten in und aus den zweidimensionalen
Speichern 24A, 24B werden durch den zweidimensionalen
Speichersteuerabschnitt 26 gesteuert. Mehr im Einzelnen
führt der
zweidimensionale Speichersteuerabschnitt 26 Steuerungen
zum Schreiben der zweidimensionalen Daten für jede Abtastebene, die durch r
und θ dargestellt
ist, in eine vorbestimmte Adresse des zweidimensionalen Speichers
aus, der durch zweidimensionale Daten (x,y) dargestellt ist. Die zweidimensionale
Speicheradresse x,y wird in einem zweidimensionalen Adressengenerator 28 erzeugt. Bevorzugt
sind die beiden zweidimensionalen Speicheradressen durch die x,y-Koordinaten
entsprechend dem Pixelanordnungen in dem jeweiligen zweidimensionalen
Speicher (Datenübertragungsblockspeicher)
festgelegt.
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Mehr
im Einzelnen wird der zweidimensionale Speichersteuerabschnitt 26 außerdem durch
den Steuerabschnitt 20 gespeichert. Der Steuerabschnitt 20 stellt
außerdem
Information in Bezug auf die Tiefe r des Ultraschalls in der Strahlrichtung
und des Winkels θ des
Ultraschallstrahls in Bezug auf die Abtaststartposition in der Abtastebene
dem zweidimensionalen Adressengenerator 28 bereit. Auf
Grundlage der Information betreffend r und θ erzeugt der zweidimensionale
Adressengenerator (die zweidimensionale Koordinatentransformationseinrichtung) 28 eine Adresse
(x,y), welche durch die zweidimensionalen Daten dargestellt ist,
die r und θ entspricht.
Mit anderen Worten berechnet der zweidimensionale Adressengenerator 28 die
zweidimensionalen Koordinatenwerte (x,y) entsprechend r und θ durch Koor dinatentransformieren
der Tiefe r und des Winkels θ für jede Abtastebene.
Die Steuerung zum Schreiben der zweidimensionalen Daten in die zweidimensionalen Speicher 24A, 24B ist
nachfolgend näher
erläutert.
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In
diesem Hinblick wird außerdem
bemerkt, dass in der vorstehend erläuterten Ausführungsform die
zweidimensionalen Daten in den zweidimensionalen Speicher geschrieben
werden, nachdem sie der Zeileninterpolationsverarbeitung unterworfen wurden.
In der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Zeileninformation
auch dann ausgeführt
werden, wenn die zweidimensionalen Daten aus dem zweidimensionalen
Speicher ausgelesen werden.
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In
der nachfolgenden Stufe der zweidimensionalen Speicher 24A, 24B ist
ein Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitt 30 zur
Interpolation zwischen den benachbarten Datenübertragungsblöcken vorgesehen.
Der Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitt 30 umfasst
eine Schaltung, welche Interpolationsdaten für eine virtuelle Abtastebene
bzw. mehrere derartige Abtastebenen erzeugt, die zwischen zwei benachbarten
Abtastebenen interpoliert werden. Um eine derartige Datenübertragungsblockinterpolationsberechnung
durchzuführen, sind
in dieser Ausführungsform
die beiden zweidimensionalen Speicher 24A, 24B vorgesehen.
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Die
zweidimensionalen Daten können
nach der Datenübertragungsblockinterpolation
erneut in den zweidimensionalen Speichern gespeichert werden. In
dieser Ausführungsform
müssen
insbesondere lediglich die Zeileninterpolation und die Datenübertragungsblockinterpolation
vor der Speicherung in einen dreidimensionalen Speicher 32 in
Form der dreidimensionalen Daten ausgeführt werden, so dass die in 1 gezeigte
Konfigurati on lediglich als eines derartiger Beispiele zu verstehen
ist.
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In
dem dreidimensionalen Speicher 32 sind sämtliche
der dreidimensionalen Daten in dem dreidimensionalen Echodatenerfassungsbereich
gespeichert. Das Konzept dieser Speicherung ist in 3 dargestellt.
