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DE2628568A1 - Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet - Google Patents

Nach dem impuls-echoverfahren arbeitendes ultraschall-bildgeraet

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DE2628568A1
DE2628568A1 DE19762628568 DE2628568A DE2628568A1 DE 2628568 A1 DE2628568 A1 DE 2628568A1 DE 19762628568 DE19762628568 DE 19762628568 DE 2628568 A DE2628568 A DE 2628568A DE 2628568 A1 DE2628568 A1 DE 2628568A1
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Klaus Ing Grad Buchner
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Siemens Corp
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT -3 Unser Zeichen Berlin und München VPA 76 P 5078 BRD
Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und Bildanzeigevorrichtung mit Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei zwischen Bildanzeigevorrichtung und Ultraschall-Applikator ein steuerbares elektronisches Empfangstor eingeschaltet ist, das lediglich Echoimpulse aus einem einstellbaren Tiefenbereich des Untersuchungsobjektes zur Bildanzeigevorrichtung durchläßt.
Ultraschall-Bildgeräte mit elektronischen Empfangstoren zur Eingrenzung des Darstellungsbereiches von Echosignalen sind beispielsweise durch die deutschen Offenlegungsschriften 1 928 366 bzw. 2 060 269 vorbekannt. Bei diesen Bildgeräten besteht jedoch das Problem darin, bei einer Ultraschallabtastung zeilenweise in parallel übereinanderliegenden Ebenen Echoimpulse lediglich aus solchen Ebenen oder gekrümmten Flächen des Untersuchungsobjektes zu erhalten, die im wesentlichen senkrecht zur Einstrahlrichtung des Ultraschalls in das Untersuchungsobjekt, d.h. senkrecht zu den abgetasteten Ebenen, liegen. Zu diesem Zwecke muß das Empfangstor auf relativ schmale Empfangsbreiten eingestellt-werden. In der Ultra-
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Kue 28 Kof / 23.6.1976
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schall-Schnittbild-Diagnostik stellt sich jedoch unabhängig davon häufig auch das Problem, daß innerhalb der Ebene, die vom Ultraschallstrahl abgetastet wird, eine Bereichsbegrenzung vorzunehmen ist, in dem Sinne, daß Echo impulse lediglich aus einem begrenzten Teilbereich dieser Ebene empfangen und an der Anzeigevorrichtung dargestellt werden sollen. Damit ergibt sich die Möglichkeit, nicht interessierende Teile des Ultraschall-Schnittbildes aus der Bilddarstellung auszublenden, so daß lediglich die wirklich interessanten Teile dem Betrachter dargeboten werden.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es nun, ein Ultraschall-Bildgerät der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß mit einfachsten technischen Mitteln eine solche Bereichseingrenzung in beliebigen Tiefen des UntersuchungsObjektes gewährleistet ist, wobei eine Tiefenausblendung ohne Änderung von Zeilen- und Bildfrequenz erfolgen soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektronische Empfangstor im Takt von Kippimpulsen des Zeilenkipp-
ίθ generators, deren Kippfrequenz ein Mehrfaches der Folgefrequenz der Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-Applikators beträgt, wechselweise in den geöffneten und geschlossenen Zustand gesteuert wird, und daß lediglich innerhalb jener Phasen, in denen das Empfangstor für Echoimpulse geschlossen ist, ein Sende-
>5 impuls für den Ultraschall-Applikator erzeugt wird, wobei der AbgabeZeitpunkt des Sendeimpulses innerhalb der Schließphase des Empfangstores beliebig verschiebbar ist.
