DE19912362A1 - Verfahren und Einrichtung zur Farbströmungsbildgebung unter Verwendung codierter Anregung mit Einzelcodes - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Farbströmungsbildgebung unter Verwendung codierter Anregung mit EinzelcodesInfo
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Abstract
Eine Farbströmungs-Bildgebungstechnik benutzt 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 einem kurzen Intervall konzentriert ist. Mehrfache Sendeauslösevorgänge derselben codierten Pulsfolge werden auf dieselbe Sendefokusposition mit denselben Sendecharakteristiken fokussiert. Die Empfangssignale werden mittels einer angepaßten oder fehlerangepaßten Filterung komprimiert. Diese Technik kann dazu genutzt werden, die Farbströmungsempfindlichkeit in tiefliegenden Bereichen zu maximieren. Alternativ kann für eine gegebene akustische Sendebündellänge und Dosierung die räumliche Auflösung ohne Beeinträchtigung der Empfindlichkeit verbessert werden.
Description
Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Ul
traschall-Farbströmungs-Dopplerbildgebung von Fluidströmungs
feldern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Ver
fahren und eine Einrichtung zur Abbildung von strömendem Blut
im menschlichen Körper durch Detektion der Doppler-Verschie
bung der von dem strömenden Blut reflektierten Ultraschall
echos.
Ultraschallscanner zur Blutströmungsdetektion auf der Ba
sis des Dopplereffektes sind allgemein bekannt. Derartige
Einrichtungen arbeiten dadurch, daß sie ein Ultraschall-Meß
wandlerarray so betreiben, daß es Ultraschallwellen in das
Objekt sendet und von dem Objekt zurückgestreute Ultraschall
echos empfängt. Bei der Messung der Blutströmungscharakte
ristiken werden zurücklaufende Ultraschallwellen mit einer
Frequenzreferenz verglichen, um die Frequenzverschiebung zu
bestimmen, die den zurücklaufenden Wellen von strömenden
Streuelementen, wie z. B. Blutzellen, aufgeprägt wird. Diese
Frequenz-, d. h. Phasen-, Verschiebung überträgt sich in die
Geschwindigkeit der Blutströmung. Die Geschwindigkeit des
Blutes wird durch Messung der Phasenverschiebung von Auslöse
vorgang zu Auslösevorgang bei einem spezifischen Reichweiten
gatter gemessen.
Die Veränderung oder Verschiebung in der rückgestreuten
Frequenz wird größer, wenn Blut auf den Meßwandler zufließt,
und wird kleiner, wenn Blut von dem Meßwandler wegfließt.
Farbströmungsabbildungen werden erzeugt, indem eine Farbab
bildung der Geschwindigkeit von sich bewegendem Material, wie
z. B. Blut, einer Schwarz/Weiß-Abbildung der Anatomie im B-
Modus überlagert wird. Typischerweise zeigt der Farbströ
mungsmodus hunderte von benachbarten Abtastvolumina gleich
zeitig, alle einer B-Modus-Darstellung überlagert und farbco
diert, an, um die Geschwindigkeit jedes Abtastvolumens darzu
stellen.
In der standardmäßigen Farbströmungsverarbeitung wird ein
als Wandfilter bekanntes Hochpaßfilter auf die Daten angewen
det, bevor eine Farbströmungsabschätzung durchgeführt wird.
Der Zweck dieses Filters besteht in der Entfernung von Sig
nalkomponenten, die durch Gewebe erzeugt werden, welche die
interessierende Blutströmung umgeben. Wenn diese Signalkompo
nenten nicht entfernt werden, ist die sich ergebende Ge
schwindigkeitsabschätzung eine Kombination der Geschwindig
keiten aus der Blutströmung und des umgebenden Gewebes. Die
Rückstreukomponente aus Gewebe ist manchmal größer als die
aus Blut, so daß die Geschwindigkeitsabschätzung höchstwahr
scheinlich mehr für das Gewebe als für die Blutströmung re
präsentativ ist. Um die Blutgeschwindigkeit zu erhalten, muß
das Gewebesignal ausgefiltert werden.
In dem Farbströmungsmodus einer herkömmlichen Ultra
schall-Bildgebungsanordnung wird ein Ultraschall-Meßwandler
array so aktiviert, daß es eine Serie von Tonbündeln
(Tonbursts) mit mehreren Zyklen (typischerweise 4 bis 8 Zy
klen) aussendet, welche auf dieselbe Sendefokusposition mit
denselben Sendecharakteristiken fokussiert sind. Diese Ton
bündel werden mit einer Pulswiederholungsfrequenz (PRF von
Pulse Repetition Frequency)) ausgelöst. Die PRF liegt typi
scherweise im kHz-Bereich. Eine Serie von auf dieselbe Sende
fokusposition fokussierten Sendeauslösevorgängen wird als ein
"Paket" bezeichnet. Jeder Senderichtstrahl wandert durch das
gescannte Objekt und wird von Ultraschall streuenden Elemen
ten, wie z. B. Blutzellen, reflektiert. Die Rücklaufsignale
werden von den Elementen des Meßwandlerarrays detektiert und
dann von einem Bündel- bzw. Richtstrahlformer in einen
Empfangsrichtstrahl geformt.
Beispielsweise ist die herkömmliche Farbauslösefolge eine
Serie von Auslösevorgängen (z. B. Tonbündeln) entlang dersel
ben Position, wobei die Auslösevorgänge die entsprechenden
Empfangssignale erzeugen:
F1 F2 F3 F4 . . . FM
erzeugen, wobei Fi das Empfangssignal für den i-ten und M die
Anzahl von Auslösevorgängen in einem Paket ist. Diese Emp
fangssignale werden in einen Eckendreher-Speicher (corner
turner memory) geladen, und ein Hochpaßfilter (Wandfilter)
wird auf jede Position entlang der Reichweite über Auslöse
vorgänge hinweg, d. h. in "langsamer Zeit", angewendet. In dem
einfachsten Falle eines (1, -1) Wandfilters wird jeder Reich
weitenpunkt gefiltert) um die entsprechenden Differenzsignale
zu erzeugen:
(F1-F2) (F2-F3) (F3-F4) . . . (FM-1 - FM)
und diese Differenzen werden in eine Farbströmungs-Geschwin
digkeitsabschätzeinrichtung eingegeben.
Einer der Hauptvorteile von Dopplerultraschall besteht
darin, daß er nicht-invasive und quantitative Messungen der
Blutströmung in Gefäßen ermöglichen kann. Bei gegebenem Win
kel θ zwischen dem beschallenden Richtstrahl und der Strö
mungsachse kann die Größe des Geschwindigkeitsvektors durch
die Standarddopplergleichung ermittelt werden:
v = cfd/(2f0cosθ) (1)
wobei c die Geschwindigkeit des Schalls im Blut, f0 die Sen
defrequenz und fd die Geschwindigkeits-induzierte Dopplerfre
quenzverschiebung in dem rückgestreuten Ultraschallsignal
ist.
