DE10053682A1 - Ultraschall-Abbildungsverfahren und -Vorrichtung auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung veränderter Golay-Codes - Google Patents
Ultraschall-Abbildungsverfahren und -Vorrichtung auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung veränderter Golay-CodesInfo
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Abstract
Ultraschall-Abbildungsverfahren zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die nach Übertragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegenstand von dem Gegenstand reflektiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Schritte der (a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler; (b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares veränderter Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler; (d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflektierten Signale; (f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und (g) Anzeige der Abbildung gemäß dem empfangsfokussierten Signal nach der Signalverarbeitung.
Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungs
system. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Ultra
schall-Abbildungssystem auf der Grundlage der Impuls
kompressionstechnik unter Verwendung veränderter Go
lay-Codes.
Herkömmlicherweise liefert ein medizinisches Ultra
schall-Abbildungssystem Informationen über einen
menschlichen Körper durch die Übertragung kurzer Ul
traschallimpulse. Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines
herkömmlichen Kurzimpuls-Ultraschallsystems 100, das
eine Meßwertwandleranordnung 1, einen Impulsgeber 11,
einen TX-(Übertragungs-)-Fokusverzögerungsspeicher 14,
einen TX/RX-(Empfänger-)-Schalter 21, einen Empfänger
31, einen Strahlenbildner 35, einen RX-Fokusverzöge
rungseinsteller 36, einen Signalprozessor 41 und einen
Abtastsignalwandler 42 aufweist.
Der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Ver
zögerungsmuster von Ultraschallimpulsen, die von der
Meßwertwandleranordnung 1 in einen menschlichen Körper
übertragen werden sollen. Der TX-Fokusverzögerungs
speicher 14 liefert dem Impulsgeber 11 eine dem Verzö
gerungsmuster entsprechende Binärreihe.
Als Verfahren zur Bestimmung der TX-Fokusverzögerung
für jeden Meßwertwandler wird häufig eine feste Fokus
sierungstechnik angewandt, die die Energie der Ultra
schallimpulse auf einem vorbestimmten Punkt innerhalb
des Körpers fokussiert. Kürzlich wurde im Rahmen eines
Versuchs, das Problem der begrenzten Auflösung auf
grund von Übertragung mit fester Fokussierungstechnik
bei gleichzeitigem Empfang mit dynamischer Fokussie
rung eine Studie einer synthetischen Aperturtechnik
durchgeführt. Bei der synthetischen Aperturtechnik
können einer oder mehrere Meßwertwandler zur Übertra
gung von Ultraschall verwendet werden, wobei eine bi
direktionale dynamische Fokussierung bei der Übertra
gung und beim Empfang möglich ist. Durch die Verwen
dung der synthetischen Aperturtechnik kann die Auflö
sung bei gleichzeitiger Verringerung des Geräuschspan
nungsabstandes verbessert werden.
Bei dem Impulsgeber 11 handelt es sich um einen zwei
poligen Impulsgeber, der als Reaktion auf die entspre
chend dem Verzögerungsmuster eingegangene Binärreihe
ein verstärktes Signal (z. B. +80 oder -80 Volt) an die
Meßwertwandleranordnung 1 liefert. Die Spannungsabgabe
des Impulsgebers 11 mit vorbestimmter Amplitude wird
für jeden Meßwertwandler der Meßwertwandleranordnung 1
zu einer durch das Verzögerungsmuster bestimmten Zeit
verwendet.
Die Meßwertwandleranordnung 1 weist eine Anzahl von
Meßwertwandlerelementen auf und überträgt die Ultra
schallimpulse als Reaktion auf die Ausgangsspannung
des Impulsgebers 11 in einen Gegenstand wie beispiels
weise einen menschlichen Körper. Ein Teil der Meßwert
wandleranordnung 1 wird zu einem Zeitpunkt für die
Übertragung verwendet. Selbst wenn beispielsweise die
Meßwertwandleranordnung 1 128 Meßwertwandler aufweist,
übertragen nur 64 Meßwertwandler innerhalb einer Aper
tur den Ultraschall zu einem Zeitpunkt.
