DE69014771T2 - Ultraschall-Diagnosegerät. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Diagnosegerät zur Durchführung einer konvexen Abtastung, bezogen auf ein zu untersuchendes Objekt, beispielsweise einen lebenden Körper, unter Verwendung einer Sonde, im folgenden auch konvexen Schallkopf genannt, der durch eine große Zahl von mit einer vorbestimmten Krümmung angeordneten Ultraschallwandlern gebildet ist, um Ultraschalldaten zu erhalten, wie beispielsweise ein M-Modus Bild (Bewegungsbild), ein B-Modus Bild (Tomographie), ein D-Modus (Doppler-Modus) Bild (Darstellung Blutgeschwindigkeit gegenüber Zeit), und ein DF-Modus (Doppler-Strömungs-Modus) Bild (CFM-Bild: Farbströmungs-Kartographier-Bild), und ein entsprechendes Bild für Diagnosezwecke anzuzeigen.
• Ein Ultraschall-Diagnosegerät dieser Bauart wird verwendet, um ein durchströmtes Organ, wie ein Herz oder eine Blutströmung bildlich darzustellen und zu diagnostizieren. Bei einer solchen Diagnose erhält ein Arzt oder eine ähnliche Person ein B-Modus Bild, um anatomische Daten eines zu diagnostizierenden Herzens zu erhalten, oder er erhält ein M- Modus Bild, um Funktionsdaten des Herzens zu erhalten. Zusätzlich wird ein D-Modus oder ein DF-Modus Bild erhalten, um das Verhalten der Blutströmung im Herzen zu untersuchen.
• Bei der Diagnose werden B- und D-Modus Bilder häufig gleichzeitig erhalten und beobachtet, wodurch ein aussagefähiges Diagnoseergebnis des Herzens erhalten wird. Der D- Modus wird unter Ausnützung des Dopplereffektes durchgeführt. In diesem Falle wird eine Blutströmung (Blutzellen) als ein sich bewegendes Objekt bearbeitet. Der durch eine Blutströmungsrichtung und einen Ultraschallstrahl gebildete Winkel darf daher kein rechter Winkel sein.
• Soweit Blut längs einer Körperobeffläche strömt, ist ein lineares Abtastschema, bei welchem ein Ultraschallstrahl in einer Richtung senkrecht zur Körperoberfläche gesendet/empfangen wird, nicht für eine D-Modus Anzeige geeignet. Im Gegensatz dazu ist ein Sektorabtastschema, bei welchem ein Ultraschallstrahl in einer Richtung, die nicht senkrecht zur Körperoberfläche ist, d.h. in einer schrägen Richtung, gesendet/empfangen wird, für eine D-Modus Anzeige geeignet.
• Im Sektorabtastschema hat ein B-Modus Anzeigebild eine Sektorgestalt und ist das Gesichtsfeld nahe dem Schallkopf sehr klein. Aus diesem Grunde ist eine Bildbeobachtung im Sektroabtastschema im Vergleich zu anderen Abtastschemata, wie dem linearen Abtastschema und dem konvexen Abtastschema, bei welchem B-Modus Bilder rechteckige und konvexe Gestalten haben, nicht leicht durchzuführen.
• In dem konvexen Abtastschema, bei dem eine Bildbeobachtung besonders günstig durchgeführt werden kann, besteht in der B-Modus Anzeige kein Problem. Wenn D-Modus Daten oder DF-Modus Daten erhalten werden sollen, bestehen jedoch die nachfolgenden Probleme.
• Im folgenden wird ein konvexer Abtastvorgang zum Erzeugen eines B-Modus Bildes beschrieben. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein konvexer Schallkopf 10, der durch eine große Anzahl von mit einem vorbestimmten Krümmungsradius R angeordneten Ultraschallwandlern 10a gebildet ist, an den Hauptteil (nicht dargestellt) eines Ultraschall-Diagnosegerätes angeschlossen, mit welchem eine elektronische lineare Abtastung durchführbar ist. Der konvexe Schallkopf 10 ist in Berührung mit einer Körperoberfläche 100a eines zu untersuchenden Objektes 100. Kombinationen von gleichzeitig zu betreibenden Wandlern in dem konvexen Schallkopf 10 werden sequentiell von einem Ende zu dem anderen Ende des Schallkopfes 10 gewechselt. Bei jedem Treibervorgang ist der Strahlablenkungswinkel θ jedoch konstant. Die jeweiligen Ultraschallraster in einem Ultraschall-Sende-/Empfangs-Wellengebiet 102 sind daher so ausgebildet, als ob sie in radialer Richtung des Schallkopfes ausgestrahlt werden würden.
• Andererseits erstreckt sich, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Blutgefäß 104 im wesentlichen parallel zur Körperoberfläche 100a des Objektes 100. Wenn das Verhalten von in dem Blutgefäß 104 strömendem Blut durch Erhalten von D-Modus Daten oder DF-Modus Daten bildlich darzustellen und zu diagnostizieren ist, wird daher kein Dopplersignal erhalten, da der Ultraschallstrahl an der zentralen Position des Schallkopfes 10 senkrecht zum Blutgefäß 104 verläuft. Deshalb können keine D-Modus oder DF-Modus Daten erhalten werden. Im Gegensatz dazu verlaufen die Ultraschallstrahlen 108 an beiden Endpositionen des Schallkopfes 10 nicht senkrecht zum Blutgefäß 104; deshalb können Dopplersignale erhalten werden. Da die Ultraschallstrahlen 108 jedoch in entgegengesetzte Richtungen einfallen, werden entgegengesetzte Blutströmungsrichtungen angezeigt und es kann keine genaue Diagnose durchgeführt werden.
