DE19727426A1 - Ultraschall-Bildgabesystem, bei dem eine Phaseninversionssubtraktion zur Verstärkung des Bilds eingesetzt wird - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Ultraschallbildgabe und ins­ besondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betonen oder Verstärken von Ultraschallbildern.

Die Ultraschallbildgabe stellt eine attraktive Möglichkeit für zahlreiche diagnostische Pro­ zeduren und Untersuchungen bereit, da sie von nicht invasiver Natur ist, relativ kostengün­ stig ist und keine Strahlungsbelastung der untersuchten Subjekte oder Objekte stattfindet. Medizinische Ultraschallbilder werden üblicherweise dadurch erzeugt, daß eine Ultraschall­ welle generiert wird, die sich in einer bestimmten Richtung ausbreitet, und daß die Echos beobachtet werden, die bei der Streuung oder der Reflexion der Schallwelle an den Gren­ zen zwischen Regionen mit unterschiedlicher Dichte in dem Körper hervorgerufen werden. Es werden für jede gegebene Richtung des Ultraschallstrahls Bildelemente dadurch er­ zeugt, daß ein Punkt, dessen Helligkeit zu der Amplitude des Echos proportional ist, an ei­ ner Koordinate aufgetragen wird, deren Position eine Funktion der Zeitspanne der Aus­ sendung eines kurzen Ultraschallimpulses in der Richtung der zu messenden Abtastlinie ist.

Auch wenn die Ultraschalltechnik eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber anderen Meßme­ thoden aufweist, leidet sie unter Störungs- bzw. Rauschproblemen, die es schwierig ma­ chen, die Messungen ohne eine gewisse Form der Störungsverringerung zu interpretieren. Diese Störungen rühren von Störungen in dem Empfänger und von den einzelnen Schal­ streuzentren in den Geweben zwischen dem Wandler und einer interessierenden Struktur her. Auch wenn verschiedenartige Formen der Mittelwertbildung eingesetzt werden können, um hierdurch die durch diese Streuzentren hervorgerufenen Effekte zu verringern, kann eine Mittelwertbildung wenig dazu beitragen, Gewebe voneinander zu unterscheiden, die sehr ähnliche Dichten aufweisen. Hierbei gibt es viele Gewebe bzw. Gewebearten, die sehr ähnliche Dichten haben. Folglich ist es schwierig, ein Bild der Grenze bzw. des Grenzbereichs zwischen zwei Gewebearten zu erzeugen, wenn die Gewebe nicht durch eine Region getrennt sind, die eine deutliche unterschiedliche Dichte besitzt.

Es ist daher allgemein eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und Ver­ fahren zur verbesserten Ultraschallbildgabe bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. System zur Ultraschallbildgabe zu schaffen, durch das Gewebe auf der Basis von anderen Eigen­ schaften als der Dichte unterschieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Ultraschallbilds geschaffen, bei dem Regionen betont bzw. verstärkt sind, die durch nicht linear streuende Medien belegt sind. Bei dem Verfahren werden erste und zweite Ultraschallimpulse eingesetzt, die jeweils abwechselnd in das abzubildende Objekt bzw. Subjekt ausgesandt werden. Der erste und der zweite Ultraschallimpuls sind in ihrer Amplitude modulierte harmonische Signale bzw. Oberwellensignale. Der erste Ultraschallimpuls unterscheidet sich von dem zweiten Ultraschallimpuls durch die Phase des harmonischen Signals bzw. Oberwellensignals. Die durch diese Impulse erzeugten Signale werden gemessen und zusammengefaßt. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich das erste und das zweite Ultraschallsignal in ihrer Phase um 180°, und es werden die Echosignale durch Addieren der Echosignale, die durch die jeweiligen Ultraschallimpulse erzeugt werden, zusammengefaßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der einzigen Fig. 1 ist in Form eines Blockschaltbilds ein in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehendes Ultraschall-Bildgabesy­ stem dargestellt.

Allgemein wird der Ultraschallstrahl unter Einsatz einer Anordnung aus Wandlern erzeugt, durch die ein Sendestrahl gebildet wird, der in einer gewünschten Richtung mit Bezug zu der Anordnung ausgerichtet ist. Der Ultraschallimpuls ist ein amplitudenmodulierter Impuls mit einer vorbestimmten Frequenz ω und weist eine Amplitude auf, die durch eine Hüllkurvenfunktion A(t) bestimmt ist. Die durch diesen Impuls erzeugten Echos werden durch die gleiche oder eine unterschiedliche Wandleranordnung erfaßt, wobei die Wandler zur Bildung eines Empfangsstrahls eingesetzt werden, der dem Sendestrahl entspricht. Die Richtungsempfindlichkeit bzw. Richtwirkung des Mikrofons verringert Echos, die durch mehrfache Reflexionen des Schall- bzw. Ultraschallimpulses erzeugt werden. Zur Ver­ ringerung von Störungen wird ein Filter eingesetzt, das bei der Frequenz ω zentriert ist.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß manche Arten von akustischen Medien wie etwa strömende Flüssigkeiten den Schall- bzw. Ultraschall in einer nicht linearen Weise streuen. Bei einer linearen Streuung ist das rückkehrende Signal eine zeitverschobene, hinsichtlich seiner Amplitude skalierte bzw. veränderte Version des einfallenden Signals. Ein nicht lineares Streuen ruft rückkehrende Signale hervor, die durch ein einfaches Skalieren bzw. eine einfache Amplitudenbewertung, eine Zeitver­ schiebung und ein Aufsummieren des einfallenden Signals nicht erzeugt werden können. Die Phase einer Ultraschallwelle, die von der Grenze eines nicht linearen Mediums reflektiert wird, wird in einer Weise geändert, die von der Phase des einfallenden Schall­ impulses bzw. Ultraschallimpulses abhängt. Es seien zwei Schall- bzw. Ultraschallimpulse betrachtet, die sich in ihrer Phase um 180° unterscheiden. Falls diese Schallwellen bzw. Ultraschallwellen von der Grenze zwischen zwei linear streuenden Medien reflektiert werden, unterscheiden sich auch die resultierenden Echos in ihrer Phase um 180°. Falls jedoch eines der Medien nicht linear ist, liegt die Phasendifferenz nicht länger bei 180°.

