DE60133785T2

DE60133785T2 - Verbesserte gewebeerzeugte harmonische Bilddarstellung mit Verwendung von kodierter Anregung

Info

Publication number: DE60133785T2
Application number: DE60133785T
Authority: DE
Inventors: Richard Yung Clifton Park Chiao; Yasuhito Hachilji-shi Takeuchi; Anne Lindsay New Berlin Hall; Kai Erik Clifton Park Thomenius
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: US6558328B2; EP1122556A9; US20010044278A1; JP2001314400A; US6375618B1; EP1122556B1; KR100742475B1; CN1205896C; EP1122556A3; DE60133785D1; EP1122556A2; KR20010078120A; CN1316227A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Ultraschallbildgebungssysteme und im Besonderen auf das Erhöhen des Oberwellen/Grundwellen-Verhältnisses und des Oberwellen/Rausch-Verhältnisses der gewebeerzeugten und kontrastmittelerzeugten harmonischen Signale in der medizinischen Bildgebung.
Herkömmliche Ultraschallbildgebungssysteme umfassen eine Anordnung aus Ultraschallwandlerelementen zum Senden eines Ultraschallstrahls und Empfangen des von dem untersuchten Objekt reflektierten Strahls. Solch eine Abtastung umfasst eine Reihe aus Messungen, in denen die fokussierte Ultraschallwelle übertragen wird, wobei das System nach einem kurzen Zeitintervall in den Empfangsmodus wechselt und die reflektierte Ultraschallwelle empfangen, strahlgeformt und zum Anzeigen verarbeitet wird. Typischerweise werden das Senden und Empfangen während jeder Messung in derselben Richtung fokussiert, um Daten aus einer Reihe von Punkten entlang eines akustischen Strahls oder einer Abtastlinie zu erfassen. Der Empfänger ist dynamisch auf eine Folge von Bereichen entlang der Abtastlinie fokussiert, wenn die reflektierten Ultraschallwellen empfangen werden.
Bei der Ultraschallbildgebung weist die Anordnung typischerweise eine Anzahl von Wandlerelementen auf, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind und mit einzelnen Spannungen betrieben werden. Durch Auswählen von Zeitverzögerung (oder Phase) und Amplitude der angelegten Spannungen können die einzelnen Wandlerelemente in einer gegebenen Reihe gesteuert werden, um Ultraschallwellen zu erzeugen, die sich verbinden, um eine Nettoultraschallwelle zu bilden, welche entlang einer bevorzugten Vektorrichtung wandert und auf einen ausgewählten Punkt entlang des Strahls fokussiert ist. Die Strahlformungsparameter eines jeden Feuerns können variiert werden, um eine Änderung im Fokus oder der Richtung für jedes Feuern bereitzustellen, z. B. indem sukzessive Strahlen entlang derselben Abtastlinie übertragen werden, wobei der Fokuspunkt eines jeden Strahls in Bezug auf den Fokuspunkt des vorangegangenen Strahls verschoben ist. Bei einer gesteuerten Anordnung kann der Strahl mit seinem Fokuspunkt in einer Ebene bewegt werden, um das Objekt abzutasten, indem die Zeitverzögerungen und Amplituden der angelegten Spannung geändert werden. Bei einer linearen Anordnung wird ein normal auf die Anordnung gerichteter fokussierter Strahl über dem Objekt abgetastet, indem die Öffnung über die Anordnung von einem Feuern zum nächsten übertragen wird.
Dieselben Prinzipien gelten, wenn die Wandlersonde in einem Empfangsmodus verwendet wird, um das reflektierte Signal zu empfangen. Die an den Empfangswandlerelementen erzeugten Spannungen werden summiert, so dass das Nettosignal kennzeichnend ist für die Ultraschallenergie, die von einem einzelnen Fokuspunkt in dem Objekt reflektiert wurde. Wie bei dem Sendemodus wird dieser fokussierte Empfang der Ultraschallenergie erreicht, indem von jedem Empfangswandlerelement separate Zeitverzögerungen (und/oder Phasenverschiebungen) und Verstärkungen des Signals übermittelt werden.
Ein Ultraschallbild besteht aus mehreren Bildabtastlinien. Eine einzelne Abtastlinie (oder eine kleine lokalisierte Gruppe von Abtastlinien) wird erfasst, indem die fokussierte Ultraschallenergie an einem Punkt in der interessierenden Region erfasst und anschließend die reflektierte Energie im Zeitablauf empfangen wird. Die fokussierte Übertragungsenergie wird als Übertragungsstrahl bezeichnet. Im Anschluss an die Übertragung summieren ein oder mehr Empfangsstrahlformer die von jedem Kanal empfangene Energie, wobei die Phasenrotation oder Zeitverzögerungen dynamisch geändert werden, um entlang der gewünschten Abtastlinien in Bereichen, proportional zur abgelaufenen Zeit, Spitzenempfindlichkeit zu erzeugen.
Das entstandene fokussierte Empfindlichkeitsmuster wird als Empfangsstrahl bezeichnet. Eine Abtastlinienauflösung ist ein Ergebnis der Richtwirkung des zugehörigen Sende- und Empfangsstrahlenpaares.
Die Ausgabe des Strahlformers wird erfasst, um einen entsprechenden Pixelintensitätswert für jedes Probenvolumen in der interessierenden Objektregion oder dem interessierenden Volumen zu bilden. Diese Pixelintensitätswerte werden log-komprimiert, abtastkonvertiert und anschließend als Bild der abgetasteten Anatomie angezeigt.
Herkömmliche Ultraschallwandler übertragen ein Breitbandsignal, das an einer Grundfrequenz f₀ zentriert ist, die von einem entsprechenden Impulsgeber auf jedes Wandlerelement der Übertragungsöffnung einzeln angelegt wird. Die Impulsgeber werden mit Zeitverzögerungen aktiviert, die die gewünschte Fokussierung des Übertragungsstrahls in einer speziellen Übertragungsfokusposition erzeugen.
Wenn sich der Übertragungsstrahl im Gewebe ausbreitet, werden Echos erzeugt, wenn die Ultraschallwelle von den Grenzen zwischen Regionen mit unterschiedlicher Dichte gestreut oder reflektiert wird. Die Wandleranordnung wandelt diese Ultraschallechos in elektrische Signale um, die verarbeitet werden, um ein Bild des Gewebes zu erzeugen. Diese Ultraschallbilder werden aus einer Kombination aus fundamentalen (linearen) und harmonischen (nichtlinearen) Signalkomponenten gebildet, wobei die letzteren in nichtlinearen Medien, wie z. B. Gewebe oder Blutströmen erzeugt werden, die Kontrastmittel enthalten. Durch das Streuen der linearen Signale ist das empfangene Signal eine zeitverschobene, amplitudenskalierte Version des übertragenen Signals. Das gilt jedoch nicht für akustische Medien, die nichtlineare Ultraschallwellen streuen.
