ES2229318T3

ES2229318T3 - Instrumento de diagnostico ultrasonico de mano.

Info

Publication number: ES2229318T3
Application number: ES97304656T
Authority: ES
Inventors: Lauren S. SonoSight Inc Pflugrath; Jacques SonoSight Inc. Souquet
Original assignee: Fujifilm Sonosite Inc
Current assignee: Fujifilm Sonosite Inc
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 2005-04-16
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: CN101485578A; CN100473349C; KR980000367A; KR100528102B1; US5722412A; DE69730563T2; ATE275365T1; JPH1057375A; EP0815793A2; EP0815793B1; EP0815793A3; CN1170560A; DE69730563D1

Abstract

SE PRESENTA UN INSTRUMENTO ULTRASONICO DE CONTROL MANUAL EN UNA UNIDAD PORTATIL QUE REALIZA REPRESENTACIONES GRAFICAS DOPPLER Y EN MODO B. EN LA REALIZACION PREFERIDA SE DISPONE DE UN TRANSDUCTOR, UN CONCENTRADOR DEL HAZ DIGITAL, UN FILTRO DIGITAL Y UN PROCESADOR DE IMAGENES ACONDICIONADOS EN UNO O MAS ENVASES QUE PESAN 4,5 KILOGRAMOS O MENOS.

Description

Instrumento de diagnóstico ultrasónico de mano.

Esta invención se refiere a sistemas ultrasónicos de diagnóstico médico y, en particular, a un instrumento ultrasónico de diagnóstico médico, de mano, completamente integrado.

Como es bien sabido, los sistemas modernos de diagnóstico ultrasónico son instrumentos grandes y complejos. Los sistemas ultrasónicos perfeccionados de hoy día, aunque están montados en carritos para su portabilidad, continúan pesando varios cientos de kilos. En el pasado, los sistemas ultrasónicos, tal como los sistemas ultrasónicos ADR 4000, fabricados por Advanced Technology Laboratories, Inc., cesionaria de la presente invención, eran dispositivos más pequeños, de escritorio con un tamaño de aproximadamente el de un ordenador personal. Sin embargo tales instrumentos carecían de muchas de las características modernas de las que tienen los sistemas ultrasónicos perfeccionados de hoy día, tales como la capacidad de formar imágenes de efecto Doppler en color y la visualización tridimensional. A medida que los sistemas ultrasónicos ser han sofisticado también se han ido haciendo más voluminosos.

Sin embargo, con la densidad, siempre en aumento, de la electrónica digital, ahora es posible prever una fecha en la cual los sistemas ultrasónicos se podrán miniaturizar hasta un tamaño que, incluso, sea menor que sus muchos más precoces antepasados. El médico está acostumbrado a trabajar con un cabezal explorador ultrasónico de mano que tiene, aproximadamente, el tamaño de una máquina eléctrica de afeitar. Sería deseable, en consonancia con el cabezal explorador ya familiar, poder compactar todo el sistema ultrasónico en una unidad del tamaño del cabezal explorador. También sería deseable que tal instrumento ultrasónico retuviera tantas características de los sofisticados sistemas ultrasónicos de hoy día como sea posible, tales como las posibilidades de reducción de máculas, efecto Doppler en color y formación de imágenes tridimensionales.

La patente de los EE.UU. 5.293.351 describe un dispositivo de exploración acústica que comprende un transductor ultrasónico con una pluralidad de elementos para transmitir señales acústicas hacia un área de exploración inspeccionada y para recibir señales eco desde la misma, una pantalla, un conjunto electrónico y un dispositivo para visualización óptica. El dispositivo para visualización óptica, la pantalla y el transductor ultrasónico están dispuestos para que formen una parte de la caperuza protectora de un accionador y están situados en una caperuza protectora.

De acuerdo con la presente invención se aporta un sistema ultrasónico de mano, según se define en la reivindicación 1. De este modo se aporta un instrumento para diagnóstico ultrasónico el cual exhibe muchas de las características de un sistema ultrasónico perfeccionado, en una unidad de mano. El instrumento es una unidad de dos piezas. En tal configuración, la unidad transductora se puede manipular con una mano mientras que un cable entre las dos unidades permite que el vídeo se muestre en la unidad de pantalla mientras que esta última unidad se sujeta o se posiciona para la visualización óptima de la imagen ultrasónica. El cable también aporta energía para la unidad transductora desde la unidad de pantalla.

En una realización preferida el sistema ultrasónico se fabrica, desde el transductor hasta una salida de vídeo, en cuatro tipos de circuitos integrados específicos para una aplicación (ASIC): un ASIC transmisor/receptor el cual se conecta a los elementos de un transductor de antena direccional, un ASIC de extremo frontal el cual realiza y controla la concentración de haces de transmisión y recepción, un ASIC procesador de las señales digitales el cual proporciona el procesado de las señales ultrasónicas tales como el filtrado, y un ASIC de extremo trasero el cual recibe las señales ultrasónicas procesadas y produce los datos imágenes ultrasónicas. La imagen se puede visualizar en un monitor normal o en una pantalla de cristal líquido (LCD). Al estar formada por circuitos ASIC, la electrónica de la unidad se puede fabricar en una sola tarjeta de circuito impreso, para eliminar los problemas que presentan los conectores y cables convencionales. Este instrumento ultrasónico sofisticado se fabrica como un aparato de mano que pesa menos de 4,5 kilogramos.

En los dibujos:

la figura 1 ilustra en forma de diagrama de bloques la arquitectura de un sistema ultrasónico de mano, el cual no es una realización, de la presente invención;

las figuras 2a y 2 b son vistas de frente y de costado de un sistema ultrasónico de mano el cual está empaquetado y no es una realización de la presente invención;

las figuras 3a y 3b son vistas en alzado y de costado de la unidad transductora de un sistema ultrasónico de mano, de dos unidades, de la presente invención;

la figura 4 ilustra las dos unidades de un sistema ultrasónico de mano de la presente invención en un empaquetado de dos unidades;

la figura 5 es un diagrama esquemático del ASIC transmisor/receptor del sistema ultrasónico de la figura 1;

la figura 6 es un diagrama de bloques del ASIC de extremo frontal del sistema ultrasónico de la figura 1;

la figura 7 ilustra el control de apertura permitido por los ASIC transmisor/receptor y de extremo frontal;

la figura 8 es un diagrama de bloques del ASIC procesador de las señales digitales del sistema ultrasónico de la figura 1;

la figura 9 ilustra un filtro de mínima y máxima para la supresión de destellos;

las figuras 10a a 10c son formas de onda que ilustran el funcionamiento del procesador supresor de destellos;

la figura 11 es un diagrama de flujo del procesado en modo B por medio del circuito ASIC procesador de las señales digitales;

la figura 12 es un organigrama del procesado del doppler por medio del ASIC procesador de señales digitales;

la figura 13 es diagrama de bloques del ASIC de extremo trasero del sistema ultrasónico de la figura 1;

la figura 14 ilustra la conversión de exploración R\theta de acuerdo con la presente invención;

la figura 15 ilustra la interpolación de la línea de exploración realizada por el convertidor de exploración;

la figura 16 es una ilustración adicional de la conversión de exploración según la presente invención;

las figuras 17a y 17b ilustran las imágenes combinadas de los modos B y doppler;

la figura 18 ilustra las líneas de exploración combinadas de los modos B y doppler;

las figuras 19 y 20 ilustran la aportación tridimensional usando cuadros de imagen bidimensional;

la figura 21 ilustra la partición de la memoria tampón durante la formación de imágenes tridimensionales; y

la figura 22 es un gráfico de los controles del usuario del sistema ultrasónico de la figura 1.

Haciendo referencia primero a la figura 1, en ella se muestra la arquitectura del sistema ultrasónico de mano. Se usa un transductor 10 de antena direccional por su estado sólido, aptitudes de control electrónico, apertura variable, rendimiento y fiabilidad de la imagen. Se puede utilizar una antena direccional plana o curvada. En una realización preferida la antena direccional es una antena direccional curvada lo cual permite un campo de exploración de sector amplio. Aunque la realización preferida aporta suficiente capacidad de retardo, tanto para la orientación como para el enfoque, en una antena direccional plana, tal como una antena direccional por fases, la curvatura geométrica de la antena direccional curvada reduce los requisitos de retardo en el formador de haces. Los elementos de la antena direccional se conectan a un ASIC 20 transmisor/receptor que excita los elementos del transductor y recibe los ecos recibidos por los elementos. El ASIC 20 transmisor/receptor también controla y recibe aperturas de la antena direccional 10 y la ganancia de las señales eco recibidas. Es preferible que el ASIC transmisor/receptor esté ubicado a unos milímetros de los elementos transductores, y preferiblemente dentro de la misma caja, y justo detrás del transductor.

Los ecos recibidos por el ASIC 20 transmisor/receptor se envían al ASIC 30 de extremo frontal, el cual transforma los ecos procedentes de los elementos del transductor individual en señales de línea de exploración. El ASIC 30 de extremo frontal también controla la forma de la onda de transmisión, la temporización, la apertura y el enfoque. En la realización que se ilustra el ASIC 30 de extremo frontal proporciona señales de temporización a los otros ASIC, al control de ganancia del tiempo y monitoriza y controla la energía aplicada a la antena direccional del transductor, regulando de este modo la energía acústica que se aplica al paciente y minimizando el consumo de energía de la unidad. Conectado al ASIC 30 de extremo frontal, hay un dispositivo 32 de memoria el cual almacena los datos usados por el formador de haces.

Las señales de la línea de exploración formadas en haces se acoplan desde el ASIC 30 de extremo frontal al ASIC 40 adyacente procesador de señales digitales. El ASIC 40 procesador de las señales digitales filtra las señales de la línea de exploración y, en la realización preferida, también aporta varias características avanzadas incluyendo la formación de apertura sintética, la macla de las frecuencias, el procesado doppler tal como el procesado doppler de la potencia (angiografía activa en color) y la reducción de máculas.

Entonces la información del modo B de ultrasonido y del doppler se acoplan al ASIC de extremo trasero adyacente 50 de salida para la conversión de la exploración y para la producción de señales de salida en vídeo. Un dispositivo 42 de memoria está acoplado al ASIC 50 de extremo trasero para proporcionar el almacenamiento que se usa en la formación de imágenes doppler activas tridimensionales (3D CPA). El ASIC de extremo trasero también añade información alfanumérica al visualizador tal como la hora, la fecha y la identificación del paciente. Un procesador de gráficos recubre la imagen ultrasónica con información tal como marcadores y cursores de la profundidad y el enfoque. Los cuadros de las imágenes ultrasónicas se almacenan en una memoria de vídeo 54 acoplada al ASIC de extremo trasero 50, permitiendo que se puedan volver a llamar y reproducir dentro de una secuencia directa de tiempo real de Cineloop® en directo. La información de vídeo está disponible en una salida de vídeo en varios formatos, incluyendo formatos de televisión en NTSC y PAL y señales de excitación RGB para un visualizador de LCD 60 o un monitor de vídeo.

El ASIC 50 de extremo trasero incluye también el procesador central para el sistema ultrasónico, un RISC (un regulador del conjunto de instrucciones disminuidas). El procesador del RISC está conectado a los ASIC de extremo frontal y procesador de las señales digitales para controlar y sincronizar las funciones de procesado y control por toda la unidad de mano. Hay una memoria de programa 52 conectada al ASIC 50 de extremo trasero para guardar los datos del programa que esté usando el procesador RISC para hacer funcionar y controlar la unidad. El ASIC 50 de extremo trasero está también acoplado a un puerto de datos configurado como una interfaz PCMCIA 56. Esta interfaz permite que se puedan unir otros módulos y funciones a la unidad ultrasónica de mano. La interfaz 56 se puede conectar a un módem o enlace de comunicaciones para transmitir y recibir información ultrasónica desde localizaciones a distancia. Esta interfaz puede aceptar otros dispositivos de almacenamiento de datos, tales como un paquete de análisis de la información ultrasónica.

