DE2641901A1 - Ultraschall-echobildeinrichtung und -verfahren - Google Patents

Ultraschall-echobildeinrichtung und -verfahren

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Description

Patentanwälte Dipl. Ing. Haiii>iari!3n Müller Dr. rer. mit. TiiOiuuS Berendt D8 München 80 Lucile-Grahn-Skaße 38
SRI P-1140
Stanford Research Institute, 333 Ravenswood Avenue, Menlo Park, California 94025 (V. St. A.)
Ultraschall-Echobildeinrichtung -und -verfahren
Die Erfindung "bezieht sich auf eine Ultraschall-Echobildeinrichtung und ein entsprechendes Verfahren, wobei insbesondere breitbandige Ultraschallimpulse dem Untersuchungsobjekt zugeführt werden, in dieses eintreten und von Strukturgrenzen und Sprungstellen im Objekt reflektiert und zum Wandler zurückgeleitet werden. Die bei unterschiedlichen Tiefen im Untersuchungsobjekt erzeugten und empfangenen Echosignale werden einer geeigneten Anzeige zugeführt,
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und der Wandler wird relativ ztim Untersuchungsobjekt "bewegt, so daß eine zweidimensionale Anzeige erhalten wird. Dieses Verfahren, das allgemeon als B-Abtastung bezeichnet wird, verwendet häufig eine Kathodenstrahlröhren-Anzeige, bei der eine der Ablenkspannungen der Wandlerstellung proportional ist, die orthogonale Ablenkspannung dem seit dem Erregerimpuls abgelaufenen Zeitintervall propotional ist und der Kathodenstrahl durch die Stärke des empfangenen Impulses moduliert wird. Das resultierende Bild ist ein Abschnitt des UntersuchungsObjekts, der in der Ebene der sich fortpflanzenden Ultraschallwellen liegt. Es wird ein schmaler Strahl verwendet, der für eine verbesserte Querauflösung häufig auf eine Operationstiefe im Objektfeld fokussiert wird.
Eine derartige Echobildeinrichtung und ein solches Verfahren v/erden häufig zum Abbilden lebender Organismen verwendet. Impulse, die von tiefer im Organismus liegenden Streustellen reflektiert werden, werden stärker gedämpft, und es ist üblich, diese Dämpfungsunterschiede durch zeitabhängige Regelung des Verstärkungsfaktors des empfangenen Signals zu kompensieren. Es ist jedoch zu beachten, daß die Dämpfung in Organismen oder anderen Geweben sich auch mit der Frequenz der Ultraschallwelle ändert. Insbesondere erhöht sich der Dämpfungskoeffizient von Gewebe im wesentlichen linear mit der Frequenz, wobei die Hochfrequenz-Spektralanteile des reflektierenden Signals stärker als die Niederfrequenz-Spektralanteile gedämpft werden. Typischerweise fällt die Ruhe- oder Mttenfrequenz des empfangenen Signals mit zunehmender Eindringtiefe ab, und
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zwar zuerst mäßig schnell, dann steil, und schließlich langsam. Es ist also nicht nur die Amplitude des Echosignals zeitabhängig, sondern auch die Spektralverteilung des Echoenergieimpulses ist zeit- und tiefenabhängig. Bereits entwickelte Ultraschall-EchoMldeinriehtungen und -verfahren haben typischerweise zeitabhängig regelbare Verstärkungsmittel in der Signalverarbeitungseinheit für eine mit dem Operationsbereich zunehmende Verstärkung, um den Signalstärkeverlust aufgrund der Absorption im Gewebe zu kompensieren, wobei jedoch keine Kompensierung von Änderungen der Spektralverteilung des Echosignals in bezug auf Zeit, Tiefe oder Eindringtiefe vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Ultraschall-Echobildeinrichtung bzw. eines solchen Verfahrens, wobei die vorgenannten Nachteile überwunden werden und Mittel vorgesehen sind, um durch Bereichsänderungen bedingte Änderungen der Spektralverteilung des empfangenen Signals zu kompensieren. Dabei ist eine Signalverarbeitungseinheit für die empfangenen Signale vorgesehen, die eine verbesserte Auflösung und/oder einen verbesserten Rauschabstand durch Verwendung von Spektralverteilungs-Eompensationsmitteln vorsieht. Insbesondere sollen Änderungen der Spektralverteilung des empfangenen Ultraschallsignals kompensiert werden, die durch Änderungen der vom Ultraschallsignal zurückgelegten Entfernung im Untersuehungsobjekt bewirkt werden.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Ultraschall-Echobildeinrichtung eine Signalver-
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arbeitungseinheit verwendet wird, die ein Bandpaß-Regelfilter mit einer oder mehreren Filterkennlinien aufweist, die entsprechend der Laufzeit des Ultraschallimpulses im Untersuchungsobjekt regel- oder steuerbar sind. Solche steuerbaren Filterkennlinien sind z, B. der Filtertransmissionsfaktor, die Bandbreite und die Ruhefrequenz. Pur die A- und B-Abtastung bei der Ultraschalluntersuchung werden die FiIterkennlinien zeitabhängig geregelt entsprechend der Tiefe, aus der die Echosignale empfangen werden, und für die C-Abtastung werden die Filterkennlinien so eingestellt, daß sie der gewählten Bereichseinstellung angepaßt sind, normalerweise werden die Ruhefrequenz, die Bandbreite und die obere oder hochfrequente Grenzfrequenz des Filters mit zunehmender Operationstiefe verringert, wodurch die Leistungsfähigkeit der Einrichtung verbessert wird.
