DE2745063A1

DE2745063A1 - Richtungsempfindliches doppler-ultraschallsystem

Info

Publication number: DE2745063A1
Application number: DE19772745063
Authority: DE
Inventors: Fred Louis Hatke
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS636214B2; FR2367293B1; NL7710433A; GB1592695A; US4143650A; DE2745063C2; CH625409A5; FR2367293A1; JPS5346188A

Description

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Anmelder: F. Hoffmann-La Roche & Co.

Aktiengesellschaft CH-4002 Basel, Schweiz

Titel : "Richtuncisompf indliches Doppler-

Ultraschal!system"

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Richtungsempfindliches Doppler-Ultraschall system

Die Erfindung betrifft eine nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Ultraschall-Diagnosevorrichtung zur Gewinnung von elektrischen Signalen, die physiologischen Vorgängen entsprechen, welche Vorrichtung eine Ultraschall-Sender/Empfänger-Anordnung zur Bestrahlung des untersuchten Gegenstandes mit Ultraschallwellen, die einem Trägersignal entsprechen, und zur Erzeugung von elektrischen Echosignalen enthält, die den vom untersuchten Gegenstand reflektierten Ultraschallwellen entsprechen.

Doppler-Systeme, insbesondere Doppler-Ultraschallsysteme, werden zur Erfassung von physiologischen Vorgängen,wie dem Blutdurchfluss durch Blutgefässe, Herzbewegungen und insbesondere Bewegungen des Fötusherzens verwendet. Bestimmte Anwendungen (z.B. bei der Ueberwachung der Bewegungen des Fötusherzens) bringen mit sich die Erfassung einer Vielzahl von

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Doppler-Komponenten, die von der Bewegung des untersuchten Organs herrühren. Diese Doppler-Komponentcn können dann zur Messung der Wiederholungsfrequenz der Vorgänge (z.B. Herzschläge) oder zur Messung der Intervalle zwischen aufeinandorfolgenden Vorgängen verwendet werden. Unglücklicherweise, enthalten die reflektierten Wellen in der Regel nicht nur Doppler-Komponenten, die die erwünschte Information tragen, sondern auch andere Doppler-Komponenten, die Artefakten entsprechen. Hinzu kommt, dass das untersuchte Organ (z.B.

das Herz) verschiedene sich bewegende Teile enthält, wobei die Bewegungen dieser Teile in verschiedenen Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten, sowohl gleichzeitig als auch aufeinanderfolgend stattfinden. Nach Umwandlung der reflektierten Wellen in elektrische Signale, erhält man also ein komplexes Signal, das eine Mehrzahl von Doppler-Signalen (Nutzsignale und Artefakten) und oft ein Grundgeräusch enthält. Die Gewinnung einer gewünschten Information aus diesem komplexen Signal stellt eine schwierige Aufgabe dar.

Bis jetzt hat man versucht die Komplexität dieses Signals mit Hilfe von Filtern und Resonanzkreisen zu reduzieren, um Impulse zu erzeugen, die je einem komplexen Vorgang (z.B. eineir. Herzschlag) entsprechen würden. Ein gemeinsamer Nachteil der bekannten Schaltungen zur Verarbeitung der komplexen Signale liegt darin, dass sie nicht immer in der Lage sind, die vom medizinischen Standpunkt erforderliche Genauigkeit (z.B. bei der Messung von Intervallen zwischen Herzschlägen) zu gewährleisten. Es liegt ausserdem ein Bedürfnis vor, bestimmte Teile des empfangenen komplexen Doppler-Signals auszulesen, die sich wiederholenden, vorsehbaren, eindeutigen physiologischen Vorgängen entsprechen, um eine genaue Messung der Intervalle (z.B. die Vorauswurfsperiode des Herzens, die Ventikularauswurfszeit, die isometrische Erschlaffungszeit, usw.) zwischen solchen Vorgängen zu ermöglichen. Dieses Bedürfnis liegt insbesondere bei der Ueberwachung der fötalen Herzfrequenz vor,

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bei der eine zuverlässige Auslese von bestimmten Teilen des komplexen Doppler-Signals eine höhere Genauigkeit der gemessenen Herzfrequenz ermöglichen würde.Es ist dabei sehr erwünscht, die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen des Fötus und die Intervalle zwischen einem fötalen EKG-Signal und eine Bewegung bestimmter Herzklappen innerhalb des Fötusherzens mit möglichst hoher Genauigkeit zu messen.

Aufzeichnungen, die Aenderungen der fötalen Herzfrequenz über relativ kurze Intervalle(Aenderungen vom Herzschlag zu Herzschlag) zeigen, scheinen wertvolle Informationen über den Zustand eines Fötus zu enthalten. Ausser ihrer Bedeutung als Teil von langfristigen Aufzeichnungen der fötalen Herzfrequenz, können die Aufzeichnungen über kurze Zeitintervalle Hinweise über die Anstrengungen des Atmungssystems des Fötus, über kleine Aenderungen des Blutvolumens innerhalb der vom Fötus und Mutterkuchen gebildeten Einheit, über Aender .ngen des fötalen Blutdruckes und über die Wirkung von Medikamenten enthalten. Die Aufzeichnungen von kurzfristigen Aenderungen tier fötalen Herzfrequenz sind deshalb von Interesse für die vorgeburtliche Untersuchung eines Fötus.

Es ist bekannt, dass eine genaue Messung von Aenderungen des sogenannten RR-Intervalls (d.h. von R-Zacke zu R-Zacke) olektrokardiographisch durchgeführt werden kann, indem - nachdem Platzen der Membrane - die elektrokardiographischen Signale direkt an der Kopfhaut des Fötus entnommen v/erden, denn solche Signale sind eindeutig, klar, haben normalerweise einen hohen Geräuschabstand, sind stabil und entsprechen immer dem gleichen physiologischen Vorgang (siehe die amerikanische Patentschrift No.3.916.878).

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Das; fötale EKG-Signal, das am Bauch der Mutter (d.h.

indirekt) abgeleitet wird, ist weniger eindeutig, v/cil es durch das EKG-Signal der Mutter überdeckt wird. Dieses indirekt abgeleitete EKG-Signal des Fötus hat oft einen niedrigen Geräuschabstand und kann in mehr als 5OS der Fälle überhaupt nicht abgeleitet v/erden. Die indirekte Entnahme des fötalen EKG-Signals am Bauch der Mutter ist ausserdem sehr schwierig in den kritischen Wochen 32-36 der Schwangerschaft. Die indirekte Ableitung des fötalen LKG-Signals am Bauch der Mutter ist

ig deshalb für eine zuverlässige Messung von Aenderungen des RR-Intervalls nicht geeignet.

