DE10224234A1 - System und Verfahren zur Phasenumkehr-Ultraschallabbildung - Google Patents

System und Verfahren zur Phasenumkehr-Ultraschallabbildung

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Abstract

Ein System und ein Verfahren zur Ultraschallabbildung unter Verwendung von mehreren Sätzen von Sendeimpulsen, die sich in der Amplitude, Frequenz, Phase und/oder Impulsbreite unterscheiden. Ein Ausführungsbeispiel weist Phasendifferenzen zwischen dem k-ten Sendesignal als DOLLAR F1 Grad auf, was eine konstruktive Interferenz des Oberwellenimpulses k-ter Ordnung vorsieht, während eine Amplitudenmodulation jedes Sendeprofils zwischen den Sätzen konstant ist. Diese Sätze von Impulsen werden in interessierende Medien übertragen und empfangene Echos von diesen Impulsen werden kombiniert, um ein gemitteltes Signal zu bilden. Die gemittelten Impulse stellen das gleichphasige Nettosignal dar, das von jedem der Sendesätze empfangen wird. Der kombinierte Signalsatz wird verwendet, um auf der Basis der Breitstrahl-Rekonstruktionsmethodologie ein Ultraschallbild zu rekonstruieren.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Ultraschallabbildung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung und Verstärkung von Ultraschallbildern.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Die Ultraschallabbildung wird aufgrund ihrer eindringungsfreien Art, niedrigen Kosten und schnellen Ansprechzeit häufig für eine Vielfalt von Diagnoseverfahren verwendet. Diese Qualitäten gelten insbesondere auf den medizinischen Gebieten, auf denen der zusätzliche Vorteil darin besteht, daß die Strahlungsexponierung eines Patienten verringert oder beseitigt wird. Typischerweise wird die Ultraschallabbildung durch 1) Erzeugen eines Ultraschallstrahls und Richten desselben in zu untersuchende Medien; und 2) Beobachten von irgendwelchen resultierenden Wellen, die von ungleichen Geweben und Gewebegrenzen innerhalb dieses Bereichs zurückreflektiert werden, durchgeführt. Die resultierenden Wellen werden als Signale empfangen. Diese empfangenen Signale werden dann nachverarbeitet und durch Auftragen eines Punkts, dessen Intensität zur Amplitude eines reflektierten Strahls von einer gegebenen Stelle proportional ist, auf einem Schirm abgebildet. Die Ermittlung des Orts basiert auf einer bekannten Durchlaß- und Rückstrahlungsrate, nachdem die Ultraschallwelle in die zu untersuchenden Medien gepulst wurde.
  • Typischerweise umfaßt ein Ultraschallsignal, das in die zu untersuchenden Medien übertragen wird, ein Bündel von Sinuswellen mit einer gegebenen Wellenform. Diese Sinuswellen werden an einen Wandler angelegt und bilden ein übertragenes Signal. Das übertragene Signal liegt typischerweise im Bereich von 40 kHz bis 50 MHz, jedoch üblicher im Bereich von 40 kHz bis 1 MHz. Wenn das übertragene Signal mit Gewebeschichten und Grenzen zwischen Schichten in Wechselwirkung tritt, wird das Ultraschallsignal modifiziert, indem es gestreut, durch Resonanz verstärkt, gedämpft, reflektiert oder durchgelassen wird.
  • Zu untersuchende Medien sind häufig nicht-lineare Medien wie z. B. jene, die üblicherweise im menschlichen Körper zu finden sind. Nicht-lineare Medien erzeugen Oberwellenfrequenzen in den Echosignalen. Diese zusätzlichen Frequenzkomponenten strahlen weiterhin durch andere Strukturen zurück und reflektieren wiederum an diesen oder treten mit diesen in Wechselwirkung. Ein Teil der reflektierten (oder Echo-) Signale breitet sich zu einem Empfangswandler zurück aus.