Beim Gerät nach der Erfindung erfolgt die Verschiebung eines Ausblendbereiches für Echoimpulse lediglich durch Änderung des AbgabeZeitpunktes des Sendeimpulses innerhalb der Schließphase des Empfangstores. Da ansonsten die Öffnungszeiten des Empfangstores mit den Zeilenkipps der Zeilenkippspannung des Zeilenkippgenerators fest synchronisiert sind, ergeben sich Öffnungszeiten des Empfangstores zu immer regelmäßig wiederkehrenden festgelegten Zeitpunkten, die jedoch eine Verschiebung des Darstellbereiches bewirken, da mit geändertem AbgabeZeitpunkt des Sendeimpulses der Darstellbereich entsprechend relativ geändert wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ultraschall-Bildgerät gemäß der Erfindung im Prinzipschaltbild,
Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Durchführung eines Zeilen-Sprungverfahrens mit dem Prinzipschaltbild nach
Fig. 1.
In der Fig. 1 ist mit 1 der Ultraschall-Applikator bezeichnet, der im vorliegenden Fall als Ultraschall-Array ausgebildet ist.
Der Applikator 1 besteht demnach aus einer Vielzahl von Ultraschallwandlern W1 bis Wn (piezoelektrische Kristallplättchen), die in Reihe nebeneinander an einem Trägerteil 2 aus Ultraschallwellen gut dämpfendem Material gehaltert sind. Die einzelnen Wandlerelemente W- bis Wn sind wahlweise einzeln oder gruppenweise durch Hochfrequenzimpulse eines Hochfrequenzimpulsgenerators 3 erregbar in dem Sinne, daß sie Ultraschallimpulse in Richtung der Pfeile 4 in ein Untersuchungsobjekt 5, beispielsweise menschlichen Körper, einstrahlen. Die Ansteuerung der einzelnen Wandlerelemente W1 bis Wn in Einzel- oder Gruppenformation erfolgt mittels einer Ansteuervorrichtung, die in der üblichen Weise Ansteuerschieberegister 6 sowie Ansteuerschalter S1 bis S zur Anschaltung zu erregender Wandlerelemente an den Hochfrequenzimpulsgenerator 3 im Sendebetrieb bzw. an einen Echoimpulsempfangsverstärker 7 im Empfangsbetrieb umfaßt. Die Ansteuervorrichtung arbeitet dabei mit dem Schieberegister 6 ■in der Weise, daß durch entsprechend angesteuerte Schalter S1 bis S die einzelnen Wandlerelemente W1 bzw. W über die Wandlerreihe fortlaufend nacheinander einzeln - oder gruppenweise - auf Senden bzw. Empfang schaltbar sind. Auf diese Weise ergibt sich ein zeilenweises Fortschreiten des Ultraschallsende/ Empfangsstrahles über die Wandlerreihe hinweg und damit entsprechend zeilenweise Ultraschallabtastung des Untersuchungsobjek-
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tes 5. Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 erfolgt die Ultraschallabtastung im Zeilensprungverfahren. Aus diesem Grunde sind also die Wandlerelemente W1 bis W des Arrays 1 durch Schieberegister 6 und Ansteuerschalter S1 bis S in dem Sinne steuerbar, daß während eines jeweils ersten Abtastvorganges das Untersuchungsobjekt 5 z.B. jeweils immer nur in ungeradzahligen Ultraschallzeilen und erst im nächstfolgenden zweiten Durchgang in den dazwischenliegenden geradzahligen Ultraschallzeilen abgetastet wird. Auf diese Weise ergeben sich zwei aufeinanderfolgende Ultraschall-Halbbilder, die an einer Bildaufzeichnungsvorrichtung entsprechend zum Vollbild aufsummiert werden müssen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig.1 dient als Bildaufzeichnungsvorrichtung speziell eine Elektronenstrahlröhre 8, der in üblicher Weise ein Zeilenkippgenerator 9 für eine Horizontalablenkspule 10 sowie ein Bildkippgenerator für die Vertikalablenkspule 10f der Elektronenstrahlröhre 8 zugeordnet ist. Die Elektronenstrahlröhre 8 umfaßt ferner auch noch einen Helligkeitsmodulator 12 zur Helligkeitsmodulation der Bildzeilen im Takt der anfallenden Echoimpulse.
