DE10053682B4 - 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-Codes Download PDF

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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, wobei die folgenden Schritte enthalten sind:
(a) Übertragung eines ersten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler, wobei die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden und wobei das Dop pelphasenfenster aus einer Gruppe, welche ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster aufweist, ausgewählt wird;
(b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Satz reflektierter Signale des ersten Satzes der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse;
(c) Übertragung eines zweiten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend einem zweiten Code des Paares veränderter Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler;
(d) Ausführung einer Impulskompression auf einem...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Abbildungssystem. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Ultraschall-Abbildungssystem auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung veränderter Golay-Codes.
  • Herkömmlicherweise liefert ein medizinisches Ultraschall-Abbildungssystem Informationen über einen menschlichen Körper durch die Übertragung kurzer Ultraschallimpulse. 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-Fokusverzögerungseinsteller 36, einen Signalprozessor 41 und einen Abtastsignalwandler 42 aufweist.
  • Der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Verzögerungsmuster von Ultraschallimpulsen, die von der Meßwertwandleranordnung 1 in einen menschlichen Körper übertragen werden sollen. Der TX-Fokusverzögerungsspeicher 14 liefert dem Impulsgeber 11 eine dem Verzögerungsmuster entsprechende Binärreihe.
  • Als Verfahren zur Bestimmung der TX-Fokusverzögerung für jeden Meßwertwandler wird häufig eine feste Fokussierungstechnik angewandt, die die Energie der Ultraschallimpulse auf einem vorbestimmten Punkt innerhalb des Körpers fokussiert. Kürzlich wurde im Rahmen eines Versuchs, das Problem der begrenzten Auflösung aufgrund von Übertragung mit fester Fokussierungstechnik bei gleichzeitigem Empfang mit dynamischer Fokussierung zu lösen, eine Studie einer synthetischen Aperturtechnik durchgeführt. Bei der synthetischen Aperturtechnik können einer oder mehrere Meßwertwandler zur Übertragung von Ultraschall verwendet werden, wobei eine bidirektionale dynamische Fokussierung bei der Übertragung und beim Empfang möglich ist. Durch die Verwendung der synthetischen Aperturtechnik kann die Auflösung bei gleichzeitiger Verringerung des Geräuschspannungsabstandes verbessert werden.
  • Bei dem Impulsgeber 11 handelt es sich um einen zweipoligen Impulsgeber, der als Reaktion auf die entsprechend 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 Ultraschallimpulse als Reaktion auf die Ausgangsspannung des Impulsgebers 11 in einen Gegenstand wie beispielsweise einen menschlichen Körper. Ein Teil der Meßwertwandleranordnung 1 wird zu einem Zeitpunkt für die Übertragung verwendet. Selbst wenn beispielsweise die Meßwert wandleranordnung 1 128 Meßwertwandler aufweist, übertragen nur 64 Meßwertwandler innerhalb einer Apertur den Ultraschall zu einem Zeitpunkt.
  • Die Meßwertwandleranordnung 1 empfängt auch ein Signal einschließlich reflektierter Impulse des übertragenen Ultraschallimpulses, der vom Inneren des Körpers reflektiert wird.
  • Der TX/RX-Schalter 21 agiert als ein Duplexer zur Isolierung 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 Verstärkung 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, Protokollausgleich durch, um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen.
  • Der Abtastsignalwandler 42 wandelt das B-Modus-Bildsignal in ein Signal um, das auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden kann (nicht dargestellt).
  • Aufgrund der Abnahme der Kraft des Ultraschalls während der Fortpflanzung in ein stärker abschwächendes Medium wie beispielsweise Gummi, Weichgewebe und Ähnlichem erhält das Kurzim puls-Abbildungssystem möglicherweise keine Informationen über ein Zielobjekt innerhalb des Körpers, von dem die Kurzimpulse reflektiert 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 Geräuschspannungsabstand des Ultraschall-Abbildungssystems durch die Erhöhung der durchschnittlichen Leistung, anstatt durch Erhöhung der Spitzenspannung des übertragenen Impulses zu verbessern. Beim Abbildungssystem, bei dem die Impulskompressionstechnik verwendet 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 Ultraschallfortpflanzungsrichtung aufgrund der Verwendung des Kurzimpulses einer hohen Spannung abhängig von der Impulsreaktion des verwendeten Ultraschallmeßwertwandlers. Beim Abbildungssystem mit Verwendung der Impulskompressionstechnik wird die Bildauflösung jedoch durch die Konvolution des Ultraschallmeßwertwandlers und des Impulses bestimmt, da der codierte lange Impuls verwendet wird. Bei dem Abbildungssystem mit der Impulskompressionstechnik erzielt ein Impulskompressor mit einem Korrelator am Ultraschallempfänger die Wirkungen der Kurzimpulsübertragungstechnik. Dementsprechend ist er dazu in der Lage, den Geräuschspannungsabstand durch Übertragung des codierten langen Impulses effektiv zu erhöhen, der eine niedrigere Spannung als die Spitzenspannung 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 Verhältnis der Frequenzmerkmale eines verwendeten Codes und vom Ultraschallmeßwertwandler. Die Systemleistung ist auch abhängig von der Ausführung des Impulskompressors 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 wünschenswertes 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.