  • Grund- und Oberwellenfrequenzen, die auf einen Empfangswandler auftreffen, umfassen das volle Signal, das dann weiterverarbeitet werden muß, um Rauschen und Fremdkomponenten zu beseitigen. Der Empfangswandler kann derselbe sein wie ein Sendewandler oder kann vollständig unabhängig sein. Wenn derselbe Wandler verwendet wird, verbindet ein Sende/Empfangs-(T/R)Schalter den Wandler mit entweder der Senderelektronik oder der Empfänger- Nachverarbeitungselektronik. Der Empfangswandler nimmt das Echosignal plus irgendein erzeugtes Rauschen auf und liefert diese zu einem Teil der als Strahlformer bekannten Nachverarbeitungselektronik. Strahlformer unterdrücken Rauschen und weisen entweder eine adaptive oder feststehende Konfiguration auf. Adaptive Strahlformer sind dazu ausgelegt, durch Überwachen des Rauschfeldes und Einstellen von internen Parametern, um das Hintergrundrauschen zu minimieren, variable Richtungsrauschquellen zu verwerfen. Feststehende Strahlformer sind dazu ausgelegt, isotropes Rauschen zu unterdrücken und die Richtungseigenschaft des reflektierten Signals auszunutzen.
  • Letztlich sind Ultraschallbilder des menschlichen Körpers ein Produkt einer Oberwellenabbildung. Die Oberwellenabbildung ist im allgemeinen entweder mit einer Sichtbarmachung von Gewebegrenzen und Dichten von verschiedenen Medien oder Abbildungskontrastmitteln bei Oberwellenfrequenzen verbunden. Kontrastmittel sind typischerweise mit Fluid gefüllte Mikrokugeln, die bei Ultraschallfrequenzen in Resonanz treten. Solche Mittel werden in den Blutstrom injiziert und werden zu verschiedenen Teilen des Körpers getragen. Wenn diese Mittel einmal bei Ultraschallfrequenzen mit Impulsen beaufschlagt werden, werden aufgrund der innerhalb der Mikrokugeln erzeugten Resonanz Echoortungs- Oberwellensignale erzeugt.
  • Obwohl Ultraschallverfahren eine deutliche Anzahl von Vorteilen gegenüber anderen Arten von Diagnoseverfahren aufweisen, weisen Verfahren und Systeme des Standes der Technik Rauschprobleme auf, die die Feststellung der exakten Stelle und die korrekte Interpretation des empfangenen Signals schwierig machen. Verschiedene Formen von Mittelungsverfahren wurden verwendet, um das Rauschen zu verringern, aber die Mittelwertbildung allein ist beim Auffinden von interessierenden Bildern zwischen Geweben mit ähnlichen Dichten unwirksam. (Echosignale von Geweben mit ähnlichen Dichten zeigen eine gleichmäßige Masse mit unklaren Grenzen an. Die Mittelwertbildung hilft in dieser Situation nicht.) Diese Interpretationsschwierigkeiten werden durch die Tatsache verschlimmert, daß viele Gewebe im menschlichen Körper ähnliche Dichten aufweisen. Daher sind ein Verfahren und ein System erforderlich, die die angegebenen Schwierigkeiten wirksam beseitigen können, während sie die positiven Vorteile von Ultraschallabbildungssystemen im allgemeinen nicht zunichte machen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum Erzeugen von verbesserten Ultraschallbildern. Die Erfindung verwendet mehrere Ultraschallimpulse, die in abwechselnder Weise in interessierende Medien übertragen werden. Diese Medien, die abgebildet werden, können ein menschlicher Körper oder irgendwelche anderen linearen und/oder nicht-linearen Medien sein. Die Ultraschallimpulse werden in einer Weise moduliert, die sich in der Amplitude, Frequenz, Phase oder Impulsbreite ändern kann. Jeder Satz von Ultraschallimpulsen ist zu anderen Ultraschallimpulsen um


    phasenverschoben, wobei k die Anzahl von Impulssätzen in der Impulsfolge für eine gegebene Wandlerelementzahl n ist. Eine phasenverschobene Bedingung ist eine Eigenschaft, bei der Wellenformen dieselbe Frequenz aufweisen, aber im gleichen Moment nicht entsprechende Intensitätswerte aufweisen. Die Echosignale, die von den nicht-linearen Medien erzeugt werden, die mit diesen phasenverschobenen Signalen in Wechselwirkung treten, werden gemessen und zweckmäßig kombiniert.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß viele Arten von Medien Schall in nicht-linearer Weise streuen. Bei einem Ultraschallabbildungssystem auf der Basis von linear streuenden Medien ist das reflektierte Signal eine zeitverschobene, amplitudenskalierte Version des einfallenden Signals. Nicht-linear streuende Medien erzeugen Signale, die nicht durch einfache Zeitverschiebungen, Skalierung oder Summierung des auf eine Streustelle einfallenden Signals erzeugt werden können. Die Phase einer Ultraschallwelle, die an der Grenze eines nicht-linearen Mediums reflektiert wird, wird in einer Weise geändert, die von der Phase des einfallenden Schallimpulses abhängt. Man betrachte beispielsweise den Spezialfall von zwei Ultraschallimpulsen (k = 2), wobei die Phasendifferenz zwischen den zwei übertragenen Schallimpulsen um


  • oder 180 Grad abweicht. Wenn die Streustelle rein linear wäre, dann wäre das empfangene Signal von jedem der übertragenen Impulse das Inverse voneinander. Diese inversen Signale hätten, wenn sie gemittelt werden, eine Summe von Null. Wenn jedoch Signale von einem nicht-linearen Prozeß innerhalb der Medien erzeugt werden, dann sind diese Signale nicht das Inverse voneinander und summieren sich folglich nicht zu Null.