Diese Beobachtung kann zum Aufbauen eines Kontrastverstärkungssystems verwendet wer­ den, das nicht lineare Regionen betont. Zum Beispiel wird bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Bild dadurch erzeugt, daß zwei aufeinanderfolgende Echo­ sequenzen addiert werden, bei denen das erste Echo durch einen Ultraschallimpuls erzeugt wird, der sich in seiner Phase um 180° mit Bezug zu dem zweiten Ultraschallimpuls unter­ scheidet. Echos, die durch Reflexionen zwischen linearen Medien erzeugt werden, löschen sich bei dieser Ausgestaltung aus, da jedes Echo in der ersten Folge bzw. Sequenz zu ei­ nem Echo in der zweiten Sequenz bzw. Folge addiert wird, das die gleiche Amplitude, je­ doch einen Phasenunterschied von 180° aufweist. Falls jedoch ein Echo von einem Streu­ zentrum in einem nicht linearen Medium herrührt, unterscheiden sich die Phasen nicht län­ ger um 180° und es löschen sich somit die beiden Echos in dem Summensignal nicht aus.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der in Form eines Blockschaltbilds ein Ultra­ schall-Bildgabesystem 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Das Bildgabesystem 10 enthält einen Signalgenerator, der einen ersten Impuls 12 und einen zweiten Impuls 13 erzeugt, die sich in ihrer Phase um Φ Grad unterscheiden. Eine Steuereinrichtung 11 wählt diese Impulse für das Anlegen an einen Sendestrahlformer 14 abwechselnd aus, der das Ultraschallsignal generiert, das in gerichteter Weise an das Ob­ jekt bzw. Subjekt 15 angelegt wird. Die Echos, die von dem Objekt 15 in der umgekehrten Richtung erzeugt werden, werden durch einen Empfangsstrahlformer 16 erfaßt. Die Amplitude des empfangenen Echosignals R(t), die eine Funktion der Zeit ist, ist in einem von zwei Puffern bzw. Pufferspeichern 17 und 18 vorhanden bzw. wird in einem der beiden Pufferspeicher 17 und 18 gespeichert, und zwar in Abhängigkeit von dem Impuls, der zur Erzeugung des Echos eingesetzt wurde. Ein Signalprozessor 19 faßt dann die Echos zur Bildung des verstärkten bzw. betonten Echosignals D(t) zusammen, das in der gleichen Weise wie ein herkömmliches, aus der fraglichen Richtung stammendes Ultra­ schallechosignal behandelt und angezeigt wird. Der Vorgang bzw. Prozeß wird für jede Strahlrichtung wiederholt, um hierdurch ein zweidimensionales Bild zu erzeugen.

Verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit ein Verfahren zum Erzeugen eines Ultraschall­ bilds geschaffen, bei dem die durch nicht linear streuende Medien belegten Regionen verstärkt werden. Bei dem Verfahren werden erste und zweite Ultraschallimpulse einge­ setzt, die abwechselnd in das abzubildende Objekt gesendet werden. Der erste und der zweite Ultraschallimpuls sind amplitudenmodulierte harmonische Signale, wobei sich der erste Ultraschallimpuls von dem zweiten Ultraschallimpuls durch die Phase des harmoni­ schen Signals unterscheidet. Die durch diesen Impuls erzeugten Echosignale werden gemessen und zusammengefaßt. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung unterscheiden sich das erste und das zweite Ultraschallsignal um 180° voneinander, und es werden die Echosignale durch Addieren der durch jeden der Ultraschallimpulse jeweils erzeugten Echosignale zusammengefaßt.

Claims (2)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Ultraschallbildes, bei dem Ultraschall­ impulse, die amplitudenmodulierte harmonische Signale aufweisen, in ein Objekt (15) gesendet und durch diese Ultraschallimpulse erzeugte Echos empfangen werden, dadurch gekennzeichnet
daß jeweils ein erster und ein zweiter Ultraschallimpuls in das Objekt (15) gesendet wird, wobei sich der erste Ultraschallimpuls von dem zweiten Ultraschallimpuls durch die Phase des harmonischen Signals unterscheidet,
daß ein durch den ersten Ultraschallimpuls erzeugtes Echosignal (R₁(t)) empfan­ gen wird, das durch die Amplitude eines an einem Wandler empfangenen Echos bestimmt ist, wobei die Amplitude bzw. der Empfang eine Funktion der Zeit (t) nach der Aus­ sendung des ersten Ultraschallimpulses ist,
daß ein durch den zweiten Ultraschallimpuls erzeugtes Echosignal (R₂(t)) empfangen wird, das durch die Amplitude eines an einem Wandler empfangenen Echos bestimmt ist und eine Funktion der Zeit (t) nach der Aussendung des zweiten Ultraschall­ impulses ist, und
daß die Echosignale R₁(t) und R₂(t) zur Erzeugung eines Bildsignals D(t) zusammengefaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz 180° beträgt, und daß das Zusammenfassen der Echosignale das Addieren des Echosignals R₁(t) und des Echosignals R₂(t) für jeden Wert von t enthält.