Durch die Erfindung wird also eine Ultraschall-Echobildeinrichtung und ein -verfahren angegeben, bei dem einem Ultraschallsignalwandler sich wiederholende Mehrfrequenz-Energieimpulse zur Impulsbeschallung eines Untersuchungsobgekts mit Ultraschallwellen zugeführt werden. Resultierende Echosignale vom Untersuchungsobjekt werden dem Wandler zugeführt, der sie in elektrische Signale umsetzt, die einer Signalverarbeitungseinheit mit einem Bandpaß-Regelfilter zugeführt werden. Eine oder mehrere Filterkennlinien sind als eine Funktion der Tiefe, aus der die Echosignale reflektiert werden, regelbar, so daß eine verbesserte Auflösung und ein verbesserter Rausckabstand des empfangenen Signals erhalten werden. Bevorzugt ist das Filter an die Rausch- und Signalspektren des Systems angepaßt. Für den
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B-Abtastbetrieb, bei dem Echosignale aus einem Bereich von Eindringtiefen erhalten werden, wird ein zeitabhängig regelbares Filter verwendet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Ultraschall-Echobildeinrichtung mit B-Abtastung, die eine Signalverarbeitungseinheit nach der Erfindung umfaßt;
Fig. 2 auf einer üblichen Frequenzskala Frequenzspektren von aus unterschiedlichen Tiefen erhaltenen Echosignalen, die Echosignale nach zeitabhängiger Verstärkungsgradkompensation und Kurven von Bandfilter-Transmissionsfaktoren als eine Funktion der Frequenz für die aus unterschiedlichen Tiefen erhaltenen Echosignale;
Fig. 3 ein Schema eines bekannten Regelfilters, das in der Signalverarbeitungseinheit nach der Erfindung verwendbar ist; und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des
Betriebs der Ultraschall-Echobildeinrichtung nach Fig. 1.
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Pig. 1 zeigt eine Ultraschall-Echobildeinrichtung mit einem Wandler 10, der als Sender und Empfänger für ültraschall-Signalimpulse verwendet wird. Zur Veranschaulichung taucht der Wandler in einen Behälter 12 ein, der ein geeignetes akustisches Übertragungsmedium 14, z. B. Wasser, zum Transport der Schallwellen enthält. Vom Wandler 10 erzeugte Ultraschall-Druckwellenimpulse werden durch eine Schallinse 16 im flüssigen Medium geleitet und durch ein schalldurchlässiges Fenster 17 mit dem Unt er suchungs objekt 18 gekoppelt, so daß die Impulse in dem Untersuelmngsobjekt fokussiert werden. Solche Anordnungen sind gut zum Abbilden lebender Organismen geeignet, z. B. zum Abbilden des Herzens in einem lebenden Körper; es ist jedoch ersichtlich, daß die Anwendung der Erfindung nicht auf solche spezifischen Fälle beschränkt ist. Bevorzugt wird dem Wandler 10 ein Breitbandimpuls von einer torgesteuerten Signalquelle 20 über einen Leistungsverstärker 22 zur Hehrfrequenzimpuls-Beschallung des Objekts 18 zugeführt. Typischerweise werden Ultraschallimpulse mit einer !Frequenz im Bereich von 1-10 Mz verwendet. Die Signalquelle 20 wird durch einen Sender-Torimpulsgenerator 24, der durch Signale eines Taktgeber- und Steuerglieds 26 gesteuert wird, aufeinanderfolgend angesteuert, normalerweise erfolgt ein periodischer Impulsbetrieb, obwohl auch im aperiodischen und im ungedämpften Impulsmodus gearbeitet werden kann. Ferner ist zu beachten, daß die Erfindung nicht auf die Anwendung irgendeiner bestimmten Breitband-Signalquelle festgelegt ist. Z. B. ist ein Breitbandbetrieb unter Anwendung einer Kurzimpulsquelle, einer Impulsfrequenzoder einer ungedämpften Kippfrequenz-Signalquelle, einer
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frequenzmodulierten (ζ. B. einer chirp-modulierten) Signalquelle, einer Signalquelle mit weißem Rauschen od. dgl. möglich.
