DE3640882A1 - Ultrasonic examination method and device for carrying out the method - Google Patents

Abstract

In this method, an ultrasonic image is calculated from measurement values stored in a measurement-value memory. For this purpose, the measurement points in the examination area are determined which are adjacent to a pixel due to the geometric correlation, and the image value of this pixel is calculated by interpolation from the measurement values allocated to these measurement points. This is repeated for all pixels of the ultrasonic image. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Ultraschalluntersuchungsverfahren bei dem die in einem Untersuchungsbereich längs vorgegebener Bahnen reflektierten Echos jeweils in eine Folge von Meßwerten umgesetzt werden, die die Reflektionseigenschaften des Untersuchungsbereiches an verschiedenen Meßpunkten der vorgegebenen Bahn darstellen und bei dem die Meßwerte den Bildpunkten eines Ultraschallbildes zugeordnet werden, sowie ein Ultraschallgerät zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to ultrasound examination methods in which the longitudinally predetermined in an examination area Paths reflected echoes in a sequence of Measured values are implemented that reflect the reflection properties of the examination area at different measuring points the given path and where the Measured values assigned to the pixels of an ultrasound image be carried out, as well as an ultrasound device of the procedure.

Derartige Verfahren und Geräte sind an sich bekannt; sie werden beispielsweise beim sogenannten Sektorscan verwendet, wobei der Untersuchungsbereich von einem Punkt aus nacheinander in einer Vielzahl von Richtungen von Ultraschall durchsetzt wird, wobei die für jede dieser Richtungen erzeugten Echosignale in eine Folge von Meßwerten umgesetzt werden. Aus diesen Meßwerten läßt sich ein Ultraschallbild gewinnen, dessen Bildwerte in einem mit einer Wiedergabeeinrichtung, z. B. einem Monitor, gekoppelten Bildspeicher gespeichert sind. Zur Erzeugung des Ultraschallbildes werden die Meßwerte zuvor bestimmten und in einer Tabelle gespeicherten Bildpunkten zugeordnet. Diese Zuordnung kann einerseits zu Ungenauigkeiten führen weil der Meßpunkt, an dem der jeweilige Meßwert gemessen wurde, sich in der Regel nicht exakt einem bestimmten Bildpunkt zuordnen läßt und kann andererseits harte Übergänge zwischen benachbarten Bildpunkten zur Folge haben.Such methods and devices are known per se; they for example in the so-called sector scan used, the examination area from a point from one after another in a variety of directions from Ultrasound is interspersed with that for each of these Directions generated echo signals in a sequence of Measured values are implemented. From these measurements, obtain an ultrasound image, the image values in one with a playback device, e.g. B. a monitor, coupled image memory are stored. For generation The measured values of the ultrasound image are determined beforehand and assigned pixels stored in a table. On the one hand, this assignment can lead to inaccuracies lead because the measuring point at which the respective measured value was measured, usually not exactly one can be assigned to a certain pixel and can on the other hand hard transitions between neighboring pixels Have consequence.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art in dieser Hinsicht zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jeden Bildpunkt ein Bildwert durch Interpolation der Meßwerte an denjenigen Meßpunkten berechnet wird, die dem Bildpunkt durch die geometrische Zuordnung zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Ultraschallbild benachbart sind.The object of the present invention is a method to improve the type mentioned in this regard. This object is achieved according to the invention solved that for each pixel an image value by interpolation of the measured values at those measuring points which is the pixel through the geometric mapping between the examination area and the ultrasound image are neighboring.

Die Erfindung basiert auf folgender Überlegung: Die geometrische Zuordnung zwischen dem Untersuchungsbereich einerseits und dem auf dem Monitor darzustellenden Ultraschallbild andererseits führt in den seltensten Fällen dazu, daß ein Meßpunkt im Untersuchungsbereich genau mit einem Bildpunkt im Ultraschallbild zusammenfällt. (Hierbei sei angemerkt, daß die Begriffe "Bildpunkt" und "Meßpunkt" eigentlich keine Punkte im mathematischen Sinne bezeichnen, sondern endliche Teilbereiche des Untersuchungsbereiches bzw. des Ultraschallbildes in denen sich die Ultraschalleigenschaften nicht ändern; wenn im folgenden gleichwohl die Begriffe Meßpunkt und Bildpunkt gebraucht werden, so ist damit im allgemeinen das Zentrum dieser Bereiche gemeint.)The invention is based on the following consideration: The geometric assignment between the examination area on the one hand and the one to be displayed on the monitor Ultrasound, on the other hand, leads to the rarest Cases that a measuring point in the examination area coincides exactly with a pixel in the ultrasound image. (It should be noted here that the terms "pixel" and "measuring point" actually no points in mathematical Describe senses, but finite sub-areas the examination area or the ultrasound image in where the ultrasound properties do not change; if in the following nevertheless the terms measuring point and pixel are generally used Center of these areas.)