Da Blut einen sehr niedrigen Rückstreukoeffizienten in
der medizinischen Ultraschall-Farbströmungsbildgebung auf
weist, ist es wünschenswert, die Visualisierung durch Opti
mierung des Signal/Rausch-Verhältnisses SNR (signal noise ra
tio) und der Auflösung zu verbessern. Codierte Anregung ist
eine allgemein bekannte Radartechnik, welche in Situationen
angewendet wird, in welchen die Spitzenleistung eines gesen
deten Signals nicht, aber die gemittelte Leistung erhöht wer
den kann. Dieses ist oft bei der medizinischen Ultraschall
bildgebung der Fall, wo die Begrenzungen der Systemauslegung
die Spitzenamplitude des den Meßwandler steuernden Signals
diktieren. Die codierte Anregung kann dazu verwendet werden,
das Signal/Rausch-Verhältnis zu erhöhen, indem ein längerer
Puls gesendet und/oder die Auflösung durch einen kürzeren de
codierten Puls erhöht wird.
In der medizinischen Ultraschallbildgebung können längere
Signale, wie z. B. Chirps (zeitproportionale Frequenzmodulati
on) verwendet werden, um höhere gemittelte Leistungswerte zu
liefern, und die zeitliche Auflösung durch Korrelieren des
Rücklaufsignals mit einem angepaßten Filter zurückgewonnen
werden. Chirps sind jedoch in einer Ultraschallanordnung mit
phasengesteuertem Array wegen der Komplexität der Elektronik
nur teuer zu implementieren, so daß binäre Codes, oder Codes,
die leicht digital als eine Folge von Digits gleich +1, -1
oder 0 dargestellt werden können, praktikabler sind. Binäre
Codes werden auch deshalb bevorzugt, weil sie die meiste
Energie für eine gegebene Spitzenamplitude und Pulsdauer ent
halten. Die Probleme mit Binärcodes besteht darin, daß in dem
Korrelationsprozeß erzeugte Seitenkeulen im allgemeinen die
Abbildung verschlechtern.
Akzeptable Seitenkeulenpegel können unter Verwendung ei
nes komplementären Satzes von Sendecodes, z. B. Golay-Codes,
erzeugt werden. Ein Satz von komplementär codierten Wellen
formen erzeugt Signale, welche nach einer Autokorrelation und
Summierung, aufgrund der Tatsache, daß die von der Autokorre
lation einer Codefolge erzeugten Seitenkeulenpegel von der
Größe her gleich, aber vom Vorzeichen her entgegengesetzt zu
denen der komplementären Folge sind, einen kurzen Puls in der
Reichweite erzeugen. Komplementäre Sendecodes erfordern je
doch gepaarte Auslösevorgänge, welche die Bildrate des Sy
stems und/oder die Anzahl der für eine Parameterabschätzung
verfügbaren Abtastungen verringern können. Derartige Systeme
erfordern auch eine Schaltung zur Durchführung einer kohären
ten Summierung. Schließlich kann die Decodierung verschlech
tert werden, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten zu hoch sind
oder wenn adaptive Techniken angewendet werden, um Gewebesi
gnale in der Frequenz für die Wandfilterung zu drehen, bevor
die kohärente Summierung durchgeführt wird.
Es gibt Situationen, in welchen eine codierte Anregung
beim Senden und eine Pulskompression beim Empfangen auf die
Farbströmungsverarbeitung angewendet werden kann. Man kann
das SNR verbessern, wenn man wiederum durch die Spitzenlei
stung der Anordnung aber nicht durch die gemittelte Leistung
begrenzt ist. Zusätzlich tendieren Farbströmungsanordnungen
bereits dazu, relativ lange Tonbündel auszulösen bzw. zu ak
tivieren, um das SNR zu maximieren, so daß man eine zusätzli
che räumliche Auflösung über die typische Dopplerverarbeitung
hinaus durch Anwendung codierter Folgen erzielen kann.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Ein
richtung zur Verbesserung des Signal/Rausch-Verhältnisses SNR
und/oder der Auflösung in der Farbströmungs-Ultraschallbild
gebung durch Anwendung einer codierten Anregung mit einem
Einzelcode beim Senden und einer Pulskompression beim Empfan
gen. Die codierte Anregung erlaubt die Kompression eines lan
gen Sendeimpulses beim Empfang in der Weise, daß der größte
Teile der Energie in einem kurzen Intervall konzentriert
wird. Diese Technik kann dazu genutzt werden, die Farbströ
mungsempfindlichkeit in tiefliegenden Bereichen zu maximie
ren. Alternativ kann für eine gegebene akustische Sendebün
dellänge und Dosis die räumliche Auflösung ohne Beeinträchti
gung der Empfindlichkeit verbessert werden.
Das Grundkonzept der Erfindung umfaßt die Modulation ei
ner speziell ausgelegten Codefolge auf der Basis eines Sende
bündels (Basisfolge) der Länge P. Die Frequenz des Sendebün
dels liegt typischerweise in MHz-Bereich. Eine codierte Puls
folge von n Bündeln wird oft als ein n-Chip-Code (oder n-Tei
le-Code) bezeichnet. Die codierte Pulsfolge, welche eine Län
ge von n×P besitzt, ermöglicht die Anwendung einer größeren
akustischen Dosis oder einer kürzeren Basisfolge für die Ab
frage des strömenden Blutes. Das Ausgangssignal aus dem
Richtstrahlformer wird zeitlich komprimiert, indem es durch
ein decodierendes Filter mit begrenzter Impulsantwort (FIR-
Filter) geführt wird. Einige codierte Wellenformen werden am
besten durch eine angepaßte Filterung komprimiert, d. h.,
durch Verwendung eines Satzes von FIR-Filterkoeffizienten,
der eine identische Kopie des n-Chip-Codes ist. Manchmal wer
den jedoch erwünschtere Kompressionseffekte durch eine
fehlangepaßte Filterung unter Anwendung von FIR-Filtern er
zielt, die mehr als n Filterkoeffizienten besitzen oder Koef
fizienten haben, welche sich von den ursprünglichen n-Chip-
Code unterscheiden. Das Ausgangssignal des Decodie
rungs-(d. h., Kompressions)-Filters ist ein komprimierter Signalpuls
mit einer Länge gleich oder nahe der ursprünglichen Sendebün
dellänge P, dessen Amplitude aber die ist, die von der n-fach
längeren codierten Pulsfolge erzeugt wird. Diese Technik hat
keine nachteiligen Effekte auf die Bildrate bzw. -frequenz,
erfordert keine kohärente Summierung, weist keine Verschlech
terung in der Anzahl der für die Parameterabschätzung zur
Verfügung stehenden Abtastungen auf, und hat eine viel klei
nere Möglichkeit einer nicht korrekten Decodierung aufgrund
hoher Geschwindigkeiten oder adaptiver Rotation.
