WO2002061452A1

WO2002061452A1 - Verfahren und einrichtung zur aufnahme eines c-bildes mittels einer b-bild-einheit

Info

Publication number: WO2002061452A1
Application number: PCT/DE2002/000126
Authority: WO
Inventors: Ralph Oppelt
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2002-08-08

Abstract

Zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche (1) emittiert ein Sender (8) C-Bild-Sendestrahlung (3) in die Objektfläche (1). Die C-Bild-Sendestrahlung (3) ist auf eine innerhalb der Objektfläche (1) positionierbare Senderfokuslinie (5) fokus-siert. Die vom Empfänger (9) empfangenen C-Bild-Empfangs-strahlung (3a) hat als Fokus eine innerhalb der Objektfläche (1) positionierbare, die Senderfokuslinie (5) kreuzende Emp-fängerfokuslinie (6). Die C-Bildinformation, die in der C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) enthalten ist, wird in der B-Bild-Einheit (110) extrahiert.

Description

Beschreibung

Verfahren und Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes mittels einer B-Bild-Einheit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung, bei dem oder bei der das C-Bild der Objektfläche mittels einer fokussierbaren Strahlung, vorzugsweise einer fokussierbaren Ultraschallstrahlung, aufgenommen wird.

Im Rahmen der Erfindung soll das C-Bild einer zweidimensiona- len Objektfläche mit möglichst einfachen Mitteln erzeugt werden.

Für die Darstellung einer zweidimensionalen Objektfläche sind verschiedene Abbildungsverfahren bekannt. Insbesondere in der Ultraschalltechnik wird bei der Darstellung eines Untersuchungsobjekts in der Regel auf eines von insgesamt drei grundsätzlichen Darstellungsverfahren zurückgegriffen. Hierbei handelt es sich um das sogenannte A-Bild-Verfahren, das B-Bild-Verfahren und das C-Bild-Verfahren. Ihre prinzipielle Funktionsweise ist in dem Fachbuch „. Ul traschall technik - Grundlagen und Anwendungen " von R. Millner, Physik-Verlag , 1981 , Weinheim, Sei ten UD256, 257 und 263 beschrieben. Demgemäß handelt es sich bei einem B-Bild um ein Schnittbild in Strahlrichtung der verwendeten fokussierbaren Strahlung. Da- gegen ist das C-Bild ein Schnittbild quer zu dieser Strahlrichtung. Das B- und das C-Bild-Verfahren dienen also der Darstellung von Objektflächen innerhalb des Untersuchungsobjekts, die im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen. Deshalb unterscheiden sich die Ein- und Auskoppelverfahren der fokussierbaren Strahlung ebenso wie die Verarbeitung der empfangenen Signale bei beiden Bildgebungsmethoden voneinander. Verschiedene Verfahren und Einrichtungen zur Aufnahme eines C-Bildes sind in der US 4,550,609, in der DE 39 09 763 AI, in der US 5,689,576 sowie in der WO 86/05595 AI beschrieben.

In der Medizintechnik kommen derzeit praktisch ausschließlich B-Bild-Verfahren und -Einrichtungen zum Einsatz. Diese Anwendungen beruhen alle auf dem bei einem B-Bild-Verfahren üblicherweise eingesetzten Puls-Echo-Betrieb (= Reflexions- betrieb) . Ein C-Bild lässt sich mit diesen für medizintechnische Anwendungen kommerziell verfügbaren B-Bild-Einrichtungen nicht generieren.

In dem Fachaufsatz „ Ul traschallbilder, dargestell t mi t einer Transmissionskamera in Echtzei t " von B . Granz et al . , Siemens -Forschungs- und Entwicklungsberi chte, Bd. 1 7, 1988, Nr. 4, Sei ten 204 bis 212, Springer-Verlag , wird eine Einrichtung zur C-Bild-Darstellung in Form einer Ultraschall- Transmissionskamera beschrieben. Die Einrichtung arbeitet im Transmissionsbetrieb, d.h. das Untersuchungsobjekt wird von der verwendeten Schallstrahlung durchlaufen. Die Funktionsweise ähnelt der eines Röntgen-Durchleuchtungsgeräts . Aus der empfangenen Schallstrahlung wird ein C-Bild einer Objektfläche, auf die die Schallstrahlung fokussiert ist, erzeugt. Nach Auswertung der empfangenen Signale und Erzeugung der eigentlichen C-Bild-Information in einer gesonderten Einheit wird das C-Bild in der Video-Einheit eines kommerziellen B-Bild-Geräts angezeigt. Die in dem Fachaufsatz beschriebene C-Bild-Einrichtung hat allerdings ein sehr komplexes zweidi- mensionales Empfangs-Wandlerarray. Sowohl der Aufbau dieses Arrays als auch die Auswertung der empfangenen Signale sind mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Dieser Aufwand ist mit ein Grund dafür, dass eine derartige C-Bild-Einrichtung derzeit noch nicht kommerziell erhältlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche anzugeben, das mit geringem Aufwand ausgeführt werden kann. Ebenso soll die Erfindung eine Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche angeben, die mit geringem Aufwand realisiert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren und eine Einrichtung entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. 10 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufnahme eines