Bessere und auf jeden Fall brauchbarere Ergebnisse werden durch die externe, vorgeburtliche Untersuchung des Fötus mit einem Doppler-Ultraschallsystem erzielt. Dies wird z.B. dadurch gezeigt, dass das Doppler-System in der Lage ist, praktisch bei allen untersuchten Patienten (Föten) Doppler-Si; lale zu erzeugen, die eindeutig der fötalen Herztätigkeit entsprechen und welche durch die Herztätigkeit der Mutter nicht gestört v/erden, so dass die erzeugten Doppler-Signale für die Messung der fötalen Herzfrequenz von grosser potentieller Bedeutung sind.

Grundlegende Forschungsarbeiten in der Physiologie haben die Zusammenhänge gezeigt, die zwischen den mit der fötalen Herztätigkeit verbundenen Vorgängen und den diesen Vorgängen entsprechenden Doppler-Signalen bestehen, sowie die Zwischenbeziehungen zwischen solchen Signalen und ihre Beziehung zur fötalen Herzfrequenz. Diese Erkenntnisse haben zu einer optimalen Auswahl der üoppler-Frequenzbereiche, die zur Messung der fötalen Herzfrequenz zu berücksichtigen sind, und zur Entwicklung von patentierten Signalverarbeitungsschaltungen (siehe z.B. die amerikanischen Patentschriften Nos.3.763 . 851 und 3.934.577)/. Von der Vielzahl von Komponenten, die in den Doppler-Signalen enthalten sind, die den Bewegungen des Fötusherzens entsprechen, werden gemäss dem

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gegenwärtigen Stand der Technik drei Hauptkomponenten berücksichtigt, die den Bewegungen der Vorhofwand, der Oeffnung und der Schliessung der Semilunarklappen und der Atrioventricularöffnungen entsprechen. Alle diese drei Doppler-Komponenten werden normalerweise akustisch angezeigt und für die Messung der fötalen Herzfrequenz berücksichtigt. Diese Komponenten entsprechen jedoch Bewegungen, die sowohl zu dem Ultraschallwandler des Systems hin, als auch von diesem Wandler weg gerichtet sind.

Von der allgemeinen Ueberlegung ausgehend, dass es nützlich wäre, die Doppler-Signale, die gegenwärtig akustisch angezeigt und zur Messung der Herzfrequenz berücksichtigt werden, von Anfang an zu vereinfachen, indem aus denen bestimmte Doppler-Komponenten ausgelesen werden, die wegen ihrer Beziehung zu bekannten physiologischen Vorgängen von speziellem Interesse sind, hat man gemäss dem gegenwärtigen Stand der Technik eine Vereinfachung der Doppler-Signale zu erreichen versucht, z.B. durch die Verwendung von schmalen Ultraschallstrahlen, welche durch sorgfältiges Zielen eine manuelle Auswahl der untersuchten Vorgänge ermöglicht. Dieses Vorgehen ermöglicht jedoch nicht, Doppler-Komponenten zu unterdrücken, die Bewegungen ausserhalb einer bestimmten Gegend entsprechen, die man untersuchen möchte. Auch Doppler-komponenten, die Bewegungen in einer für die Untersuchung irrelevanten Richtung entsprechen, können nicht unterdrückt werden.

Es ist ein System zur Fötalüberwachung mit Entfernungsauflösungsvermögen bekannt, mit dem eine wesentliche ünter- drückung von Doppler-Signalen, die Bewegungen ausserhalb der untersuchten Gegend entsprechen, erzielt wird. Es ist auch bekannt, dass mit einem Doppler-System, bei dem das Entfernungsauflösungsvermögen mittels Autokorrelation erzielt wird, Messergebnisse erhalten werden, die den langfristigen Mess ergebnissen mittels elektrokardiographischer an der Kopfhaut

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des Fötus entnommenen Signalen sehr nahe kommen und die bis zu einem gewissen Grad mit den kurzfristigen Messergebnissen einer solchen elektrokardiographischen Messung vergleichbar sind. Mit einem solchen Doppler-System kann eine Vergrösserung von ca. 10 db (Verdreifachung) des Nutzignals (das Bewegungen innerhalb einer bestimmten Gegend entspricht) und eine Verkleinerung um ca. 30 db in anderen Gegenden erzielt werden. Auf diese Weise wird ein grösseres Siqnal-Geräusch-Verhältnis und dadurch eine höhere Genauigkeit bei der Zählung der fötalen Herzschläge erzielt.

Obwohl das soeben erwähnte Doppler-System dank seinem Entfernungsauflösungsvermögen die Untersuchung auf das Fötusherz lokalisiert und Doppler-Signale, die Bewegungen ausserhalb des Fötusherzens entsprechen, unterdrückt, muss man berücksichtigen, dass die Mehrzahl von Bewegungen innerhalb des Fötusherzens die Entstehung von einer entsprechenden Mehrzahl von Doppler-Komponenten verursacht, so dass, auch wenn ein schmaler Ultraschallstrahl und ein System mit Entfernungsauflösungsvermögen und andere Mittel zur Vereinfachung der Doppler-Signale verwendet werden, diese gleichwohl komplex bleiben, d.h. eine Mehrzahl von Komponenten enthalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein richtungsempfindliches Doppler-Ultraschallsystem zur Gewinnung von physiologischen Signalen bereitzustellen, mit dem Bewegungen, die zu dem Ultraschallwandler des Systems hin bzw. von ihm weg gerichtet sind, selektiv erfasst werden können. Dieses System sollte vorzugsweise auch Entfernungsauflösungsvermögen besitzen und mit einem relativ breiten Ultraschallstrahl arbeiten können, ohne die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messungen zu beeinträchtigen.

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Erfindungsgemäss wird dies durch eine Ultraschall-Diagnosevorrichtung der eingangs angegebenen Art erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie

a) eine Mischerschaltung, die mit dem Sender und dem Empfänger verbunden ist, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die der in den Echosignalen enthaltenen Doppler-Information entsprechen, wobei diese Ausgangssignale gegeneinander eine vorbestimmte Phasenverschiebung aufweisen,

b) einen Phasenschieber, der die Ausgangssignale der Mischerschaltung empfängt und diese weiterleitet, nachdem er zwischen ihnen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat, und

c) eine mit den Ausgängen des Phasenschiebers verbundene Ausleseschaltung enthält, mit der mindestens ein Ausgangssignal erzeugt wird, das den Komponenten der Doppler-Information entspricht, die Bewegungen des untersuchten Gegenstands in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler der Vorrichtung entsprechen.