  • Eine in der DE 199 09 699 A1 beschriebene Puls-Dopplertechnik verwendet eine codierte Anregung beim Senden und Pulskompression beim Empfangen. Die codierte Anregung erlaubt, daß ein langer Sendeimpuls beim Empfang so komprimiert wird, daß der größte Teil der Energie in ein kurzes Intervall konzentriert wird. Im Falle nur einer codierten Sendeauslösung für jede Sendefokusposition werden die Empfangssignale mittels einer angepaßten oder fehlangepaßten Filterung komprimiert. Im Falle von zwei oder mehr codierten Sendeauslösungen für jede Sendefokusposition werden die Empfangssignale unter Anwendung von Filterkoeffizienten komprimiert, welche an die entsprechenden Sendecodes während jeder Auslösung angepaßt sind.
  • In der US 5,984,869 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultraschallstrahlerzeugung unter Verwendung einer Golay-codierten Anregung angegeben.
  • Die DE 199 12 362 A1 betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Farbströmungsbildgebung unter Verwendung codierter Anregung mit Einzelcodes.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Codes zu bieten, deren Frequenzmerkmale zu den Frequenzmerkmalen der Ultraschallmeßwertwandler passen, sowie ein Ultraschall-Abbildungsverfahren auf der Grundlage einer Impulskompressionstechnik mit Verwendung der Codes.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abbildungsvorrichtung zur effektiven Realisierung des Ultraschall-Abbildungsverfahrens mit Verwendung der Codes zu bieten.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschall-Abbildungssystem auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik 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 Ultraschallimpulsen der veränderten Golay-Codes, die Impulskomprimierung der den übertragenen Impulsen entsprechenden, reflektierten Signale und die Ausführung von RX-Fokussierung auf den impulskomprimierten Signalen geboten.
  • Die vorliegende Erfindung bietet ein 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, wobei die folgenden Schritte enthalten sind:
    • (a) Übertragung eines ersten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Anwendung von Stromspannungen entsprechend einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes auf einen oder mehrere Meßwertwandler, wobei die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden und wobei das Doppelphasenfenster aus einer Gruppe, welche ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster aufweist, ausgewählt wird;
    • (b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Satz reflektierter Signale des ersten Satzes der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse;
    • (c) Übertragung eines zweiten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler;
    • (d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Satz reflektierter Signale des zweiten Satzes der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse;
    • (e) Summieren der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Satzes der reflektierten Signale;
    • (f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des summierten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und
    • (g) Anzeige der Abbildung gemäß dem nach der Signalverarbeitung empfangsfokussierten Signal.
  • Und die vorliegende Erfindung bietet eine Ultraschall-Abbildungsvorrichtung zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und nach Übertragung 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 ersten Zeitraumes und zur Verwendung der Stromspannungen gemäß einem zweiten Code des Paares der veränderten Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler innerhalb eines zweiten Zeitraumes, wobei die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden und wobei das Doppelphasenfenster aus einer Gruppe, welche ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster aufweist, ausgewählt wird;
    Mittel zum Empfang eines ersten Satzes reflektierter Signale des ersten Satzes von auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Satzes reflektierter Signale der auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse nach dem zweiten Zeitraum;
    Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Satz reflektierter Signale zur Erzeugung erster und zweiter impulskomprimierter Signale und zum Summieren der ersten und zweiten impulskomprimierten Signale;
    Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des summierten Signals; und
    Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem empfangsfokussierten Signal 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:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbildungssystems mit Verwendung einer herkömmlichen Kurzimpulstechnik ist;
  • 2A bis 2E Diagramme zur Veranschaulichung von Merkmalen der Golay-Codes sind;
  • 3A für die Veränderung der Golay-Codes verwendete Fenster darstellt;
  • 3B und 3C Diagramme zur Veranschaulichung von Merkmalen der in der vorliegenden Erfindung verwendeten veränderten Golay-Codes sind;
  • 4 ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbildungssystems auf der Grundlage der Impulskompressionstechnik unter Verwendung der veränderten Golay-Codes in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 5A bis 5C Diagramme von korrelierten Signalen bietet, wie man sie unter Verwendung des herkömmlichen Impulses, der Golay-Codes und der veränderten Golay-Codes erhält.
  • Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung veränderter Golay-Codes bei der Ultraschallübertragung. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Golay-Codes bestehen aus einem Paar komplementärer Binärreihen gleicher Länge.
  • Die Autokorrelationen der komplementären Reihen weisen dieselbe Hauptstrahlung und Seitenstrahlungen in gleicher Größenordnung, jedoch mit gegensätzlichen Polungen auf. Dementsprechend weist die Summierung der Autokorrelationen der komplementären Reihen eine Hauptstrahlung, deren Größenordnung das Doppelte der Hauptstrahlung der Autokorrelation jeder Reihe beträgt, und keine Seitenstrahlungen auf.
  • 2 stellt die Merkmale von Golay-Codes dar.
  • 2A und 2B stellen ein Paar aus komplementären Golay-Codes, und 2C und 2D stellen die Autokorrelationen der komplementären Golay-Codes dar. Und bei 2E handelt es sich um die Summierung der in 2C und 2D dargestellten Autokorrelationen. In 2 stellen ai und bi die binären Elemente der komplementären Codes einer Codelänge dar, wobei diese entweder +1 oder -1 betragen. Und die Autokorrelationen der Codes werden in Form der folgenden Gleichung (1) dargestellt.
  • Figure 00100001
  • Dann kann die Summierung der Autokorrelationen wie folgt dargestellt werden. cj + dj = 0; j ≠ 0, cj + dj = 2n, j = 0. Gleichung (2)
  • Wie oben beschrieben, sind die Frequenzspektren der Golay-Codes in bezug auf die Frequenzmerkmale breiter als diejenigen des ty pischen Ultraschallmeßwertwandlers. Das heißt, daß es einen Verlust bei der Leistung der Golay-Codes am Meßwertwandler gibt. Dementsprechend 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 Impulsantwort)-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 3A werden Zeitindex-Wellenformen einiger Fenster geboten, die zur Erzeugung der veränderten Golay-Codes verwendet werden können, wobei es sich um ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster handelt.
  • Nun werden die veränderten Golay-Codes anhand eines Beispiels beschrieben. Es wird angenommen, daß die Golay-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 (fs/fo) 8 beträgt.
  • Wenn beispielsweise die herkömmlichen Golay-Codes verwendet werden, werden die folgenden Codes für die Ultraschallübertragung zum Impulsgeber verwendet.
    Ga = [11111111 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 11111111 11111111 -1-1-1-1-1-1-1-1 11111111],
    Gb = [11111111 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 -1-1-1-1-1-1-1-1 11111111 -1-1-1-1-1-1-1-1].
  • Um die TPE (Transmit Power Efficiency/Übertragungsleistungswirksamkeit) zu verbessern, die als das Verhältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung des Meßwertwandlers definiert wird, werden bei der vorliegenden 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.
    Ga' = [1111-1-1-1-1 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 1111-1-1-1-1 1111-1-1-1-1 -1-1-1-11111 1111-1-1-1-1],
    Gb' = [1111-1-1-1-1 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 -1-1-1-11111 1111-1-1-1-1 -1-1-1-11111].
  • Ein Paar veränderter Golay-Codes der vorliegenden Erfindung, die durch eine rechteckige Doppelphasenfunktion m(t) mit einer Zeitdauer T multipliziert werden, kann wie folgt ausgedrückt werden. gam(t) = ga(t)·Σ km(t – kT), gbm(t) = gb(t)·Σ km(t – kT). Gleichung (3)
  • 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 Meßwertwandlermerkmals.
  • 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. ramp(t/2T) = tT + 1, –T ≤ t ≤ 0, –tT + 1, 0 < t < T. Gleichung (5)
  • Die Summierung der Autokorrelationen kann auch wie folgt berechnet werden. gam(t)·ga(–t) + gbm(t)·gb(–t) = ramp(t/2T)·m(t). Gleichung (6)
  • Bei Verwendung veränderter Golay-Codes werden die Übertragungsleistungswirksamkeit und die Breite der Hauptstrahlung in Übereinstimmung mit einem verwendeten Fenster bestimmt. Und wenn das rechteckige Doppelphasenfenster verwendet wird, kann ein zweipoliger Impulsgeber verwendet werden, um Impulse zu erzeugen. Wenn jedoch andere Fenster, wie beispielsweise das Hanning- und das Hamming-Fenster verwendet werden, wird ein Digital-Analogwandler benötigt, um die zweipoligen Impulse von dem zweipoligen Impulsgeber linear zu verstärken.