El procesador RISC también está conectado a los controles del usuario 70 de la unidad para aceptar las entradas del usuario para dirigir y controlar las operaciones del sistema ultrasónico de mano.

La energía para el sistema ultrasónico de mano se proporciona, en una realización preferida, por una batería recargable. La carga de la batería se conserva y aplica a los componentes de la unidad desde un subsistema de potencia 80. El subsistema de potencia 80 incluye un convertidor de corriente continua para convertir la baja tensión de la batería a una tensión más alta la cual se aplica al ASIC 20 transmisor/receptor para activar los elementos de la antena direccional de transductores 10.

En las figuras 2a y 2b se ilustra una unidad de una sola pieza 80 para alojar el sistema ultrasónico de la figura 1, la cual no es una realización de la presente invención. La parte delantera de la unidad se muestra en la figura 2a, incluyendo una sección superior 83 que contiene el visualizador de LCD 60. La sección inferior incluye los controles del usuario según se indica en 86. Los controles del usuario permiten al usuario encender y apagar la unidad, elegir las características de funcionamiento, tales como el modo (modo B o doppler), el sector doppler en color o la cadencia del cuadro, y funciones especiales, tal como la visualización tridimensional. Los controles del usuario también permiten la introducción de la hora, la fecha y los datos del paciente. Un control de cuatro direcciones, que se ilustra en forma de cruz, funciona igual que una palanca omnidireccional para maniobrar los cursores en la pantalla o para elegir las funciones desde el menú del usuario. Se pueden usar, como alternativas, un ratón o una almohadilla táctil para proporcionar al cursor y demás, controles múltiples direcciones. Hay varios botones e interruptores dedicados para funciones determinadas tales como la congelación de imágenes y el archivado y reproducción de una secuencia de imágenes desde la memoria del Cineloop.

La abertura 84 de la antena direccional curvada de transductor 10 está en la parte inferior de la unidad 80. Durante el uso, la abertura del transductor se mantiene en contacto con el paciente para explorar al paciente y la imagen ultrasónica se exhibe en visualizador de LCD 60.

La figura 2b es una vista de costado de la unidad 80 en la que se muestra la altura de la unidad. La unidad tiene, aproximadamente, 20,3 cm de alto, 11,4 cm de ancho y 4,5 cm de fondo. Esta unidad contiene todos los elementos de un sistema ultrasónico de funcionamiento completo con sonda de transductor de antena direccional, dentro de un solo paquete que pesa menos de dos kilos y cuarto. La mayor parte de este peso se debe a la batería alojada dentro de la unidad.

En las figuras 3 y 4 se ilustra una segunda configuración de montaje en la cual el sistema ultrasónico está alojado en dos secciones independientes. Una sección inferior 81, en una disposición, la cual no es una realización de la presente invención, incluye la antena direccional del transductor, la electrónica hasta una salida de señal de vídeo, y los controles del usuario. Esta sección inferior se muestra en la figura 3a, con la abertura de antena direccional del transistor visible en la parte inferior. La sección inferior se muestra en la vista de costado de la figura 3b. Esa sección inferior mide aproximadamente 11,4 cm de alto por 9,8 cm de ancho por 2,5 cm de fondo. Esta sección tiene aproximadamente el mismo peso que un cabezal convencional de exploración ultrasónica. Esta sección inferior está conectada a una sección superior 83, según se muestra en la figura 4, por un cable 90. La sección superior 83 incluye un visualizador de LCD 82 y una carga de batería 88. El cable 90 conecta las señales de vídeo, procedentes de la sección inferior 81 a la sección superior para su visualización, y proporciona energía a la sección inferior desde la batería 88. Esta unidad de dos secciones es muy útil porque el usuario puede maniobrar la sección inferior y el transductor 84 en contacto con el paciente de la misma manera que un cabezal convencional de exploración, mientras que mantiene la sección superior en una posición fija conveniente para la inspección. Al colocar la batería en la sección superior, el peso de la sección inferior se aligera y se puede maniobrar con facilidad en contacto con el cuerpo del paciente.

Otras configuraciones del montaje del sistema serán evidentes con facilidad. Por ejemplo, el ASIC 30 de extremo frontal, el ASIC 40 procesador de las señales digitales y el ASIC 50 de extremo trasero están localizados en una caja común, con el formador de haces del ASIC de extremo frontal conectable a diferentes transductores de antena direccional. Esto permitiría que se usaran diferentes transductores con el formador de haces digital, el filtro digital y el procesador de imágenes para diferentes procedimientos de formación de imágenes de diagnóstico. Se podría colocar un visualizador en la misma caja de la de los tres ASIC, o se podría conectar la salida del ASIC de extremo trasero a una unidad de visualización independiente.

Tomando ahora como referencia la figura 5 en ella se muestra el ASIC 20 transmisor/receptor con mayor detalle. Este ASIC comprende dieciséis secciones, cada una de las cuales está conectada a seis elementos transductores de la antena direccional 10. La sección 20a, que se ilustra está conectada a los elementos 1, 17, 33, 49, 65 y 81 en los terminales en el lado izquierdo del dibujo. El ASIC entero puede, con seis elementos por sección, funcionar con un transductor de 96 elementos. Cada sección se podría configurar para que funcione con ocho elementos, en cuyo caso el ASIC podría controlar un transductor de 128 elementos, por ejemplo. Antes de la transmisión de un impulso ultrasónico para una línea de exploración se cronometra una corriente en serie de datos, procedente del ASIC de extremo frontal, dentro del circuito lógico 206 de selección de la apertura de transmisión en los terminales de Datos Transmitidos Dentro y del Cronómetro, en el lado derecho del dibujo. El circuito lógico 206 para la selección de la apertura de transmisión usa estos datos para colocar los interruptores multiplexores en los múltiples 208 y 210 de transmisión 3:1 para los elementos transductores que estarán activos para esa línea de exploración particular. Por ejemplo, la siguiente línea de exploración que se tiene que transmitir podría comprender una apertura de transmisión de 1 a 32 elementos. Esto requiere que el múltiple (mux) de transmisión 208 cierre un interruptor para conectar el generador de impulsos 202 al terminal del elemento 1 y el mux de transmisión 210 cierre un interruptor para conectar el generador de impulsos 204 al terminal del elemento 17. De forma similar los múltiples (muxes) en las quince secciones restantes del ASIC conectarán los generadores de impulsos a los terminales de los elementos 2 a 16 y 18 a 32.

En los momentos en los que los elementos conectados 1 y 17 se tienen que activar el ASIC de extremo frontal aplica señales de activación a los terminales de Señal 1 Dentro y Señal 2 Dentro para los generadores de impulsos 202 y 204. Para los generadores de impulsos unipolares las señales de activación se pueden aplicar a estos terminales, entonces los generadores de impulsos están habilitados, en los momentos apropiados, por medio de señales aplicadas a los terminales del habilitador 1 y del habilitador 2. De modo alternativo, se aplican formas de onda, en los momentos apropiados, a los terminales pareados. Estas señales de activación se aplican como señales de nivel lógico a las entradas de los generadores de impulsos, luego se convierten en ondas de forma de activación de alta tensión mediante la aplicación de alta tensión (AT) a los muxes 208 y 210. También es posible fabricar las funciones del generador de impulsos y del mux como una sola unidad, con lo cual cada interruptor de los muxes sería, en realidad, un generador de impulsos de alta tensión. Dicho de otra manera, esto significa que cada mux podría comprender tres generadores de impulsos controlados por separado. Como alternativa, los dos generadores de impulsos en las entradas de los muxes de transmisión se podrían suprimir y sustituir con seis generadores de impulsos en las salidas de los muxes de transmisión, sin embargo, la realización que se ilustra requiere con ventaja, sólo dos generadores de impulsos de baja tensión. Continuando con el ejemplo de los elementos de apertura 1 al 32, si el elemento 1 se encuentra en la periferia de la apertura y el elemento 17 se halla más en el centro de la apertura, el elemento 1 se pulsaría más pronto en el tiempo que el elemento 17, para producir una forma de onda ultrasónica transmitida enfocada.

Antes de la transmisión de la línea de exploración se cronometra una corriente de datos digitales, procedentes del ASIC de extremo frontal, dentro del circuito lógico 210 de la selección de la apertura de recepción desde los terminales de Datos de Recepción Dentro y Cronómetro conectados al circuito lógico 214. El circuito lógico para seleccionar la apertura de recepción cierra los interruptores en un mux 212 de recepción de 6 a 1 y en un mux 218 de recepción de 8 a 1, para la apertura de recepción apropiada. Igual que en el circuito lógico de selección de la apertura de transmisión, el circuito lógico selector de la apertura de recepción incluye memoria tampón de tal manera que los datos de la siguiente línea de exploración se puedan recibir mientras que el ASIC esté recibiendo los ecos procedentes de la línea de exploración en curso. La realización ilustrada está diseñada para una apertura de recepción plegada de dieciséis elementos según se muestra por medio de las ocho líneas de canal de datos en la salida del mux 218 de recepción de 1 a 8. Las entradas al mux 212 receptor de 6 a 1 se conectan a los terminales de los seis elementos para la sección 201 y están protegidas contra las altas tensiones de activación por la integración de las redes transmisor/receptoras en las entradas de los muxes. El circuito lógico 214, selector de la apertura de recepción, conecta una de las entradas del mux 212 a la salida del mux, y la señal recibida del elemento seleccionado se aplica a un primer amplificador 216 del control de la ganancia del tiempo (TGC). La ganancia de este amplificador del TGC se controla por medio de una señal de control aplicada al terminal de control del TGC del ASIC. La amplificación aportada por el amplificador 216 aumenta a medida que se van recibiendo los ecos ultrasónicos procedentes de las profundidades en aumento, en la manera convencional. Las señales eco, amplificadas, se acoplan entonces mediante la conmutación del mux 218 receptor de 8 a 1 a una de las líneas de canales de datos 220.

Cada una de las líneas de canales de datos 220 está acoplada a la misma salida correspondiente de cada mux receptor de 1 a 8 en el ASIC. Las salidas del mux 218 están numeradas del 1 al 8. La salida 1 de cada mux receptor de 1 a 8 está acoplada a la misma de las líneas de datos, la salida 2 de cada mux receptor de 1 a 8 está unida a otra de las líneas de datos, etc. En la realización preferida del sistema se usa una apertura plegada de dieciséis elementos de líneas de exploración transmitidas ortogonales al transductor. Esto significa que dos elementos de la apertura tendrán las mismas fases de recepción para el funcionamiento; los dieciséis elementos de la apertura de recepción estarán pareados para tener ocho fases de recepción. Por ejemplo, si la línea de exploración que se recibe está ubicada en el centro de una apertura de los elementos 1 a 16, los elementos 1 y 16 tendrán la misma temporización de recepción. Los ecos recibidos por el elemento 1 se conectarán por medio del mux 212, se amplificarán con el amplificador del TGC 216, se conectarán mediante el mux 218 y se reproducirán como una salida de corriente en la salida 8 del mux 218. Al mismo tiempo, un eco recibido por el elemento 16 se conectará a través de los muxes de otra sección del ASIC, se amplificará de manera idéntica por medio de otro amplificador TGC y se reproducirá como una salida de corriente en la salida 8 de otro mux receptor de 1 a 8. Estas dos corrientes estarán idénticamente en fase en virtud de la apertura plegada y se combinarán en la línea de datos la cual está acoplada a la salida 8 de los muxes receptores.