Von den Strukturgrenzen und inneren Sprungstellen des UntersuchungsObjekts 18 reflektierte Ultrasehallimpulse werden vom Wandler 10 empfangen, und die resultierenden elektrischen Signale werden einem torgesteuerten Verstärker 28 zugeführt, der während des Empfangs- und des Sendeteils des Arbeitszyklus unter der Steuerung durch das Taktgeber- und Steuerglied 26 ein- und ausgeschaltet wird. Erwünschtenfalls kann ein Sende-Empfangs-Schalter (nicht gezeigt) für den Anschluß des Wandlers 10 an die Signalquelle 20 und die Signalverarbeitungseinheit oder den Empfänger 30 verwendet werden, so daß es nicht erforderlich wäre, den Verstärker aufzutasten, um ein Blockieren des Empfängers durch die Senderimpulse zu verhindern.
Nach der Erfindung umfaßt die Signalverarbeitungseinheit eine Regelverstärker-Regelfilter-Kompensationsstufe 32, der die verstärkten Echosignale zugeführt werden. Zur Verdeutlichung ist die Kompensationsstufe 32 mit einem gesonderten Regelverstärker 34 und einem gesonderten Regelfilter 36 dargestellt. Wie noch erläutert wird, können diese beiden Glieder in Form eines einzigen Regelverstärker-Regelfilter-Mehrstufenverstärkers, der die erwünschten Regelverstärker- und Bandfilter-Kennlinien aufweist, ausgebildet sein.
Zur Verwendung bei A- und B-Abtastbetrieb, wobei die Echosignale von einem Bereich von Entfernungen innerhalb des
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Untersuehungsobjekts empfangen werden, sind der Regelverstärker 34 und das Regelfilter 36 zeitabhängig geregelt. Die Verwendung einer zeitabhängig geregelten Signalverstärkung hei Ultraschall-Diagnoseeinrichtungen ist bekannt und umfaßt die Verwendung eines Regelverstärkers mit einem Verstärkungsfaktor, der entsprechend dem Zeitablauf seit dem letzten übertragenen Impuls zeitabhängig geregelt wird. Bei der dargestellten Einrichtung wird der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 34 entsprechend dem Ausgangssignal eines Verstärkungsfunktionsgebers 38 geregelt, wobei die Steuerung des Funktionsgebers 38 durch die Taktgeber- und Steuerstufe 26 erfolgt. Häufig ist der Funktionsgeber 38 einfach ein Sägezahngenerator, dessen Ausgangssignal den Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 34 proportional dem Arbeitsbereich erhöht derart, daß der durch Schallabsorption im Untersuchungsobjekt auftretende Signal verlust kompensiert wird. Anstelle eines Festfunktions· gebers kann ein verstellbarer Punktionsgeber verwendet werden, so daß ein Signal mit einer erwünschten Signalform zum Steuern des Verstärkungsfaktors des Verstärkers leicht erhalten wird. In jedem Fall ist die zeitabhängig geregelte Verstärkung bekannt (vgl. z. B. "Physical Principles of Ultrasonic Diagnosis", Academic Press, London, von P.U.T. Wells, 1969) und braucht daher nicht näher erläutert zu werden.
