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    • 专利摘要:
    EinVerfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Ultraschallpulsen umfassenein Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz (206), die eine Pulsserie (213-219)enthält.Die Pulsserie (213-219) enthältwenigstens drei Pulse, die jeweils drei unterschiedliche Amplitudenaufweisen. Die Amplituden weisen jeweils wenigstens Spannungswerteauf, nämlicheine positive von Null verschiedene Spannung, eine negative vonNull verschiedene Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel.Die Multipegel-Pulssequenz (206) kann durch ein Schalternetzwerk(168) erzeugt werden, das wenigstens drei unterschiedliche Eingangsspannungspegelaufweist. Das Schalternetzwerk (168) gibt die Multipegel-Pulssequenz(206) an einem Ausgangsknoten (164) an einen in einer Sonde (106)angeordneten Transducer (104) aus. Basierend auf der Pulsserie (213-219)werden Echosignale empfangen, und es wird basierend auf den empfangenen Echosignalenein Ultraschallbild erzeugt.
    公开号:DE102004027025A1
    申请号:DE200410027025
    申请日:2004-06-02
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Kjell Kristoffersen；Hans Garmann Torp
    申请人:GE Medical Systems Global Technology Co LLC；
    IPC主号:A61B8-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft diagnostische Ultraschallsysteme. Insbesonderebetrifft die Erfindung ein Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugeneiner Ultraschallpulssequenz, um gewünschte Sendespektren zu approximieren.
    [0002] Ultraschallsystemewerden verwendet, um diagnostische Ultraschallbilder vielfältiger Gewebe undSysteme innerhalb eines Körperszu erzeugen. Allerdings wird das Ultraschallsignal zunehmend geschwächt, während estiefer in das Gewebe eindringt. Einige Signalschwingungsverläufe, beispielsweise einGaußscherSchwingungsverlauf, sind gewünscht, dader Schwingungsverlauf sein Spektrum auch dann beibehält, wennes eine durch Gewebe verursachte frequenzabhängige Schwächung erfährt. Beispielsweise zeigenEchosignale von Lebergewebe eine von der Tiefe abhängige Verschiebungder Mittenfrequenz ihres Schwingungsverlaufs hin zu tieferen Frequenzen.Abhängigvon dem Spektrum des gesendeten Pulses kann bei Echosignalen, dieaus einer relativ tiefen Region stammen, Bandbreite verloren gehen.Es ist allgemein bekannt, dass Gaußsche Schwingungsverläufe keinensolchen Verlust an Bandbreite aufweisen.
    [0003] Inder Vergangenheit verwendeten viele Ultraschallsysteme bipolareSender, um die Ultraschallpulse zu erzeugen. Diese Sender erzeugengewöhnlichSchwingungsverläufe,die durch eine Folge von positiven und negativen Pulsen, beispielsweise durcheine Rechteckwelle definiert sind, wobei keine intermediären Nullsegmentevorhanden sind. Bipolare Sender sind kostengünstig herzustellen und einfachzu steuern, weisen jedoch Beschränkungenhinsichtlich des Spektrums der Pulse auf, die sie erzeugen können. Fernerwurde Pulsweitenmodulation bipolarer Schwingungsverläufe verwendet,um die akustische Leistung zu steuern. Dies wird erreicht, indemdie Dauer sämtlicherpositiven und negativen Pulse der gesendeten bipolaren Grundschwingung umdenselben Bruchteil reduziert wird, während die Frequenz des Schwingungsverlaufsdurch Einführen vonNull-Segmenten zwischen den Pulsen aufrecht erhalten wird. Hierdurchwird die Amplitude des gesendeten Pulses gesenkt, ohne dass sichdessen Spektrum in dem Durchlassband des Transducers wesentlich ändert. Inder Vergangenheit war die Verwendung pulsbreitenmodulierter Schwingungsverläufe dieserArt auf Colour-Flow- oder gepulsten Dopplerbetrieb in gleichzeitigem(Duplex- oder Triplex)-Betrieb im Zusammenhang mit B-Mode-Bildgebungbeschränkt,die regulärebipolare Schwingungsverläufeverwendete.