  • Diese nicht-lineare Eigenschaft kann verwendet werden, um ein System zu konstruieren, das die nicht-linearen Bereiche innerhalb gegebener Medien betrachtet. Bei einem Ausführungsbeispiel dieses Systems wird beispielsweise ein Bildbereich aus drei verschiedenen Sätzen von übertragenen Signalen gebildet, die sich jeweils in der Phase um 120 Grad unterscheiden. Die durch diese k = 3 Sätze von Anregungsimpulsen erzeugten linearen Reflexionen heben einander auf, während die nicht-linearen Komponenten k-ter Ordnung dies nicht tun. Diese Impulsaufhebung ermöglicht, daß ein gemittelter Satz von empfangenen Rohdaten F(n, t) erzeugt wird. Ein dreidimensionaler gemittelter Satz von empfangenen Rohdaten F(n, m, t) kann auch erzeugt werden, wobei m ein Element aus einer zweidimensionalen oder nxm- Wandlermatrix ist. Die Datenfunktionalität hängt von der Kanal- (oder Wandler-) Zahl und der Zeit ab. Dieser einzelne Satz von gemittelten Daten kann dann verwendet werden, um einen Bildbereich zu rekonstruieren. Der rekonstruierte Bildbereich würde die Information darstellen, die aus der dritten oder k-ten Oberwelle erzeugt wird, die von den Streustellen innerhalb der Medien erzeugt wird.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallabbildungssystems unter Verwendung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Modifikation von einer von einer potentiellen Vielzahl von Wellenformen, die modifiziert werden;
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Signalsendereinheit vor der Signalabgabe an interessierende Medien;
  • Fig. 4A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit;
  • Fig. 4B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit; und
  • Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Datenverarbeitungseinheit.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Ultraschallabbildung. Diese Erfindung verwendet die Breitstrahltechnologie (B2-Technologie™), um eine Bildgewinnung der nicht-linearen Elemente von zu untersuchenden Medien durchzuführen. Diese Medien werden nachstehend als interessierende Medien bezeichnet. Die Breitstrahltechnologie legt zu einem gegebenen Zeitpunkt einen zu untersuchenden Bereich fest, was zu einem System, das einen fokussierten Strahl verwendet, im Gegensatz steht.
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Ultraschallabbildungssystems unter Verwendung der vorliegenden Erfindung. Das Abbildungssystem 100 umfaßt mindestens eine Signalgeneratoreinheit 110, mindestens eine Signalsendereinheit 120, abzubildende interessierende Medien 130, mindestens eine Empfänger- und Rohdaten- Mittelungseinheit 140, um Signale zu erfassen, die von den interessierenden Medien 130 empfangen werden, und eine Datenverarbeitungseinheit 150 zum Übernehmen der gemittelten empfangenen Signale und zum Erzeugen eines Bereichs einer Bilderzeugung auf einer Bildanzeigeeinheit 160.