Neben den verschiedenen bisher bekannten Möglichkeiten, um die komplexen Doppler-Signale, die z.B. bei der Untersuchung der fötalen Herztätigkeit vorkommen, zu vereinfachen, ist es nun möglich geworden, diese Signale je nach Bewegungsrichtung selektiv zu erfassen, was z.B. eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Messung der fötalen Herzfrequenz ermöglicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese in einem Doppler-System mit Entfernungsauflösungsvermögen eingesetzt. Diese Kombination ermöglicht eine Auslese der Doppler-Signale sowohl nach der Entfernung der untersuchten

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Gegend als auch nach der Bewegungsrichtung, die man für eine bestimmte Messung ausschliesslich berücksichtigen möchte. Diese Kombination bringt eine wesentliche Vergrösserung der Selektivität des Systems mit sich, was für die Genauigkeit von verschiedenen Messungen, wie z.B. für die Messung der fötalen Herzfrequenz, von grosser Bedeutung ist.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen einiqe Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Figur 1 ein Blockschema eines erfindungsgemässen Systems. Figur 2 ein Blockschema eines Doppler-Systems mit Entfernungsauflösungsvermögen, indem eine erfindungsgemässe richtungsempfindliche Vorrichtung verwendet wird. Figuren 3A-3H Signalverläufe, die zur Erläuterung der Funktionsweise des Pseudo-Zufall-Codegenerator 22 in Figur dienen.

Figuren 4A-4C Signalverläufe, die zur Erläuterung der Funktionsweise von einem Teil des Slockschemas in Figur 1 dienen.

Figuren 5A-5C aehnliche Signalverläufe wie in den Figuren 4A-4C aber zur Erläuterung der Funktion von einem Teil des Blockschemas in Figur 2.

Figuren 6A-6D graphische Darstellungen von einem fötalen EKG-Signal (Figur 6A), das mit direkt an der Kopfhaut des Fötus angebrachten Elektroden abgeleitet wird; das zeitlich dem EKG-Signal korrespondierende komplexe Doppler-Signal (Figur 6B); und die Doppler-Komponenten (Figuren 6C und 6D), die erfindungsgemäss je nach Bewegungsrichtung getrennt werden. Figur 7 eine schematische Darstellung des Unterleibes einer schwangeren Mutter, worin insbesondere die Anordnung des Ultraschallwandlers in bezug auf das Fötusherz gezeigt wird.

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Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis von Forschungsarbeiten, die u.a. darauf gerichtet wurden, Doppler-Utraschallsysteme mit Entfernungsauflösungsvermögen zu verbessern. Dabei wurde insbesondere untersucht, ob durch Verarbeituna eines mit einem solchen System erzeugten, autokorrelierten, rötusherzbewegungen entsprechenden Doppiersignal ein Ausgangs signal • erzeugt werden kann, das eindeutig nur einem einzigen Teil von jedem Fötusherzschlag entspricht und somit die externe, d.h. indirekte, Ueberwachung der fetalen Herzfrequenz ermöglicht.

Bei den soeben erwähnten Forschungsarbeiten wurden folgende Bedürfnisse bzw. Beobachtungen berücksichtigt:

1) Es ist in der Praxis sehr erwünscht mit einem breiten Ultraschall-Strahl zu arbeiten. Dies ermöglicht, einerseits die ununterbrochenen, leichten, vorgeburtlichen fötalen Bewegungen zu berücksichtigen, andererseits die Durchführung der Ueberwachung zu erleichtern. Die Vorteile der Verwendung eines breiten Ultraschallstrahls liegen auf der Hand, wenn man berücksichtigt, dass die Durchführung der Ueberwachung mit einem schmalen Ultraschallstrahl folgende Nachteile hat: einerseits muss man die empfangenen Signale dauernd akustisch oder optisch (mit einem Oszillograph) verfolgen, andererseits muss man die fötalen Bewegungen berücksichtigen und die Position des Ultraschallwandlers dementsprechend anpassen, um ein eindeutiges Signal zu erhalten. Die Verwendung von einem schmalen Ultraschallstrahl ist gemäss dem Vorstehenden im allgemeinen nur dann angezeigt, wenn die Untersuchung durch erfahrene Fachleute und unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt wird.

2) Die obenerwähnten Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass durch eine richtungsselektive Verarbeitung von Dopplersignalen die zu dem Ultraschallwandler hin oder von ihm weg gerichteten Herzbewegungen entsprechen, eine Bereinigung des Signals erzielt wird. Diese Bereinigung ist erwünscht, da, auch wenn ein System mit Entfernungsauflösungsvermögen verwendet wird,

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die damit erzeugten Dopplersignale mehrere und veränderliche Doppler-Komponenten pro Herzschlag und eine Grundgeräuschtrübung enthalten.

3) Die den Dopplersignalen innewohnenden Veränderungen können normalerweise durch z.B. Mittelwertbildung über 3 Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen kompensiert werden. Die obererwähnten Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die Ergänzung eines Doppler-Ultraschallsystems mit Entfernungsauflösungsvermögen mit Mittel zur selektiven Gewinnung der Doppler-Komponenten, die Bewegung in vorbestimmten Richtungen entsprechen, eine zusätzliche Bereinigung der gewonnenen Signale ermöglicht, und zwar soweit, dass dadurch die Genauigkeit der indirekten Messung der fötalen Herzfrequenz der Genauigkeit der direkten Messung näher kommt, als es bisher möglich war,

4) Es hat sich asserdem gezeigt, dass eine elektronische Auslese der Dopplersignale, die z.B. auf Beobachtungen der Person beruht, die die Untersuchung vornimmt, die Beibehaltung der Verwendung eines relativ breiten Ultraschallstrahls ermöglicht und damit die Durchführung der externen Ueberwachung der fetalen Herzschläge erleichtert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Doppler-Ultraschallanordnung zur richtungsselektiven Gewinnung von Dopplerkomponenten, die Bewegungen im vorbestimmten Richtungen entsprechen. Ein Oszillator 20 erzeugt ein Sendesignal

E_t = Eo cos w_q t (I)

worin w_q [rad/dec] die Winkelfrequenz des gesendeten Signals ist. Im vorliegenden Beispiel ist w = 2 π fo mit fo = 2 MHz.

Das Sendesignal wird einem Ultraschallwandler 25 (z.B. dem kleeblattförmigen Wandler gemäss der amerikanischen Patent-

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schrift No. 3 847 016) über einen Verstärker 5O zugeführt.

Das vom Wandler 25 abgegebene Echosignal enthält Doppler-Komponenten

E = k. Eo cos [w +w,)t + 0] (2)

worin w, die Doppler-Winkelfrequenzverschiebung und 0 eine konstante Phasenverschiebung darstellt , die der Laufzeit der Ultraschallwellen entspricht.

Ueber einen Verstärker 26 wird das Echosignal einem ersten Mischer 27 und einem zweiten Mischer 31 zugeführt. Im Mischer 27 wird das Echosignal mit dem über eine Leitung 50a zugeführten Sendesignal E gemischt. Im Mischer 31 wird das Echosignal mit dem mittels eines Phasenschiebers 29 um 90 verschoben Sendesignal

E¹ = Es cos (w_Qt - ^ ) (3)

gemischt.

