NO20004317L - System og fremgangsmÕte for koherent avbildning, særlig innenfor ultralydteknikk - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder generelt koherent avbildning, særlig ved hjelp av omvandlere som her vil bli kalt transdusere og som er anordnet på bestemt måte i en gruppering (et array). Grupperingen er slik at hvert enkelt element i gruppen står i et bestemt faseforhold til de øvrige elementer. Oppfinnelsen gjelder særlig et system og en fremgangsmåte for å frembringe ultralydbilder for medisinske formål samt forskjellige måter å utføre bildebehandling på, blant annet ved å la bildesignalene gjennomgå dataavhengig filtrering.

Konvensjonelle avbildningssystemer som benytter ultralydteknikk som basis for avbildningen bruker en transdusergruppe med et større antall elementer for å sende ut ultralyd i en samlet stråle og deretter motta reflekterte ultralydbølger fra det objekt som skal studeres, idet mottakingen også skjer via samme elementer i transdusergruppen. Stråleutsendingen kan arte seg som en form for avsøking med en fokusert ultralydstråle som man lar sveipe over objektet, og de reflekterte ultralydbølger mottas etter at systemet er slått om til mottaking etter et kort tidsintervall. Etter mottakingen samles strålene (fokuseres) og omvandles til elektriske signaler for videre signalbehandling og presentasjon som en avbildning. Sender- og mottakerstrålene fokuseres typisk i samme retning i løpet av hver målesyklus for å hente inn data fra en rekke punkter langs en akustisk stråle eller avsøkingslinje. Mottakeren fokuseres dynamisk ved en rekke påfølgende avstander langs avsøkingslinjen etter hvert som de reflekterte ultralydbølger mottas.

For ultralydavbildning har transdusergruppen typisk sine elementer anordnet i en eller flere rekker, og de aktiveres i sendersituasjonen av separate spenninger. Ved å velge en tidsforsinkelse (eller fasedreiningen) og amplituden for de påtrykte spenninger vil de enkelte transduserelementer i en bestemt rekke i gruppen kunne styres på slik måte at det frembringes ultralydbølger som kombineres fra hvert element og sammen gir en total ultralydbølge som sendes ut langs en bestemt vektorret-ning og fokuseres i et bestemt punkt i en viss avstand fra gruppen. De stråledannende parametre for hver sendersekvens kan varieres for å gi endringer i fokus eller på annen måte endre innholdet av de data som kan hentes inn fra de reflekterte ultralydbølger for hver slik sendersyklus, blant annet ved å sende påfølgende stråler langs samme avsøkingslinje og med hver stråles fokus forskjøvet i forhold til fokus for den tidligere stråle. Når det gjelder fasestyrt sending ved hjelp av en transdusergruppe kan man ved å endre tidsforsinkelse og amplitude for de påtrykte drivspenninger for hvert transduserelement i gruppen forskyve de utsendte ultralydbølgers fokus i et plan for avsøking av objektet. Har man en lineær gruppering av transduserelementene brukes en fokusert stråle med retning normalt på gruppens hoved- eller frontplan til avsøking over objektet ved å endre strålegangens apertur over gruppen fra den ene sendersyklus til den neste. Samme prinsipp gjelder når transdusergruppen er koplet om til mottaking for å motta de reflekterte ultralydbølger fra objektet. De spenninger som genereres i hvert enkelt transduserelement ved omvandling av ultralydenergien til elektrisk energi summeres slik at det totale mottakersignal gir en indikasjon på ultralydnivået av de bølger som reflekteres tilbake fra et enkelt fokalpunkt i objektet. Som i sendersituasjonen oppnås slik fokusert mottaking av ultralydenergien ved å legge inn forskjellig tidsforsinkelse (og/eller fasedreining) og forsterkning i hver enkelt signalkanal fra trans-dusergruppens respektive elementer.

Et ultralydbilde (eller en ultralydavbildning) er bygget opp av et stort antall avsøkingslinjer. En enkelt slik linje (eller en mindre lokalisert gruppe av-søkingslinjer) dannes ved å sende fokusert ultralydenergi til et aktuelt punkt og deretter motta den reflekterte ultralydenergi over tid fra dette punkt. Den fokuserte senderenergi danner altså en ultralydstråle som går ut fra transdusergruppen. I løpet av tiden etter en sendersyklus sørger en eller flere stråledannere i den neste mottakersyklus for koherent summering av energien som kommer inn via hvert enkelt transduserelement (i hver mottakerkanal) med en dynamisk varierende fasedreining eller tidsforsinkelser, for derved å frembringe maksimal følsomhet langs de ønskede avsøkingslinjer og ved avstander som vil være proporsjonale med den medgåtte tid. Det resulterende fokuserte følsomhetsmønster danner således en mottakerstråle. En avsøkingslinjes oppløsning vil være et resultat av direktiviteten av det tilhørende strålepar for en sender- og en etterfølgende mottakersyklus. Siden man har tidsforsinkelser i forbindelse med stråledanningen både for sender- og mottakersignalene, for hvert transduserelement vil spredt reflekterte ultralydbølger fra vev eller objekter langs styrestrålen og ved senderfokus summeres koherent og frembringe store sammensatte strålesummer, mens tilsvarende spredte refleksjonskomponenter fra objekter til siden for stråleaksen og utenfor fokusområdet vil summeres inkoherent og derved frembringe en langt mindre strålesum.

Dersom slik ultralydavsøking- og avbildning brukes innenfor medisin vil forskjellige vevstyper og anatomiske detaljer lett kunne skilles fra hverandre om man får dem vist ved forskjellig avbildningsintensitet. Intensiteten i en avbildning innenfor konvensjonell medisinsk teknikk vil være en funksjon av amplituden av det stråledannende signal på mottakersiden, det vil si etter den koherente summering av de forsinkede mottakersignaler fra hvert transduserelement. Nærmere bestemt vises logaritmen til amplituden av det stråledannende signal, med brukerinnstillbar forsterkning og kontrast og eventuelt sammen med et utvalg av gråskalaverdier i et kart hentet ut fra en tabell.