Una red de filtrado, tal como la que se muestra en 222, filtra y convierte las corrientes en tensiones, en cada línea de datos. En la realización preferida la red de filtrado 222 es exterior y está acoplada a un terminal del ASIC por lo que sus componentes y, por lo tanto, sus características de filtrado se pueden seleccionar y cambiar con facilidad. La característica del filtrado es una banda útil de frecuencia que se elige para que se adapte a la banda útil de frecuencia del transductor. Por ejemplo, para un transductor de 3,5 MHz la banda útil de frecuencia se extendería desde 1,5 hasta 5,5 MHz. El filtro se conecta a una fuente de alimentación de corriente por medio de la impedancia del filtro para convertir las señales de intensidad a una sola tensión. Esta tensión vuelve a entrar en el ASIC a través de otro (o el mismo) terminal del ASIC y se aplica a la entrada de un segundo amplificador de TGC 224. El uso de dos amplificadores de TGC permite el funcionamiento dentro del amplio margen dinámico de dos amplificadores en cascada. En la realización que se ilustra un solo control TGC aplica las mismas características de control a los dos amplificadores del TGC 216 y 224, pero también es posible aplicar características de TGC separadas y diferentes a los dos amplificadores. Las señales eco amplificadas se llevan a un terminal de salida final del ASIC donde se filtran por medio de un filtro de banda útil de frecuencia 226 y se conectan a un convertidor analógico a digital (A/D) en la entrada del formador de haces en el ASIC de extremo frontal.

Las secciones separadas del ASIC 20 transmisor/receptor pueden estar contenidas en ASIC separados o se pueden combinar de forma que las diversas secciones estén integradas en el mismo ASIC. Es preferible que todas las dieciséis secciones estén integradas en una sola pastilla de ASIC.

Así se ve que, en la realización preferida, el ASIC 20 transmisor/receptor funciona con una antena direccional de transductor de 96 elementos, y usa una apertura de transmisión de 32 elementos y una apertura de recepción de 16 elementos. Con el uso de una apertura sintética, según se expone más adelante, el sistema exhibe una apertura de 32 elementos tanto en la transmisión como en la recepción.

Los detalles del ASIC 30 de extremo frontal se muestran en la figura 6. Ese dibujo ilustra una sección 30a del ASIC 30 de extremo frontal. Hay ocho de estas secciones en el ASIC de extremo frontal para proporcionar la formación de haces de las ocho salidas procedentes del AIC transmisor/receptor 20. Cada salida de señal eco se acopla a la salida de un convertidor A/D 310 donde las señales eco se convierten en datos digitales. Los datos digitales procedentes de cada elemento (o de cada par de elementos en una apertura plegada) se hacen oscilar dentro de un registro 312 de primero en entrar primero en salir (FIFO) por medio de una señal de un cronómetro de conversión A/D (A/D CLK). La señal del A/D CLK la proporciona un circuito 314 de temporización de enfoque dinámico el cual difiere el inicio de la señal del cronómetro para proporcionar un retardo inicial, luego controla los tiempos de muestreo de la señal para aportar un enfoque dinámico de las señales eco recibidas. La longitud del registro FIFO 312 viene determinada por los requisitos del retardo inicial, la frecuencia del centro del transductor, el tamaño de la apertura, la curvatura de la antena direccional y la orientación del haz. Una frecuencia más alta en el centro y una antena direccional curvada reducirán el requisito de retardo y por lo tanto la longitud del registro FIFO, por ejemplo. Las señales eco retardadas procedentes del registro FIFO 312 se acoplan a un multiplicador 316 donde las señales eco se evalúan mediante valores de ponderación dinámica guardados en un registro de evaluación dinámica 318. Los valores de ponderación dinámica evalúan las señales eco para normalizar la información eco en consideración a los efectos de una apertura de recepción dinámica, que se expande por la inclusión de elementos externos adicionales a medida que los ecos se van recibiendo de profundidades en aumento a lo largo de la línea de exploración. Las señales eco, retardadas y evaluadas, se suman entonces con señales eco retardadas y evaluadas, de manera apropiada, procedentes de cualesquiera otras etapas de retardo, las cuales se acoplan en cascada por medio de un circuito sumador 320. Las señales eco, formadas en haz, junto con bitios síncronos de rebosamiento, se producen en forma de datos de línea de exploración de salida en un canal de datos de RF. Acompañando a cada secuencia de señales eco de la línea de exploración hay información identificadora que aporta un secuenciador de cabezal de RF en ASIC, que identifica el tipo de datos de la línea de exploración que se están produciendo. El cabezal de RF puede identificar la línea de exploración como datos de eco modo B o datos doppler, por ejemplo.

Si se desea se pueden usar otros mecanismos de almacenamiento digital para aportar los retardos del formador de haces. Se puede usar una memoria de acceso aleatorio de dos puertos para almacenar las muestras de eco digitales que se reciban, las cuales se extraen después de la memoria en los momentos y secuencias que aporten el retardo que se desee para las señales procedentes de los elementos transductores.

Cada sección 30a del ASIC de extremo frontal incluye los circuitos de control de la transmisión 302 al 308 para cuatro elementos transductores de la antena direccional. De esta manera las ocho secciones proporcionan el control de la transmisión para 32 elementos de la antena direccional al mismo tiempo, determinando de esta manera la apertura máxima de transmisión. Los circuitos de control de la transmisión producen formas de onda a la frecuencia de transmisión que se desee y habilitan señales que activan los generadores de impulsos en los momentos apropiados para producir una señal acústica transmitida la cual se enfoca a la profundidad del foco que se desee.

El ASIC de extremo frontal incluye una sección común de control 330 la cual aporta el control general para las funciones de transmisión y recepción. La sección de control 330 está regulada por, y recibe datos bajo, el control del procesador RISC localizado en el ASIC de extremo trasero. Las tablas de datos para un cuadro de una imagen particular están almacenadas en la memoria de acceso aleatorio (RAM) 32 y se cargan dentro de la sección de control 330 bajo el mandato del procesador del RISC. La sección de control 330 incluye un número de secuenciadores para la secuencia de las funciones de transmisión y recepción. El secuenciador de imágenes 332 produce información usada por otros secuenciadores que identifican el tipo del cuadro de la imagen que hay que producir. El secuenciador de imágenes puede, por ejemplo, cargarse con datos que definan el próximo cuadro como líneas de exploración modo B interpuestas entre grupos de cuatro líneas de exploración doppler, y que la secuencia de líneas de exploración estará siempre numerada con números impares seguidas por todas las líneas de exploración numeradas con números pares. Esta información se suministra al secuenciador de líneas 334, el cual controla las líneas de exploración que se hayan transmitido y recibido en la secuencia apropiada. El secuenciador de líneas, en la preparación para una nueva línea de exploración, controla el secuenciador del TGC 336 de manera que producirá la secuencia que se desee de los datos de control del TGC. Los datos de control del TGC, procedentes del secuenciador del TGC, se convierten en una señal de tensión por medio de un convertidor digital a analógico (DAC) 338 y se aplican al (a los) terminal(es) de entrada del regulador del TGC del ASIC 20 transmisor/receptor. El secuenciador de líneas 334 también controla al secuenciador del canal en serie 340, el cual produce datos en serie en un canal de datos en serie para los circuitos lógicos 206 y 214 selectores de la apertura de transmisión y recepción en el ASIC transmisor/receptor. El cargador 342 del registro de recepción/transmisión (RT) controla la carga de datos, correspondientes a una nueva línea de exploración, dentro de varios registros en ambos ASIC, incluyendo los circuitos lógicos 206 y 214 selectores de la apertura, los circuitos de control 302 a 308 de la transmisión, el circuito 314 de temporización del enfoque dinámico y el registro 318 de ponderación dinámica. Todos los registros que llevan a cabo funciones en tiempo real tienen dos memorias tampón. Tal como se ha indicado arriba los diversos registros llevan memoria tampón de forma que los datos se control se puedan poner en el canal de datos en serie y cargar dentro de los diversos registros durante la línea que preceda a la línea de exploración para la cual se estén usando los datos de control.

El ASIC 30 de extremo frontal incluye un circuito 346 monitor de la corriente, el cual muestrea la intensidad en una barra de AT por medio de un convertidor A/D 348. El monitor de la corriente garantiza la seguridad del paciente reduciendo o cerrando por completo el suministro a alta tensión si se detectasen niveles altos de intensidad, con lo que se protege al paciente contra un transductor sobrecalentado o altos niveles inaceptables de saluda acústica.

El ASIC de extremo frontal incluye, en su sección de control, un generador de cadencias 350 el cual produce una pluralidad de señales síncronas de la cadencia desde las cuales se sincronizan todas las operaciones del sistema. Para evitar las interferencias y diafonía entre los dispositivos estrechamente separados, la frecuencia de transmisión de la línea de exploración se sincroniza con la frecuencia de la señal de salida de vídeo, de forma que los armónicos de una frecuencia no produzcan componentes que interfieran en la otra. Al ASIC 30 de extremo frontal se le acopla un oscilador de cuarzo (no ilustrado) para aportar una frecuencia alta básica tal como 60 MHz de la que se pueden derivar todas las señales de cadencia del sistema.

El funcionamiento de los ASIC transmisor/receptor y de extremo frontal 20 y 30 para producir una línea de exploración de apertura plegada sintética partiendo de 32 elementos de una antena direccional curvada se ilustra en la figura 7. En este dibujo los ASIC están controlando una apertura del transductor que comprende 32 elementos numerados del 25 al 32 y luego del 1 al 24 de la antena direccional curvada 10. La reunión de la apertura completa de la información de la línea de exploración requiere dos secuencias de transmisión de todos los 32 elementos. Para la transmisión, el secuenciador de líneas 334, el secuenciador del canal de datos en serie 340 y el cargador 342 del registro RT cargan los datos propios de los muxes de transmisión dentro de los dieciséis circuitos lógicos 206 y los reguladores de transmisión 32 en el ASIC de extremo frontal. El circuito lógico para seleccionar la apertura controla entonces los 32 muxes de transmisión para conectar los generadores de impulsos a los elementos numerados del 25 al 32 y del 1 al 24, la apertura de transmisión deseada. Los generadores de impulsos están impulsados por los circuitos de control de la transmisión con el fin de producir una onda acústica la cual está enfocada en el punto F de la figura 7.

A continuación de la transmisión del primer impulso los ecos los recibe el grupo central de elementos numerados del 1 al 16, que en ese momento están conectados por los dieciséis muxes receptores de 6 a 1 y los ocho muxes receptores de 1 a 8 a ocho líneas de datos de salida. Las dieciséis señales de recepción se muestran como si estuvieran separadas cuando pasan por los amplificadores iniciales del TGC, ocho de los cuales se muestran en una fila según se indica en 216' en la figura 7. Las señales de la misma fase se ven entonces que se combinan en pares en virtud de la apertura plegada, donde pares de líneas vienen juntos en la entrada de las líneas de retardo del formador de haces, cuatro de las cuales se muestran según se indica en 370. En el ejemplo que se ilustra la línea de exploración 360 se extiende desde el centro de la apertura de la antena direccional entre los elementos 8 y 9. Esto significa que las señales eco, recibidas por los elementos 8 y 9, estarán en fase y se podrán combinar. También, los ecos recibidos por los elementos pareados 7 y 10, los elementos pareados 6 y 11 y los elementos pareados 5 y 12 se pueden combinar. De este modo, a continuación del primer impulso transmitido, los ecos recibidos por los elementos 1 a 16 se retardan por medio de los ocho FIFO de retardo y se suman mediante el circuito sumador 320. Esta media apertura se almacena para la recepción de la otra media apertura.

