DE2912410A1 - Ultraschall-querschnittabbildungsvorrichtung - Google Patents

Description

Henkel, Kern, Feiler fir Hänzel « Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha,

Möhlstraße 37 Kawasaki-shi, Japan D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

2$. März 1979

53P945-2

Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung .

Bei einer bisherigen Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung, etwa einer Ultraschall-Diagnosevorrichtung, werden sowohl eine Rasterabtastung einer Anzeigevorrichtung als auch eine Ultraschallabtastung in einander abwechselnder bzw. Zeilensprung-Beziehung durchgeführt. Dies bedeutet, daß zunächst ein Bild (frame) von zwei Feldern gebildet wird, während nach der Abtastung eines ersten Felds das zweite Feld längs Zeilen abgetastet wird, die zwischen den Abtastzeilen für das erste Feld parallel zu diesen Zeilen verlaufen. Zwischen der Abtastung des ersten Felds und derjenigen des zweiten Felds ist dabei eine Zeitverzögerung unvermeidbar. Infolge dieser Zeitverzögerung sind die von den beiden Feldern erhaltenen Bilder einander nicht genau bzw. vollständig über-

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lagert, insbesondere dann, wenn eine Tomographie eines sich schnell bewegenden Objekts, z.B. des Herzens, angefertigt wird. Dadurch wird das erhaltene Einzelbild (one-frame image) verzerrt.

Die Rasterabtastung der Anzeigevorrichtung und die Ultraschallabtastung können auch in einem nicht wechselnden bzw. zeilensprungfreien Verhältnis erfolgen. Obgleich dabei das erhaltene Einzelbild nicht so verzerrt ist wie bei Wechselabtastung, neigt es zu einem Flimmern, weil die ein Bildfeld bildenden Bereiche sequentiell abgetastet werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung, die ein höchstens geringfügig verzerrtes und praktisch flacker- bzw. flimmerfreies Bild zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung erfindungsgemäß gelöst durch einen Ultraschall-Abnehmer, der Ultraschallwellen in zeilensprungfreier bzw. nicht verknüpfter Beziehung emittiert und zeilensprungfreie Bilddaten liefert, durch an den Abnehmer angeschlossene Speichereinrichtungen zur Speicherung der Bilddaten vom Abnehmer, durch eine mit den Speichereinrichtungen verbundene Ausleseeinrichtung zum Auslesen der Bilddaten aus den Speichereinrichtungen in Zeilensprungbeziehung und durch eine an die Ausleseeinrichtung angeschlossene Bildwiedergabeeinrichtung, welche die Bilddaten von den Speichereinrichtungen abnimmt und ein Bild in Zeilensprungbeziehung erzeugt.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ulträschall-Querschnittabbildungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Lagenbeziehung zwischen einem Untersuchungsobjekt und einer Ultraschallsonde ,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Speicher bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig» 4 eine schematische Darstellung der Abtastzeilen auf dem i-lonitor-Bildschirm der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist mit einer Ultraschall-Sonde 11 versehen, die z.B. aus 64 in einer Reihe angeordneten elektromechanischen Elementen, etwa piezoelektrischen Elementen, besteht und die mit einem Impulsgeber 13 und einem Empfänger 14 verbunden ist. Der durch Taktimpulse von einem Taktgenerator 12 angesteuerte Impulsgeber 13 ist über einen Analog/Digital- bzw. Ä/D-Wandler 15 an die Sammelklemme (common terminal) eines Schalters 17 angeschlossen, der beispielsweise aus einem elektronischen Schalterelement besteht. Die beiden Eontakte des Schalters 17 sind mit Speichern 18 bzw. 19 verbunden, deren Leseklemmen mit zwei getrennten Kontakten eines Schalters 20 verbunden sind, dessen Sammelklemme wiederum über einen Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 21 an einen Kontrollempfanger bzw. Monitor 22 angeschlossen ist. Der Taktgenerator 12 liefert Taktimpulse auch zu Adressenregisterii 23 und 24. Die Äusgangsklemme des Adressenregisters

23 ist mit einem Kontakt 25a eines elektronischen Schalters 25 nno. einem Kontakt 26b eines anderen elektronischen Schaltars 2€ varbunden. Die Ausgangsklemme des Adressenregisters

24 lieg- dagegen am anderen Kontakt 25b des Schalters 25 und an a.-K-eran Kontakt des Schalters 26. Die Sammelkontakte bzw.

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-klemmen dieser Schalter 25 und 26 sind mit je einer Adresseneingangsklemme des Speichers 18 bzw. des Speichers 19 verbunden. Der Taktgenerator 12 liefert die Taktimpulse auch zu einem X-Wobbler (sweeper) 27, einem Y-Wobbler 28 und einem Bildzähler 29. Letzterer zählt die Taktimpulse und liefert jedesmal ein Ausgangssignal, wenn sein Zählstand eine vorbestimmte Größe erreicht.