    [0004] Beieiner Sende-Apodisation wird die Sendepulsamplitude gewöhnlich gegendie Ränderdes Arrays hin in Vergleich zur Mitte des Arrays progressiv gesenkt.Dies geschieht, um Nebenkeulen des gesendeten Strahls zu reduzieren.Daher wurde gegen den Rand des Arrays hin progressive Pulsweitenmodulationverwendet, um die aufscheinende Amplitude des Pulses zu reduzieren,ohne deren Spektrum wesentlich zu verändern. Allerdings war das Spektrum dessendeapodisierten Schwingungsverlaufs bisher auf jenes herkömmlicherbipolarer Schwingungsverläufebeschränkt.D.h. der Schwingungsverlauf des mittleren Abschnitte des Arrayswar immer ein herkömmlicherbipolarer Puls, der keine intermediären Nullsegmente aufwies. VielegewünschtenSignalschwingungsverläufeließensich daher nicht erfolgreich approximieren.
    [0005] 15 veranschaulicht lediglichals Beispiel einen herkömmlichenPulsgenerator 170. Der Pulsgenerator 170 weistzwei Schalter auf, nämlicheinen Schalter SW11 172 und einenSchalter SW21 174. Eine positiveHochspannung +V1 wird einem Eingang 176 angeboten,der mit einer Seite des Schalters SW1 172 verbundenist. eine negative Hochspannung –V1 wirdeinem Eingang 178 angeboten, der mit einer Seite des SchaltersSW21 174 verbunden ist. Ein mitMasse 186 verbundener Widerstand 184, sorgt dafür, dassder Schwingungsverlauf geerdet ist, wenn keiner der Schalter 172 und 174 geschlossen sind.Ein Controller 180 regelt/steuert die Schalter SW11 172 und SW21 174,so dass diese einen Ausgangssignalschwingungsverlauf an einem Ausgang 182 erzeugen.Ungünstigerweisemuss der Widerstand 184 niedrig sein, um die für eine Pulsweitenmodulationerforderlichen kurzen Schaltzeiten zu ermöglichen, was zu hohen Verlustenführt.
    [0006] AndereUltraschallsysteme verwenden eine große Zahl von Spannungspegeln,um Pulssequenzen zu erzeugen, die willkürliche Signalschwingungsverläufe approximieren,beispielsweise, indem 32 unterschiedliche Spannungspegel erzeugtwerden, um z.B. einen GaußschenSchwingungsverlauf zu approximieren. Allerdings steigert der Einsatzmehrfacher Speisespannungen die Kosten.
    [0007] DieseArten von Sendern weisen ferner einen geringen Wirkungsgrad, unddamit einen hohen Energieverbrauch auf. Die oben erwähnten Systeme sindsomit in ihrer Durchführungund Wartung kostspielig und ineffizient.
    [0008] Esbesteht daher ein Bedarf nach einem System und Verfahren zum Erzeugenvon Ausgangspulssequenzen, um gewünschte Schwingungsverläufe zu approximieren,um sich der oben erwähnten undanderer bisher auftretender Probleme anzunehmen.
    [0009] EinVerfahren zum Erzeugen von Ultraschallpulsen, mit den Schritten:Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz, die eine Pulsserie aufweist,und Regeln/Steuern einer Amplitude jedes Pulses, so dass diese wenigstenseine Spannung annimmt, nämlicheine von Null verschiedene positive Spannung, eine von Null verschiedenenegative Spannung und eine Spannung mit einem dazwischenliegenden/intermediären Pegel.Die Spannung mit dem Zwischenpegel ist relativ zu den von Null verschiedenenpositiven und negativen Spannungen gemessen.
    [0010] EinVerfahren zum Erzeugen eines diagnostischen Ultraschallbildes, mitdem Schritt eines Erzeugens einer Multipegel-Pulssequenz, die eine Pulsserie enthält. DiePulsserie weist wenigstens einen positiven Puls, einen negativenPuls und einen intermediärenPegel auf. Der Zwischenpegel unterscheidet sich von dem positivenund dem negativen Puls und weist einen zwischen dem positiven und demnegativen Puls liegenden Spannungs pegel auf. Zu dem Verfahren gehören fernerdie Schritte, Echosignale entgegen zu nehmen, die auf der Pulsserie basieren,und ein auf den empfangenen Echosignalen basierendes Ultraschallbildzu erzeugen.
