SE426906B - Anordning for presentation av ultraljudspulser - Google Patents

Description

8103395-3 10 15 20 25 30 utmed denna väg.

Bihålorna är normalt luftfyllda men kan vid vissa sjukdomstillstånd vara vätskefyllda.~Den akustiska impedansen för luft skiljer sig väsentligt från den för vatten, varför medelst den ovan beskrivna metoden ett sådant sjukdomstillstånd kan diagnostiseras genom studium av ekobilden på oscilloskopskärmen. Det främsta kännetecknet är härvid att i fallet med vätskefylld bihå- la ett eko även erhållesfrån bihålans bortre vägg, sett från sändaren. D Utnyttjandet av ett katodstrâlerör för presentation av ultraljudspulsekongör emellertid en på ovan beskrivna förfarande baserad utrustning relativt utrymmeskrävande samt dyr. Vidare krävs höga spänningar för drivning av själva katodstråleröret. I _ Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en anordning av det inledningsvis angivna slaget, vilken eliminerar nackdelarna med utnyttjandet av ett katodstrålerör och därmed möjliggör en mer om- fattande användning av diagnostiseringsförfarandet.

Detta och andra ändamål med uppfinningen uppnås genom att anordningen enligt uppfinningen ges de känne- tecken som framgår av något eller några av de efter- följande patentkraven. 7 ' Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig 1 är ett blockschema över en anordningen enligt föreliggande uppfinning utnyttjande ultraljudsutrustning. Fig 2"är ett blockschema över en i mottagaren i utrustningen enligt fig 1 ingående förstärkarkrets. Fig 3 visar i kretsen enligt fig_2 uppträdande vågformer. Fig 4 är ett blockschema över ett i utrustningen enligt fig l ingående olinjärt filter. Fig 5 visar ett exempel på hur en signal behandlas i filtret enligt fig 4. Fig 6 är ett blockschema, som mer i detalj visar lagringen och presentationen av ultraljudsekosignalen.

I Den i fig l visade ultraljudsutrustningen innefattar_ såsom konventionellt en piezoelektrisk kristall l, vilken 10 15 25 30 35 m: O ! \s (fi I CN 3 är ansluten till en av en tidkrets 2 styrd sändare 3, medelst vilken kristallen l kan exciteras för alstring av en ultraljudspuls i form av ett antal svängningar.

Kristallen l exciteras medelst en elektrisk signal från sändaren 3 och alstrar därvid genom mekaniska svängningar den ljudvåg som i diagnostiseringssyfte riktas in mot exempelvis en bihåla, Efter utsändningen av ultraljuds- pulsen verkar kristallen l för omvandling av reflekterade delar av ljudvågen till elektriska signaler, vilka till- föres en mottagare 41 Såsom nämnts inledningsvis är härvid tiden mellan pulsens utsändning och ekots mottag- ning utmärkande för avståndet från kristallen l till en reflekterande gränsyta i kroppsvävnaden. Amplituden av utsignalen från kristallen 1 är utmärkande för hur stor skillnaden i akustisk impedans är vid nämnda gränsyta.

Mottagaren 4 innefattar företrädesvis en kompressions- förstärkare, vilken skall beskrivas längre fram 1 samband med fig 2, samt är på utgångssidan med fördel kopplad till ett s k "slew rate"-filter 5,vars utgång i sin tur är kopplad till en analog-digitalomvandlare 6.

De från analog-digitalomvandlaren erhållna, digita- liserade signalvärdena lagras i ett digitalt minne 7 för efterföljande presentation på en presentationsenhet 8 av matristyp. Presentationsenheten 8 kan exempelvis bestå av en gasurladdningspresentationsenhet eller en' flytande kristaller utnyttjande presentationsenhet med i form av en matris anordnade presentationspunkter, som var och en är adresserbara. Matrisen kan exempelvis omfatta 64x256 presentationspunkter.

