DE2848467C3

DE2848467C3 - Ultraschall-Diagnosegerät

Info

Publication number: DE2848467C3
Application number: DE2848467A
Authority: DE
Inventors: Michiyoshi Tokyo Uranishi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2848467B2; US4240295A; DE2848467A1; JPS613496B2; JPS5468090A

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschalldiagnosegerät, bestehend aus einer Ultraschallsonde mit einer Wandlereinrichtung zur Aussendung eines Ultraschallstrahls gegen ein zu prüfendes Objekt und zur Umwandlung der Ultraschallechosignale in elektrische Signale, einer Einrichtung zur Erzeugung eines System-Synchronisierimpulses zur Steuerung des Betriebes aller Abschnitte des Gerätes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Impulses synchron zum System-Synchronisierimpuls, der seinerseits die Wandlereinrichtung erregt, um die Ultraschallwellen auszusenden, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der von e.nem Ortungsobjektabschnitt reflektierten Ultraschallwellen über die Wandlereinrichtung, aus einer Einrichtung /ur Feststellung der Position der Ultraschallsonde zur Erzeugung von Positionsdaten, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von den Positionsdaten und mit einer bestimmten Zeitverzögerung, die einer Diagnosetiefe des Ortungsobjektes entspricht, einer Einrichtung zur Bewegung der Wandlereinrichtung um das Ortungsobjekt in Abhängigkeit von dem Steuersignal, und aus einer ersten Anzeigeeinrichtung zur Darstellung eines S-Betriebsartenbiiaes des Ortungsobjektes.

Aus der deutschen Auslegeschrift 15 66128 ist ein Ultraschalldiagnosegerät /ur Darstellung eines Bildes eines Ortungsobjektabschnitts entsprechend einer Ebene bekannt, die parallel zur Ausbreitungsrichtung der Ultraschallstrahlen verläuft. Um ein solches Bild darzustellen, enthält das Gerät eine Führungsbahn, auf welcher ein Wagen verschiebbar angeordnet ist. einen kreuzförmigen Haherahmen. der mit dem genannten Wagen verbunden ist. Der kreuzförmige Halterahmen halten mehrere Ultraschallsender und mehrere Ultraschallempfänger. Während des Betriebes werden Ultraschallwellen von den Sendern ausgesendet und es werden die Echosignale von den Empfängern aufgefangen, die von einem Punkt innerhalb des Ortungsobjektes stammen. Dieses so erhaltene Bild wird auf einem Bildschirm zur Anzeige gebracht.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 60 257 ist eine Ultraschallwandleranordnu^g bekannt, bei der drei Sendewandler an den Enden dreier sternförmig angeordneter Halterungsarme angeordnet sind, wöbet diese Arme flexibel sind, während ein Empfänger im Verbindungsbereich der drei Arme gelegen ist. Durch die flexible Ausbildung der drei Arme läßt sich diese Wandleranordnung an die jeweilige Körperkontur anpassen, wobei durch die Ultraschallsender Ultraschallstrahlen in das Zielgebiet ausgesendet werden und die reflektierten Echosignale von dem zentral gelege-

nen Empfangswandler aufgefangen werden. Mit Hilfe dieser bekannten Anordnung IaQt sich beispielsweise die Bewegung eines Fötus im Mutterleib beobachten. Diese bekannte Ultraschallwandleranordnung ist jedoch nicht dazu geeignet, Querschnittsbilder eines Zielbereiches innerhalb eines Körpers zur Anzeige zu bringen.

Aus der japanischen Patentschrift 1 48 984/77 ist ein Gerät bekanntgeworden, du-ch welches

1. ein Tomographiebild auf einer realen Zeithetriebsart und einer Hand-Betriebsart erhalten werden kann.

2. Gleichzeitig wird ein Vielfachquerschnittsbild gebildet

3. Das erhaltene Bild besteht aus einem C-Betriebsartenbild. Das C-Betriebsartenbild ist auf eine Ebene beschränkt, die senkrecht zur Ebene der Abtastsonde verläuft (der elektronischen Abtastebene) und eintr mechanischen Abtastebene.

Bei dem C-Betriebsartenverfabren wird ein Querschnittshild in irgendeiner Tiefe eines zu untersuchenden Körpers auf der Grundlage einer digitalen gleichzeitigen Tomographiemethode erhalter und zwar unter Verwendung einer einzigen Ultraschallsonde. Das dabei erhaltene Bild verläuft also senkrecht zu den ausgesendeten Ultraschallstrahlen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Ultraschalldiagnosegerät der eingangs definierten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe gleichzeitig zwei zueinander senkrecht verlaufende Querschnitte eines Zielbereiches dargestellt werden können.