    [0011] EinUltraschallpulsgenerator weist Eingangsknoten auf, die konfiguriertsind, um erste, zweite und dritte Spannungspegel aufzunehmen, einenAusgangsknoten, der konfiguriert ist, um mit einem Ultraschalltransducerverbunden zu sein, und ein Schalternetzwerk, das die Eingangs- undden Ausgangsknoten miteinander verschaltet. Das Schalternetzwerkerzeugt eine Multipegel-Pulssequenz,die eine Pulsserie am Ausgangsknoten umfasst. Die Pulsserie umfasstwenigstens drei Pulse mit jeweils drei unterschiedlichen Amplituden.Die Amplituden weisen positive, negative und Zwischenpegel auf,und der Zwischenpegel unterscheidet sich von den positiven und negativenPegeln und befindet sich zwischen diesen.
    [0012] EinUltraschallsystem umfasst einen Transducer, der an einen interessierendenBereich Ultraschallsignale sendet und von diesem empfängt, und einenSender, der den Transducer mit einer Multipegel-Pulssequenz treibt,die eine Pulsserie enthält. DiePulsserie weist wenigstens drei unterschiedliche Amplituden auf,die wenigstens einen positiven Puls, einen negativen Puls und einenintermediärenPegel enthalten, der sich von dem positiven und dem negativen Pulsunterscheidet und zwischen diesen liegt. Das System enthält fernereinen Prozessor, der durch den Transducer empfangene Echosignaleverarbeitet, und einen Ausgang, der basierend auf verarbeitetenEchosignalen Ultraschalldaten ausgibt.
    [0013] 1 veranschaulicht ein Blockschaltbildeines Ultraschallsystems, das gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
    [0014] 2 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung konstruiertes Ultraschallsystem.
    [0015] 3 veranschaulicht ein Echtzeit-4D-Volumen,das gemäß einemAusführungsbeispieldurch das System in 1 erlangtist.
    [0016] 4 veranschaulicht einengemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung konstruierten Multipegel-Sendepulsgenerator.
    [0017] 5 veranschaulicht den miteinem Controller verschalteten Multipegel-Sendepulsgenerator von 4, gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0018] 6 veranschaulicht drei Steuersignalschwingungsverläufe, dieden Pulsgenerator von 4 gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung verwenden.
    [0019] 7 veranschaulicht eine pulsbreitenmoduliertePulsfeuersequenz und einen einem Bandbreitenanteil von 60% entsprechendenGauß-Puls, dieden Multipegel-Pulsgenerator von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung verwenden.
    [0020] 8 veranschaulicht Spektrender Pulssequenz und des Gauß-Pulsesvon 7, gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0021] 9 veranschaulicht eine pulsbreitenmoduliertePulsfeuersequenz und einen Gauß-Puls,die den Multipegel-Pulsgenerator von 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung verwenden.
    [0022] 10 veranschaulicht Spektrender Pulssequenz und des Gauß-Pulsesvon 9, gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0023] 11 veranschaulicht einepulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz und einen Gauß-Puls,die den Multipegel-Pulsgeneratorvon 4 und 5 gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung verwenden.
    [0024] 12 veranschaulicht Spektrender Pulssequenz und des Gauß-Pulsesvon 11, gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung.
    [0025] 13 veranschaulicht einepulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 260 und einen gewichtetenChirp-Schwingungsverlauf 262, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 gemäß einemAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung verwenden.
    [0026] 14 veranschaulicht eineMultipegel-Sendepulssequenz gemäß einemAusführungsbeispiel dervorliegenden Erfindung.
    [0027] 15 veranschaulicht einenvon einem herkömmlichenSystem verwendeten bipolaren Pulsgenerator.
    [0028] Dievorausgehende Kurzbeschreibung sowie die nachfolgende detaillierteBeschreibung spezieller Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungenverständlicher.Es ist jedoch selbstverständlich keinesfallsbeabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die in den beigefügten Figurengezeigten Anordnungen und Funktionalitäten zu beschränken.