Uheldigvis er det slik at kraftige signaler ved siden av hovedstråleret-ningen også kan frembringe ekkosignaler som etter omvandlingen og inkoherent summering fremdeles vil gi et kraftig nok sammensatt signal til å degradere eller maskere de koherent summerte svakere signaler fra et aktuelt vev som skal undersøkes. I tillegg har man forskjellige anatomiske detaljer, for eksempel varierende lag av muskler og fett, som kan frembringe utbredelsestidsvariasjoner for ultralydbølgene, som bevirker at de aktuelle vev-ekkosignaler i den ønskede retning summeres inkoherent, hvorved oppløsningen reduseres.

På denne bakgrunn er det et behov for en avbildningsteknikk som er i stand til å avsløre når de akustiske data som hentes inn i en avbildningsprosess er koherente og i slike tilfeller adaptivt undertrykke disse for å hindre degradering av en ønsket avbildning. Med oppfinnelsens system og fremgangsmåte for avbildning, særlig for å bedre avbildning innenfor medisin, ved hjelp av ultralydteknikk, utnyttes blant annet dataavhengig filtrering. Et filter legges da inn for å gi kontrast mellom forskjellige vevstyper ved å skille dem fra hverandre ut fra graden av koherens for de mottatte ultra-lydsignaler. I og med fremgangsmåten oppnås også en viss grad av punktstøyunder-trykking uten derved i vesentlig grad å redusere oppløsningen. Målinger kan utføres i sanntid og med bare en beskjeden endring av apparater og kretser tilhørende allerede eksisterende ultralydavbildningssystemer. Oppfinnelsen kan tilpasses det stråledannende system i digitaldelen i et system som enten har en basisbåndstråledanner eller en stråledanner basert på ren tidsforsinkelse (også kjent som en RF-stråledanner).

En foretrukket utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte er i stand til adaptiv gjenkjenning av situasjoner som gir inkoherent avbildningsdannelse og følgelig degradering. En ultralydstråle sendes først langs en siktelinje på konvensjonell stråledannelsesmåte og ved hjelp av tidsforsinkelser koplet til de enkelte strålekom-ponenter. Ekkosignalene som følge av denne første sendersyklus behandles deretter i to separate signalkanaler hvis tidsforsinkelse innstilles for konvensjonell stråledanning langs siktehnjen for senderstrålen, i den ene av mottakersignalkanalene, mens tidsforsinkelsen i den andre innstilles for å gi inkoherent summering til samme sett retursig-naler (det vil si en tidsforsinkelse lik null). I hvert punkt i mottakerstrålen eller -vektoren sammenliknes det koherente og inkoherente summeringssignal, og er disse signaler svært forskjellige antas utgangen fra stråledannelsen via den første signalkanal å være koherent og blir ført til visning. Er imidlertid summeringssignalene ganske like antas at det foreligger inkoherens, og videreføring til visning undertrykkes. Denne pro-sess gjentas for hver vektor som representerer akustiske data og som etableres i løpet av en rekke sendersykluser, i et avsøkingsplan som tilsvarer den endelige avbildning.

Hvilken grad signalvisningen kan undertrykkes kan også endres på en eller annen systematisk måte, ut fra forholdet mellom det koherent og det inkoherent summerte signal, for eksempel kan amplituden av det viste signal baseres på forholdet mellom det inkoherent og det koherent summerte signal, eller et inverse av differansen mellom disse.

I en alternativ og likeledes foretrukket utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte sendes to ultralydstråler ut i separate sendersykluser, hver stråle med samme senderkarakteristikk og fokusert i samme senderfokusområde. Denne utførelse brukes når man bare har tilgjengelig en eneste mottakersignalkanal. For den første sendersyklus settes tidsforsinkelsen for mottakingens stråledannelse slik at amplituden av det mottatte signal i hvert punkt langs siktelinjen representerer et koherent signal, mens tidsforsinkelsen for ekkoene fra den andre sendersyklus tilsvarende settes for å frembringe en fullstendig inkoherent summering av mottakersignalene fra transdusergruppen. Tidssignalene for den andre sendersyklus settes fortrinnsvis til null, det vil si at mottakersignalene i de respektive mottakersignalkanaler ikke er tidsforsinket. For den andre sendersyklus representerer amplituden av mottakersignalene fra hvert re-fleksjonspunkt det inkoherente signal. Visnmgsbeslutningsprosessen vil være den samme som i eksemplet ovenfor.

Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj, og det vises til tegningene, hvor fig. 1 viser et blokkskjema over oppfinnelsens ultralydavbildningssystem, fig. 2 viser et blokkskjema over samme system, oppdelt i en senderdel og en mottakerdel, fig. 3 viser et blokkskjema over en del av mottakeren, i henhold til to alternative foretrukne utførelser, fig. 4 viser et blokkskjema over en detekteringsprosessor i en foretrukket utførelse, fig. 5 viser et blokkskjema over denne prosessor i en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen, og fig. 6 viser et diagram over koherensfaktoren C, C i en foretrukket utførelse i henhold til fig. 5. Diagrammet viser med heltrukket strek det lineære standardforhold (ingen omvandling), mens de to stiplede kurver Ml og M2 viser to lineære omvandlinger med terskler.

Fig. 1 viser altså et typisk ultralydavbildningssystem hvor oppfinnelsen er innpasset og som omfatter en transdusergruppe 10 med elektroakustiske omvandlere, her benevnt transduserelementer 2 og hvert innrettet for å frembringe en puls med ultralydenergi når et pulsformet drivsignal påtrykkes fra en sender 12. I en sendersyklus hvor en ultralydpuls sendes ut fra elementene 2 i transdusergruppen 10 arter ultralydenergien seg som en ultralydbølge som stråler ut og treffer et aktuelt objekt under observasjon. Fra dette objekt reflekteres ultralydbølgene tilbake og treffer transdusergruppen 10 for der å omvandles til et elektrisk signal i hvert av elementene 2. Signalet fra hvert element føres via en omkopler (T/R), slik at samtlige signaler fra transdusergruppen i den etterfølgende mottakersyklus via et omkoplersett 16 føres til en mottaker 14. Senderen 12, mottakeren 14 og omkoplersettet 16 arbeider under kommando av en sentral datamaskin 22 (ofte benevnt vertsmaskin) og som kan betjenes av en menneskelig operatør.