• Die DE-A-36 25 041 beschreibt ein Ultraschall-Diagnosegerät mit einem konvexen Schallkopf, der in einem konvexen Abtastschema betrieben wird, um DF-Modus Daten zu erhalten. Aus der DE-A-36 25 041 ist desweiteren ein Ultraschall-Diagnosegerät bekannt, dessen Ultraschallwandler in einer linearen Gruppierung angeordnet sind. Dieses Gerät kann in einem Diagonal-Abtast-Modus zum Durchführen von Blutströmungsmessungen unter Verwendung von Dopplerverschiebungen eingesetzt werden. Ultraschall-Diagnosegeräte, deren Wandler in einer linearen Gruppierung angeordnet sind, haben speziell in dem sektoriellen Abtast-Modus Nachteile.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ultraschall-Diagnosegerät zu schaffen, das die Bildbeobachtung auch in einem konvexen Abtastschema erleichtert und eine hochgenaue Diagnose eines durchströmten Organs ermöglicht, indem Blutströmungsdaten und tomographische Bilder verwendet werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird effindungsgemäß ein Ultraschall-Diagnosegerät geschaffen, welches umfaßt: eine konvexe Sonde, die durch N-Ultraschallwandler gebildet ist, welche in einer Reihe mit vorgegebener Krümmung angeordnet sind; eine Ultraschall- Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden/Empfangen eines von dem durch die konvexe Sonde zu sendenden/empfangenden Ultraschallstrahls, während der Ultraschallstrahl sequentiell auf der konvexen Sonde in einer Richtung bewegt wird, in der die Ultraschallwandler angeordnet sind, eine Signalverarbeitungs-/anzeigeeinrichtung zum Durchführen einer Signalverarbeitung eines von der Ultraschall-Sende-/Empfangseinrichtung erhaltenen Ultraschallempfangssignals, um vorbestimmte Bilddaten zu erhalten und ein entsprechendes Bild anzuzeigen; und eine Steuereinrichtung für die Versorgung der Ultraschall-Sende- /Empfangseinrichtung mit Verzögerungswerten, um die Sende-/Empfangseinrichtung des Ultraschallstrahls so einzustellen, daß sie parallel zu einer gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verläuft.
• Zusätzlich wird zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß ein Ultraschall-Diagnosegerät geschaffen, welches umfaßt eine konvexe Sonde, die durch N-Ultraschallwandler gebildet ist, welche in einer Reihe mit vorgegebener Krümmung angeordnet sind; k (N > k) Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen, von denen jede derart betrieben wird, daß ein Sende- oder Empfangsvorgang mit einer Verzögerung durchgeführt wird, die einem extern gelieferten Verzögerungswert entspricht; eine zwischen die k Ultraschall-Sende/Empfangstreibereinrichtungen und die N Ultraschallwandler der konvexen Sonde geschaltete Schalteinrichtung zum Schalten und Auswählen k benachbarter, von den k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen zu treibenden Ultraschallwandler, um Sende-/Empfangsvorgänge auszuführen; eine Addiereinrichtung zum Addieren von Ultraschallempfangssignalen, die jeweils von den k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen erhalten würden; eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Durchführen einer Signalverarbeitung des von der Addiereinrichtung erhaltenen Additionssignals, um Ultraschalldaten zu berechnen; eine Anzeigeeinrichtung zum Sammeln einer Mehrzahl von von der Signalverarbeitungseinrichtung berechneten Ultraschalldaten, um ein Vollbild zu erzeugen und dieses anzuzeigen; und eine Steuereinrichtung zum jeweiligen Versorgen der durch den Schaltvorgang der Schalteinrichtung ausgewahlten k Ultraschallwandler mit Verzögerungswerten, um die Sende-/Empfangsrichtungen der Ultraschallstrahlen so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verlaufen.
• Zur Lösung der oben genannten Aufgabe führt die Steuereinrichtung des oben beschriebenen Ultraschall-Diagnosegerätes selektiv einen ersten und einen zweiten Steuer-Modus aus, wobei der erste Steuer-Modus ausgeführt wird, um die k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen mit einem vorbestimmten Verzögerungswertmuster zu versorgen, und der zweite Steuer-Modus ausgeführt wird, um jeweils die durch den Schaltvorgang der Schalteinrichtung ausgewählten k Ultraschallwandler mit Verzögerungswerten zu versorgen, um die Sende-/Empfangsrichtungen der Ultraschallstrahlen so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschen Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verlaufen.
