DE68912866T2

DE68912866T2 - Ultraschall-Abbildungsgerät.

Info

Publication number: DE68912866T2
Application number: DE68912866T
Authority: DE
Inventors: Makoto Intellectual Pro Hirama; Hironobu Intellectual Pr Hongo; Kinya Intellectual Takamizawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: EP0362820B1; US5050611A; DE68912866D1; EP0362820A3; EP0362820A2; JPH0298344A; JPH0614934B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bildgebende Ultraschallvorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung, die im Stande ist, einen Tomographie-Modus (B-Modus) zum Erhalten eines Schnittbildes und einen Doppler-Modus (D-Modus) zum Erhalten von Blutstromdaten oder eines zweidimensionalen Blutstrombildes (Farbstrom-Übersichtsbild) auszuwählen.
Die bildgebende Ultraschallvorrichtung wird als Ultraschall-Diagnosevorrichtung zum Abtasten eines Patienten mit einem Ultraschall eingesetzt, um dadurch ein Schnittbild oder ein Blutstrombild des Patienten zu gewinnen und auf der Grundlage des so erhaltenen Bildes eine Diagnose des Patienten vorzunehmen. Um den Patienten mit dem Ultraschallstrahl abzutasten, ist es notwendig, den Ultraschallstrahl zu konvergieren oder abzulenken. Als Mittel zum Konvergieren oder Ablenken des Ultraschallstrahls sind Verzögerungsschaltungen in einer Ultraschall-Sendeschaltung und einer Ultraschall-Empfangsschaltung vorhanden. Im allgemeinen wird als Verzögerungsschaltung ein Analog-Verzögerungselement, z.B. LC-Verzögerungselement eingesetzt. Wenn allerdings das LC-Verzögerungselement verwendet wird, ist es schwierig, eine längere Verzögemng zu erhalten, und die Genauigkeit der Verzögerungszeit ist nicht zufriedenstellend. Besonders dann, wenn die Frequenz des Treibersignals zunimmt, wird mit Hilfe eines LC-Verzögerungselements keine ausreichende Verzögerungsleistung erreicht.
Angesichts dieser Umstände wurde vorgeschlagen (US-A-4 471 785), die Verzögerungsschaltung und ihren Peripherieabschnitt digital auszubilden. In diesem Fall muß dem Einsatz eines A/D-Wandlers Beachtung geschenkt werden. Ein Ultraschallsignal besitzt einen großen dynamischen Bereich zwischen einem hohen Signalpegel und einem niedrigen Signalpegel. Ein A/D-Wandler zur direkten A/D-Umsetzung des einen breiten dynamischen Bereich aufweisenden Signals wird üblicherweise nicht eingesetzt und ist teuer. Wäre ein derartig teurer A/D-Wandler in jedem von einer großen Anzahl von Kanälen einer bildgebenden Ultraschallvorrichtung vorhanden, würden die Herstellungskosten der Vorrichtung ansteigen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine bildgebende Ultraschallvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, einen Tomographie-Modus-Betrieb und einen Doppler-Modus- Betrieb mit Hilfe eines digitalen Verzögerungssystems durchzuführen, und die einen großen dynamischen Bereich eines Ultraschallsignals bei Verwendung eines billigen, einen schmalen dynamischen Bereich aufweisenden A/D-Wandlers abdecken kann.
Erfindungsgemäß wird eine bildgebende Ultraschallvorrichtung geschaffen, bei der eine Verstärkungssteuerschaltung zum Steuern der Verstärkung des Empfangssignals mit der Eingangsstufe eines A/D-Umsetzers zum Digitalisieren des Empfangssignals verbunden ist.
Eine bildgebende Ultraschallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die im Anspruch 1 definiert ist, enthält einen Ultraschallwandler zum Ausgeben von Ultraschallstrahlen und zum Umsetzen von Echowellen der Ultraschallstrahlen in ein B-Modus-Echosignal entsprechend einem B-Modus, um ein Tomographiebild zu erhalten, und ein D-Modus- Echosignal entsprechend einem D-Modus, um Dopplerdaten zu erhalten; eine Sendeschaltung zum Treiben des Wandlers, zum Erzeugen der Ultraschallstrahlen für das Abtasten eines Patienten; eine Empfangsschaltung mit einer Verstärkungssteuerschaltung zum Steuern der Verstärkung der B-Modus- und der D-Modus-Echosignale, die von dem Ultraschallwandler ausgegeben werden, damit der Pegel des B-Modus-Echosignals gleich groß wird wie derjenige des D-Modus-Echosignals, und zum Ausgeben der in der Verstärkung gesteuerten Echosignale, einen A/D-Wandler zum Umsetzen der in der Verstärkung gesteuerten Signale in digitale Signale, und eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern der digitalen Signale und zum Ausgeben von Empfangssignalen; eine B-Modus-Verarbeiiungsschaltung zum Erzeugen eines B-Modus-Bildsignals aus den Empfangssignalen; eine D- Modus-Verarbeitungsschaltung zum Erzeugen von Dopplerdaten aus Empfangssignalen; und eine Anzeige zum Anzeigen des B-Modus-Bildsignals und der D-Modus-Daten.