    [0029] 1 veranschaulicht ein Blockschaltbildeines Ultraschallsystems 100, das gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Das Ultraschallsystem 100 umfassteinen Sender 102, der innerhalb einer Sonde 106 angeordneteTransducer 104 veranlasst, gepulste Ultraschallsignalein einen Körperhinein abzustrahlen. VielfältigeGeometrien könnenverwendet werden. Die Ultraschallsignale werden von in dem Körper vorhandenenStrukturen, wie Blutzellen oder Muskelgewebe, rückgestreut, wobei zu den Transducern 104 zurückkehrendeEchos entstehen. Die Echos werden von einen Empfänger 108 empfangen.Die empfangenen Echos werden durch einen Strahlformer 110 geleitet,der ein Bündelndurchführtund ein HF-Signal ausgibt. Das HF-Signal wird anschließend voneinem HF-Prozessor 112 verarbeitet. Alternativ kann derHF-Prozessor 112 einen (nicht gezeigten) Komplex-Demodulatorenthalten, der das HF-Signaldemoduliert, um IQ-Datenpaare zu bilden, die die Echosignale repräsentieren.Die HF- oder IQ-Signaldaten könnenanschließendunmittelbar an einen HF/IQ-Puffer 114 für eine vorübergehende Speicherung verzweigtwerden.
    [0030] DasUltraschallsystem 100 enthält ferner einen Signalprozessor 116,um die erfassten Ultraschalldaten (d.h. die HF-Signal- oder IQ-Datenpaare) zu verarbeitenund Einzelbilder der Ultraschalldaten für eine Wiedergabe auf dem Displaysystem 118 zu erzeugen.Der Signalprozessor 116 ist konfiguriert, um entsprechendeiner Vielzahl auswählbarerUltraschallmodalitätenein oder mehrere Verarbeitungsschritte an den erlangten Ultraschalldatendurchzuführen.Die gewonnenen Ultraschalldaten kön nen in einem Scandurchlaufin Echtzeit währenddes Empfangs der Echosignale verarbeitet werden. Darüber hinausoder alternativ könnendie Ultraschalldaten währendeines Scandurchlaufs vorübergehendin dem HF/IQ-Puffer 114 gespeichert werden und nicht ganzin Echtzeit in einem Live- oder Offlinebetrieb verarbeitet werden.
    [0031] DasUltraschallsystem 100 kann fortlaufend Ultraschalldatenmit einer Framerate erfassen, die 50 Bilder pro Sekunde – d.h. dieungefähreWahrnehmungsrate des menschlichen Auges – überschreitet. Die erlangtenUltraschalldaten werden auf dem Displaysystem 118 mit einergeringeren Framerate wiedergegeben. Ein Bildpuffer 122 istenthalten, um verarbeitete Frames von erlangten Ultraschalldatenzu speichern, die nicht füreine unmittelbare Wiedergabe bestimmt sind. Vorzugsweise ist dieKapazitätdes Bildpuffers 122 ausreichend bemessen, um Ultraschalldatenframesvon wenigstens einigen Sekunden zu speichern. Die Ultraschalldatenframeswerden so abgespeichert, dass ein Auslesen derselben entsprechendderen Reihenfolge oder deren Zeitpunkt der Erfassung ermöglicht ist.Der Bildpuffer 122 kann ein beliebiges bekanntes Datenspeichermediumsein.
    [0032] 2 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung konstruiertes Ultraschallsystem. DasSystem umfasst eine Sonde 10, die mit einem Sender 12 undeinem Empfänger 14 verbundenist. Die Sonde 10 sendet Ultraschallpulse aus und empfängt Echos,die von Strukturen innerhalb eines gescannten Ultraschallvolumens 16 ausgehen.Ein Arbeitsspeicher 20 speichert die von dem Empfänger 14 stammenden,aus dem ges cannten Ultraschallvolumen 16 abgeleiteten Ultraschalldaten.Das Volumen 16 kann durch vielfältige Techniken gewonnenenwerden (z.B. durch dreidimensionales Scannen, 3D-Bildgebung in Echtzeit, Volumenscannen,2D-Scannen mittels Transducern, die Positionierungssensoren aufweisen,Freihandscannen unter Verwendung eines Volumenelementkorrelationsverfahrens,mittels 2D- oderMatrix-Array-Transducern und dergleichen mehr).