  • Eine Signalgeneratoreinheit 110 steuert eine Schaltung für eine Signalsendereinheit 120 an. Die Signalsendereinheit wird in Fig. 3 genauer gezeigt und beschrieben.
  • Eine Signalsendereinheit 120 überträgt Impulssätze von Ultraschallenergie in die interessierenden Medien 130. Von den interessierenden Medien 130 empfangene Echos werden in der Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit 140 gespeichert. Nachfolgende phasenverschobene Signale von der Signalgeneratoreinheit 110 laufen durch die Signalsendereinheit 120 und werden in Impulssätze von Ultraschallenergie umgewandelt, die zu den interessierenden Medien 130 laufen. Die interessierenden Medien 130 modifizieren die Impulssätze von Ultraschallenergie. Diese modifizierten Impulssätze von Ultraschallenergie werden von der Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit 140 empfangen und gemittelt. Daten von diesen empfangen Impulssätzen werden in einem Datensatz als Funktion der Kanalzahl n und der Zeit t gemittelt. Die gemittelten Datensätze werden von der Datenverarbeitungseinheit 150 verarbeitet und auf einer Bildanzeigeeinheit 160 angezeigt.
  • Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Modifikation von einer von einer potentiellen Vielzahl von Wellenformen, die modifiziert werden. Dieses Beispiel von Fig. 2 demonstriert, wie eine Signalgeneratoreinheit 110 ein erzeugtes Signal modifizieren kann. Eine festgelegte Modulation kann beispielsweise in Form einer beliebigen Kombination der Veränderung einer Amplitude, Frequenz oder Impulsbreite eines unbeeinflußten Eingangssignals stattfinden. Diese modulierten Signale variieren zusätzlich für einen gegebenen Impulssatz in der Phase. Um eine Modulation zu erzeugen, kann eine Hüllkurvenfunktion A(n, t) mit einer Sinuswelle gefaltet werden, die durch ej[ ≙ 0(t, n)t + θi + θ(n)] dargestellt ist, welche die Endwellenform A(n, t)ej[ ≙ 0(t,n)t + θi + θ(n)] ergibt. Bei dieser Wellenformschreibweise ist n die Wandlerelementzahl und i ist ein gegebener Impulsindex (z. B., wenn eine zweite Oberwelle verwendet wird, k = 2, dann gilt i = 1 . . 2). Die Phase variiert für verschiedene Impulsfolgen innerhalb eines gegebenen Impulssatzes und wird durch die Bezeichnung θi angegeben.
  • Um das Konzept der Phasenänderung zu erläutern, nehme man ein Beispiel, bei dem k drei ist. Bei diesem Beispiel wird jeder Impuls innerhalb eines Impulssatzes in der Phase um


    oder 120° geändert. Ein erster Impuls wird mit einer Phasenorientierung von 0° erzeugt, einer zweiter Impuls ist um 120° zum ersten Impuls phasenverschoben und ein letzter Impuls im Impulssatz ist bezüglich des ersten Impulses um 240° phasenverschoben. Nachdem der erste Impuls gesendet und empfangen wird, wird der zweite Impuls gesendet und empfangen, und so weiter durch die Folge. Jegliche Information wird verfolgt, so daß Grundfrequenzen summiert und beseitigt werden können, wobei hauptsächlich nur harmonisch erzeugte Echos übrigbleiben. Man erinnere sich, daß harmonisch erzeugte Echos durch nicht-lineare Medien erzeugt werden.
  • Ferner kann als Beispiel eine Hüllkurvenfunktion A(n, t) eine Gauß-Wellenform sein. Das übertragene Signal kann zusätzlich als Chirp-Wellenform moduliert werden (d. h. eine Frequenzdurchlauf-Modulation, von der eine Fourier- Transformation mit einer breiteren Streuung immer noch um die Grundfrequenz zentriert ist). Gegebenenfalls könnte ein digitaler Wellenformgenerator anstelle des in Fig. 2 gezeigten Faltungsverfahrens verwendet werden.
  • Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Signalsendereinheit 120 vor der Signalabgabe an interessierende Medien. Die Signalsendereinheit 120 umfaßt mindestens einen Leistungsverstärker 330, einen Sende/Empfangs-Schalter 340 und einen ersten Wandler 350. Gegebenenfalls kann eine Signalsendereinheit 120 ferner eine Verzögerungsschaltung 310 enthalten. Die Verzögerungsschaltung 310 kann eine analoge oder digitale Verzögerung sein. Gegebenenfalls kann die Signalsendereinheit 120 auch eine Kanalverstärkungseinheit 320 enthalten, um den Leistungsverstärker 330 als Funktion der Kanalzahl und Zeit anzusteuern. Außerdem kann das Signal oder der Impuls impulsbreitenmoduliert (nicht dargestellt) werden, um Leistung zu sparen. Die Leistungssparung kann in Gebietsanwendungen des Systems, bei denen eine Batterieleistung verwendet werden kann, entscheidend werden.
  • Fig. 4A zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit 140. Ein zweiter Wandler 410 empfängt Impulssätze, die durch interessierende Medien 130 modifiziert werden. Diese empfangenen Impulssätze werden von Ultraschallenergie durch den zweiten Wandler 410 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein zweiter Sende/Empfangs-Schalter 420 kann verwendet werden, um die elektrischen Signale mit der entsprechenden Schaltung zu koppeln. Bei einem Ausführungsbeispiel können ein zweiter Wandler 410 und ein zweiter Sende/Empfangs-Schalter 420 zusammenfallen oder analoge Einheiten zum ersten Wandler 350 und ersten Sende/Empfangs-Schalter 340, die in Fig. 3 gezeigt sind, sein. Ein zweiter Leistungsverstärker 430 kann hinzugefügt werden und als Funktion der Zeit durch die Verstärkungssteuereinheit 440 gesteuert werden. Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 430 sendet ein verstärktes Signal zu einem wahlweisen Bandpaßfilter 450. Der Bandpaßfilter 450 kann unter anderem verwendet werden, um Fremdrauschen zu verringern oder zu beseitigen. Fig. 4A und 4B teilen sich dieselbe Komponentenanordnung bis zum Bandpaßfilter 450 und einschließlich desselben, wobei sie anschließend voneinander abweichen, um dadurch alternative Ausführungsbeispiele zu veranschaulichen.
  • Das elektrische Signal des Ausführungsbeispiels von Fig. 4A wird mit einem ersten Analog-Digital-(A/D)Wandler 460 gekoppelt und kann in einen wahlweisen Gleichphasen- und Phasenquadratur-(I/Q)Mischer 470, der ein einzelnes Seitenbandsignal erzeugt, einen wahlweisen ersten Basisbandfilter 480 und eine Mittelungseinheit 490 fortlaufen. Der wahlweise erste Basisbandfilter wirkt zum Verringern oder Beseitigen irgendeiner Grundfrequenz aus den Signalen, die von den ursprünglichen Impulssätzen empfangen werden, wobei hauptsächlich harmonisch erzeugte Signale übrigbleiben. Ein Zweck der Mittelungseinrichtung besteht darin, einen punktweisen arithmetischen Mittelwert der empfangenen elektrischen Signale vorzusehen.
  • Mathematisch kann dieser arithmetische Mittelwert als


    ausgedrückt werden, wobei das empfangene Signal Ri für jedes Element des Sendezyklus als Funktion der Kanalzahl und Zeit zur Korrelation mit dem ursprünglichen übertragenen Impuls i aufsummiert wird. Alle anderen Komponenten im Signalweg sind von Arten, die einem üblichen Fachmann üblicherweise bekannt sind.
  • Fig. 4B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit. Man erinnere sich daran, daß sich Fig. 4A und 4B dieselbe Komponentenanordnung bis zum wahlweisen Bandpaßfilter 450 und einschließlich desselben teilen. Ab dem Punkt dieses wahlweisen Bandpaßfilters 450 wird das Signal des Ausführungsbeispiels von Fig. 4B ferner mit einem analogen Mischer 455, einem wahlweisen zweiten Basisbandfilter 465, einem zweiten Analog-Digital-Wandler 475 und einer Mittelungseinrichtung 490 gekoppelt.
  • Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Datenverarbeitungseinheit 150. Hier empfängt die Datenverarbeitungseinheit 150 gemittelte Daten von der Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit 140. Die gemittelten Daten werden in die Datenverarbeitungseinheit 150 eingegeben und an der I/Q-Rohdatenmatrix 510 empfangen, die die gemittelten Daten in einer M × N-Flächenmatrix speichert, wobei M die Anzahl von Abtastwerten (1 bis 10000 Abtastwerte ist eine beispielhafte Anzahl) ist und N die Anzahl von Elementen × 2 (sowohl phasengleich als auch Phasenquadratur) ist. Diese gemittelten Daten werden in einen Digitalsignalprozessor (DSP) 520 eingespeist, der die Rohdaten zu einem Bereich eines akustischen Bildes rekonstruiert. Eine beispielhafte Rekonstruktionsgleichung kann die Form


    annehmen. In dieser Gleichung gibt ai eine Blendenfunktion an, r bezieht sich auf einen radialen Abstand von einem Wandlerzentrum in einem gegebenen Winkel φ und die Funktion F ist ein gemittelter Satz von empfangenen Rohdaten. Die Funktionen des Digitalsignalprozessors 520 könnten in einer beliebigen Anzahl von Weisen erreicht werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte beispielsweise eine zweckmäßig ausgelegte anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) anstelle des Digitalsignalprozessors 520 verwendet werden. Diese in Polarkoordinaten umgewandelten Daten werden in einem Puffer 530 für akustische Bilddaten in einer J × K-Matrix gespeichert (wobei J die Anzahl von Reichweiteabtastwerten ist und K die Anzahl von Winkelabtastwerten ist). An diesem Punkt sind die Daten noch eine Funktion eines Abstandes r vom Wandler in einem gegebenen Winkel φ. Dies könnte auch in einem kartesischen Koordinatensystem durchgeführt werden. Der Puffer 530 für akustische Bilddaten ermöglicht, daß die Daten gespeichert werden, bis sie vom Abtastwandler 540 benötigt werden. Die Bilddaten I (r, φ) werden durch die Verwendung eines r-φ-Abtastwandlers 540 in ein rekonstruiertes Bild in kartesischen Koordinatendaten I (x, y) umgewandelt. Ein r-φ-Abtastwandler ist auf dem Fachgebiet gut bekannt und wandelt typischerweise zweidimensionale Daten durch die Umwandlung x = rcos(φ) und y = rsin()φ von polaren in kartesische Koordinaten um.
  • Das Ausgangssignal aus der Datenverarbeitungseinheit 150 erzeugt einen Bildbereich I (x, y) entsprechend einem Bereich, der mit Impulssätzen von Ultraschallenergie bestrahlt wird. Diese umgewandelten I (x, y)-Daten können auf der Bildanzeigeeinheit 160 angezeigt werden. Die Bildanzeigeeinheit 160 kann eine beliebige visuelle Anzeige sein, wie z. B., jedoch nicht begrenzt auf einen Computermonitor, einen Flachbildschirm oder eine Flüssigkristallanzeige, eine Kathodenstrahlröhre (CRT) oder dergleichen.
  • Aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung, die oben dargelegt wurden, ist für einen üblichen Fachmann ersichtlich, daß Veränderungen an und Zusätze zu den Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es könnte beispielsweise leicht sein, ein System in Erwägung zu ziehen, durch das ein gesamtes dreidimensionales (3D) Volumen im Gegensatz zu einem zweidimensionalen Bereich auf einmal angezeigt werden könnte. Dieses dreidimensionale Ausführungsbeispiel kann durch Holographie oder irgendein anderes Mittel bewerkstelligt werden. Es wäre eine offensichtliche Extrapolation von den Lehrsätzen des hierin dargestellten zweidimensionalen Systems, eine dreidimensionale Vorrichtung zu konstruieren.

Claims (45)

1. System zur Ultraschallabbildung mit:
einer Signalgeneratoreinheit zum Erzeugen von mindestens zwei phasenverschobenen Impulsen;
einer Signalsendereinheit, die mit der Signalgeneratoreinheit gekoppelt ist, zum Übertragen der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse in interessierende Medien;
einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit zum Empfangen der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse, die von den interessierenden Medien modifiziert werden; und
einer Datenverarbeitungseinheit, die mit der Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit gekoppelt ist.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Signalgeneratoreinheit ein digitaler Wellenformgenerator ist.