Erfindungsgemäß wird im D-Modus die Amplitude des D-Modus-Signals derart beeinflußt, daß sie mit dem Eingabebereich des A/D-Wandlers übereinstimmt. Außerdem wird beim B-Modus durch Verringerung des Verstärkungsgrads des B-Modus-Signals die Amplitude des B-Modus-Signals deart beeinflußt, das sie mit dem Eingangsbereich des A/D-Wandlers übereinstimmt. Damit läßt sich ein A/D-Wandler mit einer geringen Anzahi von Bits, d.h., einem schmalen dynamischen Bereich, in jedem Empfangskanal einsetzen, und der Tomographie-Modus sowie der Doppler-Modus lassen sich praktisch gleichzeitig ausführen.
Die Erfindung wird besser verstanden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1A und 1B ein Blockdiagramm einer bildgebenden Ultraschallvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Verstärkungssteuerschaltung, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 eingesetzt wird;
Fig. 3 eine Signalpegelverteilung eines B-Modus-Signals und eines D-Modus-Signals;
Fig. 4 ein Impulsdiagramm zum Veranschaulichen der Arbeitsweise der bildgebenden Ultraschallvorrichtung;
Fig. 5 eine weitere Verstärkungssteuerschaltung, wie sie in der Vorrichtung nach Fig. 1A und 1B eingesetzt wird.
Eine bildgebende Ultraschallvorrichtung, wie sie in Fig. 1A und 1B gezeigt ist, enthält eine Feldsonde 1, eine Sendeschaltung 2, eine digitale Empfangsschaltung 7, eine B-Modus- Verarbeitungsschaltung 8, eine D-Modus-Verarbeitungsschaltung 9 und eine Videoverarbeitungsschaltung 6. Die Feldsonde 1 wird gebildet durch n aneinanderliegend angeordnete Ultraschallwandlerelemente 1-1, 1-2 ... 1-n (n-Kanäle). Beispielsweise wird die Feldsonde 1 in der Sektorabtastbetriebsweise betrieben. In anderen Worten: die Wandlerelemente 1-1, 1-2 ... 1-n werden von der Sendeschaltung 2 derart angetrieben, daß Ultraschallstrahlen sich in einen (nicht gezeigten) Patienten ausbreiten. Dann empfangen die Wandlerelemente 1-1, 1-2, ... 1-n Echos der Ultraschallstrahlen, die von dem Patienten zurückgesendet werden, und sie liefern entsprechende Echosignale an die digitale Empfangsschaltung 7.
Die Sendeschaltung 2 enthält einen Impulsgenerator 2A, eine Sendeverzögerungschaltung 2B (2B-1, 2B-2 ...2B-n) und einen Impulsgeber 2C (2C-1, 2C-2 ... 2C-n). Der Impulsgenerator 2A gibt an die Sendeverzögerungsschaltung 2B (2B-1, 2B-2, ... 2B-n) eine Impulsrate (einen sich wiederholenden Impuls) ab, um die zeitliche Lage des Sendens und Empfangens von Ultraschallstrahlen festzulegen. Die Sendeverzögerungsschaltung 2B (2B-1, 2B-2 ... 2B-n) führt eine Sendeverzögerungssteuerung durch, d.h. sie variiert die Zeitpunkte des Erregens der Wandlerelemente elementweise, um dadurch den Sendestrahl zu fokussieren oder die Strahlen für die Sektorabtastung abzulenken. Der Impulsgeber 2C (2C-1, 2C-2, ... 2C-n) liefert ansprechend auf ein von der Sendeverzögerungsschaltung 2B (2B-1, 2B-2 ... 2B-n) ausgegebenes Sendeverzögerungssteuersignal einen Hochspannungsimpuls an das Wandlerelement 1-1 (1-2 ... 1-n).
Die Videoverarbeitungsschaltung 6 enthält einen Vollbildspeicher 6A, welcher einen Hauptbestandteil eines digitalen Abtastwandlers (DSC) zum Umsetzen eines Ultraschallstrahls in eine TV-Abtastung bildet, und einen TV-Monitor 6B. Der Vollbildspeicher 6A besitzt eine Speicherbereich, welcher einem Vollbild eines Fernsehbildschirms entspricht. In diesen Speicherbereich werden bei jedem Ultraschallraster Überlagerungsdaten aus Tomographiedaten (monochromatische Daten), die von der B-Modus-Verarbeitungsschaltung 8 ausgegeben werden, und CFM-(Farbstromübersichts-)Bilddaten (Farbdaten), die von der D-Modus-Verarbeitungschaltung 9 ausgegeben werden, eingeschrieben. Wenn ein Vollbild innerhalb des Vollbildspeichers 6A zusammengesetzt ist, wird auf dem TV-Monitor in einem Normbildformat ein Bild dargestellt, welches dadurch gebildet ist, das ein CFM- Bild einem Schnittbild überlagert ist, oder es wird ein Bild dargestellt, welches gebildet wird durch Darstellen von Blutstromdaten (nummerische Werte) auf einem Schnittbild.
Die digitale Empfangsschaltung 7 enthält einen Vorverstärker 7A (7A-1, 7A-2 ... 7A-n) mit veränderlichem Verstarkungsgrad, eine Verstärkungssteuerschaltung (AGC) 7B (7B-1, 7B-2 ... 7B-n), einen Analog/Digital-Wandler 7C (7C-1, 7C-2 ... 7C-n), ein Schieberegister 7D (7D-1, 7D-2 ... 7D-n), das als Empfangsverzögemngsschaltung dient, und einen Addierer 7E.