Die Meßwertwandleranordnung 1 empfängt auch ein Signal
einschließlich reflektierter Impulse des übertragenen
Ultraschallimpulses, der vom Inneren des Körpers re
flektiert wird.
Der TX/RX-Schalter 21 agiert als ein Duplexer zur Iso
lierung des Empfängers 31 gegen die Wirkung der hohen
Spannungsabgabe vom Impulsgeber 11. Der Schalter 21
verbindet die Meßwertwandleranordnung 1 während des
Übertragungsmodus mit dem Impulsgeber 11 und während
des Empfangsmodus mit dem Empfänger 31.
Der Empfänger 31 weist einen Vorverstärker zur Ver
stärkung des empfangenen Signals auf, sowie einen TGC
(Zeitgewinnausgleich) zum Ausgleich der Abschwächung
während der Fortpflanzung des Ultraschalls und einen
Analog-Digitalwandler zur Umwandlung des verstärkten
empfangenen Signals in ein digitales Signal.
Der Strahlenbildner 35 führt die Empfangsfokussierung
in Übereinstimmung mit dem Verzögerungsmuster vom RX-
Fokusverzögerungseinsteller 36 aus.
Der Signalprozessor 41 führt Signalverarbeitung wie
beispielsweise Hüllkurvengleichrichtung, Protokollaus
gleich durch, um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen.
Der Abtastsignalwandler 42 wandelt das B-Modus-
Bildsignal in ein Signal um, das auf einer Anzeigevor
richtung angezeigt werden kann (nicht dargestellt).
Aufgrund der Abnahme der Kraft des Ultraschalls wäh
rend der Fortpflanzung in ein stärker abschwächendes
Medium wie beispielsweise Gummi, Weichgewebe und Ähn
lichem erhält das Kurzimpuls-Abbildungssystem mögli
cherweise keine Informationen über ein Zielobjekt in
nerhalb des Körpers, von dem die Kurzimpulse reflek
tiert werden.
Da das medizinische Ultraschall-Abbildungssystem 100
dem Körper möglicherweise Schaden zufügt, wenn es die
Spitzenspannung der übertragenen Kurzimpulse erhöht,
kann die Leistung des empfangenen Signals nicht auf
diese Weise erhöht werden.
Andererseits ist eine in einem Radargerät verwendete
Impulskompressionstechnik dazu in der Lage, den Ge
räuschspannungsabstand des Ultraschall-Abbildungs
systems durch die Erhöhung der durchschnittlichen Lei
stung, anstatt durch Erhöhung der Spitzenspannung des
übertragenen Impulses zu verbessern. Beim Abbildungs
system, bei dem die Impulskompressionstechnik verwen
det wird, wird ein codierter langer Impuls anstatt des
kurzen Impulses zum Körper übertragen.
Bei dem medizinischen Abbildungssystem 100, bei dem
der herkömmliche Kurzimpuls verwendet wird, ist die
Bildauflösung bei der Ultraschallfortpflanzungsrich
tung aufgrund der Verwendung des Kurzimpulses einer
hohen Spannung abhängig von der Impulsreaktion des
verwendeten Ultraschallmeßwertwandlers. Beim Abbil
dungssystem mit Verwendung der Impulskompressionstech
nik wird die Bildauflösung jedoch durch die Konvolu
tion des Ultraschallmeßwertwandlers und des Impulses
bestimmt, da der codierte lange Impuls verwendet wird.
Bei dem Abbildungssystem mit der Impulskompressions
technik erzielt ein Impulskompressor mit einem Korre
lator am Ultraschallempfänger die Wirkungen der Kurz
impulsübertragungstechnik. Dementsprechend ist er dazu
in der Lage, den Geräuschspannungsabstand durch Über
tragung des codierten langen Impulses effektiv zu er
höhen, der eine niedrigere Spannung als die Spitzen
spannung bei der Kurzimpulstechnik aufweist.
Bei dem Ultraschall-Abbildungssystem mit Verwendung
des codierten langen Impulses ist die Systemleistung
von den Codemerkmalen abhängig. Die resultierende
Bildqualität ist insbesondere abhängig von dem Ver
hältnis der Frequenzmerkmale eines verwendeten Codes
und vom Ultraschallmeßwertwandler. Die Systemleistung
ist auch abhängig von der Ausführung des Impulskom
pressors oder der Ausführung des Korrelators.