För erhållande av en önskvärd upplösning i mätningen på exempelvis en millimeter fordras med hänsyn till ljud- vågens utbredningshastighet i kroppsvävnaden en omvand- lingsrepetitionsfrekvens i analog-digitalomvandlaren på ungefär 0,7" MHz. Genom höjning av omvandlingsrepetitions- frekvensen i omvandlaren 6, t ex en fördubbling, uppnås motsvarande upplösningsökning. Omvandlingsfrekvensen, vilken är densamma som inskrivningsfrekvensen i minnet 7, styres av tidkretsen 2. Medelst tidkretsen 2 styres också ...r- C) Cd 10 15 _20 25 30 35 -ššl5-å 4 utläsningen av de i minnet 7 lagrade värdena till presen- tationsenheten 8, men detta sker vid en betydligt lägre frekvens än ovannämnda omvandlingsfrekvens, t ex 7 kHz.

Denna senare frekvens väljes så att presentationsenheten 8 ger en flimmerfri bild.

Presentationsenheten 8 har i rader och kolumner anord- nade presentationspunkter, varvid kolumnerna aktiveras konsekutivt med hjälp av en klockpulser_från tidkretsen 2 mottagande tid-adressomvandlare 9 allteftersom de i minnet 7 lagrade digitala värdena läses ut till presen- tationsenheten för aktivering av en presentationspunkt i varje kolumn, vilken presentationspunkts höjd eller radnummer i matrisen svarar mot storleken av motsvarande i minnet 7 lagrade digitalvärde. I stället för att en enda presentationspunkt i varje kolumn hringas att lysa kan nämnda punkt tillsammans med alla underliggande punkter bringas att lysa.

Genom att i stället för ett katodstrålerör i enlighet med föreliggande uppfinning utnyttja en presentationsenhet 8 av matristyp möjliggöres en avsevärd storleks- ooh kostnadsreducering för ultraljudsutrustningen. Med hänsyn till att matrisen erbjuder en begränsad upplösning främst vad gäller återgivningen av pulsekonas amplitud och med tanke på att signalen på den piezoelektriska kristallens l utgång har hög dynamik är enligt föreliggande uppfinning en förstärkare av kompressionstyp lämpligen inbegripen i mottagaren 4. För erhållande av bästa återgivning på matrisen 8 har en olinjär kompression med för ökande amplituder ökande kompressionsgrad visat sig lämplig.

En vid anordningen enligt uppfinningen särskilt lämpad kompressionsförstärkare är visad i fig 2 och inne- fattartre kaskadkopplade förstärkarsteg l0, ll och 12. 7 Från den piezoelektriska kristallen l i fig l matas till förstärkarsteget l0 således en ekosignal A, vilken är exemplifierad i fig 3A. Förstärkarsteget 10 har liksom stegen ll och 12 två utgångar, på vilka den förstärkta signalen uppträder inverterad respektive icke-inverterad.

Förstärkarstegens 10-12 utgångar är medelst var sin 10 15 20 25 30 5 81023595-5 _ optokopplare 13-18 anslutna till en särskilt summerings- och filtreringskrets 19-21 för varje förstärkarsteg.

Optokopplarna 13-18 är så förspända, att de likriktar den överförda signalen. Utsignalerna från optokopplarna l3, 14 är visade i fig 33 resp C. Den från summerings- kretsen 19 erhållna utsignalen, vilken utgör en lågpass- filtrerad summering av signalerna från optokopplarna 13 och 14, är visad i fig 3D. Motsvarande utsignaler från kretsarna 20 och 21 är visade i fig 3E och F.

De tre signalerna D, E och F adderas i en summator 22 och utgör en förstärkt, komprimerad ekosignal. Den sammanlagda överföringskarakteristiken för förstärkaren i fig 2 får väsentligen logaritmisk karaktär. Förstärkar- stegen l0, ll och 12 kan ha reglerbar förstärkning, vilken kan utnyttjas för att exempelvis medelst styr- signaler av det slag som är visat i fig 3G, H och I avsevärt dämpa förstärkarens gensvar omedelbart efter ultraljudpulsens utsändning från kristallen 1 och därmed förhindra överstyrning av förstärkaren.