Ausgehend von dem Ultraschalldiagnosegerät der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Einstelleinrichtung zur Einstellung eines gewünschten Querschnitts senkrecht zur Ebene des B- Betriebsartenbildes der ersten Anzeigeeinrichtung, weiter durch eine Speichereinrichtung zur Speicherung der zur Einrichtung zum Erzeugen des Steuersignals übertragenen Positionsdaten des durch die Einstelleinrichtung eingestellten Querschnitts, durch eine verarbeitende Schaltungsanordnung zur Verarbeitung des das Echosignal wiedergebenden elektrischen Signals in Abhängigkeit vom Steuersignal lind dem System-Synchronisierimpuls, um ein Video-Signal des gewünschten Querschnitts des Ortungsobjektes zu erzeugen, und durch eine zweite Anzeigeeinrichlung zur Darstellung eines modifizierten C-Betriebsartenbildes des Ortungsobjektes in Abhängigkeit vom Videosignal.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit die Möglichkeit geschaffen, zwei Querschnitte entsprechend zwei zueinander senkrecht verlaufender Ebenen gleichzeitig zur Anzeige zi¹ bringen, wodurch eine sehr viel genauere Untersuchung eines bestimmten Zieibereichs innerhalb eines Körpers möglich wird.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 und J.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Ze.chnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung der Stirnseite einer verwendeten elektronischen Abtastsonde,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Zustands, in welchem der Unterleibs- oder Bauchbereich eines menschlichen Körpers mittels der Sonde nach F i g. 1 abgetastet wird,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Ultraschall-Diagnosegerätes mit Merkmalen nach

der Erfindung,

Fig.4A die Wellenform eines vom Zleibereich eiues zu untersuchenden Objekts reflektierten Ultraschallechos,

F i g. 4B ein mittels des Ultraschallechos nach F i g. 4A erstelltes Tomogramin,

Fig.5 und 6 der Fig.2 ähnelnde Darstellungen anderer zulässiger Bewegungen der Sonde.

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig.8A bis 8F graphische Darstellungen von Wellenformen in verschiedenen Abschnitten des Blockschaltbilds nach F i g. 7,

Fig.9 eine perspektivische Darstellung eines Sondenantriebsmechanismus zur Veranschaulichung der praktischen Handhabung bzw. Führung der Sonde,

Fig. 10 eine perspektivische, sch:matische Darstellung der Bewegung der Sonde gegenüber dem Untersuchungsbereich mit einem ausgewählten Querschnitt,

Fig 11 eine schematische Darstellung des Be».ve gungsprinzips des Sondenantriebsmechanismus nach F i g. 9.

Fig. 12 ein Schaltbild des Schaltungsblocks nach Fig. 7 zur Bestimmung der Ist-Position der Sonde und zur Verarbeitung der Positionsinformation.

Fig. 13 ein Schaltbild der Querschnitt-Einstellschaltung nach Fig. 7 und

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines Hauptteils der neuartigen Diagnosevorrichtung.

Die in F i g. 1 dargestellte elektronische Abtastsonde 1 weist ein Dämpferelement 2 und eine Reihe von an dessen Unterseite in Längsanordnung vorgesehenen Wandlern 3 auf. Beim Abtasten des Zielbereichs bzw.. genau genommen, rier Zielriäche. eines zu untersuchenden Objekts, etwa eines Bauchorgans des menschlichen Körpers, wird die Sonde 1 gemäß F i g. 2 im allgemeinen mechanisch bev egt bzw. geführt. Dabei ist die vo ι ihrer einen Schmalseite sichtbare Ultraschall-Sonde 1 in ein für Ultraschall durchlässiges Medium 6. wie Wasser od">· Flüssigparaffin, in einem flexiblen Behälter 5 eingetaucht, der bei der Diagnose bzw. Untersuchung auf den Leib 4 des Patienten aufgesetzt wird. Die Sonde 1 ist dabei mit ihrer Ultraschall-Abstrahlseite dem Leib 4 zugewandt, und sie wird im Medium 6 mittels einer nicht dargestellten mechanischen Abtasteinheit in Richtung des Pfeils A geführt. Eine vorn Wandler 3 der Sonde 1 ausgestrahlte Ultraschallwelle wird durch eine Fläche des Zielbereichs 7 reflektiert, um als mit Sf bezeichnetes Ultraschallecho zum Wandler 3 zurückzulaufen. Die Wandlorelemente der Sonde 1 sind in mehrere Blöcke mit jeweils einer Vielzahl nebeneinander liegender Wandler unterteilt. Diese Wandler und Blöcke werden nacheinander angeregt, um die Ultraschallstrahlung gegen das Objekt 4 auszustrahlen. Auf diese Weise wird also die elektronische Abtastung durchgeführt. Das Tomogramm des Zielbereichs wird also durch den Abtastbereich bei der elektronischen Abtastung und de" Bewegungsbereich der Sonde 1 bei deren Bewegung in Richtung des Pfeils A bestimmt.

Wenn nun beispielsweise der Zielbereich 7 des zu untersuchenden Organs gegenüber der Bewegungsrichtung A der Sonde gekrümmt ist, wie in F i g. 2 gezeigt, muß das für die Diagnose benötigte Bild des Zielbereichs 7 ein Tc mogramm des Querschnitts auf der Linie M des Zielbereichs 7 d. h. eine entsprechende Ortungsobjektfläche sein. Das Tomogramm wird durch Verarbeitune der von Her /ielflärhr auf Hnr I inip M

reflektierten Ultraschallechos SE während der mechanischen Bewegung der Sonde 1 in Richtung A, während der Zielbereich 7 elektronisch abgetastet wird, und durch Wiedergabe der Echosignale mittels einer eine Kathodenstrahlröhre aufweisenden Anzeigevorrichtunggebildet.