Zur Eingrenzung des Echoempfangsbereiches auf einen erwünschten Darstellbereich dient ein elektronisches Tor 13, das zwischen Echoempfangsverstärker 7 und Helligkeitsmodulator 12 der Elektronenstrahlröhre 8 eingeschaltet ist. Die Steuerung des Tores 13 im Sinne des wechselweisen Öffnens und Schließens erfolgt in Abhängigkeit von Ausgangssignalen Up„ bzw. Up„' einer bistabilen Kippstufe 14, die wiederum durch Leittaktimpulse U-r eines Leittaktgenerators 15 umgeschaltet wird. Der Leittaktgenerator dient gleichzeitig zur Steuerung des Zeilenkippgenerators 9 im Sinne der Erzeugung von Zelenkippimpulsen U7 im Takt der Leitimpulse des Leittaktgenerators 15 (Zeilentakt der Zeilen des Vollbildes). Der Leittaktgenerator 15 steuert ferner mit seinen Leitimpulsen über ein weiteres elektronisches Impulstor 16 sowie ein Impulsverzögerungsglied 17 (z.B. monostabile Kippstufe) den Hochfrequenzimpulsgenerator 3 im Sinne der Erzeugung eines Hochfrequenz impuls es Ug-y bzw. -Uoy' für die Wandler des Ultraschall-Arrays. Die Öffnung des Tores 16 erfolgt wiederum mit den Ausgangsimpulsen der bistabilen Kippstufe 14, jedoch im Wechsel-
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betrieb zum Tor 13. Dem Impulsverzögerungsglied 17 ist ferner ein Einstellglied 18 zur Einstellung unterschiedlicher Verzögerungszeiten zugeordnet. Zur automatischen Umschaltung von Ultraschallabtastung im ersten Halbbild auf Ultraschallabtastung im ' zweiten Halbbild und umgekehrt dient eine weitere bistabile Kippstufe 19 in Verbindung mit einem Umschalter 20 zwischen den beiden Ausgängen der bistabilen Kippstufe 14. Die bistabile Kippstufe 19 wird im Takt der Bildkippimpulse für den Bildkippgenerator 11, die aus den Leittaktimpulsen des Leittaktgenerators durch entsprechende Untersetzung gewonnen werden, umgeschaltet. Gleichzeitig mit dieser Umschaltung der bistabilen Kippstufe 19 am Ende eines Bildkipps wird auch die bistabile Kippstufe 14 über die Rücksetzleitung 2-1 in-'den Ausgangszustand zurückgesetzt.
Die Funktionsweise des Prinzipschaltbildes nach der Fig. 1 ergibt sich in Verbindung mit dem Impulsdiagramm nach der Fig. 2 wie folgt:
Der Leittaktgenerator 15 erzeugt unabhängig vom jeweiligen HaIbbildaufbau immer eine Impulsfolge U-r von Leittaktimpulsen. Entsprechend erzeugt auch der Zeilenkippgenerator 9 immer eine Zeilenkippspannung Ug im Verlauf gemäß Fig. 2. Unterschiedlich für jedes Halbbild ist jedoch die Ansteuerung der beiden Tore bzw. 16 durch die Ausgangsimpulse der bistabilen Kippstufe 14 festgelegt. Für das erste Halbbild befindet sich beispielsweise der Schalter 20 in der gezeichneten Schaltstellung. Die bistabile Kippstufe 14 liefert somit Ausgängsimpulse UpF gemäß Fig. 2 mit der halben Taktfrequenz der Leittaktimpulse U-^. Im Takt dieser Impulse \J„„ werden nun die beiden Tore 13 bzw. 16 im Gegentakt geöffnet und wieder geschlossen, und zwar so, daß im schraffierten Bereich der Impulsfolge UpF lediglich das Tor 13 jeweils geöffnet und in der nachfolgenden Nullphase das Tor 16 jeweils geöffnet ist. Aufgrund dieses Umschaltmechanismus an beiden Toren 13 bzw. 16 gelangen durch das Tor 16 nur solche Taktimpulse des Leittaktgenerators 15 zum Verzögerungsglied 17 und nach entsprechender Verzögerung auch zum Sendeimpulsgenerator 3, die mit der jeweiligen Öffnungszeit des Tores 16 zusammenfallen. Diese Durchgangsimpulse sind in den Fig. 1 und 2 mit Ug und die
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entsprechenden verzögerten Impulse mit Ugy bezeichnet. Jeder zum Hochfrequenzimpulssender 3 gelangende Impuls Ugy bewirkt nun über diesen die Abstrahlung eines Ultraschallsendeimpulses in das Untersuchungsobjekt. Die daraufhin empfangenen Echoimpulse werden über den Echoempfangsverstärker 7 auf das Tor 13 gegeben.