Am Ausgang des Mischers 27 hat man Dopplersignale der Form

E_A = K₂ Eo cos (+ w t + 0) (4)

Am Ausgang des Mischers 31 hat man Dopplersignale der Form

E_ = K₀ Eo cos [+ (w,t +0) - 4l (5)

Die Ausganssignale der Mischer 27 und 31 werden einem Phasenschieber 39 zugeführt, der, unabhängig von den respektiven Phasenwinkeln dieser Signale zwischen ihnen eine gleich- bleibende zusätzliche Phasendifferenz von 90° zustande bringt.

Beide Ausgangssignale des Phasenschiebers 39 werden einem

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Differenzverstärker 40 und einem Addierverstärker 41 zugeführt. Der Verstärker 40 gibt ein Ausgangssignal 40' ab, das zu dem Ultraschallwandler 25 hin gerichteten Bewegungen entspricht. Dor Verstärker 41 gibt ein Ausgangssignal 41' ab, das von dem Ultraschallwandler 25 weg gerichteten Bewegungen entspricht.

Zum Beispiel, 'wenn der untersuchte Gegenstand sich dem

2 5 nähert, d.h. mit + w, in dem Formel) sind die Ausgangssignale der Mischer 27 und 31.

Wandler 25 nähert, d.h. mit + w, in dem Formeln (4) und (5),

E = k_Eo cos (w t + 0) und

E_n = k^Eo cos (w,t + 0 - tt/„) Bz d λ

Wenn E im Phasenschieber 39 um 90 gegenüber E verzögert wird, hat man E und E' = K^Eo cos (w,t + 0 - π) als Ausgangssignale des Phasenschiebers 39. Das Ausgangssignal 41' (E. + E¹ ) des Addierverstärkers 41 ist dann Null, während der Differenzverstärker 40 ein Ausgangssignal 40' (E - E¹ ) abgibt.
20

Hingegen, wenn der untersuchte Gegenstand sich vom

Wandler 25 entfernt, d.h. mit -w _ in den Formeln (4) und (5),

sind die Ausgangssignale der Mischer 27 und 31.

E₇. = K₀ Eo cos (wt - 0) und

E_n = K„ Eo cos (wt - 0 + π/_)

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Wenn E im Phasenschieber 39 um 90 gegenüber E ver-

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zögert wird, hat man E und E" = k„Eo cos (w t - 0) als Aus-

A ti £ Q.

gangssignale des Phasenschiebers 39. In diesem Fall ist das Ausgangssignal 40' (E -E" ) des Differenzverstärkers 40 gleich Null, während der Addierverstärker 41 ein Ausgangssignal 41' (E + E" ) abgibt.

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Es dürfte klar sein, dass verschiedene Aenderungen der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich sind, um diese anpassungsfähig und wandelbar zu machen. Zum Beispiel, die Anordnung gemäss Figur 1 kann Schalter oder andere geeignete Mittel enthalten, die mit der Leitung 50a und dem Phasenschieber verbunden sind, um eine Umschaltung der Eingänge der Mischer und 31, an denen ein Teil des gesendeten Trägersignals angelegt wird, zu ermöglichen. Durch diese Umschaltung wird z.B. erreicht, dass das Ausgangssignal 40' des Differenzverstärkers 40 nicht mehr zu dem Ultraschallwandler 25 hin gerichteten Bewegungen, sondern Bewegungen die von ihm weg führen entspricht.

Eine andere mögliche Aenderung der Anordnung gemäss Figur 1 ist die Ergänzung des Phasenschiebers 29 mit Mitteln zur Umschaltung oder Aenderung des Vorzeichens der Phasenverschiebung des Trägersignals, um eine Wahl dieses Vorzeichens zu ermöglichen.

Eine weitere mögliche Aenderung kann darin bestehen, dass man eine Umschaltung der Eingänge des Phasenschiebers vorsieht. Die Hauptwirkung von jeder der oben erwähnten Aenderungen entspricht einer Umschaltung der Ausgangssignale 40' und 41' in Figur 1.

Figur 2 zeigt wie eine erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Figur 1 in einem Doppler-System mit Entfernungsauflösungsvermögen eingesetzt werden kann. Es sei hier erwähnt, dass ein Doppler-System zur Fötalüberwachung mit Entfernungsauflösungsvermögen, aber ohne richtungsempfindliche Auslese der Doppler-Signale, bekannt ist. Für eine ausführlichere Erläuterung der Struktur und Funktionsweise von Doppler-Systemen mit Entfernungsauflösungsvermögen der nachstehend beschriebenen Art, wird auf die amerikanischen Patentschriften Nos.3.386.094, 3.386.095, 3.388.398 und 3.614.785 hingewiesen.

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Wie in Figur 2 gezeigt, wird das Sendesignal in einem Oszillator 20 erzeugt. In diesem Beispiel ist das Sendesignal ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 2MHz. In Prinzip kann aber auch ein Sinussignal anstelle des Rechtecksignals verwendet werden. Das Sendesignal am Ausgang des Oszillators wird u.a. einem Frequenzteiler 21 zugeführt, worin die Frequenz des Sendesignals herabgesetzt wird, um ein geeignetes Eingangssignal für einen mit dem Frequenzteiler 21 verbundenen N-bit Pseudo-Zufall-Codegenerator 22 zu erzeugen.

Das Sendesignal am Ausgang des Oszillators 20 wird auch einem 90 -Phasenschieber 29 über eine Leitung 29a und einem Phasenmodulator 2 3 zugeführt. Zusammengenommen sind der Oszillator 20 und der Phasenschieber 29 äquivalent zu einem 2 MHz-Oszillator, der zwei symmetrische Rechtecksignale abgibt, die zueinander eine Phasendifferenz von 90 haben.

Der Frequenzteiler 21 besteht z.B. aus zwei nacheinandergeschalteten programmierbaren 4-bit-Binärzähler, deren Teilerfaktoren z.B. 13 bzw. 8 sind, um ein Ausgangssignal abzugeben, dessen Frequenz ca. 19 KHz beträgt.

Der Codegenerator 22 ist z.B. ein 15-bit Pseudo-Zufallszahlengenerator, der beispielsweise ein 8-bit Schieberegister mit einer eingebauten logischen Schaltung enthält, die die Startzeit sichert, und in dem das Produkt des dritten mit fünften bit in einem exklusiven ODER-Tor gebildet und dem Eingang des Schieberegisters zugeführt wird. Die Ausgangszustände des Schieberegisters werden abgetastet und ein Tast-Speicherimpuls wird bei jedem 15. bit erzeugt.