3. System nach Anspruch 1, wobei die Signalgeneratoreinheit eine Amplitude von mindestens zwei phasenverschobenen Sinuswellen moduliert, die die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse erzeugen.
4. System nach Anspruch 1, wobei die Signalgeneratoreinheit eine Frequenz von mindestens zwei phasenverschobenen Sinuswellen moduliert, die die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse erzeugen.
5. System nach Anspruch 1, wobei die Signalgeneratoreinheit eine Impulsbreite von mindestens zwei phasenverschobenen Sinuswellen moduliert, die die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse erzeugen.
6. System nach Anspruch 1, wobei die Signalgeneratoreinheit mindestens zwei phasenverschobene Sinuswellen mit einer Hüllkurvenfunktion faltet, um die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse zu erzeugen.
7. System nach Anspruch 6, wobei die Hüllkurvenfunktion eine Gauß-Wellenform ist.
8. System nach Anspruch 6, wobei die Hüllkurvenfunktion eine Chirp-Wellenform ist.
9. System nach Anspruch 6, wobei die mindestens zwei phasenverschobenen Sinuswellen in einer Weise moduliert werden, um eine impulsbreitenmodulierte Gauß-Chirp- Wellenform zu erzeugen.
10. System nach Anspruch 1, wobei die Signalsendereinheit einen Leistungsverstärker, einen Sende/Empfangs-Schalter und einen Wandler umfaßt.
11. System nach Anspruch 10, welches ferner eine digitale Verzögerungsschaltung umfaßt.
12. System nach Anspruch 10, welches ferner eine analoge Verzögerungsschaltung umfaßt.
13. System nach Anspruch 10, welches ferner eine Kanalverstärkungsschaltung umfaßt.
14. System nach Anspruch 1, wobei die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse abwechselnd von der Signalsendereinheit übertragen werden, um einen Impulssatz zu erzeugen.
15. System nach Anspruch 1, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit einen Wandler, einen Sende/Empfangs-Schalter, einen Analog-Digital-Wandler und eine Mittelungseinrichtung umfaßt.
16. System nach Anspruch 15, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit ferner einen Leistungsverstärker, einen Bandpaßfilter und einen Basisbandfilter umfaßt.
17. System nach Anspruch 15, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit ferner einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer umfaßt.
18. System nach Anspruch 1, wobei sich die Signalgeneratoreinheit und die Empfänger- und Rohdaten- Mittelungseinheit einen Wandler teilen.
19. System nach Anspruch 1, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer, einen Digitalsignalprozessor, einen Puffer für akustische Bilddaten und einen Abtastwandler umfaßt.
20. System nach Anspruch 1, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen Puffer für akustische Bilddaten und einen Abtastwandler umfaßt.
21. System nach Anspruch 1, welches ferner eine Bildanzeigeeinheit, die mit der Datenverarbeitungseinheit gekoppelt ist, umfaßt.
22. System nach Anspruch 21, wobei die Bildanzeigeeinheit ein Computermonitor ist.
23. System nach Anspruch 21, wobei die Bildanzeigeeinheit ein Flachbildschirm ist.
24. System nach Anspruch 21, wobei die Bildanzeigeeinheit eine Flüssigkristallanzeige ist.
25. Verfahren zum Durchführen einer Ultraschallabbildung, umfassend:
Erzeugen von mindestens zwei phasenverschobenen Impulsen;
Umwandeln der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse in mindestens zwei phasenverschobene akustische Impulse;
Übertragen der mindestens zwei phasenverschobenen akustischen Impulse in interessierende Medien;
Empfangen und Mitteln von mindestens zwei modifizierten akustischen Impulsen von den interessierenden Medien; und
Konstruieren von Bilddaten aus den mindestens zwei modifizierten akustischen Impulsen.
26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse durch eine Amplitudenänderung moduliert werden.
27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse durch eine Frequenzänderung moduliert werden.
28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse durch eine Änderung der Impulsbreite moduliert werden.
29. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zwei phasenverschobenen Impulse mit einer Hüllkurvenfunktion gefaltet werden, um die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse zu erzeugen.
30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Hüllkurvenfunktion eine Gauß-Wellenform ist.
31. Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Hüllkurvenfunktion eine Chirp-Wellenform ist.