Die Erfindung ordnet nun die einzelnen Meßwerte nicht direkt einem Bildpunkt zu, sondern ermittelt den zu diesem Bildpunkt gehörenden Bildwert durch Interpolation der Meßwerte derjenigen Meßpunkte, die durch die geometrische Zuordnung zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Ultraschallbild dem jeweiligen Meßpunkt benachbart sind. Es versteht sich dabei von selbst, daß die Gewichtungsfaktoren mit denen die betreffenden Meßwerte in die Interpolation eingehen von dem Abstand der zugehörigen Meßpunkte zu dem jeweiligen Bildpunkt abhängen. Da somit für jeden Bildpunkt der Bildwert durch Interpolation berechnet wird, ergeben sich keine harten Übergänge, und das Ultraschallbild gibt die akustischen Eigenschaften des Ultraschallbereiches relativ genau wieder.The invention does not order the individual measured values directly to a pixel, but determines the one to this Image value belonging to the pixel by interpolation of the measured values of those measuring points that are determined by the geometric Assignment between the examination area and the ultrasound image are adjacent to the respective measuring point. It it goes without saying that the weighting factors with which the relevant measured values in the interpolation from the distance of the associated measuring points depend on the respective pixel. Since therefore for every pixel the image value is calculated by interpolation  there are no hard transitions and the ultrasound image gives the acoustic properties of the ultrasonic range relatively exactly again.

Ein Ultraschallgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das versehen ist mit einer Ultraschallwandleranordnung zum Empfangen von Ultraschallechos aus einer Vielzahl von Richtungen und zum Umsetzen in elektrische Signale, einer Analog-Digital-Wandleranordnung zum Umsetzen jedes elektrischen Signals in eine Folge von Meßwerten und mit einem mit einer Wiedergabeeinrichtung gekoppelten Bildspeicher, ist gekennzeichnet durch einen Meßwertspeicher zur Aufnahme der Meßwerte und durch eine Rechenschaltung, die die für jeden Bildpunkt durch Interpolation aus den Meßwerten der diesem Bildpunkt räumlich zugeordneten Meßpunkt einen Bildwert errechnet. Die Verwendung eines Meßwertspeichers hat den Vorteil, daß eine digitale Filterung mit den in diesem Speicher enthaltenen Meßwerten wesentlich einfacher und genauer durchgeführt werden kann als mit den im Bildspeicher enthaltenen Bildwerten.An ultrasound device for performing the invention Method that is provided with an ultrasonic transducer arrangement for receiving ultrasonic echoes a variety of directions and converting to electrical Signals, an analog-to-digital converter arrangement for Converting each electrical signal into a sequence of Measured values and with one with a display device coupled image memory is identified by a Measured value memory for recording the measured values and through a Arithmetic circuit, which for each pixel by interpolation from the measured values of this pixel spatially assigned image point calculates an image value. The Using a measured value memory has the advantage that digital filtering with those contained in this memory Measured values carried out much easier and more precisely can be as with those contained in the image memory Image values.

Grundsätzlich ist es möglich, für jeden Bildpunkt jeweils die durch die geometrische Zuordnung benachbarten Meßpunkte und die Gewichtungsfaktoren, mit denen die diesem Meßbereich zugeordneten Meßwerte in die Berechnung des Bildwertes des Bildpunktes eingehen, jeweils neu zu berechnen. Eine solche Berechnung, die für jedes Ultraschallbild wiederholt werden müßte, ist aber relativ zeitaufwendig und daher bei einem Echtzeit-Verfahren wie dem erfindungsgemäßen nur mit Schwierigkeiten durchführbar. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß die Rechenschaltung eine dritte Speicheranordnung enthält, in der für jeden Bildpunkt wenigstens ein Wert zur Bestimmung der Adresse wenigstens eines in dem Meßwertspeicher enthaltenen Meßwertes, der zu einem dem Bildpunkt durch die geometrische Zuordnung benachbarten Meßpunkt gehört und wenigstens ein Wert zur Bestimmung des Gewichtungsfaktors gespeichert ist, mit dem dieser Meßwert bei der Berechnung des Bildwertes für den Bildpunkt eingeht und mit einer Multiplizier- und Addiereinheit, die die Meßwerte der dem Bildpunkt zugeordneten Meßpunkte mit den zugehörigen Gewichtungsfaktoren multipliziert und die so für einen Bildpunkt erhaltenen Produkte summiert.Basically, it is possible for each pixel the measuring points adjacent due to the geometric assignment and the weighting factors with which this Measured values assigned to the measuring range in the calculation of the Enter the image value of the pixel, recalculate each time. Such a calculation for each ultrasound image would have to be repeated, but is relatively time consuming and therefore in a real-time process like that only feasible according to the invention. A development of the invention therefore provides that the Computing circuit contains a third memory arrangement in which is at least one value for each pixel for determination the address of at least one contained in the measured value memory Measured value, which leads to a pixel through the  belongs to the geometric assignment of the adjacent measuring point and at least one value for determining the weighting factor with which this measured value is saved during the calculation of the image value for the pixel and with a Multiplying and adding unit, which the measured values of the Measuring points assigned to the pixel with the associated Weighting factors multiplied and so for one Products obtained pixel added.

Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei vorgegebener geometrischer Zuordnung zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Ultraschallbild die Lage der Meßpunkte in bezug auf die Bildpunkte bekannt ist, so daß die zu einem Bildpunkt gehörenden Meßpunkte und die zugehörigen Gewichtungsfaktoren einmal berechnet und dann in einem Speicher gespeichert werden können. - In der Praxis ist es erwünscht, daß die geometrische Zuordnung zwischen dem Ultraschallbereich und den Bildpunkten den diagnostischen Bedürfnissen angepaßt werden kann. Beispielsweise ist es nicht immer erforderlich einen Untersuchungsbereich mit einer Abbildungstiefe von z. B. 20 cm zu haben. Oft genügt eine Abbildungstiefe von 10 cm. Wenn dieser verkleinerte Untersuchungsbereich allen Bildpunkten zugeordnet wird, die auch zur Abbildung des größeren Untersuchungsbereiches herangezogen werden, ergibt sich eine Vergrößerung, wobei sich jedoch die Lage der Bildpunkte im Bezug auf die einzelnen Meßpunkte ändert.This takes advantage of the fact that at a given geometric assignment between the examination area and the position of the measuring points in relation to the ultrasound image on the pixels is known so that it becomes a pixel associated measuring points and the associated weighting factors calculated once and then in a memory can be saved. - In practice it is desirable that the geometric mapping between the Ultrasound area and the pixels the diagnostic Needs can be adjusted. For example it is not always required having an examination area an imaging depth of z. B. 20 cm. Often enough an imaging depth of 10 cm. If this downsized Examination area is assigned to all pixels, which also for mapping the larger area of investigation are used, there is an enlargement, whereby However, the position of the pixels in relation to the changes individual measuring points.

Diesem Umstand wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch Rechnung getragen, daß die dritte Speicheranordnung mehrere Speicherbereiche enthält, in denen für unterschiedliche geometrische Zuordnungen zwischen dem Untersuchungsbereich und einem Ultraschallbild je ein Satz von Werten zur Bestimmung von Adressen von Meßwerten bzw. zur Bestimmung der zugehörigen Gewichtungsfaktoren gespeichert ist. Hierbei sind also für jede geometrische Zuordnung und für jeden Bildpunkt die zur Interpolation heranzuziehenden Meßpunkte und deren Gewichtungsfaktoren gespeichert.This fact is a further development of the invention accounted for by the fact that the third memory arrangement contains several memory areas in which for different geometric assignments between the examination area and one set of ultrasound images Values for determining addresses of measured values or for Determination of the associated weighting factors saved  is. So here are for each geometric assignment for each pixel the ones to be used for interpolation Measurement points and their weighting factors saved.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ultraschallgerätes bei dem die Erfindung anwendbar ist, Fig. 1 is a block diagram of an ultrasound device in which the invention is applicable;

Fig. 2 die räumliche Lage der Meßpunkte in dem Untersuchungsbereich sowie der Bildpunkte für eine bestimmte Zuordnung, Fig. 2, the spatial position of the measuring points in the examination zone as well as the pixels for a particular assignment,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf zweier Echosignale und Fig. 3 shows the time course of two echo signals and

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Teiles des Gerätes nach Fig. 1. Fig. 4 is a block diagram of a portion of the device of FIG. 1.

Die von einem Sender 10 erzeugten Schwingungen werden pulsweise einem Ultraschallwandler 20 zugeführt, der Ultraschallschwingungen erzeugt und die von einem zu untersuchenden Körper, beispielsweise einem Patienten, erzeugten Ultraschallechos in elektrische Signale umsetzt. Der Ultraschallwandler ist mit nicht näher dargestellten Mitteln versehen, die mechanisch oder elektronisch bewirken, daß bei jedem Ultraschallimpuls die Abstrahlrichtung des Ultraschalls jeweils um den gleichen Winkel geändert wird. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2 durch die von einem Punkt ausgehenden Ultraschallstrahlen p₁, p₂, . . . p _j dargestellt. Die beiden äußersten Ultraschallstrahlen und die Länge der Ultraschallstrahlen definieren dabei den Untersuchungsbereich.The vibrations generated by a transmitter 10 are fed in pulses to an ultrasound transducer 20 , which generates ultrasound vibrations and converts the ultrasound echoes generated by a body to be examined, for example a patient, into electrical signals. The ultrasonic transducer is provided with means, not shown, which mechanically or electronically cause the radiation direction of the ultrasound to be changed by the same angle for each ultrasound pulse. This fact is in Fig. 2 by the outgoing from a point ultrasonic beams p ₁, p ₂,. . . p _{j is} shown. The two outermost ultrasound beams and the length of the ultrasound beams define the examination area.

Der zeitliche Abstand der Ultraschallimpulse ist so gewählt, daß die am äußersten Ende des Untersuchungsbereiches reflektierten Echos den Ultraschallwandler 20 wieder erreicht haben, bevor ein neuer Ultraschallsendeimpuls erfolgt. Die Echosignale werden über einen geeigneten Empfänger, der unter anderem einen Verstärker enthalten kann, der zu Zwecken des sogenannten Tiefenausgleichs eine zeitabhängige Verstärkung aufweist, einem Analog-Digital-Wandler 40 zugeführt, der die Echosignale in eine Folge von digitalen Meßwerten umsetzt.The time interval between the ultrasound pulses is selected so that the echoes reflected at the extreme end of the examination area have reached the ultrasound transducer 20 again before a new ultrasound transmission pulse occurs. The echo signals are fed to an analog-to-digital converter 40 , which converts the echo signals into a sequence of digital measured values, via a suitable receiver, which can contain, among other things, an amplifier which has time-dependent amplification for the purposes of so-called depth compensation.