Die Filterkennlinien des Regelfilters 36 werden durch einen Filterfunktionsgeber 40 gesteuert, und dessen Operation, wird durch das Taktgeber- und Steuerglied 26 ge-
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steuert. Für den gezeigten B-Abtastbetrieb wird der Filtertransmissionsfaktor, der eine Funktion der Frequenz des Regelfilters 36 ist, als eine Funktion der Zeit durch das Ausgangssignal des Filterfunktionsgebers 40 geregelt, so daß eine verbesserte Quer- und längsauflösung des Systems sowie ein verbesserter Rauschabstand erzielt werden, wie noch unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert wird. Das Ausgangssignal der Kompensationsstufe 32 wird einem Breitbandverstärker 42 mit !Dynamikregelung zugeführt, der z. B. ein Gleichstrom-Logverstärker mit einem Kompressionsfaktor von 40-60 dB ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird von einem Hüllkurvenerfasser 44 erfaßt, der z. B. ein Zweiweggleichrichter mit einem Tiefpaßfilter ist und dessen Ausgangssignal der Hüllkurve des Breitband-Hochfrequenzausgangssignals des Verstärkers 42 proportional ist. Bei B-Abtastbetrieb wird das Ausgangssignal des Erfassers einer durch eine Kathodenstrahlröhre gebildeten Anzeigeeinheit 46, insbesondere deren Gitter,, zugeführt, um die Stärke des Elektronenstrahls zu modulieren. Es ist zu beachten, daß beim A-Abtastbetrieb das Ausgangssignal des Erfassers einfach als Ablenksignal einer Kathodenstrahlröhre zuführbar ist, so daß der Elektronenstrahl in eine Richtung abgelenkt wird, während ein mit der Operation des Senders synchronisiertes Sägezahnsignal als Ablenksignal für die Ablenkung des Strahls in eine orthogonale Richtung zugeführt wird.
Bei dem gezeigten B-Abtastbetrieb werden der Wandler 10 und die zugeordnete fokussierende Schallinse 16 mit der Abtastbewegung relativ zum Untersuchungsobjekt 18 verschoben.
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Each Pig, 1 sind der Wandler und die Schallinse auf einer beweglichen Plattform 48 angeordnet, die mit einer Abtastvorrichtung 50 über eine Mechanik 52 verbunden ist. Linearoder Sektorabtastung können angewandt werden, und zur Erläuterung ist hier die Linearabtastung über das Objekt 18 in Richtung eines Pfeils 54 dargestellt. Die Abtastvorrichtung 52 umfaßt ein Abtastlage-Informationsglied, dessen Ausgang mit dem Taktgeber- und Steuerglied 26 verbunden ist, das Ausgänge zum Synchronisieren des Sende-, Empfangs- und Anzeige-Abtastbetriebs einschließlich der Operation eines Ablenk- und Austastgenerators 56 aufweist. Ein Ausgangssignal des Generators 56 ist eine Ablenkspannung, die der Wandlerstellung bei der Abtastung proportional ist, und ein weiteres Ausgangssignal ist eine Orthogonalablenkspannung, die dem Zeitablauf seit dem Aussenden des letzten Impulses proportional ist. Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung mit irgendeiner bestimmten Abtasteinrichtung beschränkt, Z, B, kann die Schallwelle des Wandlers abgelenkt werden, so daß sie das Objekt ohne eine Relativbewegung des Wandlers und des Objekts abtastet. Auch ist die Verwendung einer Reihe von Wandlern anstelle des gezeigten Wandlers möglich.
Wie bereits erwähnt, steigt der Dämpfungskoeffizient von Gewebe, das das Untersuchungsobjekt 18 bildet, angenähert linear mit der !Frequenz an, so daß die Hochfrequenz-Spektralanteile der Echosignale stärker als die Kiederfrequenzanteile gedämpft werden. 3?igf 2 zeigt beispielhafte Spektralverteilungskurven der vom Wandler 10 empfangenen Impulsenergie (Fig. 2A) und des verstärkten Signals
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des Regelverstärkers 34 (S1Ig. 2B) für Signale, die von der Strukturgrenze zwischen dem Objekt 18 und dem Schallmedium empfangen wurden, und für Echosignale, die von inneren Sprungstellen jeweils 2 cm und 4 cm von der Strukturgrenze entfernt empfangen wurden; diese Kurven sind mit O cm, 2 cm und 4 cm bezeichnet. Die Ruhe- oder Mittenfrequenzen der von den O cm-, 2 cm- und 4 cm-Pegeln empfangenen Echosignale sind auf der Frequenzskala mit fo-0, fo-2 und fo-4 "bezeichnet. Aus Mg. 2A ist ersichtlich, daß Amplitude, Bandbreite und Ruhefrequenz des empfangenen Signals mit der Eindringtiefe abnehmen. In der Praxis fällt die Ruhefrequenz zuerst mäßig, dann steil und, bei zunehmender Eindringtiefe des Signals, mit niedrigerer Geschwindigkeit ab.
