DE2651001A1

DE2651001A1 - Nach dem impuls-echo-verfahren arbeitendes ultraschalluntersuchungsgeraet,

Info

Publication number: DE2651001A1
Application number: DE19762651001
Authority: DE
Inventors: Richard Ing Grad Soldner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1976-11-08
Publication date: 1978-05-11
Also published as: NL7709498A; GB1592697A; DE2651001B2; AT365063B; US4128012A; DE2651001C3; ATA695577A; FR2370280B1; FR2370280A1; JPS5361182A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 76 P 5126 BRD

Nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeitendes Ultraschalluntersuchungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeitendes Ultraschalluntersuchungsgerät, insbesondere für medizinische Zwecke, bestehend aus einem Ultraschall-Sende/ Empfangssystem, dessen Sender in bestimmten Zeltabständen Ultraschallimpulse über eine dem System vorgeschaltete Vorlaufstrecke, z.B. Wasservorlaufstrecke, in das zu untersuchende Objekt einstrahlt sowie einer in Abhängigkeit von den Sendeimpulsen gesteuerten Echoimpulsabbildungsvorrichtung, die die zeitlich nacheinander am Empfänger anfallenden Echoimpulse eines jeden Sendeimpulses entsprechend der zeitlichen Reihenfolge deren Auftretens abbildet.

Geräte dieser Art werd.en beispielsweise als sogenannte A-Scan- oder B-Scan-Geräte bei der Materialuntersuchung oder in der medizinischen Diagnostik zum Erfassen bzw. zur Abbildung von körperinternen Schichtstrukturen, z.B. Organschnittbildern oder dergleichen, eingesetzt. Zum Aufbau eines Echosichtbildes werden im allgemeinen Kathodenstrahlröhren verwendet, wobei je nach Anwendungsfall (B-Scan oder Α-Scan) der Elektronenstrahl der Röhre in Abhängigkeit von den Ultraschall-Sendeimpulsen entweder zellenförmig über den'Röhrenbildschirm oder lediglich periodisch über dessen Zeitachse abgelenkt wird und wobei die Abbildung der Echoimpulse durch Helltasten oder durch analoge Vertikalauslenkung des Elektronenstrahls jeweils beim

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Kue 23 Kof / 1 .11.1976

ORIGINAL SUSPECTED

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Anfallen eines Echoimpulses geschieht. Die Vorlaufstrecke zwischen Ultraschall-Sende/Empfangssystem und dem zu untersuchenden Objekt (z.B. Patienterkörper) soll dabei einerseits das Arbeiten in der Fernzone des Systems ermöglichen, in der eindeutige IntensitätsTerhältnisse innerhalb der Richtcharakteristik des Ultraschallsenders vorhanden sind. Die Torlaufstrecke dient andererseits aber auch zur Ausblendung von bildverfälschenden Mehrfachechos aus dem Bildbereich der Echoabbildung. Mehrfachechos entstehen bekanntlich durch wiederholte Reflexion von reellen Echos innerhalb der Vorlaufstrecke, insbesondere bedingt durch den hohen Reflexionsfaktor der Grenze zwischen Schallkopf und Vorlaufstreckenmedium. Hierbei tritt vor allem das besonders starke Echo der Grenzfläche zwischen Vorlaufstreckenmedium und Objektoberfläche störend in Erscheinung. Die am Schallkopf reflektierten Echos wirken wie zusätzlich abgestrahlte Sendeimpulse, die immer noch so viel Energie aufweisen, daß sie ebenfalls Echos im Objektinnern auslösen können. In dieser Weise erzeugte Mehrfachechos treten nun jedoch an Undefinierten Stellen im Echogramm, z.B. Echosichtbild, auf und erzeugen somit nicht reelle Bildpunkte. Nach üblicher Praxis konnten diese Mehrfachechos bisher dadurch ausgeblendet werden, daß die Laufzeit der Impulse durch die Vorlaufstrecke größer gewählt wurde als die Laufzeit der Echos im Objekt, bezogen auf die maximale Objekttiefe. In einem solchen Fall tritt nämlich das erste Mehrfachecho erst nach dem Eintreffen des letzten reellen Echos aus dem Untersuchungsgebiet auf, d.h. es wird einschließlich der nachfolgenden weiteren Mehrfachechos nicht aufgezeichnet. Sämtliche Mehrfachechos fallen also üblicherweise in die Vorlaufzeit des nächstfolgenden Sendeimpulses. Das vorstehend geschilderte Verfahren funktioniert ausgezeichnet, sofern mit relativ geringen Impulsfolgezeiten gearbeitet wird. Aus Gründen der flackerfreien Darstellung von Echosichtbildern ist man jedoch bestrebt, mit erhöhter Sendeimpulsfolge zu arbeiten, d.h. die Wiederholzeit T