Es wurden einige Bemühungen unternommen, um Golay-
Codes auf das Langimpuls-Ultraschall-Abbildungssystem
anzuwenden, da die Golay-Codes das Merkmal aufweisen,
daß sie Seitenstrahlungen beseitigen. Ein nicht wün
schenswertes Frequenzmerkmal der Golay-Codes besteht
jedoch darin, daß ihr Frequenzspektrum breiter ist als
das der herkömmlichen Ultraschallmeßwertwandler. Das
heißt, daß es bei der Leistung eines Golay-Codes am
Ultraschallmeßwertwandler einen Verlust gibt, der so
groß ist, daß der Geräuschspannungsabstand des Systems
ein gewünschtes Niveau nicht erreichen kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin,
Codes zu bieten, deren Frequenzmerkmale zu den Fre
quenzmerkmalen der Ultraschallmeßwertwandler passen,
sowie ein Ultraschall-Abbildungsverfahren auf der
Grundlage einer Impulskompressionstechnik mit Verwen
dung der Codes.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine Abbildungsvorrichtung zur effektiven Rea
lisierung des Ultraschall-Abbildungsverfahrens mit
Verwendung der Codes zu bieten.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung wird ein Ultraschall-Abbil
dungssystem auf der Grundlage der Impulskompressions
technik unter Verwendung von Golay-Codes, die durch
die Verwendung einer vorbestimmten Fensterfunktion
verändert werden, geboten.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine
Vorrichtung für die Übertragung von Ultraschallimpul
sen der veränderten Golay-Codes, die Impulskomprimie
rung der den übertragenen Impulsen entsprechenden, re
flektierten Signale und die Ausführung von RX-
Fokussierung auf den impulskomprimierten Signalen ge
boten.
Die vorliegende Erfindung bietet ein Ultraschall-
Abbildungsverfahren zur Bildung einer Abbildung eines
Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die nach
Übertragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegen
stand von dem Gegenstand reflektiert werden, wobei die
folgenden Schritte enthalten sind:
- a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschallim pulsen zu dem Gegenstand durch Anwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes auf einen oder mehrere Meßwertwandler;
- b) Ausführung einer Impulskompression auf einem er sten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul se;
- c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultraschallim pulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares der veränderten Golay-Codes für den ei nen oder die mehreren Meßwertwandler;
- d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zwei ten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul se;
- e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflektierten Si gnale;
- f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und
- g) Anzeige der Abbildung gemäß des nach der Signal verarbeitung empfangsfokussierten Signals.
Und die vorliegende Erfindung bietet eine Ultraschall-
Abbildungsvorrichtung zur Bildung einer Abbildung ei
nes Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die
von dem Gegenstand reflektiert werden und nach Über
tragung eines Ultraschallimpulses zu dem Gegenstand
empfangen werden, die folgendes aufweist:
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines er sten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwert wandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Si gnale des ersten Sets von auf dem Gegenstand reflek tierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflektierter Signale der auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul se nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Er zeugung erster und zweiter impulskomprimierter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskom primierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Si gnals durch Verwendung des hinzugefügten Signals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem empfangs fokussierten Signals nach der Signalverarbeitung.
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines er sten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwert wandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Si gnale des ersten Sets von auf dem Gegenstand reflek tierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflektierter Signale der auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpul se nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Er zeugung erster und zweiter impulskomprimierter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskom primierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Si gnals durch Verwendung des hinzugefügten Signals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem empfangs fokussierten Signals nach der Signalverarbeitung.
