DE4134724C2

DE4134724C2 - Einrichtung zur farbigen Strömungsaufzeichnung mit Ultraschall

Info

Publication number: DE4134724C2
Application number: DE4134724A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kanda; Shinichiro Umemura; Hisashi Nishiyama; Ryuichi Shinomura; Kageyoshi Katakura; Shizuo Ishikawa; Koji Tanabe; Satoshi Tamano
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2011-10-22
Also published as: DE4134724A1; US5246006A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Strömungsaufzeichnung mit Ultraschall zu Zwecken der Diagnose und insbesondere eine Einrichtung, die imstande ist, ein Artefakt bzw. eine infolge der Bewegung von Körperorganen streuende Struktur zu entfer nen, um eine korrekte Anzeige der Blutströmung zu erhalten.

Eine Einrichtung zur Blutströmungsaufzeichnung mit Ultra schall zeigt die Geschwindigkeit und die Richtung einer Blutströmung in einem Herzen oder einem Bauchbereich unter Nutzung des Dopplereffekts zweidimensional an. Da es mög lich ist, visuell die Verteilung von Blutgefäßen in einem lebenden Körper dadurch zu erkennen, daß man ein so gewon nenes Bild einem Schnittbild überlagert, um sie gemeinsam sichtbar zu machen, wird sie gegenwärtig oft in Kliniken benutzt.

Ferner ist eine Anzahl von Patentanmeldungen hier auf gerichtet, beispielsweise JP-A-60-96232 (1985), EP-A-0 346 890 oder DE-A-38 27 513.

In dieser Einrichtung werden reflektierte Wellen von Meß punkten an einem B-Mode-Abschnitt aufeinanderfolgend durch wiederholtes Übertragen und Empfangen von Ultraschallimpul sen ermittelt, das begleitet wird von einer Strahlabta stung, um Phasensignale zu erhalten, die die Phase der er mittelten Signale anzeigen, und zwar durch komplizierte aufeinanderfolgende Datenverarbeitung. Die Phasenverschie bung eines Signals von dem gleichen Meßpunkt entsprechend einem speziellen Übertragungsintervall wird errechnet, um die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Zielobjekts an diesem Punkt zu erhalten. Änderungen in dieser Geschwindig keit werden durch numerische Werte oder ein Diagramm darge stellt, die bzw. das an entsprechenden Positionen angezeigt werden bzw. wird, die dem B-Mode-Abschnitt entsprechen, und zwar in Überlagerung eines B-Mode-Bilds. Um die Einflüsse von Signalen von den Körperorganen, wie etwa der Blutgefäß wand usw., auf Werte zu vermeiden, die die Bewegungsge schwindigkeit darstellten, wurden digitale Filter mit Hoch paß-Charakteristiken verwendet, die Einrichtungen zum Auf heben der Laufzeitverzögerung (delay line cancellers) oder MTI-Filter (Filter zur Anzeige eines bewegten Zielobjekts) genannt werden (siehe beispielsweise DE-A-37 27 513). Es wurde davon ausgegangen, daß die so angezeigte Geschwindigkeit die Blutströmungsgeschwindigkeit in einem Blutgefäß darstellt.

Abgesehen hiervon wurden verschiedenartige Einrichtungen zur Blutströmungsaufzeichnung vorgeschlagen. Beispielsweise wurden Vorrichtungen ausgeführt, bei denen der B-Mode-Schritt in einer grauen Darstellung und die Blutströmungsgeschwindigkeit, die hierauf überlagert ist, in unterschiedlichen Farbtönungen angezeigt wird, usw.

Nun ist auf dem Diagnosefeld des Bauchbereichs, wie etwa der Leber, der Niere usw., eine Information über Blutströ mung mit äußerst niedriger Geschwindigkeit nützlich, die so niedrig ist wie etwa 3 cm/s. Es wurde erkannt, daß es schwierig ist, Signale für eine Blutströmung mit diesem Ge schwindigkeitsausmaß von Signalen infolge der Bewegung der Körperorgane selbst, die durch die Bewegung des Körpers, Atmung usw. erzeugt wurde, mittels MTI-Filtern abzutrennen, die Hochpaß-Charakteristiken aufweisen und bisher verwendet wurden. Das heißt, wenn das Band der Signalunterdrückung in der Nähe eines Punktes, wo die Phasenverschiebung Null be trägt, ausgeweitet wird, dann wird auch die Information über Blutströmung mit niedriger Geschwindigkeit von den MTI-Filtern entfernt. Wenn im Gegensatz hierzu das Band der Signalunterdrückung schmäler wird, dann werden die Signal komponenten, die auf die Bewegung der Körperorgane zurück zuführen sind, vermischt mit dem Strömungsgeschwindigkeits signal, und deshalb wird ein Artefakt der Anzeige über die Blutgeschwindigkeit zugemischt.

Weitere Ultraschallvorrichtungen zur Darstellung von Blut strömungen sind in JP-A-2-119 849 und in US-4,761,740 offen bart. Bei diesen Vorrichtungen werden die aus reflektierten Ultraschallwellen gewonnenen Meßsignale quadraturdemoduliert, um Phasensignale zu erhalten. Aus den Phasensignalen wird die Geschwindigkeitsinformation der Blutströmung gewonnen. Außer dem wird die Leistung der Phasensignale berechnet, um die Darstellung der Strömungsgeschwindigkeit auszusetzen, wenn die Leistung einen bestimmten Schwellenwert über- oder unter schreitet. Dadurch soll die Darstellung der Blutströmung stö rungsfreier möglich sein.