In Fig. 3 ist ein Ultraschall-Diagnosegerät dargestellt, mit welcher ein Tomogramm eines beliebigen Querschnitts des Zielbereichs 7 angefertigt werden kann. Dabei ist eine übliche Anzeigeeinrichtung IO mit einer Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe eines B-Betriebsarten-Abtastbilds der Zielfläche des Bereichs 7 vorgesehen. F.ine Zielquerschnitt-Einstelleinrichtung 11 dient /ur Festlegung einer gewünschten Zielfläche des Bereichs 7. el. h. eines Querschnitts auf der Linie M. Diese Einstelleinrichtung 11 kann ein Schreibstift bzw. -griffel oder ein Potentiometer sein. Ein Speicher 12 speichert ein die gewünschte bzw. Soll-Zielfläehc angebendes Signal von der Einstelleinrichtung II. Mit anderen Worten: es werden /. B. die Daten der Kurve A/ gemäß F ι g. 2 im Speicher 12 gespeichert. In einem Ver/ogerung-Funktionsgenerator 13 werden die Daten der betreffenden Abschnitte auf der Kurve, aus dem Speicher 12 ausgelesen, in ein Funktionssignal mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit umgewandelt, welches die Untersuchungsfläche des Zielbereichs 7 entsprechend den tatsächlichen bzw. Ist-Positionen der Sonde I angibt. Eine Motor-Steuerschaltung 14 steuert mit ihrem Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem den Positionen auf der Kurve M entsprechenden Signal einen Motor 15 an. welcher die Sonde 1 in Richtung des Pfeils A durch eine Abtasteinheit 16 führt. Eine Stellung-Meßschaltung 27 liefert ein Positionssignal für die Sonde 1. das dem Verzögerung-Funktionsgenerator 15 zugeführt wird.

Ein Systcm-Synchronfisationsjimpulsgenerator 17 liefert ein Systemsynchronisationssigna!, um die Sonde die Zielebene elektrisch abtasten zu lassen. Dieses Signal wird auch dem Funktionsgenerator 13. einer Torsteuerschaltung 18 und einer Probeentnahmeschaltung 22 zugeführt, um das vom Ziel reflektierte Uitraschallsignal auf noch zu erläuternde Weise zu „-u„;,„~ r»;„ τ,.-.. ^l-I...__ <o ~:--i j ■- ■■ ■

Funktionssignal vom Funktionsgenerator 13 durchgesteuert bzw. -geschaltet, um das Systemsynchronisationssignal vom Generator 17 durchzulassen. Ein Schaltkreis 19 schaltet selektiv die Wandler der Sonde 1 zur Erregung durch einen Erregungsimpulsgenerator 20 durch, welcher synchron mit der Erzeugung des Systemsynchronisationsimpulses Erregungssignalimpulse an die Wandler anlegt. Bei Eingang dieser Impulse strahlen die Wandler die Ultraschallwelle gegen das Ziel ab. Die Wandler setzen dabei die von der Zielfläche reflektierten Ultraschallechos in ein elektrisches Signal um. das einem Empfänger 21 zugeführt und durch diesen verstärkt wird. Die Probeentnahmeschaltung 22 tastet die Ausgangssignale des Empfängers 21 ab. wenn sie das von der Torsteuerschaltung 18 durchgelassene Verzögerung-Funktionssignal empfängt. Das Signal wird dann von einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 23 in ein Digitalsignal umgesetzt, worauf das so umgesetzte Signal vorübergehend in einer Pufferspeicherstufe 24 gespeichert wird. Ein Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 25 setzt das aus der Pufferspeicherstufe 24 ausgelesene Digitalsignal in ein Analogsignal um. das dann in Form eines Tomogramms auf einer Kathodenstrahlröhren-Anzeigevorrichtung 26 wiedergegeben wird.

Die beschriebene Diagnosevorrichtung arbeitet wie folgt:

Die bisherige Ultraschall-Diagnosevorrichtung kann für die Darstellung eines fl-Betriebsarten-Bilds des Ziels auf der Kathodenstrahlröhre der Anzeigevorrichtung 10 benutzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Anzeigeeinrichtung 10, die Motor-Steuerschaltung 14. der Motor 15, die Abtasteinheit 16, die Sonde I, der flexible Behälter 5 und die Position-Meßschaltung 27 wie bei der bisherigen Vorrichtung verwendet. Unter Beobachtung des S-Betriebsarten-Bilds zeichnet eine Bedienungsperson die Kurve M nach, um mittels der Einstellschaltung 11 die vorgesehene Zielfläche des Zielbereichs 7 zu bezeichnen. Das Ausgangssignal der Einstelleinrichtung 11 wird dann dem Speicher 12 eingegeben, welcher die Daten des vorgesehenen Zielbereichs speichert. Nach Einstellung der Zielfläche wird dann die Sonde I zur Abtastung der Zielfläche von der vorgegebenen Position her geführt. Dabei wird die Ist-Position der Sonde 1 durch die Meßschaltung 27 festgestellt und dann zum Verzögerung-Funktionsgenerator 13 übermittelt. Bei Eingang des Positionssignals liest dieser Generator 13 die Daten der vorgesehenen Ziel- oder Ahtastebene aus dem Speicher 12 aus. und er liefert ein I unktionssignal, dessen Einleitungszeitpunkt gegenüber demjenigen der betreffenden System-Synchronisationsimpulse um die Ausbreit'ingszeit über beide Wege zwischen den Wandlern und der Ist-Position des Zielbcreichs verzögert ist. Das Verzögerung-Funktionssignal wird als Steuersignal der Torsteucrschaltung 18 und der Motoi-Steuerschaltung 14 eingegeben.