• Mit einer solchen Anordnung kann ein konvexes Abtasten selbst in Bezug zu einem Blutgefäß, das sich im wesentlichen parallel zu der Körperoberfläche eines zu untersuchenden Objektes erstreckt, derart durchgeführt werden, daß jedes Ultraschallraster parallel zu einer Ultraschallstrahlrichtung wird, die nicht senkrecht zum Blutgefäß ist. D .h., jedes Ultraschallraster, das den jeweiligen Ultraschallstrahl bildet, kann auf das Blutgefäß in der gleichen Einfallsrichtung gestrahlt werden. Das Verhalten der Blutströmung in dem Gefäß kann daher unter Verwendung von D-Modus Daten oder DF-Modus Daten, basierend auf einer geeigneten Feststellung der Blutströmungsrichtungen, bildlich dargestellt und diagnostiziert werden.
• Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, umfassender verständlich. In den Zeichnungen stellen dar:
• Fig. 1 einen konventionellen konvexen Schallkopf und konvexes Abtasten;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild, welches entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung des Ultraschall-Diagnosegerätes zeigt, mit welchem elektronisches konvexes Abtasten (steering scanning) möglich ist;
• Fig. 3 die Beziehung zwischen dem Ablenkwinkel und dem Ausbreitungsweg eines Ultraschallstrahls bei konvexem Abtasten entsprechend der Ausführungsform;
• Fig. 4 ein Verfahren zur Berechnung des Ablenkwinkels und von Verzögerungswerten bei konvexem Abtasten entsprechend der Ausführungsform;
• Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Routine zum Durchführen eines konvexen Abtastens entsprechend der Ausführungsform und
• Fig. 6A bis 6I Zeitverläufe zum Durchführen des konvexen Abtastens entsprechend der Ausführungsform, wobei
• Fig. 6A einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten eines Steuerungsabtastmodus,
• Fig. 6B einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten der Datenverarbeitung zum Einstellen des Ablenkwinkels,
• Fig. 6C einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten zum Berechnen von Verzögerungswerten,
• Fig. 6D einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten eines Lesevorgangs der Verzögerungswerte,
• Fig. 6E einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten einer Umschaltung zwischen Sende- /Empfangskanälen,
• Fig. 6F einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten des Ultraschall-Sendens,
• Fig. 6G einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten des Ultraschall-Empfangens,
• Fig. 6H einen Zeitverlauf von AN und AUS Zeiten des Datenschreibvorgangs bezüglich eines Vollbildspeichers (DSC), und
• Fig. 6I eine schematische Ansicht eines Wechsels von einem Ultraschallraster zu einem anderen Raster zeigt.
• Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Ultraschall-Diagnosegerät entsprechend einer Ausführung der Erfindung beschrieben.
• Gemäß Fig. 2 enthält das Ultraschall-Diagnosegerät dieser Ausführungsform einen konvexen Schallkopf 10, der durch N kleine streifenartige Ultraschallwandler gebildet ist, die in Form eines Sektors mit einem Krümmungsradius R angeordnet sind. Der konvexe Schallkopf 10 soll in Berührung mit der Körperoberfläche eines Patienten (nicht dargestellt) gebracht werden. Das Ultraschall-Diagnosegerät dieser Ausführungsform enthält weiter: ein Ultraschall-Sende-/Empfangssystem 200 zum Treiben des konvexen Schallkopfes 10, um Signale zu senden/empfangen; ein Signalverarbeitungs-/Anzeigesystem 300 zum Durchführen der Signalverarbeitung von Signalen, die vom Ultraschall-Sende-/Empfangssystem 200 empfangen werden, um Ultraschallbilddaten zu erhalten und ein entsprechendes Bild anzuzeigen; ein Steuersystem 400 zum Steuern des Ultraschall-Sende-/Empfangssystems 200 und des Signalverarbeitungs-/Anzeigesystems 300.
• Das Ultraschall-Sende-/Empfangssystem 200 ist gebildet durch eine Schalteinheit 12 zum Schalten/Auswählen von Kombinationen von k Wandlern (die gleichzeitig betrieben werden) der N Ultraschallwandler k Sende-/Empfangseinheiten 14 (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k), einen Impulsgenerator 16 zum Erzeugen einer Impulsfolge zum Festlegen der Treiberzeiten bei den Sende-/Empfangsvorgängen, und einem Addierer 18 zum Addieren der Empfangssignale, die von den k Sende-/Empfangseinheiten 14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k erhalten werden.
• In diesem Fall ist die Schalteinheit 12 so aufgebaut, daß sie Kombinationen von k Wandlern (die gleichzeitig betrieben werden) der N Ultraschallwandler des konvexen Schallkopfes 10 auf ein Wandlerschaltsignal a hin schaltet, welches von einem Sende-/Empfangssystem Controller 30 der Steuersystems 400 kommt.