Die Echos einer Hochamplitudensignalübertragung werden sowohl lineare als auch nichtlineare Signalkomponenten enthalten. In einigen Fällen können Ultraschallbilder verbessert werden, indem die fundamentalen (Grundwellen-)Signalkomponenten unterdrückt und die harmonischen (nichtlinearen) Signalkomponenten (Oberwellen) hervorgehoben werden. Wenn die übertragene Mittenfrequenz f₀ ist, dann werden Gewebe/Kontrastnichtlinearitäten bei Nf₀ Harmonische und bei f₀/N Subharmonische erzeugen, wobei N eine Ganzzahl ist, die größer oder gleich 2 ist. Die Bildgebung harmonischer Signale wurde durch Übertragen eines Schmalbandsignals bei Frequenz f₀; und Empfangen an einem Band, zentriert bei Frequenz 2f₀ (zweite Harmonische), durchgeführt, gefolgt von der Empfangssignalverarbeitung.
Die harmonische Gewebebildgebung ist in der Lage, die B-Modusbildqualität in schwer abzubildenden Patienten stark zu verbessern. Ein Problem der harmonischen Gewebebildgebung ist das niedrige Harmonische/Rausch-Verhältnis (HNR), da die harmonischen Signale in der Amplitude mindestens eine Größenordnung kleiner sind als das fundamentale Signal.
Ein zweites Problem ist die ungenügende Isolierung des harmonischen Signals von dem fundamentalen Signal, wie von dem geringen Oberwellen/Grundwellen-Verhältnis (HFR) gemessen.
Die kodierte Anregung ist ein gut bekanntes Verfahren in der medizinischen Ultraschallbildgebung. Zum Beispiel ist die Verwendung von Barker-Codes in dem der Allgemeinheit abgetretenen U.S.-Patent 5,938,611 , erteilt am 17/8/99 offenbart und die Verwendung von Golay-Codes ist in dem der Allgemeinheit abgetretenen U.S.-Patent 5,984,869 , erteilt am 16/11/99 offenbart.
Die Verfahren der harmonischen Gewebebildgebung und der harmonischen Bildgebung unter Verwendung von Kontrastmitteln sind gleichermaßen bekannt.
Das Verfahren der harmonischen Gewebebildgebung wird dargestellt in Averkiou et al., "A New Imaging Technique Based an the Nonlinear Properties of Tissues," (Ein neues Bildgebungsverfahren basierend auf den nichtlinearen Gewebeeigenschaften) 1997 IEEE Ultrasonics (Ultraschalltechnik) Symp., pp. 1561–1566, XP 010271473 während die harmonische Bildgebung unter Verwendung von Kontrastmitteln dargestellt wird in de Jong et al., "Principles and Recent Developments in Ultrasound Contrast Agents," (Prinzipien und neueste Entwicklungen in Ultraschallkontrastmitteln) Ultrasonics (Ultraschalltechnik), Vol. 29, 1991, pp. 324–330, und in Uhlendorf, "Physics of Ultrasound Contrast Imaging: Scattering in the Linear Range," (Physik der Ultraschallkontrastbildgebung: Streuung in dem linearen Bereich) IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. & Freq. Control, Vol. 41, No. 1, pp. 70–79, Januar (1994). Gewebeharmonien können die B-Modusbildqualität in schwer abzubildenden Patienten verbessern, während Kontrastharmonien vaskulare Untersuchungen stark verbessern können.
Das Verfahren der Phasenverschiebung des Übertragungssignals über die Übertragungsöffnung zum Abbrechen des übertragenen Signals an der zweiten harmonischen Frequenz, wird offenbart von Krishnan et al. in "Transmit Aperture Processing for Nonlinear Contrast Agent Imaging," Ultrasonic Imaging (Übertragungsöffnungsverarbeitung für nichtlineare Kontrastmittelbildgebung, Ultraschallbildgebung), Vol. 18, pp. 77–105, 1996₁ XP626200.
Takeuchi hat das Konzept der Phasenverschiebung ausgeweitet auf die kodierte Anregung von kontrasterzeugten zweiten harmonischen Signalen in "Coded Excitation for Harmonic Imaging," 1997 IEEE Ultrasonics Symp. (Kodierte Anregung für harmonische Bildgebung", 1997 IEEE Ultraschallsymposium), pp. 1433–1436₁ XP010217703.
In den medizinischen Ultraschallbildgebungssystemen der vorstehend beschriebenen Art ist es wünschenswert, HFR und HNR zu optimieren. Im Besonderen besteht Bedarf nach einem System und einem Verfahren zur wesentlichen Steigerung von HFR und HNR in der harmonischen Bildgebung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbessert die Leistung der harmonischen Gewebebildgebung unter Verwendung von kodierter Anregung HFR und HNR der harmonischen Gewebesignale durch Übertragung einer langen kodierten Impulssequenz und Dekodierung der empfangenen strahlensummierten Daten.
Die übertragene Impulssequenzamplitude wird ausreichend hoch festgelegt, um aus der Gewebenichtlinearität harmonische Signale zu erzeugen. Die harmonischen Signale werden empfangen (zusammen mit dem fundamentalen Signal), strahlgeformt, isoliert, demoduliert und verwendet, um ein Bild zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Übertragungswellenform zum Erfassen des Nten harmonischen Signals zweiphasenkodiert (1, –1) unter Verwendung zweier Codesymbole einer Codesequenz, wobei jeder kodierte Abschnitt (d. h. Chip) der Übertragungswellenform mit dem zweiten Codesymbol kodiert wird, das in Bezug auf die Chips, die mit dem ersten Codesymbol kodiert sind, um 180°/N phasenverschoben ist. Das wird implementiert, indem die Chips der Übertragungssequenz, die mit dem zweiten Codesymbol um 1/2N Bruchzyklus an der Mittenfrequenz in Bezug auf die mit dem ersten Codesymbol kodierten Chips kodiert sind, zeitverschoben werden. Bei dem zweiten harmonischen Signal (N = 2) sind die Phasen der zwei Chips der kodierten Übertragungssequenz 90° verschoben, was durch kreisförmige Verschiebung der zweiten Chips um einen Viertelzyklus in dem Übertragungssequenzspeicher implementiert wird. [Der Ausdruck „kreisförmige Verschiebung", wie hierin verwendet, bedeutet, dass die Zeitabtastungen, die an dem Vorderende eines verschobenen Chips ausgelassen werden, an dem hinteren Ende des verschobenen Chips angehängt werden.] Während des Empfangs wird das zweite harmonische Signal durch einen Bandpassfilter isoliert, der an der doppelten fundamentalen Frequenz zentriert ist und durch Dekodieren verbessert wird. Die Bandpassfilter- und Dekodierfunktionen werden vorzugsweise in einem Filter kombiniert.
Ein erhöhtes HFR wird realisiert, da nur das zweite harmonische Signal dem Dekodierfilter richtig entspricht, während das fundamentale Signal (und andere Harmonische) nicht richtig kodiert werden und keine Dekodierverstärkung erreichen. Unter Verwendung dieses Verfahrens steigen sowohl HFR als auch HNR des zweiten harmonischen Signals um 10 log(n)dB an, wobei n die Anzahl an Chips in dem Einzelübertragungscode (z. B. Barker) ist, oder um 10 log(2n) bei einem Zweifachübertragungscode (z. B. Golay). Die zusätzliche HFR-Verstärkung ermöglicht, dass breitere Bandsignale für eine verbesserte Auflösung verwendet werden können.