32. Verfahren nach Anspruch 25, wobei eine Phase der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse um 360 Grad, dividiert durch einen ganzzahligen Nenner, der gleich einer ganzen Anzahl der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse ist, variiert.
33. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Mittelwertbildung der mindestens zwei modifizierten akustischen Impulse ein punktweiser arithmetischer Mittelwert für ein Element eines Sendezyklus als Funktion einer Kanalzahl und einer Zeit ist, um auf die mindestens zwei akustischen phasenverschobenen Impulse zurückzukorrelieren.
34. System zur Ultraschallabbildung mit:
einer Signalgeneratoreinheit zum Erzeugen von mindestens zwei phasenverschobenen Impulsen, wobei die Signalgeneratoreinheit mindestens zwei Sinuswellen mit einer Hüllkurvenfunktion modulieren kann, um eine modifizierte Version der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse zu erzeugen, wobei die Signalgeneratoreinheit ferner die mindestens zwei phasenverschobenen Impulse in mindestens zwei phasenverschobene akustische Impulse umwandelt;
einer Signalsendereinheit, die mit der Signalgeneratoreinheit gekoppelt ist, zum Übertragen der mindestens zwei phasenverschobenen akustischen Impulse in interessierende Medien;
einer Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit zum Empfangen der mindestens zwei akustischen Impulse, die durch die interessierenden Medien modifiziert werden, wobei Daten von den mindestens zwei modifizierten akustischen Impulsen in einem Datensatz als Funktion der Kanalzahl und der Zeit gemittelt werden; und
einer Datenverarbeitungseinheit, die mit der Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit gekoppelt ist, wobei die Datenverarbeitungseinheit Bilddaten aus den modifizierten akustischen Impulsen konstruiert, wobei ein Ausgangssignal aus der Datenverarbeitungseinheit ferner mit einer Bildanzeigeeinheit gekoppelt wird.
35. System nach Anspruch 34, wobei die Signalsendereinheit einen Leistungsverstärker, einen Sende/Empfangs-Schalter und einen Wandler umfaßt.
36. System nach Anspruch 35, welches ferner eine digitale Verzögerungsschaltung umfaßt.
37. System nach Anspruch 35, welches ferner eine analoge Verzögerungsschaltung umfaßt.
38. System nach Anspruch 35, welches ferner eine Kanalverstärkungsschaltung umfaßt.
39. System nach Anspruch 34, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit einen Wandler, einen Sende/Empfangs-Schalter, einen Analog-Digital-Wandler und eine Mittelungseinrichtung umfaßt.
40. System nach Anspruch 39, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit ferner einen Leistungsverstärker, einen Bandpaßfilter und einen Basisbandfilter umfaßt.
41. System nach Anspruch 39, wobei die Empfänger- und Rohdaten-Mittelungseinheit ferner einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer umfaßt.
42. System nach Anspruch 34, wobei sich die Signalgeneratoreinheit und die Empfänger- und Rohdaten- Mittelungseinheit einen Wandler teilen.
43. System nach Anspruch 34, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer, einen Digitalsignalprozessor, einen Puffer für akustische Bilddaten und einen Abtastwandler umfaßt.
44. System nach Anspruch 34, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Gleichphasen- und Phasenquadratur-Mischer, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen Puffer für akustische Bilddaten und einen Abtastwandler umfaßt.
45. Verfahren zum Durchführen einer Ultraschallabbildung, umfassend:
Erzeugen von mindestens zwei phasenverschobenen Impulsen;
Falten der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse mit einer Hüllkurvenfunktion;
Umwandeln der mindestens zwei phasenverschobenen Impulse in mindestens zwei phasenverschobene akustische Impulse;
Übertragen der mindestens zwei phasenverschobenen akustischen Impulse in interessierende Medien;
Empfangen von mindestens zwei erzeugten reflektierten Impulsen von den interessierenden Medien;
Mitteln von Daten von den mindestens zwei erzeugten reflektierten Impulsen als Funktion der Kanalzahl und der Zeit;
Konstruieren von Bilddaten aus den mindestens zwei erzeugten reflektierten Impulsen; und
Anzeigen der Bilddaten auf einer Bildanzeigeeinheit.
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