• Jede Sende-/Empfangseinheit 14 enthält einen Sendeteil, der im wesentlichen von einer Sendeverzögerungseinheit und einem Pulser gebildet ist, und einen Empfangsteil, der im wesentlichen von einem Vorverstärker und einer Empfangsverzögerungseinheit gebildet ist. Die Sende- und Empfangsverzögerungseinheiten bestimmen jeweils Sende- und Empfangszeiten, so daß ein Ablenkwinkel und eine Brennweite in Abhängigkeit von Verzögerungssignalen b (Sende- und Empfangsverzögerungssignale) aus dem Sende-/Empfangssystem Controller 30 des Steuersystems 400 eingestellt wird.
• Das Signalverarbeitungs-/Anzeigesystem 300 enthält ein B/M-Modus Verarbeitungssystem 30, ein D-Modus Verarbeitungssystem 22, ein DF-Modus Verarbeitungssystem 24, einen DSC (digitalen Abtastwandler) 26 mit einem Vollbildspeicher 26A zum Konvertieren von Ultraschallabtastdaten in Standard TV Abtastdaten und eine Anzeige 28.
• Das B/M-Modus Verarbeitungssystem 20 dient dazu, ein B-Modus Bild mittels Durchführung einer Hülldetektion eines Addierechosignals aus dem Addierer 18 zu detektieren oder ein M-Modus Bild zu detektieren.
• Das D-Modus Verarbeitungssystem 22 phasendetektiert Additionsechodaten, die durch Ultraschall-Senden/Empfangen des Doppler-Modus erhalten werden, erhält an einem gewünschten Abtastpunkt aus dem Detektionsausgangssignal ein Dopplersignal und ermittelt ein Blutströmungsgeschwindigkeitsbild oder Daten, indem eine Frequenzanalyse des Dopplersignals durchgeführt wird, bei welcher beispielsweise eine "Schnelle Fourier Transformation (FFT)" angewandt wird.
• Das D-Modus Verarbeitungssystem 24 prüft beispielsweise in einem Korrelationsschema die Korrelation zwischen einer Mehrzahl von Empfangswellensignalen, die mittels Durchführung einer mehrfachen Ultraschallabtastung bezogen auf den gleichen Bereich eines zu untersuchenden Objektes erhalten werden, und erhält ein Blutströmungsprofil (beispielsweise eine Blutströmungsrichtung, eine durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit, das Ausmaß einer Strömungsgeschwindigkeitsdispersion, und die Leistung in einer Blutströmungsrichtung) als CFM-Daten, dargestellt durch Leuchtdichte, Farbwert und Farbtonpegel.
• Der DSC 26 speichert Ultraschall-Ausgangssignale des BM-Modus Prozessystems 20 des D-Modus Prozessystems 22 und des DF-Modus Prozessystems 24 im Vollbildspeicher 26A in Einheiten von Ultraschallrastern, so daß Ultraschallbilder in Einheiten von Vollbildern gebildet werden, und konvertiert diese in Daten für das Standard TV-Abtastschema.
• Die Anzeige 28 konvertiert die Ausgangssignale vom DSC 26 in Analogsignale und zeigt ein entsprechendes Bild, beispielsweise im Standard TV-Abtastschema an.
• In diesem Fall liefert ein Videosystem-Controller 32 Steuersignale an das B/M-Modus Verarbeitungssystem 20, das D-Modus Verarbeitungssystem 22 und das DF-Modus Verarbeitungssystem 24 und liefert desweiteren Steuersignale für das Schreiben/Lesen von Daten an den DSC 26.
• Das Steuersystem 400 umfaßt den Sende-/Empfangssystem Controller 30, den Videosystem Controller 32, einen Hauptcontroller mit einer Abtasttabelle und eine Einstelleinheit 26 für den Ablenk-/Abtast-Modus (steering scan mode). Der Hauptcontroller 34 liefert Steuersignale an den Sende-/Empfangs-Controller 30 und den Video-Controller 32 entsprechend Abtastanweisungen einer Bedienungsperson.
• Auf das Steuersignal hin liefert der Sende-/Empfangssystem Controller 30 ein Schwingungsschaltsignal a an die Schalteinheit 12, damit Kombinationen von k Wandlern (die gleichzeitig betrieben werden) der N Ultraschallwandler des konvexen Schallkopfes 10 geschaltet werden, und liefert weiter Verzögerungssignale b (Sende- und Empfangsverzögerungssignale) an die Sende-/Empfangseinheiten 14 (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k), so daß die Sende- und Empfangszeiten zur Einstellung eines Ablenkwinkels und einer Brennweite bestimmt werden.
• Der Videosystem Controller 32 liefert Steuersignale an das B/M-Modus Verarbeitungssystem 20, das D-Modus Verarbeitungssystem 22 und das DF-Modus Verarbeitungssystem 24 und liefert weiter ein Datenschreib-/Lesesteuersignal an den DSC 26.
• Die Steuerabtastmodus Einstelleinheit 36 gibt, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, von der zentralen Position des konvexen Schallkopfes 10 her eine Linienmarkierung 110 in beispielsweise einer senkrechten Richtung aus, und stellt willkürlich einen Winkel θ der Linienmarkierung 110 entsprechend der Tätigkeit einer Bedienungsperson ein, um eine Rastermarkierung 112 zu bilden.