Die Erfindung wird nun als Beispiel ausführlicher beschrieben mit Bezug auf die Figuren, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Ultraschallbildgebungssystems ist.
2 ein Blockdiagramm eines Ultraschallbildgebungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
3–6 Impulswellenformen eines Zyklus einer Grundsequenz (3), eine überabgetastete Codesequenz (4), eine kodierte Grundsequenz für die fundamentale Bildgebung (5) und eine kodierte Grundsequenz für die harmonische Bildgebung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (6) sind.
7 eine schematische Darstellung eines komprimierten Impulses ist, der aus der Faltung einer 5-Bit-Biphasencodesequenz mit übereinstimmenden Filterkoeffizienten eines Dekodierfilters gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform resultiert.
8 ein Blockdiagramm eines Filters gemäß einer bevorzugten Ausführungsform unter Verwendung eines Zwei-Übertragungscodes (z. B. Golay) ist.
Ein Ultraschallbildgebungssystem, in dem die vorliegende Erfindung eingebaut sein kann, ist in 1 dargestellt. Das System umfasst eine Wandleranordnung 10 mit einer Vielzahl von separat angetriebenen Wandlerelementen 12, von denen jedes einen Ultraschallenergieimpuls erzeugt, wenn es mit einer von einem Sender 14 erzeugten Impulswellenform erregt wird. Die von dem in Untersuchung befindlichen Objekt an die Wandleranordnung 10 reflektierte Ultraschallenergie wird von jedem Empfangswandlerelement 12 in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Satz an Übertragungs-/Empfangs(T/R)schaltern 18 separat auf einen Empfänger 16 angewendet. T/R-Schalter 18 sind typischerweise Dioden, die die Empfangselektronik vor hohen Spannungen schützen, welche von der Übertragungselektronik erzeugt werden.
Das Übertragungssignal bewirkt, dass die Dioden das Signal an den Empfänger abstellen oder begrenzen. Der Sender 14 und der Empfänger 16 werden unter Steuerung eines Steuerschalters (oder Hostcomputers) 20 betrieben, der über eine Benutzerschnittstelle (nicht dargestellt) auf Befehle eines menschlichen Bedieners reagiert. Eine vollständige Abtastung wird ausgeführt, indem eine Reihe von Echos erfasst wird, nachdem der Sender 14 vorübergehend auf AN geschaltet wurde, um jedes Wandlerelement 12 mit Energie zu versorgen, und die nachfolgenden Echosignale, die von dem Wandlerelement 12 erzeugt wurden, werden auf den Empfänger 16 angewendet. Ein Kanal kann mit dem Empfang beginnen, während ein anderer Kanal noch mit der Übertragung beschäftigt ist. Der Empfänger 16 kombiniert die separaten Echosignale von jedem Wandlerelement, um ein einzelnes Echosignal zu erzeugen, das verwendet wird, um eine Linie in einem Bild auf einem Videomonitor eines Anzeigesubsystems 22 zu erzeugen.
Unter der Steuerung des Steuerschalters 20 treibt der Sender 14 die Wandleranordnung 10 an, so dass die Ultraschallenergie als ein gerichteter fokussierter Strahl übertragen wird. Um das durchzuführen, werden entsprechende Zeitverzögerungen durch einen Übertragungsstrahlformer 26 auf eine Anzahl von Impulsgebern 24 abgegeben. Der Steuerschalter 20 bestimmt die Bedingungen, unter denen die akustischen Impulse übertragen werden. Mithilfe dieser Information bestimmt der Übertragungsstrahlformer 26 den Takt und die Amplitude eines jeden von den Impulsgebern 24 zu erzeugenden Übertragungsimpulses. Die Amplitude eines jeden Übertragungsimpulses wird von einem Apodisationsgenerator (nicht dargestellt) erzeugt. Die Impulsgeber 24 wiederum senden die Übertragungsimpulse an jedes Element 12 der Wandleranordnung 10 über T/R-Schalter 18, die die zeitabhängigen Verstärkungssteuerungs(TGC)-Verstärker 28 vor hohen Spannungen schützen, welche an der Wandleranordnung auftreten können.
Durch richtiges Einstellen der Übertragungsfokuszeitverzögerungen und der Apodisationsgewichtungen auf herkömmliche Art und Weise kann ein Ultraschallstrahl gerichtet und fokussiert werden, um einen Übertragungsstrahl zu bilden.
Die Echosignale, die von jedem Ultraschallenergieimpuls erzeugt werden, reflektieren von Objekten, die sich an aufeinander folgenden Bereichen entlang jedes Übertragungsstrahls befinden. Die Echosignale werden von jedem Wandlerelement 12 einzeln erfasst und eine Abtastung der Echosignalgröße an einem bestimmten Punkt in der Zeit stellt die Reflektionsmenge dar, die in einem bestimmten Bereich auftritt. Aufgrund der Unterschiede in den Übertragungswegen zwischen einem Reflektionspunkt und jedem Wandlerelement 12 werden die Echosignale nicht gleichzeitig erfasst und ihre Amplituden sind nicht gleich. Der Empfänger 16 verstärkt die einzelnen Echosignale über einen TGC-Verstärker 28 in jedem Empfangskanal. Eine zeitabhängige Verstärkersteuerung wird durch Erhöhen oder Verringern der Verstärkung als Funktion der Tiefe ausgeführt. Die Menge der von den TGC-Verstärkern bereitgestellten Verstärkung wird von einer TGC-Antriebsschaltung (nicht dargestellt) gesteuert, die durch den Hostcomputer und Handbetrieb von Potentiometern (nicht dargestellt) festgelegt wird. Die analogen Echosignale werden dann an den Empfangsstrahlformer 30 gesendet.
Unter der Steuerung des Steuerschalters 20 verfolgt der Empfangsstrahlformer 30 die Richtung des übertragenen Strahls, der die Echosignale in einer Reihenfolge an Bereichen entlang jedes Strahls abtastet. Der Empfangsstrahlformer 30 gibt die richtigen Zeitverzögerungen und Empfangsapodisationsgewichtungen an jedes verstärkte Echosignal ab und summiert die Signale, um ein Echosignal bereitzustellen, das genau die Gesamtultraschallenergie darstellt, die von einem Punkt in einem besonderen Bereich entlang eines Ultraschallstrahls reflektiert wird. Die Empfangsfokuszeitverzögerungen werden mithilfe von Spezialhardware in Echt zeit verarbeitet oder aus einer Nachschlagetabelle ausgelesen. Die Empfangskanäle weisen auch eine Schaltung zum Filtern der empfangenen Impulse auf. Die gefilterten zeitverzögerten Empfangssignale werden anschließend summiert.