Der Erregungsimpulsgenerator 20 legt einen Signalimpuls in Synchronismus mit dem vom Generator 17 gelieferten System-Synchronisationsimpuls an den bzw. die Wandler der Sonde 1 an. Bei jedesmaliger Beaufschlagung der Wandler mit dem Erregungssignalimpuls strahlen die Wandler Ultraschallwellen zur Zielfläche hin ab. Die Ultraschallechos werden in der betreffenden Position mit unterschiedlicher akustischer Impedanz reflektiert und zur Sonde 1 zurückgeworfen. um dann durch deren Wandler in elektrische Signale

Ulll^l.WOIIUI.11 /-U W LI VJtII. VJIL UULt ULtI LIM|;i4]llgVI e-l VJLl Probeentnahmeschaltung 22 eingespeist werden. Der Impulsgeneracor 17 liefert der Probeentnahmeschaltung 22 Abtastbefehlssignale über die Torsteuerschaltung 18. die unter der Steuerung durch das Verzögerungsfunktionssignal vom Signalgenerator 13 steht. Die Probeentnahmeschaltung 22 tastet daraufhin die elektrischen Signale ab, welche die Konfiguration der Zielebene darstellen. Da die abgetasteten Sign?'e in Form von diskreten Analogsignalen vorliegen, werden sie durch den A/D-Wandler 23 in Digitalsignale umgesetzt, die dann vorübergehend in der Pufferspeicherstufe 24 gespeichert werden und die resultierenden Video- bzw. Bilddaten der Zielfläche bilden. Die aus der Pufferspeicherstufe 24 herausgegriffenen Daten werden durch den D/A-Wandler 25 wieder in Analogsignale gemäß Fig.4A umgewandelt, welche schematisch die Analogsignale entsprechend den Signalen auf der Linie P- P gemäß F i g. 4B veranschaulicht. Diese Analogsignale werden hierauf der Anzeigeeinrichtung 26 eingegeben, die dann das Bild der Zielebene in Form eines Tomogramms gemäß F i g. 4B wiedergibt.

Im folgenden ist eine andere Ausführungsform anhand von Fig. 7 beschrieben, in welcher den Teilen von F i g. 3 entsprechende Teile oder Einheiten mit

denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind. Ein Schaltkreis 30 schaltet zwischen einer Leitung, die einen Erregungsimpuls von einem entsprechenden Generator

20 zu den Wandle-elementen der Sonde I durchläßt, und einer anderen Leitung um. über welche die von dem zu untersuchenden Zielbereich reflektierten Echosignale zum Empfänger 21 durchgeschaltet werden. Ein zwischen den Empfänger 21 und einen Schalter 32 eingeschalteter Verstärker 31 verstärkt das Echo- bzw. Bildsignal vom Empfänger 21. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Verstärker dagegen im Empfänger

21 enthalten.

Ein unter der Steuerung einer Schalter-Steuereinheit 53 stehender Schalter 32 wühlt entweder den Signalweg zu einer Kathodenstrahl-Anzeigeeinrichtung 26 zur Darstellung des Tomogramms des Zielbereichs oder einen Signalweg zu einer anderen, ähnlichen Anzeigeeinrichtung 10 zur Wiedergabe des ^-Betriebsarten-Bilds. Wenn der bewegbare Kontakt des Schalters 32 auf einen Kontakt /umgelegt wird, wird das Bildsignal vom Verstärker 31 zur Anzeigevorrichtung 26 übertragen, während es in der Schalterstellung Il die Anzeigeeinrichtung 10 erreicht.

Eine einer Sondenposition-Meßschaltung 27 nachgeschaltete Positions-Rechenschaltung 34 nimmt Stellungs- bzw. Positionssignale für die jeweilige Position der Sonde 1 ab. um deren Position (Xp. Yp) zu berechnen. Das X-Positionssignal Xp und das V-Positionssignal Yp werden von der Rechenschaltung 34 zu einer arithmetischen Opcrationsschaltung 35 geliefert, in welcher ein Signal

berechnet wird. d. h. ein Signal entsprechend einer Strecke von der Ausgangsstellung der Sonde I zu ihrer Position (Xp. Yp). Dieses Signal der Operationsschal· tung 35 wird durch einen A/D-Wandler 36 in ein Digitalsignal umgesetzt. In einem Digitalkomparaior 37. dessen Eingang mit dem A/D-Wandler 36 und dessen Ausgang mit der einen Eingangsklemme eines UND Glieds 18 verbunden sind, erfolgt ein Vergleich zwischen dem Signal

Yp*

und einem Bezugssignal für eine Bezugsstrecke. welche die Auflösung eines auf der Anzeigevorrichtung 26 darzustellenden Tomogramms bestimmt. Insbesondere werden nur einige untere Stellen des Signals

mit dem Bezugssignal verglichen.