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf zweier Echosignale s₁ und _j dargestellt, die für die Abstrahlrichtung p₁ und p _j gewonnen wurden. Zu den Zeitpunkten t₁, t₂, . . . t _i , t _{i +1} . . . usw. werden die Echosignale in dem Analog-Digital-Wandler 40 in einen digitalen Meßwert umgesetzt und aus den Laufzeiten t₁, t₂ . . . t _i . . . ergeben sich die Abstände r₁, r₂ . . . r _i . . . (Fig. 2 für die erste Abtastrichtung eingetragen) der verschiedenen Meßpunkte vom Sendepunkt, so daß die Lage der einzelnen Meßpunkte denen die verschiedenen Meßwerte zugeordnet sind, genau festliegt. Die Zuordnung zwischen Meßpunkten und Meßwert ist eindeutig; beispielsweise ist dem Meßpunkt mit dem Abstand r _i vom Sendepunkt auf dem Ultraschallstrahl mit der Abstrahlrichtung p _j der Meßwert M(i,j) (Fig. 3, zweite Zeile) zugeordnet.InFig. 3 is the time course of two echo signals s₁ and _j  shown for the radiation directionp₁ and p _j  won. At the timest₁,t₂,. . . t _i ,t _{i +1} . . . etc. the echo signals in the Analog-to-digital converter40 into a digital measured value implemented and from the termst₁,t₂. . .t _i  . . . surrender the distancesr₁,r₂. . .r _i  . . . (Fig. 2 for the first Scanning direction entered) of the various measuring points from the sending point, so that the location of the individual measuring points to which the different measured values are assigned, exactly is fixed. The assignment between measuring points and measured value is clear; for example, the measuring point with the distancer _i  from the transmission point on the ultrasound beam the direction of radiationp _j  the measured valueM (i, j) (Fig. 3, second Row).

Aus den Meßwerten wird in einer Einheit 50, einem sogenannten Scan-Converter, ein Ultraschallbild erzeugt, das mittels eines Videogenerators 60 auf einem Monitor 70 dargestellt wird.An ultrasound image is generated from the measured values in a unit 50 , a so-called scan converter, which is displayed on a monitor 70 by means of a video generator 60 .

Der Scan-Converter 50 hat die Aufgabe, die Meßwerte, die radial im Bezug auf den Sendepunkt verlaufenden Meßpunkten zugeordnet sind, in Bildwerte umzurechnen, die kartesischen Koordinaten zugeordnet sind, so daß eine Zeile von Bildspeicherplätzen eine Zeile im Fernsehbild bilden kann. In Fig. 2 ist ein Teil des Bildpunkterasters durch Kreuze verdeutlicht, und im folgenden soll die Umrechnung der Meßwerte in Bildwerte für das Ultraschallbild anhand eines Bildpunktes erläutert werden, der in Fig. 2 mit x, y bezeichnet ist.The scan converter 50 has the task of converting the measured values which are assigned radially with respect to the measuring points running into image values which are assigned to Cartesian coordinates, so that a line of image storage locations can form a line in the television picture. In Fig. 2, a part of the pixel grid is illustrated by crosses, and in the following the conversion of the measured values into image values for the ultrasound image will be explained on the basis of a pixel which is denoted by x, y in Fig. 2.

Diesem Bildpunkt lassen sich Polarkoordinaten zuordnen, d. h. eine Größe r die den Abstand des Bildpunktes zum Sendepunkt angibt und eine Abstrahlrichtung p, die die Richtung einer Verbindungsgeraden zwischen dem Sendepunkt und dem Bildpunkt kennzeichnet.Polar coordinates can be assigned to this pixel, ie a quantity r which indicates the distance of the pixel from the transmission point and a radiation direction p which denotes the direction of a connecting straight line between the transmission point and the pixel.

Da die Bildpunkte in der Regel nicht mit den Meßpunkten zusammenfallen, weichen die Polarkoordinaten r, p von den die Meßpunkte charakterisierenden Werten r₁ . . . r _i . . ., p₁ . . . p _j ab. In dem gewählten Beispiel liegt der Wert r des Bildpunktes x, y zwischen den Werten r _i und r _i +1, und der Wert p liegt zwischen p _j und p _j +1. Es gilt in diesem Fall also die Beziehung:Since the pixels generally do not coincide with the measuring points, the polar coordinates r, p deviate from the values r 1 characterizing the measuring points. . . r _i . . ., p ₁. . . p _j ab. In the selected example, the value r of the pixel x, y lies between the values r _i and r _i +1, and the value p lies between p _j and p _j +1. In this case, the relationship applies:

r = r _i + dr (1)
p = p _j + dp, (2) r = r _i + dr (1)
p = p _j + dp , (2)

wobei also dr angibt, um wieviel r größer ist als r _i und wobei dp angibt, um wieviel sich die Abstrahlrichtung p von der Abstrahlrichtung p _j unterscheidet.Thus, where dr indicates how much is r is greater than r _i and wherein dp indicates how much the emission direction of the emission p p _j differs.