In dem in 1 dargestellten System wird die Frequenz des Strahlformerausgangssignals von einem Demodulator 31 auf Basisband verschoben. Eine Möglichkeit das zu erreichen, ist, das Eingangssignal mit einem Sinuskomplex e^12πf _d ^dt zu multiplizieren, wobei f_d die Frequenzverschiebung ist, die erforderlich ist, um das Signalspektrum auf Basisband zu bringen. Die demodulierten Signale werden an einen Signalprozessor 32 geliefert, der die demodulierten Signale in Anzeigedaten umwandelt. In dem B-Modus (Graustufen) umfassen die Anzeigedaten die Hülle des Signals mit einer zusätzlichen Verarbeitung, wie zum Beispiel Kantenverbesserung und logarithmische Komprimierung.
Im Wesentlichen werden die Anzeigedaten für die Videoanzeige von einem Abtastwandler 34 in X-Y-Format umgewandelt. Die abtastumgewandelten Frames werden an einen Videoprozessor (nicht dargestellt) geleitet, der in dem Anzeigesubsystem 22 enthalten ist. Der Videoprozessor bildet die Videodaten für die Anzeige ab und sendet die abgebildeten Bildframes an das Anzeigesubsystem.
Die von dem Videomonitor (nicht dargestellt) des Anzeigesubsystems 22 angezeigten Bilder werden von einem Bildframe aus Daten erzeugt, in dem jede Größe die Intensität oder Helligkeit eines entsprechenden Pixels in der Anzeige repräsentiert. Ein Bildframe kann eine 256×256 Datenanordnung umfassen, in der jede Intensitätsgröße eine 8-Bit-Binärzahl ist, die die Pixelhelligkeit darstellt.
Die Helligkeit eines jeden Pixels auf dem Videomonitor wird kontinuierlich aktualisiert durch Lesen des Wertes seines entsprechenden Elements in der Datenanordnung auf bekannte Art und Weise. Jedes Pixel weist einen Intensitätswert auf, der eine Funktion des Rückstreuungsquerschnitts eines entsprechenden Abtastvolumens in Reaktion auf abfragende Ultraschallimpulse ist.
2 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, die eine Einzelübertragungscodeanregung für die Anzeige eines harmonischen Bildes verwendet. In diesem System wird jedes Wandlerelement in der Übertragungsöffnung unter Verwendung einer kodierten Grundsequenz gepulst, wobei jeder Impuls in der Sequenz als Chip bezeichnet wird.
Die kodierte Grundsequenz wird durch Falten einer Grundsequenz (umfassend eine Sequenz von +1 und –1 Elementen) mit einer überabgetasteten Codesequenz (umfassend ein n-Zifferncode, wobei jede Ziffer eins der zwei Codesymbole +1 und –1 ist) gebildet. Im Besonderen wird die Grundsequenz unter Verwendung einer n-Zifferncodesequenz phasenkodiert, um eine n-Chip-kodierte Grundsequenz, die in einem Übertragungssequenzspeicher 36 gespeichert ist, zu erzeugen. Wenn Einzelübertragungscodes (z. B. Barker-Codes) verwendet werden, speichert der Übertragungssequenzspeicher 36 eine kodierte Grundsequenz für jeden Übertragungsfokusbereich. Wenn Zweifachübertragungscodes (z. B. Golay-Codes) verwendet werden, speichert der Übertragungssequenzspeicher 36 zwei kodierte Grundsequenzen für jeden Übertragungsfokusbereich.
Die Erzeugung einer beispielhaften kodierten Grundsequenz zur Verwendung in der harmonischen Bildgebung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in 3, 4 und 6 dargestellt. Zum Vergleich zeigt 5 die entsprechende kodierte Grundsequenz der Fundamentalsignalkomponenten zur Verwendung in der herkömmlichen Bildgebung, wobei die Codesequenz nicht direkt übertragen wird, sondern durch Überabtastung (typischerweise bei 40 MHz oder dt = 0,025 μsek Zeitabtastungen) und anschließendes Falten der überabgetasteten Codesequenz (dargestellt in 4) mit einer Grundsequenz (dargestellt in 3), um die kodierte Grundsequenz zu bilden. Der Start der mit dem zweiten Codesymbol der Codesequenz kodierten Grundsequenz wird in 5 und 6 mit „A" bezeichnet. Die kodierte Grundsequenz kann viel effizienter übertragen werden, da ihr Spektrum durch richtige Auswahl der Grundsequenz besser zu dem Wandlerdurchlassband passt.
Herkömmliche Zweiphasencodes wie z. B. Barker- und Golay-Codes weisen zwei phaseninvertierte Symbole wie +1 und –1 auf. Allerdings müssen, um die Übertragungswellenform zum Erfassen des Nten harmonischen Signals unter Verwendung der Codesymbole der in 4 dargestellten Codesequenz zu kodieren, die Chips der mit dem zweiten Codesymbol (d. h. –1) kodierten Übertragungswellenform in Bezug auf die mit dem ersten Codesymbol (d. h. +1) kodierten Chips um 180°/N phasenverschoben werden. Das liegt daran, dass, wenn das übertragene Signal einen Phasenterm exp[jθ] aufweist, das empfangene Nte harmonische Signal einen Phasenterm exp[jNθ] aufweist. Im Besonderen müssen, um die Übertragungswellenform zum Erfassen des zweiten (N = 2) harmonischen Signals zu kodieren, die jeweiligen Chips, die den zwei Codesymbolen +1 und –1 entsprechen, 90° verschoben sein, damit die jeweiligen zweiten harmonischen Empfangssignale 180° verschoben sind. Bei Empfang isoliert ein Bandpassfilter mit zweifacher fundamentaler Mittenfrequenz das zweite harmonische Signal, das anschließend dekodiert wird.
Die Phasenverschiebung in der kodierten Grundsequenz, die dem zweiten Codeelement entspricht, wird durch kreisförmige Verschiebung des entsprechenden Chips in der Zeit T = 1/(2Nf₀) μsek implementiert. Zum Beispiel ist für N = 2 (zweite Harmonische) und f0 = 3,33 MHz die Zeitverschiebung T = 0,075 μsek, was T/dt = 3 Zeitabtastungen entspricht. Der Chip in der kodierten Grundsequenz, der einer 90° Phasenverschiebung entspricht, wird dann in der Zeit um 3 Zeitabtastungen kreisförmig verschoben, wobei die erste der 3 verschobenen Zeitabtastungen in 6 schraffiert ist. Das wird durch die kreisförmige Verschiebung der zweiten kodierten Grundsequenz (d. h. Chip) um einen Viertelzyklus in dem Übertragungssequenzspeicher implementiert.
In dem System von 2 steuert jede kodierte Grundsequenz, die aus dem Übertragungssequenzspeicher 36 ausgelesen wurde, die Aktivierung einer Vielzahl von Impulsgebern 24 während eines entsprechenden Übertragungs-Feuerns. Die kodierte Grundsequenz für eine gegebene Fokusposition wird mit ausreichender Amplitude übertragen, so dass die harmonischen Signale durch die nichtlineare Verbreitung im Gewebe erzeugt werden. Die Impulsgeber 24 treiben Elemente 12 der Wandleranordnung 10 an, so dass die erzeugte Ultraschallenergie für jedes Übertragungs-Feuern in einem Strahl fokussiert wird. Um das durchführen zu können, werden Übertragungsfokuszeitverzögerungen aus einer Nachschlagetabelle 38 an die entsprechenden von den Impulsgebern erzeugten gepulsten Wellenformen abgegeben. Durch richtiges Einstellen der Übertragungsfokuszeitverzögerungen auf herkömmliche Art und Weise können die Ultraschallstrahlen an einer Vielzahl von Übertragungsfokuspositionen fokussiert werden, um eine Abtastung in einer Bildebene durchzuführen.