der Sendeimpulse möglichst kurz zu halten und damit die Vorlaufzeit T_v dieser Impulse zur Zwischenschachtelung einer weiteren Impulsserie auszunutzen. Bei Geräten, die nach diesem Prinzip arbeiten (z.B. Ultraschalluntersuchungsgerät gemäß der DT-OS 2 230 940),lassen sich eventuell entstehende Mehrfachechos jedoch

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nicht mehr ohne weiteres aus dem Echogramm ausblenden. Vielmehr treten diese Mehrfachechos weiterhin als Störechos im Bild auf und sie können allenfalls bei Übergang von fester auf gewobbelte Impulsfolge aufgrund der sich mit der Wobbeifrequenz ändernden Standorte im Echosichtbild als solche Störechos erkannt wer den.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Ultraschalluntersuchungsgerät der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß sich Mehrfachechos auch bei hohen Zeilenfrequenzen im Echobild nicht mehr störend auswirken können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Zusatzeinrichtung mit Zeitmeßglied zur Erfassung der Yorlaufzeit T eines jeden Sendeimpulses durch die Vorlaufstrecke und Stellglied zum Einstellen der Impulsfolgezeit T₀ jeweils aufeinanderfolgender Sendeimpulse auf die gemessene Vorlaufzeit.

Bei üblichen Ultraschallimpulsgeräten ist die Impulsfolge T der Sendeimpulse eine geräteseitig fest eingestellte bzw. einstellbare Konstante. Die Lage der Mehrfachechos im Bild ist somit gegeben durch die variable Vorlaufzeit T und die Wiederholzeit T₀ der Sendeimpulse. Wird nun jedoch gemäß der Erfindung T - T gewählt, so decken sich die durch Mehrfachreflexion, entstehenden Mehrfachechos exakt mit den zugehörigen reellen Echos der untersuchten Struktur der nachfolgenden Impulsserie. Die Mehrfachechos werden demnach, obgleich sie nach wie vor entstehen, mit den ihnen zugehörigen reellen Echos zur Deckung gebracht und sie sind somit nicht mehr sichtbar. Im Rahmen vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Angleich T = T am exaktesten erreicht durch Triggerung eines Sendeimpulses durch das erste Echo (Haut- oder Folienecho) der vorhergehenden Echoserie. Damit ergibt sich eine technisch besonders einfache Realisierung von Zeitmeßeinrichtung und Stellglied, die sich in besonders vorteilhafter Weise einsetzen läßt, wenn Vorlaufstrecken unterschiedlicher Länge bzw. flexible Vorlaufstrecken (Wassergefäß mit Folienabschluß) Verwendung finden. In diesem Fall ergibt sich mit einfachsten technischen Mitteln

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und besonders rasch ein automatischer Angleich der Folgezeit T

der Sendeimpulse an die sich aufgrund unterschiedlicher Wölbung bei Anlage am Untersuchungsobjekt laufend ändernden Vorlaufstrecke .