Gemäß dem breiten Konzept der Erfindung kann das Aus
gangssignal des Richtstrahlformers entweder ein HF-Signal
oder dessen I/Q-Komponenten sein. Bevorzugt wird das Aus
gangssignal des Richtstrahlformers decodiert und dann demodu
liert. In dem Falle eines HF-Richtstrahlformer-Ausgangssig
nals wandelt der Demodulator das komprimierte HF-Signal in
seine I/Q-Komponenten zur Farbströmungsverarbeitung um. Wenn
die Demodulation vor der Decodierung erfolgt, muß das Deco
dierungsfilter so ausgelegt sein, daß es das demodulierte Si
gnal komprimiert.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vortei
len anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbei
spielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Blockdarstellung, welche die Signalverar
beitungskette für eine herkömmliches Farbströmungs-
Ultraschall-Bildgebungs-Einrichtung darstellt.
Fig. 2 ist eine Blockdarstellung, welche das Eingangsende
einer Farbströmungs-Ultraschall-Bildgebungs-Einrichtung gemäß
einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt.
Fig. 3 ist ein Schema, welches einen komprimierten Puls
darstellt, der sich aus einer Faltung eines 5-Bit Biphasen-
Sendecodes mit angepaßten Filterkoeffizienten eines Decodie
rungsfilters in Übereinstimmung mit einer ersten Variante des
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ergibt.
Fig. 4 ist ein Graph, welcher einen komprimierten Puls
darstellt, der sich aus einer Faltung eines 7-Bit Biphasen-
Sendecodes mit den Filterkoeffizienten eines angepaßten Fil
ters in Übereinstimmung mit einer zweiten Variante des ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ergibt.
Fig. 5 ist ein Graph, welcher einen komprimierten Puls
darstellt, der sich aus einer Faltung desselben 7-Bit Bipha
sen-Sendecodes mit den Filterkoeffizienten eines fehlangepaß
ten Filters in Übereinstimmung mit einer dritten Variante des
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ergibt.
Gemäß Fig. 1 weist die grundlegende Signalverarbeitungs
kette für eine Farbströmungs-Bildgebungs-Einrichtung ein Ul
traschall-Meßwandlerarray 2 auf, welches so aktiviert wird,
daß es phasencodierte Tonbündel der Länge P aufweisende Puls
folgen sendet, welche wiederholt bei der PRF ausgelöst wer
den. Die zurückkommenden HF-Signale werden von den Meßwandle
relementen detektiert und von den entsprechenden Empfangska
nälen in dem Bündel- bzw. Richtstrahlformer 4 empfangen. Der
Richtstrahlformer summiert die verzögerten Kanaldaten und
gibt deren HF- oder In-Phase- und Quadratur-(I/Q)-Daten aus.
Die letztere Alternative ist in Fig. 1 dargestellt.
In dem herkömmlichen System werden die Frequenzen der
Richtstrahlformerausgangssignale durch einen Demodulator 6 in
ein Basisband verschoben. Die demodulierten I/Q-Komponenten
werden in einem Eckendreher-Speicher 8 gespeichert, dessen
Zweck darin besteht, Daten von möglicherweise verschachtelten
Auslösevorgängen zu speichern und die Daten als Vektoren von
Punkten über Auslösevorgänge hinweg bei einer gegebenen
Reichweitenzelle auszugeben. Die Daten werden in "schneller
Zeit" oder sequentiell entlang der Reichweite (entlang eines
Vektors) für jede Auslösung (Aktivierung) empfangen. Das Aus
gangssignal des Eckendreher-Speichers wird wieder in
"langsamer Zeit" oder sequentiell durch einen Auslösevorgang
für jede Reichweitenzelle neu angeordnet. Die sich ergebenden
"langsamen" I/Q-Signalabtastungen werden durch entsprechende
Wandfilter 10 geführt, welche jede einem stationären oder
sich sehr langsam bewegenden Gewebe entsprechende Störung un
terdrücken. Die gefilterten Ausgangssignale werden dann in
eine Parameterabschätzeinrichtung 12 eingeführt, welche die
Reichweitenzelleninformation in die Zwischenautokorrelations
parameter N, D und R(0) umwandelt. N und D sind der Zähler
und Nenner für die nachstehend dargestellte Autokorrelations
gleichung:
wobei Ii und Qi die demodulierten Basisbandeingangsdaten für
den Auslösevorgang i sind, und M die Anzahl von Auslösevor
gängen in dem Paket ist. R(O) wird als eine begrenzte endli
che Summe über der Anzahl der Auslösevorgängen in einem Paket
wie folgt angenähert:
Ein Prozessor wandelt N und D in eine Größe und Phase für
jede Reichweitenzelle um. Die Gleichungen werden wie folgt
angewendet:
Die Parameterabschätzeinrichtung verarbeitet die Größen- und
Phasenwerte in Schätzwerte von Leistung, Geschwindigkeit und
Turbulenz. Die Phase wird zur Berechnung der mittleren Dopp
lerfrequenz verwendet, welche wie nachstehend dargestellt
proportional zur der Geschwindigkeit ist; R(0) und |R(T)|
(Größe) werden zur Abschätzung der Turbulenzen verwendet.
Die mittlere Dopplerfrequenz in Hertz wird aus der Phase
von N und D und der Pulswiederholungszeit T erhalten:
Die mittlere Geschwindigkeit wird unter Verwendung der nach
stehenden Dopplerverschiebungsgleichung berechnet. Da θ, der
Winkel zwischen der Strömungsrichtung und der Abtastrichtung,
nicht bekannt ist, wird cos θ zu 1,0 angenommen.
Man beachte, daß die Parameterabschätzeinrichtung die
mittlere Dopplerfrequenz nicht als ein Zwischenausgangssignal
berechnet, sondern v direkt aus dem Phasenausgangssignal des
Prozessors mittels einer Nachschlagetabelle berechnet.
Die Turbulenz kann im Zeitbereich als ein Reihenentwick
lung zweiter Ordnung der Varianz der mittleren Dopplerfre
quenz berechnet werden. Der Zeitbereichsausdruck für Turbu
lenz beinhaltet die Berechnung der Null-Verzögerungs- und
Eins-Verzögerungs-Autokorrelationsfunktionen R(0) bzw. R(T).