Diese unteren Stellen bezeichnen die Größe einer kleinen Bewegung der Sonde 1. Somit erfolgt praktisch ein Vergleich zwischen der Größe einer kleinen Bewegung der Sonde 1, durch einige untere Stellen des Signals bestimmt, und der Bezugsstrecke gemäß dem Bezugssignal: wenn die betreffenden Größen koinzidieren. liefert der Komparator 37 ein Ausgangssignal. Der Komparator 37 gibt somit jedesmal dann ein Ausgangssignal ab. wenn die Sonde 1 mechanisch über die Bezugsstrecke verschoben wird, welche die Auflösung des Tomogramms bestimmt.

Das Xp-Sigrtal der Rechenschaltung 34 wird auch einem ^-Wobbelgenerator 46 eingegeben, der bei Eingang des Λρ-Signals ein X-Wobbeisignal liefert das einem Abtastumsetzer 43 aufgeprägt wird. Auf ähnliche Weise wird das Vp-Signal einem y-Wobbel-Generator 47 zugeführt, der bei Eingang des Yp-Signals ein

V-Wobbeisignal erzeugt, das an den Abtastumsetzer 43 angelegt wird.

Die Einstelleinrichtung H umfaßt ein Sinus-Kosinus-Potentiometer zur Lieferung eines Zielquersehnittssignals. das zur Speicherung einem Analogspeicher 39 eingegeben wird. Letzterer kann jedoch durch eine Reihenschaltung aus einem A/D-Wandler zur Abnahme des Ausgangssignals der Einstelleinrichtung 11 und zur Umwandlung des entsprechenden Digitalsignals, einem Digitalspeicher zur Speicherung des Digitalsignals und einem D/A-Wandler zur Umwandlung des aus dem Speicher abgelesenen Digitalsignals in ein Analogsignal ersetzt werden. Das im Speicher 39 gespeicherte Signal wird synchron mit der Erzeugung des Systemsynchronisations-Signalimpulses ausgelesen und einer Vergleichseinrichtung 38 eingegeben, dem weiterhin ein von einer Sägezahngeneratorschaltung 40 abgenommenes Sägezahnsignal eingespeist wird. Diese Signale werden durch den Komparator 38 verglichen, der dann, wenn die Pegel dieser Signale koinzidieren. ein Ausgangssignal liefert. Eine Schaltungsanordnung 41 bewirkt eine Wellenforniung des Signals von der Vergleichseinrichtung 38. Ein Schaltcrkreis 42 legt selektiv das Bildsignal vom Verstärker 31 und das Zielquerschnitt-Einstellsignal von der Schaltungsanordnung 41 an einen Abtastumsetzer 43 an, welcher das ausgewählte Signal vorübergehend speichert und in Übereinstimmung nut den X- und K-Wobbelsignalen \ on den betreffenden Wobbeigeneratoren 46 bzw. 47 in ein passendes S-Betriebsarten-Signal umsetzt.

Die Anzeigeeinrichtung 10 dient zur Wiedergabe des S-Modus-Bilds 112. wobei die Kurve Λ/ durch die Zielquerschnitt-Einstelleinrichtung 11 eingestellt wird (vergl. Fig. 14).

Die F i g. 8A bis 8E veranschaulichen Wellenformen in den Schaltkreisen gemäß F ι g. 7. Im Betrieb wird der Schalter 32 zunächst auf den Kontakt /umgelegt, so daß das vom Ver«.'ärker 31 gelieferte Bildsignal (Fig. 8A) über den Schaltkreis 42 zum Abtastumsetzer 43 geliefert und durch diesen in das S-Modus- oder Betriebsarten-Bildsignal umgesetzt wird. Die Anzeigeeinrichtung 10 gibt dann das B-Modus-Bild des Zielbereichs wieder

Die Bedienungsperson stellt unter Beobachtung des auf der Anzeigeeinrichtung 10 erscheinenden ß-Modus- oder Betriebsarten-Bilds den Querschnitt des Zielbereichs ein. Dies geschieht von Hand mittels des Regelwiderstands in der Einstelleinrichtung 11. Das die gewünschte Tiefe des Zielbereichs angebende Signal wird dem Speicher 39 zugeliefert. Das gespeicherte Signal wird aus dem Speicher synchron mit der Impulserzeugung durch den Systemsynchronimpulsgenerator 17 ausgelesen und der Vergleichseinrichtung 38 zugeführt. Der Vergleichseinrichtung 38 wird synchron mit einem Systemsynchronisationsimpuls vom Impulsgenerator 17 ein Sägezahnsignal zugeliefert. Wenn die Pegel dieser Signale in der Vergleichseinrichtung 38 koinzidieren, liefert letzterer ein Ausgangssignal gemäß F i g. 8B. Das die eingestellte Tiefe des Zielbereichs wiedergebende Signal wird nach dem Durchgang durch den Schalter 42 dem Abtastumsetzer 43 eingegeben und dann auf der Kathodenstrahlröhre der Anzeigevorrichtung 10 in Form einer einzigen, dem B-Betriebsarten-Bild überlagerten Linie Ai(Fig. 14) dargestellt, welche die Tiefe des zu untersuchenden Zielbereichs anzeigt. Das Ausgangssignal des Impulsformers wird ebenfalls an die eine Klemme der Torsteuerschaltung 18 als Probeentnahmefreigabesi-

gnal für das Bildsignal angelegt.