Mottagarens 4 utsignal, som således kan Wmfi utsigna- len på utgången av summatorn 22 i fig 2, tillföres filt- ret 5, för vilket ett blockschema är visat i fig 4. Detta “slew rate"-filter av högpasstyp är närmare bestämt konstruerat med hjälp av ett “slew rate"-filter 23 av lâgpasstyp samt en subtraherare 24. Till filtrets 23 ingång och subtraherarens 24 positiva ingång matas den förstärkta ekosignalen från mottagaren 4, vilken signal är exemplifierad i fig 5A. Karakteristiskt för “slew rate"- filtret är den begränsade amplitudändringshastigheten hos filtrets utsignal. Filtret 23 är så utformat att nämnda ändringshastighetsbegränsning enbart träder i funktion för positiva flanker hos insignalen, varför signalen enligt fig SA efter passage av filtret 23 får det i fig SB visade utseendet. Genom subtrahering av signalen i fig sn från den i fig 5A i subtraheraren 24 erhålles en i fig SC visad, resulterande filterutsignal. Denna resulterande signal representerar närmast den förstärkta ekosignalens partier med branta positiva flanker och 81Û3395~3 10 l5 20 25 30 35 6. tillföres analog-digitalomvandlaren 6 för digitalisering.

En föredragen utföringsform av enheterna 6-9 i fig 1 med tillhörande kretsar är visad i fig 6. I denna ut- föringsform innefattar tidkretsen 2 en klocka 2', som styr utläsningen av data från det digitala minnet 7 till matrisen 8, och en klocka 2", som styr inskrivningen av data i det digitala minnet 7 liksom omvandlingen i analog- digitalomvandlaren 6. växlingen mellan utläsning ocn inskrivning åstadkommes av en vippa 25, som vid övergång till inställt tillstånd via sin utgång Q avger en trigg- puls till sändaren 3, verksamgör klockan 2" samt ställer om minnet 7 för inskrivning. Då vippan 25 växlar till det återställda tillståndet utnyttjas signalen på dess utgång Ö för aktivering av klockan 2' samt en radavkodare 26 och en kolumnavkodare 27. Radavkodaren 26 är inkopplad «mellan det digitala minnets 7 utgång och matrisens 8 rad- ingångar, medan kolumnavkodaren 27 är inkopplad mellan en adressräknares 28 utgångar och matrisens 8 kolumnin- gångar. Adressräknarens 28 ingång är via en ELLER-grind 29 ansluten till klockornas 2', 2" utgångar och adress- räknarens 28 överföringsutgång är ansluten till vippans 25 omställningsingång. Adressräknarens 28 räknetillstånds- utgångar är utöver till kolumnavkodaren 27 även anslutna till det digitala minnets 7 adressingångar.

Då vippan 25 är i sitt inställda tillstånd, är, såsom ovan nämnts, klockan 2" aktiverad. Klockpulserna från klockan 2" matas dels till analog-digitalomvandlaren för styrning av dennas omvandlingsfrekvens och dels via grinden 29 till adressräknaren 28 för avgivande av adres-. seringssignaler till det digitala minnet 7. De av omvand- ilaren 6 digitaliserade momentanvärdena av den förstärktal ekosignalen lagras således i av adressräknaren 28 bestämda minnespositioner. När digitaliserade värden har lagrats 7 i ett antal positioner i minnet 7, vilket antal svarar mot adressräknarens 28 räknekapacitet, avger räknaren 28 en överföringssignal på sin till vippan 25 kopplade utgång, varvid vippan 25 omställes till sitt återställda tillstånd.

Därmed avbrytes analog-digitanlomvandlingen och inskriv- 10 15 20 25 30 35 Musses-s 7. ningen av data i minnet 7 och i stället aktiveras klockan 2' samt rad- och kolumnavkodarna 26 och 27. Allteftersom det digitala minnet 7 och adressräknaren 28 mottager klockpulser från klockan 2' utläses de i minnet 7 lagrade värdena konsekutivt till radavkodaren 26 samtidigt som kolumnavkodaren 27 för varje framstegning av räknaren 28 pekar ut en särskild kolumn i matrisen 8. I radavkodaren 26 avkodas de från minnet 7 utlästa värdena på sådant sätt, att i varje av kolumnavkodaren 27 utpekad kolumn i matrisen 8 den presentationspunkt aktiveras som svarar mot det lagrade amplitudvärdet, eventuellt tillsammans med samtliga underliggande presentationspunkter.