Das Verhältnis des Transmissionsfaktors gegenüber der Frequenzkennlinie des Regelfilters 36 ist so gesteuert, daß die Quer- und längsauflösung verstärkt und/oder der Rauschabstand verbessert wird. Die Querauflösung ist der Frequenz proportional und wird daher mit zunehmender frequenz besser, während die längsauflösung der Bandbreite proportional ist und daher mit zunehmender Signalbandbreite besser wird. Andererseits wird der Rauschabstand mit abnehmender Bandbreite besser. Die einander widersprechenden Forderungen für einen verbesserten Betrieb erfordern somit Kompromisse bei der Auslegung und dem Betrieb des Regelfilters 36; tatsächlich werden die Kennlinien des Regelfilters so gewählt, daß sich eine optimierte Operation des zugeordneten Ultraschallsystems er-
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gibt. Natürlich, hängt die Auslegung des Filters nicht nur von der !Frequenz und den Kennlinien der empfangenen Signale, sondern auch von der auszufilternden Art der Störsignale ab. I1Ur die vorliegende Erläuterung wird angenommen, daß der Störsignalpegel über das gesamte Betriebsfrequenzspektrum im wesentlichen gleich ist.
Es wird jetzt auf die I1Ig. 2C, 2D und 2E Bezug genommen, wobei der Transmissionsfaktor des Regelfilters 36 als eine Punktion der Frequenz bei den genannten Tiefen von O, 2 und 4 cm in Vollinien gezeigt ist. Bei einer Tiefe von 0 cm hat das Regelfilter ein breiteres Transmissionsband, das im wesentlichen bei der Mittenfrequenz fo-0 des empfangenen Signals eingemittet ist. Die nieder- und die hochfrequenten Grenzfrequenzen fcl-0 und fch-0 sind für den Transmissionsfaktor von O cm des Filters in bezug auf die Frequenzkurve von Fig. 2C angegeben.
Bei geringen Tiefen von z. B. 2 cm, bei denen die Ruhefrequenz fo-2 des empfangenen Signals verringert wird, werden die Filtertransmissionskennlinien geändert, so daß die obere Grenzfrequenz auf eine Frequenz fch-2 verringert wird (vgl. Fig. 2D). Die Bandbreite und die Ruhefrequenz des Regelfilters werden ebenfalls verringert, wenn die Ruhefrequenz des Regelfilters mit im wesentlichen der gleichen Rate nach unten verschoben wird, mit der die Ruhefrequenz fo des empfangenen Signals mit zunehmender Eindringtiefe abnimmt.
Bei zunehmender Eindringtiefe nimmt das empfangene Signal ab, so daß der Rauschabstand ebenfalls kleiner wird. In-
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folgedessen nimmt die Bedeutung der Filterkennlinien "bei größeren Operationstiefen zu. Fig. 2E zeigt die Filterkennlinien "bei einem Betrieb mit 4 cm Eindringtiefe. Hier wird die obere Grenzfrequenz fch-4 des Filters weiter verringert, die Ruhefrequenz des Filters fällt im wesentlichen mit der Ruhefrequenz fo-4 des empfangenen Signals zusammen, und die Breite des Transmissionsbandes wird beim Betrieb mit dem schmaleren Frequenzspektrum des empfangenen Signals verringert.
Es ist zu beachten, daß der über den Frequenzverläufen aufgetragene Filtertransmissionsfaktor gemäß Fig. 2G-E nur der Erläuterung eines geeigneten Regelfilters dient und daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Wenn z.B. der Rauschabstand relativ groß ist, kann das Filter bei geringen Tiefen von z. B. 2 cm mit im wesentlichen den gleichen Durchlaßkennlinien wie bei einer Tiefe von O cm arbeiten. Obwohl also die hochfrequenten Spektralanteile stärker als die niederfrequenten Spektralanteile gedämpft werden, ist es bei geringen Tiefen häufig vorteilhaft, die Hochfrequenzdurchlässigkeit des Filters aufrechtzuerhalten, da der Hochfrequenzbetrieb sich in einer guten Quer- und Längs- oder Tiefenauslösung auswirkt. Daher sind bei geringen Tiefen bis zu etwa 2 cm im wesentlichen die gleichen Filterkennlinien wie beim Betrieb mit einer Tiefe von O cm anwendbar. Bei größeren Tiefen können die Kennlinien in der erläuterten Weise geändert werden, wobei die obere Grenzfrequenz mit zunehmender Tiefe abnimmt.