Figuren 3A-3H zeigen typische Verläufe der Eingangsund Ausgangssignale des N-bit Codegenerator 22. Figur 3A zeigt das Ausgangssignal des Frequenzteilers 21, das den Codegenerator 22 triggert. Figur 3B zeigt das ursprüngliche

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Ausgangssignal des Codegenerators 22, das über eine Leitung 23a abgegeben wird. Figuren 3C-3G zeigen die gegenüber dem ursprünglichen Ausgangssignal (Figur 3B) und zueinander zeitlich verschobenen Ausgangssignale des Codegenerators 22, die an getrennten Ausgängen A-E abgegeben werden. Im Phasenmodulator 23 wird das Ausgangssignal des Oszillators mit dem ursprünglichen Ausgangssignal (Figur 3B) des Codegenerators moduliert, um das Sendesignal zu erzeugen die dem Ultraschallwandler 25 zugeführt wird.

Die Wahl der Entfernung zwischen dem Ultraschallwandler und der untersuchten Gegend wird mit einem Entfernungswahlschalter 33c durchgeführt, der einen der Ausgänge A-E des Codegenerators 22 mit einem Eingang eines Entfernungswählers verbindet. Die Ausgangssignale an den Ausgängen A-E des Codegenerators 22 sind um 1,2,3,4 bzw. 5 Zeitgeberimpulse gegenüber dem ursprünglichen Signal über Leitung 23a zeitlich verschoben. Im vorliegenden Beispiel entsprechen die Positionen A-E des Schalters 33c Untersuchungstiefen von 4,8,12,16 bzw. 20 cm.

Das phasenmodulierte 2 MHz-Ausgangssignal des Phasenmodulators 23 wird verstärkt und über einen geeigneten Impedanzwandler 24 den Sendeelementen des Ultraschallwandlers zugeführt. Wie in Figur 2 gezeigt besteht der Phasenmodulator 2 aus einem exklusiven ODER-Tor, dessen Wahrheitstabelle wie folgt ist

Kodesignal über 23 a	Ausgangssignal des Oszillators 20	Sendesignal
O	O	0
O	1	1
1	O	1
1	1	O

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Es geht aus dieser Tabelle hervor, dass wenn das Code-Signal O ist, das Ausgangssignal des Oszillators 20 unverändert gesendet wird, während wenn das Code-Signal 1 ist, das Ausgangssignal des Oszillators 20 mit einer Phasenverschiebung von 180 gesendet wird.

Im Entfernungswähler 33d wird das ursprüngliche Ausgangssignal des Codegenerators 22 (über Leitung 23a) mit einem der über Schalter 33c ankommenden verzögerten Signale "multipliziert", um ein verzögertes Code-Signal zu erzeugen, das der Empfangsseite des Systems über Leitungen 33a und 33b zugeführt wird. Am Ende des 15. bit jedes Zykluses sendet der Codegenerator 22 einen Tastspeicherimpuls über eine Leitung 22a. Wie in Figur 2 gezeigt, kann der Entfernungswähler ein ODER-Tor sein.

Das Ausgangssignal des Phasenschiebers 29, das ausser einer Phasenverschiebung von -90 mit dem Ausgangssignal des Oszillators 20 identisch ist, wird über eine Leitung 30a zu

2Q einem Phasenmodulator 30 zugeführt, der, wie der Phasenmodulator 23, ebenfalls ein exklusiv ODER-Tor sein kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Phasenschieber 29 zusammen mit dem Oszillator 20 sowohl eine Phasenverschiebung von +90 in bezug auf das Ausgangssignal des Oszillators 20 als auch jede andere geeignete Phasenverschiebung bewirken, die grosser

oder kleiner als 90° sein kann. An einem zweiten Eingang des Phasenmodulators 30 wird über Leitung 30b das ursprüngliche Ausgangssignal (Figur 3B) des Codegenerators 22 angelegt.

3Q Das Ausgangssignal des Phasenmodulators 30 (über Leitung 30c) ist, ausser einer Phasenverschiebung (Verzögerung) von 90°, mit dem phasenmodulierten Ausgangssignal des Phasenmodulators 23 (über Leitung 23b) identisch.

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Wie in der Anordnung gemäss Figur 1 gezeigt, werden auch in der Anordnung gemäss Figur 2 die vom Ultraschallwandler 25 abgegebenen Echosignale über einen HF-Verstärker 26 zwei Mischern 27 bzw. 31 zugeführt.

Im Mischer 27 werden die verstärkten Echosignale vom Verstärker 26 mit dem phasenmodulierten Sendesignal über Leitung 23b gemischt. Das Ausgangssignal des Mischers 27 wird mit einem Tiefpassfilter 28 gefiltert, um das 2 MHz-Trägersignal zu unterdrücken. Das Ausgangssignal des Filters wird einem Eingang eines Codekorrelators 33 zugeführt, dessen zweitem Eingang das vom Entfernungswähler 33d über die Leitung 33a abgegebenen Code-Signal zugeführt wird. Im Codekorrelator 33 wird das Produkt des Ausgangssignals des Filters 28 mit dem verzögerten Code-Signal gebildet, das durch die Einstellung des Entfernungswahlschalters 3 3c gewählt wird.

Das Ausgangssignal des Codekorrelators 33 wird einer Tastspeicherstufe 34 zugeführt, deren zweitem Eingang der vom Codegenerator 22 über die Leitung 22a abgegebene Tastspeicherimpuls (Figur 3H) zugeführt wird. Mach 15 bit möglicher Korrelation, wird das letzte im Codekorrelator gespeicherte Ausgangssignal zur Tastspeicherstufe 34 übertragen und das Korrelationsverfahren beginnt von neuem.

In einem Bandpass-Verstärker 37 wird das Ausgangssignal der Tastspeicherstufe 34 verstärkt und gefiltert, um ein Doppler-Ausgangssignal mit relativer Bandbreite im Hörfrequenzbereich abzugeben.

Auf ähnliche Weise wird das vom Verstärker 26 abgegebene verstärkte Echosignal dem Mischer 31 zugeführt, bei dem das Echosignal mit dem vom Phasenmodulator 30 abgegebenen, um 90° phasenverschobenen (verzögerten) codierten Sendesignal

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-IA-

gemischt wird. Das Ausgangssignal des Mischers 31 wird einem Codekorrelator 35 über einen Tiefpassfilter 32 zugeführt. Im Codekorrelator 35 wird das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 32 mit dem verzögerten Code-Signal multipliziert wird, das vom Entfernungswähler 33d über die Leitung 33b abgegeben wird. Das Ausgangssignal des Codekorrelators 35 wird einer Tastspeicherstufe 36 zugeführt, die, wie die Tastspeicherstufe 34, auf einen Tastspeicherimpuls über Leitung 22a anspricht, um ein Ausgangssignal abzugeben. Das Ausgangssignal der Tastspeicherstufe 36 wird einem Bandpassverstärker 38 zugeführt, um ein zweites Doppler-Signal relativ breiter Bandbreite im Hörfrequenzbereich abzugeben.