Die genauen Autokorrelationsfunktionen werden durch endliche
Summen über die bekannten Daten in der Anzahl von Auslösevor
gängen in einem Paket angenähert:
Das Mittelwertsignal Φ(R(T)) ist ein Schätzwert der mitt
leren Dopplerfrequenzverschiebung der strömenden Reflektoren,
welche wiederum proportional zu der mittleren Blutströmungs
geschwindigkeit ist. Das Varianzsignal σ2 gibt die Frequenz
streuung der Strömungssignalkomponenten des Basisbandechosig
nals an. Dieser Wert zeigt die Strömungsturbulenz an, da eine
laminare Strömung nur einen sehr kleinen Bereich von Ge
schwindigkeiten aufweist, während eine turbulente Strömung
ein Gemisch vieler Geschwindigkeiten ist. Um die Stärke des
Signals von den strömenden Reflektorelementen anzugeben,
zeigt das Signal R(0) den Betrag der zurückgekehrten Leistung
in dem Doppler-verschobenen Strömungssignal an.
Die Farbschätzwerte werden einem Scanwandler 14 zuge
führt, welcher die Farbabbildungen in ein X-Y Format zur Vi
deodarstellung umwandelt. Die Scan-gewandelten Einzelbilder
(Frames) werden zu einem Videoprozessor 16 weitergeleitet,
welcher im Grunde die Videodaten einer Darstellungsfarbkarte
für die Videodarstellung zuordnet. Die Farbströmungsbilder
werden dann zum Monitor 18 zur Darstellung gesendet. Übli
cherweise wird entweder die Geschwindigkeit oder die Leistung
alleine oder die Geschwindigkeit in Verbindung mit der Lei
stung oder der Turbulenz dargestellt. Die Systemsteuerung ist
in einem (nicht dargestellten) Haupt-Computer zentriert, wel
cher die Bedienereingaben über eine Bedienerschnittstelle
(z. B. eine Tastatur) entgegennimmt und im Gegenzug die ver
schiedenen Subsysteme steuert.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in
Fig. 2 dargestellt. Bei jedem Sendeauslösevorgang wird jedes
Meßwandlerelement 2' in der Sendeapertur mit einer von einem
entsprechenden bipolaren Pulser 20 ausgegebenen, codierten
Pulsfolge gepulst. Die codierte Pulsfolge wird von einer co
dierten Sendefolge abgeleitet, die durch Faltung eines Sende
codes (z. B. eines Barker-Codes) mit einer Basisfolge (z. B.
einem Tonbündel) gebildet wird. Für einen n-Digit Sendecode
weist die codierte Pulsfolge n Chips auf. Gemäß den bevorzug
ten Ausführungsbeispielen der Erfindung erzeugen die Pulser
eine polaritätscodierte Pulsfolge, in welcher die Phase von
mit +1 codierten Pulsen 0° ist, während die Phasen von mit -1
codierten Pulsen 180° ist. Die codierte Sendefolge zur Steue
rung der Phase von Pulsen, die von jedem bipolaren Pulser 20
ausgegeben wird, ist in einem Sendefolgenspeicher 22 gespei
chert.
Die bipolaren Pulser 20 steuern die Elemente 2' des Meß
wandlerarrays 2 so, daß die erzeugte Ultraschallenergie in
einem Richtstrahl für jeden Sendeauslösevorgang fokussiert
wird. Um dieses zu erreichen, werden den von den Pulsern als
Antwort auf die codierte Sendefolge ausgegebenen entsprechen
den gepulsten Wellenformen Sendefokuszeitverzögerungen 24 ge
geben. Durch eine geeignete Anpassung der Sendefokuszeitver
zögerungen in herkömmlicher Weise kann der Ultraschallricht
strahl auf eine gewünschte Sendefokusposition fokussiert wer
den. Die codierten Pulsfolgen werden von den Pulsern an die
Meßwandlerelemente über entsprechende Sende/Empfangs-(T/R)-Um
schalter 19 geliefert. Die T/R-Umschalter 19 sind typi
scherweise Dioden, welche die Empfangselektronik vor den von
der Sendeelektronik erzeugten hohen Spannungen schützen. Das
Sendesignal bewirkt, daß die Dioden abschalten oder das Sig
nal zu dem Empfänger begrenzen.
Nach jedem Sendevorgang werden die Meßwandlerelemente 2'
in den Empfangsmodus umgeschaltet, um die von dem abgetaste
ten Objekt zurückgestreuten Rücklaufechos zu empfangen. Diese
Rücklaufsignale werden über entsprechende Empfangskanäle 26
des Empfangsrichtstrahlformers entsprechenden Empfangskanälen
ebenfalls über die T/R-Umschalter 19 zugeführt. Der Empfangs
richtstrahlformer verfolgt die Echos unter der Steuerung ei
ner (nicht dargestellten) Hauptsteuerung. Der Empfangsricht
strahlformer gibt den empfangenen Echosignalen die korrekten
Empfangsfokuszeitverzögerungen 28 und summiert sie, um ein
Echosignal zu erzeugen, welches genau die von einer Aufeinan
derfolge von Reichweiten, die einer besonderen Sendefokuspo
sition entsprechen, reflektierte Ultraschall-Gesamtenergie
anzeigt. Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei
spiel transformiert der Richtstrahlformer das HF-Signal mit
tels einer Hilbert-Bandpaßfilterung in jeden Empfangskanal in
seine I/Q-Komponenten. Die I/Q-Komponenten werden dann im
Empfangssummierer 30 für jede Sendeauslösevorgang summiert.
Die Hilbert-Bandpaßfilterung kann alternativ nach der Richt
strahlsummierung ausgeführt werden.
Die I/Q-Komponenten für jeden Sendeauslösevorgang werden
dann von einem entsprechendem Decodierungsfilter 32 deco
diert, welches einen komprimierten Puls gemäß der vorliegen
den Erfindung ausgibt. Für einen n-Digit Sendecode ist das
Decodierungsfilter 32 bevorzugt ein FIR-Filter mit M Filter
abgriffen (M ≧ n) für den Empfang eines Satzes von M Filter
koeffizienten aus einem Filterkoeffizientenspeicher 34. Gemäß
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Filterkoef
fizienten c0, c1, . . ., cM-1, Skalarwerte auf, welche, wenn sie
mit dem n-Digit Sendecode gefaltet werden, eine komprimierte
Empfangspulsfolge erzeugen. [Die Filterkoeffizienten können
wie die Sende- und Empfangszeitverzögerungen und die codier
ten Sendefolgen von der Hauptsteuerung geliefert werden].