Sammanfattningsvis är således omvandlingen och presentationen av den förstärkta ekosignalen uppdelad i två faser, dvs digitalisering och lagring av ekosigna- len samt utläsning av minnesinnehållet till presentations- matrisen. Omvandlaren 6 klockas med en lämplig frekvens, så att tillräcklig upplösning erhålles. Varje digitalt ord från omvandlaren 6 motsvarar en viss momentan ampli- tud hos ekosignalen samt skrives in i minnet 71 När det antal ord som motsvarar önskat penetrationsdjup har lagrats, avslutas lagringsfasen genom omkopplingen av vippan 25. När under utläsningsfasen de i minnet 7 lag- rade orden, som vart och ett pekar på en rad i matrisen 8, läses ut från minnet 7 utpekas samtidigt medelst kolumnavkodaren 27 kolumnerna konsekutivt i matrisen 8.

De presentationselement som finns i skärningspunkterna mellan de utpekade raderna och kolumnerna aktiveras.

Det skall slutligen nämnas, att en mängd modifie- ringar av den ovan beskrivna utföringsformen av anord- ningen enligt uppfinningen givetvis är möjliga inom uppfinningens ram, såsom definierad av efterföljande patentkrav. Exempelvis kan för permanent registrering av ekosignalen en remsskrivare utnyttjas, varvid rems- frammatningen styres medelst klockpulserna från klockan 2' och registreringsutslaget kan styras digitalt från min- nets 7 utgång eller av en analog signal, erhâllen medelst en digital-analogomvandlare, som är inkopplad mellan minnets 7 utgång och skrivaren.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. l. Anordning för presentation av ultraljudspulser, utsända av en ultraljudsändare (1, 3) och mottagna av

2. A en ultraljudsmottagare (1, 4) efter reflektion mot gräns- 'ytor i kroppen, k ä n n e t e c k n a d av en analog- giditalomvandlare (6), vars ingång är ansluten till motta- garens (4) utgång och är förkopplad en i mottagaren in-. gående kompressionsförstärkare (fig 2) samt vars utgång är ansluten till ingången till ett digitalminne (7) för lagring av konsekutiva momentanvärden av omvandlarens utsignal, en presentationsenhet (8) av matristyp med i _rader och kolumner anordnade presentationspunkter, vilken enhet dels är ansluten till en tidkrets (2) för konseku- tiv aktivering av kolumnerna och dels är ansluten till minnets (7) utgångssida för aktivering av en aktiverad kolumns presentationspunkter i motsvarighet till var sitt i minnet lagrat momentanvärde, samt en klockkrets (2") för utlösning av omvandlarens (6) omvandling och minnets (7) lagring med en repetitionsfrekvens, som ger åtminstone lika många lagrade momentanvärden som det finns kolumner i presentationsenheten (8).' i I A2. Anordning enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att kompressionsförstärkaren är en väsentligen logaritmisk förstärkare, vilken består av flera kaskadkopplade förstärkarsteg (10-12), vilkas utgångar är anslutna till en sumeringskrets (19-22).

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e - t e c k n a d därav, att förstärkarstegens (10-12) utgångar är anslutna till summeringskretsen (19-22) medelst var sin optokopplare (13-18). _ '

4. Anordning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att förstärkarstegen (10-12) har tidsstyrd förstärkning med en övergående förstärkningsreducering omedelbart efter utsändandet av varje ultraljudspuls. A

5. Anordning enligt något av patentkraven 1-4» k ä n n e t e c k n a d därav, att ett "slew rate"-filter 10 15 8'i03395-3 9 är inkopplat omedelbart före omvandlarens (6) ingång för framsläppnng av signalflanker med högre positiv amplitudändringshastighet än en förutbestämd sådan.

6. Anordning enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att tidkretsen (2) är"- anordnad att alstra klockpulser av en första frekvens för inläsning av data i minnet (7) och klockpulser av en andra, lägre frekvens för utläsning av data från minnet.

7. Anordning enligt patentkravet 6, t e c k n a d av en klockpulserna mottagande adress- (28), vilken vid spill styr växlingen mellan k ä n n e - räknare klockpulserna av den första och den andra frekvensen.

8. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d av en skrivare, som är anslnten till minnet (7) för mottagning av från minnet utlästa data för utskrift, eventuellt via en digital-analogomvand- lare.