Die Ausgangssignale der Bandpass-Verstärker 37 und 38 werden respektiven Eingängen eines Phasenschiebers 39 zugeführt, der auf ähnliche Weise wie der Phasenschieber 39 in Figur 1 arbeitet. Jede der beiden Ausgänge des Phasenschiebers 39 wird einem Differenzverstärker 40 und einem Addierverstärker 41 zugeführt, um zwei getrennte Ausgangssignale 40-, 41- zu erzeugen, die zu dem Ultraschallwandler 25 bzw. von ihm weg gerichteten Bewegungen entsprechen. Es sei hier nochmals erwähnt, dass der Phasenschieber in Figur 2 wie derjenige in Figur 1 spezielle Phasenschieber sind, die eine konstante Phasendifferenz zwischen ihren Eingangssignalen zustände bringen, unabhängig von deren respektiven Phasen.

Bei der Verwendung der erfindungsgemässen richtungsempfindlichen Erfassung der Doppler-Signale in Kombination mit der Verarbeitung der Echo-Signale, um ein Doppler-System mit Entfernungsauflösungsvermögen herzustellen, ist es erforderlich, neben dem 2MHz-Ausgangssignal des Oszillators 20 ein um 9Oo phasenverschobenen Trägersignal der Sendefrequenz zu erzeugen. Das phasenverschobene Trägersignal wird dann phasenmoduliert, mit dem gleichen Code-Signal (über Leitung 23a) bevor es zur Empfangsseite des Systems zugeführt wird. In der Empfangsseite werden die empfangenen Echosignale zwei getrennten

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Kanälen zugeführt, wobei jeder Kanal mit einer Mischerstufe beginnt. Eine Gemeinsamkeit der beiden Kanäle ist, dass sie die gleichen verzögerten Code-Signale (über Leitungen 33a und 33b) und die gleichen Tastspeicherimpulse über Leitung 22a empfangen. Ein wichtiger Unterschied zwischen den beiden Kanälen liegt darin, dass dem Mischer 27 das Ausgangssignal des Phasenmodulators 23, d.h. ohne jede Phasenverschiebung, zugeführt wird, während dem Mischer 31 das Ausgangssignal des Phasenmodulators 30 zugeführt wird, das gegenüber dem Ausgangssignal des Phasenmodulators 23 um 90 verschoben ist.

Infolge der 90 -Phasenverschiebung des dem Mischer 31 zugeführten Trägersignals sind die an den Ausgängen der Bandpass-Verstärker 37 und 38 abgegebenen, "demodulierten" Doppler-Signale um +90 oder -90 gegeneinander phasenverschoben.

Die Phasendifferenz hängt davon ab, ob die erfasste Bewegung zu dem Ultraschallwandler 25 (positive Doppler-Frequenzverschiebung) oder von ihm hinweg (negative Doppler-Frequenzverschiebung) gerichtet ist. Figur 4A zeigt einen typischen Verlauf des Ausgangssignals des Bandpass-Verstärkers 37.

Figur 4B zeigt einen Verlauf des Ausgangssignals des Bandpass-Verstärkers 38 für den Fall, in dem die erfasste Bewegung zu dem Ultraschallwandler 25 hin gerichtet ist, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers 38 dem Ausgangssignal des Verstärkers 37 um 90° voreilt. Figur 4C zeigt das Ausgangssignal des Bandpass-Verstärkers 38 für den Fall, in dem die erfasste Bewegung vom Ultraschallwandler weg gerichtet ist, wobei dem Ausgangssignal des Verstärkers 38 das Ausgangs-

signal des Verstärkers 37 um 90° nacheilt.

Die Ausgangssignale der Bandpass-Verstärker 37, 38 werden dem Phasenschieber 39 (Filter, der eine zusätzliche Phasendifferenz von 90° zwischen den Ausgangssignalen der

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Verstärker 37 und 38 zustande bringt) zugeführt, worin das Ausgangssignal des Verstärkers 38 (das im vorliegenden Beispiel gegenüber dem Ausgangssignal des Verstärkers 37 um -90° phasenverschoben ist) zusätzlich um 90° in bezug auf das Ausgangssignal des Verstärkers 37 phasenverschoben wird. Dies wird in Figuren 5A-5C gezeigt. Figur 5A zeigt nochmals einen typischen Verlauf des Ausgangssignals des Verstärkers

37 ο Figuren 5B und 5C zeigen das Ausgangssignal des Verstärkers

38 nachdem dieses Signal im Phasenschieber 39 phasenverschoben wird, und zwar für die Fälle, in denen die erfasste Bewegung zu dem Ultraschallwandler 25 hin oder von ihm weg gerichtet ist. Figur 5B zeigt den Verlauf gemäss Figur 4B (d.h. für eine zu dem Ultraschallwandler hin gerichtete Bewegung)nachdem dieses Signal um zusätzliche 90 Phasenvoreilung phasenverschoben ist, wodurch ein Signal erzeugt wird, das gegenüber dem Ausgangssignal des Verstärkers 37 um 180 phasenverschoben ist. Figur 5C zeigt den Verlauf gemäss Figur 4C (d.h. für eine vom Ultraschallwandler weg gerichtete Bewegung) nachdem dieses Signal um zusätzliche 90° Phasenvoreilung phasenverschoben ist, wodurch ein Signal erzeugt wird, das in Phase mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 37 gemäss Figur 5A ist.

Wie in Figur 2 gezeigt, werden die Ausgangssignale des Phasenschiebers 39 dem Differenz-Verstärker 40 und Addierverstärker 41 zugeführt. Aus den in den Figuren 4A-4C und Figuren 5A-5C gezeigten Signalverläufen ist es ersichtlich, dass für zu dem Ultraschallwandler 25 hin gerichtete Bewegungen das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 40 ein Maximum hat, während das Ausgangssignal des Addierverstärkers gleich Null ist. Auf ähnliche Weise, für vom Ultraschallwandler weg gerichtete Bewegungen hat das Ausgangssignal des Addierverstärkers 41 ein Maximum, während das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 40 ein Minimum hat.