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Bei einer Modifizierung der Erfindung hat das Regelfilter eine im wesentlichen festgelegte untere Grenzfrequenz ffcl (vgl. Mg, 2); das Mederfrequenzende der R.egelfilterkennlinien eines solchen modifizierten !Filters ist in den Fig. 2C-E in Strichlinien angegeben; das obere Frequenzende der Filterkemilinie "bleibt so, wie es in Vollinie gezeigt ist. Die Auslegung eines solchen Filters, bei dem nur die obere Grenzfrequenz änderbar ist, kann einfacher als diejenige eines Filters sein, bei dem auch die untere Grenzfrequenz änderbar ist. Bei dieser Ausbildung hat das Filter eine untere Grenzfrequenz, die am besten an die liiederfrequenzkennlinien des empfangenen Frequenzspektrums bei im wesentlichen maximaler Operationstiefe, die bei dem Ausführungsbeispiel etwa 6 cm beträgt, angepaßt ist. Selbstverständlich können auch andere als durch die Änderungen der oberen Grenzfrequenz, der Bandbreite und der Ruhefrequenz bedingte Änderungen des Filtertransmissionsfaktors vorgenommen werden, falls dies erwünscht oder erforderlich ist.
Wenn das Echosignal zeitabhängig regelbar ist wie bei der B—Abtastanordnung nach Fig. 1, ist der Transmissionsfaktor gegenüber der Frequenzkennlinie des Filters ebenfalls zeitabhängig geregelt; Fig. 2 zeigt nur die Operation bei drei bestimmten Eindringtiefen. Häufig ist die bestimmte zeitlich regelbare Filterkennlinie irgendeines bestimmten Filters leicht an den Frequenzgang des Systems anpaßbar durch geeignete Wahl des Verlaufs des oder der Ausgangssignale des Filterfunktionsgebers 40. Wie bereits erwähnt, kann das zum Steuern des Regelverstärkers 34 ver-
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Vr-
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wendete Signal auch zum Steuern des Regelfilters verwendet werden, so daß nur ein einziger Yerstärkungs-Filter-Funktionsgeber erforderlich ist.
Es sind viele Filter "bekannt, die einen leicht regelbaren Filtertransmissionsfaktor gegenüber der Frequenzfunktion haben, und es ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf einen bestimmten Regelfiltertyp beschränkt ist. Es gibt viele Arten von regelbaren Bandpaßfiltern, und zwar sowohl aktive als auch passive, die mit der Erfindung verwendbar sind. Es können Pi-, L- und T-PiIter sowie Kombinationen dieser Typen verwendet werden. Die US-PS 3 192 491 zeigt Zweikreis-Bandpaßfilter, die hier verwendbar sind, und auf die Lehre und den Gegenstand dieser US-PS wird hier speziell Bezug genommen. Ferner sind die Regelverstärker- und Regelfilter-Funktionen bevorzugt in einem einzigen I-Iehrstufenglied verwirklicht, das einen geeigneten Regelverstärker und ein geeignetes Regelfilter umfaßt, so daß die erwünschte Signalkompensierung durchgeführt werden kann. Bevorzugt bleiben die Phasenkennlinien des Regelfilters über dessen Operationsbereich konstant.
Wie bereits erwähnt, wird für die A- und die B-Abtastung ein zeitabhängig regelbares Filter verwendet. Solche Filter umfassen häufig spannungsgeregelte Reaktanzelemente, z. B. Kapazitätsdioden, denen das Ausgangssignal des Filterfunktionsgebers 40 über geeignete hoehkapazitive Gleichstrom-Koppelkondensatoren und Trennwiderstände
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ίο
zur Spannungsregelung ihrer Kapazität zugeführt wird. Häufig werden für solche Zwecke Yaractoren oder Reaktanzdioden verwendet. Für C-Abtastbetrieb können einfach Drehkondensatoren verwendet werden, die entsprechend der Bereichseinstellung des Abbildungssystems manuell einstellbar sind.