Als ein Beispiel zeigt Fig. 3 eine 5-Chip Codefolge aus
der Barker-Codefamilie. Barker-Codes sind biphasige (oder bi
näre) Codefolgen verschiedener Längen bis zu N = 13. [Der
Satz aller Barker-Codes ist in einem Artikel von Welch et al.
mit dem Titel "Sidelobe suppressed spread spectrum pulse com
pression for ultrasonic tissue imaging", IEEE Trans Ultraso
nics, Ferroelec., and Freq. Control (angenommen zur Veröf
fentlichung, August 1997), dessen Inhalte hierin durch Bezug
nahme beinhaltet ist, offenbart]. Wenn der 5-Bit Barker-Code
[1, 1, 1, -1, 1] von einem angepaßten FIR-Filter (d. h., von einem
Filter mit Filterkoeffizienten, die identisch zu den Digits
des Sendecodes sind) wie es in Fig. 3 dargestellt ist, deco
diert wird, ist das erhaltene Kompressionsverhältnis n = 5,
was einem SNR-Gewinn von 7 dB entspricht. Wie es in Fig. 3 zu
sehen, ist jedoch der Hauptpuls in dem Ausgangssignal des De
coderfilters von Pulsen mit kleinerer Amplitude umgeben. Die
se Pulse mit kleinerer Amplitude entsprechen den axialen oder
Reichweiten-Seitenkeulen, die im Vergleich zu der Hauptkeule
1/n-mal niedriger in der Amplitude sind.
Ein weiterer Code, welcher für die Anwendung der Erfin
dung geeignet ist, ist der 7-Bit Barker-Code [1, 1, 1, -1, -1,
1, -1], ein Sendecode, welcher mit einer Basispulsfolge gefal
tet wird, um die Sendecodefolge zu erzeugen. Die Basispuls
folge ist in diesem Beispiel eine bipolare Wellenform mit
zwei Zyklen mit einer Mittenfrequenz von 5 MHz, welche mit 40 MHz
abgetastet wird, d. h., [1, 1, 1, 1, -1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1,
-1, -1, -1, -1]. Die vollständige 7-Chip Sendecodefolge ist wie
folgt:
[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, 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]
[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].
Die Decodierung oder Autokorrelation wird beim Empfang
durch das Decodierungsfilter erreicht. Das geeignete Decodie
rungsfilter ist auf der Basis des Sendecodes, der Demodulati
onsfrequenz (wenn die Decodierung nach der Demodulation er
folgt) und des Betrags der beim Empfang durchgeführten Ab
tastverringerung (Downsampling) ausgelegt. Fig. 4 stellt die
durch Verendung eines Decodierungsfilters mit Filterkoeffizi
enten, die mit dem Sendecode [1, 1, 1, -1, -1, 1, -1] übereinstim
men, bewirkte Pulskompression dar. Der Spitzenwert liegt bei
7 und die Seitenkeulen bei (-17 dB unterhalb der Spitze).
Theoretisch würde die vorgenannte Wellenform die Energie ei
ner 5-MHz Wellenform mit 14 Zyklen übertragen, aber beim Emp
fang die Reichweitenauflösung einer 5-MHz Basispulswellenform
mit zwei Zyklen (d. h., eine 7 : 1 Verbesserung in der Auflö
sung) erzielen.
Von allen Biphasen-Codes sind die Barker-Codes für ihre
Eigenschaft allgemein bekannt, die kleinstmöglichen Seiten
keulen aufzuweisen, wenn sie mit einem angepaßten Filter de
codiert werden. Es sollte jedoch beachtet werden, daß für je
den einzelnen Sendecode die Seitenkeulen oft mittels fehlan
gepaßter Filterung auf Kosten einer verringerten Signalver
stärkung und/oder einer Hauptkeulenverbreiterung
(verringerten Reichweitenauflösung) unterdrückt werden kön
nen. Ein Beispiel eines fehlangepaßten Filters für den 7-Bit-
Barker-Code [1, 1, 1, -1, -1, 1, -1] ist ein Filter mit 24 Abgrif
fen, dessen Koeffizienten wie folgt sind: [0,1001, -0,1084,
0,1488, -0,2186, 0,2994, -0,3219, 0,2524, -0,2186, 0,3898,
-0,8812, 1,2050, -0,8265, -0,3764, 0,8265, 1,992, 0,8812,
0,3800, 0,2186, 0,2294, 0,3219, 0,2765, 0,2186, 0,1266,
0,1084]. Fig. 5 stellt die Faltung des 7-Bit Barker-Codes mit
diesem fehlangepaßten Filter mit 24 Abgriffen dar. Die Koef
fizienten dieses fehlangepaßten Filters werden mittels des
allgemein bekannten Verfahrens der kleinsten Quadrate [siehe
z. B. Robinson et al., Geophysical Signal Analysis, Englewood
Cliffs, Prentice-Hall (1980)] bestimmt, um die Seitenkeulen
zu minimieren und gleichzeitig zu versuchen, den Spitzenwert
zu bewahren. Mit diesem Verfahren einer fehlangepaßten Filte
rung wurden die Seitenkeulen um weitere 10 dB reduziert (-27 dB
unterhalb der Spitze), aber mit einem Verlust im Spitzen
pegel von etwa 1 dB. Bei Verwendung von weniger oder mehr Ab
griffen für das fehlangepaßte Filter können die Seitenkeulen
vergrößert oder verkleinert werden, was zu einer Verkleine
rung oder Vergrößerung im Spitzensignalverlust führt. Im all
gemeinen kann eine größere Seitenkeulenunterdrückung durch
eine Verwendung längerer fehlangepaßter FIR-Filter erreicht
werden.
Die Decodierungsfilter geben die entsprechenden pulskom
primierten Signale an den Demodulator 6 aus (siehe Fig. 1).
Diese pulskomprimierten I/Q-Signale werden von dem Demodula
tor 6 in der Frequenz verschoben. Eine Möglichkeit, dieses zu
erreichen, besteht in der Multiplikation des Eingangssignals
mit einem komplexen Sinussignal ei2πfdt, wobei fd die erforderli
che Frequenzverschiebung ist, um das Signalspektrum in das
Basisband zu bringen.
Die decodierenden FIR-Filter 32 können mittels Software
oder Hardware an dem Richtstrahlformerausgang gemäß Darstel
lung in Fig. 2 oder an dem (nicht dargestellten) Demodulator
ausgang implementiert werden. In dem letzteren Falle müssen
die Filterkoeffizienten des Decodierungsfilters an die demo
dulierten Signale angepaßt oder fehlangepaßt sein. Für den
Fall, daß der Demodulator um diskrete Frequenzen fd = k/2tb
verschiebt, wobei k jede positive ganze Zahl und tb die Dauer
der Sendebasisfolge ist, wird das Sinussignal real und der
selbe Satz von Filterkoeffizienten wird in beide Decodie
rungsfilter für die I- und Q-Komponenten eingegeben, welche somit ein
Real-Filter bilden. In den Fällen, in denen fd ≠ k/2tb
ist, empfangen die I- und Q-Decodierungsfilter unter
schiedliche Sätze von Filterkoeffizienten und bilden somit
ein komplexes Filter. In dem letzteren Falle werden die Fil
terkoeffizienten an die entsprechende demodulierte Signalkom
ponente entweder angepaßt oder fehlangepaßt.
Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich.
Insbesondere können die Sendepulsfolgen amplitudencodiert
statt phasen- oder polaritätscodiert werden. Zusätzlich kön
nen Polyphasencodes anstelle von Biphasencodes verwendet wer
den.
Claims (25)
1. Einrichtung zur bildlichen Darstellung von Strömung von
Ultraschall streuenden Elementen, enthaltend:
ein Ultraschall-Meßwandlerarray (2) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall streuenden Elementen reflektiert werden, wobei das Meßwandlerarray mehrere Meßwandlerele mente aufweist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Sendeein richtung (20) zum Pulsen selektierter Meßwandlerelemente, welche eine Sendeapertur formen, mit einer codierten Pulsfolge während erster und zweiter Sendeauslösevorgän ge, welche auf dieselbe Sendefokusposition fokussiert sind und im wesentlichen dieselbe Sendecharakteristiken aufweisen, wobei die codierte Pulsfolge eine Funktion ei nes mit einer Basispulsfolge gefalteten Sendecodes ist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Empfangs einrichtung (26) zum Empfangen erster und zweiter Signal sätze aus selektierten Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur formen, anschließend an die ersten und zweiten Sendeauslösevorgänge;
eine Einrichtung (30) zum Formen erster und zweiter Richtstrahl-summierter Signale, die jeweils von den er sten und zweiten Signalsätzen abgeleitet sind;
ein Decodierungsfilter (32) zum Komprimieren der er sten und zweiten Richtstrahl-summierten Signale, um erste bzw. zweite komprimierte Pulsfolgen zu formen;
ein Hochpaßfilter (10) zum Hochpaßfiltern der ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hoch paßgefiltertes Signal zu erzeugen;
eine Einrichtung (12) zum Abschätzen eines Strömungs parameters als eine Funktion mindestens der ersten hoch paßgefilterten Signale; und
eine Einrichtung (14-18) zur Darstellung einer Abbil dung, welche eine Funktion des Strömungsbildsignals ist.
ein Ultraschall-Meßwandlerarray (2) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall streuenden Elementen reflektiert werden, wobei das Meßwandlerarray mehrere Meßwandlerele mente aufweist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Sendeein richtung (20) zum Pulsen selektierter Meßwandlerelemente, welche eine Sendeapertur formen, mit einer codierten Pulsfolge während erster und zweiter Sendeauslösevorgän ge, welche auf dieselbe Sendefokusposition fokussiert sind und im wesentlichen dieselbe Sendecharakteristiken aufweisen, wobei die codierte Pulsfolge eine Funktion ei nes mit einer Basispulsfolge gefalteten Sendecodes ist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Empfangs einrichtung (26) zum Empfangen erster und zweiter Signal sätze aus selektierten Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur formen, anschließend an die ersten und zweiten Sendeauslösevorgänge;
eine Einrichtung (30) zum Formen erster und zweiter Richtstrahl-summierter Signale, die jeweils von den er sten und zweiten Signalsätzen abgeleitet sind;
ein Decodierungsfilter (32) zum Komprimieren der er sten und zweiten Richtstrahl-summierten Signale, um erste bzw. zweite komprimierte Pulsfolgen zu formen;
ein Hochpaßfilter (10) zum Hochpaßfiltern der ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hoch paßgefiltertes Signal zu erzeugen;
eine Einrichtung (12) zum Abschätzen eines Strömungs parameters als eine Funktion mindestens der ersten hoch paßgefilterten Signale; und
eine Einrichtung (14-18) zur Darstellung einer Abbil dung, welche eine Funktion des Strömungsbildsignals ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsparameter
Leistung ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei:
die Sendeeinrichtung (20) die selektierten Meßwandle relemente, welche die Sendeapertur formen, mit der co dierten Pulsfolge während eines dritten Sendeauslösevor gangs, der auf dieselbe Sendefokusposition fokussiert ist, pulst;
die Empfangseinrichtung (26) einen dritten Signalsatz von den selektierten Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an die dritten Sende auslösung empfängt;
die Formungseinrichtung (30) ein von dem dritten Si gnalsatz abgeleitetes drittes Richtstrahl-summiertes Si gnal formt;
das Decodierungsfilter (32) das dritte Richtstrahl summierte Signal komprimiert, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
das Hochpaßfilter (10) die zweiten und dritten kom primierten Pulsfolgen hochpaßfiltert, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu formen; und
die Strömungsparameter-Abschätzeinrichtung (12) den Strömungsparameter als eine Funktion mindestens der er sten und zweiten hochpaßgefilterten Signale schätzt, um das Strömungsbildsignal zu formen.
die Sendeeinrichtung (20) die selektierten Meßwandle relemente, welche die Sendeapertur formen, mit der co dierten Pulsfolge während eines dritten Sendeauslösevor gangs, der auf dieselbe Sendefokusposition fokussiert ist, pulst;
die Empfangseinrichtung (26) einen dritten Signalsatz von den selektierten Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an die dritten Sende auslösung empfängt;
die Formungseinrichtung (30) ein von dem dritten Si gnalsatz abgeleitetes drittes Richtstrahl-summiertes Si gnal formt;
das Decodierungsfilter (32) das dritte Richtstrahl summierte Signal komprimiert, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
das Hochpaßfilter (10) die zweiten und dritten kom primierten Pulsfolgen hochpaßfiltert, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu formen; und
die Strömungsparameter-Abschätzeinrichtung (12) den Strömungsparameter als eine Funktion mindestens der er sten und zweiten hochpaßgefilterten Signale schätzt, um das Strömungsbildsignal zu formen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei der Strömungsparameter
Geschwindigkeit ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, wobei der Strömungsparameter
Varianz ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Decodierungsfilter
mit einem Satz von Filterkoeffizienten programmiert ist,
welche an den Sendecode angepaßt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das Decodierungsfilter
(32) mit einem Satz von Filterkoeffizienten programmiert
ist, welche an den Sendecode fehlangepaßt sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 wobei das Hochpaßfilter (10)
eine Einrichtung zum Subtrahieren einer von den ersten
und zweiten komprimierten Pulsfolgen von der anderen von
den ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sendecode ein Bar
ker-Code ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sendecode ein Bi
när-Code ist.