Der Vorverstärker 7A (7A-1, 7A-2 ... 7A-n) empfängt von dem Wandlerelement 1-1 (1-2 ... 1-n) der Feldsonde 1 ein Echosignal und verstärkt das empfangende Echosignal bis zu einem Pegel, der für die Signalverarbeitung in den hinteren Stufen der Schaltung, beispielsweise die AGC-Schaltung 7B etc. geeignet ist.
Die Verstärkungssteuerschaltung 7B (7B-1, 7B-2 ... 7B-n) ist so ausgelegt, daß sie im BModus einen geringen Verstärkungsgrad bewirkt und im D-Modus einen hohen Verstärkungsgrad bewirkt. Das Umschalten des Verstärkungspegels erfolgt, wenn z.B. ein Modus- Signal von der Steuersignal-Generatorschaltung 10 an die Verstärkungssteuerschaltung 7B gegeben wird.
Der A/D-Wandler 7C (7C-1, 7C-2 ... 7C-n) wandelt das in der Verstärkung gesteurte Echosignal jedes Kanals von der Verstärkungssteuerschaltung 7B (7B-1, 7B-2 ... 7B-n) gemäß Fig. 2 in ein digitales Signal um. Das Schieberegister 7D (7D-1, 7D-2 ...7D-n), welches als Empfangsverzögemngsschaltung dient, übernimmt eine Zwischenspeichemng des von dem A/D-Wandler 7C (7C-1, 7C-2 ... 7C-n) ausgegebenen digitalen Echosignals. Abhängig von der Sendeverzögerungssteuerung wird das Echosignal mit einer Auslese- Zeitsteuerung aus dem Schieberegister 7D ausgelesen, die der Verzögerungszeit auf der Grundlage des Strahlablenkwinkels bei der Sende-Fokussierung oder der Sektorabtastung entspricht. Dieser Auslösevorgang wird im wesentlichen als der Empfangsverzögerungssteuervorgang betrachtet. Der Addierer 7E addiert die von den jeweiligen Kanälen gelieferten, verzögerten Echosignale auf digitale Weise und gibt den addierten Wert an die B-Modus-Prozessorschaltung 8 oder die D-Modus-Prozessorschaltung 9.
Die B-Modus-Verarbeitungsschaltung 8 enthält eine Hüllkurvendetektorschaltung 8a, die durch eine Absolutwertschaltung und ein Tiefpaßfilter gebildet wird, und eine Tabelle 8B für logarithmische Umwandlung, gebildet durch einen Nur-Lese-Speicher (ROM) oder dergl. Die Hüllkurvendetektorschaltung 8A detektiert die Hüllkurve des addierten Echosignals. Die logarithmische Umwandlungstabelle 8B unterzieht die Amplitude des Hüllkurvendetektorsignals, welches von der Hüllkurvendetektorschaltung 8A ausgegeben wird, einer logarithmischen Umwandlung und ermöglicht dem sich ergebenden Umwandlungssignal die Speicherung in dem Vollbildspeicher 6A der Videoverarbeitungsschaltung 6.
Die D-Modus-Verarbeitungsschaltung 9 enthält Neuabtastschaltungen 9Aa und 9Ab zum Realisieren einer digitalen Orthogonal-Phasen-Detektion, MTI- (Moving Target Indicator) Filter 9Aa, 9Ab zum Beseitigen von Clutter-Komponenten und eine Arithmetikschaltung 9C mit einer FFT- (Fast Fourier Transformation) Arithmetikschaltung zum Berechnen von Blutstromdaten, eine Korrelations-Arithmetikschaltung zum Berechnen eines CFM-Bildes usw. Die Neuabtastschaltungen 9Aa und 9Ab erzeugen zwei Detektorsignale orthogonaler Phase aus dem addierten Echosignal unter Verwendung von Abtastimpulsen, deren Phasen voneinander um π/2 abweichen. Die MTI-Filter 9Ba und 9Bb eliminieren aus den beiden Orthogonal-Phasen-Detektorsignalen Clutter-Komponenten, die in den Dopplerverschiebungs-Komponenten der Orthogonal-Phasen-Detektorsignale enthalten sind und erzeugt werden durch die Bewegung des Herzens oder der Wandung eines Blutgefäßes. In der Arithinetikschaltung 9C berechnet die FFT-Arithmetikschaltung Blutstromdaten, beispielsweise die mittlere Geschwindigkeit oder die Varianz des Blutstroms, und zwar durch Frequenzanalyse der Eingangssignale seitens der MTI-Filter 9Ba und 9Bb, und gibt die berechneten Blutstromdaten an den Vollbildspeicher 6A. Außerdem berechnet die in der Arithmetikschaltung 9C enthaltene Korrelations-Arithmetikschaltung die Daten bezuglich der Geschwindigkeit, der Richtung und der Stelle eines Blutstroms mittels eines Autokorrelations-Prozesses, und sie unterwirft die berechneten Daten einer Farbgebungsverarbeitung, um auf diese Weise die CFM-Bilddaten zu erhalten. Die CFM-Bilddaten werden in dem Vollbildspeicher 6A abgespeichert.