In 3 entspricht der dreidimensionale Speicherbereich
(Raum) 102 dem Speicherbereich des dreidimensionalen Speichers 32.
In dem Speicherbereich des dreidimensionalen Speichers 32 entsprechend
dem dreidimensionalen Speicherraum 102 sind bzw. werden
zahlreiche dreidimensionale Daten gespeichert, welche einen dreidimensionalen
Datenerfassungsbereich 104 bilden.
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In
diesem Zusammenhang wird bemerkt, das in dem herkömmlichen
Verfahren jedes dreidimensionale Echodatum außerdem in dem Speicherbereich
des dreidimensionalen Speichers gespeichert wird. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von dem herkömmlichen
Verfahren dadurch, dass die Daten für die jeweilige Abtastebene
in Form zweidimensionaler Daten in dem zweidimensionalen Datenspeicher 24 vor
der Speicherung in dem dreidimensionalen Speicher 32 gespeichert
werden, wie vorstehend erläutert.
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Ein
dreidimensionaler Speichersteuerabschnitt 34, der in 1 gezeigt
ist, bildet ein Mittel zum Steuern des Schreibens und Auslesens
dreidimensionaler Daten in und aus dem dreidimensionalen Speicher 32.
Ein dreidimensionaler Adressengenerator (eine dreidimensionale Koordinatentransformationseinrichtung) 36 erzeugt
eine dreidimensionale Adresse, welche durch orthogonale Koordinaten (X,Y,Z)
spezifiziert ist. Jedes dreidimensionale Datum wird in eine Speicheradresse
geschrieben, welche durch die dreidimensionale Adresse (X,Y,Z) spezifiziert ist.
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Mehr
im Einzelnen wird der dreidimensionale Speichersteuerabschnitt 34 durch
den Steuerabschnitt 20 gesteuert. Der Steuerabschnitt 20 stellt
die relative Positionsinformation, wie etwa den Verschiebungswinkel ϕ (Schwenkwinkel
oder Drehwinkel) der Abtastebene (oder das Verschiebungsausmaß Z) einen
dreidimensionalen Adressengenerator 36 zur Verfügung. Dem
dreidimensionalen Adressengenerator 36 wird außerdem die
zweidimensionale Adresse (x,y) zugeführt, welche in den zweidimensionalen Adressengenerator 28 erzeugt
wird. Der dreidimensionale Adressengenerator 36 gewinnt
die dreidimensionale Adresse (X,Y,Z), wie vorstehend erläutert, auf Grundlage
der Information (Werte) betreffend x,y und ϕ.
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Mit
anderen Worten berechnet der dreidimensionale Adressengenerator 36 die
dreidimensionalen Koordinaten (X,Y,Z) durch Transformieren der relativen
Positionsinformation (des Verschiebungswinkels ϕ und dergleichen)
der Abtastebene S und der zweidimensionalen Daten für die jeweilige
Abtastebene S, dargestellt durch die zweidimensionalen Koordinaten
(x,y). In dieser Ausführungsform
entspricht jedoch die dreidimensionale Koordinate X der zweidimensionalen
Koordinate x. Deshalb wird keine Koordinatentransformation im Wesentlichen
zwischen den Koordinatenwerten x und X ausgeführt. In Folge einer derartigen
entsprechenden Beziehung zwischen den dreidimensionalen Koordinaten
und den zweidimensionalen Koordinaten, zusammen mit der zweidimensionalen
Koordinatentransformation, die ausgeführt wird, wenn die zweidimensionalen
Daten in den zweidimensionalen Speichern 24A, 24B gespeichert
worden sind, kann das Ausmaß an
arithmetischen Operationen deutlich verringert werden, die für die Transformation
der dreidimensionalen Koor dinaten erforderlich sind, wie nachfolgend
erläutert.
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In
der in 1 gezeigten Ausführungsform wird Information
in Bezug auf die zweidimensionale Koordinate x dem dreidimensionalen
Adressengenerator 36 von dem zweidimensionalen Adressengenerator 28 zugeführt. Stattdessen
kann die Information in Bezug auf x dem dreidimensionalen Adressengenerator 36 als
Header zugeführt
werden, der jedem zweidimensionalen Datum hinzugeführt wird.