Zur Erläuterung zeigt Pig. 3 ein vereinfachtes "bekanntes Regelfilter. Das !-Bandpaßfilter umfaßt zwei reihengeschaltete LC-Glieder 60 und 62 in den Filterarmen und ein paralleles LC-G-lied 64 im Filterschenkel. Die IC-Glieder 60, 62 und 64 enthalten jeweils zu Abstimmungszwecken verwendete Drehkondensatoren 66 bzw. 68 bzw. Für C-Abtastbetrieb sind die Kondensatoren entsprechend der Bereichseinstellung des Abbildungssystems manuell verstellbar. Für die gezeigte B-Abtastung, bei der der Filtertransmissionsfaktor zeitabhängig regelbar ist, werden als Kondensatoren 66, 68 und 70 Kapazitätsdioden, z. B. Yaractoren, verwendet. In diesem Fall weist die Verbindung des Filterfunktionsgebers mit den Varaetordioden hochkapazitive Gleichstrom-Koppelkondensatoren und Trennwiderstände für die Spannungsregelung der Diodenkapazität auf. Bei einer solchen Anordnung erzeugt der Ausgang des Generators eine Steuerspannung für die gleichzeitige Erhöhung der Kapazität der Kondensatoren 66, und 70 mit der Zeit während des Empfangsteils der Periode, um die Filterruhefrequenz entsprechend zu verringern. Eine gleichzeitige Bandbreitenregelung des vereinfachten Filters wird durch einen Stellwiderstand 72, der mit dem Drosselwiderstand 74 in dem parallelen Resonanzkreis
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reihengeschaltet ist und dessen Wert zeitabhängig während des Empfangsteils der Periode vermindert wird, bewirkt. Mit abnehmendem Widerstandswert steigt die Neigung der Filtertransmissionsfunktion an, so daß sich die Filterbandbreite effektiv verringert. Der Stellwiderstand 72 kann z. B. ein Feldeffekttransistor sein, der als spannungsgeregelter Widerstand wirkt, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang des Filterfunktionsgebers 40 zur Steuerung des Widerstandswerts verbunden ist. Das bekannte vereinfacht dargestellte Regelfilter nach Fig. 3 soll das Verständnis der Signalverarbeitungseinheit der gezeigten Ultraschall-Diagnose einrichtung mit Regelfilter erleichtern. Das tatsächlich verwendete Regelfilter ist natürlich an die Operationskennlinien des Systems angepaßt und kann in einfacher Weise in der üblichen Regelverstärkerstufe vorgesehen sein.
Zur weiteren Erläuterung wird jetzt auf. das Ablauf diagramm nach Fig. 4 Bezug genommen. Der Wandler 10 und die Schallinse 16 werden durch die Abtastvorrichtung 50 über das Untersuchungsobjekt 18 in Richtung des Pfeils 54 bewegt. Ein Abtastlagesignal wird vom Abtastlageglied der Abtastvorrichtung erzeugt und dem Taktgeber- und Steuerglied 26 zugeführt, das Steuersignale zum Steuern der Operation des Senders, des Empfängers und der Kathodenstrahlröhre erzeugt. Während der Sendeimpulsdauer 76 werden breitbandige schmalstrahlige Ultraschallimpulse erzeugt; der Impuls wird zum Zeitpunkt T1 ausgelöst und endet zum Zeitpunkt T2. Der Impuls läuft durch die Schallinse 16 und in das Untersuchungsobjekt 18, wo er an den Strukturgrenzen des Objekts mit dem flüssigen Medium 14 und von unterschiedlichen Tiefen an Sprungstellen
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im Objekt reflektiert wird, frach einer ZeitTerzögerung zwischen den Zeitintervallen T2 und T3 wird der Empfänger aufgesteuert zum Verarbeiten der Echosignale 78. Während des Betriebs des Empfängers zwischen den Zeitintervallen T3 und 14 nimmt der Verstärkungsfaktor des Regelverstärkers 34 zu, wie durch die Verstärkungskurve 80 angedeutet ist, so daß die aus einer größeren Tiefe im Untersuchungsobjekt empfangenen Echosignale stärker verstärkt werden, wie dies bekannt ist. Kach der Erfindung wird während des Empfangsbetriebs der Transmissionsfaktor des Regelfilters 36 für verstärkte Auflösung und/oder größeren Rauschabstand geregelt.
Zum Zeitpunkt T3 nimmt die Ruhefrequenz 82 zeitabhängig von dem Pegel fo-0 ab, so daß sie im wesentlichen der mit zunehmender Eindringtiefe abnehmenden Echosignal-Ruhefrequenz angepaßt ist oder dieser folgt. Gleichzeitig nehmen die IPilterbandbreite 84 und die hochfrequente Grenzfrequenz des Filters zeitabhängig ab zur besseren Anpassung der Bandbreite des Echosignals, so daß sich ein verbesserter Rauschabstand ergibt. Zum Zeitpunkt T4 ist der Empfangsbetrieb beendet, ein weiterer Sendeimpuls wird zum Zeitpunkt T5 ausgelöst, und der Operationszyklus wird wiederholt.