En komplett avsøkingssyklus utføres således ved å sende ut en rekke ultralydpulser og hente inn ultralydekkoer fra disse, ved at først omkoplersettet 16 settes til senderstilling, senderen 12 slås på for å aktivere hvert element 2, ultralydpulsene sendes ut, og deretter koples omkoplersettet 16 om til mottakerstilling tidsnok til at de innkommende ekkosignaler blir fanget opp av hvert transduserelement 2, omvandles til mottakersignaler, passerer omkoplersettet 16 og går til mottakeren 14. Signalene kombineres i mottakeren for å frembringe et samlet ekkosignal som videreføres og behandles for å fremstille en linje i et bilde som vises på en skjerm eller liknende, her kalt et displaysystem 20.

Senderen driver gruppen 10 slik at ultralydenergien dirigeres i en fokusert stråle. For å få til dette legges i senderen 12 inn en tidsforsinkelse T( for hver signalpuls 24 som påtrykkes elementene 2. Ved innstilling av denne tidsforsinkelse på passende måte og i henhold til konvensjonell teori kan ultralydstrålen dirigeres ut fra trans-dusergruppens akse 26 i en vinkel 0 og bringes til å samles i et fokus ved en bestemt avstand R fra gruppen. En sektoravsøking kan utføres ved gradvis endring av tidsforsinkelsen for påfølgende signalpåtrykk. Vinkelen 0 endres derved i trinn slik at den utsendte ultralydstråle kan gå i forskjellig retning.

Alternativt og når man har en lineær transdusergruppe avsøkes ved hjelp av en fokusert stråle som har retning normalt på gruppen, over objektet ved å endre ultralydbølgeaperturen over gruppen fra en sendersyklus og til den neste. Geometrien av en krum transdusergruppe vil tilsvare en lineær (som den viste) med unntak av at elementene følger en krum flate med konstant krumningsradius Rc-Et reflekterende punkt P har koordinatene (R, 0), men i dette tilfelle ligger samtlige mottakende transduserelementer 2 på en kuleflate med radius Rcfra et lmimningssentrum. Som for den lineære gruppe 10 kan utbredelsestid og tidsforsinkelse for stråler som sendes ut beregnes nøyaktig, og oppfinnelsens system og fremgangsmåte er derfor på ingen måte begrenset til bruk av en bestemt type transdusergruppe, lineær eller ikke.

Fig. 1 som altså viser en lineær transdusergruppe 10 indikerer hvordan ekkolydbølger reflekteres fra et eller flere objekter langs en vektor som følge av hver ultralydpuls som sendes ut. Ekkoene tas inn via elementene 2 og omvandles til ekkosignaler hvis amplitude ved et gitt tidspunkt representerer hvor stor refleksjon et bestemt område har gitt. Ved forskjell i utbredelsestiden mellom et reflekterende punkt P og hvert element 2 vil disse ekkosignaler imidlertid ikke registreres samtidig. Mottakeren 14 forsterker de separate signalene, tillegger den riktige tidsforsinkelse til hvert av dem og summerer deretter for å gi et totalt ekkosignal som på en mer presis måte indikerer hvilken total ultralydenergi som ble reflektert fra punktet P i avstanden R langs den vektor som ved en vinkel 0 i forhold til aksen 26 angir stråleretningen. Forsinkelsene for både sender- og mottakersyklusen etableres ved hjelp av vertsmaskinen 22.

En linjeomvandler 18 mottar rekken av signaler som representerer akustiske refleksjonspunkter, fra mottakeren 14 og omvandler de akustiske data til intensitetsverdier for en rekke bildeelementer som sammen bygger opp den avbildning eller det bilde som skal representere ultralydrefleksjonen. Omvandleren 18 kan særlig være innrettet for å omvandle akustiske data fra polarkoordinater (R, 0) som et sektorformat eller fra kartesiske lineære koordinater til hensiktsmessig skalerte kartesiske koordinater for å vise intensiteten i hvert punkt eller bildeelement i avbildningen ved videohastighet. Disse omvandlede rådata for avbildningen videreføres til det viste displaysystem 20 som sørger for avbildning på en skjerm eller liknende av den tidsvarierende amplitude av omhylningen av refleksjonssignalene og i samsvar med en gråskala.

Bildene i displaysystemet fremkommer fra en avbildningsdataramme hvor hvert dataelement gir en indikasjon på intensiteten av et tilhørende bildeelement i systemet. En avbildning kan for eksempel være representert ved 256x256 matrise og hvor hver intensitet for bildeelementene angis med et 8 b binært siffer. Lysintensiteten hvert bildeelement blir da en funksjon av tverrsnittet av tilbakespredningen fra sitt respektive samplingsvolum i respons på de påtrykte ultralydpulser og den gråskala som tilordnes. Avbildningen kan særlig ved medisinske anvendelser representere vev og/eller blodstrøm i et plan i en legemsdel som avsøkes.

Systemkommandoene håndteres av vertsmaskinen 22 som betjenes av operatøren via et grensesnitt (f.eks. et tastatur), for styring av de enkelte enheter og subsystemer. Maskinen 22 sørger blant annet for nivåregulering. En systembusslinje sørger for overgang fra maskinen 22 og til de enkelte enheter og subsystemer, en av-søkingskrets (heller ikke vist) gir sanntids styreinngang (akustisk vektorforhold) til de enkelte subsystemer, og denne krets kan være programmert av maskinen 22 med de bestemte vektorsekvenser og synkroniseringsmekanismer som gjelder akustisk bilde-innhenting. Kretsen styrer altså strålefordelingen og -tettheten og sender ut de stråle-parametre som fastlegges av vertsmaskinen 22 til subsystemene via en styrebusslinje (ikke vist).