Die zuvor erwähnten Ausführungsformen und weiteren
Merkmale der Erfindung werden in den nachfolgenden
Ausführungsbeispielen erklärt, die als Einheit mit den
dazugehörigen Zeichnungen zu betrachten ist, wobei
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-
Abbildungssystems mit Verwendung einer her
kömmlichen Kurzimpulstechnik ist;
Fig. 2A bis 2E Diagramme zur Veranschaulichung von
Merkmalen der Golay-Codes sind;
Fig. 3A für die Veränderung der Golay-Codes verwende
te Fenster darstellt;
Fig. 3B und 3C Diagramme zur Veranschaulichung von
Merkmalen der in der vorliegenden Erfindung
verwendeten veränderten Golay-Codes sind;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbil
dungssystems auf der Grundlage der Impulskom
pressionstechnik unter Verwendung der verän
derten Golay-Codes in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 5A bis 5C Diagramme von korrelierten Signalen
bietet, wie man sie unter Verwendung des her
kömmlichen Impulses, der Golay-Codes und der
veränderten Golay-Codes erhält.
Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die
Verwendung veränderter Golay-Codes bei der Ultra
schallübertragung. Die bei der vorliegenden Erfindung
verwendeten Golay-Codes bestehen aus einem Paar kom
plementärer Binärreihen gleicher Länge.
Die Autokorrelationen der komplementären Reihen weisen
dieselbe Hauptstrahlung und Seitenstrahlungen in glei
cher Größenordnung, jedoch mit gegensätzlichen Polun
gen auf. Dementsprechend weist die Summierung der Au
tokorrelationen der komplementären Reihen eine Haupt
strahlung auf, deren Größenordnung das Doppelte der
Hauptstrahlung der Autokorrelation jeder Reihe be
trägt, und keine Seitenstrahlungen aufweist.
Fig. 2 stellt die Merkmale von Golay-Codes dar.
Fig. 2A und 2B stellen ein Paar aus komplementären Go
lay-Codes, und Fig. 2C und 2D stellen die Autokorrela
tionen der komplementären Golay-Codes dar. Und bei
Fig. 2E handelt es sich um die Summierung der in Fig.
2C und 2D dargestellten Autokorrelationen. In Fig. 2
stellen ai und bi die binären Elemente der komplemen
tären Codes einer Codelänge dar, wobei diese entweder
+1 oder -1 betragen. Und die Autokorrelationen der
Codes werden in Form der folgenden Gleichung (1) dar
gestellt.
Dann kann die Summierung der Autokorrelationen wie
folgt dargestellt werden.
cj + dj = 0; j ≠ 0
cj + dj = 2n Gleichung (2)
Wie oben beschrieben, sind die Frequenzspektren der
Golay-Codes in bezug auf die Frequenzmerkmale breiter
als diejenigen des typischen Ultraschallmeßwertwand
lers. Das heißt, daß es einen Verlust bei der Leistung
der Golay-Codes am Meßwertwandler gibt. Dementspre
chend besteht eine Nachfrage nach einem Verfahren für
die effektive Übertragung der Energie der Golay-Codes.
Zu diesem Zweck werden bei der vorliegenden Erfindung
die Golay-Codes durch das Multiplizieren mit einer der
Fensterfunktionen verändert, die bei der Konstruktion
des FIR-(Finite Impulse Response/endliche Impulsant
wort)-Filters verwendet werden. Bei der Summierung der
Autokorrelationen eines von einem Gegenstand nach der
Übertragung der Signale der veränderten Golay-Codes
empfangenen Signals wird die Hauptstrahlung durch die
Autokorrelation des verwendeten Fensters bestimmt, und
keine Seitenstrahlungen, die das Ergebnis der Merkmale
der unveränderten Golay-Codes gewesen wären. In Fig.
3A werden Zeitindex-Wellenformen einiger Fenster gebo
ten, die zur Erzeugung der veränderten Golay-Codes
verwendet werden können, wobei es sich um ein rechtec
kiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-
Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Dop
pelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
Nun werden die veränderten Golay-Codes anhand eines
Beispiels beschrieben. Es wird angenommen, daß die Go
lay-Codes mit der Codelänge 8 jeweils [1,-1,-1,-
1,1,1,-1,1] und [1,-1,-1,-1,-1,-1,1,-1] betragen, die
Mittelfrequenz (fo) eines übertragenen Signals 5 MHz,
und die Abtastfrequenz (fs) des übertragenen Signals
40 MHz beträgt, das heißt, die Chiprate (fo/fs) 8 be
trägt.
Wenn beispielsweise die herkömmlichen Golay-Codes ver
wendet werden, werden die folgenden Codes für die Ul
traschallübertragung zum Impulsgeber verwendet.