Todos los 32 elementos de la apertura transmiten otro impulso acústico. Después de este segundo impulso los muxes de recepción conectan ahora los ecos procedentes de los elementos 25 al 32 y 17 al 24 del formador de haces. Debido a la simetría de la apertura plegada los ecos procedentes del elemento 32 se emparejan con los ecos procedentes del elemento 17 y los dos se combinan. De la misma manera, los ecos procedentes del elemento 31 se emparejan con los ecos procedentes del elemento 18, y así sucesivamente, hasta los elementos pareados más laterales 25 y 24.

Los dieciséis ecos recibidos, emparejados a ocho señales por la apertura plegada se retardan, de modo apropiado, por medio de ocho FIFO de retardo y se suman para formar una segunda media apertura de la línea de exploración. Las dos mitades de la apertura se suman ahora en función de la situación de los componentes del eco a lo largo de la línea de exploración de las dos secuencias. Así, la apertura completa se ha formado combinando recepciones independientes de ecos procedentes de los dieciséis elementos internos de la apertura y luego los procedentes de los dieciséis elementos externos. Manteniendo condiciones idénticas de control TGC, durante ambos intervalos de recepción se produce una señal de apertura sintética formada en haces con precisión. La evaluación dinámica y el enfoque dinámico afectan de modo diferente a las dos secuencias de recepción debido a las diferentes situaciones de la apertura de los elementos de recepción durante las dos secuencias. Los retardos aplicados por los FIFO durante las dos secuencias serán diferentes en razón de las diferentes situaciones por toda la apertura de los elementos receptores desde una secuencia a la otra.

En la figura 8 se muestra un diagrama de bloques del ASIC 40 procesador de las señales digitales. Las señales de la línea de exploración procedentes del ASIC 30 de extremo frontal las recibe un circuito de normalización, donde se multiplican por medio de un coeficiente variable facilitado por la memoria del coeficiente 408 para normalizar las señales recibidas para la variación de la apertura. Cuando el transductor está recibiendo señales a lo largo de la línea de exploración, procedentes de profundidades bajas, se usa una apertura relativamente pequeña, tal como cuatro u ocho elementos transductores, para recibir señales eco. A medida que la profundidad de recepción aumenta a lo largo de la línea de exploración la apertura aumenta en incrementos de manera que se usa la apertura completa de los 32 elementos en las profundidades máximas. El circuito de normalización multiplicará las señales recibidas de la línea de exploración por los coeficientes apropiados en toda la gama de variación de la apertura, tales como factores de cuatro u ocho, para normalizar las señales correspondientes a este efecto de variación de la apertura.

Cuando se hace funcionar al sistema ultrasónico en el modo B para formar una imagen estructural del tejido y órganos, el procesador de señales digitales funciona según se muestra en el esquema de operaciones de la figura 11. Las señales eco normalizadas siguen dos caminos en la figura 8, uno de los cuales está acoplado a un filtro 412 de cuatro multiplicadores y el otro de los cuales está acoplado por medio de un multiplexor 422 a un segundo filtro 414 de cuatro multiplicadores. Cada filtro multiplicador incluye un multiplicador y un acumulador los cuales funcionan como un filtro FIR (de respuesta finita a los impulsos). Las señales eco de la línea de exploración se desplazan en secuencia dentro de un multiplicador, se multiplican por los coeficientes facilitados por la memoria de coeficientes 408 y los productos se acumulan en el acumulador en la salida del multiplicador. Los coeficientes para el filtro 412 se eligen para multiplicar las señales eco por una función cosenoidal y los coeficientes para el filtro 414 se eligen para multiplicar las señales eco por una función cosenoidal, preparatorias para la detección de señales de cuadratura I y Q. Los filtros de cuatro filtros producen señales acumuladas a una velocidad que es menor que la velocidad a los multiplicadores, realizando por lo tanto el filtrado de banda útil de frecuencias de decimación. Cuando la anchura de banda de la señal exceda la anchura de banda del monitor de visualización, las líneas de imagen parpadearán debido a un estado de formación de alias. El filtrado de decimación está destinado a reducir la anchura de banda de la señal así como la velocidad de los datos para que se adapten a la anchura de banda de visualización del monitor. Se puede aumentar la longitud efectiva del filtro aplicando una sucesión de señales de entrada y coeficientes a un multiplicador y acumulando los productos intermedios. Por ejemplo, el cuarto multiplicador puede evaluar en secuencia las señales de entrada 1 a 8 y los productos se acumulan en el cuarto acumulador; el tercer multiplicador puede evaluar las señales de entrada 3 a 10 y los productos se pueden acumular en el tercer acumulador; el segundo multiplicador puede evaluar las señales de entrada 5 a 12 y los productos se acumulan en el segundo acumulador, y el primer multiplicador puede evaluar las señales de entrada 7 a 14 y los productos se acumulan en el primer acumulador. La velocidad de los datos se decimado, entonces, por dos y cada multiplicador y cada acumulador se hace funcionar, con efectividad, como un filtro de ocho tomas. Así, se ve que el número efectivo de tomas del filtro es un producto del número de multiplicadores (cuatro, en este ejemplo) por la velocidad de decimación (dos, en este ejemplo).

Además, el filtro reduce el ruido de la RF y el ruido de cuantificación por medio de sus efectos limitadores de banda ancha. Las muestras de las señales I y Q se producen en las salidas de los filtros 412 y 414, se amplifican, si se desea, por medio de los amplificadores de las etapas de ganancia 416 y 418, luego se almacenan en la memoria de RF 420. Un multiplexor 426 acopla las muestras Q a la memoria de RF.

Cuando se tenga que formar una imagen de apertura sintética las muestras I y Q procedentes de la línea de exploración de la primera mitad de la apertura (véase lo que se ha expuesto de la figura 7, arriba) se almacenan en memoria de la RF hasta que se hayan recibido las muestras I y Q procedentes de la otra mitad de la apertura. A medida que las muestras procedentes de la segunda mitad de la apertura se reciben el sumador 424 las combina con sus espacialmente correspondientes contrapartidas. El tamaño de esta memoria se mantiene en un mínimo al almacenar las señales de apertura después del filtrado de decimación, el cual reduce el tamaño de la memoria que se requiere para guardar las muestras de las señales de la línea de exploración.

Después de que las muestras I y Q correspondientes a la apertura completa se han formado, las muestras eco se acoplan desde el sumador 424 a un circuito 428 de detección y compresión. Este circuito incluye dos registros de desplazamiento y un multiplicador dispuestos para formar un procesador CORDIC, para llevar a cabo la detección de la envolvente de la forma (I^{2} + Q^{2})^{1/2}. Véase, por ejemplo,"La Técnica de Computación Trigonométrica", por J.E.Volder, IRE (Instituto de Ingenieros de la Radio), en Computadores Electr. (Sept. 1959). La señal detectada se comprime y se reduce a escala para representar las señales detectadas en una gama que se desee de niveles grises de visualización.

A continuación de la representación de la detección y compresión las señales de la escala de grises se filtran contra bajas frecuencias en el filtro FIR 32, luego se guardan en la memoria 430 de cuadros de imagen. Si el modo de exploración seleccionado utiliza un solo punto focal de transmisión las señales de la escala de grises se transmiten al ASIC de extremo trasero 40 para la conversión de la exploración. Antes de dejar el ASIC 40, las señales de la escala de grises se pueden promediar en cuadros por medio de un filtro 436 de respuesta infinita a los impulsos (IIR) el cual utiliza la memoria de cuadros de imagen 430 como una memoria tampón de los cuadros e incorpora un multiplicador y dos sumadores para llevar a cabo el promediado de cuadro a cuadro de la forma

F_{out} = (1-\alpha) F_{out-1} = \alpha F_{new} = F_{out-1} + \alpha(F_{new} - F_{out-1})

en la que el coeficiente multiplicador es \alpha. Si el coeficiente es un número binario (por ejemplo, 0,5, 0,25, 0,125), F_{out} se puede obtener con una operación de adición-desplazamiento-adición.

Si se usan varias zonas focales cada segmento de línea de exploración que se reciba se guarda en la memoria RF 420 hasta que todos los segmentos de la línea de exploración procedentes de toda la profundidad de visualización se hayan recibido. Es preferible que los segmentos de la línea de exploración para una zona focal completa se adquieran antes de transmitir y recibir segmentos procedentes de otra zona focal. Cuando todos los segmentos para una línea de exploración se han adquirido, entonces cada línea de exploración completa se extrae de la memoria y se filtra con el filtro FIR 432, lo cual suaviza los márgenes entre segmentos para obtener una imagen más agradable libre de artefactos.

Si tanto el enfoque de varias zonas como la apertura sintética se usan, los segmentos de la línea de exploración de las dos mitades se reciben en la zona focal completa y se montan en la memoria RF 420. Entonces los correspondientes segmentos de la línea de exploración se reciben desde otras zonas focales y se unen con los segmentos procedentes de la primera zona focal recibida. Luego el filtro FIR 432 filtra las líneas de exploración completadas para suavizar los márgenes entre segmentos.

El usuario puede elegir procesar la imagen de la escala de grises con determinadas características que realcen la imagen, tales como el filtrado en función de la profanidad o la reducción de máculas, tal como la técnica de la mezcla de frecuencias que se describe en la patente de los EE.UU. 4.561.019. Estas técnicas opcionales de proceso necesitan el uso de los filtros 412 y 414 para el filtrado independiente de pasos de banda de las señales de la línea de exploración y la detección del valor absoluto en lugar de la detección de la cuadratura. En caso del filtrado en función de la profundidad las señales eco recibidas se multiplican por funciones cosenoidales en los dos filtros 412 y 414, pero con coeficientes elegidos de forma que un filtro produzca señales de salida en el paso de banda alta y el otro produzca señales de salida en el paso de banda baja. Las señales de salida producidas por los dos filtros tienen la forma I_{1}= h_{1}(t)cos\omega_{H}t e I_{2}=
h_{2}(t)cos\omega_{H}t. Estas dos señales de salida se amplifican en las etapas de ganancia 416 y 418 por medio de funciones de control de la ganancia cronovariables. Las señales I_{1} de paso de banda de alta frecuencia se amplifican inicialmente con mucha fuerza, luego se baja la ganancia a medida que las señales eco se reciben de las profundidades en aumento a lo largo de la línea de exploración. De manera complementaria, las señales I_{2} de paso de banda de baja frecuencia están, al inicio, en un nivel bajo, luego se amplifican de una manera en aumento con la profundidad a medida que la ganancia de alta frecuencia se va atenuando. De este modo, las señales en profundidades someras exhibirán una banda de paso relativamente alto, y las señales procedentes de profundidades mayores pasarán a través de un paso de banda más baja que reduce el ruido de alta frecuencia en las profundidades mayores. La detección del circuito 428 en el procesador CORDIC se realiza por la detección del valor absoluto elevando I_{1} e I_{2} al cuadrado y sumando luego los resultados. A continuación de la suma las señales se comprimen en escala logarítmica a la característica de representación en escala de grises que se desee. De forma alternativa, las señales pasadas por pasos de banda independientes se suman por medio del sumador 424, luego se detectan mediante la detección del valor absoluto en la circuitería 428 de detección y compresión y se representan.