Die Meßpunkte, die durch die Polarkoordinaten r _i oder r _{i +1} und p _j oder p _{j +1} definiert sind, sind in der Zeichnung mit P bezeichnet. Es sind dies diejenigen Meßpunkte, die dem Bildpunkt benachbart sind und aus deren zugeordneten Meßwerten der Bildwert für den Bildpunkt x, y durch eine bilineare Interpolation bestimmt wird. Somit erfolgt die Berechnung des Bildwertes für diesen Punkt nach der Gleichung:The measuring points, which are defined by the polar coordinates r _i or r _{i +1} and p _j or p _{j +1} , are denoted by P in the drawing. These are the measuring points which are adjacent to the pixel and from whose associated measured values the image value for the pixel x, y is determined by bilinear interpolation. The image value for this point is thus calculated according to the equation:

B(x, y) = M(i, j)(1-a)(1-b)
+M(i+1, j)a(1-b)
+M(i, j, j+1)a(1-a)b
+M(i+1, j+1)ab (3)
B (x, y ) = M (i, j ) (1- a ) (1- b )
+ M (i +1, j ) a (1- b )
+ M (i, j , j +1) a (1- a ) b
+ M (i +1, j +1) from (3)

Dabei sind die Größen a und b gegeben durchThe sizes a and b are given by

a = dr/(r _{i +1}-r _i );
b = dp/(p _{j +1}-p _j ). (4)
a = dr / ( r _{i +1} - r _i );
b = dp / ( p _{j +1} - p _j ). (4)

Somit sind die Gewichtsfaktoren, mit denen die einzelnen Meßwerte multipliziert werden, vom Abstand der zugeordneten Meßpunkte von dem betreffenden Bildpunkt abhängig.Thus, the weight factors with which the individual Measured values are multiplied by the distance of the assigned Measuring points from the pixel in question dependent.

Auf diese Weise werden nacheinander die Bildwerte aller Bildpunkte berechnet, bis schließlich das Ultraschallbild vollständig berechnet ist.In this way, the image values of all Pixels are calculated until finally the ultrasound image is fully calculated.

In Fig. 4 ist das Blockschaltbild eines Scan-Converters, der diese Berechnungen durchführen kann, dargestellt. Er besitzt einen Meßwertspeicher 510, in dem die Meßwerte M(i, j) gespeichert werden und einen Bildspeicher 520, in dem die Bildwerte B(x, y) für die einzelnen Bildpunkte x, y gespeichert werden und der mit dem Videogenerator 60 (Fig. 1) zur Erzeugung eines Video-Ultraschallbildes auf dem Monitor 70 gekoppelt ist. Die Berechnung erfolgt mit Hilfe eines Multiplizierers 540 und eines Akkumulators 550, der das vom Multiplizierer 540 erzeugte Produkt zu seinem Inhalt hinzuaddieren kann. Dem Multiplizierer 540 werden aus dem Speicher 510 ein Meßwert M(i, j) und aus einem Tabellenspeicher 530 der zugehörigen Gewichtungsfaktor zugeführt. In FIG. 4 is a block diagram of a scan converter which can perform these calculations is shown. It has a measured value memory 510 in which the measured values M (i, j ) are stored and an image memory 520 in which the image values B (x, y ) for the individual pixels x, y are stored and which is stored with the video generator 60 ( FIG . 1) is coupled for generating a video ultrasound image on the monitor 70. The calculation is carried out with the aid of a multiplier 540 and an accumulator 550 , which can add the product produced by the multiplier 540 to its content. The multiplier 540 is supplied with a measured value M (i, j ) from the memory 510 and the associated weighting factor from a table memory 530 .

Eine sehr genaue Berechnung des Bildwertes würde erfordern, daß die Faktoren a und b, die jeweils zwischen 0 und 1 liegen, durch eine relativ große Anzahl von Binärstellen dargestellt werden. In der Praxis genügt jedoch eine Darstellung mit vier Binärstellen, d. h. daß die Werte a und b hier Stufen von 1/16 angenähert werden. Da die Berechnung des Produktes aus diesen beiden Werten zusätzlich Rechenzeit benötigen würde, die bei einem Echtzeitsystem, bei dem die Verarbeitung der Meßwerte mindestens mit der gleichen Geschwindigkeit erfolgen muß, mit der die Meßwerte (im zeitlichen Mittel) gewonnen werden, oft nicht zur Verfügung steht, ist der Tabellenspeicher 530 vorgesehen, der ein dem Produkt seiner beiden Vierbit-Eingangssignale entsprechendes Achtbit-Ausgangssignal erzeugt. Da bei zwei Vierbit-Eingangssignalen insgesamt nur 256 Kombinationen möglich sind, kann die Kapazität des Tabellenspeichers 530 wesentlich kleiner sein als die des Meßwertspeichers 510; als Tabellenspeicher kann gegebenenfalls auch ein Festwertspeicher (ROM) verwendet werden. Die miteinander zu multiplizierenden Meßwerte und Gewichtungsfaktoren werden aus den Speichern 510 und 530 durch einen Adressengenerator 500 aufgerufen, dessen Eingang die Koordinaten x, y des Bildpunktes zugeführt werden und der daraus die Adressen der aufzurufenden Speicherplätze erzeugt.A very precise calculation of the image value would require that the factors a and b , which are each between 0 and 1, are represented by a relatively large number of binary digits. In practice, however, a representation with four binary digits is sufficient, ie that the values a and b are approximated to steps of 1/16. Since the calculation of the product from these two values would require additional computing time, which is often not available in a real-time system in which the processing of the measured values must take place at least at the same speed at which the measured values are obtained (on average) , the table memory 530 is provided, which generates an eight-bit output signal corresponding to the product of its two four-bit input signals. Since only 256 combinations are possible with two four-bit input signals, the capacity of the table memory 530 can be significantly smaller than that of the measured value memory 510 ; A read-only memory (ROM) can optionally also be used as the table memory. The measured values and weighting factors to be multiplied with one another are called up from the memories 510 and 530 by an address generator 500 , the input of which is supplied with the coordinates x, y of the image point and which uses these to generate the addresses of the memory locations to be called up.