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Wie aus Figur 6 ersichtlich, wird durch die oben beschriebene Trennung der Doppler-Signale, die Bewegungen in den obengenannten entgegengesetzten Richtungen entsprechen, eine wesentliche Vereinfachung des komplexen Doppler-Signals erzielt. Dieses vereinfachte Signal kann dann zur Bestimmung der fötalen Herzfrequenz weiter verarbeitet werden. Die Figuren 6A-6B zeigen Signalverläufe, die tatsächlich bei der fötalen Ueberwachung abgeleitet werden. Figur 6A zeigt das fötale EKG, das direkt vom Fötus, z.B. durch Entnahme der EKG-Signale an der Kopfhaut des Fötus abgeleitet wird. Figur 6B zeigt das gesamte, komplexe Doppler-Signal, das z.B. den Bewegungen eines Fötusherzens entspricht. Figuren 6C und 6D zeigen die vereinfachte, erfindungsgemäss erzeugte Doppler-Signale, die zu dem Ultraschallwandler des Systems hin bzw. von ihm weg gerichteten Bewegungen entsprechen. Figur 7 zeigt eine Anordnung, die zur indirekten (externen) Ableitung des komplexen Doppler-Signals gemäss Figur 6B verwendet wird. In Figur 7 stellen 71 einen Fötus, 72 einen Querschnitt des Fötusherzens, 73 den Vorhof des Fötusherzens, 74 die Atrioventricularklappen, 75 die Klappe der Aorta, 76 den Unterleib der Mutter, 77 die Gebärmutterarterie, 78 das Sende-Element des Ultraschallwandlers 25 und 79 das Empfangselement des Ultraschallwandlers dar.

Der Signalverlauf gemäss Figur 6B stellt das komplexe Doppler-Signal dar, das indirekt (extern) durch den Unterleib der Mutter mit der Anordnung gemäss Figur 7 abgeleitet wird. Dieses komplexe Doppler-Signal wird durch eine geeignete elektronische Signalverarbeitung der empfangenen Echosignale gewonnen, die eine entfernungsmässige Auslese der Echosignale umfasst, um Signale, die den Herzschlägen der Mutter oder anderen Bewegungen entsprechen, die nicht vom Fötusherz herrühren, z.B. Bewegungen des Fötus oder Muskelbewegungen der Mutter, zu unterdrücken. Wie in Figur 6B gezeigt, bleibt

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das Doppler-Signal komplex, obwohl es nur Komponenten enthält, die von Bewegungen des Fötusherzens herrühren, und obwohl das Grundgeräusch dieses Signals durch die obenerwähnte Signalverarbeitung reduziert wurde. Wie in Figur 6B als Beispiel gezeigt, enthält das einem fötalen Herzschlag entsprechende Doppler-Signal 61 eine Komponente 62, die den Bewegungen der Vorhofwände entspricht und Komponenten 63, 64, die Oeffnungen bzw. Schliessungen der Atrioventricularklappen entspricht. Es ist aus den Figuren 6C und D ersichtlich, dass durch die erfindungsgemässe Trennung der Komponenten je nach Richtung der erfassten Bewegung, eine wesentliche Vereinfachung des komplexen Doppler-Signals gemäss Figur 6B und auch eine Reduktion des Grundgeräusches ermöglicht, was z.B. die Zählung der fötalen Herzschläge mit erhöhter Genauigkeit ermöglicht.

Versuche haben gezeigt, dass allein mit der erfindungsgemässen richtungsempfindlichen Verarbeitung der empfangenen Echosignale (d.h. ohne Entfernungsauflösungsvermögen) das gewonnene Doppler-Signal, wie in dem Fall, in dem nur mit Entfernungsauflösungsvermögen gearbeitet wird, um etwa 10 db verbessert wird und dass Artefakten, die von Bewegungen ausserhalb der untersuchten Gegend herrühren, mit Sicherheit 30 db darunter liegen. Demgegenüber wird mit der erfindungsgemässen Kombination einer entfernungsmässigen Auslese und einer richtungsempfindlichen Verarbeitung der Echosignale eine offensichtlich stärkere Heraushebung der gewonnenen Doppler-Signale erzielt. Zum Beispiel, der Abstand zwischen Doppler-Signalen, die Bewegungen in entgegengesetzten Richtungen entsprechen, beträgt mindestens 26 db, was für die indirekte (externe) Ueberwachung eine beachtliche Verbesserung bedeutet.

Die Vorteile der oben beschriebenen Erfindung liegen insbesondere darin, dass sie eine stärkere Heraushebung der gewonnenen Doppler-Signale und eine Trennung der Doppler-Komponenten, die Bewegungen in einer vorbestimmten Richtung entsprechen, ermöglicht. Dadurch ist es möglich geworden, für die oben beschriebenen Anwendungen einen relativ

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breiten Ultraschallstrahl zu verwenden. Durch die erfindungsgemässe Kombination der richtungsempfindlichen Signalverarbeitung mit einer entfernungsmässigen Auslese der Echosignale, ist es ausserdem möglich geworden, Doppler-Signale zu erzeugen, deren Signal-Geräusch-Verhältnis, mit dem von einem vom Fötus direkt abgeleiteten EKG-Signal vergleichbar ist. Zwei wichtige Anwendungen der vorliegenden Erfindung sind die externe Messung der fötalen Herzfrequenz, wobei eine Genauigkeit erzielt wird, die der Genauigkeit der gleichen Messung auf Grund von direkt (vom Fötus) abgeleiteten EKG-Signalen sehr nahe kommt, und die (einfachere) externe Messung der Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden fötalen Herzschlägen.

Wie insbesondere aus Figuren 6B-6D ersichtlich, hat die erfindungsgemässe richtungsempfindliche Verarbeitung der Echosignale ausserdem den Vorteil, dass die dicht nebeneinander liegenden Doppler-Komponenten, die den fötalen Vorhof bewegungen und den Schliessungen der Atrioventricularklappen entsprechen, von den Doppler-Komponenten, die den Oeffnungen der Atrioventricularklappen entsprechen, voneinander deutlich getrennt werden. Dabei haben die Dopplerkomponenten, mindestens für eine vorbestimmte Richtung, einen einfachen sich wiederholenden Verlauf, der eindeutig einem bestimmtem Punkt innerhalb der Herzperiode entspricht. Es sei zuletzt erwähnt, dass es mit der erfindungsgemässen Signalverarbeitung praktisch keine Dämpfungsverluste gibt, und dass das Grundgeräusch wesentlich vermindert wird, was die Voraussetzung für eine möglichst genaue Zählung schwacher Signale ist.