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 den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines Ultraschall-Sende/Empfangssystems mit Vorlaufstrecke für ein Ultraschalluntersuchungsgerät nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschalluntersuchungsgerätes im Prinzipschaltbild mit einem Ultraschall-Sende/Empfangssystem gemäß Fig. 1 sowie einer Kathodenstrahlröhre als Abbildungsvorrichtung für die Echoimpulse,

Fig. 3 ein Diagramm der mit dem Gerät nach der Fig. 2 einstellbaren Folge von Sende- und Echoimpulsen.

Beim Applikator der Fig. 1 handelt es sich um einen sogenannten Rotationsscanner, der zwei Ultraschallwandlerelemente 1 und 2 (oder auch mehr) umfaßt, die mittels Drehträger 3 in der Brennachse 4 eines zylindrischen Parabolreflektor 5 um die Brennachse drehbar angeordnet sind. Die Wandler 1 und 2 erzeugen jeweils im aktivierten Zustand einen Ultraschallstrahl aus Ultraschallimpulsen, die in Richtung auf den Reflektor 5 abgesendet und von diesem über eine Ankoppelwasserstrecke 6 mit ultraschalldurchlässiger Membranfolie 7 in das zu untersuchende Objekt reflektiert werden. Das Objekt besteht im vorliegenden Fall beispielsweise aus einem mütterlichen Bauch mit der Bauchdecke und dem Uterus 9, in dem sich z.B. ein Fötus (nicht dargestellt) befindet. Bei rascher Rotation des Ultraschallkopfes 1 bis 3

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tastet aufgrund der Reflexionseigenschaften des Reflektors 5 der Ultraschallstrahl US des jeweils aktivierten Ultraschallwandlers 1 oder 2 das Objekt (Bauch der Schwangeren) in zueinander parallelen Zeilen ab. Die aus jeder Ultraschallabtastzeile stammenden Echoimpulse, die von dem als Sender und Empfänger arbeitenden gerade aktiven Ultraschallwandler 1 oder 2 empfangen werden, werden schließlich in entsprechender zeilenweiser Form auf dem Bildschirm einer Oszillographenröhre abgebildet. Es ergibt sich somit das erwünschte Ultraschall-Echo-Schnittbild des Objektes.

Im Prinzipschaltbild der Fig. 2 ist der Schallkopf des Sende/ Empfangssystems der Fig. 1 lediglich schematisch mit 1, 2 angedeutet. Ein Hochfrequenzoszillator zur Speisung des jeweiligen Wandlers ist mit 10 und ein erster Hochfrequenzempfänger für die Echosignale mit 11 bezeichnet. Die Echosignale des ersten Empfängers 11 werden über eine Helligkeitsmoduliereinrichtung der bereits erwähnten Oszillographenröhre 13 zur Helligkeitsmodulation zugeleitet. Zum Aufbau des Zeilenrasters dienen ein Zeilenkippgenerator 14 in Verbindung mit der Yertikalablenkspule 15 und ein Bildkippgenerator 16 in Verbindung mit der Horizontalablenkspule 17 der Oszillographenröhre 13. Der BiIdkippgenerator 16 erzeugt seine Bildkippspannung in zeitlicher Synchronität mit der Drehbewegung des Trägers 3 für die Wandlerelemente 1 und 2 durch einen Drehantrieb 18. Die Steuerung des Zeilenkippgenerators 14 erfolgt hingegen in Abhängigkeit von Triggersignalen einer Triggerstufe 19, beispielsweise monostabile Kippstufe, über eine Triggerleitung 20. Die Trigger- · stufe 19 wiederum wird im Takt des Anfaliens des jeweils ersten Echoimpulses eines Sendeimpulses über einen zweiten Echoimpulsempfänger 21 für dieses Echo nebst Torschaltung 22 für den Durchlaß nur dieses Echos zur Triggerstufe 19 angestoßen. Die Triggerstufe 19 triggert mit ihren AusgangsSignalen neben dem Zeilenkippgenerator 14 der Oszillographenröhre 13 auch den Hochfrequenzoszillator 10 für die Ultraschall-Sendeimpulse. Des weiteren steuert die Triggerstufe 19 auch die Lage der Toröffnungszeit des Tores 22 bezüglich eines zu erwartenden