Stråledannelsen på sendersiden utføres ved programmering av et digitalt sendersekvenslager 30 (se fig. 2). Hvert transduserelement 2 i transdusergruppen 10 og som representerer en bestemt ultralydbølgeapertur genererer pulser i respons på påtrykte signalpulser 24 fra en pulsgiver 28, i respons på de styrepulser som sendes ut fra lageret 30. Frekvens og lengde av pulsene bestemmes av den respektive sendersekvens, og slik at hvis for eksempel pulsgiveren 28 er bipolar vil elementene +1 og -1 for en sendersekvens omvandles til pulser med motsatt fase i pulsgiveren 28, mens elementer med verdi 0 ikke frembringer noen puls. Nytteforholdet eller pulsbredden i forhold til repetisjonsintervallet vil være proporsjonal med antallet påfølgende +1 eller -1 i sendersekvensen.

Under kommando av vertsmaskinen 22 driver senderen 12 transdusergruppen 10 slik at ultralydenergien sendes ut som en dirigert og fokusert stråle. Fokuseringen skjer som nevnt ved at forskjellige tidsforsinkelser legges inn for styrepulsene inn til pulsgiveren 28, idet forsinkelsene etableres i en forsinkelseskrets 32 for senderfokuset. Pulsamplitudene reguleres i den viste nivåregulator 34. Vertsmaskinen 22 fastlegger de betingelser som de akustiske pulser skal underlegges under sendingen. Med denne informasjon vil forsinkelse og amplitude bestemme tidspunktet og intensiteten av de utsendte ultralydpulser fra pulsgiveren 28, mens frekvens og lengde bestemmes av sendersekvensene. Særlig bestemmes tidsforsinkelsene i kretsen 32 i utgangspunktet i vertsmaskinen 22, og ved hensiktsmessig innregulering av forsinkelsen kan ultralydstrålen i hver sendersyklus fokuseres i et ønsket område.

Etter hver sending kopler omkoplersettet 16 om til mottakerstilling for å overføre returekkoene som spredt reflekteres tilbake fra objektet som avsøkes. Ekkoene omvandles og går til sine respektive mottakerkanaler 36 i mottakeren 14. Den strålesimulering som dannes der styrer viderebehandlingen av ekkosignalene under kommando av den sentrale datamaskin 22 (vertsmaskinen). Dette gjøres ved at tidsforsinkelser legges inn via en forsinkelseskrets 38 for mottakerfokus, for bruk sammen med de mottatte RF-ekkosignaler. Tidsforsinkelsene genereres i vertsmaskinen 22. En etterfølgende strålesummeringskrets 40 summerer ekkosignalene fra samtlige kanaler 36 og tilveiebringer et totalt ekkosignal som på nøyaktig måte indikerer den totale ultralydenergi som er reflektert fra flere fortløpende avstander, hver tilsvarende et bestemt senderfokuseringsornråde.

Tidsforsinkelsen på mottakersiden, for hvert enkelt ekkosignal i sin respektive kanal er den samme (Tj) som for sendersiden beskrevet ovenfor, men den endres kontinuerlig under mottakingen av ekkoene for å gi dynamisk fokusering av den mottatte ultralydstråle ved avstanden R hvor ekkosignalet har sitt utspring. Mottakeren 14 sporer strålevinkelen 0 for senderstrålen for å få fastlagt retningen, og denne sporing styres av senderen 12. Deretter samples ekkosignalene ved de enkelte avstander R og den riktige tidsforsinkelse (eller fasedreining) legges inn for dynamisk fokusering i punkter P langs strålen. Derved dannes det man kan kalle en "mottakerstråle".

Hver sending av en fokusert ultralydstråle fører altså til innhenting av en rekke "datapunkter" som representerer mengden reflektert ultralyd fra et tilsvarende antall punkter P langs senderstrålen.

Mottakeren omfatter videre en detekteringsprosessor 42 som mottar utgangssignalene fra summeringskretsen 40 og sørger for viderebehandling av de mottatte ekkosignaler før videreformidling til linjeomvandleren 18 for etterfølgende visning.

En strålesimulator eller "stråledanner" på mottakersiden og i samsvar med alternative foretrukne utførelser av oppfinnelsen er generelt vist på fig. 3. Stråledanneren omfatter flere mottakerkanaler 36 som hver har et par parallelle pro-sesseringsgrener for å utføre duplisert signalbehandling av de mottatte ekkosignaler. En av disse grener er innrettet for å frembringe fortegnsbestemte mottakersamplingsverdier Sj med koherens og hvor i = 1,2, ..., n, idet n er det totale antall kanaler. For denne sig-nalbehandlingsgren for koherent resultat settes tidsforsinkelsene som for tradisjonell ko herent stråledanning. Den andre signalgren er innrettet for å frembringe ekkosignaler ved inkoherens. Dette kan gjøres på minst to forskjellige måter, nemlig en første hvor tidsforsinkelsene settes for å tvinge de fortegnsbestemte mottakersamplingsverdier til å være inkoherente. Tidsforsinkelsene kan for eksempel settes til 0, idet dette innebærer at det ikke er noen forsinkelser, og disse samplings verdier angis medSj' på fig. 3, idet i som før er 1, 2,n. Ifølge den andre måte velges de samme tidsforsinkelser som for koherent stråledannelse i den andre signalgren, men amplitudene, det vil si absoluttverdiene av de tidsforsinkede fortegnsbestemte samplingsverdier: | S; |, i = 1, 2,n, føres ut slik at resultatet blir tidsforsinkede samplingsverdier uten fortegn.

Uavhengig av hvilken teknikk som brukes for å danne de inkoherente samplingsverdier på mottakersiden føres verdiene etter tidsforsinkelse i henhold til standardisert koherent stråledannelse ut til den viste summeringslinje 44 (A: koherent sum) for summering av mottakersamplingsverdiene fra hver mottakerkanal 36 og ved hjelp av summeringsledd (A) 48 av "rørledningstypen", slik at det frembringes et summert signal A. Tilsvarende gjøres for den inkoherente sum som føres ut på en summeringslinje 46 (B), idet summeringen utføres i tilsvarende B-summeringsledd 50 av samme type for å frembringe et summert signal B. Signalene A og B dannes av en vektorsekvens med "datapunkter", en vektor for hver sendersyklus. Signalene A og B føres videre til detekteringsprosessoren 42 (se fig. 2) for viderebehandling i henhold til de foretrukne utførelser av oppfinnelsen.