Anhand der Fig. 2 wird nun die Verstärkungssteuerschaltung 7B (7B-1, 7B-2 ... 7B-n) im einzelnen beschrieben. Die Verstärkungssteuerschaltung 7B (7B-1, 7B-2 ... 7B-n) enthält ein Dämpfüngsglied 21 mit einem DämpfÜngsmaß von ξdB, und einen elektronischen Schalter 22 mit Kontakten B und D, von denen einer jeweils von einem Steuersignal seitens der Steuersignal-Generatorschaltung 10 ausgewählt ist. Im B-Modus-Betrieb ist der Kontakt B des elektronischen Schalters 22 ausgewählt, und das Ausgangssignal des Vorverstärkers 7A gelangt über das Dämpfungsglied 21 zu dem A/D-Wandler 7C. Im D- Modus-Betrieb ist der Kontakt D des elektronischen Schalters 22 ausgewählt, und das Ausgangssignal des Vorverstärkers 7A wird direkt an den A/D-Umsetzer 7C geliefert.
Vor einer Beschreibung der Betriebsweise der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform werden ein B-Modus-Schnittbildsignal (im folgenden als "B-Modus-Signal") und ein D- Modus-Dopplersignal (im folgenden als "D-Modus-Signal" bezeichnet) beschrieben.
Das B-Modus-Signal entspricht den Ultraschallwellen, die aus einer Schnittebene eines Patienten heraus reflektiert werden. Damit besitzt das B-Modus-Signal eine relativ große Stärke, d.h., das B-Modus-Signal ist ein Signal hohen Pegels. Andererseits entspricht das D-Modus-Signal den Dopplerkomponenten von Ultraschallwellen, die von Blutzellen reflektiert werden. Damit ist die Stärke des D-Modus-Signals viel geringer als diejenige des B-Modus-Signals, d.h., das D-Modus-Signal ist ein Signal niedrigen Pegels. Man muß das B-Modus-Signal und das D-Modus-Signal nicht gleichzeitig erhalten. Diese Signale lassen sich individuell verarbeiten. Die dynamischen Bereiche für die B-Modus- und die D-Modus-Signale können getrennt eingestellt werden. Wenn z.B. gemäß Fig. 3 der gesamte dynamische Bereich der B-Modus- und der D-Modus-Signale "A+B" beträgt, so wird der Bereich A dem B-Modus-Signal und der Bereich B dem D-Modus-Signal zugeordnet. Wenn der dynamische Bereich in zwei Bereiche für die B-Modus- und die D-Modus-Signale unterteilt wird und diese Signale getrennt verarbeitet werden, wird es möglich, diese Signale dadurch zu verarbeiten, daß man ein allgemeines Schaltungselement mit einem schmalen dynamischen Bereich verwendet, so daß ein Diagnosebild erhalten werden kann, welches aus praktischen Gesichtspunkten vollständig zufriedenstellend ist.
Genauer gesagt, das B-Modus-Signal wird aus einer Zone erhalten, welche ein hohes Ultraschall-Reflexionsvermögen aufweist, beispielsweise Knochen oder innere Organe. In einer derartigen Zone wird praktisch kein Blutstrom beobachtet. Damit läßt sich ein D-Modus-Bild mit geeignetem Kontrast dadurch erhalten, daß man das schwache D-Modus-Signal in geeigneter Weise verstärkt und das B-Modus-Signal sättigt.
Die Grenze des Bereichs A für das B-Modus-Signal und des Bereichs B für das D-Modus-Signal ist nicht klar. In anderen Worten, die Bereiche können sich geringfügig überlappen oder beabstandet sein. Wenn beispielsweise gemäß Darstellung im mittleren Teil der Fig. 3 der gesamte dynamische Bereich (α+β+γ) dB beträgt, so ist der dynamische Bereich für das B-Modus-Signal βdB, und der dynamische Bereich für das D-Modus-Signal ist γdB was um βdB unterhalb der unteren Grenze des Bereichs des B-Modus-Signals liegt. Das Modus-Signal enthält ein Dopplerverschiebungssignal, welches repräsentativ ist für die Bewegung von Blutzellen, und eine Clutter-Komponente, die repräsentativ ist für die Bewegung des Herzens oder der Wandung des Blutgefäßes. Es gibt einen Fall, in welchem der Pegel der Clutter-Komponente so groß wird wie der niedrigste Pegel des B-Modus-Signals (oder es können sich diese Signale überlappen, wie in Fig. 3 durch gestrichelte Linien angegeben ist). Wenn die Signale dieser dynamischen Bereiche zu verarbeiten sind, ist es notwendig, daß der A/D-Wandler 7C (7c-1, 7C-2 ... 7C-n) einen dynamischen Bereich von mindestens dem Bereich δdB aufweist. Der Grund hierfür liegt darin, daß zum Erhalten des Dopplerverschiebungssignals ohne Sättigung des B-Modus-Signals die Clutter- Komponente, der das Dopplerverschiebungssignal überlagert ist, digitalisiert werden muß, ohne die Clutter-Komponente zu sättigen.
Das B-Modus-Signal, welches das Dämpfungsglied 21 passiert hat, wird in dem in Fig. 3 gestellten Bereich A verarbeitet. Andererseits wird das D-Modus-Signal, welches das Dämpfüngsglied 21 nicht durchlaufen hat, innerhalb des Bereichs B in Fig. 3 verarbeitet, der sowohl das Dopplerverschiebungssignal als auch die Clutter-Komponente abdeckt.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der bildgebenden Ultraschallvorrichtung gemäß Fig. 1 beschrieben.