Bei jeder Übertragung werden die Echosignale von den Wandlerelementen 12 an die entsprechenden Empfangskanäle 40 des Empfangsstrahlformers geleitet. Jeder Empfangskanal weist einen TGC-Verstärker und einen Analog-zu-Digital-Wandler (in 2 nicht dargestellt) auf. Unter der Steuerung des Steuerschalters 20 (in 1 dargestellt) verfolgt der Empfangsstrahlformer die Richtung des übertragenen Strahls. Ein Empfangsstrahlformerspeicher 42 gibt die richtigen Empfangszeitverzögerungen an die empfangenen Echosignale ab und summiert die empfangenen Echosignale, um ein Echosignal bereitzustellen, das genau die Gesamtultraschallenergie darstellt, die von einer speziellen Übertragungsfokusposition reflektiert wird. Die zeitverzögerten Empfangssignale werden für jedes Übertragungs-Feuern in einem Empfangsstrahlsummierer 44 summiert.
Bei der Einzelübertragungscodeanregung werden die strahlsummierten Empfangssignale, die im Anschluss an das Übertragungs-Feuern erfasst wurden, an einen Kombinationsfilter 46 geliefert, der das strahlsummierte Empfangssignal mit einem Empfangscode korreliert. Der Kombinationsfilter 46 enthält einen Bandpassfilter zentriert bei Nf₀; um das Nte harmonische Signal zu isolieren. Vorzugsweise umfasst der Kombinationsfilter 46 einen endlichen Impulsantwortfilter (FIR – Finite Impulse Response), der sowohl Bandpassfilterung als auch Dekodierfilterung durchführt. Geeignete Filterkoeffizienten werden in einen Filterkoeffizientenspeicher 48 gespeichert und zu den entsprechenden Zeiten an den Kombinationsfilter 46 geleitet. Es wird anerkannt werden, dass separate Filter, d. h. ein Bandpass-FIR-Filter und ein Dekodier-FIR-Filter durch einen Kombinations-FIR-Filter ersetzt werden können. Der Bandpass-FIR-Filter wird Filterkoeffizienten b(m) aufweisen, die ausgelegt sind, um harmonische Signalkomponenten durchzulassen, wobei m = 0, 1, 2, ..., (M – 1), während der Dekodier-FIR-Filter Filterkoeffizienten a(k) aufweist, die eine Funktion des Übertragungscodes darstellen, wobei k = 0, 1, 2, ..., (K – 1). Die Filterkoeffizienten c(i), wobei i = 0, 1, 2 (MK – 1), eines funktional äquivalenten Kombinations-FIR-Filters können berechnet werden durch Falten der Filterkoeffizienten a(k) mit den Filterkoeffizienten b(m) gemäß der Gleichung:
Das bandpassgefilterte und dekodierte Empfangssignal wird von einem Demodulator 31 demoduliert und an einen Signalprozessor 32 (siehe 1) weitergeleitet. In dem B-Modus umfasst die Signalverarbeitung Hüllkurvendetektion, Kantenanhebung und logarithmische Komprimierung. Im Anschluss an die Signalverarbeitung und die Abtastumwandlung wird eine Abtastlinie auf dem Videomonitor 10 des Anzeigesubsystems angezeigt. Dieser Vorgang wird wiederholt, so dass eine entsprechende Abtastlinie für jede Übertragungsfokusposition (im Falle einer Übertragungsfokusposition für jeden Strahlwinkel) oder für jeden Vektor (im Falle mehrerer Übertragungsfokuspositionen für jeden Strahlwinkel) angezeigt wird, wodurch ein harmonisches Bild der gewünschten Ordnung gebildet wird.
Bei Zweiphaseneinzelübertragungscodes (z. B. Barker Codes) moduliert eine speziell entwickelte Codesequenz einen Übertragungsimpuls (Grundsequenz) der Länge P. Eine kodierte Grundsequenz von n Chips weist eine Gesamtlänge n × P auf. Das Strahlformerausgabesignal wird in Zeit komprimiert, indem es durch den Kombinationsfilter 46 aus Bandpass und Dekodierung (siehe 2) durchgelassen wird. Einige kodierte Wellenformen werden am besten durch signalangepasstes Filtern komprimiert, d. h. durch Verwendung eines Satzes aus Dekodier-FIR-Filterkoeffizienten a(k), der eine identische Kopie des n Chip-Übertragungscodes darstellt. Jedoch werden manchmal durch fehlangepasstes Filtern unter Verwendung von FIR-Filtern, die mehr als einen n-Filterkoeffizienten aufweisen oder Koeffizienten, die sich von dem ursprünglichen n-Chip-Übertragungscode unterscheiden, noch wünschenswertere Komprimierungseffekte erzielt. Das Ausgabesignal des Kombinationsfilters 46 ist ein impulskomprimiertes harmonisches Signal, das die Länge oder ungefähr die Länge der ursprünglichen Übertragungsimpulslänge P aufweist, aber eine Amplitude, die n-mal größer ist.
7 zeigt als Beispiel eine 5-Chip-Codesequenz aus der Familie der Barker-Codes. Barker-Codes sind Zweiphasen-(oder Binär-)Codesequenzen verschiedener Längen bis zu n = 13. Wenn der 5-Bit-Barker-Code [1, 1, 1, –1, 1] von einem signalangepassten FIR-Filter (d. h. ein Filter mit Filterkoeffizienten, die mit den Ziffern des Übertragungscodes identisch sind) dekodiert wird, wie in 7 dargestellt, ist das erreichte Komprimierungsverhältnis n = 5, was einer SNR-Verstärkung von 7 dB entspricht. Jedoch ist, wie in 7 zu sehen, der Hauptimpuls in dem Dekodierfilterausgabesignal umgeben von Impulsen einer kleineren Amplitude.
Diese kleineren Amplitudenimpulse entsprechen den Achs- oder Bereichsnebenkeulen, die verglichen mit der Hauptkeule 1/n mal kleiner in der Amplitude sind.
Wenn separate Bandpass- und Dekodierfilter verwendet werden, wird die Dekodierung oder Autokorrelation bei Empfang des Dekodierfilters erreicht. Der entsprechende Dekodierfilter ist basierend auf dem Übertragungscode, der Demodulationsfrequenz (wenn die Dekodierung auf die Demodulation folgt) und der Menge der bei Empfang durchgeführten Abwärtsabtastung entwickelt.