• Nachdem der Einstellvorgang mittels der Steuerabtastmodus Einstelleinheit 36 erfolgt ist, berechnet der Hauptcontroller 34 einen Ablenkwinkel θi eines Ultraschallstrahls an der Position Pi einer Wandlergruppe (die zur Durchführung von Ultraschall-Senden/-Empfangen ausgewählt ist) auf Basis des Krümmungsradius R, der Position Pi und des Winkels θ der Rastermarkierung 112, so daß ein Raster des Ultraschallstrahls an der Position Pi parallel zur Rastermarkierung 112 eingestellt wird. Der Hauptcontroller 34 veranläßt den Sende-/Empfangssystem Controller 30 daraufhin, Verzögerungssignale b (Sende- und Empfangsverzögerungssignale) entsprechend dem Ablenkwinkel θi an die Sende-/Empfangeinheiten 14 (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k) zu liefern.
• Entsprechend der Ausführungsform mit der beschriebenen Anordnung kann der Winkel θ der Rastermarkierung 112 von einer Bedienungsperson willkürlich eingestellt werden und kann ein Ultraschallstrahl mit dem Ablenkwinkel θi parallel zum Winkel θ an jeder Stelle des konvexen Schallkopfes 10 gesendet und empfangen werden.
• Selbst wenn ein Blutgefäß 104 im wesentlichen parallel zur Körperoberfläche 100a eines zu untersuchenden Objektes 100 verläuft und beispielsweise die Linienmarkierung 110 senkrecht zum Blutgefäß 104 ist, kann der zwischen der Rastermarkierung 112 und dem Blutgefäß 104 gebildete Winkel so eingestellt werden, daß er kein rechter Winkel α ist, und eine konvexe Abtastung wird derart ausgeführt, daß die jeweiligen Ultraschallraster parallel zueinander in der Ultraschallstrahlrichtung des konvexen Schallkopfes 10 sind, unabhängig von der Position.
• D.h., bei konvexer Abtastung kann jeder Ultraschallstrahl, der das jeweilige Ultraschallraster bildet, auf das Blutgefäß 104 in einem nicht rechten Winkel in der gleichen Einfallsrichtung gestrahlt bzw. gesendet werden. Das Verhalten des Blutes in dem Blutgefäß 104 kann daher unter Verwendung von D-Modus Daten und DF-Modus Daten, die auf einer geeigneten Detektion der Blutströmungsrichtung beruhen, bildlich dargestellt und diagnostiziert werden.
• Die oben beschriebene konvexe Abtastung, bei der ein Raster eines Ultraschallstrahls parallel zur Rastermarkierung 112 ist, wird hier Steuerabtastmodus genannt. Dieser Modus wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 6 genauer beschrieben. Entsprechend der obigen Beschreibung besteht im Steuerabtastmodus die Durchführung der Abtaststeuerung darin, den Ablenkwinkel θi zu erhalten, bei dem ein Raster eines Ultraschallstrahls parallel zur Rastermarkierung 112 wird. In der Praxis jedoch wird die Rastersteuerung durchgeführt, indem ein Verzögerungswert erhalten wird, der dem Ablenkwinkel θi entspricht.
• Im folgenden wird anhand Fig. 4 ein Verfahren zum Berechnen eines Verzögerungswertes beschrieben. Dabei wird ein Verzögerungswert bezogen auf ein Element (Ultraschallwandler) 14i auf der Basis eines Ablenkwinkels Φ (Steuerwinkel), einer Rasterposition j und einer Brennweite f berechnet. Es sei angenommen, daß der Winkel eines Ultraschallstrahls an einer Rasterposition Pj bezogen auf das Zentrum der Krümmung (Krümmungsradius R) des konvexen Schallkopfes 10 durch θj dargestellt ist. Die Rasterposition Pj wird von der Bedienungsperson willkürlich ausgewählt, ohne Rücksicht auf die Anordnung der Elemente (Ultraschallwandler) und kann so gewählt werden, daß sie genau über dem jeweiligen Pixel angeordnet ist. Zusätzlich kann die Rasterposition Pj so gewählt werden, daß die Raster gleichmäßig auf einem Bild eingestellt werden bzw. verteilt sind (gleiche Rasterintervalle).
• Die Koordinaten der Rasterposition Pj sind folgende:
• Pj = Pj (Rcosφj,Rsinφj)
• Die Koordinaten Fj (x,y) des Brennpunktes sind folgende:
• Fj (x,y) = Fj (Rcosφj + fcosΦ,Rsinφj + fsinΦ)
• Die Koordinaten Qi (x,y) des Elements 14i sind durch folgenden Ausdruck gegeben:
• Qi (x,y) = Qi (Rcosθi,Rsinθi)
• Deshalb kann die Entfernung
• zwischen dem Brennpunkt und dem Element 14i erhalten werden durch:
• Wenn die Schaltgeschwindigkeit durch v gegeben ist, kann die Ausbreitungszeit (Fj Qi)/v einer Schallwelle zwischen Fj und Qi ausgedrückt werden durch:
• Um einen Sendeverzögerungswert Dtji zu berechnen, wird Dtji von einem gegebenen konstanten Wert Ct folgendermaßen hergeleitet bzw. subtrahiert:
• Dabei kann Ct so gewählt werden, daß es der minimale Wert ist, für den Dtji bezogen auf alle Werte von j und i positiv wird.
• Ein Empfangsverzögerungswert Drji kann mit Cr erhalten werden, welches als ein konstanter Wert in gleicher Weise wie oben beschrieben folgendermaßen festgelegt wird:
• Die obige Beschreibung gehört zu dem Verfahren, Verzögerungswerte bei einem spezifischen Raster zu berechnen. Der Hauptcontroller 34 hält Software zur Berechnung der Sende-/Empfangsverzögerungswerte, welche so programmiert ist, daß sie dieses Verfahren ausführt. Wenn das Flußdiagramm gemäß Fig. 5 ausgeführt wird, beginnt die Software die Sende- und Empfangsverzögerungswerte für alle notwendigen Raster zu berechnen. Die erhaltenen Werte werden zeitweilig in dem Speicher 34A gespeichert, der zum Hauptcontroller 34 gehört.
• Anhand Fig. 5 und 6A bis 6I wird im folgenden eine Arbeitsfolge beschrieben, welche die Ausführung der oben beschriebenen Sende-/Empfangsverzögerungswertberechnungssoftware einschließt. Gemäß Fig. 5 und 6A startet die Bedienungsperson die Steuerabtastmodus Einstelleinheit 36 im Schritt S1. Im Schritt S2 betätigt die Bedienungsperson, wie in Fig. 6B dargestellt, die Einheit 36 so, daß die Rastermarkierung 112 auf der Anzeige 28 ausgegeben wird. Der Ablenk- bzw. Steuerwinkel Φ wird mit der Anzeige der Rastermarkierung 112 eingestellt. Im Schritt S3 führt gemäß Fig. 6C der Hauptcontroller die oben beschriebene Sende-/Empfangsverzögerungswertberechnungssoftware durch, um Sende- und Empfangsverzögerungswerte für alle notwendigen Raster zu berechnen. Im Schritt S4 werden die erhaltenen Werte zeitweilig in dem zum Hauptcontroller 34 gehörenden Speicher 34A gespeichert.
• Nachfolgend liefert der Haupcontroller 34 im Schritt S5 einen zum Raster 1 gehörenden Sende-/Empfangsbefehl an den Sende-/Empfangssystem Controller 30. Dabei wird, wie in Fig. 6D dargestellt, im Schritt S6 ein entsprechender Sender-/Empfangsverzögerungswert aus dem Speicher 34A ausgelesen und dem Sende-/Empfangssystem Controller 30 zugeführt. Im Schritt S7 liefert, wie in Fig. 6E dargestellt, der Sende-/Empfangssystem Controller 30 einen Befehl zum Schalten der Sende-/Empfangskanäle an die Schalteinheit 12. Gemäß Fig. 6F wird dann von einer Ultraschallwandlergruppe auf eine andere Gruppe geschaltet, um Sende-/Empfangsvorgänge durchzuführen (Kanalschaltung). Im Schritt S8 wird die entsprechende Ultraschallwandlergruppe getrieben bzw. angesteuert, um einen Sendevorgang durchzuführen. Im Schritt S9 wird gemäß Fig. 6G die Gruppe so angesteuert, däß sie einen Empfangsvorgang durchführt. Im Schritt S10 werden gemäß Fig. 6H Ultraschalldaten, die im B/M-Modus Verarbeitungssystem 20, im D-Modus Verarbeitungssystem 22 und im DF-Modus Verarbeitungssystem 24 des Signalverarbeitungs-/Anzeigesystems 300 erhalten werden, in den Vollbildspeicher 26A des DSC 26 geschrieben. D.h., in den Schritten S5 bis S10 wird, wie in Fig. 6I dargestellt, ein Bild des Rasters 1 in den Vollbildspeicher 26A des DSC 26 geschrieben. Nachfolgend wird im Schritt S11 die Rasterposition inkrementell weitergeschaltet. Im Ergebnis wird das Abarbeiten der Schritte S5 bis S10 für ein Raster 2 durchgeführt und ein Bild des Rasters 2 wird in den Vollbildspeicher 26A des DSC 26, wie in Fig. 6I dargestellt, geschrieben. Im Schritt S12 wird geprüft, ob das beschriebene Verfahren für alle Raster durchgeführt ist. Bei NEIN im Schritt S12 kehrt das Flußdiagramm zum Schritt S5 zurück. Bei JA im Schritt S12 wird ein im Vollbildspeicher 26A des DSC 26 gebildetes Vollbild auf der Anzeige 28 angezeigt.
• Der normale konvexe Abtastmode wird durch Löschen der Steuerabtastmodus Einstelleinheit 34 wieder hergestellt.
• Wie im Vorstehenen beschrieben enthält das Gerät erfindungsgemäß die Ablenkwinkeleinstelleinrichtung zum Einstellen des Ablenkwinkels des Ultraschallstrahls an jeder Position einer Wandlergruppe, um Ultraschall Senden/Empfangen auf Grundlage der Krümmung des konvexen Schallkopfes und der Position der Wandlergruppe derart durchzuführen, daß jedes Ultraschallraster parallel zu einer willkürlich einstellbaren Ultraschallstrahlrichtung eingestellt wird. Mit dieser Anordnung kann ein konvexes Abtasten selbst eines im wesentlichen parallel zur Körperoberfläche eines Patienten verlaufenden Blutgefäßes derart durchgeführt werden, daß jedes Ultraschallraster parallel zu einer Ultraschallstrahlrichtung ist, die nicht rechtwinklig zum Blutgefäß verläuft. D.h., jeder Ultraschallstrahl, der das jeweilige Ultraschallraster bildet, kann auf das Blutgefäß in einem nicht rechten Winkel in der gleichen Einfallsrichtung, bezogen auf das Blutgefäß, gesendet werden. Das Verhalten von Blut im Blutgefäß kann daher unter Verwendung von D-Modus Daten und DF-Modus Daten, basierend auf einer geeigneten Detektion einer Blutströmungsrichtung, bildmäßig dargestellt und diagnostiziert werden.
• Mit der Erfindung wird daher ein Ultraschall-Diagnosegerät geschaffen, das das Beobachten erleichtert und eine hochgenaue Diagnose durchströmter Organe erlaubt.