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ersten Echoimpulses. Die Steuerung erfolgt dabei über zwei monostabile Kippstufen 23 und 24. Die erste monostabile Zippstufe 23 erzeugt mit jedem Triggerimpuls der Triggerstufe 19 einen Ausgangsimpuls mit der Dauer der Torlaufzeit T . Die Endflanke dieses Ausgangsimpulses stößt wiederum die zweite monostabile Kippstufe 24 an, die mit der Dauer ihres Ausgangsimpulses die Öffnungszeit des Tores 22 festlegt. Zur Erzeugung amplitudennormierter Echoimpulse am Eingang der Triggerstufe 19 dient eine Amplitudenregeleinrichtung für den Empfangsverstärker 21, die im vorliegenden Fall einen Differenzverstärker 25 in einem Verstärkungsruckkoppelkreis des Empfangsverstärkers 21 umfaßt. Der Differenzverstärker 25 regelt mit seinem Ausgangssignal den Verstärkungsgrad des Empfangsverstärkers 21 so lange, bis die Ausgangssignale dieses Verstärkers amplitudenmäßig dem am Differenzverstärker 25 angelegten Spannungssollwert U-,-, entsprechen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind zur Aufzeichnung sämtlicher Echosignale einerseits und zum Empfang lediglich des eigentlichen Triggerechos andererseits je ein separater Empfangsverstärker 11 bzw. 21 vorgesehen. Es entspricht der Selbstverständlichkeit, daß für beide Ableitvorgänge aber auch nur ein einziger gemeinsamer Empfangsverstärker vorgesehen zu werden braucht. In diesem Fall erfolgt Regelnormierung sowohl für Triggerechos als auch für sämtliche sonstige am Oszillographenbildschirm darzustellende Grenzechos.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 ergibt sich in Verbindung mit Fig. 3 nunmehr wie folgt:

Der Schallkopf 1, 2 sendet in der oben beschriebenen Weise Ultraschallimpulse US durch die Vorlaufstrecke 6 mit der Vorlaufzeit T in ein Untersuchungsgebiet 8, 9 mit der Untersuchungstiefe T . In Fig. 3 ist hierbei ein erster Sendeimpuls S₁ dargestellt, der bei der vorgegebenen Konfiguration aus der gesamten Untersuchungstiefe beispielsweise die dargestellten drei Echoimpulse einer Echoimpulszeile E.. erzeugt. Das erste Echo TE₁ (Triggerecho) ist das Folienecho der Folienmembrane 7 bzw. das Oberflächenecho an der Körperoberfläche 8 des Untersuchungsgebietes. In der Fig. 3 sei der Echoimpuls TE₁ als so intensiv

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angenommen, daß sich Mehrfachechos aufgrund dieses Impulses ausbilden können. Da die Vorlaufzeit Τ_γ der doppelten Laufzeit eines Sendeimpulses zum Eingang des Untersuchungsobjektes beträgt, fallen diese Mehrfachechos ME₁ zwar amplitudengeschwächt aber dennoch deutlich sichtbar am Ende der doppelten Yorlaufzeit 2 T. an. Bei üblicher Geräteausführung würden nun diese Mehrfachechos ME^ als nicht reelle Echos, d.h. als Störechos, im Echosichtbild auf dem Bildschirm der Oszillographenröhre 13 erscheinen und somit durch ihr Erscheinen unter Umständen Anlaß zu Fehldiagnosen geben. Gemäß -vorliegender Erfindung triggert nun jedoch das jeweils erste Echo eines Sendeimpulses den nächstfolgenden Sendeimpuls, d.h. die Impulsfolgezeit T zweier aufeinanderfolgender Sendeimpulse wird jeweils auf die Yorlaufzeit eingestellt. Es ergibt sich damit der in Fig. 3 dargestellte Fall, daß also das erste Echo TE. des Sendeimpulses S.] unmittelbar den Sendeimpuls Sg auslöst (bzw. TEg den Sendeimpuls S^ etc.). Da die aus diesem Sendeimpuls Sp resultierenden reellen Echos Ep aus dem Untersuchungsgebiet wiederum um die Yorlaufzeit T 'zeitverschoben auftreten, ergibt sich exakte Überdeckung mit den Mehrfachechos ME., · des ersten Sendeimpulses S-,. Damit werden also Mehrfachechos eines Sendeimpulses durch reelle Echos des nächstfolgenden Sendeimpulses immer überdeckt, so daß sie als nicht reelle Störechos separat im Echosichtbild nicht mehr sichtbar werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die Echos eines Sendeimpulses, wie in Fig. 3 deutlich dargestellt, immer in der Yorlaufzeit des nächstfolgenden Sendeimpulses. Damit ergibt sich hohe Zeilen- sowie auch Bildfrequenz ohne Störeinfluß von Mehrfachechos auf die Sichtbilddarstellung.