Dieser Generator liefert in einem ersten Arbeitstakt (die Taktleitungen und die Steuerleitungen sind in Fig. 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt) ein Adreßsignal i, j für den Meßwertspeicher 510 (so daß der zu i und j gehörende Meßwert M (i, j) ausgelesen wird) und ein Adreßsignal (1-a), (1-b), woraufhin der Tabellenspeicher 530 ein dem Produkt (1-a)(1-b) entsprechendes Ausgangssignal liefert. Am Ende des ersten Arbeittaktes steht in dem Akkumulator - wenn dessen Inhalt zuvor Null gesetzt war - der erste Summand von Gleichung (3). Im zweiten Arbeitstakt erzeugt der Adreßgenerator 500 die Signale i +1, j für den Speicher 510 und die Signale a, (1-b) für den Speicher 530. Dadurch wird im zweiten Arbeitstakt der zweite Summand von Gleichung (3) berechnet.In a first operating cycle (the clock lines and the control lines are not shown in FIG. 4 for the sake of clarity), this generator supplies an address signal i, j for the measured value memory 510 (so that the measured value M (i, j ) belonging to i and j is read out ) and an address signal (1- a ), (1- b ), whereupon the table memory 530 supplies an output signal corresponding to the product (1- a ) (1- b ). At the end of the first cycle, the accumulator - if its content was previously set to zero - contains the first summand of equation (3). In the second operating cycle, the address generator 500 generates the signals i +1, j for the memory 510 and the signals a , (1- b ) for the memory 530 . As a result, the second summand of equation (3) is calculated in the second working cycle.

Zur Berechnung des dritten und des vierten Summanden werden in einem dritten Arbeitstakt vom Adreßgenerator 500 die Adreßsignale j, j +1 und (1-a), b und in einem vierten Arbeitstakt die Adreßsignale i +1, j +1 und a, b erzeugt. Nach dem vierten Arbeitstakt enthält somit der Akkumulator den gemäß Gleichung (3) berechneten Bildwert, der - gegebenenfalls auf nicht näher dargestellte Weise normiert oder begrenzt - in den Speicher 520 unter der durch x, y gebildeten Adresse geschrieben wird. Danach wird der nächste Bildpunkt vorgegeben, beispielsweise indem x um 1 erhöht wird, während y unverändert bleibt, und die zuvor geschilderte Berechnung des Bildwertes wird für diesen Punkt wiederholt.For the calculation of the third and fourth summands are in a third work cycle from the address generator 500 the address signals j, j + 1 and (1-a), b and in a fourth working stroke the address signals i +1, j +1 and a, b generated . After the fourth work cycle, the accumulator thus contains the image value calculated according to equation (3), which - if necessary normalized or limited in a manner not shown in any more detail - is written into the memory 520 at the address formed by x, y . The next pixel is then specified, for example by increasing x by 1 while y remains unchanged, and the previously described calculation of the image value is repeated for this point.

Es ist grundsätzlich möglich, den Adressengenerator 500 so aufzubauen, daß für jeden Bildpunkt x, y die Adressen der benachbarten Bildpunkte i, j und die Faktoren a, und b neu berechnet werden. Jedoch erfordert dies zusätzlichen Rechenaufwand. Wesentlich einfacher ist es, wenn für jeden Bildpunkt x, y die zugehörigen Werte i, j und , b in einer Tabelle gespeichert werden. Dementsprechend enthält der Adressengenerator 500 einen Tabellenspeicher 501 in dem für jede Kombination x, y die zugehörigen Werte i, j und a, b gespeichert sind und der an seinen Ausgängen diese Signale liefert, wenn an seine Eingänge die Werte x, y angelegt werden. It is fundamentally possible to construct the address generator 500 such that the addresses of the neighboring pixels i, j and the factors a, and b are recalculated for each pixel x, y . However, this requires additional computing effort. It is much easier if the associated values i, j and , b are stored in a table for each pixel x, y . Accordingly, the address generator 500 contains a table memory 501 in which the associated values i, j and a, b are stored for each combination x, y and which supplies these signals at its outputs when the values x, y are applied to its inputs.