Los mismos procesadores se pueden usar para facilitar la reducción de máculas por medio de la mezcla de frecuencias. Los coeficientes de uno de los filtros 412, 414 se eligen para filtrar las señales recibidas por un paso de banda de alta frecuencia, y los coeficientes del otro filtro se eligen para filtrar las señales recibidas por un paso de banda de baja frecuencia contiguo. Los coeficientes de las etapas de ganancia 416, 418 se eligen para igualar las respuestas de los dos pasos de banda. Las señales de los pasas banda alta y baja se acoplan a la circuitería de detección y compresión donde los pasos de banda se detectan por separado por medio de la detección del valor absoluto que se describe arriba, luego las señales detectadas se comprimen a valores logarítmicos hasta la característica de representación de escala de grises que se desee y se suman sobre una base espacial.

El procesado de las señales eco doppler para la visualización doppler activa (CPA) se muestra en la figura 8 junto con el diagrama de bloques de la figura 12. Cada vector se explora de manera repetitiva, por ejemplo, ocho veces, para montar un conjunto de información doppler a lo largo del vector. Cada línea de exploración que se reciba de señales eco se normaliza por medio del circuito de normalización 410 y sufre el filtrado de paso de banda de decimación en el filtro 412. Cada línea de exploración del conjunto se guarda en la memoria RF 420 hasta que el conjunto completo se haya acumulado. El multiplexor 422 acopla las líneas de exploración de cada conjunto al filtro 414 de cuatro multiplicadores, el cual realiza el filtrado mural y el cálculo del doppler activo por medio del filtrado de matrices. El filtrado mural se lleva a cabo por la selección de coeficientes multiplicadores apropiados y el filtrado matricial es de la forma

1

en la que x_{1}... x_{n} son señales, espacialmente alineadas, procedentes del conjunto de líneas de exploración e y_{1}... y_{n} son valores doppler de salida. En una realización preferida se usa un filtro de cuatro multiplicadores para el filtrado matricial y el filtrado se lleva a cabo en secuencia y en incrementos. Los productos intermedios se acumulan como se describe arriba, extendiendo, de esta forma, la longitud del filtro. Por ejemplo, al procesar la matriz anterior con un filtro de cuatro multiplicadores, los productos intermedios a_{11}x_{1} + a_{12}x_{2} + a_{13}x_{3} + a_{14}x_{4} se forman, al principio, y se suman en el acumulador. Luego, los multiplicadores forman los productos a_{15}x_{5} + a_{16}x_{6}+ a_{17}x_{7} + a_{18}x_{8} y se suman en el acumulador con los productos intermedios calculados antes. Acumulando los productos intermedios de esta manera los cuatro multiplicadores y el acumulador se pueden extender hasta un filtro con la longitud que se desee, restringida sólo por el tiempo máximo disponible para el procesado. Los valores doppler se acoplan a la circuitería de detección y compresión 428 por medio de la etapa de ganancia 418 y el multiplexor 426, donde la amplitud de la señal doppler, en cada situación eco a lo largo de la línea de exploración, se detecta por la detección del valor absoluto de la forma

y = \sum\limits^{1-n}_{n} y_{n}{}^{2}

Los valores doppler y se comprimen entonces y se reducen a escala usando el procesador CORDIC de la circuitería de detección y compresión 428.

Una vez que los valores de la amplitud de las señales doppler se han detectado y filtrado por el filtro FIR 432, los valores resultantes se almacenan espacialmente y los ecos parásitos de la imagen se eliminan con el procesador 434 de supresión de destellos, el cual elimina las grandes variaciones de cuadro a cuadro en las señales visualizadas. Una técnica preferida para el proceso de supresión de los destellos es el filtrado de mínimos y máximos según se muestra en el esquema detallado de la figura 9. El filtrado de mínimos y máximos, una clase de filtrado morfológico, se lleva a cabo en señales temporales procedentes de una secuencia de cuadros de imagen doppler. En la figura 9 se ilustra el procesado de datos temporales en una situación de volumen de muestra particular, con el cuadro que se está procesando identificado como cuadro F_{n-1}. Cuando la señal doppler de un nuevo cuadro F_{n} se recibe, se compara con el valor del cuadro F_{n-1} y un selector 630 del valor mínimo selecciona el valor mínimo de los dos. Este valor mínimo se expresa como Min_{1}(F_{n}, F_{n-1}). Este valor mínimo Min_{1} se compara con el valor mínimo antes seleccionado Min_{2}(F_{n-1}, F_{n-2}) el cual está almacenado en la memoria tampón A de la imagen, y un selector 636 del valor máximo selecciona el máximo de estos dos valores. Por lo tanto, el selector 636 selecciona el máximo de dos valores mínimos al que se denomina valor máximo entre mínimos. El valor máximo entre mínimos se substrae del valor de la señal doppler del cuadro actual F_{n-1} por medio del substractor 638. Un comparador 640 compara esta diferencia con un umbral Td de excursión de la señal. Si la diferencia sobrepasa el umbral T, el comparador produce el valor máximo entre mínimos del valor de la señal doppler del cuadro actual. Si la diferencia no sobrepasa el umbral T se usa el valor F_{n-1} del cuadro actual. Cuando se ha realizado esta selección, el valor Min_{1} se engancha dentro de la memoria tampón A de la imagen, en lugar del valor anterior Min_{2}, un nuevo marco F_{n} se engancha en la memoria tampón B de la imagen, y el proceso continúa para las demás situaciones del volumen de la muestra en el cuadro actual, y luego en el cuadro siguiente.

Este proceso se puede comprender considerando la secuencia siguiente (1) de valores de señales doppler que, en el tiempo, se reciben de una situación dada del volumen de la muestra:

(1)0, 1, 2, 15, 7, 4, 8, 5, 7, 25, 8

donde el primer valor 0 es del cuadro F_{n} y el segundo valor es del cuadro F_{n-1}. Cuando se examinan pares de valores consecutivos se examinan para determinar el mínimo de los dos, resulta la secuencia siguiente (2) de valores mínimos:

(1)0, 1, 2, 15, 7, 4, 8, 5, 7, 25, 8

(2)0, 1, 2, 7, 4, 4, 5, 5, 7, 8

Esto demuestra que el mínimo de los dos primeros valores de la secuencia (1), 0 y 1, tiene un valor mínimo de 0, que es el primer valor de la secuencia (2). El segundo y el tercer valores de la secuencia (1), 1 y 2, tienen un valor mínimo 1, el segundo valor de la secuencia (2). El tercero y el cuarto valores de la secuencia (1), 2 y 15, tienen un valor mínimo 2, el tercer valor de la secuencia de valores mínimos (2). Entonces los valores secuenciales de la secuencia de valores mínimos (2) se comparan para determinar el máximo de los dos según se muestra por la secuencia de máximos entre mínimos (3):

(1)0, 1, 2, 15, 7, 4, 8, 5, 7, 25, 8

(2)0, 1, 2, 7, 4, 4, 5, 5, 7, 8

(3)1, 2, 7, 7, 4, 5, 5, 7, 8

Así, se ve que los dos primeros valores de la secuencia de valores mínimos, 0 y 1, tiene un valor máximo de 1, el primer valor de la secuencia de máximos entre mínimos. Los valores mínimos 1 y 2, tienen un valor máximo de 2, los valores mínimos 2 y 7, tienen un valor máximo de 7, etc.

Se ve, por la secuencia de máximos entre mínimos (3) que la repentina excursión del cuarto, séptimo y décimo valores de la primera secuencia, 15, 8 y 25, se han eliminado en la secuencia de máximos entre mínimos. En la realización ilustrada la diferencia entre el valor actual y el valor máximo entre mínimos se compara con un umbral y se usa el valor máximo entre mínimos si la diferencia sobrepasa el umbral. En este ejemplo numérico esta diferencia es la diferencia entre la primera y la tercera secuencias. Si, por ejemplo, el umbral que se usa es 6, cada una de las excursiones de 15 y 25 reemplazaría a los valores máximos entre mínimo en la salida del procesador. En todos los demás casos se utilizarían los valores originales.

El procesado de máximos entre mínimos-máximos según se describe arriba seguirá a las señales doppler recibidas para determinar las variantes de las señales dentro de intervalos esperados, pero substituirá a los valores máximos entre mínimos para suavizar las excursiones bruscas de señales, según se muestra en la figura 10. La figura 10a muestra una secuencia 650 de valores de señales en una situación dada de una imagen doppler. La secuencia 650 está contaminada por excursiones bruscas 642, 644 y 646 que son artefactos procedentes del destello (movimiento del cabezal de exploración) o otras fuentes de ruido. El filtro de máximos entre mínimos de la figura 9 substituirá a los valores máximos entre mínimos en lugar de estas excursiones indeseadas, según se ilustra por la secuencia de señales sólidas 650 debajo de las excursiones indeseadas en la figura 10b. Con las excursiones indeseadas reemplazadas por valores máximos entre mínimo, la secuencia del nivel de señales 650, la cual se procesa para visualización, es la que se muestra en la figura 10c. Una ventaja de este procesador es que es eficaz sólo para excursiones positivas. Los picos y valles locales, que representan las variaciones locales temporales de la potencia doppler, se preservan por medio de esta técnica de filtrado.

La memoria de cuadro de imagen 430 es capaz de almacenar un cuadro de escala de grises o un cuadro doppler activo. El filtro IIR 436, que realiza el promediado de cuadros sobre una base de punto a punto, según se describe arriba, puede, temporalmente, filtrar cada cuadro. Luego la información de la imagen temporalmente filtrada se proporciona al ASCI de extremo trasero 50 para la conversión y visualización de la exploración.

Las secuencias de funcionamiento del ASIC 40 de procesamiento de señales digitales para el procesado en modo B (bidimensional) de las señales eco y doppler, respectivamente, están esquematizadas en los esquemas funcionales de las figuras 11 y 12, respectivamente. El número en cada bloque de diagrama de bloques de las figuras 11 y 12 se refiere al procesador numerado en el diagrama de bloques del ASIC de la figura 8.

La memoria de cuadro de imagen 430 del ASIC de procesamiento de señales digitales comparte una arquitectura y una tecnología de implementación comunes con la memoria tampón del ASIC de extremo trasero que se expone más abajo. Para aprovechar esta comunalidad y la eficacia resultante en la fabricación y densidad del ASIC, la memoria de cuadro de imagen 430 y su asociado procesador 434 de supresión del destello, y el filtro 436 se pueden ubicar en el ASIC de extremo trasero 50, segmentado, de esta manera, el ASIC del procesado de señales digitales y el ASIC de extremo trasero en la salida del filtro FIR 432.

Con referencia a la figura 13, en ella se muestra el diagrama de bloques del ASIC de extremo trasero 50. Las líneas de exploración procesadas en modo B por el ASIC 40 procesador de señales digitales se acoplan a una memoria tampón 510 que almacena dos líneas consecutivas de exploración para conversión de la exploración. Con el fin de economizar en el área de los circuitos integrados, en los requisitos de energía y en la disipación del calor que se necesitan para la función de conversión de la exploración se emplean un algoritmo de interpolación linear directa y una simple técnica de conversión que sólo requiere sumadores y acumuladores para el direccionamiento. En el caso del uso de un transductor de antena direccional curvada 10, como se muestra en la figura 1, el sector 560 explorado según se muestra en la figura 14 se ha convertido para exploración de la manera siguiente: en la figura 14 las líneas de exploración radiales del sector 560 se convierten en las coordenadas x, y de una memoria tampón de cuadro 530 de figura 13, cuyos límites se definen en D_{x} y D_{y} en la figura 14. Las líneas de exploración radiales del sector 560, una de las cuales se muestra en el vector V, emanan del punto vértice virtual 564. Con una antena direccional curvada no hay punto de datos alguno entre el vértice virtual y la línea pelicular (situación del transductor) 562, aunque con un cabezal de exploración de la antena direccional faseada el vértice estaría dentro del área de imagen D_{x}, D_{y}. En el caso de una antena direccional lineal no hay vértice y las líneas paralelas de exploración y las líneas interpoladas se registran simplemente dentro de la memoria tampón del marco 530. En el ejemplo siguiente se describe la conversión de exploración de las antenas direccionales más complicadas para la conversión de exploraciones, la antena direccional curvada 10. Partiendo de este ejemplo la conversión de las exploraciones con otros formatos de red resultará evidente.