Zunächst wählt eine Bedienungsperson beispielsweise eine Sektorabtast-Betriebsart aus und stellt die Brennpunkttiefe (Einzelstufenfokus) und eine Diagnosebedingung für die Anzeige eines durch Überlagern eines Sclinittbildes (Tomographiebildes) und eines CFM-(Farbstromübersicht)Bildes erhaltenen Bildes ein. In diesem Zustand wird die Vorrichtung durch ein Steuersignal in Gang gesetzt, welches von der Steuersignal-Generatorschaltung 10 mit dem in Fig. 4 dargestellten zeitlichen Ablauf geliefert wird. In diesem Fall sind der dynamische Bereich des B-Modus-Signals und derjenige des D-Modus-Signals in der in Fig. 4 gezeigten Weise zueinander in Beziehung gesetzt.
Der Impulsgenerator 2A gibt eine Impulsfolge aus. Fünf Impulse bilden ein Ultraschallraster. Wenn der erste Impuls der Impulsfolge erzeugt wird, wird der elektronische Schalter 22 der Verstärkungssteuerschaltung 7B betätigt , um abhängig von einem seitens der Steuersignal-Generatorschaltung 10 zugefühiten Steuersignal den Kontakt B auszuwählen. Folglich wird ein Echosignal (B-Modus-Signal) durch das Dänipfüngsglied 21 um ein Dämpfungsmaß ξdB gedämpft. Das gedämpfte Signal wird dem A/D-Wandler 7C zugeführt und in ein Digitalsignal umgesetzt. Zu dieser Zeit wird der Verstärkungspegel des eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Vorverstärkers 7A von Hand derart eingestellt, daß die Amplitude des B-Modus-Signals, welches das Däinpftingsglied 21 durchläuft, mit dem Eingabebereich des A/D-Umsetzers 7C in Übereinstimmung gebracht werden kann. Das gedämpfte B-Modus-Signal wird in seinem gesamten dynamischen Bereich digitalisiert. Die digitalisierten B-Modus-Signale der einzelnen Kanäle werden von dem Addierer 7E addiert, und das addierte Signal wird in die B-Modus-Verarbeitungsschaltung 8 eingegeben. Auf der Grundlage des Summensignals liefert die B-Modus-Verarbeitungsschaltung 8 Schnittbilddaten. Die Schnittbilddaten werden in dem Vollbildspeicher 6A der Videoverarbeitungsschaltung 6 gespeichert.
Wenn der zweite Impuls der Impulsfolge erzeugt wird, wird der elektronische Schalter 22 der Verstärkungssteuerschaltung 7B zum Auswählen des Kontakts D betätigt. Das Echosignal (D-Modus-Signal) wird von der Verstärkungssteuerschaltung 7B nicht gedämpft und wird direkt in den A/D-Wandler 7C eingegeben und von diesem digitalisiert. In diesem Fall fällt der größte Teil der Amplitude des D-Modus-Signals in den Eingabebereich des A/D-Umsetzers 7C.
Nachdem sämtliche digitalisierten D-Modus-Signale addiert sind, wird das Summensignal in die D-Modus-Verarbeitungsschaltung 9 eingegeben. In der D-Modus-Verarbeitungsschaltung 9 setzen die Neuabtastschaltungen 9Aa und 9Ab das Surnmensignal um in zwei Orthogonal-Phasen-Detektorsignale. Die Orthogonal-Phasen-Detektorsignale werden durch die MTI-Filter 9Ba und 9Bb geschickt, und ihre Clutter-Komponenten werden beseitigt. Die Ausgangssignale der MTI-Filter werden der Arithmetik-Schaltung 9C zugeführt. Die Arithmetik-Schaltung 9C erzeugt Blutstromdaten, wie z.B. die Durchschnittsgeschwindigkeit, die Varianz usw. des Blutstroms auf der Grundlage der Eingangssignale. Dieser Vorgang wird bei der Erzeugung des dritten, des vierten und des fünften Impulses wiederholt, so daß vier Dopplerverschiebungsdaten-Einheiten bezgl. derselben Position erhalten werden. Basierend auf den vier Dopplerverschiebungsdaten-Einheiten werden CFM-Bilddaten bezgl. einer vorbestimmten Position des Ablenkwinkels des Strahls berechnet. Die erhaltenen CFM-Bilddaten werden in den Vollbildspeicher 6A der Videoverarbeitungsschaltung 6 eingegeben und dem zuvor in dem Vollbildspeicher 6A gespeicherten Schmttbild überlagert. Auf diese Weise werden in dem Speicher 6A Überlagerungsbilddaten gebildet.
Bei dem obigen Ausfülrrungsbeispiel wird der Verstärkungspegel der in der Eingangsstufe des A/D-Wandlers 7C der digitalen Empfangsschaltung vorgesehenen Verstärkungssteuerschaltung 7B nach Maßgabe des B-Modus oder des D-Modus geändert. Damit können das B-Modus-Signal und das D-Modus-Signal mit Amplituden erzeugt werden, die dem Eingabebereich des A/D-Wandlers 7C entsprechen (das B-Modus-Signal, wird gedämpft, das D-Modus-Signal wird nicht gedämpft).