11. Verfahren zur bildlichen Darstellung Ultraschall streuen
den Elementen, enthaltend die Schritte:
Erzeugen einer codierten Pulsfolge, welche eine Funk tion eines mit einer Basispulsfolge gefalteten Sendecodes ist;
Betreiben eines ersten Satzes von Meßwandlerelemen ten, welche eine Sendeapertur in einem Meßwandlerarray formen, mit der codierten Pulsfolge während eines ersten Sendeauslösevorgangs, der auf eine Sendefokusposition ge richtet ist;
Empfangen eines ersten Satzes von Echosignalen aus einem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur in dem Meßwandlerarray formen, anschließend an den ersten Sendeauslösevorgang;
Formen eines aus dem ersten Satz von Echosignalen ab geleiteten ersten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des ersten Richtstrahl-summierten Sig nals, um eine erste komprimierte Pulsfolge zu formen;
Betreiben des ersten Satzes von Meßwandlerelementen, welche die Sendeapertur formen, mit der codierten Puls folge während eines zweiten Sendeauslösevorgangs, der auf die Sendefokusposition fokussiert ist;
Empfangen eines zweiten Satzes von Echosignalen aus dem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an den zweiten Sende auslösevorgang;
Formen eines aus dem zweiten Satz von Echosignalen abgeleiteten zweiten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des zweiten Richtstrahl-summierten Si gnals, um eine zweite komprimierte Pulsfolge zu formen;
Hochpaßfiltern der ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hochpaßgefiltertes Signal zu formen;
Abschätzen eines Strömungsparameters als eine Funkti on mindestens des ersten hochpaßgefilterten Signals, um ein Strömungsbildsignal zu erzeugen; und
Darstellen eines Bildes, welches eine Funktion des Strömungsabbildungssignals ist.
Erzeugen einer codierten Pulsfolge, welche eine Funk tion eines mit einer Basispulsfolge gefalteten Sendecodes ist;
Betreiben eines ersten Satzes von Meßwandlerelemen ten, welche eine Sendeapertur in einem Meßwandlerarray formen, mit der codierten Pulsfolge während eines ersten Sendeauslösevorgangs, der auf eine Sendefokusposition ge richtet ist;
Empfangen eines ersten Satzes von Echosignalen aus einem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur in dem Meßwandlerarray formen, anschließend an den ersten Sendeauslösevorgang;
Formen eines aus dem ersten Satz von Echosignalen ab geleiteten ersten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des ersten Richtstrahl-summierten Sig nals, um eine erste komprimierte Pulsfolge zu formen;
Betreiben des ersten Satzes von Meßwandlerelementen, welche die Sendeapertur formen, mit der codierten Puls folge während eines zweiten Sendeauslösevorgangs, der auf die Sendefokusposition fokussiert ist;
Empfangen eines zweiten Satzes von Echosignalen aus dem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an den zweiten Sende auslösevorgang;
Formen eines aus dem zweiten Satz von Echosignalen abgeleiteten zweiten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des zweiten Richtstrahl-summierten Si gnals, um eine zweite komprimierte Pulsfolge zu formen;
Hochpaßfiltern der ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hochpaßgefiltertes Signal zu formen;
Abschätzen eines Strömungsparameters als eine Funkti on mindestens des ersten hochpaßgefilterten Signals, um ein Strömungsbildsignal zu erzeugen; und
Darstellen eines Bildes, welches eine Funktion des Strömungsabbildungssignals ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Strömungsparameter
Leistung ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, ferner die Schritte enthal
tend:
Betreiben des ersten Satzes von Meßwandlerelementen, welche die Sendeapertur formen, mit der codierten Puls folge während eines dritten Sendeauslösevorgangs, der auf die Sendefokusposition fokussiert ist;
Empfangen eines dritten Signalsatzes von Echosignalen von dem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche die Empfangsapertur formen, anschließend an den dritten Sen deauslösevorgang;
Formen eines von dem dritten Satz von Echosignalen abgeleiteten dritten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des dritten Richtstrahl-summierten Sig nals, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
Hochpaßfiltern der zweiten und dritten komprimierten Pulsfolgen, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu formen; und
Abschätzen des Strömungsparameters als eine Funktion mindestens der ersten und zweiten hochpaßgefilterten Sig nale, um das Strömungsbildsignal zu formen.
Betreiben des ersten Satzes von Meßwandlerelementen, welche die Sendeapertur formen, mit der codierten Puls folge während eines dritten Sendeauslösevorgangs, der auf die Sendefokusposition fokussiert ist;
Empfangen eines dritten Signalsatzes von Echosignalen von dem zweiten Satz von Meßwandlerelementen, welche die Empfangsapertur formen, anschließend an den dritten Sen deauslösevorgang;
Formen eines von dem dritten Satz von Echosignalen abgeleiteten dritten Richtstrahl-summierten Signals;
Komprimieren des dritten Richtstrahl-summierten Sig nals, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
Hochpaßfiltern der zweiten und dritten komprimierten Pulsfolgen, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu formen; und
Abschätzen des Strömungsparameters als eine Funktion mindestens der ersten und zweiten hochpaßgefilterten Sig nale, um das Strömungsbildsignal zu formen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Strömungsparameter
Geschwindigkeit ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 13, wobei der Strömungsparame
ter die Varianz ist.
16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Sendecode ein Bar
ker-Code ist.
17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Sendecode ein Bi
när-Code ist.
18. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Decodierungsschrit
te durch Filterung der ersten und zweiten Richtstrahl
summierten Signale unter Anwendung eines Satzes von Fil
terkoeffizienten durchgeführt werden, welcher an den er
sten Sendecode angepaßt ist.
19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Decodierungsschrit
te durch Filterung der ersten und zweiten Richtstrahl
summierten Signale unter Anwendung eines Satzes von Fil
terkoeffizienten durchgeführt werden, welcher an den er
sten Sendecode fehlangepaßt ist.