Unter allen Zweiphasencodes sind die Barker-Codes gut bekannt für ihre Eigenschaft, die kleinsten möglichen Nebenkeulen aufzuweisen, wenn von einem angepassten Filter dekodiert. Jedoch können, bei jedem Einzelübertragungscode, die Nebenkeulen oft durch fehlangepasstes Filtern auf Kosten einer verringerten Signalverstärkung und/oder Hauptkeulenverbreiterung (verringerte Bereichsauflösung) unterdrückt werden. Im Wesentlichen kann eine größere Nebenkeulenunterdrückung mithilfe längerer fehlangepasster FIR-Filter erreicht werden.
Bei Zweiübertragungscodes (z. B. Golay) gibt es zwei kodierte Grundsequenzen für jeden Übertragungsfokusbereich.
Die kodierten Grundsequenzen für eine gegebene Fokusposition werden mit ausreichender Amplitude übertragen, so dass die harmonischen Signale von der nichtlinearen Verbreitung im Gewebe erzeugt werden und die empfangenen Wellenformen strahlgeformt, dekodiert und verwendet werden, um ein harmonisches Bild zu bilden. Bei Zweiübertragungscodes umfasst der Dekodierfilter einen FIR-Filter und einen Vektorsummierer. Das Ausgabesignal des FIR-Filters wird über die zwei Übertragungen an einer gegebenen Fokusposition akkumuliert, um den Dekodierungsschritt zu beenden. 8 zeigt einen FIR-Filter 50, der die Funktion des Bandpassfilterns der gewünschten harmonischen Signalkomponente und anschließend das Korrelieren jedes Empfangscodes mit dem entsprechenden Übertragungscode durchführt. Zum Zweck dieser Anwendung meint der Ausdruck „Dekodierer" eine Hardware und/oder Software zum Durchführen der Funktionen des Filterns der Empfangsvektoren, um eine harmonische Signalkomponente durchzulassen, und des Dekodierens der Empfangsvektoren. In der teilweise in 8 dargestellten Ausführungsform bilden der FIR-Filter 50 und der Vektorsummierer 52 einen Dekodierer. (Im Gegensatz dazu bildet in der in 2 dargestellten Ausführungsform der Kombinationsfilter 46 den Dekodierer.) Während des Empfangs im Anschluss an die erste kodierte Übertragung filtert der Kombinations-FIR-Filter 50 einen ersten strahlsummierten Empfangsvektor gemäß einem ersten Satz Filterkoeffizienten, die bestimmt wurden, indem die Filterkoeffizienten für einen harmonischen Bandpassfilter mit Filterkoeffizienten für einen Dekodierfilter gefaltet wurden, die für den ersten Übertragungscode angepasst wurden. Der von dem Kombinationsfilter 50 gelieferte erste gefilterte Empfangsvektor wird in einem Pufferspeicher im Vektorsummierer 52 gespeichert. Während des Empfangs im Anschluss an die zweite kodierte Übertragung filtert der Kombinations-FIR-Filter 50 einen zweiten strahlsummierten Empfangsvektor gemäß einem zweiten Satz Filterkoeffizienten, die bestimmt wurden, indem die Filterkoeffizienten für einen harmonischen Bandpassfilter mit Filterkoeffizienten für einen Dekodierfilter gefaltet wurden, die für den zweiten Übertragungscode angepasst wurden. Der zweite gefilterte Empfangsvektor wird an den Vektorsum mierer 52 geliefert, wo er mit dem im Pufferspeicher gespeicherten ersten gefilterten Empfangsvektor summiert wird. Der summierte, gefilterte (d. h. bandpassgefilterte oder dekodierte) Empfangsvektor wird anschließend für die Bildanzeige weiter verarbeitet.
Bei Zweiübertragungscodeanregung werden die Wandlerelemente gemäß einer ersten kodierten Sequenz während einem ersten Übertragungs-Feuern gepulst, an einer gewünschten Übertragungsfokusposition fokussiert und gemäß einer zweiten kodierten Sequenz während einem zweiten Übertragungs-Feuern an derselben Übertragungsfokusposition fokussiert. Die erste und die zweite kodierte Sequenz werden durch entsprechendes Falten der ersten und zweiten Codesequenz (z. B. Golay-Codepaare) mit der Grundsequenz erzeugt, d. h. durch Phasenkodierung der Grundsequenz unter Verwendung der Codesequenzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste und zweite Übertragungscode komplementäre Golay-Codes, z. B. das Golay-Codepaar [1, 1] und [1, –1] und die Impulsgeber 24 (siehe 2) sind bipolar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird jeder Chip der Golay-kodierten Grundsequenzen, die durch das Codesymbol –1 codiert sind, in Bezug auf die Chips, die durch das Codesymbol +1 codiert wurden, um 1/2 N Bruchzyklus kreisförmig zeitverschoben.
Während jedem Feuern werden die Impulsgeber 24 durch eine Golay-kodierte Grundsequenz angeregt, die von dem Übertragungssequenzspeicher 36 oder von spezieller Hardware bereitgestellt wird. In Reaktion auf die Golay-kodierte Grundsequenz aus dem Übertragungssequenzspeicher 36 und die von der Nachschlagetabelle 38 bereitgestellten Übertragungsfokusverzögerungen stellen die Impulsgeber Golay- kodierte Impulssequenzen für die entsprechenden Wandlerelemente 12 bereit, welche die Übertragungsöffnung bilden. Die Symbole +1 und –1 einer jeden Golay-kodierten Grundsequenz werden von den Impulsgebern 24 in Impulse von 0 bis 90°-Phasen umgewandelt.
Bei jedem Feuern wird eine Bandpassfilterung an der zweiten harmonischen Frequenz durchgeführt und eine Dekodierfilterung unter Verwendung der überabgetasteten Golay-Sequenzen durchgeführt, die der Golay-kodierten Grundsequenz entspricht, die während der Übertragung verwendet wird. Die zeitumgekehrten überabgetasteten Golay-Sequenzen y(–k) werden in einen Filterkoeffizientenspeicher 48 gespeichert und einem FIR-Filter 50 (siehe 8) zu entsprechenden Zeiten zur Verfügung gestellt. Der Filter 50 korreliert das empfangene Signal x(k) mit der überabgetasteten Golay-Sequenz y(k):
wobei * die Faltung beschreibt und der Überstrich die Konjugation (wenn x und y komplex sind). Die Ergebnisse der Korrelationen werden in dem Vektorsummierer 52 (siehe 8) summiert, um das dekodierte Signal zu bilden, das anschließend an den Demodulator 31 geliefert wird.
Das Bildgebungssystem, das die in 8 dargestellte Struktur enthält, kann ebenfalls durch Demodulieren von RF-Echosignalen zu Basisband und Abwärtsabtasten vor oder nach der Strahlsummierung betrieben werden. In diesem Fall werden die überabgetasteten Golay-Sequenzen, die zur Korrela tion gespeichert wurden, ebenfalls zu Basisband demoduliert und abwärtsabgetastet.