Im folgenden ist anhand der Fig. 2 bis 4 die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert. Gemäß Fig. wird die Sonde 11 auf ein, zu untersuchendes Objekt 30 aufgesetzt. In dieser Position empfängt die Sonde 11 die vom Impulsgeber 13 in Synchronismus mit den Taktimpulsen des Taktgenerators 12 erzeugten Treiberimpulse, wodurch die piezoelektrischen Elemente P1 bis P64 sequentiell zur Erzeugung von Ultraschallwellen angesteuert werden. Die Ultraschallwelle jedes piezoelektrischen Elements wird von den Grenzflächen innerhalb des Objekts 30 reflektiert. Die reflektierte Ultraschallwelle, d.h. das Echo, wird vom jeweiligen piezoelektrischen Element empfangen und durch dieses in ein als Echosignal bezeichnetes elektrisches Signal umgesetzt, das zum Empfänger 14 geleitet und durch diesen verstärkt wird. Das verstärkte Echosignal wird sodann durch den A/D-Wandler 16 in ein Digitalsignal umgesetzt, das über den elektronischen Schalter 17 geschickt und im Speicher 18 als Echodateneinheit gespeichert wird.

Bei einer Objekttiefe von beispielsweise 260 mm besteht die Echodateneinheit aus 260 Bits, denen jeweils 1 mm zugewiesen ist. Die auf diese Weise von den Elementen P1 - P64 erhaltenen Echodaten werden sequentiell an den Adressen 0-63 des Speichers 18 gespeichert, die durch die Nichtzeilensprung(noninterlace)-Adressendaten vom Adressenregister 23 bezeichnet worden sind, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Wenn alle Adressen des Speichers 18 besetzt sind, liefert der Bildzähler 29 ein Ausgangssignal, welches die elektronischen Schalter

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17, 20, 25 und 26 auf die durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigte Weise betätigt. Sobald diese Schalter auf diese Weise betätigt worden sind, werden die geradzahligen Adressen 0, 2, 4, 6 ... 62 sequentiell durch Zeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 24 bezeichnet, worauf die ungeradzahligen Adressen 1, 3, 5 ... 63 sequentiell durch Zeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 24 bezeichnet werden. Infolgedessen werden die Echodaten nacheinander zuerst aus den geradzahligen Adressen und dann aus den ungeradzahligen Adressen des Speichers 18 ausgelesen. Die Echodaten des Speichers 18 werden durch den D/A-Wandler 21 in Analogsignale umgesetzt, die dann dem Monitor bzw. Fernseh-Bildschirm 22 zugeführt werden, um auf diesem ein Echobild zu formen.

Wenn alle Adressen des Speichers 18 aufgefüllt sind und neue Echodaten von der Sonde 11 über den Empfänger 14 eingehen, werden die Adressen 0-63 des Speichers 19 durch die Nichtzeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 23 bezeichnet. Die neuen, über den Empfänger 14 und den A/D-Wandler 16 eingehenden Echodaten von der Sonde 11 werden somit sequentiell über den elektronischen Schalter 17 in die Adressen 0-63 des Speichers 19 eingeschrieben. Wenn alle Adressen des Speichers 18 freigemacht und alle Adressen des Speichers 19 aufgefüllt bzw. belegt sind, liefert der Bildzähler 29 ein Äusgangssignal, welches die elektronischen Schalter 17, 20, 25 und 26 auf die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien gezeigte Weise betätigt. Nach dieser Betätigung der Schalter werden die geradzahligen Adressen des Speichers 19 sequentiell durch die Zeilensprung-Adressendaten vom Adressenregister 24 bezeichnet, worauf die ungeradzahligen Adressen des Speichers 19 sequentiell durch die Zeilensprung-Adressendaten des Ädressenregisters 24 bezeichnet werden. Infolgedessen werden die Echodaten nacheinander zuerst aus den geradzahligen Adressen

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und dann aus den ungeradzahi^gen Adressen des Speichers 19 ausgelesen. Die Echodaten vom Speicher 19 werden durch den A/D-Wandler 21 in Analogsignale umgesetzt, die zur Bildung eines Echobilds auf dem Bildschirm dem Monitor bzw. Fernseh-Bildschirm 22 zugeführt werden.

Gemäß Fig. 4 entspricht jede Abtastzeile auf dem Bildschirm des Fernseh-Monitors 22 einer 260-Bit-Dateneinheit. Insbesondere entsprechen die aus den geradzahligen Adressen des Speichers 18 oder 19 ausgelesenen Echodaten den Abtastzeilen 1, 3, 5 ... 63 und die aus den ungeradzahligen Adressen des Speichers 18 oder 19 ausgelesenen Echodaten den Abtastzeilen 0, 2, 4, 6 ... 64. Die ungeradzahligen Abtastzeilen bilden somit ein ungeradzahliges Zeilensprung-Abtastfeld (odd line interlaced scanning field), während die geradzahligen Abtastzeilen ein geradzahliges Zeilensprung-Abtastfeld bilden. Kurz gesagt, werden die den Abtastzeilen 1-64 entsprechenden Echodaten sequentiell in den Speicher 18 oder 19 eingeschrieben, doch werden die Echodaten entsprechend den ungeradzahligen Abtastzeilen ausgelesen, nachdem die Echodaten entsprechen den geradzahligen Abtastzeilen aus dem Speicher 18 oder 19 ausgelesen worden sind.