20. Einrichtung zum bildlichen Darstellen der Strömung von
Ultraschall streuenden Elementen, aufweisend:
ein Ultraschall-Meßwandlerarray (2) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall streuenden Elementen reflektiert werden, wobei das Meßwandlerarray mehrere Meßwandlerele mente aufweist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Sendeein richtung (20) zum Pulsen selektierter Meßwandlerelemente, welche eine Sendeapertur formen, mit einer codierten Pulsfolge während erster und zweiter Sendeauslösevorgän ge, welche im wesentlichen auf dieselbe Sendefokuspositi on fokussiert sind, wobei die codierte Pulsfolge eine Funktion eines mit einer. Basispulsfolge gefalteten Sende codes ist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Empfangs einrichtung (26) zum Empfangen erster und zweiter Signal sätze aus selektierten Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur formen, anschließend an die ersten und zweiten Sendeauslösevorgänge;
eine Einrichtung (30) zum Formen eines ersten Richt strahl-summierten Signals aus dem ersten Signalsatz, und eines zweiten Richtstrahl-summierten Signals aus dem zweiten Signalsatz;
eine Einrichtung (6) zum Demodulieren des ersten Richtstrahl-summierten Signals, um ein erstes demodulier tes Signal zu formen, und zum Demodulieren des zweiten Richtstrahl-summierten Signals, um ein zweites demodu liertes Signal zu formen;
ein Decodierungsfilter (32) zum Komprimieren der er sten und zweiten demodulierten Signale, um erste bzw. zweite komprimierte Pulsfolgen zu formen;
ein Hochpaßfilter (10) zur Hochpaßfilterung der er sten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen;
eine Einrichtung (12) zum Abschätzen eines Strömungs parameters als eine Funktion mindestens des ersten hoch paßgefilterten Signals, um ein Strömungsabbildungssignal zu formen; und
eine Einrichtung (14-18) zur Darstellung einer Abbil dung, welche eine Funktion des Strömungsbildsignals ist.
ein Ultraschall-Meßwandlerarray (2) zum Senden von Ultraschallwellen und Detektieren von Ultraschallechos, die von den Ultraschall streuenden Elementen reflektiert werden, wobei das Meßwandlerarray mehrere Meßwandlerele mente aufweist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Sendeein richtung (20) zum Pulsen selektierter Meßwandlerelemente, welche eine Sendeapertur formen, mit einer codierten Pulsfolge während erster und zweiter Sendeauslösevorgän ge, welche im wesentlichen auf dieselbe Sendefokuspositi on fokussiert sind, wobei die codierte Pulsfolge eine Funktion eines mit einer. Basispulsfolge gefalteten Sende codes ist;
eine mit dem Meßwandlerarray (2) verbundene Empfangs einrichtung (26) zum Empfangen erster und zweiter Signal sätze aus selektierten Meßwandlerelementen, welche eine Empfangsapertur formen, anschließend an die ersten und zweiten Sendeauslösevorgänge;
eine Einrichtung (30) zum Formen eines ersten Richt strahl-summierten Signals aus dem ersten Signalsatz, und eines zweiten Richtstrahl-summierten Signals aus dem zweiten Signalsatz;
eine Einrichtung (6) zum Demodulieren des ersten Richtstrahl-summierten Signals, um ein erstes demodulier tes Signal zu formen, und zum Demodulieren des zweiten Richtstrahl-summierten Signals, um ein zweites demodu liertes Signal zu formen;
ein Decodierungsfilter (32) zum Komprimieren der er sten und zweiten demodulierten Signale, um erste bzw. zweite komprimierte Pulsfolgen zu formen;
ein Hochpaßfilter (10) zur Hochpaßfilterung der er sten und zweiten komprimierten Pulsfolgen, um ein erstes hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen;
eine Einrichtung (12) zum Abschätzen eines Strömungs parameters als eine Funktion mindestens des ersten hoch paßgefilterten Signals, um ein Strömungsabbildungssignal zu formen; und
eine Einrichtung (14-18) zur Darstellung einer Abbil dung, welche eine Funktion des Strömungsbildsignals ist.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, wobei der Strömungsparame
ter Leistung ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 20, wobei:
die Sendeeinrichtung (20) die selektierten Meßwandle relemente, welche die Sendeapertur formen, mit der co dierten Pulsfolge während eines dritten Sendeauslösevor gangs, der auf dies Sendefokusposition fokussiert ist, pulst;
die Empfangseinrichtung (26) einen dritten Signalsatz von den selektierten Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an den dritten Sende auslösevorgang empfängt;
die Formungseinrichtung (30) ein von dem dritten Si gnalsatz abgeleitetes drittes Richtstrahl-summiertes Si gnal formt;
die Demodulierungseinrichtung (6) das dritte Richt strahl-summierte Signal demoduliert, um ein drittes demo duliertes Signal zu formen;
das Decodierungsfilter (32) das dritte Richtstrahl summierte Signal komprimiert, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
das Hochpaßfilter (10) die zweiten und dritten kom primierten Pulsfolgen hochpaßfiltert, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen; und
die Strömungsparameter-Abschätzeinrichtung (12) den Strömungsparameter als eine Funktion mindestens der er sten und zweiten hochpaßgefilterten Signale abschätzt, um das Strömungsbildsignal zu formen.
die Sendeeinrichtung (20) die selektierten Meßwandle relemente, welche die Sendeapertur formen, mit der co dierten Pulsfolge während eines dritten Sendeauslösevor gangs, der auf dies Sendefokusposition fokussiert ist, pulst;
die Empfangseinrichtung (26) einen dritten Signalsatz von den selektierten Meßwandlerelementen, welche die Emp fangsapertur formen, anschließend an den dritten Sende auslösevorgang empfängt;
die Formungseinrichtung (30) ein von dem dritten Si gnalsatz abgeleitetes drittes Richtstrahl-summiertes Si gnal formt;
die Demodulierungseinrichtung (6) das dritte Richt strahl-summierte Signal demoduliert, um ein drittes demo duliertes Signal zu formen;
das Decodierungsfilter (32) das dritte Richtstrahl summierte Signal komprimiert, um eine dritte komprimierte Pulsfolge zu formen;
das Hochpaßfilter (10) die zweiten und dritten kom primierten Pulsfolgen hochpaßfiltert, um ein zweites hochpaßgefiltertes Signal zu erzeugen; und
die Strömungsparameter-Abschätzeinrichtung (12) den Strömungsparameter als eine Funktion mindestens der er sten und zweiten hochpaßgefilterten Signale abschätzt, um das Strömungsbildsignal zu formen.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, wobei der Strömungsparame
ter Geschwindigkeit ist.
24. Einrichtung nach Anspruch 22, wobei der Strömungsparame
ter Varianz ist.
25. Einrichtung nach Anspruch 20, wobei das Hochpaßfilter
(10) eine Einrichtung zum Subtrahieren einer von den er
sten und zweiten komprimierten Pulsfolgen von der anderen
von den ersten und zweiten komprimierten Pulsfolgen auf
weist.
Priority Applications (2)
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US09/048,760 US5938611A (en) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | Method and apparatus for color flow imaging using coded excitation with single codes |
DE19912362A DE19912362A1 (de) | 1998-03-26 | 1999-03-19 | Verfahren und Einrichtung zur Farbströmungsbildgebung unter Verwendung codierter Anregung mit Einzelcodes |
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DE19912362A Withdrawn DE19912362A1 (de) | 1998-03-26 | 1999-03-19 | Verfahren und Einrichtung zur Farbströmungsbildgebung unter Verwendung codierter Anregung mit Einzelcodes |
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