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Ein
dreidimensionale Bildausbildungsabschnitt 28 bildet ein
Mittel zum Rekonstruieren eines dreidimensionalen Ultraschallbilds
auf Grundlage der dreidimensionalen Daten, welche in dem dreidimensionalen
Speicher 32 gespeichert sind. Bei der Rekonstruktion des
dreidimensionalen Ultraschallbilds können verschiedene Arten an
sich bekannter Techniken zur Anwendung kommen. Ein dreidimensionales
Bild, welches derart gewonnen wird, wird daraufhin auf einer Anzeige 40 angezeigt.
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Unter
Bezug auf 4 und 5 wird nunmehr
das Konzept der Koordinatentransformation erläutert, welche bei einer Speicherung
in den dreidimensionalen Speicher 32 in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung ausgeführt
wird. 4 zeigt ein Konzept der Koordinatentransformation,
welche ausgeführt
wird, wenn das in 2A gezeigte Abtasten ausgeführt wird. 5 zeigt
ein Konzept der Koordinatentransformation, das ausgeführt wird,
wenn das in 2B gezeigte Abtasten durchgeführt wird.
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In 4 entspricht
der dreidimensionale Speicherraum 102 dem Speicherbereich
in dem dreidimensionalen Speicher 32, wie vorstehend angesprochen.
Jedes dreidimensionale Datum in dem dreidimensionalen Datenerfassungsbereich 104 wird gegebenen falls
in dem Speicherbereich des dreidimensionalen Speichers 32 gespeichert.
Vor der Speicherung jedes dreidimensionalen Datums in dem Speicherbereich
des dreidimensionalen Speichers 32 wird das die Abtastebene
definierende Datum bzw. werden die entsprechenden Daten in dem zweidimensionalen
Speicher 24A oder 24B in Form zweidimensionaler
Daten gespeichert, die durch die zweidimensionalen Koordinaten (x,y)
dargestellt sind, wie vorstehend erläutert. Der Speicherbereich
des zweidimensionalen Speichers 24A oder 24B ist
in 4 als zweidimensionale Speicherebene 106 dargestellt.
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Mehr
im Einzelnen unterliegen die zweidimensionalen Daten für jede Abtastebene
S, welche durch die Tiefe r und den Winkel θ spezifiziert ist, wie in der
zweidimensionalen Speicherebene 106 in 4 gezeigt,
der Koordinatentransformation in die zweidimensionalen Koordinaten
(x,y), wenn die zweidimensionalen Daten für die Abtastebene in dem zweidimensionalen
Speicher gespeichert werden, wie vorstehend erläutert. Insbesondere wird die
Koordinatentransformation aus dem zweidimensionalen Polarkoordinatensystem
in das zweidimensionale orthogonale Koordinatensystem ausgeführt. In
dieser Ausführungsform
wird die Koordinatentransformation derart ausgeführt, dass die Mittenachse 100 der
sektorförmigen
Abtastebene S parallel zu der y-Achse des orthogonalen Koordinatensystems
(x,y) in der zweidimensionalen Speicherebene 106 verläuft.
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Wie
in 4 gezeigt, ist jede zweidimensionale Speicherebene 106,
enthaltend die zweidimensionalen Daten für die Abtastebene S, durch
die relative Positionsinformation begleitet, wie etwa den Verschiebungswinkel ϕ zur
Bildung dreidimensionaler Daten, welche jede Abtastebene innerhalb
des dreidimensionalen Raums spezifizieren.