    [0033] DerTransducer 10 wird währenddes Scannens eines interessierenden Bereichs (ROI) beispielsweiseentlang eines geraden oder gekrümmten Pfadsbewegt. An jeder Position der geraden oder gekrümmten Linie gewinnt der Transducer 10 Scanebenen 18.Die Scanebenen 18 werden für eine Dicke, z.B. aus einerGruppe oder einem Satz von benachbarten Scanebenen 18 gesammelt.Die Scanebenen 18 werden in dem Arbeitsspeicher 20 gespeichert undanschließendan einen Volumen-Bildrasterwandler 42 übermittelt. In einigen Ausführungsbeispielen kannder Transducer 10 anstelle der Scanebenen 18 Zeilengewinnen, und der Arbeitsspeicher 20 kann durch den Transducer 10 gewonneneZeilen anstelle der Scanebenen 18 speichern. Der Volumen-Bildrasterwandler 20 kanndurch den Transducer 10 gewonnene Zeilen anstelle der Scanebenen 18 speichern. DerVolumen-Bildrasterwandler 42 empfängt über ein Regel/Steuereingangssignal 40 einenSchichtbilddickevorgabewert, der die Dicke eines Schichtbilds kennzeichnet,das anhand der Scanebenen 18 erzeugt wird. Der Volumen-Bildrasterwandler 42 erzeugtauf der Grundlage mehrerer benachbarter Scanebenen 18 einDatenschichtbild. Die Anzahl benachbarter Scanebenen 18,die zum Erzeugen jedes Datenschichtbilds gewonnen werden, hängt vonder überden Schichtbilddickensteuerungseingang 40 ausgewählten Dickeab. Das Datenschichtbild wird in ei nem Schichtbildspeicher 44 gespeichert,und ein volumenrenderingprozessor 46 greift darauf zu.Der Volumenrenderingprozessor 46 führt an dem Datenschichtbildein Volumenrendering durch. Das Ausgangssignal des Volumenrenderingprozessors 46 wirdan den Videoprozessor 50 und ein Display 67 ausgegeben.
    [0034] DiePosition jedes Echosignalabtastwerts (Volumenelements) ist hinsichtlichseiner geometrischer Genauigkeit (d.h. dem Abstand von einem Volumenelementzum nächsten)und der Ultraschallantwort (und der aus der Ultraschallantwort abgeleiteten Werte)definiert. Zweckmäßige Ultraschallantworten umfassenGraustufenwerte, Colour-Flow-Werte und Angio- oder Power-Doppler-Daten.
    [0035] 3 veranschaulicht ein gemäß einem Ausführungsbeispieldurch das System in 1 in Echtzeiterlangtes 4D-Volumen 16. Das Volumen 16 umfassteinen sektorförmigenQuerschnitt mit radialen Grenzen 22 und 24 dieunter einem Winkel 26 divergieren. Die Sonde 10 fokussiertund lenkt elektronisch Ultraschallpulse in Längsrichtung, um in jeder Scanebene 18 benachbarteAbtastzeilen zu scannen, und fokussiert und lenkt elektronisch odermechanisch Ultraschallpulse lateral, um benachbarte Scanebenen 18 zuscannen. Die durch die Sonde 10 gewonnenen Scanebenen 18 werden,wie in 2 veranschaulicht,in einem Arbeitsspeicher 20 gespeichert, und deren Bildrasterwerden mittels des Volumen-Bildrasterwandlers 42 von sphärischenin kartesische Koordinaten konvertiert. Ein mehrere Scanebenen aufweisendesVolumen wird von dem Volumen-Bildrasterwandler 42 ausgegebenund in dem Schichtbildspeicher 44 als Renderingbox 30 (2) gespei chert. Die Renderingbox 30 indem Schichtbildspeicher 44 baut sich aus mehreren benachbartenBildebenen 34 auf.
    [0036] DieAbmessung der Renderingbox 30 kann von einem Bediener definiertwerden, um eine Dicke 32, Breite 36 und Höhe 38 einesSchichtbilds vorzugeben. Der Volumen-Bildrasterwandler 42 kann über denSchichtbilddickensteuerungseingang 40 gesteuert werden,um den Parameter der Dicke eines Schichtbilds so einzustellen, dasseine Renderingbox 30 der gewünschten Dicke gebildet wird.Die Renderingbox 30 bestimmt den Bereich des gescanntenVolumens 16, an dem das Volumenrendering vorgenommen wird.Der Volumenrenderingprozessor 46 greift auf den Schichtbildspeicher 44 zuund rendert entlang der Dicke 32 der Renderingbox 30.