Der Kombinations-FIR-Filter kann in Software oder Hardware an der Strahlformerausgabe, wie in 2 dargestellt, oder an der Demodulatorausgabe implementiert werden. Im letzteren Fall müssen die Kombinations-FIR-Filter-Koeffizienten den demodulierten Signalen angepasst oder fehlangepasst werden. In dem Fall, in dem die Demodulatorverschiebung um einzelne Frequenzen f_d = k/2t_b, wobei k jede positive Ganzzahl und t_b die Dauer der kodierten Grundsequenz ist, wird die Sinuskurve real und derselbe Satz aus Filterkoeffizienten wird auf beide Kombinationsfilter für die I- und Q-Komponenten angewendet, die dadurch einen echten Filter bilden. In der Situation, in der f_d = k/2t_b, empfangen die I- und Q-Kombinationsfilter unterschiedliche Filterkoeffizientensätze und bilden somit einen komplexen Filter. Im letzteren Fall sind die Filterkoeffizienten entweder an die entsprechende demodulierte Signalkomponente angepasst oder fehlangepasst.

Claims

System zum Übertragen eines Strahls von Ultraschallwellenenergie, aufweisend: eine Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen (12) umfasst; eine Anzahl von Impulsgebern (24), die mit den entsprechenden Wandlerelementen der Wandleranordnung verbunden sind; und einen Übertragungsstrahlformer (26), der so programmiert ist, dass er jeden der Impulsgeber während eines Übertragungs-Feuerns mittels entsprechenden Sendefokusverzögerungen und einer kodierten Grundsequenz aktiviert, wobei die kodierte Grundsequenz einen ersten und einen zweiten Chip umfasst, die durch die Faltung der Grundsequenz gebildet werden, welche einen Zyklus mit jeweils ersten und zweiten Kodesymbolen einer Kodesequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Chip in Relation zum ersten Chip um einen Bruchteil eines Zyklus von 1/(2N) verschoben ist, wobei N eine positive Ganze Zahl größer als 1 ist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen umfasst, so angeordnet ist, dass sie in Reak tion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; wobei das System ferner umfasst: einen Sender (14), der eine Vielzahl von Impulsgebern (24) und den Übertragungsstrahlenformer (26) umfasst und so programmiert ist, dass er die ausgewählten Wandlerelemente so aktiviert, dass sie eine Sendeapertur zur Aussendung von fokussierter Wellenenergie bilden, welche eine Grundfrequenz f₀ hat; einen Empfänger (16), der so programmiert ist, dass er einen Empfangsvektor aus elektrischen Signalen bildet, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche nach dem Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; einen Kompositionsfilter (46), der so programmiert ist, dass er den Empfangsvektor als eine Funktion der kodierten Basissequenz filtert, und der ein Durchlassband hat, das im Wesentlichen an einer y harmonischen Frequenz Nf₀ zentriert ist; und ein Subsystem (22, 32, 34) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Bildabschnitt aufweist, welcher eine Funktion des gefilterten Empfangsvektors darstellt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen (12) umfasst, so angeordnet ist, dass sie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; wobei das System ferner aufweist: einen Sender (14), der eine Anzahl von Impulsgebern (24) und den Übertragungsstrahlenformer (26) aufweist und so programmiert ist, dass er die ausgewählten Wandlerelemente so aktiviert, dass sie eine Sendeapertur zur Übertragung von fokussierter Wellenenergie bilden, die eine Grundfrequenz f₀ hat; einen Empfänger (16), der so programmiert ist, dass er einen Empfangsvektor aus elektrischen Signalen bildet, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, die nach dem Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; Mittel (46, 48) zur Dekodierung einer harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors, wobei die harmonische Signalkomponente eine Mittenfrequenz aufweist, die im Wesentlichen f₀ entspricht; und ein Subsystem (22, 32, 34) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Abschnitt aufweist, der eine Funktion der dekodierten harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors darstellt.
System gemäß einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen (12) umfasst, so angeordnet ist, dass sie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; ein Anzeigesubsystem (22) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Bildabschnitt aufweist, der eine Funktion eines Bildsignals darstellt; und einen Computer (14, 16, 20, 32, 34) der so programmiert ist, dass er folgende Schritte ausführt: (a) Aktivierung einer Vielzahl von Wandlerelementen, um eine fokussierte Wellenenergie zu übertragen, die eine Grundfrequenz f₀ hat und während eines Sendefeuerns mit der kodierten Basissequenz kodiert ist; (b) Bildung eines Empfangsvektors anhand von elektrischen Signalen, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche nach dem Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; (c) Dekodierung einer harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors, wobei die harmonische Signalkomponente eine Mittenfrequenz hat, die im Wesentlichen Nf₀ entspricht; (d) Erzeugung eines Bildsignals aus der harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors; und (e) Sendung des Bildsignals an das Anzeigesubsystem.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen (12) umfasst, so angeordnet ist, dass sie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; wobei das System ferner umfasst: einen Sender (14), der eine Anzahl von Impulsgebern (24) und den Übertragungsstrahlenformer (26) umfasst und so programmiert ist, dass er die ausgewählten Wandlerelemente so aktiviert, dass sie eine Sendeapertur zur Übertragung von fokussierter Wellenenergie bilden, welche eine Grundfrequenz f₀ hat; wobei die Kodesymbole aus einem Satz gewonnen werden, das aus ersten und zweiten Kodesymbolen besteht; einen Empfänger (16), der so programmiert ist, dass er einen ersten und zweiten Empfangsvektor aus elektrischen Signalen bildet, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche jeweils nach dem ersten und zweiten Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; einen Kompositionsfilter (46), das so programmiert ist, dass es den ersten und zweiten Empfangsvektor als eine Funktion jeweils der ersten und zweiten kodierten Basissequenz filtert, und das ein Durchlassband hat, das im Wesentlichen an einer harmonischen Frequenz Nf₀ zentriert ist; einen Summierer (52) zur Addition der ersten und zweiten gefilterten Empfangsvektoren, so dass ein dekodierter Empfangsvektor entsteht; und ein Subsystem (22, 32, 34) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Bildabschnitt aufweist, der eine Funktion des dekodierten Empfangsvektors darstellt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Anzahl von Wandlerelementen (12) umfasst, so angeordnet ist, dass sie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; wobei das System ferner umfasst: einen Sender (14), der eine Anzahl von Impulsgebern (24) und den Übertragungsstrahlformer (26) umfasst und so programmiert ist, dass er die ausgewählten Wandlerelemente so aktiviert, dass sie eine Sendeapertur zur Übertragung von fokussierter Wellenenergie bilden, die eine Grundfrequenz f₀ hat; und der jeweils während des ersten und zweiten Sendefeuerns mit der ersten und zweiten kodierten