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Wenn
die dreidimensionalen Daten für
die Abtastebene S in dem Speicherbereich des dreidimensionalen Speichers 32 gespeichert
werden sollen, wird jedes Datum der zweidimensionalen Daten, die
in dem zweidimensionalen Speicher gespeichert sind, durch Rasterabtastung
ausgelesen und daraufhin gemeinsam mit der begleitenden relativen
Positionsinformation in der entsprechenden Adresse des dreidimensionalen
Speichers 32 gespeichert, welcher durch die orthogonalen
dreidimensionalen Koordinaten (X,Y,Z) spezifiziert ist. Die Adresse
(X,Y,Z) wird in den dreidimensionalen Adressengenerator 36 auf
Grundlage der zweidimensionalen Koordinaten (x,y) und der relativen
Positionsinformation erzeugt, wie etwa auf Grundlage des Verschiebungswinkels ϕ der
Abtastebene.
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In
diesem Fall wird bemerkt, wie vorstehend angesprochen, dass X in
dem dreidimensionalen Raum 102 mit x in der zweidimensionalen
Speicherebene 106 übereinstimmt.
Aufgrund einer derartigen entsprechenden Beziehung wird beim Erzeugen
der dreidimensionalen Koordinaten ausschließlich der Berechnungsablauf
zum Gewinnen der dreidimensionalen Koordinatenwerte Y und Z aus
dem zweidimensionalen Koordinatenwert y und dem Verschiebungswinkel ϕ ausgeführt. In
dieser Koordinatentransformation wird insbesondere bemerkt, dass
eine zweidimensionale Koordinatentransformation aus einem zweidimensionalen
Koordinatensystem in ein anderes System im Wesentlichen ausgeführt wird, weshalb
keine Notwendigkeit besteht, eine dreidimensionale Koordinatentransformation
auszuführen, wie
im Fall des herkömmlichen
Verfahrens.
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Wie
vorstehend erläutert,
werden die zweidimensionalen Echodaten für die jeweilige Abtastebene
in den Speicherbereich des zweidimensionalen Speichers mit der Abtastebene
als eine Einheit geschrieben. Außerdem werden die zweidimensionalen Daten
für die
jeweilige Abtastebene, die aus dem zweidimensionalen Speicher gelesen
werden, in dem dreidimensionalen Speicher 32 gespeichert,
der durch die dreidimensionalen orthogonalen Koordinaten (X,Y,Z)
bestimmt ist, und zwar gemeinsam mit der relativen Positionsinformation,
welche von dem dreidimensionalen Adressengenerator 36 zugeführt wird.
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Wenn
die zweidimensionalen Daten aus dem zweidimensionalen Speicher ausgelesen
werden, wird insbesondere die Rasterabtastung wie vorstehend erläutert ausgeführt, um
die zweidimensionalen Daten in der horizontalen Richtung (x-Achsenrichtung)
entlang der vertikalen Richtung (x-Achsenrichtung) sequentiell auszulesen.
Durch Ausführen
der Rasterabtastung für
jede Abtastebene können
die zweidimensionalen Daten und die begleitende relative Positionsinformation
für sämtliche
der Abtastebenen in die entsprechenden Adressen (X,Y,Z) geschrieben
werden, welche durch den dreidimensionalen Adressengenerator 36 festgelegt
sind. Mit diesem Ergebnis können
die dreidimensionalen Daten, welche den dreidimensionalen Datenerfassungsbereich
bilden, in den dreidimensionalen Speicher 32 gespeichert
werden.
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Obwohl
in dieser Ausführungsform
die dreidimensionalen Daten für
den dreidimensionalen Datenerfassungsbereich außerdem in den dreidimensionalen
Speicher 32 von 1 in derselben Weise wie im
herkömmlichen
Verfahren gespeichert werden, wird eine Koordinatentransformation
zwischen zweidimensionalen Koordinatensystemen (zwischen dem zweidimensionalen
Polarkoordinatensystem und dem zweidimensionalen orthogonalen Koordinatensystem)
unter Nutzung des zweidimensionalen Speichers 34 vor der
Speicherung der dreidimensionalen Daten ausgeführt. In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform
kann deshalb die Menge an arithmetischen Operationen verringert
werden, die für
die Transformation erforderlich sind, und zwar drastisch im Vergleich
zu dem herkömmlichen
Verfahren, bei welchem die Transformation von den dreidimensionalen
Polarkoordinaten in die dreidimensionalen orthogonalen Koordinaten
zu einem Zeitpunkt ausgeführt
werden.