C-Bildes einer Objektfläche handelt es sich um ein Verfahren, bei dem mindestens: a) C-Bild-Sendestrahlung von einem Sender emittiert und auf eine innerhalb der Objektfläche positionierbare Senderfo- kuslinie fokussiert wird, b) C-Bild-Empfangsstrahlung mit Fokus in der Objektfläche von einem Empfänger empfangen wird, wobei der Fokus der C-Bild-Empfangsstrahlung als eine innerhalb der Objektfläche positionierbare, die Senderfokuslinie kreuzende Empfängerfokuslinie vorgesehen ist, und c) eine in der empfangenen C-Bild-Empfangsstrahlung) enthaltene C-Bildinformation mittels einer B-Bild-Einheit extrahiert wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche umfasst mindestens: a) einen Sender zur Emission einer C-Bild-Sendestrahlung, wobei der Sender ausgelegt ist zur Emission von C-Bild- Sendestrahlung, die auf eine innerhalb der Objektfläche positionierbare Senderfokuslinie fokussiert ist, b) einen Empfänger zum Empfang einer C-Bild-Empfangsstrahlung, wobei der Empfänger ausgelegt ist zum Empfang von C-Bild-Empfangsstrahlung, deren Fokus eine innerhalb der Objektfläche positionierbare, die Senderfokuslinie kreu- zende Empfängerfokuslinie ist, und c) eine B-Bild-Einheit, die Verarbeitungsmittel umfasst, die ausgestattet sind zur Extraktion von C-Bildinformation aus der empfangenen C-Bild-Empfangsstrahlung.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine kommerziell verfügbare B-Bild-Einrichtung mit geringem Aufwand für die Aufnahme und Darstellung eines C-Bildes ertüchtigt werden kann. Die die Hauptkomponente darstellende B-Bild- Einheit kann nämlich praktisch unverändert übernommen werden. In der B-Bild-Einheit wird sowohl die in der empfangenen

C-Bild-Empfangsstrahlung enthaltene Bildinformation über die Objektfläche ermittelt und weiter verarbeitet, d.h. ausgewertet, als auch die Bildgenerierung und -wiedergäbe vorgenommen. Hierfür können alle auch bei einem B-Bild-Verfahren ein- gesetzten Gerätekomponenten verwendet werden. Insbesondere ist keine zusätzliche Gerätekomponente erforderlich. Etwaige Unterschiede zwischen dem B-Bild- und dem C-Bild-Verfahren in der Auswertung der Empfangsstrahlung können insbesondere problemlos durch eine gespeicherte C-Bild-spezifische Verarbei- tungsroutine berücksichtigt werden. Eine hierfür benötigte

Speichereinheit ist üblicherweise in der kommerziell verfügbaren B-Scan-Einrichtung ohnehin vorhandenen.

Damit kann unter weitgehender Verwendung bestehender Verfah- rensschritte und/oder Einrichtungskomponenten auf sehr einfache Art und Weise eine C-Bild-Aufnahme und -Darstellung umgesetzt werden. Aufgrund der gegenüber einem B-Bild-Verfahren um 90° gedrehten Bildebene kann ein solches C-Bild-Verfahren zusätzliche nützliche Informationen über das Untersuchungs- objekt liefern. Vergleichbare Informationen könnten mittels eines konventionellen B-Bild-Verfahrens wenn überhaupt nur mit erheblich höherem Aufwand erzielt werden.

Das Verfahren und die Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes sind insbesondere für einen Transmissionsbetrieb ausgelegt. Dies bedeutet hier, dass die Strahlung beispielsweise an einer Stelle in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt wird, das ω ω M ) P¹

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der Nahfeldbereiche des Senders und des Empfängers positioniert werden. Außerdem ist es möglich, ein im Prinzip beliebig feines Raster für die Objektfläche zu verwenden und somit auch ein sehr hoch aufgelöstes Bild der Objektfläche zu er- zeugen.

Bei der verwendeten Strahlung handelt es sich vorzugsweise um Ultraschallstrahlung. Eine Anwendung von Licht, insbesondere Laserlicht, und anderer elektromagnetischer Strahlung ist je- doch gleichfalls denkbar.