Deshalb ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Strömungsaufzeichnung vorzusehen, die imstande ist, die Signale, die die Bewegung von Körperorga nen bezeichnen, besser von jenen Signalen abzutrennen, die die Blutströmungsgeschwindigkeit bezeichnen, um Artefakte infolge der Bewegung der Körperorgane wirksam zu entfernen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in Anspruch 1 angegebenen Einrichtung. Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet.

Die Erfindung ist imstande, korrekt die Verteilung der Blutströmungsge schwindigkeit in einem Bereich mit niedriger Strömungsge schwindigkeit anzuzeigen.

Eines der Merkmale der vorliegenden Er findung besteht in der Beurteilung, ob ein Artefakt infolge der Bewegung von Körperorganen den Geschwindigkeits-Meßsi gnalen beigemengt ist oder nicht, und zwar durch Benutzung von Ultraschall-Phasensignalen, die nicht durch MTI-Filter hindurchgelaufen sind.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung umfaßt einen ersten Geschwindig keitsrechner, um die Geschwindigkeit aus einem Ultraschall-Phasensignal zu errechnen, das durch einen MTI-Filter hindurchgelaufen ist; eine zweite Geschwindigkeits-Rechen vorrichtung, um die Geschwindigkeit aus einem Ultra schall-Phasensignal zu errechnen, das nicht durch den MTI-Filter hindurchgelaufen ist, und eine Anzeige-Steuerein richtung, welche die Anzeige der Ausgänge des ersten Ge schwindigkeitsrechners für entsprechende Meßpunkte verhin dert, wenn der Ausgang des zweiten Geschwindigkeitsrechners eine erste Schwelle überschreitet, und die Anzeige der Aus gänge des ersten Geschwindigkeitsrechners für die entspre chenden Meßpunkte gestattet, aber nur dann, wenn der Aus gang des zweiten Geschwindigkeitsrechners unter der ersten Grenze liegt.

Die Anzeige-Steuereinrichtung umfaßt eine Einrichtung, um die Leistung des Ultraschall-Phasensignals zu ermitteln, das nicht durch den MTI-Filter hindurchgelaufen ist, sowie eine logische Einrichtung, um die oben beschrie bene Verhinderung der Anzeige aufzuheben, wenn die so er mittelte Leistung unterhalb einer zweiten Grenze liegt.

Der Ausgang der ersten Geschwindigkeits-Recheneinrichtung, der aus dem Ultraschall-Phasensignal erhalten wurde, das durch den MTI-Filter hindurchgelaufen ist, bezeichnet im allgemeinen grundsätzlich die Blutströmungsgeschwindigkeit. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß dies nicht zutrifft, sondern Artefakte mit eingemischt sind, wenn die von den Körperorganen reflektierten Wellen stark sind oder wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Körperorgane bei einem be stimmten hohen Niveau liegt, und daß im Gegensatz dazu der Ausgang des zweiten Geschwindigkeitsrechners, der von jenem Ultraschall-Phasensignal erhalten wurde, das nicht durch den MTI-Filter hindurchgelaufen ist, stets näherungsweise nur die Bewegung der Körperorgane bezeichnet, d. h. nur ein Artefaktsignal. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Körperorgane bei einem bestimmten hohen Niveau liegt, ist es möglich, genau zu ermitteln, daß ein Artefakt in den Ausgang des ersten Geschwindigkeitsrechners eingemischt ist und die Blutgeschwindigkeitsverteilung anzuzeigen, von welcher die Artefakte infolge der Bewegung der Körperorgane selbst wirksam entfernt sind.

Durch eine detailliertere Analyse hat sich herausgestellt, daß in jenem Fall, in dem die Leistung des Ultraschall-Pha sensignals, das nicht durch den MTI-Filter hindurchgelaufen ist, sehr niedrig ist, von der Blutströmung reflektierte Wellen eher dominieren als von den Körperorganen reflek tierte Wellen, und selbst wenn die vom zweiten Geschwindig keitsrechner bezeichnete Geschwindigkeit hoch ist, kein Artefakt in den Ausgang des ersten Geschwindigkeitsrechners eingemischt ist. Deshalb kann durch das oben be schriebene Merkmal der die Leistung des Phasensignals ermittelnden Einrichtung verhindert werden, daß irrtümlich ein Geschwindigkeit-Meßausgang entfernt wird, in den kein Artefakt eingemischt ist. Gemäß diesem Merkmal wird, selbst wenn das Band des niedrigen Geschwindigkeitsbereiches des MTI-Filters verengt wird, eine Blutströmungsverteilung genau auch über den niedrigen Geschwindigkeitsbereich hinweg erhalten, weil ein Artefakt infolge der Bewegung der Körperorgane wirksam entfernt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die erste Schwelle, die bereits vorher beschrie ben ist, als eine Funktion angegeben wird, die sich auf den Ausgang der oben beschriebenen Leistungsmeßeinrichtung be zieht. Das heißt, je kleiner die Leistung des Ultraschall-Phasen signales ist, das nicht durch den MTI-Filter hin durchgelaufen ist, desto höher wird die Schwelle für die Verhinderung der Anzeige im Hinblick auf den Ausgang ange setzt. Auf diese Weise kann angemessener beurteilt werden, ob ein Artefakt in den Ausgang des ersten Geschwindigkeits rechners eingemischt ist oder nicht, und es ist möglich, das Artefakt exakt zu entfernen. Um zu beurteilen, ob ein Artefakt eingemischt ist oder nicht, wird getrennt von dem Verfahren, wodurch die Größe der Leistung des Ultraschall-Phasen signals, das nicht durch das MTI-Filter hindurch gelaufen ist, in Betracht gezogen wird, wie oben beschrie ben, auch eine andere Methode möglich, durch welche eine Turbulenz in der Geschwindigkeit, d. h. eine repräsentative Veränderung aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitssignalen für denselben Meßpunkt, die aus dem zweiten Geschwindig keitsrechner kommen, in Betracht gezogen. Das heißt, da von dem Blutstrom reflektierte Wellen dominieren, wenn eine Turbulenz in der Geschwindigkeit oder eine Änderung σ² im Geschwindigkeitssignal vorliegt, wird die Verhinderung der Anzeige durch die Größe der Geschwindigkeit, die von dem zweiten Geschwindigkeitsrechner gegeben wird, aufgeho ben und die erste Schwelle für die Anzeigeverhinderung wird erhöht.