Basissequenz kodiert ist, wobei erste und zweite kodierte Basissequenz jeweils einen ersten und einen zweiten Chip umfassen, die durch die Faltung einer Basissequenz gebildet werden, die einen Zyklus mit entsprechenden Kodesymbolen der jeweils ersten und zweiten Kodesequenz aufweist, wobei die Kodesymbole aus einem Satz gewonnen werden, der aus ersten und zweiten Kodesymbolen besteht, wobei jeder der Chips, der mit einem zweiten Kodesymbol kodiert ist, in Relation zu den Chips, die mit dem ersten Kodesymbol kodiert sind, um einen Bruchteil eines Zyklus von 1/(2N) verschoben wird, wobei N eine positive Ganze Zahl ist, die größer als 1 ist; wobei die Kodesymbole aus einem Satz gewonnen werden, der aus ersten und zweiten Kodesymbolen besteht; einen Empfänger (16), der so programmiert ist, dass er einen ersten und zweiten Empfangsvektor aus elektrischen Signalen bildet, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche jeweils nach dem ersten und zweiten Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; Mittel (48, 50, 52) zur Dekodierung eines ersten und zweiten Empfangsvektors, so dass eine harmonische Signalkomponente gebildet wird, die eine Mittenfrequenz aufweist, die im Wesentlichen Nf₀ entspricht; und ein Subsystem (22, 32, 34) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Abschnitt aufweist, der eine Funktion der harmonischen Signalkomponente darstellt.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wandleranordnung (10), die eine Vielzahl von Wandlerelementen (12) umfasst, und die so angeordnet ist, dass sie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung eine Wellenenergie überträgt und die zurückkommende Wellenenergie in elektrische Signale umwandelt; wobei das System ferner umfasst: ein Anzeigesubsystem (22) zum Anzeigen eines Bildes, das einen Bildabschnitt aufweist, der eine Funktion eines Bildsignals darstellt; und einen Computer (14, 16, 20, 32, 34) der so programmiert ist, dass er folgende Schritte ausführt: (a) Aktivierung von ausgewählten Wandlerelementen, die eine Sendeapertur bilden, um eine fokussierte Wellenenergie zu übertragen, die eine Grundfrequenz f₀ hat, und die jeweils während eines ersten und zweiten Sendefeuerns mit einer ersten und einer zweiten kodierten Basissequenz kodiert sind, wobei die erste und die zweite kodierte Basissequenz jeweils ein erstes und ein zweites Chip umfasst, die durch die Faltung einer Basissequenz gebildet werden, welche einen Zyklus mit entsprechenden Kodesymbolen jeweils der ersten und der zweiten Kodesequenz aufweist, wobei die Kodesymbole aus einem Satz gewonnen werden, der aus ersten und zweiten Kodesymbolen besteht, wobei jeder der Chips, der mit einem zweiten Kodesymbol kodiert ist, in Relation zu den Chips, die mit dem ersten Kodesymbol kodiert sind, um einen Bruchteil eines Zyklus von 1/(2N) verschoben wird, wobei N eine positive Ganze Zahl ist, die größer als 1 ist; (b) Bildung eines ersten und zweiten Empfangsvektors anhand von elektrischen Signalen, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, die jeweils nach dem ersten und zweiten Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; (c) Dekodierung des ersten und zweiten Empfangsvektors, so dass eine harmonische Signalkomponente entsteht, die eine Mittenfrequenz hat, die im Wesentlichen Nf₀ entspricht; (d) Bildung eines Bildsignals aus der harmonischen Signalkomponente; und (e) Sendung des Bildsignals an das Anzeigesubsystem.
Verfahren zur Bedienung einer Wandleranordnung, um einen Strahl aus Ultraschallwellenenergie zu übertragen, wobei die Wandlerelemente dieser Anordnung eine Sendeapertur bilden; umfassend die Schritte der Aktivierung jedes Wandlerelements während eines Sendefeuerns mittels einer kodierten Anregungs-Wellenform, wobei die kodierte Anregungs-Wellenform gemäß einer kodierten Basissequenz kodiert wird, welche einen ersten und einen zweiten Chip umfasst, die durch die Faltung einer Basissequenz gebildet werden, welche einen Zyklus mit jeweils ersten und zweiten Kodesymbolen einer Kodesequenz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Chip in Relation zu dem ersten Chip, der mit dem ersten Kodesymbol kodiert ist, um einen Bruchteil eines Zyklus von 1/(2N) verschoben wird, wobei N eine positive Ganze Zahl ist, die größer als 1 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8 zum Betrieb eines Bildgebungssystems, das eine Anzahl von Wandlerelementen zum Aussenden von Wellenenergie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung und zur Umwandlung der zurückkommenden Wellenenergie in elektrische Signale umfasst, sowie ein Anzeigesubsystem zum Anzeigen eines Bildes umfasst, das einen Abschnitt aufweist, welcher eine Funktion eines Bildsignals darstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: (a) Aktivierung einer Anzahl von Wandlerelementen, um eine fokussierte Wellenenergie auszusenden, die eine Grundfrequenz f₀ hat; (b) Bildung eines Empfangsvektors anhand von elektrischen Signalen, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche nach dem Sendefeuern eine Empfangsapertur bilden; (c) Dekodierung einer harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors, wobei die harmonische Signalkomponente eine zentrale Frequenz hat, die im Wesentlichen Nf₀ entspricht; (d) Bildung eines Bildsignals aus der harmonischen Signalkomponente des Empfangsvektors; und (e) Sendung des Bildsignals an das Anzeigesubsystem.
Verfahren gemäß Anspruch 8 zum Betrieb eines Bildgebungssystems, das eine Anzahl von Wandlerelementen zum Aussenden von Wellenenergie in Reaktion auf eine elektrische Aktivierung und zur Umwandlung der zurückkommenden Wellenenergie in elektrische Signale umfasst, sowie ein Anzeigesubsystem zum Anzeigen eines Bildes umfasst, das einen Abschnitt aufweist, der eine Funktion eines Bildsignals darstellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Aktivierung von ausgewählten Wandlerelementen, die eine Sendeapertur bilden, um eine fokussierte Wellenenergie auszusenden, die eine Grundfrequenz f₀ hat, und die jeweils während eines ersten und zweiten Sendefeuerns mit einer ersten und einer zweiten kodierten Basissequenz ko diert sind, wobei die erste und die zweite kodierte Basissequenz jeweils einen ersten und einen zweiten Chip umfasst, die durch die Faltung einer Basissequenz gebildet werden, welche einen Zyklus mit entsprechenden Kodesymbolen jeweils der ersten und der zweiten Codesequenz aufweist, wobei die Kodesymbole aus einem Satz gewonnen werden, der aus ersten und zweiten Kodesymbolen besteht, wobei jeder der Chips, der mit einem zweiten Kodesymbol kodiert ist, in Relation zu den Chips, die mit dem ersten Kodesymbol kodiert sind, um einen Bruchteils eines Zyklus von 1/(2N) verschoben wird, wobei N eine positive Ganze Zahl ist, die größer als 1 ist; (b) Bildung eines ersten und zweiten Empfangsvektors anhand von elektrischen Signalen, die von ausgewählten Wandlerelementen geliefert werden, welche jeweils nach der ersten und zweiten Sendezündung eine Empfangsapertur bilden; (c) Dekodierung des ersten und zweiten Empfangsvektors, so dass eine harmonische Signalkomponente entsteht, die eine Mittenfrequenz hat, welche im Wesentlichen Nf₀ entspricht; (d) Erzeugung eines Bildsignals aus der harmonischen Signalkomponente; und (e) Sendung des Bildsignals an das Anzeigesubsystem.