Claims (9)

1. Ultraschall-Diagnosegerät mit

einer konvexen Sonde (10), die durch N Ultraschallwandler gebildet ist, welche in einer Reihe mit vorgegebener Krümmung angeordnet sind;

einer Ultraschall-Sende-/Empfangseinrichtung (12, 13, 16, 18, 200) zum Senden/Empfangen eines von der/durch die konvexe Sonde (10) zu sendenden/empfangenden Ultraschallstrahls, während der Ultraschallstrahl sequentiell auf der konvexen Sonde (10) in einer Richtung bewegt wird, in der die Ultraschallwandler angeordnet sind; und

einer Signalverarbeitungs-/anzeigeeinrichtung (20, 22, 24, 26, 300) zum Durchführen einer Signalverarbeitung eines von der Ultraschall-Sende-/Empfangseinrichtung erhaltenen Ultraschallempfangssignals, um vorbestimmte Bilddaten zu erhalten und ein ein sprechendes Bild anzuzeigen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Diagnosegerät eine Steuereinrichtung (30, 32, 34, 34A, 36, 400) für die Versorgung der Ultraschall-Sende- /Empfangseinrichtung mit Verzögerungswerten enthält, um die Sende-/Empfangsrichtung des Ultraschallstrahls so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verläuft.