Ferner ist auch eine Anordnung bzw. ein Aufbau nützlich, worin der gesamte Geschwindigkeitsmeßwert, der Leistungs meßwert und der Turbulenzmeßwert, die aus dem Ultraschall-Phasen signal erhalten wurden, das nicht durch das MTI-Fil ter hindurchgelaufen ist, und die oben bereits beschrieben wurden, für die Beurteilung der Anwesenheit oder Abwesen heit der Beimischung eines Artefakts benutzt werden, nach dem man sie durch ein Glättungsfilter hinsichtlich der Position hat hindurchlaufen lassen.

Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die Erläuterung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele deut lich.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das ein Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das einen Hauptteil eines anderen Ausführungsbeispiels zeigt,

Fig. 3 eine Darstellung einer charakteristi schen Kurve, die die Geschwindigkeitsgrenzen bezeichnet, welche bei diesen Ausführungsbeispielen benutzt sind,

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das einen Hauptteil eines noch anderen Ausführungsbeispiels bezeichnet,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das einen Hauptteil eines noch weiteren Ausführungsbeispiels bezeichnet, und

Fig. 6 eine Darstellung charakteristischer Kur ven für die Brillianzsteuerung, benutzt bei dem in Fig. 5 bezeichneten Ausführungsbeispiel.

Es erfolgt nun die Beschreibung der bevorzugten Ausfüh rungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt den gesamten Aufbau einer Einrichtung zur Blutströmungsaufzeichnung mit Ultraschall in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Ultra schallsonde 10, die an der Oberfläche eines lebenden Kör pers 1 appliziert wird, der den zu messenden Gegenstand bildet, umfaßt eine Ultraschall-Umformeranordnung, und diese Umformer sind mit einem Sender/Empfänger 30 verbun den. Der Sender/Empfänger 30 wird von einem B-Mode-Anzeige regler 21 gesteuert, der auf der Grundlage eines Haupttakts arbeitet, der von einem Taktoszillator 20 abgegeben wird, und auf diese Weise betreibt der Sender/Empfänger 30 die Umformeranordnung in der Ultraschallsonde mittels der elek tronischen Abtastmethode nach dem B-Mode. Das heißt, Ultra schallimpulse werden wiederholt von der Ultraschallsonde 10 so abgegeben, daß ein gebündelter Ultraschallstrahl vorbe stimmte Querschnitte, die sich quer durch den lebenden Kör per 1 erstrecken, einen nach dem anderen abtastet. Die re flektierten Wellen, die durch die unterschiedlichen Ultra schallimpulse erzeugt werden, werden durch die Umformeran ordnung in der Ultraschallsonde 10 empfangen, und ein em pfangenes Signal wird zu einem Strahlformer 35 durch den Sender/Empfänger 30 geleitet. Der Strahlformer 35 wird ebenfalls vom B-Mode-Regler 21 gesteuert. Auf diese Weise ist der Ausgang des Strahlformers 35 auch ein empfangenes Signal, das den Ultraschallstrahl reflektiert, der den be obachteten Abschnitt abtastet, ähnlich den gesendeten Ultraschallimpulsen. Dieses empfangene Signal wird von einem Auswerter 40 empfangen und durch einen Analog/Digi tal-Wandler 45 in ein digitales Signal umgewandelt. Das empfangene, auf diese Weise digitalisierte Signal wird in einem Digital-Abtastwandler 50 aufgezeichnet, der einen zweidimensionalen Speicher aufweist, und zwar entsprechend dem gesamten beobachteten Abschnitt. Wenn ein Zyklus der Abtastung beendet ist, werden die Daten, die ein B-Mode-Ultra schallbild bezeichnen, in dem digitalen Abtastwandler 50 fertiggestellt, und diese Daten werden durch Wiederho lung des Abtastvorganges aufeinanderfolgend aktualisiert.