En la figura 14 las líneas de exploración se definen por medio de coordenadas polares R, \theta, las cuales se tienen que convertir en las coordenadas x_{s}, y_{s} de la pantalla de visualización. Las coordenadas polares tienen un origen en el punto del vértice 564, mientras que las coordenadas de pantalla tienen un origen (0,0) en el centro superior del área de visualización. El origen de la coordenada de pantalla está desviado del vértice la distancia y_{o} en el sentido y, y se encuentra en el centro superior del área de imagen D_{x},D_{y}. En el caso de la antena direccional curvada no hay punto alguno de datos válidos a lo largo del radio inicial del segmento de curvatura R_{oc} de cada vector V. Más allá de la distancia inicial R_{oc} (la cual se encuentra debajo de la línea pelicular 562) existen datos válidos del eco y estarán localizados en la dirección apropiada en la memoria 530 del convertidor de la exploración. El punto al final del vector V, en la figura 14, tiene, por ejemplo, coordenadas polares de R,\theta que se tienen que convertir a las coordenadas de pantalla x_{s},y_{s} y localizarse en la dirección de la memoria del convertidor de exploración.

Antes de la conversión de exploración se usan las dos líneas de exploración guardadas en la memoria tampón 510 de dos líneas para interpolar un número de líneas de exploración interlineadas. Se ha descubierto que un esquema de interpolación lineal \alphaL_{1}+(1-\alpha)L_{2}, según se muestra en la figura 15, produce resultados satisfactorios. La expresión de implementación preferida es L_{2} + \alpha(L_{1}-L_{2}) lo que sólo requiere un único multiplicador. En el ejemplo de la figura 15 se han interpolado siete líneas de exploración entre cada par de líneas de exploración recibidas L_{1} y L_{2}. La línea de exploración ilustrada L_{1} está en el límite radial del sector 560. Las líneas de exploración interpoladas en sentido radial hacia fuera desde la línea de exploración límite (a la izquierda del dibujo) se producen por la evaluación de los valores de datos en la línea de exploración L_{1} por las ponderaciones de 7/8, 3/4, 5/8, 1/ 2, 3/8, 1/4 y 1/8 según se muestra a la izquierda de la línea de exploración L_{1} en la figura 15. Las líneas de exploración interpoladas entre pares de líneas de exploración son combinaciones ponderadas de tanto L_{1} como L_{2}, según se muestra por los valores ponderados de 7/8L_{1}+1/8L_{2}, 3/4L_{1}+1/4L_{2}, etc. La interpolación se realiza tomando un valor de datos a lo largo de la línea de exploración, tal como R_{1}, evaluándole por medio de un factor de ponderación, tal como 7/8, y añadiéndole luego a un punto de datos R_{1}, evaluado complementario y espacialmente correspondiente, procedente de la siguiente línea de exploración. La interpolación continúa de esta manera hacia abajo de la línea de exploración hasta que se termine, luego se interpola la siguiente línea de exploración. A medida que las líneas de exploración interpoladas se van produciendo se colocan enseguida dentro de la memoria tampón del cuadro 530.

La figura 13 muestra la memoria tampón 510 de dos líneas que contiene las dos líneas de exploración L_{1} y L_{2} mientras que el interpolador de líneas 512 usa las líneas de exploración almacenadas en la memoria tampón para producir líneas de exploración interpoladas. Las evaluaciones para el proceso de interpolación están aportadas por la memoria 522 de ponderación de la interpolación de líneas del regulador 520 de conversión de la exploración. Cuando las líneas interpoladas intermediarias se han producido, la línea de exploración más antigua en la memoria tampón de dos líneas 510 se reemplaza por una línea de exploración adyacente nueva. Como las situaciones que almacenan las dos líneas de exploración en la memoria tampón 510 se actualizan de manera alternativa, las evaluaciones usadas para la línea de exploración retenida se usan, sencillamente, en el intervalo siguiente, en orden inverso. Por ejemplo, en la figura 15 se ve que la línea de exploración L_{2} se evalúa en el intervalo entre las líneas L_{1} y L_{2} con coeficientes de ponderación que aumentan desde 1/8 hasta 7/8. Después de que la línea L_{1} se reemplaza con la línea siguiente L_{3}, la línea de exploración L_{2} se evalúa en el orden inverso, bajando desde 7/8 hasta 1/8 en el intervalo siguiente. Esto evita la necesidad de tener que mover la línea de exploración retenida desde un área a la otra dentro de la memoria tampón 510; sólo es necesario reemplazar la línea de exploración más antigua con una
nueva.

De ello se infiere que las líneas de exploración recibidas se pasan por el interpolador de líneas 512 sin cambio en los tiempos apropiados en la secuencia de líneas de exploración.

A medida que las líneas de exploración se van produciendo en la salida del interpolador de líneas 512 los valores de sus datos se van convirtiendo para exploración a las situaciones de almacenamiento en la memoria tampón del cuadro 530 de la manera siguiente: las coordenadas polares de las líneas de exploración radiales están relacionadas con las coordenadas rectangulares de la memoria 530 por

: x = Rsen\theta e

: y = Rcos\theta.

en la que R es la distancia radial a lo largo de un vector que se extiende en un ángulo \theta con respecto al eje de Y en la figura 14. Despejando R y substituyendo esta solución de R en la expresión correspondiente a x se tiene

: R = y/cos\theta y

: X = ytan\theta

Estas expresiones se usan para incrementar los valores en los acumuladores R, x_{s}, e y_{s} para aportar direccionamiento sencillo a la conversión de la exploración.

Cuando el interpolador de líneas comienza a dar salida a la línea de exploración, los datos de línea de exploración procedentes de las direcciones R a lo largo de la línea de exploración se almacenan en la memoria tampón 530 en las direcciones x_{s},y_{s}. El almacenamiento de datos comienza en la primera línea (y=1) del área de memoria D_{x}, D_{y} y continúa en secuencia bajando por las filas de la memoria. De esta manera el acumulador y_{s} sencillamente acumula los valores de números enteros empezando en 1. El acumulador R se inicializa a un valor de y_{o}cos\theta, que equilibra la dirección de la primera línea de exploración desde el vértice de las líneas de exploración hasta la muestra de la línea de exploración que esté alineada con la primera fila de la memoria en la figura 14. La dirección x_{s} para la memoria 530 se inicializa a un valor de y_{o}tan\theta, el punto a lo largo de la primera fila de la memoria que intersecciona el vector V de R, \theta en la figura 4. Un dispositivo de almacenamiento de inicialización 526 proporciona los valores y_{o} para los valores de inicialización.

Partiendo de estos valores de arranque el acumulador R que direcciona al interpolador de líneas 512 se incrementa en una constante 1/cos\theta para, en secuencia, escalonar en secuencia, partiendo de un valor de línea de exploración R, \theta que se tiene que almacenar hasta el siguiente. El acumulador y_{s}, el cual direcciona la memoria tampón del cuadro 530 se incrementa en valores enteros y el acumulador x_{s}, para la memoria 530, se incrementa en una constante 1/tan\theta par escalonar cada nueva dirección de almacenamiento de la memoria tampón del cuadro.

En el proceso de conversión de la exploración hay dos etapas más implicadas. Una es la verificación de las direcciones R en comparación con una constante para la línea de exploración que responde al radio de curvatura R_{oc} de la antena direccional de transductores. Según se muestra en la figura 14, las líneas límites de exploración de la periferia más exterior del sector 560 arrancan de la fila superior del área de visualización D_{x}, D_{y}, pero todas las demás líneas de exploración de la antena direccional curvada arrancan por debajo de la parte superior debido a la curvatura de la antena direccional. Para explicar esto, se calcula una excentricidad, debido a la curvatura para cada línea de exploración en unidades de la dirección R. A media que el acumulador de direcciones R produce sus direcciones iniciales R estas se comparan con la excentricidad R_{oc} calculada. Las direcciones R, producidas por el acumulador de direcciones R, se ignoran hasta que la primera dirección R que exceda a la R_{oc}, desde la que los valores de los puntos de datos de la línea de exploración se almacenen en la memoria 530.

Otra etapa que se lleva a cabo antes que los valores de datos de la línea de exploración se inscriban dentro de las situaciones de direcciones seleccionadas de la memoria 530 consiste en verificar si un valor de datos se ha registrado antes en la situación de la dirección seleccionada. Cuando cada cuadro de imagen se convierte para exploración se usa una representación de un bitio de bitios b_{e}, correspondientes a las situaciones de dirección en la memoria tampón del cuadro. Cuando se inscribe un valor nuevo en una situación en la memoria, el bitio b_{e} correspondiente a esa situación de dirección se establece, indicando que en la memoria para ese cuadro se ha introducido un valor de datos. Si una conversión de exploración de otra línea de exploración durante ese cuadro direcciona la misma localización de memoria, el bitio b_{e} dice al controlador de inscripción 528 que ya se ha introducido un valor de datos en la situación correspondiente a ese cuadro. Esto hará que el controlador de acceso de escritura anule la entrada de nuevos datos, o que sobrescriba los valores de datos almacenados antes, dependiendo del protocolo elegido por el usuario o del diseñador de la regulación de la exploración. El convertidor de exploración puede utilizar un protocolo que reemplace a los valores de datos que se han entrado antes con otros nuevos, o sólo entrar el primer valor de datos e ignorar todos los valores posteriores. Otro protocolo es sobrescribir los valores antiguos con valores nuevos a medida que las líneas de exploración proceden desde la periferia hacia el centro de la imagen, para después introducir el primer valor que se encuentre y rechazar los valores siguientes correspondientes a las líneas de exploración procedentes del centro de la imagen hacia la periferia. En una realización preferida el protocolo consiste en, sencillamente, introducir el primer valor de datos correspondiente a cada situación de la memoria e ignorar los intentos siguientes para sobrescribir la situación de nuevos datos.

Cuando todas las líneas de exploración se han grabado en la memoria 530 la representación de los bitios b_{e} contiene todos. Durante el encuadre de la imagen siguiente estos bitios se invierten a ceros a medida que los valores de datos correspondientes a los nuevos cuadros se van grabando en las situaciones de almacenamiento de la memoria. De este modo no hay necesidad alguna para reponer la representación del bitio b_{e} entre cuadros; se usan valores complementarios del bitio b_{e} para representar las entradas de datos correspondientes a sucesivos cuadros de imagen.