2. Ultraschall-Diagnosegerät mit

einer konvexen Sonde (10), die durch N Ultraschallwandler gebildet ist, welche in einer Reihe mit vorgegebener Krümmung angeordnet sind;

k wobei N > k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k), von denen jede derart betrieben wird, daß ein Sende- oder Empfangsvorgang mit einer Verzögerung durchgeführt wird, die einem extern gelieferten Verzögerungswert entspricht;

einer zwischen die k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k) und die N Ultraschallwandler der konvexen Sonde (10) geschaltete Schalteinrichtung (12) zum Schalten und Auswählen k benachbarter, von den k Ultraschall- Sende-(Empfangstreibereinrichtungen (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k) zu treibenden Ultraschallwandler, um Sende-/Empfangsvorgänge auszuführen;

einer Addierereinrichtung (18), zum Addieren von Ultraschallempfangssignalen, die jeweils von den k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen (14&sub1;, 14&sub2;, 143, ..., 14k) erhalten wurden;

einer Signalverarbeitungseinrichtung (20, 22, 24) zum Durchführen einer Signalverarbeitung des von der Addiereinrichtung (18) erhaltenen Additionssignals, um Ultraschalldaten zu berechnen; und

einer Anzeigeeinrichtung (26, 28) zum Sammeln einer Mehrzahl von von der Signalverarbeitungseinrichtung (20, 22, 24) berechneten Ultraschalldaten, um ein Vollbild zu erzeugen und dieses anzuzeigen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Diagnosegerät eine Steuereinrichtung (30, 32, 34, 34A, 400) enthält, zum jeweiligen Versorgen der durch den Schaltvorgang der Schalteinrichtung (12) ausgewählten k Ultraschallwandler mit Verzögerungswerten, um die Sende-/Empfangsrichtungen der Ultraschallstrahlen so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verlaufen.

3. Ultraschall-Diagnosegerät nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (30, 32, 34, 34A, 400) selektiv einen ersten und einen zweiten Steuer-Mode ausführt, wobei der erste Steuer-Mode ausgeführt wird, um die k Ultraschall-Sende-/Empfangstreibereinrichtungen (14&sub1;, 14&sub2;, 14&sub3;, ..., 14k) mit einem vorbestimmten Verzögerungswertmuster zu versorgen, und der zweite Steuer-Mode ausgeführt wird, um jeweils die durch den Schaltvorgang der Schalteinrichtung (12) ausgewählten k Ultraschallwandler mit Verzögerungswerten zu versorgen, um die Sende-/Empfangsrichtungen der Ultraschallstrahlen so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung verlaufen.

4. Ultraschall-Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, däß die Signalverarbeitungs-/anzeigeeinrichtung (26, 28) eine B-Mode Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen eines tomographischen Bildes enthält.

5. Ultraschall-Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, däß die Signalverarbeitungs-/Anzeigeeinrichtung (26, 28) eine Doppler-Mode Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen eines Blutströmungsbildes enthält.

6. Ultraschall-Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs-/Anzeigeeinrichtung (20, 22, 24) eine Doppler-Strömungs-Mode Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen einer Farb-Strömungs-Abbildung enthält.

7. Ultraschall-Diagnosegerät nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, däß die Steuereinrichtung (30, 32, 34, 34A, 400) vorab Verzögerungswerte berechnet, um die Sende-/Empfangsrichtung eines Ultraschallstrahls so einzustellen, daß sie parallel zur gewünschten Einstellung der Ultraschallstrahlrichtung für alle notwendigen Ultraschallraster verläuft und einen der berechneten Verzögerungswerte der Ultraschall-Sende-/Empfangseinrichtung (12, 14, 16, 18) für jeden Ultraschall-Sende-/Empfangsvorgang zuführt, um ein Ultraschallraster zu erhalten.

8. Ultraschall-Diagnosegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Steuer-Mode der Steuereinrichtung (30, 32, 34, 34A, 400) durchgeführt wird, um vorab Verzögerungswerte zu berechnen zur Einstellung einer Sende-/Empfangsrichtung eines Ultrastrahls parallel zur gewünschten Einstellung der Ultrastrahlrichtung für alle notwendigen Ultrastrahlraster und einen der berechneten Verzögerungswerte der Uftraschall-Sende-/Empfangseinrichtung (12, 14, 16, 18) für jeden Ultraschall-Sende-/Empfangsvorgang zuzuführen, um ein Ultraschallraster zu erhalten.

9. Ultraschall-Diagnosegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, däß der Verzögerungswert auf der Basis der Krümmung der konvexen Sonde (10), der Brennweite, der Schallgeschwindigkeit und des Ablenkwinkels des Ultraschallstrahls berechnet wird.