Andererseits werden Daten der angezeigten Blutströmungsver teilung, die diesem B-Mode-Bild überlagert sind, durch eine Doppler-Analyseanordnung nach den Blöcken 80 und 90 erhal ten. Als erstes wird das empfangene Signal aus dem Strahl former mit Bezugssignalen 22a und 22b gemischt, die eine Phasendifferenz von 90° aufweisen und von einem Dopplerreg ler 22 in einem Mischer 80 bzw. 90 erzeugt werden. Die Nie derfrequenz-Komponenten der gemischten, so erhaltenen Signale werden durch ein Tiefpaßfilter 81 bzw. 91 extra hiert. Sie werden von Analog/Digital-Wandlern 82 und 92 ab getastet, und somit werden komplexe Daten A_i und B_i, die die Amplituden und Phasen des reflektierten Ultraschallsi gnals von jedem der Meßpunkte im beobachteten Abschnitt be zeichnen, erhalten. Nachfolgend ist diese Gruppe von Daten als Phasensignal bezeichnet. MTI-Filter 83 und 93, die mit Verzögerungselementen versehen sind, die eine Verzögerung gleich der Sende-Wiederholungsperiode t für ein und densel ben Meßpunkt jeweils ergeben, errechnen die Unterschiede zwischen den letztmaligen Daten und den neuesten Daten. Auf diese Weise sind Q_i und R_i, die Ausgänge der MTI-Filter 83 und 93 sind, Phasensignale, von welchen jene Phasensignale, die eine Phasenverschiebung von nahezu Null im Zeitinter vall t aufweisen, entfernt werden. Ein Haupt-Geschwindig keitsrechner 100 errechnet eine Phasenverschiebung im Zeit intervall t durch Autokorrelation für die Phasensignale von jedem der Meßpunkte, die von den MTI-Filtern 83 und 93 er halten wurden, und wandelt sie in eine Geschwindigkeit um. Der übliche Sendevorgang wird jedoch mehrere Male für den selben Meßpunkt wiederholt, und die somit erhaltenen Pha senverschiebungen werden gemittelt, um eine mittlere Geschwindigkeit V_i in diesem Zeitraum zu halten. Die Ge schwindigkeit V_i, die vom Haupt-Geschwindigkeitsrechner 100 erhalten wird, wird in einem Anzeigeregler in ein Farb tönungssignal umgewandelt, das aus den drei Komponenten R, G und B besteht. Bei der herkömmlichen Einrichtung zur far bigen Strömungsaufzeichnung wird dies in einem digitalen Abtastwandler 50 aufgezeichnet. Üblicherweise werden die Farbtöne, die in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Geschwin digkeit V_i unterschieden werden, ausgewählt, und zwar posi tiv oder negativ, d. h., ob es sich um eine Strömung han delt, die sich der Ultraschallsonde nähert, oder eine Strö mung, die sich von ihr entfernt. Die Daten des B-Mode-Bilds (graue Skalierungsdaten), die bereits vorher angezeigt sind, und die Farbdaten, die diese Strömungsgeschwindigkeit bezeichnen, werden aus dem digitalen Abtastwandler 50 abge lesen und an einen Farbmonitor 70 über einen Farbwandler 55 abgegeben, der eine Korrektur eines Farbsignals bewirkt, so daß es für den Farbmonitor geeignet ist, sowie einen Digi tal/Analog-Wandler 60.

Ferner kann die Farbanzeige der Strömungsgeschwindigkeit dadurch bewirkt werden, daß man den Farbton oder die Hel ligkeit ändert, und zwar nicht nur in Abhängigkeit vom Geschwindigkeitssignal V_i, das oben beschrieben ist, son dern auch von der Turbulenz T_i der Phasenverschiebung oder der Leistung P_i der Phasensignale. Obwohl praktische Aus führungsbeispiele hiervon später beschrieben werden, wird nun die Berechnung dieser Werte T_i und P_i beschrieben. Die Phasensignale Q_i und R_i, die durch die MTI-Filter 83 und 93 hindurchgelaufen sind, werden in einen Haupt-Turbulenzrech ner 101 eingegeben, und die Turbulenz T_i der Phasenver schiebung für jeden Zeitpunkt der Messung für jeden der Meßpunkte wird entsprechend der folgenden Formel berechnet:

wobei
n: die Anzahl der benutzten Datengruppen,
θ_j: die für jeden Meßzeitpunkt erhaltene Pha senverschiebung und
: den Mittelwert der Phasenverschiebung be deuten.

Das heißt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, daß die Änderung bzw. Abweichung σ² der Phasenverschiebung als Tur bulenz der Phasenverschiebung errechnet wird.

Ferner errechnet ein Haupt-Leistungsrechner 102 die Lei stung P_i aus den beiden Komponenten Q_ÿ, R_ÿ (j = 1, 2, . . ., n) des Phasensignals für jeden Zeitpunkt der Messung für jeden der Meßpunkte unter Benutzung der folgenden For mel:

Das Charakteristikum des vorliegenden Ausführungsbeispiels liegt darin, daß es durch Benutzung der Phasensignale A_i und B_i ermittelt wird, bevor sie der Filterung durch die MTI-Filter unterzogen werden, so daß der Ausgang des Haupt-Geschwindigkeitsrechners 100 durch die reflektierten Wellen aus den Körperorganen beeinflußt wird, und daß die Einrich tung ferner mit einer Artefakt-Meßeinrichtung 105 versehen ist, welche die Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit ver hindert. Das heißt, die Phasensignale A_i und B_i werden in einen Sub-Geschwindigkeitsrechner 110 eingegeben, und der Sub-Geschwindigkeitsrechner 110 bewirkt die Berechnungen der Geschwindigkeit ähnlich dem Haupt-Geschwindigkeitsrech ner 100 unter Verwendung der Phasensignale A_i und B_i. Das heißt, er errechnet die Phasenverschiebung in einem Zeitin tervall t durch einen Selbstkorrelationsvorgang der Phasen signale A_i und B_i und mittelt ferner die Phasenverschiebun gen für jede der n Wiederholungen des Sendevorgangs für denselben Meßpunkt, um eine zweite mittlere Geschwindigkeit V′_i zu erhalten. Andererseits wird die Signalleistung P′_i, die die Intensität der reflektierten Wellen für jeden der Meßpunkte bezeichnet, durch einen Sub-Leistungsrechner 111 errechnet. Die Signalleistung P′_i wird dadurch erhalten, daß man die Phasensignale A_ÿ und B_ÿ (j = 1, 2, . . ., n) für jedes Mal durch Benutzung der folgenden Formel errech net:

Die zweite Geschwindigkeit V′_i, die durch den Sub-Geschwin digkeitsrechner 110 erhalten wird, repräsentiert hauptsäch lich die Geschwindigkeit der Bewegungen der Körperorgane. Die Strömungsgeschwindigkeit V_i, die vom Haupt-Geschwindig keitsrechner erhalten wird, ist jene Geschwindigkeit, die aus den Phasensignalen errechnet wurde, welche durch die MTI-Filter hindurchgelaufen sind, und ist in hohem Maße von den Bewegungen der Körperorgane beeinflußt, wenn der Abso lutwert von V′_i groß ist. Deshalb wird im vorliegenden Aus führungsbeispiel der Absolutwert des Ausgangs V′_i des Sub-Geschwindigkeitsrechners 110 verglichen mit einer vorbe stimmten Geschwindigkeitsschwelle V′_th. Wenn der Absolut wert von V′_i den Wert V′_th überschreitet, wird ein Sperrsi gnal INH abgegeben, welches verhindert, daß die Strömungs geschwindigkeit V_i an diesem Meßpunkt auf einem Bildschirm angezeigt wird. Obwohl der Ausgang des Vergleichers 120 als ein Sperrsignal so verwendet wird, wie es ist, kann die selbe Wirkung auch dann im vorliegenden Ausführungsbeispiel erreicht werden, wenn der Ausgang P′_ii des Sub-Leistungs rechners 111 gemeinsam für das Sperrsignal in Betracht ge zogen wird. Das heißt, der Ausgang P′_i des Sub-Leistungs rechners 111 wird verglichen mit einem Leistungs-Schwellen wert P′_th, und zwar von einem Vergleicher 121. Wenn P′₁ kleiner ist als P′_th, dann wird der Sperrausgang INH von einem Sperrgatter 125 aufgehoben, weil in jenem Fall, in dem die Intensität der reflektierten Wellen gering ist, die reflektierten Wellen aus der Blutströmung die reflektierten Wellen von den Körperorganen überwiegen und es möglich ist, zu beurteilen, daß das Artefakt infolge der Bewegung der Körperorgane nicht mit dem Ausgang V_i des Haupt-Geschwin digkeitsrechners vermischt wird, selbst wenn V_i′ groß ist. Wenn das Sperrsignal INH abgegeben wird, dann stellt der Anzeigeregler 130 den Wert des Farbsignals auf Null. Auf diese Weise werden die Farbdaten des Meßpunktes, welchen der digitale Abtastwandler entspricht, auf Null gestellt, und das Artefakt infolge der Bewegung der Körperorgane wird vom Bild der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung entfernt, die durch Farbtöne angezeigt wird.

Fig. 2 bezeichnet ein anderes Ausführungsbeispiel der Arte fakt-Ermittlungseinrichtung 105. Beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel ist die Geschwindigkeitsschwelle V′_th zum Er zeugen des Sperrsignals, das für den Vergleicher 120 be nutzt wird, nicht konstant, sondern als eine Funktion von P′_i gegeben. Das heißt, der Ausgang P′_i des Sub-Leistungs rechners 111 wird an einen Funktionsgenerator 126 abgege ben, und eine Geschwindigkeitsschwelle V′_th, die abhängt von P′_i und die vom Funktionsgenerator 126 erzeugt wird, wird abgegeben. Wenn der Absolutwert von V′_i größer ist als dieses V′_th, dann wird das Sperrsignal INH vom Vergleicher 120 an den Anzeigeregler 130 abgegeben. Die Zuordnung zwi schen dem Eingang P′_i und dem Ausgang V′_th des Funktionsge nerators 126 ist beispielsweise so, wie durch eine ausgezo gene Linie in Fig. 3 dargestellt, und V′_th nimmt mit zuneh mendem P_i ab. Ferner bezeichnet eine strichpunktierte Linie 301 in Fig. 3 die Eigenschaften der festen Schwelle V′_th in jenem Fall, in dem der Ausgang des Vergleichers 120 in dem in Fig. 1 bezeichneten Ausführungsbeispiel unmittelbar für das Sperrsignal INH verwendet wird, während die gestrichelte Linie 302 die Eigenschaften von V′_th dann bezeich net, wenn der Ausgang des Sperrgatters 125 in dem in Fig. 1 bezeichneten Ausführungsbeispiel als das Sperrsignal INH verwendet wird. Der Bereich auf der oberen Seite aller die ser Linien stellt jenen Bereich dar, wo die Farbanzeige der Strömungsgeschwindigkeit V_i gesperrt ist. Wenn die Ge schwindigkeitsschwelle, die vom Wert P′_i abhängt, so heran gezogen wird wie in dem in Fig. 2 bezeichneten Ausführungs beispiel, ist es möglich, noch genauer die Anwesenheit oder Abwesenheit der Einmischung des Artefakts zu beurteilten als bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 bezeichnet ist.