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Claims

Patentansprüche

IJ. Nach dem Doppler-Prinzip arbeitende Ultraschall-Diagnosevorrichtung zur Gewinnung von elektrischen Signalen, die physiologischen Vorgängen entsprechen, welche Vorrichtung eine Ultraschall-Sender/Empfänger-Anordnung zur Bestrahlung des untersuchten Gegenstands mit Ultraschallwellen, die einem Trägersignal entsprechen, und zur Erzeugung von elektrischen Echosignalen enthält, die den vom untersuchten Gegenstand reflektierten Ultraschallwellen entsprechen, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie

a) eine Mischerschaltung, die mit dem Sender und dem Empfänger verbunden ist, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die der in den Echosignalen enthaltenen Doppler-Information entsprechen, wobei diese Ausgangssignale gegeneinander eine vorbestimmte Phasenverschiebung aufweisen,

b) einen Phasenschieber, der die Ausgangssignale der

Mischerschaltung empfängt und diese weiterleitet, nachdem er zwischen ihnen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat, und

c) eine mit den Ausgängen des Phasenschiebers verbundene Ausleseschaltung enthält, mit der mindestens ein Ausgangssignal erzeugt wird, das den Komponenten der Doppler-Information entspricht, die Bewegungen des untersuchten Gegenstands in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler der Vorrichtung entsprechen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischerschaltung eine erste und eine zweite Mischstufe enthält, die mit dem Sender und mit dem Empfänger verbunden sind, wobei jede Mischstufe die Echosignale und einen Teil der im Sender erzeugten Trägersignale empfängt, wobei der der einen Mischstufe zugeführte Teil des Trägersignals eine vorbestimmte Phasenverschiebung gegenüber dem der anderen Mischstufe züge-

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führten Teil aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestiminte Richtung zu den Ultraschallwandlern hin oder von diesen weg führt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Wählmittel, die bestimmen, ob die Bewegungen des untersuchten Gegenstands, denen das Ausgangssignal der Ausleseschaltung entspricht, zu den Ultraschallwandlern hin oder von diesen hinweg gerichtet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseschaltung Mittel zur Bildung der Summe und/oder Differenz der Ausgangssignale des Phasenschiebers enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine elektronische Ausleseschaltung zur Gewinnung von Dopplersignalen enthält, die biologischen Bewegungen innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereiches im Innern eines lebenden Organismus entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseschaltung:

a) eine erste und eine zweite Mischstufe, die die Echosignale mit respektiven Teilen des Trägersignals mischen, um zwei Ausgangssignale zu erzeugen, die den Dopplerkomponenten der Echosignale entsprechen, wobei der eine Teil des Trägersignals gegenüber dem andern um einen vorbestimmten Winkel phasenverschoben ist,

b) einen Phasenschieber, der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Mischstufen weiterleitet, nachdem er zwischen diesen Signalen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat, und

c) eine Verstärkerschaltung enthält, die die Summe und die Differenz der Ausgangssignale des Phasenschiebers bildet, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Bewegungen in bestimmten Rich-

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tungen in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler der Vorrichtung entsprechen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche einen Generator zur Erzeugung eines kontinuierlichen Trägersignals, einen Phasenmodulator, der das Trägersignal mit einem vorbestimmten Codesignal moduliert, Ultraschall-Sender- und Empfangswandler, mit denen Ultraschallwellen, die dem phasenmodulierten Trägersignal entsprechen, gesendet und aus den vom untersuchten Gegenstand reflektierten Wellen entsprechende Echosignale abgeleitet werden,

eine Mischstufe, die die Echosignale mit dem phasenmodulierten Trägersignal mischt, und einen Korrelator enthält, der das Ausgangssignal der Mischstufe mit dem um einen vorbestimmten Intervall verzögerten Codesignal korreliert, um ein niederfrequentes Signal zu erzeugen, das einer Bewegung des untersuchten Gegenstands entspricht, wobei die vorbestimmte Verzögerung so gewählt wird, dass der Korrelationsgrad der Entfernung des bewegten Gegenstands entspricht, gekennzeichnet durch einen richtungsselektiven Dopplersignalempfänger zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das Bewegungen des untersuchten Gegenstands innerhalb eines ausgewählten räumlichen Bereichs und in einer vorbestimmten Richtung in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler des Systems entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dopplersignalempfänger zwei Ausgangssignale erzeugt, die Bewegungen des untersuchten Gegenstands innerhalb eines ausgewählten räumlichen Bereichs und in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler des Systems entsprechen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dopplersignalempfänger

a) eine erste Mischstufe, die die Echosignale mit dem Trägersignal mischt,

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b) eine zweite Mischstufe, die die Echosignale mit dem um einen vorbestimmten Kinkel phasenverschobenen Trägersignal mischt,

c) einen Phasenschieber, der die Ausgangssignale der ersten und zweiten Mischstufen weiterleitet, nachdem er zwischen diesen Signalen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat, und

d) eine mit den Ausgängen des Phasenschiebers verbundene Verstärkerschaltung enthält, die die Summe und die Differenz der Ausgangssignale des Phasenschiebers bildet, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Bewegungen des untersuchten Gegenstands entsprechen, die zu den Ultraschallwandlern hin bzw. von diesen weg gerichtet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppler-Signal-Empfanger zwischen jeder Mischstufe und dem Phasenschieber einen Korrelator enthält, der die Ausgangssignale der Mischstufen mit dem verzögerten Codesignal korreliert, und dass der Phasenschieber die Ausgangssignale der Korrelatoren weiterleitet, nachdem er zwischen diesen Signalen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Ausleseschaltung zur Erfassung von Dopplersignalen, die Bewegungen innerhalb eines ausgewählten und von den Ultraschallwandlern der Sender/Empfänger-Anordnung entfernten räumlichen Bereichs entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass sie

a) einen Code-Generator, der ein Codesignal vorbestimmter Form abgibt,

b) eine Ultraschall-Sender/Empfänger-Anordung, die kontinuierliehe Ultraschallwellen sendet, die einem mit dem Codesignal modulierten Trägersignal entsprechen, und Echosignale abgibt, die Bewegungen des untersuchten Gegenstands entsprechen, der

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die gesendeten Wellen reflektiert,

c) eine erste und eine zweite Mischstufe, die die Echosignale mit respektiven Teilen des Trägersignals mischen, um zwei Ausgagnssignale zu erzeugen, die den Dopplerkomponenten der Echosignale entsprechen, v/obei der eine Teil des Trägersignals gegenüber dem anderen um einen vorbestimmten Winkel phasenverschoben ist,

d) einen mit jeder Mischstufe verbundenen Code-Korrelator, der deren Ausgangssignale mit dem um einen vorbestimmten Intervall verzögerten Codesignal korreliert, wobei der Intervall einer ausgewählten Entfernung zwischen dem untersuchten Bereich und den Ultraschallwandlern der Vorrichtung entspricht, und

e) eine Ausleseschaltung zur Erzeugung von zwei Ausgangssignalen enthält, die Bewegungen in wesentlichen entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Lage der Ultraschallwandler entsprechen, wobei die Ausleseschaltung einen Phasenschieber, der die Ausgangssignale der Code-Korrelatoren weiterleitet, nachdem er zwischen diesen Signalen eine vorbestimmte Phasendifferenz zustande gebracht hat, und eine Verstärkerschaltung enthält, die die Summe und die Differenz der Ausgangssignale des Phasenschiebers bildet.

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