I samsvar med en foretrukket utførelse som er illustrert blokkskjematisk på fig. 4 omfatter prosessoren 42 for det første en koherensdetektor 52 med to innganger, en for hvert av signalene A og B og programmert for å sammenlikne disse signaler og tilordne en utprøvingsalgoritme for å fastlegge hvor stor grad av likhet det er mellom signalene og for å fastlegge hvilke "datapunkter" i hver vektor av det summerte signal A som utgjør inkoherente data. Dersom likheten er bedre enn en gitt terskel fastlegges i koherensdetektoren 52 at det summerte signal A, helt eller delvis representerer inkoherente data, og detektoren fører da ut et undertrykkingssignal for å undertrykke disse inkoherente data ved et eller annet punkt i signalbehandlingsrekken. Er likheten mellom signalene A og B ikke så god at terskelen oppnås sendes et slikt undertrykkingssignal ikke ut fra detektoren 52. Den algoritme som utføres av den kan da endres, for eksempel ved å sette en ny terskel eller å erstatte algoritmen med en annen i samsvar med en programmering som er tilført fra vertsmaskinen 22.

Styresignalet som føres ut fra detektoren 52 går til en undertrykkingskrets 56 som har en annen inngang som mottar det summerte signal A via en forsinkelseskrets 54.1 denne krets forsinkes signalet A fra stråledanneren på mottakersiden en viss tid, tilsvarende et tidsintervall som er større enn den signalbehandlingstid som trengs i detektoren 52. På denne måte får denne tilstrekkelig tid til å fastlegge om deler av det summerte signal A skal undertrykkes eller ikke, nemlig om en eller flere hele vektorer eller et eller flere "datapunkter" i en vektor skal undertrykkes. Fortrinnsvis gir vektoren 54 en tidsforsinkelse slik at påfølgende "datapunkter" for det summerte signal A blir synkronisert med undertrykkingssignalene, det vil si at de inkoherente data som skal undertrykkes ankommer til undertrykkingskretsen i synkronisme med det undertrykkingssignal som genereres i respons på detekteringen av de inkoherente data, idet denne detektering skjer ved hjelp av detektoren 52. Deler av det summerte signal A kan helt eller delvis være undertrykket for å frembringe et koherent summert signal A som føres ut til den etterfølgende omhylningsdetektor 58. Denne danner omhylningen av det koherente summerte signal A og viderefører den til en krets 60 for logaritmisk kompresjon. Det logaritmisk komprimerte omhylningssignal går deretter ut til linjeomvandleren 18 for omdanning til data som vedrører intensiteten av hvert enkelt bildeelement for visning.

Har man en ren tidsforsinkelsesstråledanner på mottakersiden blir signalet i hver mottakerkanal en reell og fortegnsbestemt størrelse. Summen A av signalene Sj og som er tidsforsinket for å danne en koherent stråle vil være den aritmetiske sum av disse reelle signaler. Likeledes vil summen B av signaleneSj' som i eksemplet ikke er tidsforsinket være den aritmetiske sum av reelle og fortegnsbestemte signaler. Av denne grunn vil koherensdetektoren 52 sammenlikne to reelle signaler, A og B.

Har man imidlertid en signaldanner av basisbåndtypen vil kanalsignalene representere komplekse tall I + iQ, med den reelle del I og den imaginære del Q. Det summerte signal A vil være summen av disse komplekse tall og vil altså selv være et komplekst signal, og dette betyr at signalet har to signalkomponenter, nemlig et summert faseriktig signal IA og et summert kvadratursignal QA.

På analog måte vil også det summerte signal B være et komplekst signal med en faseriktig komponent IB og en kvadraturkomponent QB. Koherensdetektoren som sammenlikner to komplekse tall får altså fire signalinnganger fra en slik stråledanner: IA, QA, IB og QB. Etter at signalene IA og QAer ført gjennom undertrykkingskretsen 56 danner omhylningsdetektoren 58 omhylningen av det komplekse signalpar ved å beregne etter formelen (IA2<+>QA<2>)<1/2>.

Fig. 5 viser en annen foretrukket utførelse av koherensdetektoren 52 (vist på fig. 2) som brukes sammen med den versjon av stråledanneren på mottakersiden hvor Sj og I Sj I føres ut i parallell fra hver sin gren og i hver kanal. I denne utførelse beregner detekteringsprosessoren 42 en koherensfaktor C for hvert "datapunkt" i mot-takersignalet, det vil si for hvert bildeelement i avbildningen. Koherensfaktoren C defineres som forholdet mellom to størrelser: amplituden av summen av mottakersignalene Sj og summen av amplitudene | s, - | for de mottatte signaler:

Fig. 5 viser en krets hvor forholdet gitt av likningen over beregnes i detekteringsprosessoren 42 ved at det er absoluttverdien av den koherente sum A (blokk 62) som beregnes, hvoretter forholdet mellom absoluttverdien av den koherente sum A og den inkoherente sum B beregnes (blokk 64), det vil si C = | A | / B.

Har man en stråledanner av ren tidsforsinkelsestype blir summen B av absoluttverdiene av de tidsforsinkede signaler Sj summen av reelle signaler uten tallverdi, det vil si tall som ikke er negative. Som tidligere angitt er summen A den aritmetiske sum av reelle og tallverdibestemte signaler.

Har man en basisbåndstråledanner vil på samme måte som forklart ovenfor signalet A representeres ved I- og Q-verdien som: (I<2>+ Q2) m, og den inkoherente sum for en slik stråledanner vil være summen av absoluttverdiene for hvert (komplekst) kanalsignal, det vil si et reelt tall som ikke er negativt.