Um die TPE (Transmit Power Efficiency/Übertragungs
leistungswirksamkeit) zu verbessern, die als das Ver
hältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung des
Meßwertwandlers definiert wird, werden bei der vorlie
genden Erfindung veränderte Golay-Codes anstatt der
herkömmlichen Golay-Codes verwendet.
So erhält man beispielsweise durch das Multiplizieren
der herkömmlichen Golay-Codes durch ein rechteckiges
Doppelphasenfenster die veränderten Golay-Codes wie
folgt.
Ein Paar veränderter Golay-Codes der vorliegenden Er
findung, die durch eine rechteckige Doppelphasenfunk
tion m(t) mit einer Zeitdauer T multipliziert werden,
kann wie folgt ausgedrückt werden.
In der obigen Gleichung (3) stellen ga(t) und gb (t)
die herkömmlichen Golay-Codes dar, und T ist invers
zur Mittelfrequenz der Funktion des Meßwertwandler
merkmals.
Die Summierung der Autokorrelationen des Paares der
veränderten Golay-Codes wird durch folgende Gleichung
(4) ausgedrückt.
gam(t).gam(-t) + gbm(t).gbm(-t) = ramp(t/2T).m(t).m(-t)
Gleichung (4)
Die Rampenfunktion ist eine dreieckige Funktion, die
wie folgt ausgedrückt werden kann.
Die Summierung der Autokorrelationen kann auch wie
folgt berechnet werden.
gam(t).ga(-t) + gbm(t).gb(-t) = ramp(t/2T).m(t).m(-t)
Gleichung (6)
Bei Verwendung veränderter Golay-Codes werden die
Übertragungsleistungswirksamkeit und die Breite der
Hauptstrahlung in Übereinstimmung mit einem verwen
deten Fenster bestimmt. Und wenn das rechteckige
Doppelphasenfenster verwendet wird, kann ein zweipoli
ger Impulsgeber verwendet werden, um Impulse zu
erzeugen. Wenn jedoch andere Fenster, wie beispiels
weise das Hanning- und das Hamming-Fenster verwendet
werden, wird ein Digital-Analogwandler benötigt, um
die zweipoligen Impulse von dem zweipoligen Impulsge
ber linear zu verstärken.
Fig. 3B stellt Diagramme zur Veranschaulichung von
Frequenzbereichsmerkmalen der mit einem rechteckigen
Doppelphasenfenster, einem Doppelphasen-Hamming-
Fenster, einem Doppelphasen-Hanning-Fenster und einem
Doppelphasen-Bartlett-Fenster multiplizierten und ver
änderten Golay-Codes dar.
Fig. 3C stellt die Summierungsergebnisse der Autokor
relationen dar, wenn die in Fig. 3B dargestellten Si
gnale für TX(Übertragung) und RX(Empfang) verwendet
werden.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbil
dungssystems 400 in Übereinstimmung mit einer bevor
zugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie oben
beschrieben, ist das Ultraschall-Abbildungssystem 400
dadurch gekennzeichnet, daß die Impulskompression un
ter Verwendung von RF-Daten vor der RX-Strahlenbildung
ausgeführt wird, und dann das impulskomprimierte Si
gnal RX-fokussiert wird. Die vorliegende Erfindung be
seitigt Seitenstrahlungen in der Fortpflanzungsrich
tung des Ultraschalls im Nahfeld, das dann erzeugt
wird, wenn die Impulskompression nach der RX-Fokussie
rung ausgeführt wird. Außerdem vermeidet die vorlie
gende Erfindung eine Erhöhung der Breite der Haupt
strahlung.
In Fig. 4 ist das Abbildungssystem 400, welches einen
Impulsgeber 12, einen TX-Musterspeicher 13, einen TX-
Fokusverzögerungsspeicher 14, einen TX/RX-Schalter 21,
einen Empfänger 31, einen Impulskompressor 34, einen
RX-Fokusverzögerungseinsteller 36, einen Strahlenbild
ner 37, einen Signalprozessor 41 und einen Abtast
signalwandler 42 aufweist, gezeigt. Der Impulskompres
sor 34 weist einen ersten RF-Speicher 34a, einen zwei
ten RF-Speicher 34b und einen Korrelator 34c auf. Bei
dem vorliegenden System wird der Geräuschspannungsab
stand durch die Verwendung veränderter Golay-Codes und
den Korrelator 34c verbessert.