Der aus dem Tabellenspeicher 501 ausgelesene Werte a wird dem einen Eingang eines Multiplexers 502 direkt und dem anderen Eingang dieses Multiplexers über die Serienschaltung eines Invertiergliedes 505 und eines Addierers 504 zugeführt, in dem zu dem invertierten Wert eins hinzuaddiert wird, so daß an den Eingängen des Multiplexers die Werte a und (1-a) anliegen. Der Ausgang des Multiplexers 502 bildet einen Adreßeingang des Tabellenspeichers 530. - In ähnlicher Weise wird der Wert b dem einen Eingang eines Multiplexers 503 direkt und dem anderen Eingang dieses Multiplexers über die Serienschaltung eines Invertierers 506 und eines Addiergliedes 507 zugeführt, so daß an den Eingängen des Multiplexers die Werte b und (1-b) anliegen. Die Ausgänge der Multiplexers 502 und 503 bilden die Adreßeingänge des Tabellenspeichers 530.The value a read from the table memory 501 is fed directly to one input of a multiplexer 502 and the other input of this multiplexer via the series circuit of an inverting element 505 and an adder 504 , in which one is added to the inverted value, so that at the inputs of the Multiplexers have the values a and (1- a ). The output of multiplexer 502 forms an address input of table memory 530 . In a similar manner, the value b is fed directly to one input of a multiplexer 503 and to the other input of this multiplexer via the series circuit of an inverter 506 and an adder 507 , so that the values b and (1- b ) are present at the inputs of the multiplexer . The outputs of multiplexers 502 and 503 form the address inputs of table memory 530 .

Der von dem Tabellenspeicher 501 gelieferte Wert i wird dem einen Eingang eines Multiplexers 502′ direkt und dem anderen Eingang dieses Multiplexers über einen Addierer 508 zugeführt, der den Wert i um 1 erhöht. Ebenso wird der Wert j dem einen Eingang eines Multiplexers 503′ direkt und dem anderen Eingang dieses Multiplexers über einen Addierer 509 zugeführt, der den Wert j um 1 erhöht, so daß an den Eingängen des Multiplexers 503′ die Werte j und j +1 anliegen. Die Ausgänge der Multiplexer 502′ und 503′ bilden den Adreßeingang des Meßwertspeichers 510. Die Multiplexer 502 und 502′ werden stets zur gleichen Zeit umgeschaltet und ebenso die Multiplexer 503 und 503′.The value i supplied by the table memory 501 is fed directly to one input of a multiplexer 502 ' and the other input of this multiplexer via an adder 508 , which increases the value i by 1. Likewise, the value j is fed directly to one input of a multiplexer 503 ' and the other input of this multiplexer via an adder 509 , which increases the value j by 1, so that the values j and j +1 are present at the inputs of the multiplexer 503' . The outputs of the multiplexers 502 ' and 503' form the address input of the measured value memory 510 . The multiplexers 502 and 502 ' are always switched over at the same time and likewise the multiplexers 503 and 503' .

Beim ersten Arbeitstakt befinden sich alle Multiplexer in der in Fig. 4 dargestellten Schaltstellung. Im zweiten Arbeitstakt werden die Multiplexer 502 und 502′ umgeschaltet, während die Multiplexer 503 und 503′ ihre Stellung beibehalten. Im dritten Arbeittakt sind die Multiplexer 503 und 503′ umgeschaltet, während die Multiplexer 502 und 502′ wieder ihre in der Zeichnung dargestellte Stellung einnehmen. Im vierten Arbeitstakt nehmen alle Multiplexer die in der Zeichnung nicht dargestellte Schaltstellung ein. Auf diese Weise werden nacheinander je vier Adressen des Speicher 510 und 530 erzeugt, so daß die Multiplikation und Addition gemäß Gleichung (3) durchgeführt wird.In the first operating cycle, all multiplexers are in the switch position shown in FIG. 4. In the second cycle, the multiplexers 502 and 502 ' are switched, while the multiplexers 503 and 503' maintain their position. In the third operating cycle, the multiplexers 503 and 503 ' are switched over, while the multiplexers 502 and 502' again assume their position shown in the drawing. In the fourth working cycle, all multiplexers assume the switch position not shown in the drawing. In this way, four addresses of the memories 510 and 530 are generated in succession, so that the multiplication and addition are carried out in accordance with equation (3).

Es sind verschiedene Abwandlungen der Schaltung nach Fig. 4 möglich. Beispielsweise können der Multiplizierer 40 und der Akkumulator 540 durch einen Multiplizier-Akkumulator (z. B. TDC 1000 von TRW) ersetzt werden.Various modifications of the circuit according to FIG. 4 are possible. For example, the multiplier 40 and the accumulator 540 can be replaced by a multiplier accumulator (e.g. TDC 1000 from TRW).

Die sequentielle Berechnung der Werte B(x, y) könnte durch eine parallele Berechnung ersetzt werden, bei der die vier Multiplikationen zur Berechnung des Bildwertes gleichzeitig durchgeführt werden. Dazu müßten die Meßwerte M(i, j) und die Werte des Tabellenspeichers 530 in vier getrennt adressierbaren Speicherbereichen gespeichert sein und es müßten vier Multiplizierer vorhanden sein. Dem auf diese Weise vergrößerten Aufwand stünde eine Verkürzung der Rechenzeiten gegenüber, so daß auch ein höherer Meßwert-Datenstrom in Echtzeit verarbeitet werden könnte.The sequential calculation of the values B (x, y ) could be replaced by a parallel calculation in which the four multiplications for calculating the image value are carried out simultaneously. For this purpose, the measured values M (i, j ) and the values of the table memory 530 would have to be stored in four separately addressable memory areas and there would have to be four multipliers. The increased expenditure in this way would be offset by a reduction in the computing times, so that a higher measured value data stream could also be processed in real time.