    [0037] Während desBetriebes wird ein (auch als Renderingbox 30 bezeichnetes)dreidimensionales Schichtbild mit einer über den Schichtbilddickenvorgabesteuerung 40 (2) vordefinierten, im Wesentlichenkonstanten Dicke gewonnen und in dem Volumen-Bildrasterwandler 42 verarbeitet(2). Die die Renderingbox 30 repräsentierendenEchodaten könnenin einem Schichtbildspeicher 44 gespeichert sein. VordefinierteDicken zwischen 2 mm und 20 mm sind typisch, jedoch können abhängig vonder Anwendung und den Abmessungen des zu scannenden Bereichs auchDicken von weniger als 2 mm oder mehr als 20 mm geeignet sein. DieSchichtbilddickenvorgabesteuerung 40 kann einen drehbaren Knopfmit diskreten oder kontinuierlichen Vorgabewerten für die Dickeaufweisen.
    [0038] DerVolumenrenderingprozessor 46 projiziert die Renderingbox 30 aufeinen Bildbereich 48 eines Bildbereichs 48 einerBildebene 34 (3).Nach einer Verarbeitung durch den Volumenrenderingprozessor 46 können diePixeldaten des Bildbereichs 48 einen Videoprozessor 50 passierenund anschließendan ein Display 67 ausgegeben werden.
    [0039] DieRenderingbox 30 kann an einer beliebigen Position angeordnetund in einer beliebigen Richtung innerhalb des gescannten Volumens 16 ausgerichtetsein. Abhängigvon der Größe der gescanntenRegion kann es in manchen Fällenvon Vorteil sein, wenn die Renderingbox 30 lediglich einen kleinenTeil des gescannten Volumens 16 einnimmt.
    [0040] 4 veranschaulicht einenMultipegel-Pulsgenerator 150. Der Multipegel-Pulsgenerator 150 kannbeispielsweise in der Ultraschallsonde 106 oder in demSender 102 integriert sein. Der Multipegel-Pulsgenerator 150 umfasstein Tristate-Schalternetzwerk 168 mit wenigstens 3 SchalternSW1 152, SW2 154 und SW3 156. Jeder derSchalter SW1 152, SW2 154 und SW3 156 kannein Ein-/Aus-Schalter mit sehr geringem Verlust sein. Selbstverständlich können auchandere Arten von Schaltern verwendet werden.
    [0041] DerMultipegel-Pulsgenerator 150 weist ferner drei Spannungseingänge auf.Eine positive Hochspannung +V ist mit einem ersten Eingangsknoten 158 verbunden,der mit einer Seite des Schalters SW1 152 in dem Schalternetzwerk 168 verbunden ist.Eine negative Hochspannung –Vist mit einem zweiten Eingangsknoten 160 verbunden, dermit einer Seite des Schalters SW2 154 in dem Schalternetzwerk 168 verbundenist. Die Masse liegt an einem dritte Eingangsknoten 162,der mit einer Seite des Schalters SW3 156 in dem Schalternetzwerk 168 verbundenist. Alternativ kann der Eingangsknoten 162 mit einem intermediären positivenoder negativen Spannungspegel verbunden sein, der sich von den mitden Eingangsknoten 158 und 160 verbundenen positivenbzw. negativen Hochspannungen unterscheidet und zwischen diesenliegt. Die positiven und negativen Hochspannungspegel können von dem(nicht gezeigten) Hochspannungsnetzteil des Ultraschallsystems 100 bereitgestelltwerden. Ein Ausgangsknoten 164 gibt ein Ausgangssignalaus, um einen Transducer 140 in der Sonde 106 anzuregen.
    [0042] 5 veranschaulicht den miteinem Controller 166 verschalteten Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4. Der Controller 166 istmit sämtlichen SchalternSW1 152, SW2 154 und SW3 156 verbundenund regelt/steuert diese. Der Controller 166 kann in demSender 102 (1)integriert sein oder kann innerhalb des Ultraschallsystems 100 oderin einem weiteren Hardwareelemente gesondert angeordnet sein. Essollte klar sein, dass der Controller 166 sowohl in Formvon Hardware als auch in Form einer Kombination von Hardware undSoftware implementiert sein kann.