Genauer gesagt, das B-Modus-Signal wird von dem Dämpfungsglied derart gedämpft, daß seine Amplitude im wesentlichen genauso groß ist wie diejenige des D-Modus-Signals. Durch Verwendung des A/D-Wandlers 7C mit einem Eingabebereich, der mit der Amplitude des Ausgangssignals des Vorverstärkers 7A im D-Modus übereinstimmt, lassen sich sowohl die B-Modus- als auch die D-Modus-Signale digitalisieren. In anderen Worten: Im Stand der Technik wird zum Verarbeiten der Echosignale eine Menge von n A/D-Wandlern 7B benötigt, die jeweils einen dynamischen Bereich von 14 Bits oder mehr aufweisen. Bei dieser Ausführungsform hingegen können die Echosignale von den A/D-Wandlern verarbeitet werden, die einen schmalen dynamischen Bereich von etwa 8 Bits besitzen.
Speziell gibt es eine Tendenz, wonach die Abtastfrequenz eines A/D-Wandlers, der in einem Ultraschall-Empfangsprozeß eingesetzt wird, mehr und mehr zunimmt, wobei auch die Anzahl von Kanälen mehr und mehr anwächst. Unter diesen Umständen ist es äußerst vorteilhaft auf dem Gebiet der bildgebenden Ultaschalltechnik, die Echosignale unter Verwendung von Mehrzweck-A/D-Wandlern mit etwa 8 Bits zu digitalisieren.
Fig. 5 zeigt eine Modifizierung der Verstärkungssteuerschaltung. Die Verstärkungssteuerschaltung 11B (11B-1, 11B-2 ... 11B-n) entsprechend der Schaltung 7B (7b-1,7B-2 ... 7B- n) in Fig. 1A enthält ein Dämpftingsglied 31, einen Verstärker mit veränderlicher Verstärkung, 32, und einen elektronischen Schalter 33, der abhängig von einem Steuersignal seitens des Steuersignalgenerators 10 betätigt wird, um einen der Kontakte B und D auszuwählen. Im B-Modus-Betrieb wird der elektronische Schalter 33 zur Auswahl des Kontakts B veranlaßt, so daß das Ausgangsignal des Vorverstärkers 11A (entsprechend dem Vorverstärker 7A) das Dämpfüngsglied 31 passiert und an den A/D-Wandler 7C gelangt. Im D- Modus-Betrieb wird der Schalter 33 in der Position zur Auswahl des Kontakts D belassen, so daß das Ausgangssignal des Vorverstärkers 11A dem Verstärker 32 veränderlicher Verstärkung zugeführt und dann in den A/D-Wandler 7C eingegeben wird.
Der Verstärkungsgrad des B-Modus-Signals wird von dem Vorverstärker 11A und dem Dämpfungsglied 31 gesteuert, und der Verstärkungsgrad des D-Modus-Signals wird von dem Vorverstärker 11A und dem Verstärker 32 veränderlicher Verstärkung so gesteuert, daß eine Anpassung an den Eingabebereich des A/D-Wandlers 7C erfolgt. Gleichzeitig mit dem Umschalten des B-Modus in den D-Modus oder umgekehrt steuert das von der Steuersignal-Generatorschaltung 10 kommende Steuersignal die Operation des elektronischen Schalters 33 und außerdem die Verstärkungsfaktoren des Vorverstärkers 11A und des eine variable Verstärkung aufweisenden Verstärkers 32.
Bei dem obigen Ausführüngsbeispiel kann ein Tiefpaßfilter zum Begrenzen des Eingangssignalbandes vorgesehen sein, um zyklisches Rauschen zu vermeiden. Dieses Tiefpaßfilter kann zwischen dem Vorstärker 7A (11A) und dem A/D-Wandler 7C vorgesehen sein.
Die Richtung der Strahlen kann zwischen B-Modus und D-Modus abweichen. Wenn die B- Modus- und die D-Modus-Signale nicht wie im Stand der Technik abwechselnd verwendet werden, ist die zeitliche Steuerung nicht auf den in Fig. 4 dargestellten zeitlichen Ablauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar bei einer Vorrichtung, die eine ringförmige Feldsonde verwendet.
Wie oben beschrieben, ist erfindungsgemäß die Verstärkungssteuerschaltung zum Steuern des Verstarkungsgrads des Empfangssignals in der Eingangsstufe der Schaltung zum Digitalisieren des emfangenden Signals vorgesehen. Damit können die Amplituden der B-Modus- und der D-Modus-Signale unabhängig zur Übereinstimmung mit dem A/D-Eingabebereich gebracht werden, und folglich kann ein A/D-Wandler mit einem schmalen dynamischen Bereich in jedem Empfangskanal eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung kann eine bildgebende Ultraschallvorrichtung schaffen, bei der die Genauigkeit innerhalb der Empfangsschaltung abhängig von dem Schnittbild-Modus oder dem Doppler-Modus variiert wird, um auf diese Weise die Richtungscharakteristik und die Auflösung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung kann angewendet werden bei einer bildgebenden Ultraschallvorrichtung, die mit einem Ultraschallwandler ausgestattet ist, der ein einzelnes Ultraschallwandlerelement besitzt, oder kann bei einem mechanischen Abtast-Ultraschallwandler eingesetzt werden, der ein einzelnes Ultraschallwandlerelement oder ein Feld aus mehreren Ultraschallwandlerelementen besitzt.