Der RX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Ver
zögerungsmuster für den Ultraschall-TX und der TX-
Musterspeicher 13 speichert ein TX-Codemuster. Gemäß
der vorliegenden Erfindung ist das TX-Codemuster ein
Paar veränderter Golay-Codes. Das in dem Speicher 13
gespeicherte TX-Codemuster wird für den Impulsgeber 12
verwendet, der entsprechend dem Verzögerungsmuster
verzögert wird. Anstatt daß der TX-Musterspeicher 13
und der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 das vorläufig
berechnete TX-Codemuster und Verzögerungsmuster spei
chern, um die Impulsgebereingangsleistung zu bieten,
wie in Fig. 4 dargestellt, kann ein Stromkreis oder
eine Software vorgesehen sein, um ein verzögertes TX-
Codemuster zu erzeugen.
Entsprechend einem verwendeten Fenster verstärkt der
Impulsgeber 12 das von dem TX-Musterspeicher 13 ver
wendete TX-Codemuster. Bei Verwendung eines rechtecki
gen Fensters kann ein zweipoliger Impulsgeber als Im
pulsgeber 12 verwendet werden, um einen zweipoligen
Impuls über den TX/RX-Schalter 21 für dia Meßwertwand
leranordnung 1 zu verwenden. Bei Verwendung eines an
deren Fensters als des rechteckigen Fensters weist der
Impulsgeber 12 den zweipoligen Impulsgeber und einen
Linearverstärker auf, um einen linear verstärkten,
zweipoligen Impuls für die Meßwertwandleranordnung 1
verwenden. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 be
schrieben, kann für den Ultraschall-TX des Golay-
Codemusters entweder eine feste Fokustechnik oder eine
synthetische Aperturtechnik verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung überträgt die Meß
wertwandleranordnung 1 die Ultraschallimpulse entspre
chend einem ersten Code (gam) eines Paares veränderter
Golay-Codes und empfängt das reflektierte Signal ent
sprechend dem ersten Code, das von einem Gegenstand
wie beispielsweise einem menschlichen Körper reflek
tiert wird. Danach überträgt der Meßwertwandler 1 die
Ultraschallimpulse entsprechend einem zweiten Code
(gbm) des Paares veränderter Golay-Codes und empfängt
das reflektierte Signal entsprechend dem zweiten Code,
der vom Gegenstand reflektiert wird.
Ähnlich wie in Fig. 1 agiert der TX/RX-Schalter 21 als
ein Duplexer, um den Empfänger 31 gegen die Wirkung
der hohen Spannung vom Impulsgeber 12 zu isolieren.
Das vom Empfänger 31 empfangene Signal ist aufgrund
seiner hohen Seitenstrahlungen nicht geeignet zur Ab
bildung eines Bildes. Dementsprechend wird der Impuls
kompressor 34 zur Verarbeitung des empfangenen Signals
verwendet, so daß die Auflösung des sich ergebenden
Bildes mit derjenigen eines herkömmlichen Abbildungs
systems mit Verwendung der Kurzimpulse vergleichbar
ist.
Zuerst wird in dem Impulskompressor 34 das von dem
Empfänger 31 empfangene RF-Signal im ersten RF-
Speicher 34a gespeichert. Da das RF-Signal für jeden
Kanal im Speicher 34a gespeichert wird, kann der Kor
relator 34c durch die Ausführung der Hardware oder der
Software selektiv vorgesehen sein. Und auch wenn eher
der herkömmliche Kurzimpuls als der Golay-Code verwen
det wird, ist das in Fig. 4 dargestellte System durch
Umgehung des Korrelators 34c als herkömmliches Ultra
schall-Abbildungssystem vorgesehen.
Der Korrelator 34c berechnet die Autokorrelation des
von dem Empfänger 31 aufgebrachten, und im Speicher
34a gespeicherten Signals.