Die beispielsweise ein Sinus-Kosinus-Potentiometer aufweisende Position-Meßschaltung 27 erzeugt Positionssignale, die wiederum an die Position-Rechenschal· tung 34 angelegt werden, in welcher die Position (Xp, Yp)U^r Sonde ι berechnet wird. Die Strecke

von einem Bezugspunkt (dem Ursprung in den Orthogonalkoordinaten) zu den die Sondenposition angebenden Koordinaten (Xp, Yp) wird durch die arithmetische Operationsschaltung 35 berechnet, und das Signal

wird dann im A/D-Wandler 36 einer Analog-Digital-Umwandlung unterworfen, wobei das umgewandelte Digitalsignal mit einem Bezugssignal verglichen wird, das eine Bezugsstrecke bezeichnet, welche die Auflösung eines mittels der Anzeigeeinrichtung 26 wiederzugebenden Tomogramms bestimmt. Insbesondere werden nur einige untere Stellen des Signals

nut dem Bczugssignal verglichen, welche die Größe einer kleinen Bewegung oder Verschiebung der Sonde 1 bezeichnen. Es erfolgt somit praktisch ein Vergleich zwischen der Größe einer kleinen Bewegung der Sonde I. durch die genannten unteren Stellen bezeichnet, und der Bezugsstrecke des Bezugssignals; wenn diese Größen koinzidieren. liefert der Komparator 37 ein Ausgangssignal, das der anderen Eingangsklemme des UND-Glieds 18 aufgeprägt wird. Bei gleichzeitiger Anlegung der Signale an beide Eingangsklemmen des UND-Glieds 18 wird dieses durchgeschaltet, um ein Signal zum A/D-Wandier 23 zu liefern. Das Ausgangsjignal des UND-Glieds 18 dient als Abtastsignal (Fig. 8B) für das Bildsignal des A/D-Wandlers 23. Letzterer tastet das Ausgangssignal des Verstärkers 31 lur Lieferung des Signals gemäß F i g. 8C ab, worauf er das abgetastete Signal in ein Digitalsignal umsetzt, das seinerseits in einem Speicher 24 gespeichert wird. Das gcspcii-iici ic Digiiaisignai wird aus dem Speicher /4 ausgelesen und einem D/A-Wandler 25 zugeführt, welcher dieses Digitalsignal in ein Analogsignal gemäß Fig. 8D umwandelt. Der Lese/Einschreibvorgang des Speichers 24 und der Digital-Analog-Umsetzvorgang erfolgen unter der Steuerung durch das Systemsynchronisationssignal vom Generator 17.

Die X- und V-Wobbelsignalgeneratoren 44 bzw. 45 beschicken die Anzeigeeinrichtung 26 mit X- bzw. Y-Wobbeisignalen gemäß den F i g. 8E bzw. 8F. Infolgedessen gibt die Anzeigeeinrichtung 26 das Tomogramm 113 der gewünschten Zielebene wieder (vergl. Fig. 14).

Im folgenden ist die Lagen- bzw. Positionsbestimmung der Sonde 1 beschrieben. Die Sonde 1 ist gemäß F i g. 9 in die Flüssigkeit, z. B. Wasser, in dem flexiblen Behälter 5 eingetaucht, der auf den zu untersuchenden Körper aufgesetzt ist Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Sonde 1 von Hand mittels eines Handgriffs 61 bewegt Letzterer ist mit einem der Arme bzw. Schenkel verbunden, die einen rechteckigen Rahmen bilden. Ein anderer rechteckiger Rahmen 63 arbeitet nach Art eines Pantographen, wobei der Rahmen 63 am einen Schenkel mit dem Rahmen 62 verbunden und an einem anderen Schenkel 6* an einem Tragelemenl 65 befestigt ist Der Rahmen 63 ist mittels des Handgriffs 63 von Hand in Richtung des Pfeils A bewegbar. Die Sonde 1 ist somit längs einer Kurve D gemäß Fig. 10 verschiebbar, wobei in Fig. 10 mit c/die Strecke von der Abstrahlfläche der Sonde 1 zum

". Zielquerschnitt bezeichnet ist. Mit zwei Ecken des verschiebbaren Rahmens 63 sind Sinus-Kosinus-Potentiometer 66 und 67 verbunden.

Gemäß Fig. II, welche die Rahmen 62, 63 schematisch veranschaulicht, bestimmt sich eine Position (Xp,

im Yp) der Sonde 1 nach folgenden Beziehungen:

Xp \ /ι cos Θι + h cos θ; Yp χ l\ sin Θι + h sin O.> f /:'
Dabei bedeuten:

A = Länge des Schenkels 68.

h = Länge des Schenkels 69.

<-)] = Winkel zwischen den Schenkeln 64 und 68.