El funcionamiento del proceso de conversión se ilustra en la figura 16, donde se ven dos vectores de línea de conversión V_{\theta0} y V_{\theta45} que se extienden desde la antena direccional curvada de transductores 10. Se muestra una matriz de bloques para representar espacialmente situaciones de memoria en la memoria tampón 530 del convertidor de líneas de exploración. La línea de exploración V_{eO} se extiende desde el centro de la antena direccional y es ortogonal a la matriz de la memoria y se identifica extendiéndose en un ángulo \theta = 0º. Cuando las muestras de datos de la línea de exploración se hayan limitado de banda en el ASIC 40 procesador de señales digitales, según se describe arriba, las muestras que se detecten a lo largo del vector de la señal de exploración caerán en secuencia dentro de situaciones consecutivas de memoria en una columna de la memoria 530. Esto se muestra con los valores consecutivos R_{2}, R_{3}, R_{4}, R_{5} y R_{6} de la línea de exploración R, en las direcciones y consecutivas 2 a 6. Si los datos de la línea de exploración no se han limitado en banda para que se acoplen a la anchura de banda de la visualización, cierto número de muestras intermedias se pasarán por alto a medida que el acumulador 524 de la dirección de R se incremente de una fila a otra. Los datos de la línea de exploración se pueden así graduar a escala durante la conversión de exploración si no se han graduado antes en su procesado.

La otra línea de exploración en el vector V_{045} se extiende en un ángulo de 45º con respecto al primer vector. En esta angulación se ve que hay más muestras que bloques (situaciones) en la matriz de la memoria a lo largo del vector de la línea de exploración. Las filas de la matriz de la memoria se direccionan en valores enteros de y desde 2 hasta 6 sobre el intervalo de la línea de exploración que se muestra en el dibujo. Las direcciones x de la memoria se incrementan por la constante de ytan\theta para cada fila y, usando la tangente tan 45º del ángulo de la línea de exploración. Esto resulta en una secuencia de direcciones x del 7 al 11 para la parte de la línea de exploración V_{045} que se muestra en el dibujo. Las direcciones de R a lo largo de la línea de exploración se incrementan con la constante y/cos\theta, según se han indicado arriba, y las cantidades fraccionales se truncan para producir las direcciones R seleccionadas que se muestran con círculos sólidos. Se ve que el valor R_{4} no se usa, y los valores R de R_{5} y R_{6} están almacenados en las direcciones x, y de 7,2 y 8,3. El valor R_{7} se pasa por alto y los tres valores R siguientes, R_{8},R_{9} y R_{10} se almacenan en las filas 4, 5 y 6. El siguiente valor R, R_{11} se pasa por alto antes de que el valor de la línea de exploración se almacene en la fila siguiente. Se ha descubierto que el truncado de la parte fraccional del valor R elegirá el valor R más exacto de la línea de exploración, es decir, dentro de una tolerancia de un píxel, para cada situación dentro de la memoria del convertidor de líneas de exploración.

Cada situación de memoria en la memoria tampón 530 del cuadro almacena un valor de datos procedentes de una línea de exploración ultrasónica recibida o interpolada y dos bitios adicionales. De estos dos bitios adicionales uno se destina para identificar si el valor de los datos almacenados es un valor de datos en blanco y negro o en color; un 0 identifica que el valor de los datos en un píxel en blanco y negro y un 1 identifica que el valor de los datos es un píxel en color. Cuando este bitio se destina para un píxel en color el valor de los datos en el píxel accede a una tabla de consulta 532 de representación en color, la cual selecciona los valores correctos rojo (R), verde (G) y azul (B) de la señal para la visualización. Un valor 0 resulta en una visualización del valor de datos como un píxel de nivel gris. El segundo bitio adicional, que se ha mencionado arriba, es el bitio b_{e} que representa las entradas de los valores de datos en la memoria para cada cuadro de imagen. El circuito de control de escritura 528 lee el bitio b_{e} para determinar si se tiene que escribir un nuevo valor de datos en la memoria de acuerdo con el protocolo usado por el convertidor de exploración.

El cuadro del convertidor de exploración, en la memoria tampón 530, se lee desde la memoria después de que el cuadro se haya montado. Los pixels de color buscan los valores R, G y B en la tabla de consulta 532 del mapa en color, los cuales se pasan luego a un procesador de vídeo 550. Los pixels de la escala de grises se pasan directamente al procesador de vídeo. En el procesador de vídeo, la imagen ultrasónica se recubre con gráficos procedentes de la memoria tampón de recubrimiento con gráficos 540. Esta información gráfica puede comprender la hora, la fecha, la identificación del paciente, los graduadores, los contornos de la ventana doppler, los cursores, y otra información gráfica útil para el usuario. Entonces la imagen ultrasónica y su información gráfica se pueden producir en forma de señal de salida para un visualizador. Es posible una variedad de formatos de señales de salida, incluyendo el formato de vídeo NTSC, el formato PAL, o el formato RGB. Las señales de salida se producen en una salida de convertidor digital a analógico del procesador de vídeo 550 y pueden ser señales portadoras de banda de base o moduladas. Estas señales pueden accionar el propio visualizador de LCD 60 de la unidad, o se producen en un terminal de salida para un monitor externo, separado. La unidad incluye una memoria de vídeo 552 para el almacenamiento y reproducción en el Cineloop de una secuencia de imagen en tiempo real que el usuario designe para almacenamiento y reproducción.

La imagen ultrasónica producida por el sistema de mano puede ser una imagen de escala de grises en modo B, una imagen doppler activo, una combinación de la información de la imagen de la escala de grises y del doppler activo, o una imagen de doppler activo tridimensional. Cuando se produzca una imagen combinada de escala de grises y doppler activo el usuario designará una ventana de subsector dentro del sector completo sobre el cual las señales doppler activo se recogerán y visualizarán. Tal subsector 602a se ilustra como subsector sombreado en el sector 600 de la figura 17a. El subsector 602a se puede extender por completo desde la parte superior hasta la inferior del sector 600, según se ilustra en la figura 17a en cuyo caso las líneas de exploración del subsector serán líneas doppler activo, y las líneas de exploración a cada lado del subsector 602a, tales como los grupos de líneas indicados en 604, se producen como líneas de la escala de grises. En la realización preferida la altura de la ventana del subsector del doppler activo también es controlable por el usuario para permitir que el subsector esté ribeteado en todos los lados por información de la imagen de la escala de grises, según se muestra en el subsector 602b de la figura 17b. Además la información del doppler activo se mezcla con la información de la escala de grises en modo B encima del área de la ventana del subsector. Esto se muestra en la figura 18 y con referencia a la figura 13. A medida que las líneas de exploración de la información doppler activo encima del área del subsector se van recibiendo, las señales del doppler activo se almacenan en una memoria 502 del doppler activo tridimensional. Cuando las líneas de exploración de los datos del modo B, que se superponen al subsector, se reciben, estas líneas de exploración se aplican al circuito de mezcla 504. Las señales del doppler activo, espacialmente coincidentes, se aplican al circuito de mezcla al mismo tiempo, y los datos de la línea de exploración, que son una mezcla de la información de tanto el doppler activo como de la escala de grises, se producen mezclando los datos juntos. Dos de tales líneas de exploración recibidas y mezcladas se muestran en la figura 18, en las líneas \theta_{i} y \theta_{i+1}. Tal como muestran estas líneas, la parte (campo cercano) superior 610 de cada línea y la parte (campo lejano) inferior 612 de cada línea sólo comprenden datos de la escala de grises. En la parte intermedia 614 de cada línea recibida, la información de la escala de grises y la información del doppler activo se mezclan la una con la otra. Por ejemplo, si la información del doppler activo se tiene que visualizar en un color rojo oscuro y la información de la escala de grises se tiene que visualizar con diferentes niveles de brillo, la mezcla de estos dos tipos de información podría resultar en un color rojo brillante, un color rojo atenuado, un color rosa claro, o una combinación de una variación dosificada del color rojo y un nivel del brillo. A medida que la información de las líneas de exploración se va mezclando las líneas mezcladas se envían a la memoria tampón de dos líneas 510 para la interpolación de las líneas intermedias de exploración y la conversión de la exploración. Las líneas interpoladas, tal como la línea de exploración interpolada 620, se producen entre medias de dos líneas de exploración recibidas, de la manera que se muestra en la figura 15. Así, la región mezclada de cada línea, cuando las líneas se convierten para exploración y se visualizan adyacentes entre sí, llevará información tanto sobre la corriente sanguínea como la estructura del tejido de la región del cuerpo representada en el subsector 602 del doppler activo.

Un refinamiento del margen de la imagen merece la pena que se cite. Para llenar, de forma correcta, el área de la imagen cuando la información de la línea de exploración doppler se ha recubierto en la información de la línea de exploración de la escala de grises, el principio del área de información doppler se tiene que recubrir encima de la última línea de la escala de grises. Cuando el área de la línea de exploración doppler se haya completado la última línea de exploración doppler se cubre con la primera línea de exploración del resto la parte de la escala de grises de la imagen.

El sistema ultrasónico de mano de la presente invención es capaz de presentar imágenes doppler activo en un formato de vista de proyección tridimensional. Para la presentación tridimensional se explora una secuencia de cuadros de imagen de doppler activo, espacialmente consecutivos y aproximadamente paralelos, y las líneas de exploración que se reciban se almacenan en la memoria 502 del doppler activo tridimensional. Los cuadros en la secuencia no se convierten para exploración y se archivan de manera individual, ya que esto requeriría un área de almacenamiento considerable para las imágenes convertidas para exploración con sus líneas de exploración interpoladas. En cambio, las líneas de exploración de la secuencia de cuadros se convierten para su exploración de forma repetitiva para cada ángulo de visión de la imagen de proyección tridimensional. Cuando cada cuadro se convierte para exploración se traduce inmediatamente en imágenes tridimensionales de ángulos de visión de incrementos diferentes para presentar una imagen tridimensional de un volumen del cuerpo que parece que está girando alrededor de uno o más de sus ejes.

A título de ejemplo, supongamos que se adquieren seis cuadros paralelos de imagen en profundidades en aumento de manera incremental en la dirección z. La figura 19 ilustra estos cuadros de imagen cuando se alinean en paralelo con la dimensión z que se extiende dentro del dibujo. Por lo tanto, los cuadros de imagen están alineados por completo de forma que sólo el cuadro de imagen superior 700 está visible; los demás cuadros de imagen 702 a 710 se encuentran detrás del cuadro de imagen 700. Cada cuadro de imagen incluye un sector de imagen 712, uno de los cuales está visible en la parte superior de la figura 19.

Supongamos ahora que los cuadros de imagen 700 a 710 de la figura 19 se giran alrededor de un eje centroide y, según se muestra en la figura 20. Los bordes de los cuadros obscurecidos 702 a 710 llegan ahora a estar visibles debido a la rotación. La rotación desplaza la orientación del eje z hacia una dirección girada z_{\theta}. En un sistema ultrasónico de mano de la presente invención se forma una imagen de proyección tridimensional de este juego de imágenes, proyectadas como si la persona que mira está viendo los planos de la imagen a través de una ventana de visión 720 y en un ángulo de visión 722. Se ve que el sector 712 se ha llegado a comprimir en su dimensión x cuando se le ha girado, según se ilustra por medio del sector 712 de la figura 20, lo que permite que las técnicas de conversión de la exploración de la patente de los EE.UU. 5.485.842 se empleen para proporcionar una presentación tridimensional. De acuerdo con la presente invención la aportación tridimensional se hace dirigiendo los datos del cuadro planar por medio de la acumulación eficiente de constantes de dirección en los acumuladores.