Die Einrichtung und das Verfahren können in der Medizintechnik zur C-Bild-Aufnahme eines lebenden Körpers oder auch in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung zur C-Bild-Aufnahme eines technischen Prüfgegenstandes eingesetzt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.

Zum Betrieb des Senders ist vorzugsweise eine C-Bild-Sende- einheit vorgesehen, an die der Sender mittels einer lösbaren Verbindung, beispielsweise einer Steckverbindung, angeschlossen wird. Diese C-Bild-Sendeeinheit ist insbesondere Bestandteil eines Hauptgeräts. Ebenso ist auch der Empfänger vor- zugsweise mit der B-Bild-Einheit verbunden. Auch diese Verbindung ist vorteilhafterweise lösbar ausgebildet. Weiterhin kann auch die B-Bild-Einheit zu dem Hauptgerät gehören.

Besonders einfach lassen sich der als innerhalb der Objekt- fläche frei positionierbare Senderfokuslinie ausgebildete Fokus des Senders und der als innerhalb der Objektfläche frei positionierbare Empfängerfokuslinie ausgebildete Fokus des Empfängers realisieren, wenn der Sender bzw. der Empfänger jeweils als eindimensionales Wandlerarray mit einer Vielzahl einzelner Arrayelemente ausgebildet sind. Eine Fokussierung kann durch eine geeignete, beispielsweise phasenversetzte An- steuerung der einzelnen Arrayelemente erreicht werden. Diese CD co t\) ) P¹ P¹

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Behälters 20, der mit Flüssigkeit 21 befüllt ist. Die Objektfläche 1 liegt dabei innerhalb eines nicht gezeigten Untersuchungsobjekts, das in den mit der Flüssigkeit 21 befüllten Behälter 20 eingetaucht ist. Ein mögliches Untersuchungsob- jekt ist beispielsweise ein menschliches Körperteil, insbesondere eine Extremität. Alternativ könnte jedoch auch ein technischer Testgegenstand aufgenommen und abgebildet werden.

In der B-Bild-Einheit 110 wird aus den empfangenen Signalen ein C-Bild der Objektfläche 1 erzeugt und dargestellt. Das im Ausführungsbeispiel von Figur 1 nicht näher gezeigte Untersuchungsobjekt mit der Objektfläche 1 wird von der Strahlung durchlaufen. Das ermittelte C-Bild ist ein Schnittbild mit senkrechter Orientierung zur Strahlungsrichtung. Die B-Bild- Einheit 110 ist üblicherweise darauf ausgelegt, ein B-Bild mittels eines Puls-Echo-Verfahrens (= Reflexionsverfahren) zu erzeugen. Ein solches B-Bild ist im Unterschied zu einem C-Bild ein Schnittbild längs der Strahlungsrichtung.

Dennoch lässt sich die B-Bild-Einheit 110 in praktisch unverändertem Aufbau auch für die Erzeugung und Darstellung eines C-Bildes verwenden. Praktisch alle Hardware-Komponenten der B-Bild-Einheit 110 können unverändert für ein C-Bild-Verfahren übernommen werden. Zur Bildaufbereitung und -auswertung wird lediglich in Speichermitteln der B-Bild-Einheit 110 eine spezifische C-Bild-Verarbeitungsroutine als Software-Modul hinterlegt. Diese gespeicherte C-Bild-Verarbeitungsroutine berücksichtigt sämtliche Erfordernisse für das C-Bild-Verfahren.

Als apparative Ergänzung ist lediglich die C-Bild-Sendeein- heit 120 erforderlich, an die der Sender 8 zur Ausstrahlung der C-Bild-Sendestrahlung 3 angeschlossen werden kann.

Üblicherweise wird an eine B-Bild-Einheit, die im Puls-Echo- Betrieb arbeitet, ein Sendeempfänger, der sowohl Strahlung aussendet als auch Strahlung empfängt, angeschlossen. Bei der LO o ro ro P¹

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Um das vollständige C-Bild 2 aufzunehmen, wird für jedes Objektelement 4 der Objektfläche 1 die zugehörige Bildinformation wie beschrieben ermittelt. Durch Zusammensetzen der Bildinformationen aller Objektelemente 4 erhält man das gewünschte C-Bild 2, das mittels einer Video-Einheit 11 angezeigt wird.

Die beschriebene Auswertung und Weiterverarbeitung der Bild- Information geschieht in einer Steuer- und Auswerteeinheit 10 des Hauptgeräts 100. Die Steuer- und Auswerteeinheit 10 führt dabei insbesondere die in dem Datenspeicher 7 hinterlegte Verarbeitungsroutine aus. Die Steuer- und Auswerteeinheit 10 steuert außerdem auch den Empfänger 9 und gegebenenfalls den Sender 8, so dass deren Fokussierung jeweils auf die gerade ausgewählte Empfängerfokuslinie 6 bzw. Senderfokuslinie 5 vorgenommen wird.