Claims (4)

1. Ultraschalluntersuchungsverfahren bei dem die in einem Untersuchungsbereich längs vorgegebener Bahnen reflektierten Echos jeweils in eine Folge von Meßwerten umgesetzt werden, die die Reflektionseigenschaften des Untersuchungsbereiches an verschiedenen Meßpunkten der vorgegebenen Bahn darstellen und bei dem die Meßwerte den Bildpunkten eines Ultraschallbildes zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Bildpunkt (x, y) ein Bildwert (B(x, y)) durch Interpolation der Meßwerte (M(i, j) . . .) an denjenigen Meßpunkten (P) berechnet wird, die dem Bildpunkt durch die geometrische Zuordnung zwischen dem Untersuchungsbereich und dem Ultraschallbild benachbart sind.1. Ultrasound examination method in which the echoes reflected along predetermined paths in an examination area are each converted into a sequence of measurement values which represent the reflection properties of the examination area at different measurement points of the specified path and in which the measurement values are assigned to the pixels of an ultrasound image, characterized in that that for each pixel ( x, y ) an image value ( B (x, y )) is calculated by interpolating the measured values ( M (i, j )...) at those measuring points (P) that correspond to the pixel by the geometric assignment are adjacent between the examination area and the ultrasound image. 2. Ultraschallgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Ultraschallwandleranordnung (20) zum Empfangen von Ultraschallechos aus einer Vielzahl von Richtungen und zum Umsetzen in elektrische Signale (s₁, s _j ), einer Analog-Digital-Wandleranordnung (40) zum Umsetzen jedes elektrischen Signals (z. B. s _j ) in eine Folge von Meßwerten (M(i, j)) und mit einem mit einer Wiedergabeeinrichtung gekoppelten Bildspeicher (520), gekennzeichnet durch einen Meßwertspeicher (510) zur Aufnahme der Meßwerte und durch eine Rechenschaltung, die die für jeden Bildpunkt durch Interpolation aus den Meßwerten der diesem Bildpunkt räumlich zugeordneten Meßpunkte einen Bildwert errechnet. 2. Ultrasonic device for performing the method according to claim 1 with an ultrasonic transducer arrangement ( 20 ) for receiving ultrasonic echoes from a variety of directions and for converting into electrical signals ( s ₁, s _j ), an analog-digital converter arrangement ( 40 ) for converting each electrical signal (e.g. s _j ) into a sequence of measured values ( M (i, j )) and with an image memory ( 520 ) coupled to a display device, characterized by a measured value memory ( 510 ) for recording the measured values and by a Computation circuit which calculates an image value for each pixel by interpolation from the measurement values of the measurement points spatially assigned to this pixel. 3. Ultraschallgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung eine dritte Speicheranordnung (501) enthält, in der für jeden Bildpunkt (x, y) wenigstens ein Wert (i, j) zur Bestimmung der Adresse wenigstens eines in dem Meßwertspeicher enthaltenen Meßwertes (M(i, j)) der zu einem dem Bildpunkt durch die geometrische Zuordnung benachbarten Meßpunkt gehört und wenigstens ein Wert zur Bestimmung des Gewichtsfaktors ((1-a)(1-b)) gespeichert ist, mit dem dieser Meßwert bei der Berechnung des Bildwertes (B(x, y)) für den Bildpunkt eingeht und mit einer Multiplizier- und Addiereinheit (540, 550), die die Meßwerte der dem Bildpunkt zugeordneten Meßpunkte mit den zugehörigen Gewichtungsfaktoren multipliziert und die so für einen Bildpunkt erhaltenen Produkt summiert.3. Ultrasonic device according to claim 2, characterized in that the computing circuit contains a third memory arrangement ( 501 ) in which for each pixel ( x, y ) at least one value ( i, j ) for determining the address of at least one measured value contained in the measured value memory ( M (i, j )) which belongs to a measuring point adjacent to the pixel due to the geometric assignment and at least one value for determining the weight factor ((1- a ) (1- b )) is stored with which this measured value is used in the calculation of the image value ( B (x, y )) for the image point and with a multiplying and adding unit ( 540, 550 ) which multiplies the measured values of the measurement points assigned to the image point by the associated weighting factors and sums the product thus obtained for one image point. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Speicheranordnung (501) mehrere Speicherbereiche enthält, in denen für unterschiedliche geometrische Zuordnungen zwischen dem Untersuchungsbereich und einem Ultraschallbild je ein Satz von Werten zur Bestimmung von Adressen von Meßwerten bzw. zur Bestimmung der zugehörigen Gewichtungsfaktoren gespeichert ist.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the third memory arrangement ( 501 ) contains a plurality of memory areas, in each of which a set of values for determining addresses of measured values or for determining the associated ones for different geometric assignments between the examination area and an ultrasound image Weighting factors is stored.