Fig. 4 zeigt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Artefakt-Ermittelungseinrichtung. Bei dem vorliegenden Aus führungsbeispiel ist zusätzlich zum Sub-Geschwindigkeits rechner 110 und zum Sub-Leistungsrechner 111 ferner ein Sub-Turbulenzrechner 113 herangezogen. Der Sub-Turbulenz rechner 113 errechnet die Turbulenz T′_i von Werten, die in Messungen erzeugt wurden, die mehrfach wiederholt wurden, und zwar für die Phasenverschiebungen, die durch die Pha sensignale A_i und B_i für jeden der Meßpunkte bezeichnet sind. Die Methode zum Errechnen der Turbulenz T′_i im Sub-Turbulenzrechner 113 ist ähnlich zu jener, die im Haupt-Turbulenzrechner benutzt wird, und ist gegeben durch die folgende Formel:

wobei
n: die Anzahl der benutzten Datengruppen
θ′_j: die Phasenverschiebung, die für jeden Zeitpunkt der Messungen mit A_j, B_j be zeichnet ist, und
θ′: den Mittelwert der Phasenverschiebung be deuten.

Ferner werden bei dem in Fig. 4 bezeichneten Ausführungs beispiel die Ausgänge V_i′, T_i′ und P_i′ des Sub-Geschwindig keitsrechners 110, des Sub-Leistungsrechners 111 und des Sub-Turbulenzrechners 113 in jeweils einem Rahmenspeicher 114, 116 und 118 gespeichert, die Speicherbereiche entspre chend dem gesamten B-Mode-Abschnitt aufweisen. Wenn V_i′, T_i′ und P_i′ (i = 1, 2, . . . , N) für alle Meßpunkte in dem Abschnitt im Speicher 114, 116 bzw. 118 gespeichert sind, dann wird die Anwesenheit oder Abwesenheit des Artefakts für jeden der Meßpunkte durch die Benutzung von Daten beur teilt, die durch die Glättungsfilter 115, 117 und 119 hin durchgelaufen sind. Die Glättungsfilter 115, 117 und 119 bilden arithmetische Mittelwerte der Daten eines relevanten Meßpunktes und der Daten von Punkten, die diesem benachbart sind, um einen Datenwert für den relevanten Meßpunkt zu er halten. Das heißt, herausfallende Werte in der Datenvertei lung werden durch Bildung eines sich bewegenden Mittels der Werte korrigiert. Die Geschwindigkeit V′_i, die durch den Glättungsfilters 115 hindurchgelaufen ist, wird verglichen mit der Geschwindigkeitsschwelle V′_th im Vergleicher 120 ähnlich jenem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 bezeichnet ist. Wenn V′_i größer ist als V′_th, dann wird das Sperrsi gnal INH abgegeben, das die Anzeige der Strömungsgeschwin digkeit V_i bei diesem Meßpunkt sperrt. Wenn jedoch der Wert der Turbulenz T′_i, der durch den Glättungsfilter 117 hin durchgelaufen ist, größer ist als eine Turbulenzschwelle T′_th oder wenn der Wert der Leistung P′_i, der durch den Glättungsfilter hindurchgelaufen ist, kleiner ist als eine Leistungsschwelle P′_th, dann wird es durch das Sperrgatter 127 verhindert, daß das Sperrsignal INH abgegeben wird. In diesen Fällen wird ungeachtet der Größe der Geschwindigkeit V′_i die Geschwindigkeit V_i, die vom Haupt-Geschwindigkeits rechner 100 erhalten wird, im Farbton angezeigt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist, da die Daten, die die Turbulenz der Phasenverschiebung bezeichnen, die angezeigt ist durch die Phasensignale, die nicht durch die MTI-Filter hindurchgelaufen sind, bei der Berücksichtigung der Beimi schung eines Artefakts berücksichtigt werden, die Anzahl jener Fälle, in denen, obwohl die Geschwindigkeit V′_i, die vom Haupt-Geschwindigkeitsrechner abgegeben wird, korrekt die Geschwindigkeit der Blutströmung darstellt, deren An zeige verhindert wird, noch weiter verringert. Da ferner die Beurteilung der Beimischung des Artefakts bewirkt wird, nachdem die Daten der Geschwindigkeit V′_i, der Turbulenz T′_i und der Leistung P′_i einer räumlichen Glättungsbearbei tung unterzogen wurden, kann die fälschliche Beurteilung infolge unkorrekter Daten, die örtlich vorliegen, verhin dert werden.