    [0043] DerController 166 regelt/steuert die Schalter SW1 152,SW2 154 und SW3 156 in dem Schalternetzwerks 168,um eine gewünschteMultipegel-Pulssequenz zu erzeugen, die eine Serie von mindestenszwei Pulsen und einen intermediären drittenPegel umfasst. Die Multipegel-Pulssequenz wird an den Ausgangsknoten 164 ausgegeben.Jedes Transducerelement 104 innerhalb der Sonde 106 kanndurch einen gesonderten Multipegel-Pulsgenerator 150 getriebensein.
    [0044] 6 veranschaulicht drei Steuersignalschwingungsverläufe 200, 202 und 204.Der Controller 166 regelt/steuert die Schalter SW1 152,SW2 154 und SW3 156, um die Steuersignalschwingungsverläufe 200, 202 bzw. 204 zuerzeugen. Eine genaue Steuerung der Pulsbreiten innerhalb sämtlicherSteuersignalschwingungsverläufe 200-204 wirdmittels des Controllers 166 und der Schalter 152-156 erreicht.Der Controller 166 kann die Pulsbreite beispielsweise inInkrementen von 6,2 nsec steuern, was einer Taktfrequenz von 160MHz entspricht.
    [0045] 7 veranschaulicht eine pulsbreitenmoduliertePulsfeuersequenz 206 und einen einem Bandbreitenanteilvon 60% entsprechenden Gauß-Puls 208,der den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwendet.Die Pulssequenz 206 ist symmetrisch. 8 veranschaulicht Spektren 226 und 228 derPulssequenz 206 bzw. des Gauß-Pulses 208. Es istzu beachten, dass abwegige Komponenten der Hochfrequenz, wie siemöglicherweisedurch die Pulssequenz 206 eingeführt sein können, durch die Pulsantwortder Sonde 106 ausgefiltert werden. Die Spektren 226 und 228 sindfolglich hinsichtlich ihrer akustischen Leistung ähnlich.
    [0046] DiePulssequenz 206 veranschaulicht den auf den Steuersignalschwingungsverläufen 200-204 von 6 basierenden resultierendenAusgangssignalschwingungsverlauf. Die Pulssequenz 206 umfasstdrei unterschiedliche Amplitudenpegel, wie sie durch +V, Masse und –V veranschaulichtsind. Es ist klar, dass im Falle einer Verbindung des Schalters SW3 156 miteinem von Masse abweichenden Spannungspegel der dritte Amplitudenpegelden differierenden intermediärenSpannungspegel wiedergibt.
    [0047] Darüber hinauskann jeder Puls und intermediäreSpannungspegel in der Pulssequenz 206 moduliert werden,um eine unterschiedliche Breite aufzuweisen. Beispielsweise kannein erster Puls eine schmalere Pulsbreite und eine erste Amplitudeaufweisen. Ein zweiter Puls kann eine breitere Pulsbreite und einezweite Amplitude aufweisen. Ein dritter Puls oder intermediärer Spannungspegelkann eine dritte Amplitude und eine gegenüber dem ersten und zweitenPuls unterschiedliche Breite aufweisen, oder er kann eine Breiteaufweisen, die entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Puls übereinstimmt.
    [0048] In 7 sind Pulse 213-219 undintermediäreSpannungspegel 220-225 veranschaulicht. Der Puls P1 214 istein positiver, schmaler Puls. Der Puls P2 215 ist einenegativer Puls und ist im Vergleich zu dem Puls P1 214 breiter.Der Puls P3 216 ist positiv und breiter als der Puls P2 215.Die Pulse P6 213 und P7 219 sind beide negative,schmale Pulse. Da die Pulssequenz 206 symmetrisch ist,gilt: die Pulse P6 213 und P7 219 stimmen überein,die Pulse P1 214 und P5 218 stimmen überein,die Pulse P2 215 und P4 217 stimmen überein,intermediäreSpannungspegel 222 und 223 stimmen überein undintermediäre Spannungspegel 221 und 224 stimmen überein.