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Le

erseite

Claims

76 P 5126 BRD Patentansprüche

1. Nach dem Impuls-Echo-Verfahren arbeitendes Ultraschalluntersuchungsgerät, insbesondere für medizinische Zwecke, bestehend aus einem Ultraschall-Sende/Empfangssystem, dessen Sender in bestimmten Zeitabständen Ultraschallimpulse über eine vorgeschaltete Vorlaufstrecke, z.B. Wasservorlaufstrecke, in das zu untersuchende Objekt einstrahlt sowie einer in Abhängigkeit von den Sendeimpulsen gesteuerten Echoimpulsabbildungsvorrichtung, die die zeitlich nacheinander am Empfänger anfallenden Echoimpulse eines jeden Sendeimpulses entsprechend der zeitlichen Reihenfolge deren Auftretens abbildet, gekennzeichnet durch eine Zusatzeinrichtung mit Zeitmeßglied (21 bis 25) zur Erfassung der Vorlauf zeit (T ) eines jeden Sendeimpulses durch die Vorlaufstrecke (6) und Stellglied (19) zum Einstellen der Impulsfolgezeit (T ) jeweils Sendeimpulse auf die gemessene Vorlaufzeit.

Einstellen der Impulsfolgezeit (T ) jeweils aufeinanderfolgender

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitmeßglied einen Selektivempfänger (21, 22 oder 11, 22) für den jeweils ersten Echoimpuls eines Sendeimpulses umfaßt; der ausgangsseitig mit dem Ultraschallsender (1, 2) zur Auslösung des nächstfolgenden Sendeimpulses jeweils mit Empfang des ersten Echos des vorhergehenden Sendeimpulses gekoppelt ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder empfangene erste Echoimpuls eines vorhergehenden Sendeimpulses selbst den Triggerimpuls zur Auslösung des nächstfolgenden Sendeimpulses darstellt oder abgibt.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder erste Echoimpuls eines Sendeimpulses eine Triggerstufe (19), z.B. monostabile Kippstufe, zur Erzeugung eines Triggerimpulses zur Auslösung des nächstfolgenden Sendeimpulses anstößt.

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5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Selektivempfänger einen Empfangsversfcärker (11 oder 21) mit elektronischem Empfangstor (22), z.B. UND-Glied oder ANALOG-Schalter, für den jeweils ersten Echoimpuls umfaß t.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeit des Tores (22) durch zwei monostabile Kippstufen (23, 24) vorgebbar ist, von denen die eine (23) durch den Triggerimpuls der Triggerstufe (19) angestoßen wird und einen Ausgangsimpuls von der Dauer der Vorlaufzeit (T ) erzeugt und die andere (24) mit dem Ende dieses Ausgangsimpulses angestoßen wird und einen Ausgangsimpuls mit der Dauer der Toröffnungszeit erzeugt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Selektivempfänger ein Verstärker (21 oder 11) mit auf Normamplitude der Ausgangssignale regelbarem Verstärkungsgradrückkoppelkreis zugeordnet ist.

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