Fig. 5 bezeichnet den Schaltungsaufbau des Hauptteils des Anzeigereglers 130, der in den unterschiedlichen, oben beschriebenen Ausführungsbeispielen benutzt wird. Daten über die Geschwindigkeit V_i, die vom Haupt-Geschwindig keitsrechner (100 in Fig. 1) erhalten werden, werden in einen Farbtonregler 131 eingegeben. Um eine Farbe zu wäh len, die dem Wert der Geschwindigkeit entspricht, erzeugt der Farbtonregler Signale Rd, Gd und Bd, die die Hellig keitsverteilung der unterschiedlichen Farben Rot, Grün und Blau bezeichnen. Ein endgültiges rotes Signal R wird durch einen roten Helligkeitsregler 134 aus dem Produkt des Rot signales Rd und einem Helligkeits-Steuersignal A errechnet, das die Helligkeit der Gesamtanzeige bezeichnet. In ähnli cher Weise gibt ein Grün-Helligkeitsregler 135 ein Produkt aus Gd und A als Grünsignal G ab, und ein Blau-Helligkeits regler 136 gibt ein Produkt aus Bd und A als Blausignal B ab. Wenn jedoch das oben beschriebene Sperrsignal INH abge geben wird, werden alle Signale R, G und B so gelöscht, daß sie Null werden. Der Wert des Helligkeits-Steuersignals A wird auf der Grundlage der Werte der Leistung P_i aus dem Haupt-Leistungsrechner 102 und der Turbulenz T_i aus dem Haupt-Turbulenzrechner 101 bestimmt, wie oben bezeichnet. Zunächst wird die Turbulenz T_i einem Komprimierer 132 zuge führt und in ein Signal C umgewandelt, worin der Bereich, wo das Ausmaß der Beimischung des Artefakts infolge der Be wegung der Körperorgane zur Strömungsgeschwindigkeit vor liegt, belassen wird und der andere Bereich komprimiert wird. Das Signal C weist einen achtstufigen Pegel von C = 0 bis C = 7 auf. Dieses Signal C und die Leistung P_i werden einem Helligkeitsregler 132 zugeleitet. Der Helligkeitsreg ler gibt das Helligkeits-Kontrollsignal A ab, das eine Intensität aufweist, die sich entsprechend jenen Eigen schaften ändert, die in Fig. 6 bezeichnet sind, und die auf die Werte des Signals C und der Leistung P_i anspricht. Das heißt, die Intensität des Signals A nimmt mit dem zunehmen den Wert der Leistung P_i zu und wird in einem Bereich ge sättigt, in dem P_i groß ist. Ferner ist die obere Grenze des Signals A kleiner mit abnehmendem Wert des Signals C. Wenn ein solches Helligkeits-Steuersignal A herangezogen wird, dann können die nachfolgenden beiden Wirkungen erhal ten werden:

(1) Da die Anzeigehelligkeit der Strömungsgeschwin digkeit für jeden der Meßpunkte von der Intensität der von der Blutströmung reflektierten Wellen an diesem Punkt ab hängt, wird eine Anzeige erhalten, die die Verteilung der Strömung widerspiegelt.
(2) Das Signal von einem Meßpunkt, für welchen die Turbulenz in der Phasenverschiebung gering ist, ist sehr wahrscheinlich den Einflüssen der reflektierten Wellen aus dem Körperorgan ausgesetzt. Da die Anzeigehelligkeit vieler Schritte, die auf die Werte dieser Turbulenz ansprechen, verwendet wird, wird das Artefakt infolge der Bewegung der Körperorgane insgesamt verringert, und es ist möglich, eine Anzeige der Strömungsverteilung zu erhalten, in welcher die notwendige Information nicht verschwindet.

Wie oben beschrieben, ist es möglich, die am meisten ange messene Blutströmungsverteilung anzuzeigen, von der das Artefakt entfernt ist, indem man zwei Maßnahmen an einer Farbaufzeichnungseinrichtung anwendet, welche Maßnahmen die Verhinderung der Geschwindigkeitsanzeige durch Ermitteln der Beimischung des Artefakts ist, unter Benutzung eines Phasensignals, das nicht durch ein MTI-Filter hindurch gelaufen ist, und die der Anzeigehelligkeit in Abhängigkeit vom Ausmaß der Turbulenz in einem Phasensignal, welches durch ein MTI-Filter hindurchgelaufen ist, in vielen Stufen zu steuern. Es kann jedoch sogar bei Benutzung nur einer dieser Maßnahmen eine beträchtliche Wirkung zum Entfernen des Artefakts erhalten werden. Ferner sind getrennt von den Ausführungsformen, die in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, verschiedenartige Modifikationen hiervon möglich. Beispielsweise können alle Daten V′_i, T′_i und P′_i in Fig. 4 und die Daten T_i und P_i in Fig. 1 als Variable oder Parameter benutzt werden, um den Wert des Helligkeits-Steuer signals A zu bestimmen. In solchen abgewandelten Aus führungsformen ist ein Ablesespeicher, der eine Analysis-Funktion mit vielen Variablen speichert, statt der Verglei cher 120, 121 und 122 sowie des Sperrgatters 127 vorgese hen, die in Fig. 4 gezeigt sind. Ein Wert des Helligkeits-Steuer signals A wird aus dem Ablesespeicher dadurch abgele sen, daß man die Variablen V′_i, T′_i, P′_i, T_i und P_i adressiert.

Es ist eine Einrichtung zur farbigen Strömungsaufzeichnung mit Ultraschall offenbart, in welcher reflektierte Wellen von Meßpunkten auf einem zweidimensionalen Querschnitt er mittelt werden, während man wiederholt Ultraschallimpulse sendet, die Phasenverschiebungen unterschiedlicher reflek tierter Wellen errechnet und in Farbe eine Verteilung der Blutströmungsgeschwindigkeit anzeigt, während man eine Farbe in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit, die von jeder der Phasenverschiebungen angezeigt wird, festlegt. Eine Störstruktur bzw. ein Artefakt infolge der von Körper organen reflektierten Wellen, die bzw. das selbst bei Be nutzung von MTI-Filtern (Filtern zur Anzeige beweglicher Objekte) verbleibt, wird anhand jener Phasensignale ermit telt, die nicht durch die MTI-Filter hindurchgeleitet wur den, und das Artefakt wird dadurch abgesenkt, daß man die Anzeigehelligkeit für einen Meßpunkt entsprechend einem relevanten Ermittlungsausgang absenkt.