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Wenn
die Zeileninterpolation bzw. die Datenübertragungsblockinformation
folgend auf die Speicherung der dreidimensionalen Daten in den dreidimensionalen
Speicher wie im Fall des herkömmlichen
Verfahrens ausgeführt
wird, ist die Menge an arithmetischen Operationen, die erforderlich
sind, enorm. Im Gegensatz hierzu in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform
wird die Zeileninterpolation in der nächsten Stufe der Zeilenspeicher 22A, 22B ausgeführt, die
Datenübertragungsblockinterpolation wird
nach einer Speicherung der dreidimensionalen Daten in den zweidimensionalen
Speichern 24A, 24B ausgeführt, und die Speicherung der
dreidimensionalen Daten in den dreidimensionalen Speicher 32 wird
nach der Datenübertragungsblockinterpolation
durchgeführt,
so dass der Vorteil besteht, dass die Menge an arithmetischen Operationen,
die für
die Interpolation erforderlich sind, ebenfalls drastisch reduziert
werden kann. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, dass die Transformation
von den Werten y und ϕ in die Werte Y und Z, wie in 4 gezeigt,
unter Nutzung von y cosϕ und y sinϕ verwirklicht
werden kann.
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In
der herkömmlichen
Ultraschalldiagnosevorrichtung, welche ein zweidimensionales tomografisches
Bild oder dergleichen anzeigt, wird ein zweidimensionaler Speicher
ebenfalls als Da tenübertragungsblockspeicher
bzw. Vollbildspeicher genutzt. In diesem Fall wird die Transformation
ausgehend von der Tiefe r und dem Winkel θ in x und y, das heißt die Transformation
aus dem zweidimensionalen Polarkoordinatensystem in das zweidimensionale
orthogonale Koordinatensystem tatsächlich durchgeführt. Die
Vorrichtung in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
kann deshalb problemlos verwirklicht werden unter Nutzung einer
derartigen existierten Abtasttransformationseinrichtung, so wie
sie ist, und durch Hinzufügen
einer Konfiguration, wie etwa des dreidimensionalen Speichers 32 in
ihrer nachfolgenden Stufe. Es besteht deshalb der Vorteil, dass
die Kosten zur Herstellung der Vorrichtung verringert werden kann,
weil die existierende Vorrichtung und ihre Bestandteile effektiv
genutzt werden.
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5 zeigt
ebenfalls das Konzept der Koordinatentransformation in dem Fall,
dass das in 2B gezeigte Abtastverfahren
zum Einsatz kommt. Obwohl dieses System dasselbe Grundprinzip anwendet,
wie das in 4 gezeigte System, wird in dem
in 5 gezeigten Speicherverfahren jedes zweidimensionale
Datum, welches die Abtastebene S definiert, derart eingeschrieben,
dass die Mittenachse 100 der Abtastebene S parallel zu
der x-Richtung in der zweidimensionalen Speicherebene 106A verläuft. Diese
Koordinate x in dem Speicherbereich entsprechend der zweidimensionalen
Speicherebene 106A fällt
mit der Koordinate x in den dreidimensionalen Speicherraum 102 zusammen,
weshalb eine Koordinatentransformation zwischen ihnen sich erübrigt. Dies
ist ähnlich
dem Fall, der in 4 gezeigten Ausführungsform.
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In
dem Speicherbereich des zweidimensionalen Speichers entsprechend
der zweidimensionalen Speicherebene 106A werden zweidimensionale Daten
für die
jeweiligen Abtastebenen S mit der jeweiligen Abtastebene als Einheit
gespeichert. Wenn die zweidimensionalen Daten gespeichert werden sollen,
werden die zweidimensionalen Koordinaten x und y durch die Koordinatentransformation
aus der Tiefe r und dem Winkel θ ermittelt.
Jedes zweidimensionale Datum wird insbesondere in die Adresse geschrieben,
die durch die zweidimensionalen Koordinaten (x,y) spezifiziert ist,
genauso wie in dem vorstehend erläuterten Fall.