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Claims (15)

  1. Patentansprüche
    \\j Ultraschall-Echobildeinrichtung zum Untersuchen des Inneren von Objekten wie Körperteilen, gekennzeichnet durch Glieder (20, 10) zum Beschallen des UntersuchungsObjekts (18) mit einem breitbandigen Ultraschallsignal, Glieder (10, 28) zum Empfangen von Echosignalen, ausgehend von Sprungstellen im Beschallungsobjekt (18), und Umwandeln derselben in elektrische Signale, und eine Stufe (j52) zum Filtern der elektrischen Signale durch ein Bandpaßfilter mit einem frequenzabhängigen Transmissionsfaktor, der entsprechend der Tiefe der Sprungstelle, die das Echosignal reflektiert, regelbar ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Glied (40) zum zeitabhängigen Regeln des Filtertransmissionsfaktors gegenüber der ITrequenzkennlinie des Bandpaßfilters (36) entsprechend der seit der Operation der Beschallungsglieder (10, 20) abgelaufenen Zeit.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters (36) regelbar ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhefrequenz des Bandpaßfilters (36) regelbar ist,
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  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßtereich des Bandpaßfilters (36) gleichzeitig mit dessen Ruhefrequenz regelbar ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Grenzfrequenz des Bandpaßfilters (36) regelbar ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hüllkurvendetektor (44) zum Erfassen der Hüllkurven der gefilterten elektrischen Signale, und durch eine Aiizeigeeinheit (46) für die erfaßten Signale.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (46) eine Kathodenstrahlröhre für die B-Abtastanzeige der erfaßten Signale aufweist, daß der Transmissionsfaktor gegenüber der Prequenzkennlinie des Bandpaßfilters (36) zeitabhängig regelbar und der Kathodenstrahl entsprechend dem Zeitablauf seit der Operation der Beschallungsglieder (10, 20) in eine Richtung ablenkbar ist, und daß ein Glied (52) zum Beschallen des Beschallungsobjekts (18) mit von den Beschallungsgliedern (20, 10) erzeugten Ultraschallsignalen während einer relativen Abtastbewegung synchron mit der Strahlablenkung der Kathodenstrahlröhre in einer Orthogonalrichtung vorgesehen ist.
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  9. 9. Ultraschall-Eehobildverfahren zum begrenzten Untersuchen von Objekten wie Körperteilen, gekennzeichnet durch.
    Beschallen wenigstens eines Abschnitts des Körperteils mit einem Strahl breitbandiger Schallenergie zum Erzeugen von Echosignalen aus dem Körper,
    Empfangen der Echosignale aus dem Körper und Umsetzen derselben in elektrische Signale,
    Leiten der elektrischen Signale durch ein Bandpaßfilter mit einem gegenüber der Srequenzkennlinie regelbaren Piltertransmissionsfaktor, und
    Regeln des Filtertransmissionsfaktors gegenüber der Prequenzkennlinie des Bandpaßfilters entsprechend der Eindringtiefe, aus der die Echosignale empfangen werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9t dadurch gekeimzeichnet, daß der Piltertransmissionsfaktor gegenüber der Prequenzkennlinie des !Filters geändert wird, während die Echosignale aus einem Eindringtiefenbereich im Korper erhalten werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zu regelnde Filtertransmissionsfaktor gegenüber der Trequenzkennlinie des Bandpaßfilters der Eilterdurchlaßbereich ist, der mit zunehmender Tiefe, aus der die Echosignale empfangen werden, vermindert wird.
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  12. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüber der Frequenzkennlinie des Bandpaßfilters zu regelnde Filtertransmissionsfaktor die Filterruhefrequenz ist, die mit zunehmender Tiefe, aus der die Echosignale empfangen werden, Terringert wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters gleichzeitig mit der Verminderung der Ruhefrequenz vermindert wird.
  14. H. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschallung durch wiederholtes Beschallen mit "breitrandigen Schallenergieimpulsen erfolgt und der Empfang nach der Impulsbeschallung durchgeführt wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenüber der Frequenzkennlinie des Bandpaßfilters zu regelnde Piltertransmissionsfaktor durch eine Verringerung der oberen Grenzfrequenz des Filters mit zunehmender Tiefe des Bereichs, aus dem die Echosignale empfangen werden, geregelt wird.
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