(-)₂ = Winkel zwischen den Schenkeln 69 und 70

und
E = Abstand zwischen dem unteren Schenkel und

der I Htraschall-Abstrahlfläche der Sonde I.

Die Werte von cos Wi, cos Θ>. sin Θι und sin Θ? werden mittels der Potentiometer 66 und 67 bestimmt.

j'i F i g. 12 veranschaulicht eine Schaltung zur Abtastung des vom Verstärker 31 gemäß F i g. 7 gelieferten Signals entsprechend dem Positionssignal (Xp, Yp). Die von den Sinus-Kosinus-Potentiometern 66 und 67 bestimmten Signale sin Θι und sin Θ2 sowie das die Strecke E

iM darstellende Signal E werden über Bewertungswiderstände Rl. R2 und /?6 einem als Addierwerk wirkenden Operationsverstärker 81 eingegeben. Die durch dieselben Potentiometer bestimmten Signale cos Θι und cos Θ2 werden über Bewertungswiderstände

>"> Af 3 und R 4 einem anderen, ebenfalls als Addierwerk wirkenden Operationsverstärker 82 eingegeben. Das Addierwerk 81 liefert ein Vp-Signal entsprechend einer Position auf der K-Achse, das einer arithmetischen Operationsschaltung 83 eingespeist wird.

·"> Die Operationsschaltung 83 kann eine handelsübliche Schaltung sein. Das andere Addierwerk 82 erzeugt ein Ap-Signal entsprechend einer Position der Sonde 1 auf der Λ-Acnse, aas dann an die eine tingangsklemme eines Operationsverstärkers 84 angelegt wird, dessen

^4I> andere Eingangsklemme über einen Widerstand R 5 an Masse liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 84 wird zur arithmetischen Operationsschaltung 83 übertragen, deren Ausgangssignal an die nicht-invertierende Klemme eines Operationsverstärkers 85 angelegt wird,

w dessen invertierende Eingangsklemme das Ap-Signal abnimmt. Bei Eingang dieser Signale liefert der Verstärker 85 ein Signal

l/Xp²+ Yp²,

das dann dem A/D-Wandler 36 eingespeist wird und dessen untere Stellen in der Vergleichseinrichtung 38 mit dem die Bezugsstrecke angebenden Bezugsdigitalsignal verglichen werden, um das Abtastsignal zu erzeugen.

to Im folgenden ist die Zielquerschnitt-Einstelleinrichtung 11 anhand von Fig. 13 näher beschrieben. Der Querschnitt des zu beobachtenden Zielbereichs wird durch entsprechende Verschiebung des Schleifers bzw. Abgriffs eines Regelwiderstands AfIl eingestellt Ein Signal mit einem durch die Schleifer-Endstellung Au bestimmten Potential wird einem ersten, als Pufferverstärker wirkenden Operationsverstärker 49 zugeführt dessen Ausgangssignal an die erste Einganssklemme

der Vergleichseinrichtung 38 angelegt wird, dessen zweite Eingangsklemme eine Säge2ahnwellensignal von der Sägez-ihnwellenimpuls-Generatorschaltung 40 abnimmt. Die dargestellte Schaltung 40 umfaßt einen Umsetzer 91 zur Abnahme eines Rechteckwelltnimpulses, einen Schalttransistor 92, der entsprechend dem einer Phasenumkehr durch den Umsetzer 91 unterworfenen Impuls durchgeschaltet und gesperrt wird, eine Diode 93 und einen Kondensator 94, die über die Kollektor-Eniitter-Strecke geschaltet sind, einen an der einen Seite mit der negativen Spannungsquelle (Minusklemme) verbundenen Widerstand 95 sowie einen Verstärker 96, der an der invertierenden Eingangsklemme mit der anderen Seite des Widerstands 95 und dem Emitter des Transistors 92 und an der nicht-invertierenden Klemme mit Masse verbunden ist. Die Vergleichseinrichtung 38 vergleicht das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 49 mit dem Sägezahnsignal vom Verstärker 96. um ein Slufensignal .ihziigrhrn wenn r\\p Pegel beider Signale gleich sind. Das stufenförmige Signal wird in der Schaltungsanordnung 41 zu einer Wellenform mit einer kurzen Periode geformt. Die Schaltungsanordnung 41 umfaßt einen Umsetzer 97 für die Phaseninvertierung des Ausgangssignals von der Vergleichseinrichtung 38. ein an seiner einen Eingangsklemme das Ausgangssignal des Umsetzers 97 abnehmendes NAND-Glied 98, ein NEIN-Glied 99 mit einem Widerstand 100. die in Reihe zwischen die zweite Eingangsklcmme des NAND-Glieds 98 und die Ausgangsklemme des Umsetzers 97 eingeschaltet sind, sowie einen zwischen die zweite Eingangsklemme des NAND-Glieds 98 und Masse eingeschalteten Kondensator;. 101. In der Schaltung 41 wird das Signal vom Umsetzer 97 unmittelbar und ohne Verzögerung an die erste Eingangsklemme des NAND Glieds 98 angelegt, während ein Signal mit einer Verzögerung entsprechend der durch den Widerstand 100 und den Kondensator 101 bestimmten Zeitkonstante an die zweite Eingangsklemme des NAND-Glieds 98 angelegt wird. Infolgedessen wird das vom NAND-Glied 98 gelieferte Signal durch den Zeitunterschied /wischen den Signalen negativ.