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Wenn
die zweidimensionalen Daten für
eine Abtastebene S, die in dem zweidimensionalen Speicher gespeichert
sind, ausgelesen werden, wird die Rasterabtastung in der horizontalen
Richtung (x-Achsenrichtung) entlang der vertikalen Richtung (y-Achsenrichtung)
so ausgeführt,
wie vorstehend erläutert, und
die ausgelesenen zweidimensionalen Daten für die jeweiligen Abtastebenen
sowie die begleitende relative Positionsinformation werden in Adressen (X,Y,Z)
des dreidimensionalen Speichers 32 geschrieben, der durch
den dreidimensionalen Adressengenerator 36 festgelegt ist.
Bei diesem Prozess wird ähnlich
der in 4 gezeigten Ausführungsform die Berechnung zum
Gewinnen der dreidimensionalen Koordinatenwerte Y und Z aus den
zweidimensionalen Koordinaten y und dem Drehwinkel ϕ der
Abtastebene S als Koordinatentransformation ausgeführt. In
diesem Hinblick wird bemerkt, dass die zweidimensionale Koordinate
x der dreidimensionalen Koordinate X entspricht, wie vorstehend
erläutert.
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Wie
vorstehend angesprochen, ist es selbst im Fall der in 5 gezeigten
Ausführungsform
möglich,
sämtliche
dreidimensionale Daten in den Speicherbereich des dreidimensionalen
Speichers 32 durch zweimalige zweidimensionale Koordinatentrans formationen
zu schreiben. Die Menge an erforderlichen arithmetischen Operationen
kann deshalb im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren deutlich
verringert werden.
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Obwohl
die vorstehend angeführte
Erläuterung
hauptsächlich
die in 2A und 2B gezeigten
Abtastverfahren betrifft, wird bemerkt, dass das erfindungsgemäße dreidimensionale
Datenausbildungsverfahren, wie vorstehend erläutert, unter Bezug auf 3 und 5 erläutert ist,
auf die in 2C und 2D gezeigten
Abtastverfahren angewendet werden kann.
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2C zeigt
insbesondere einen Fall, demnach dreidimensionale Daten erfasst
werden durch Verschieben bzw. Verstellen oder Bewegen des konvexen
Array-Wandlers 10 in der Richtung im Wesentlichen orthogonal
zu der Abtastebene S. In diesem Fall ist die Abtastebene S durch
die zweidimensionalen Daten (die Tiefe r und den Winkel θ) definiert,
und das Verschiebungsausmaß des
Wandlers 10 ist durch Z definiert. In derselben Weise wie
in dem in 2A gezeigten Fall werden die
zweidimensionalen Daten (r,θ)
in die zweidimensionalen Daten transformiert, welche durch die orthogonalen
zwei Koordinaten (x,Y) dargestellt sind und die derart transformierten
zweidimensionalen Daten (x,y) werden in eine Adresse (X,Y,Z) des
dreidimensionalen Speichers geschrieben, welche durch den dreidimensionalen
Adressengenerator zusammen mit den Daten erzeugt wird, welche das
Ausmaß Z
der Verschiebung der Abtastebene bezeichnen, wobei es sich hier um
die relative Positionsinformation der Abtastebene handelt.
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2D zeigt
ferner einen Fall, demnach dreidimensionale Daten erfasst werden
durch Verschieben bzw. Verstellen oder Bewegen des linearen Array-Wandlers 10 in
der Richtung im We sentlichen orthogonal zu der Abtastebene S. In
diesem Fall ist die Abtastebene S durch die orthogonalen zweidimensionalen
Daten (x',y') definiert, die
aus dem Wert bestehen, der die Position des Ultraschalls darstellt, und
aus dem Wert, der die Tiefe des Abtastungspunkts in dem Ultraschallstrahl
in der Ultraschallrichtung darstellt. Diese orthogonalen zweidimensionalen
Daten (x',y') unterscheiden sich
von den orthogonalen Koordinaten (x,y) entsprechend der Pixelanordnung.