Følgelig vil koherensfaktoren C være en reell positiv størrelse. Minsteverdien vil være null, siden den er forholdet mellom to positive tall. Telleren i likning (1) kan bare falle bort dersom samtlige s, - er null, og i dette tilfelle vil også nevneren forsvinne, og man definerer da at C = 0 gjelder. Maksimalverdien av C er 1. Dette følger av Bessels ulikhet:

hvor A og B er to vilkårlige vektorer. C er lik 1 bare når st er en konstant uavhengig av i, det vil si når mottakersignalene er perfekt koherente, det vil si identiske, over hele transdusergruppen 10.

Det kan være fordelaktig å utføre "romfiltrering" av koherensfaktoren siden - tilsvarende normalamplitudeavbildningen - denne faktor kan være beheftet med punktstøy. Koherensinformasjonen kan derved filtreres todimensjonalt eller romlig for å redusere punktstøyen uten dermed å degradere den tilsynelatende oppløsning av det endelige bilde vesentlig i de tilfeller hvor de aktuelle koherensdata ikke kan vises uavhengig (med et transparent overlappende bilde og en modifisert gråskala). Faktoren kan for eksempel filtreres med et enkelt 5x5 filter som gir middelverdien av de 25 verdier for midtpunktet i filterkjernen med dimensjon 5x5. Bruken av romfiltrering øker kontrasten mellom for eksempel en nyres mørkere og lysere områder og for å gi bedre avbildning av fett- og muskelvev.

En annen eventuell mulighet er å kartlegge eller omvandle koherensfaktoren før den føres til visning eller forsterkes før visningen, for å optimalisere de innkommende koherensdata for bestemte avbildningsformål. Den alternative omvandling eller skalering som er gitt ved kurvene Ml og M2 på fig. 6 vil for eksempel nulle ut data når koherensfaktoren C er under en bestemt terskelverdi, og dette kan være hensiktsmessig i tilfeller hvor det diagnostiske hovedformål er å fastslå om det er blodkar i en avbildning.

Koherensfaktoren C gir uavhengig informasjon om vevet som undersøkes. Faktoren kan vises som et separat bildeelement eller i form av et gjennomsiktig fargekart som er lagt oppå en B-modusavbildning. Alternativt kan koherensinformasjonen kombineres med amplitudeinformasjonen og vises som et enkelt gråskalabilde. I det enkleste tilfelle består denne kombinasjon av multiplikasjon, samplingsverdi etter samplingsverdi av amplituden ved stråledannelsen på mottakersiden, med koherensfaktoren og deretter visning av den modifiserte amplitude på konvensjonell måte (logaritmisk kompresjon og linjeomvandling).

Fig. 5 viser hvordan dette kan gjøres selektivt for å vise koherensinformasjonen alene, amplitudeinformasjonen alene eller en kombinasjon av dette. I samsvar med oppfinnelsens foretrukne utførelse legges amplituden av den koherente sum, det vil si IA | inn i et R-9-lager 66 som holder samplingsverdiene for hver avstand R og for hver avsøkmgsretning, gitt ved vinkelen 0. Koherensfaktoren C, beregnet som beskrevet ovenfor legges deretter inn i et separat R-Ø-lager 68. Informasjonen kan også filtreres og skaleres, og i så fall utføres dette i lageret 68 som i realiteten er et bufferlager, ved å bruke et todimensjonalt filter 70 og et koherenskart 72. De filtrerte og skalerte koherensfaktordata er indikert ved utgangsstørrelsen C på fig. 5 og 6.

Absoluttverdiutgangen |a| fra lageret 66 koples til inngangen av en første trestillings omkopler 74 som i stilling 1 viderefører utgangen til en første inngang på en multiplikator 78.1 stilling 2 går utgangen ingen steder, mens den i stilling 3 går til den ene inngang på kretsen 60 for logaritmisk kompresjon og som inneholder et lager for en oppslagstabell.

Tilsvarende går utgangen fra lageret 68 i form av faktoren C til inngangen av en andre omkopler 76, også med tre stillinger. I stilling 1 koples til inngangen av multiplikatoren 78, nemlig den andre inngang. I stilling 2 videreføres til inngangen på den allerede omtalte linjeomvandler 18, og i stilling 3 ender utgangen blindt.

I en første arbeidsmodus er det bare de aktuelle koherensdata som vises, og dette skjer ved å kople begge omkoplere 75 og 76 til stilling 2. Utgangen C går da direkte til linjeomvandleren 18 for omvandling og videreføring til en lineær skala i displaysystemet 20 (se fig. 1).

I en andre arbeidsmodus er det bare de aktuelle amplitudedata som vises, og dette utføres ved å sette begge omkoplere til stilling 3. Utgangen | A | går da direkte til kretsen 60 for logaritmisk kompresjon og føres videre på tilsvarende måte som ovenfor via omvandleren 18 og til systemet 20.

I en tredje arbeidsmodus vises produktet mellom koherens- og amplitudedata, ved å stille omkoplerne til stilling 1. Utgangene | A | og C går til hver sin inngang på multiplikatoren 78, og samplingsverdi for samplingsverdi multipliseres amplitudedata med de respektive koherensfaktorer. Resultatet går til logaritmisk kompresjon, linjeomvandling og visning som tidligere.

De foretrukne utførelser som her er beskrevet er typiske, og andre ut-førelser kan naturligvis også tenkes. Undertrykkingskretsen 56 er for eksempel anordnet foran omhylningsdetektoren 58, men de inkoherente "datapunkter" kan imidlertid undertrykkes ved ethvert trinn i signalveien mellom stråledannerutgangen på mottakersiden og displaysystemet 20. Særlig kan undertrykkingen utføres i selve omhylningsdetektoren, i linjeomvandleren eller i en separat videoprosessor mellom denne omvandler og displaysystemet. I tillegg innbefatter undertrykkingen enten reduksjon av amplituden av de akustiske data som skal avbildes i respons på et undertrykkingssignal fra koherensdetektoren, eller utnulling av disse data i respons på dette undertrykkingssignal. Disse variasjoner og modifikasjoner vil alle være dekket av oppfinnelsen, slik denne avgrenses av patentkravene nedenfor.