Insbesondere, wenn es sich bei dem Sender 8 um einen aktiven Sender handelt, wird die sukzessive Fokussierung auf die jeweiligen Senderfokuslinien 8 nach einer anfänglichen Trigge- rung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 10 von dem Sender 8 selbständig durchgeführt. Der Sender 8 enthält dazu beispielsweise eine gesonderte Senderelektronik.

In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Senders 8 und des Empfängers 9 gezeigt. Der Sender 8 enthält ein Sende-Wandler- array 81 und der Empfänger 9 ein Empfangs-Wandlerarray 91. Beides sind eindimensionale Wandlerarrays mit einer Vielzahl linienartiger Arrayelemente 12 bzw. 14. Insbesondere die Arrayelemente 12 des Sende-Wandlerarrays 81 sind in einer einfach gebogenen Fläche nebeneinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine ebene Objektfläche 1. Gegebenenfalls können auch die Arrayelemente 14 des E pfangs-Wandlerarrays 91 in einer solchen gebogenen Fläche angeordnet sein. O co ro ro P¹ P¹

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche (1), bei dem mindestens: a) C-Bild-Sendestrahlung (3) von einem Sender (8) emittiert und auf eine innerhalb der Objektfläche (1) positionierbare Senderfokuslinie (5) fokussiert wird, b) C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) mit Fokus in der Objektfläche (1) von einem Empfänger (9) empfangen wird, wobei der Fokus der C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) als eine innerhalb der Objektfläche (1) positionierbare, die Senderfokuslinie (5) kreuzende Empfängerfokuslinie (6) vorgesehen ist, und c) eine in der empfangenen C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) ent- haltene C-Bildinformation mittels einer B-Bild-Einheit

(110) extrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) an eine C-Bild-Sende- einheit (120) eines Hauptgeräts (100) angeschlossen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Empfänger (9) an die B-Bild-Einheit (110) eines Hauptgeräts (100) angeschlossen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) mit elektrischer Energie versorgt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) getriggert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der B-Bild-Einheit (110) eine gespeicherte C-Bild-Verarbeitungsroutine ausgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die B-Bild- Einheit (110) in einem C-Modus oder in einem B-Modus betrieben wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die empfangene C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) in der B-Bild-Einheit (110) einer Tiefenausgleich-Verstärkung mit einem einstell baren Verstärkungsfaktor unterzogen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verstärkungsfaktor in einem C-Modus auf einen zeitlich konstanten Wert eingestellt wird.

10. Einrichtung zur Aufnahme eines C-Bildes einer Objektfläche (1) umfassend mindestens: a) einen Sender (8) zur Emission einer C-Bild-Sendestrahlung (3), wobei der Sender (8) ausgelegt ist zur Emission von

C-Bild-Sendestrahlung (3) , die auf eine innerhalb der Ob- jektfläche (1) positionierbare Senderfokuslinie (5) fokussiert ist, b) einen Empfänger (9) zum Empfang einer C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) , wobei der Empfänger (9) ausgelegt ist zum Empfang von C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) , deren Fokus ei- ne innerhalb der Objektfläche (1) positionierbare, die Senderfokuslinie (5) kreuzende Empfängerfokuslinie (6) ist, und c) eine B-Bild-Einheit (110) , die Verarbeitungsmittel um- fasst, die ausgestattet sind zur Extraktion von C-Bild- Information aus der empfangenen C-Bild-Empfangsstrahlung (3a) .

11. Einrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) mit einer C-Bild-Sendeeinheit (120) , die insbesondere Bestandteil eines Hauptgeräts (100) ist, verbundenen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die C-Bild-Sendeeinheit (120) Energieversorgungsmittel (121) für den Sender (8) um- fasst .

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die C-Bild-Sendeeinheit (120) einen Trigger-Geber (122) für den Sender (8) umfasst.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Empfänger (9) mit der B-Bild-Einheit (110), die insbesondere Bestandteil eines Hauptgeräts (100) ist, verbundenen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) ein eindimensionales Wandlerarray (81) umfasst.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Empfänger (9) ein eindimensionales Wandlerarray (91) umfasst.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sender (8) eine Sendeelektronik (82) umfasst.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die B-Bild- Einheit (110) Speichermittel (7) umfasst, in denen eine C-Bild-Verarbeitungsroutine für einen C-Modus hinterlegt ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die B-Bild- Einheit (110) zwischen einem C-Modus und einem B-Modus umschaltbar ist.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die B-Bild- Einheit (110) einen Tiefenausgleich-Verstärker (113) mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor umfasst.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verstärkungsfaktor in einem C-Bild-Modus einen zeitlich konstanten Wert hat.