Der zweite Speicher 34b speichert temporär die Auto
korrelation des Golay-Codes. Bei Verwendung des Golay-
Codes wird eine temporäre Speicherung benötigt, weil
der TX/RX zwei Mal ausgeführt wird. In Fig. 4 können
der erste und der zweite Speicher 34a und 34b, obwohl
jeweils dargestellt, integral als Monoblock ausgeführt
sein. Und außerdem kann in Abhängigkeit von der Kon
struktion auch der erste Speicher 34a weggelassen wer
den. Bei Verwendung des ersten Speichers 34a können
verschiedene Signalverarbeitungstechniken zusätzlich
zu der vorliegenden Erfindung angewandt werden, um die
resultierende Bildqualität zu verbessern, weil die RF-
Daten im ersten Speicher 34a gespeichert sind.
Nachdem der Korrelator 34c die Autokorrelation für den
zweiten Golay-Code berechnet hat, erhält man das im
pulskomprimierte Signal durch die Summierung der Auto
korrelation für den zweiten Code und die im Speicher
34b temporär gespeicherte Autokorrelation. Und dann
wird das impulskomprimierte Signal für den Strahlen
bildner 37 verwendet.
Der Strahlenbildner 37 führt die RX-Fokussierung unter
Bezugnahme auf die RX-Fokusverzögerung am RX-Fokus
verzögerungseinsteller 36 aus. Naoh der RX-Fokussie
rung wird die Hüllkurvengleichrichtung und der Proto
kollausgleich durch den Signalprozessor 41 ausgeführt,
um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen. Der Abtast
signalwandler 42 wandelt das B-Modus-Bildsignal von
dem Signalprozessor 41 in das für eine Anzeige (nicht
dargestellt) gewünschte Bild um.
Während bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung
beschrieben und veranschaulicht wurden, wird es Fach
leuten offensichtlich sein, daß Variationen und Ände
rungen derselben möglich sind.
Beispielsweise können eher einige andere veränderte
Golay-Codes anstelle der oben beschriebenen beim Ul
traschall-TX verwendet werden. Und auch die Verzöge
rung- und/oder Codemuster können mittels verschiedener
Schemen berechnet, und nicht nur in Speichern gespei
chert werden. Und zusätzlich zu dem, was in Fig. 4
dargestellt ist, können einige bekannte bildverbes
sernde Ultraschalltechniken beim Ultraschall-Abbil
dungssystem 400 verwendet werden.
Dementsprechend sollte verstanden werden, daß die Va
riationen und Änderungen möglich sind, ohne von den
groben Prinzipien und Lehren der vorliegenden Erfin
dung abzuweichen, die ausschließlich durch den Umfang
der beigefügten Ansprüche begrenzt sind.
Fig. 5A bis 5C bieten Diagramme korrelierter Signale
an, so wie man sie mit einem herkömmlichen Impuls, mit
dem Golay-Code und dem veränderten Golay-Code erhält.
Wie in Fig. 5A und 5B dargestellt, ist der Geräuschpe
gel im Fall der Golay-Codes viel niedriger als im Fall
der herkömmlichen Kurzimpulse. Und, wie in Fig. 5B und
5C dargestellt, liegt der Geräuschspannungsabstand im
Fall des veränderten Golay-Codes um 4 dB höher als
derjenige im Fall des Golay-Codes.
Das heißt, daß der Leistungsverlust am Ultraschallmeß
wertwandler niedrig ist, da der in der vorliegenden
Erfindung verwendete Golay-Code mit dem Frequenzspek
trum der herkömmlichen Ultraschallmeßwertwandler kom
patibel ist. Dementsprechend liegt der Geräuschspan
nungsabstand des vorliegenden Systems 400 höher als
beim herkömmlichen Golay-Code-Abbildungssystem.
Und da die Impulskompression vor der Strahlenbildung
über dem RF-Signal ausgeführt wird, kann die vorlie
gende Erfindung die Signalverzerrung insbesondere im
Nahfeld beseitigen, die bei der Ausführung der Impuls
kompression nach der Strahlenbildung erzeugt wird.
Außerdem ist das vorliegende Abbildungssystem 400 so
konzipiert, daß es nicht nur für den Fall der Verwen
dung des veränderten Golay-Codes, sondern auch für den
Fall verschiedener Codes und den Kurzimpuls geeignet
ist.