In diesem Fall werden die dreidimensionalen Daten durch die orthogonalen
zweidimensionalen Daten (x'y') ermittelt, das
Ausmaß der
Verschiebung des Wandlers 10 ist durch Z definiert. In
diesem Fall werden die durch (x'y') dargestellten zweidimensionalen
Daten außerdem
in die zweidimensionalen Daten transformiert, welche durch die orthogonalen zwei
Koordinaten (x,Y) dargestellt sind, und die derart transformierten
zweidimensionalen Daten (x,y) werden in eine Adresse (X,Y,Z) des
dreidimensionalen Speichers geschrieben, welche durch den dreidimensionalen
Adressengenerator erzeugt werden, zusammen mit dem Ausmaß Z der
Verschiebung der Abtastebene, bei der es sich um die relativen Positionsinformation
der Abtastebene handelt.
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Obwohl
in der Zeichnung nicht gezeigt, findet diese Erfindung Anwendung
auf das Abtastverfahren zum Verschwenken oder Drehen des in 2D gezeigten
linearen Array-Wandlers in Bezug auf eine Achse, die parallel zu
den Anordnungen der Wandlerelemente des linearen Array-Wandlers
verläuft.
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6 zeigt
ein Beispiel einer Konfiguration des Datenübertragungsblocksinterpolationsabschnitts 30,
der in 1 gezeigt ist. Dieser Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitt 30 ist
eine Schaltung zum Erzeugen von sechs interpolierten Abtastebenen
P1 bis P6 zwischen benachbarten zwei Ab tastebenen S1 und S2. Wie
in 6 gezeigt, sind mehrere Addiere 41 bis 47 schrittweise bzw.
stufenweise verbunden und Halbaddierer 51 bis 52 sind
in jede der nachfolgenden Stufen der jeweiligen Addierer 41 bis 47 vorgesehen.
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Durch
Bereitstellen eines derartigen Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitts 30 kann eine
Interpolationsverarbeiten im Wesentlichen auf der zweidimensionalen
Ebene in derselben Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Erzeugen
des zweidimensionalen tomografischen Bilds durchgeführt werden.
Außerdem
können
die dreidimensionalen Daten, die in den dreidimensionalen Speicher 32 bereits
interpoliert worden sind, gespeichert werden.
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In Übereinstimmung
mit der Vorrichtung dieser Ausführungsform
ist die Drehachse der Abtastebene, wie vorstehend erläutert, parallel
zur x-Achsenrichtung der zweidimensionalen Speicherebene 106 gewählt, und
die x-Achse ist zur Übereinstimmung
mit der x-Achse des dreidimensionalen Speicherraums gebracht worden.
Die Transformation von den dreidimensionalen Polarkoordinaten in
die dreidimensionalen orthogonalen Koordinaten kann unter Nutzung
von zweimaligen zweidimensionalen Koordinatentransformationen ausgeführt werden.
Hierdurch kann die Menge an arithmetischen Operationen im Vergleich
zur herkömmlichen
Vorrichtung verringert werden, und hierdurch kann eine rasche Bildverarbeitung
erzielt werden. In Übereinstimmung
mit der dreidimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
dieser Ausführungsform
kann mit anderen Worten das Schreiben von dreidimensionalen Daten
in den dreidimensionalen Speicher in kurzer Zeit durchgeführt werden.
Außerdem
kann in Übereinstimmung
mit dieser Ausführungsform
die dreidimensionale Interpolation ebenfalls in kurzer Zeit durchgeführt werden.
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7 zeigt
als nächstes
ein Blockdiagramm unter Darstellung einer Modifikation der in 1 gezeigten
Ausführungsform,
demnach ein zweidimensionaler Array-Wandler, der mit zweidimensional
angeordneten Wandlerelementen versehen ist, in der dreidimensionalen
Sonde 110 zum Einsatz kommt. Wenn ein derartiger zweidimensionaler
Array-Wandler in der dreidimensionalen Sonde 110 genutzt
wird, können
zwei (oder mehr) Ultraschallechos aus einem dreidimensionalen Bereich
durch Senden eines Ultraschallstrahls in den dreidimensionalen Bereich
gewonnen werden. Wenn die zwei Ultraschallstrahlen durch die dreidimensionale
Sonde 110 empfangen werden, werden die Empfangssignale
(Echosignale) entsprechend den beiden Ultraschallstrahlen jeweils in
die Empfängerschaltkreise 116A, 116B eingegeben.