Claims

1. Bildgebende Ultraschallvorrichtung,

gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (10) zum Auswählen eines B-Modus, um ein Schnittbild zu erhalten, und eines D-Modus, um Dopplerdaten zu erhalten;

eine Ultraschall-Wandlereinrichtung (1), gebildet durch mindestens ein Ultraschall-Wandlerelement zum Ausgeben eines Ultraschallstrahls und zum Umsetzen einer Echowelle des Ultraschallstrahls in ein B-Modus-Echosignal entsprechend dem B-Modus, oder in ein D-Modus-Echosignal entsprechend dem D-Modus;

eine Sendeeiririchtung (2), die an die Ultraschall-Wandlereinrichtung angeschlossen ist, um dem Wandlerelement einen Treiberimpuls zur Erzeugung des Ultraschallstrahls zuzuführen;

eine Empfangseinrichtung (7) die an die Ultraschall-Wandlereinrichtung angeschlossen ist und eine Verstärkungssteuereinrichtung (7B-1, 7B-2...) zum Steuern der Verstärkung mindestens eines von den B-Modus- und den D-Modus-Echosignalen, die von der Wandlereinrichtung ausgegeben werden, aufweist, um den Pegel des B-Modus-Echosignals mit demjenigen des D-Modus-Echosignals auszugleichen und ein in der Verstärkung gesteuertes Echosignal auszugeben,

eine A/D-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln des in der Verstärkung gesteuerten Echosignals in ein digitales Signal;

eine B-Modus-Verarbeitungseinrichtung (8), die an die Empfangseinrichtung angeschlossen ist, um aus dem digitalen Signal ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen; eine D-Modus-Verarbeitungseinrichtung (9), die an die Empfangseinrichtung angeschlossen ist, um aus dem digitalen Signal Dopplerdaten zu bilden; und

eine Anzeigeeinrichtung (6), die an die B-Modus-Verarbeitungseinrichtung und an die D-Modus-Verarbeitungseirrichtung angeschlossen ist, um das B-Modus-Bildsignal und die Dopplerdaten anzuzeigen.

2. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Dämpfüngseinrichtung (21) aufweist, um das B-Modus-Echosignal derart zu dämpfen, daß der Pegel des B-Modus- Echosignals gleich demjenigen des D-Modus-Echosignals ist.

3. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anpruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Durchlaufeinrichtung zum Durchlassen des D-Modus-Echosignals und eine Schalteinrichtung (22) aufweist, um die Dämpfungseinrichtung oder die Durchlaufeinrichtung auszuwählen.

4. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Einrichtung zum Dämpfen des B-Modus-Echosignals und eine Einrichtung (32) zum Verstärken des D-Modus-Echosignals aufweist, wobei beide Einrichtungen das B-Modus-Signal dämpfen und das D-Modus-Signal derart verstärken, daß die Pegel des B-Modus- und des D-Modus-Signals einander gleich sind.

5. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Umschalteinrichtung (33) aufweist, um entweder die Dämpfungseinrichtung oder die Verstärkungssteuereinrichtung auszuwählen.

6. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung einen Vollbildspeicher (6A) aufweist, um das B-Modus-Bildsignal und die Dopplerdaten einander zu überlagern und die überlagerten Daten zu speichern.

7. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die D-Modus-Verarbeitungseinrichtung (9) auf der Grundlage des empfangenden Signals Blutstromdaten und Farbstromübersichtsdaten erzeugt.

8. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die D-Modus-Verarbeitungseinrichtung eine Einrichtung (9Aa, 9Ab) aufweist, zum Abtasten des empfangenden Signals unter Verwendung von zwei Abtastimpulsen mit um π/2 voneinander abweichenden Phasen und zum Erzeugen von zwei Detektorsignalen mit orthogonaler Phase, und eine Filtereinrichtung (9Ba, 9Bb) aufweist, um Clutter -Komponenten aus den Detektorsignalen der orthogonalen Phase zu beseitigen.

9. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ultraschall-Wandlereinrichtung (1) ein Feld mit mehreren Ultraschall- Wandlerelementen aufweist, wobei

die Sendeeinrichtung (2) jeweilige Treiberimpulse an die Wandlerelemente liefert, um die Ultraschallstrahlen zu erzeugen, die an einer bestimmten Stelle zusammengeführt werden, und den Patienten in einem vorbestimmten Abtastmodus abtasten; und

die Empfangseinrichtung (7) mehrere Verstärkungssteuereinrichtungen (7B-1, 7B-2...) aufweist, die jeweils die Verstärkung jedes der B-Modus- und D-Modus-Echosignale, die von den Wandlerelementen ausgegeben werden, derart steuern, daß der Pegel des B-Modus-Echsosignals mit dem des D-Modus-Echosignals ausgeglichen wird, und die jedes in der Verstärkung gesteuerte Echosignal ausgeben, wobei mehrere A/D-Wandlereinrichtungen jeweils das in der Verstärkung gesteuerte Echosignal in ein digitales Signal umsetzen, und eine Verzögerungs/Addier-Einrichtung aufweist, die die von der Umwandlungseinrichtung ausgegebenen Digitalsignale nach Maßgabe der Zusammenführ- und Abtastbetriebsart verzögert und sie zur Bildung eines Empfangssignals addiert.

10. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verstärkungssteuereinrichtungen eine Einrichtung (21) zum Dämpfen des B-Modus-Echosignals derart aufweist, daß der Pegel des B-Modus- Echosignals demjenigen des D-Modus-Echosignals gleicht.

11. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verstärkungssteuereinrichtungen eine Durchlaufeinrichtung zum Durchlassen des D-Modus-Echosignals und eine Schalteinrichtung (22) zum Auswählen der Dämpfüngseinrichtung oder der Durchlaufeinrichtung aufweist.

12. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Einrichtung (31) zum Dämpfen des B-Modus-Echosignals und eine Einrichtung (32) zum Verstärken des D- Modus-Echosignals aufweist, wobei beide Einrichtungen das B-Modus-Signal dämpfen und das D-Modus-Signal verstärken, damit die Pegel der B-Modus- und der D-Modus-Signale einander gleich werden.

13. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungssteuereinrichtung eine Schalteinrichtung (33) zum Auswählen entweder der Dämpfungseinrichtung oder der Verstärkungseinrichtung enthält.

14. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung einen Vollbildspeicher (6A) aufweist, um das B-Modus-Bildsignal und die Dopplerdaten einander zu überlagern und die Überlagerungsdaten zu speichern.

15. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die D-Modus-Verarbeitungseinheit (9) Blutstromdaten und Farbstromübersichtsdaten auf der Grundlage des Empfangssignals berechnet.

16. Bildgebende Ultraschallvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die D-Modus-Prozessoreinheit eine Einrichtung (9Aa, 9Ab) zum Abtasten des Empfangssignals unter Verwendung von zwei Abtastimpulsen mit voneinander um π/2 abweichender Phase und zum Erzeugen von zwei Detektorsignalen mit orthogonaler Phase, und eine Filtereinrichtung (9Ba, 9Bb) zum Beseitigen von Clutter- Komponenten aus den Detektorsignalen orthogonaler Phase aufweist.