  • 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 veränderten Golay-Codes dar.
  • 3C stellt die Summierungsergebnisse der Autokorrelationen dar, wenn die in 3B dargestellten Signale für TX (Übertragung) und RX (Empfang) verwendet werden.
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Ultraschall-Abbildungssystems 400 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, ist das Ultraschall-Abbildungssystem 400 dadurch gekennzeichnet, daß die Impulskompression unter Verwendung von RF-Daten vor der RX-Strahlenbildung ausgeführt wird, und dann das impulskomprimierte Signal RX-fokussiert wird. Die vorliegende Erfindung beseitigt Seitenstrahlungen in der Fortpflanzungsrichtung des Ultraschalls im Nahfeld, das dann erzeugt wird, wenn die Impulskompression nach der RX-Fokussierung ausgeführt wird. Außerdem vermeidet die vorliegende Erfindung eine Erhöhung der Breite der Hauptstrahlung.
  • In 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 Strahlenbildner 37, einen Signalprozessor 41 und einen Abtastsignalwandler 42 aufweist, gezeigt. Der Impulskompressor 34 weist einen ersten RF-Speicher 34a, einen zweiten RF-Speicher 34b und einen Korrelator 34c auf. Bei dem vorliegenden System wird der Geräuschspannungsabstand durch die Verwendung veränderter Golay-Codes und den Korrelator 34c verbessert.
  • Der RX-Fokusverzögerungsspeicher 14 speichert ein Verzögerungsmuster 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 speichern, um die Impulsgebereingangsleistung zu bieten, wie in 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 verwendete TX-Codemuster. Bei Verwendung eines rechteckigen Fensters kann ein zweipoliger Impulsgeber als Impulsgeber 12 verwendet werden, um einen zweipoligen Impuls über den TX/RX-Schalter 21 für die Meßwertwandleranordnung 1 zu verwenden. Bei Verwendung eines anderen 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 zu verwenden. Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, kann für den Ultraschall-TX des Golay-Codemusters entweder eine feste Fokustechnik oder eine synthetische Aperturtechnik verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung überträgt die Meßwertwandleranordnung 1 die Ultraschallimpulse entsprechend einem ersten Code (gam) eines Paares veränderter Golay-Codes und empfängt das reflektierte Signal entsprechend dem ersten Code, das von einem Gegenstand wie beispielsweise einem menschlichen Körper reflektiert 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 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 Abbildung eines Bildes. Dementsprechend wird der Impulskompressor 34 zur Verarbeitung des empfangenen Signals verwendet, so daß die Auflösung des sich ergebenden Bildes mit derjenigen eines herkömmlichen Abbildungssystems 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 Korrelator 34c durch die Ausführung der Hardware oder der Software selektiv vorgesehen sein. Und auch wenn eher der herkömmliche Kurzimpuls als der Golay-Code verwendet wird, ist das in 4 dargestellte System durch Umgehung des Korrelators 34c als herkömmliches Ultraschall-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 Autokorrelation des Golay-Codes. Bei Verwendung des Golay-Codes wird eine temporäre Speicherung benötigt, weil der TX/RX zwei Mal ausgeführt wird. In 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 Konstruktion auch der erste Speicher 34a weggelassen werden. Bei Verwen dung 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 impulskomprimierte Signal durch die Summierung der Autokorrelation für den zweiten Code und die im Speicher 34b temporär gespeicherte Autokorrelation. Und dann wird das impulskomprimierte Signal für den Strahlenbildner 37 verwendet.
  • Der Strahlenbildner 37 führt die RX-Fokussierung unter Bezugnahme auf die RX-Fokusverzögerung am RX-Fokusverzögerungseinsteller 36 aus. Nach der RX-Fokussierung wird die Hüllkurvengleichrichtung und der Protokollausgleich durch den Signalprozessor 41 ausgeführt, um ein B-Modus-Bildsignal zu erzeugen. Der Abtastsignalwandler 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 Fachleuten offensichtlich sein, daß Variationen und Änderungen derselben möglich sind.
  • Beispielsweise können eher einige andere veränderte Golay-Codes anstelle der oben beschriebenen beim Ultraschall-TX verwendet werden. Und auch die Verzögerung- und/oder Codemuster können mittels verschiedener Schemen berechnet und nicht nur in Speichern gespeichert werden. Und zusätzlich zu dem, was in 4 dargestellt ist, können einige bekannte bildverbessernde Ultraschalltechniken beim Ultraschall-Abbildungssystem 400 verwendet werden.