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Das
von der Empfängerschaltung
bzw. dem Empfängerschaltkreis 116A ausgegebene
Signal wird in dem Zeilenspeicher 122A, 122B in
Form zweidimensionaler Daten für
einen Ultraschallstrahl jeweils gespeichert. In ähnlicher Weise werden die von dem
Empfängerschaltkreis 116B ausgegebenen Empfangssignale
in den Zeilenspeichern 122C, 122D in Form zweidimensionaler
Daten für
einen Ultraschallstrahl gespeichert. Die aus den Zeilenspeichern 122A, 122B ausgelesenen
zweidimensionalen Daten werden in den Zeileninterpolationsabschnitt 123A eingegeben
und die aus dem Zeilenspeichern 1220, 122D ausgelesenen
zweidimensionalen Daten werden in den Zeileninterpolationsabschnitt 123 in
ihrer Einstellung mit der zeitlichen sequentiellen Abfolge eingegeben.
In den Zeileninterpolationsabschnitten 123A, 123B werden
zweidimensionale Interpolationsdaten (ein Interpolationsstrahl)
zum Interpolieren zwischen den benachbarten Strahlen in der Abtastebene
erzeugt.
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Derart
erzeugte zweidimensionale Interpolationsdaten werden in jeden der
zweidimensionalen Speicher 124A, 124B in Bezug
auf die Abtastebene als Einheit gespeichert. Die in den Speichern 124A, 124B gespeicherten
zweidimensionalen Daten sind Daten für die benachbarten zwei Abtastebenen.
Das Schreiben und Auslesen der Daten in und aus den zweidimensionalen
Speichern 124A, 124B werden durch den (in der
Zeichnung nicht gezeigten) zweidimensionalen Speichersteuerabschnitt
gesteuert.
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Die
zweidimensionalen Daten für
die zwei benachbarten Abtastebenen werden in den Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitt 130 eingegeben.
In diesen Datenübertragungsblockinterpolationsabschnitt 130 werden
Interpolationsdaten für
eine oder mehrere der virtuellen Abtastebenen durch die Interpolationsberechnung
erzeugt, wodurch eine Interpolation zwischen den benachbarten zwei
Abtastebenen durchgeführt
wird. Die dreidimensionalen Daten für den dreidimensionalen Datenerfassungsbereich
werden daraufhin in den dreidimensionalen Speicher 132 ebenso
gespeichert, wie in den unter Bezug auf das in 1 gezeigte
Blockdiagramm gezeigten Ausführungsformen.
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Vorstehend
erfolgte die Erläuterung
in Bezug auf den Fall, demnach zwei Empfängerschaltkreise vorgesehen
sind. Die Anzahl der Empfängerschaltkreise
ist jedoch nicht auf zwei beschränkt;
vielmehr können
mehr Empfängerschaltkreise
vorgesehen werden, und zwar unter Berücksichtigung der Anzahl der
empfangenen Ultraschallstrahlen, welche durch eine Ultraschallstrahlaussendung
gewonnen werden.
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Schließlich wird
bemerkt, dass die vorstehend erläuterten
Ausführungsformen
lediglich Beispiele der erfindungsgemäßen drei dimensionalen Ultraschallbildverarbeitungsvorrichtung
darstellen, weshalb es sich erübrigt,
darauf hinzuweisen, dass der Umfang dieser Erfindung nicht auf diese
Ausführungsform
beschränkt
ist. Beispielsweise kann mit dieser Erfindung auf Sonare, Radare
und Defektdetektoren und dergleichen zur Anwendung kommen. Der Umfang
dieser Erfindung ist deshalb durch die anliegenden Ansprüche festgelegt.