Uttrykket "som en funksjon av" i patentkravene betyr egentlig ikke "som en funksjon av bare" det som følger etterpå, for eksempel vil uttrykket "å bestemme y som en funksjon av x" gjelde alle tilfeller hvor y både kan bestemmes som en funksjon av x alene og som en funksjon av x og en eller flere andre variable, for eksempel z.

Claims (31)

1. System for avbildning og med: en transdusergruppe (10) med flere transduserelementer (2), en sender (12) med kretser for å danne en stråle og for å påtrykke pulssig-naler på transdusergruppen (10) i en sendermodus, for å sende ut en stråle av bølgeenergi som fokuseres i et senderfokusområde, en mottaker (14) med kretser for å danne en stråle og koplet til transdusergruppen (10) for, i en mottakermodus å danne en første vektor av innhentede data ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å stråledanne ekkoer fra senderfokusområdet, og en strålesummeringskrets (40) for inkoherente signaler og koplet til transdusergruppen (10) for, i mottakermodus å etablere en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : en signalprosesseringskjede for omvandling av den første vektor til en vektor av avbildningsdata, hvilken kjede omfatter en undertrykkingskrets (56) for å undertrykke de innhentede data tilhørende den første vektor i respons på et kommandosignal, en koherensprosessor som er programmert for å gi ut kommandosignalet til undertrykkingskretsen (56) dersom i det minste en gitt grad av likhet forefinnes mellom den første og den andre vektor, og et displaysystem (20) for visning av et bilde som har en bildelinje som representerer bildedatavektoren.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at signalprosesseringskjeden omfatter en omhylningsdetektor (58), og at undertrykkingskretsen (56) er anordnet foran denne i signalveien.

3. System ifølge krav 1, karakterisert ved at koherensprosessoren er programmert for å fastslå om i det minste den forhåndsbestemte grad av likhet forefinnes ved å sammenlikne tilsvarende "datapunkter" for den første og den andre vektor med hverandre, idet sammenlikningen utføres over en lengde av disse vektorer.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at undertrykkingskretsen (56) er innrettet for å redusere amplituden av de innhentede data for den første vektor i respons på kommandosignalet.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at underriykkingskretsen (56) er innrettet for å nulle ut de innhentede data i den første vektor i respons på kommandosignalet.

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgeenergien er ultralydenergi, og at de innhentede data er akustiske data.

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved at kretsene for å generere en stråle på mottakersiden og strålesummeringskretsen (40) omfatter flere felles mottakerkanaler (36).

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at summeringskretsen (40) omfatter elementer for å summere tallverdien av ekkosignalene med tidsforsinkelsene.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at summeringskretsen for inkoherens omfatter elementer for summering av ekkosignalene uten tidsforsinkelser.

10. System ifølge krav 1, karakterisert ved at summeringskretsen for inkoherens omfatter elementer for summering av ekkosignalene med tidsforsinkelser generert for ikke å utføre strålegenerering av ekkoer fra senderfokusområdet.

11. Fremgangsmåte for koherent avbildning, karakterisert ved : (a) sending av en stråle av bølgeenergi som er fokusert i et senderfokusområde i et medium, (b) mottaking av ekkoer fra mediet etter en avsluttet sendersyklus, (c) etablering av en første vektor av innhentede data som fremkommer ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å danne stråleekkoer fra senderfokusområdet, (d) etablering av en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, (e) bestemmelse av om i det minste en forhåndsbestemt grad av likhet forefinnes mellom den første og den andre vektor, (f) undertrykking av innhentede data tilhørende den første vektor dersom det forefinnes en slik forhåndsbestemt grad av likhet, (g) omvandling av de innhentede data tilhørende den første vektor til en bildedatavektor dersom en slik grad av likhet ikke forefinnes, og (h) visning av et bilde med en bildelinje som representerer bildedatavektoren.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at bestemmelsen av eventuell likhet omfatter sammenlikning av tilsvarende "datapunkter" i vektorene med hverandre, langs en lengde av vektorene.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at undertrykkingen omfatter reduksjon av amplituden av de innhentede data i den første vektor dersom graden av likhet er større enn den forhåndsbestemte terskelverdi.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at undertrykkingen omfatter nulling av de innhentede data i den første vektor dersom graden av likhet er større enn den forhåndsbestemte terskelverdi.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at bølgeenergien er ultralydenergi, og at de innhentede data er akustiske data.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den andre vektor av innhentede data dannes ved å summere størrelsen av ekkosignalene med tidsforsinkelsene.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den andre vektor dannes ved å summere ekkosignalene uten tidsforsinkelser.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at den andre vektor dannes ved å summere ekkosignalene med tidsforsinkelser generert for ikke å danne stråler av ekkoene fra senderfokusområdet.

19. System for avbildning og som omfatter: (a) midler for å sende ut en stråle av bølgeenergi for fokusering i et senderfokusområde i et medium, (b) midler for å ta imot ekkoer fra mediet etter en avsluttet sendersyklus, (c) midler for å danne en første vektor av innhentede data utledet ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å danne stråler av ekkoer fra senderfokusområdet, og (d) midler for å danne en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : (e) midler for å bestemme om minst en forhåndsbestemt grad av likhet forefinnes mellom den første og den andre vektor, (f) midler for å undertrykke de innhentede data for den første vektor dersom en slik likhet forefinnes, (g) midler for omvandling av de innhentede data for den første vektor til en bildedatavektor dersom det ikke forefinnes noen slik grad av likhet, og (h) midler for visning av et bilde med en bildelinje som representerer bildedatavektoren.