Fig. 14 ist eine schaubildliche Darstellung der Ultraschall-Diagnosevorrichtung. In einer Stirnpia te eines Gehäuses 111 der Vorrichtung sind ein Sichtfenster 114 für die Widergabe des ß-Modus-Bilds des zu untersuchenden Zielbercichs sowie ein Sichtfenster 1 !5 zur Wiedergabe des Tomogramms des Zielquerschnitts. der durch manuelle Betätigung eines Wählers 116 unter Beobachtung des B-Modus-Bilds im Fenster 114 eingestellt oder gewählt wird.

Mit dem beschriebenen Ultraschall-Diagnosegerät kann also ein Tomogramm einer gewünschten Zielfläche geliefert werden, so daß sich Form und Größe des Zielbereichs, d. h. des Untersuchungsgebiets, dreidimensional darstellen und untersuchen lassen.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ultraschalldiagnosegerät, bestehend aus einer Ultraschallsonde mit einer Wandlereinrichtung zur > Aussendung eines Ultraschallstrahls gegen ein zu prüfendes Objekt und zur Umwandlung der Ultraschallechosignale in elektrische Signale, einer Einrichtung zur Erzeugung eines System-Synchronisierimpulses zur Steuerung des Betriebes aller m Abschnitte des Gerätes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Impulses synchron zum System-Synchronisierimpuls, der seinerseits die Wandlereinrichtung erregt, um die Ultraschallwellen auszusenden, einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der ι > von einem Ortungsobjektabschnitt reflektierten Ultraschallwellen über die Wandlereinrichtung, aus einer Einrichtung zur Feststellung der Position der Ultraschallsonde zur Erzeugung von Positionsdaten, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals >» in Abhängigkeit von den Positionsdaten und mit einer bestimmten Zeitverzögerung, die einer Diagnosetiefe des Ortungsobjektes entspricht, einer Einrichtung zur Bewegung der Wandlereinrichtung um Has Ortungsobjekt in Abhängigkeit von dem 2> Steuersignal, und aus einer ersten Anzeigeeinrichtung zur Darstellung eines B-Bstriebsartenbildes des Ortungsobjekies. gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (11) zur Einstellung eines gewünschten Querschnitts senkrecht zur Ebene des jo B-Betriebsartenbildes der ersten Anzeigeeinrichtung (10). w^ter durch eine Speichereinrichtung (12) zur Speicherung der zur T^;nrichtung (13) zum Erzeugen des Steuersignals übertragenen Positionsdaten des durch die Einsielleir'-'chtung (11) einge- r> stellten Querschnitts, durch eine verarbeitende Schaltungsanordnung (18, 22-25) zur Verarbeitung des das Echosipnal wiedergebenden elektrischen Signals in Abhängigkeit vom Steuersignal und dem System-Synchronisierimpuls, um ein Video-Signal -in des gewünschten Querschnitts des Ortungsobjektes Eu erzeugen, und durch eine /weite Anzeigeeinrichtung (26) zur Darstellung eines modifi/iertti C-Betriebsartenbildes des Ortungsobjektes in Ab hängigkeit vom Videosignal. 4i

2. lJltras(.halldii.gnosegerät nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die verarbeitende Schaltungsanordnung (18, 22-25) folgende Einrich lungen enthält: eine Torsteuerschaltung (18). die in Abhängigkeit von dem Steuersignal den System vi Synchronisierimpuls selektiv hindurchläBt. eine Probeentnahmeschaltung (22), um von dem elektri- »chen Signal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal Her Torsteuerschaltung (18) eine Probe zu entneh Inen, wobei das elektrische Signal das Ultraschall >^r> echosignal wiedergibt, einen A/D-Wandler (23) /um Umwandeln des Ausgangssignals der Probeentnah ftieschaltung (22) in ein entsprechendes digitales Signal, eine Pufferspeicherstufe (24), um zeitweilig das Ausganpssignal des A/D-Wandlers (23) zu w) ipeichern. und einen D/A-Wandjer (25) zum Umwandeln des aus der Pufferspeicherstufe (24) ausgelesenen Signals in ein entsprechendes analoges Signal.

3. Ultraschalldiagnosegerät nach Anspruch 1, *> > dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitt-Einstelleinrichtung eine Pegeleinstellvorrichtung (II) zur Einstellung der Lage des gewünschten Querschnitts aufweist, daß weiter eine Speichereinrichtung (39) zur Speicherung des eingestellten Pegelsignals der Einstelleinrichtung (II) vorgesehen ist, weiter eine Sägezahngeneratorschaltung (40) zum Erzeugen eines Sägezahnsignals synchron zum Systemsynchronisierimpuls und eine Vergleichseinrichtung (38) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal des Segezahnsignalgenerators mit dem eingestellten Pegelsignal der Pegeleinstelleinrichtung (11) zu vergleichen, und schließlich eine Schaltungsanordnung (41) vorgesehen ist, um das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (38) in eine geeignete Form zu bringen.