Da dieses Tor 13 jedoch im Wechseltakt zum Tor 16 geöffnet wird, ergibt sich Durchlaß für Echoimpulse lediglich in einem begrenzten Bereich des gesamten Empfangsbereiches E zwischen zwei Sendeimpulsen Ugy, der durch die jeweils schraffierten Bereiche der Spannung Up,F der bistabilen Kippstufe 14 vorgegeben ist. Da die Abtastung des ersten Halbbildes jeweils in ungeradzahligen Abtastzeilen erfolgt, ergeben sich somit begrenzte Echoimpulsfolgen Um am Ausgang des Tores 13, die über den Helligkeitsmodulator 12 der Röhre 8 zur Helligkeitsmodulaiäon der gerade in diesem Augenblick vom Zeilenkippgenerator 9 erzeugten Bildzeile zugeleitet werden. Aus dem Verlauf durchgelassener Zeileninformationen Z.,, Z^, Zrj Z- etc. des Torspannungsverlaufes Um sieht man nun deutlich, daß unabhängig vom Auftrittszeitpunkt der verzögerten Sende-Triggerimpulse Ugy die lage der Impulse
IQ Zj. t Z^, Z1- etc. immer nur durch die Öffnungszeiten der Impulse UpF der bistabilen Kippstufe 14 für das Tor 13 festgelegt ist. Damit ergibt sich jedoch auf einfache Weise die Möglichkeit, durch entsprechende Verschiebung der Impulse Ugy (in Fig. 2 gestrichelt angedeutet), was gemäß Fig. 1 durch Einstellung unterschiedlicher Verzögerungszeiten mittels des Einstellgliedes 18 am Verzögerungsglied 17 erfolgt, den Darstellbereich von Echoimpulsen in beliebigen Objekttiefen entsprechend einzugrenzen. Diese Verschiebung erfolgt jedoch bei konstanter Zeilen- und Bildfrequenz lediglich aufgrund Änderung des Ab-Strahlzeitpunktes von Ultraschallsendeimpulsen mittels des Verzögerungsgliedes 17. Der Zeilenaufbau für die geradzahligen Zeilen des zweiten Halbbildes erfolgt in entsprechender Weise wie auch beim ersten Halbbild. Diese Zeilen müssen jedoch lediglich gegenüber den ungeradzahligen um einen entsprechenden Zeilenabstand verschoben werden. Dies erfolgt automatisch mittels des Schalters 20, der jeweils mit Ende einer Ultraschallabtastung eines ersten Halbbildes durch die in diesem Augenblick umgeschaltete bistabile Kippstufe 19 in die gestrichelte
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Schaltstelliing gebracht wird. Am Ausgang der bistabilen Kippstufe 14 fällt damit die inverse Spannung U„p' an, die jeweils um die halbe Sende/Empfangszeit verzögert Umschaltung der Tore 13 bzw. 16 im Gegentakt sowie Sende-Trigger-Signale Ug' bzw. Uoy' erzeugt. Es ergeben sich somit am Ausgang des Tores ' ■ im Bereich eingegrenzte Zeilenimpulse Zp, Z., Zg, ZQ etc., die als die fehlenden geradzahligen Abtastzeilen in die Zwischenräume der ungeradzahligen des ersten Halbbildes entsprechend eingefügt werden. 10
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Claims (6)

2678568 -JS- 76 P 5078 BRD Patentansprüche
1. Nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitendes Ultraschall-Bildgerät, insbesondere für die medizinische Diagnostik, mit Ultraschall-Applikator für die zeilenweise Ultraschallabtastung eines Untersuchungsobjektes und Bildanzeigevorrichtung mit Zeilengenerator für die Abbildung der Echoimpulse als Zeile sowie Bildgenerator für die Verschiebung der Zeile in Abhängigkeit von der Verschiebung des Ultraschallstrahles im Objekt, wobei zwischen Bildanzeigevorrichtung und Ultraschall-Applikator ein . steuerbares elektronisches Empfangstor eingeschaltet ist, das lediglich Echoimpulse aus einem einstellbaren Tiefenbereich des Untersuchungsobjektes zur Bildanzeigevorrichtung durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Empfangstor (13) im Takt von Kippimpulsen (Uz) des Zeilenkippgenerators (9), deren Kippfrequenz ein Mehrfaches der Folgefrequenz der Sende/Empfangszyklen des Ultraschall-Applikators (1) beträgt, wechselweise in den geöffneten und geschlossenen Zustand gesteuert wird, und daß lediglich innerhalb jener Phasen, in denen das Empfangstor (13) für Echoimpulse geschlossen ist, ein Sendeimpuls (Usv, Ucy') für den Ultraschall-Applikator erzeugt wird, wobei der Abgabezeitpunkt des Sendeimpulses innerhalb der Schließphase des Empfangstores beliebig verschiebbar ist.
2. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlegung von Sendeimpulsen in die Schließzeiten des Empfangstores (13) ein weiteres Impulstor (16) vorgesehen ist, das im Gegentakt zum Empfangstor (13) auf Durchlaß für Leitimpulse (Uj) "eines Leittaktgenerators (15) zur Erzeugung der Sendeimpulse schaltbar ist, welche Leittaktimpulse (U.) gleic] zeitig den Zeilenkippgenerator (9) zur Erzeugung von Zeilenkippimpulsen (Uz) im Takt der Leittaktimpulse steuern.
3. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gegentaktschaltung der beiden Tore (13, 16) eine bistabile Kippstufe (14) dient, die von den Leittaktimpulsen (Ur) des Leittaktgenerators (15) wechselweise in den einen oder anderen stabilen Zustand geschaltet wird.
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4. Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabilen Kippstufe (14) ein Umschalter (20) zugeordnet ist, der den beiden Toren (13 bzw. 16) die Kippstufenausgangs spannung (Upp bzw. Upp') wechselweise normal oder invers zuleitet, wobei die wechselweise Umschaltung im Bildkipptakt von beim Zeilensprungverfahren erzeugter Ultraschall-Halbbilder erfolgt.
5- Ultraschall-Bildgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung des Umschalters (20) im Takt der
Ausgangsimpulse einer zweiten bistabilen Kippstufe (19) erfolgt, die durch die Bildkipp impulse für das eine sowie das weitere Halbbild wechselweise in den einen oder anderen stabilen Zustand gesteuert wird.
15
6. Ultraschall-Bildgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Abgabezeitpunktes eines Sendeimpulses innerhalb der Schließphase des Empfangstores (13) ein Verzögerungsglied (17) für die Sendeimpulse dient, welches mittels einer Einstellvorrichtung (18) auf unterschiedliche Verzögerungszeiten einstellbar ist.
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