Durch Wiederholung der beschriebenen Dateneinschreib- und -auslesevorgänge werden Tomographiebilder des Objekts 30 nacheinander auf dem Bildschirm des Monitors 22 wiedergegeben.

Wie vorstehend beschrieben, wird ein Untersuchungsobjekt 30 mit den Ultraschallwellen der Sonde 11 nach einem Nichtzeilensprung-System (non-interlaced system) abgetastet, wobei die von dieser Abtastung erhaltenen Echodaten in einem Speicher gespeichert werden und der Bildschirm des Fernseh-Monitors in Wechsel- bzw. Zeilensprungbeziehung (interlaced fashion) mit den Echodaten aus dem Speicher abgetastet wird, so daß eine Tomographie des Objekts wiedergegeben wird.

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Die nach diesem Verfahren erzeugten Bilder sind somit kaum verzerrt und stets flimmerfrei, auch wenn sich das Objekt schnell bewegt. Mit der beschriebenen Vorrichtung kann deshalb ein klares, scharfes Ultraschallechobild, d.h. eine Tomographie eines sich schnell bewegenden Objekts, wie des Herzens, geboten werden. Das so erzeugte Bild kann auf einem Monitor, etwa einem Fernseh-Bildschirm, betrachtet und photographiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht die Sonde 11 aus 64 piezoelektrischen Elementen, wobei 64 Abtastzeilen benutzt werden. Selbstverständlich können jedoch auch mehr oder weniger piezoelektrische Elemente für die Sonde 11 und dementsprechend mehr oder weniger Abtastzeilen benutzt werden. Wie erwähnt, dient außerdem jeder Speicher zur abwechselnden Speicherung und Auslesung von Echodaten zur Bildung eines Einzelbilds auf dem Bildschirm des Monitors 22. Wahlweise kann jeder Speicher wiederholt dieselben Echodaten auslesen, so daß auf dem Bildschirm ein Stehbild wiedergegeben wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Bildzähler 29 an der Abgabe seines Ausgangssignals gehindert wird. Weiterhin wird bei der beschriebenen Ausführungsform eine lineare Ultraschallabtastung angewandt, doch ist die Abtastung keineswegs darauf beschränkt, vielmehr können auch andere Abtastverfahren, wie eine Sektor- oder Segmentabtastung, angewandt werden. Bei der dargestellten Äusführungsform werden Echodaten zeilensprungfrei in die Speicher 18 und 19 eingeschrieben, doch kann die Einschreibung auch in Zeilensprungbeziehung erfolgen. In diesem Fall liefert das Adressenregister 23 Zeilensprung-Adressendaten .

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung mit einer Ultraschall-Sonde, Speich°reinrichtungen und einer Anzeigeeinric¹ t:ung geschaffen. Die Sonde emittiert Ultraschallwellen in Nichtzeilen-

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Sprungbeziehung und empfängt die Echodaten in derselben Beziehung. Die zeilensprungfreien Echodaten werden in die Speichereinrichtungen eingeschrieben, aus diesen in Zeilensprungbeziehung ausgelesen und durch die Anzeigeeinrichtung in Zeilensprungbeziehung als Bild wiedergegeben.

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Claims (3)

Henkel Kern, fieler &■ Hänzel Patentanwälte Registered Representatives ο / 1 ΓΙ before the I H IU European Patent Office Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, Möhlstraße 37 Kawasaki-shi, Japan ■ D-8000 München 80 — Tel.: 089/98 20 85-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid 29, Mar?. 1979 53P945-2 Ultraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung Patentansprüche

1. öltraschall-Querschnittabbildungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Ultraschall-Abnehmer (11), der Ultraschallwellen in zeilensprungfreier bzw. nicht verknüpfter Beziehung emittiert und zeilensprungfreie Bilddaten liefert, durch an den Abnehmer (11) angeschlossene Speichereinrichtungen (18, 19) zur Speicherung der Bilddaten vom Abnehmer, durch eine mit den Speichereinrichtungen verbundene Äitsleseeinrichtung (21} zum Auslesen der Bilddaten aus den Speichereinrichtungen in Zeilensprungbeziehung und durch eine an die Ausleseeinrichtung angeschlossene Bildwiedergabeeinrichtung (22) , welche die Bilddaten von den Speichereinrichtungen abnimmt und ein Bild in Zeilenspriingbssiehung erzeugt.

2» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschall-Abnehmer eine Sonde in Form einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten elektromechanischen Elercent-E und eine Ansteuer- oder Treibereinrichtung zur

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Ansteuerung der elektromechanischen Elemente in zeilensprungfreier bzw. nicht verknüpfter oder verketteter Beziehung umfaßt, so daß diese Elemente Ultraschallwellen in zeilensprungfreier Beziehung emittieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen zwei Speicher umfassen, von denen jeweils einer Daten speichert, während aus dem anderen Daten ausgelesen werden.

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