Claims (12)
1. Ultraschall-Abbildungsverfahren zur Bildung einer
Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von
Signalen, die nach Übertragung eines Ultraschall
impulses zu dem Gegenstand von dem Gegenstand re
flektiert werden, wobei die folgenden Schritte
enthalten sind:
- a) Übertragung eines ersten Sets von Ultraschall impulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend eines ersten Codes eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler;
- b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Set reflektierter Signale des ersten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ul traschallimpulse;
- c) Übertragung eines zweiten Sets von Ultra schallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwen dung der Stromspannungen entsprechend eines zweiten Codes des Paares veränderter Golay- Codes für den einen oder die mehreren Meßwert wandler;
- d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Set reflektierter Signale des zweiten Sets der von dem Gegenstand reflektierten Ul traschallimpulse;
- e) Hinzufügung der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Sets der reflek tierten Signale;
- f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und
- g) Anzeige der Abbildung.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung
eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes
erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei dem Doppelphasenfenster um ein recht
eckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-
Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster
und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der
Konvolution des ersten Sets der reflektierten Si
gnale und des ersten veränderten Golay-Codes, und
der Schritt (d) den Schritt der Berechnung der
Konvolution des Sets der zweiten reflektierten Si
gnale und des zweiten veränderten Golay-Codes um
faßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der Au
tokorrelation des ersten Sets der reflektierten
Signale, und der Schritt (d) den Schritt der Be
rechnung der Autokorrelation des zweiten Sets der
reflektierten Signale umfaßt.
6. Ultraschall-Abbildungsvorrichtung zur Bildung ei
ner Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung
von Signalen, die von dem Gegenstand reflektiert
werden und nach Übertragung eines Ultraschallim
pulses zu dem Gegenstand empfangen werden, die
folgendes aufweist:
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay- Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler inner halb eines ersten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Signale des ersten Sets von auf dem Gegenstand re flektierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflek tierter Signale der auf dem Gegenstand reflektier ten Ultraschallimpulse nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Erzeugung erster und zweiter impulskomprimier ter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskomprimierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Si gnals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem emp fangsfokussierten Signals nach der Signalverarbei tung.
Mittel zur Verwendung von Stromspannungen gemäß einem ersten Code eines Paares veränderter Golay- Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler inner halb eines ersten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes;
Mittel zum Empfang eines ersten Sets reflektierter Signale des ersten Sets von auf dem Gegenstand re flektierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Sets reflek tierter Signale der auf dem Gegenstand reflektier ten Ultraschallimpulse nach dem zweiten Zeitraum;
Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Set reflektierter Signale zur Erzeugung erster und zweiter impulskomprimier ter Signale und zur Hinzufügung der ersten und zweiten impulskomprimierten Signale;
Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des hinzugefügten Si gnals; und
Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem emp fangsfokussierten Signals nach der Signalverarbei tung.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung
eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes
erzeugt werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
es sich bei dem Doppelphasenfenster um ein recht
eckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-
Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster
und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das die Impulskompression ausführende Mittel einen
Korrelator zum Erhalt von Korrelationen eines je
den der reflektierten Signale aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das die Impulskompression ausführende Mittel wei
terhin einen Speicher zum temporären Speichern der
Autokorrelation des ersten Sets der reflektierten
Signale aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das die Impulskompression ausführende Mittel wei
terhin einen Speicher zur Speicherung des ersten
und zweiten Sets des reflektierten Signals auf
weist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das die Impulskompression ausführende Mittel fol
gendes aufweist:
Mittel zur Berechnung der Konvolution des ersten Sets der reflektierten Signale und des ersten ver änderten Golay-Codes; und
Mittel zur Berechnung der Konvolution des zweiten Sets der reflektierten Signale und des zweiten veränderten Golay-Codes.
Mittel zur Berechnung der Konvolution des ersten Sets der reflektierten Signale und des ersten ver änderten Golay-Codes; und
Mittel zur Berechnung der Konvolution des zweiten Sets der reflektierten Signale und des zweiten veränderten Golay-Codes.
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