  • 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 5A und 5B dargestellt, ist der Geräuschpegel im Fall der Golay-Codes viel niedriger als im Fall der herkömmlichen Kurzimpulse. Und, wie in 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 Ultraschallmeßwertwandler niedrig ist, da der in der vorliegenden Erfindung verwendete Golay-Code mit dem Frequenzspektrum der herkömmlichen Ultraschallmeßwertwandler kompatibel ist. Dementsprechend liegt der Geräuschspannungsabstand 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 vorliegende Erfindung die Signalverzerrung insbesondere im Nahfeld beseitigen, die bei der Ausführung der Impulskompression nach der Strahlenbildung erzeugt wird.
  • Außerdem ist das vorliegende Abbildungssystem 400 so konzipiert, daß es nicht nur für den Fall der Verwendung des veränderten Golay-Codes, sondern auch für den Fall verschiedener Codes und den Kurzimpuls geeignet ist.

Claims (8)

  1. 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, wobei die folgenden Schritte enthalten sind: (a) Übertragung eines ersten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung von Stromspannungen entsprechend einem ersten Code eines Paares veränderter Golay-Codes für einen oder mehrere Meßwertwandler, wobei die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden und wobei das Dop pelphasenfenster aus einer Gruppe, welche ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster aufweist, ausgewählt wird; (b) Ausführung einer Impulskompression auf einem ersten Satz reflektierter Signale des ersten Satzes der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (c) Übertragung eines zweiten Satzes von Ultraschallimpulsen zu dem Gegenstand durch Verwendung der Stromspannungen entsprechend einem zweiten Code des Paares veränderter Golay-Codes für den einen oder die mehreren Meßwertwandler; (d) Ausführung einer Impulskompression auf einem zweiten Satz reflektierter Signale des zweiten Satzes der von dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse; (e) Summieren der impulskomprimierten Signale des ersten und des zweiten Satzes der reflektierten Signale; (f) Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des summierten Signals zur Bildung der Abbildung des Gegenstandes; und (g) Anzeige der Abbildung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der Konvolution des ersten Satzes der reflektierten Signale und des ersten veränderten Golay-Codes, und der Schritt (d) den Schritt der Berechnung der Konvolution des Satzes der zweiten reflektierten Signale und des zweiten veränderten Golay-Codes umfaßt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (b) den Schritt der Berechnung der Autokorrelation des ersten Satzes der reflektierten Signale, und der Schritt (d) den Schritt der Berechnung der Autokorrelation des zweiten Satzes der reflektierten Signale umfaßt.
  4. Ultraschall-Abbildungsvorrichtung zur Bildung einer Abbildung eines Gegenstandes unter Verwendung von Signalen, die von dem Gegenstand reflektiert werden und nach Übertragung 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 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, wobei die veränderten Golay-Codes durch die Anwendung eines Doppelphasenfensters über den Golay-Codes erzeugt werden und wobei das Doppelphasenfenster aus einer Gruppe, welche ein rechteckiges Doppelphasenfenster, ein Doppelphasen-Hamming-Fenster, ein Doppelphasen-Hanning-Fenster und ein Doppelphasen-Bartlett-Fenster aufweist, ausgewählt wird; Mittel zum Empfang eines ersten Satzes reflektierter Signale des ersten Satzes von auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulsen nach dem ersten Zeitraum, und Empfang eines zweiten Satzes reflektierter Signale der auf dem Gegenstand reflektierten Ultraschallimpulse nach dem zweiten Zeitraum; Mittel zur Ausführung einer Impulskompression auf dem ersten und zweiten Satz reflektierter Signale zur Erzeugung erster und zweiter impulskomprimierter Signale und zum Summieren der ersten und zweiten impulskomprimierten Signale; Mittel zur Erzeugung eines empfangsfokussierten Signals durch Verwendung des summierten Signals; und Mittel zur Anzeige einer Abbildung gemäß dem empfangsfokussierten Signal nach der Signalverarbeitung.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Impulskompression ausführende Mittel einen Korrelator zum Erhalt von Korrelationen eines jeden der reflektierten Signale aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Impulskompression ausführende Mittel weiterhin einen Speicher zum temporären Speichern der Autokorrelation des ersten Satzes der reflektierten Signale aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Impulskompression ausführende Mittel weiterhin einen Speicher zur Speicherung des ersten und zweiten Satzes des reflektierten Signals aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Impulskompression ausführende Mittel folgendes aufweist: Mittel zur Berechnung der Konvolution des ersten Satzes der reflektierten Signale und des ersten veränderten Golay-Codes; und Mittel zur Berechnung der Konvolution des zweiten Satzes der reflektierten Signale und des zweiten veränderten Golay-Codes.
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