Claims

1. Ultraschall-Strömungsaufzeichnungseinrichtung mit:
einer Ultraschall-Sende/Empfangseinrichtung (30) zum wiederholten Senden eines Ultraschall-Impulses, um einen vor bestimmten Querschnitt eines zu untersuchenden Objekts abzu tasten und die von einer Anzahl an Positionen in dem genann ten Querschnitt reflektierten Wellen zu ermitteln,
einem Phasen-Detektor (80, 90), um Phasensignale zu bil den, die für jede der genannten Positionen den Amplituden und Phasen der reflektierten Wellen entsprechen,
einer Filtereinrichtung (83, 93) zum Entfernen von Si gnalkomponenten, die eine Phasenverschiebung von näherungs weise Null aufweisen, aus den Phasensignalen,
einer ersten Geschwindigkeits-Recheneinrichtung (100) zum Errechnen der Phasenverschiebungen für die Positionen anhand der durch die Filtereinrichtung hindurchgelaufenen Phasensignale, um erste Geschwindigkeitssignale abzuleiten,
einer Artefakt-Ermittlungseinrichtung (105) mit einer zweiten Geschwindigkeits-Recheneinrichtung (110), um aus den von dem Phasen-Detektor gebildeten Phasensignalen Phasenver schiebungen zu errechnen und hiervon zweite Geschwindigkeits signale abzuleiten, mit einer Leistungs-Ermittlungseinrich tung (111), um die Leistung der von dem Phasen-Detektor (80, 90) gebildeten Phasensignale zu ermitteln, und mit einer lo gischen Einrichtung (120, 121, 125), um durch Vergleich der zweiten Geschwindigkeitssignale mit einer ersten Schwelle zu ermitteln, ob den genannten ersten Geschwindigkeitssignalen eine Artefakt beigemischt ist, und ein Sperrsignal abzugeben, das eine Anzeige der Geschwindigkeit an der entsprechenden Position sperrt, wenn die zweiten Geschwindigkeitssignale die erste Schwelle überschreiten, das Sperrsignal jedoch aufzuhe ben, wenn die Leistung niedriger als eine zweite Schwelle ist,
einer Anzeige-Steuereinrichtung (130), um aus den ersten Geschwindigkeitssignalen und dem Sperrsignal ein Anzeigesi gnal zu bilden, und
einer Anzeigeeinrichtung, um das genannte Anzeigesignal darzustellen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Artefakt-Ermittlungseinrichtung (105) ferner eine Turbu lenz-Ermittlungseinrichtung (113), um die Turbulenz in den Werten der Phasenverschiebung der von dem Phasendetektor ge bildeten Phasensignale zu ermitteln, sowie eine logische Ein richtung (122), um das Sperrsignal aufzuheben, wenn die Tur bulenz höher als eine dritte Schwelle ist, aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schwelle eine Funktion der Leistung der Phasensi gnale des Phasen-Detektors ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schwelle mit zunehmender Leistung der Phasensignale abnimmt.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzeige-Steuereinrichtung (130) ferner ein Farbhel ligkeits-Steuersignal erzeugt, welches einen Farbton, der den Werten der ersten Geschwindigkeitssignale entspricht, sowie eine Helligkeit, die den Ausgangssignalen der Artefakt-Er mittlungseinrichtung (105) entspricht, festlegt und
die Anzeigeeinrichtung die Strömungsgeschwindigkeit für jede der Positionen mittels des Farbhelligkeits-Steuersignals anzeigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Artefakt-Ermittlungseinrichtung (105) eine Turbu lenz-Recheneinrichtung (113) zum Errechnen der Turbulenz in mehrfach gemessenen Werten der Phasenverschiebungen sowie ei ne Leistungs-Recheneinrichtung (111) zum Errechnen einer Summe der Leistungen mehrfach gemessener Phasensignale um faßt;
wobei die erste und die zweite Geschwindigkeits-Rechen einrichtung (100, 110) mehrmals Phasenverschiebungen errech nen, um Mittelwerte der Phasenverschiebungen abzuleiten und daraus die erste und die zweite Geschwindigkeit zu bestimmen,
wobei die Anzeige-Steuereinrichtung (130) ferner ein Farbhelligkeits-Steuersignal erzeugt, das einen Farbton ent sprechend den Ausgängen der ersten Geschwindigkeits-Rechen einrichtung (110) und eine Helligkeit entsprechend den Werten der Turbulenz und der genannten Summe der Leistung erzeugt, und die Farbanzeigeeinrichtung ferner die Strömungsgeschwin digkeit für jede der Positionen mittels des Farbhelligkeits-Steuersignals anzeigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbhelligkeits-Steuersignal eine niedrigere Helligkeit für einen abnehmenden Wert der Turbulenz festlegt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbhelligkeits-Steuersignal eine niedrigere Helligkeit für einen abnehmenden Wert der genannten Summe der Leistung festlegt.