Para facilitar la ilustración se dará un ejemplo de procesado tridimensional para la rotación alrededor del eje de la Y. Esto significa que una señal convertida para exploración tendrá las mismas coordenadas de la fila y cuando el juego de cuadros de imagen se gira un ángulo \theta, o y_{e} = y. Las demás coordenadas se expresan en forma de matriz como sigue:

2

en la que z_{\theta} y x_{\theta} son las coordenadas x e y en el sistema de coordenadas girado \theta, z es el número de un cuadro de imagen en la secuencia, x_{c\theta} es el centroide el cuadro de imagen establecida en la ventana de visión 720, y x_{cd} es el centro de un cuadro de imagen particular. Despejando x se tiene

(5)x = \frac{x_{\theta}}{cos\theta} + x_{cd} - \frac{x_{c^{\theta}}}{cos\theta} + ztan\theta

de la que los tres últimos términos son constantes usadas para inicializar a la dirección x para la proyección tridimensional.

Las líneas de exploración recibidas del cuadro de imagen doppler se convierten para exploración, según se ha descrito antes, y la imagen planar convertida a exploración e interpolada se proyecta dentro de una memoria tampón tridimensional que almacena la imagen de proyección tridimensional. Los pixels en la imagen convertida para exploración se procesan fila a fila y píxel a píxel para proyectar los valores doppler hacia sus posiciones en la imagen tridimensional empleada para proporcionar la presentación tridimensional. Las filas de tanto la imagen planar como la memoria tampón tridimensional se direccionan en secuencia por medio de un acumulador de direcciones y que tan solo acumula números enteros para procesar en secuencia la fila de imagen 1, fila de imagen 2, etc. Las direcciones de la memoria tampón tridimensional se incrementan de un lado a otro de cada fila en forma de número entero por medio de un contador que considera la secuencia 1, 2, 3, etc.

Las direcciones x de la imagen planar arrancan desde el valor inicial formado por las tres últimos constantes de la expresión (5). Cada imagen de proyección de la memoria tampón tridimensional exhibe un ángulo \theta de proyección diferente, y de esta manera se calcula un valor constante de tan\theta y se usa para procesar una imagen de proyección. El centro del centroide x_{c\theta} de la imagen tridimensional es una constante conocida para una secuencia de imágenes de proyección tridimensional dada y el centro de cada imagen planar x_{cd} es una constante conocida para cada imagen planar. Así, partiendo de la expresión (5), la dirección x para convertir la imagen planar arranca desde

(6)x_{init} = x_{cd} - \frac{x_{c\theta}}{cos\theta} + ztan\theta

El valor x_{init} correspondiente a una imagen planar dada y a un ángulo de visión dado \theta dado se calcula y almacena, y se usa para inicializar la primera situación de dirección x en cada fila y de la imagen planar. Las direcciones sucesivas se producen partiendo de esta dirección adicional x, añadiendo el valor de la constante 1/cos\theta a la dirección anterior y resituando cada valor diseccionado de la imagen planar hacia situaciones de direcciones x sucesivas de un lado a otro de cada fila de la imagen de proyección tridimensional. A medida que cada fila se termina, la dirección de la fila y se incrementa en uno, la dirección x de la imagen planar se reinicializa a x_{init}, y el proceso continúa bajando por cada fila de la imagen planar hasta que la imagen completa se ha resituado en la imagen de proyección.

El valor de ztan\theta, después de que una imagen planar se ha resituado en la imagen de proyección, se incrementa hasta el siguiente valor z. De este modo, la secuencia de valores ztan\theta proseguirá desde tan\theta a 2tan\theta a 3tan\theta y así sucesivamente a través de la secuencia de imágenes planares. Cada muevo valor ztan\theta se usa en el cálculo de un nuevo valor x_{init} para la siguiente imagen planar dentro de la secuencia, de acuerdo con la expresión (6).

Existe una serie de maneras para combinar la información de la imagen planar dentro de la imagen de proyección. Una técnica es la de la intensidad máxima por la que si un valor procedente de una imagen planar previa ya se ha almacenado en la situación de la imagen de proyección el próximo valor que hay que almacenar en la misma situación se compara con el valor que se ha almacenado antes y, entonces, se almacena el valor más grande de los dos. Así la imagen de proyección contendrá el valor de la intensidad máxima en cada situación en la imagen de proyección proporcionada.

Una segunda técnica de combinación que imparte una característica semitransparente a la imagen de proyección es una característica de promediado. Cada nuevo valor para una situación de imagen de proyección dada se promedia con los valores que antes se habían almacenado en esa situación de forma que la imagen resultante o no refleje la máxima intensidad sino un promedio de principio a fin del conjunto de la imagen planar. Dependiendo de si el procesado de la imagen planar procede desde la imagen delantera o posterior del conjunto, la imagen de proyección se evaluará a favor de las imágenes planares más cerca del experto mirador, o a favor de las imágenes planares más lejos del experto mirador, o los valores se pueden evaluar de acuerdo con la distancia de sus valores z desde la ventana de enfoque 720. La técnica elegida por el experto es de preferencia personal.

La técnica anterior de representación tridimensional ahorra, con ventaja, memoria al almacenar sólo las líneas de exploración recibidas. No hay necesidad de gastar memoria en un juego completo de imágenes interpoladas ya que la interpolación se lleva a cabo a medida que cada imagen de proyección se va formando. La técnica de esta invención utiliza un direccionamiento eficiente con tan sólo incrementar los acumuladores de direcciones con valores constantes para cada imagen de proyección.

Una implementación preferida de la formación de imágenes con la presente invención hace un uso eficiente de la memoria tampón del cuadro 530 partiendo la memoria en cuatro cuadrantes, según se muestra en la figura 21. Por ejemplo, un primer cuadro de la línea de exploración recibida se interpola y se convierte para exploración dentro del área de la memoria identificada como B1. La primera imagen planar convertida para exploración en el área B1 se relocaliza en coordenadas de proyección tridimensional en el área de la memoria identificada como A1. Mientras que esta proyección tridimensional de la primera imagen planar está teniendo lugar, el segundo cuadro de las líneas de exploración recibidas se interpola y se convierte para exploración dentro del área de memoria B2. Luego, mientras que la segunda imagen planar convertida para exploración en el área B2 se proyecta a las coordenadas de proyección en el área A1, el tercer cuadro de la línea de exploración recibida se convierte para exploración dentro del área de memoria B1. Los cuadros de imagen consecutivos usan las áreas de memoria B1 y B2 hasta que la imagen de proyección completa se haya formado en el área A1.

Entonces la imagen de proyección en el área A1 se extrae línea a línea para la visualización en vídeo. A medida que la imagen de proyección A1 se va extrayendo, las áreas de memoria B1 y B2 convierten para exploración los cuadros recibidos, de una manera alternativa y, en el área de memoria A2 se monta una segunda imagen de proyección en el siguiente ángulo de visión \theta. Después de que la primera imagen de proyección se ha visualizado desde el área de memoria A1 y la segunda imagen de proyección, en el siguiente ángulo de proyección, se ha montado por completo en el área de memoria A2, la segunda imagen de proyección se extrae del área A2 y se visualiza. El proceso continúa con las áreas B1 y B2 convirtiendo para exploración los cuadros recibidos para formar una tercera imagen de proyección en un tercer ángulo de proyección en el área de memoria A1. Así, los cuatro cuadrantes de la memoria tampón se usan de manera interactiva para, con eficiencia, producir una proyección tridimensional que aparece girando alrededor del eje de la Y delante del experto mirador.

Para la rotación simultánea alrededor de dos ejes se tiene que realizar una segunda proyección de imágenes planares para girar las coordenadas desde un sistema intermedio de coordenadas \theta hasta un sistema final de coordenadas \varphi. Por ejemplo, después de que el juego de imágenes planares se ha girado alrededor del eje de la Y en un ángulo \theta, las coordenadas de la imagen se pueden trasladar una segunda vez por rotación en un ángulo \varphi alrededor del eje de la X. Para la segunda transformación coordenada x_{\varphi} se pone igual a x_{\theta}, el valor z en la expresión matricial (5) se pone igual a z_{\theta}, y z_{\theta} en el lado izquierdo de la matriz se pone igual a z_{\varphi}. Se averigua el valor de y en la expresión matricial y se lleva a cabo la transformación de la segunda coordenada a los dos valores de las coordenadas giradas dos veces. La segunda transformación de coordenadas que se requiere para cada imagen planar para cada imagen de proyección aumentará el tiempo que se necesite para producir la presentación tridimensional.

Se puede apreciar que no hay necesidad alguna de realizar la transformación de las coordenadas en pixels fuera del área del sector 712 en cada imagen planar. Como el área sectorial debe ser idéntica de una imagen convertida para exploración a otra y como ocupan coordenadas conocidas en cada imagen es posible mejorar la velocidad de procesado con sólo convertir y proyectar información de imagen dentro del área sectorial.

El ASIC 50 de extremo trasero es donde está localizado el procesador RISC 500, el cual se usa para coordinar la temporización de todas las operaciones del sistema ultrasónico de mano. El procesador RISC está conectado a todas las áreas funcionales importantes de los ASIC para coordinar la temporización de procesamiento y para cargar las memorias tampones y los registros con los datos necesarios para realizar el tipo de procesamiento y visualización que el usuario desee. Los datos de programación para el funcionamiento del procesador RISC se almacenan en una memoria de programación 52 a la que se accede por medio del procesador RISC. La temporización para el procesador RISC proviene de señales de cadencia procedentes del generador cronometrador en el ASIC 30 de extremo frontal. El procesador RISC también se comunica a través de una interfaz de PCMCIA, por medio de la cual el procesador puede acceder a datos adicionales de programación o transmitir información de imagen a distancia. La interfaz de PCMCIA se puede conectar a un enlace telemétrico o un módem para la transmisión de imágenes ultrasónicas desde la unidad de mano hasta una localización a distancia, por ejemplo.

El procesador RISC funciona bajo el control del usuario, con comandos y entradas hechos por el usuario con el control del usuario 70. En la figura 22 se muestra un esquema que ilustra las funciones de control y su descripción. Se apreciará que una serie de funciones, tales como la de entrada de datos del paciente, el funcionamiento del Cineloop y la revisión tridimensional, funcionarán por medio de control del menú para minimizar el número de controles por tecla o botón en una unidad de mano tan pequeño. Para simplificar aún más la unidad se ha preprogramado una serie de funciones operativas en aplicaciones específicas de diagnóstico, por lo que la unidad funcionará automáticamente cada vez que se seleccione una aplicación específica. La selección de la formación de imágenes en el modo B invocará automáticamente la mezcla de frecuencia y el filtrado en función de la profundidad mientras que, por ejemplo, un filtro de cuatro multiplicadores se establece como filtro mural cuando se seleccione el funcionamiento en doppler. La selección del menú de las aplicaciones clínicas específicas puede invocar automáticamente graduaciones de configuración específica tales como, por ejemplo, las características de regulación del TGC y de las zonas focales.

Claims

1. Un sistema ultrasónico de mano que comprende:

a) una primera caja (81) que tiene un transductor de antena direccional (10; 84), y

b) una segunda caja (83) que tiene un formador de haces (30) para retardar y combinar señales eco recibidas por elementos de dicho transductor de antena direccional (10; 84), un filtro digital (40) y un procesador de imágenes (50) acoplado a un visualizador (82);

en el que dicha primera caja (81) está conectada a dicha segunda caja (83) por un cable (90) y el sistema pesa menos de 4,5 kilogramos;

en el que dicho filtro digital (40) está acoplado a la salida de dicho formador de haces (30); y

en el que dicho procesador de imágenes (50) está acoplado a la salida de dicho filtro digital (40).

2. Un sistema ultrasónico de mano según se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho formador de haces (30) es un formador de haces digital que retarda y combina señales eco digitales

3. Un sistema ultrasónico de mano según se reivindica en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el que dicho procesador de imágenes (50) incluye un convertidor de exploración digital.