20. System for avbildning og som omfatter: en transdusergruppe (10) med flere transduserelementer (2), et displaysystem (20) for visning av et bilde med en bildelinje som representerer en bildedatavektor, og en sentral datamaskin (22), karakterisert ved at datamaskinen er innrettet/programmert til å utføre eller få utført følgende: (a) aktivering av transduserelementene (2) for å sende ut en stråle av bølgeenergi for fokusering i et senderfokusområde, (b) etablering av en første vektor av innhentede data utledet ved å summere ekkosignaler som er detektert av transduserelementene (2), med tidsforsinkelser generert for å danne stråler av ekkoer fra senderfokusområdet, (c) etablering av en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, (d) bestemmelse av om minst en forhåndsbestemt grad av likhet forefinnes mellom den første og den andre vektor, (e) undertrykking av de innhentede data for den første vektor dersom denne grad av likhet forefinnes, (f) omvandling av de innhentede data for den første vektor til en bildedatavektor dersom den forhåndsbestemte grad av likhet ikke forefinnes, og (g) styring av displaysystemet (20) for å vise et bilde med en bildelinje som representerer bildedatavektoren.

21. System ifølge krav 20, karakterisert ved at bølgeenergien er ultralydenergi, og at de innhentede data er akustiske data.

22. System ifølge krav 20, karakterisert ved at datamaskinen (22) danner den andre vektor ved å summere størrelsene av ekkosignalene med tidsforsinkelsene.

23. System ifølge krav 20, karakterisert ved at datamaskinen (22) danner den andre vektor ved å summere ekkosignalene uten tidsforsinkelser.

24. System ifølge krav 20, karakterisert ved at datamaskinen (22) danner den andre vektor ved å summere ekkosignalene med tidsforsinkelser generert for ikke å danne stråler av ekkoene fra senderfokusområdet.

25. System for avbildning og med: en transdusergruppe (10) med flere transduserelementer (2), en sender (12) med kretser for å danne en stråle og for å påtrykke pulssig-naler på transdusergruppen (10) i en sendermodus, for å sende ut en stråle av bølgeenergi som fokuseres i et senderfokusområde, en mottaker (14) med kretser for å danne en stråle og koplet til transdusergruppen (10) for, i en mottakermodus å danne en første vektor av innhentede data ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å stråledanne ekkoer fra senderfokusområdet, og en strålesummeringskrets (40) for inkoherente signaler og koplet til transdusergruppen (10) for, i mottakermodus å etablere en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : en koherensprosessor for å danne en vektor av koherensfaktordata ved å beregne en koherensfaktor (C) for hvert tilsvarende par av "datapunkter" tilhørende den første og den andre vektor av innhentede data, og et displaysystem (20) for visning av et bilde med en bildelinje som representerer vektoren for disse koherensfaktordata.

26. System ifølge krav 25, karakterisert ved at bølgeenergien er ultralydenergi, og at de innhentede data er akustiske data.

27. System ifølge krav 25, karakterisert ved at summeringskretsen for inkoherens omfatter elementer for å summere størrelsen av ekkosignalene med tidsforsinkelsene for å danne en inkoherent sum for hvert "datapunkt" for den andre vektor, og at koherensprosessoren omfatter elementer for å bestemme absoluttverdien av hvert "datapunkt" tilhørende den første vektor og elementer for å beregne forholdet mellom absoluttverdien og den inkoherente sum for hvert tilhørende par "datapunkter" for både den første og den andre vektor.

28. System for avbildning og med: en transdusergruppe (10) med flere transduserelementer (2), en sender (12) med kretser for å danne en stråle og for å påtrykke pulssig-naler på transdusergruppen (10) i en sendermodus, for å sende ut en stråle av bølgeenergi som fokuseres i et senderfokusområde, en mottaker (14) med kretser for å danne en stråle og koplet til transdusergruppen (10) for, i en mottakermodus å danne en første vektor av innhentede data ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å stråledanne ekkoer fra senderfokusområdet, en strålesummeringskrets (40) for inkoherente signaler og koplet til transdusergruppen (10) for, i mottakermodus å etablere en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : en prosessor for å danne en vektor av amplitudedata ved å bestemme en størrelse for hvert "datapunkt" tilhørende den første vektor av innhentede data, etablering av en vektor av koherensfaktordata ved å beregne en koherensfaktor (C) for hvert tilhørende par "datapunkter" for vektoren av amplitudedata og den andre vektor av innhentede data, og etablering av en vektor av sammensatte data ved å beregne et produkt for hvert tilhørende par "datapunkter" for vektoren av amplitudedata og vektoren av koherensfaktordata, og et displaysystem (20) for visning av et bilde med en bildelinje som representerer vektoren av sammensatte faktordata.

29. System ifølge krav 28, karakterisert ved at bølgeenergien er ultralydenergi, og at de innhentede data er akustiske data.

30. Fremgangsmåte for koherent avbildning, karakterisert ved : (a) sending av en stråle av bølgeenergi som er fokusert i et senderfokusområde i et medium, (b) mottaking av ekkoer fra mediet etter en avsluttet sendersyklus, (c) etablering av en første vektor av innhentede data som fremkommer ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å danne stråleekkoer fra senderfokusområdet, (d) etablering av en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : (e) etablering av en vektor av koherensfaktordata ved å beregne en koherensfaktor for hvert tilhørende par "datapunkter" for den første og den andre vektor av innhentede data, og (f) visning av et bilde med en bildelinje som representerer vektoren av koherensfaktordata.

31. Fremgangsmåte for koherent avbildning, karakterisert ved : (a) sending av en stråle av bølgeenergi som er fokusert i et senderfokusområde i et medium, (b) mottaking av ekkoer fra mediet etter en avsluttet sendersyklus, (c) etablering av en første vektor av innhentede data som fremkommer ved å summere ekkosignaler med tidsforsinkelser generert for å danne stråleekkoer fra senderfokusområdet, (d) etablering av en andre vektor av innhentede data ved inkoherent summering av ekkosignalene, karakterisert ved : (e) etablering av en vektor av amplitudedata ved å bestemme en størrelse for hvert "datapunkt" tilhørende den første vektor av innhentede data, (f) etablering av en vektor av koherensfaktordata ved å beregne en koherensfaktor for hvert tilhørende par "datapunkter" for vektoren av amplitudedata og den andre vektor av innhentede data, (g) etablering av en vektor av sammensatte data ved å beregne et produkt for hvert tilhørende par "datapunkter" for vektoren av amplitudedata og vektoren av koherensfaktordata, og (h) visning av et bilde med en bildelinje som representerer vektoren av sammensatte faktordata.