    [0049] Wiezuvor erörtert,ermöglichender Multipegel-Pulsgenerator 150 und der Controller 166 eine genaueRegelung/Steuerung der Dauer (oder Breite) der Pulse sowie der intermediären Span nungspegel 220-225.In Kombination mit den mehrfachen Amplitudenpegeln eingesetzt, werdendie Ausgangspulssequenzen so erzeugt, dass die Approximierung des gewünschtenSendespektrums erreicht wird. Beispielsweise hängt die Länge (Anzahl von Zyklen) der gesamtenPulssequenz von der gewünschtenBandbreite ab. Lange Pulssequenzen werden verwendet, um einen Gaußschen Schwingungsverlaufmit einer schmalen Bandbreite zu approximieren, während kürzere Pulssequenzenverwendet werden, um einen GaußschenSchwingungsverlauf mit einer großen Bandbreite zu approximieren.Die Approximierung des durch den Multipegel-Pulsgenerator 150 und den Controller 166 erzeugtengewünschtenSendespektrums erzielt ähnlicheErgebnisse wie ein analoger Pulsgenerator. Allerdings sind der Multipegel-Pulsgenerator 150 undder Controller 166 im Vergleich zu einem analogen Pulsgeneratorwesentlich einfacher aufgebaut, sind kostengünstiger, verbrauchen wenigerEnergie und weisen einen höherenWirkungsgrad auf.
    [0050] 9-13 veranschaulichen andere gewünschte Schwingungsverläufe, dieapproximiert werden können,indem der Controller 166 verwendet wird, um die SchalterSW1 152, SW2 154 und SW3 156 des Multipegel-Pulsgenerators 150 zusteuern/regeln. Es ist selbstverständlich, dass viele weiteregewünschteSchwingungsverläufeapproximiert werden könnenund dementsprechend keine Beschränkungdurch 9-13 beabsichtigt ist.
    [0051] 9 veranschaulicht eine pulsbreitenmoduliertePulsfeuersequenz 240 und einen Gauß-Puls 242, die denMultipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden. Die Pulssequenz 240 istasymmetrisch. 10 veranschaulichtSpektren 244 und 246 der Pulssequenz 240 bzw.des Gauß-Pulses 242.Mit der asymmetrischen Pulssequenz 240 gelingt die spektraleApproximierung im Vergleich zu der symmetrischen Pulssequenz 206 von 7 besser.
    [0052] 11 veranschaulicht einepulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 250 und einen Gauß-Puls 252,die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden. 12 veranschaulicht Spektren 254 und 256 derPulssequenz 250 bzw. des Gauß-Pulses 252. DiePulssequenz 250 ist eine pulsbreitenmodulierte SequenzhöhererOrdnung und weist im Wesentlichen zwei Pulse pro Halbperiode desGaußschenSchwingungsverlaufs auf. Die sich ergebende Approximierung des Spektrumsweist einen geringen Anteil an ersten Oberschwingungen auf.
    [0053] 13 veranschaulicht einepulsbreitenmodulierte Pulsfeuersequenz 260 und einen gewichtetenChirp-Schwingungsverlauf 262, die den Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 und 5 verwenden.
    [0054] 14 veranschaulicht eineMultipegel-Sendepulssequenz 230. In diesem Beispiel kannder Multipegel-Pulsgenerator 150 von 4 dahingehend modifiziert sein, dassdieser zwei zusätzlicheSchalter aufweist. Außerdemsind an zwei zusätzlichen Eingangsknotenzwei zusätzlicheintermediäreSpannungspegel vorgesehen, die sich bezüglich der positiven und negativenHochspannungen unterscheiden. Der Controller 166 regelt/steuertdie fünfSchalter, um die Sendepulssequenz 230 zu erzeugen, die Pulseund intermediäreSpannungspegel mit bis zu fünfunterschiedlichen Spannungspegeln aufweist. Die Pulsbreiten jedes Pulsesund intermediären Spannungspegelskönnendurch den Controller 166 wie zuvor erörtert geregelt/gesteuert werden.Es ist selbstverständlich,das zu dem Multipegel-Pulsgenerator 150 weitere Schalterpaarehinzugefügtund durch den Controller 166 geregelt/gesteuert werden können.
    [0055] EinVerfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Ultraschallpulsen umfassenein Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz 206, die einePulsserie 213-219 enthält.Die Pulsserie 213-219 enthält wenigstens drei Pulse, diejeweils drei unterschiedliche Amplituden aufweisen. Die Amplitudenweisen jeweils wenigstens einen Spannungswerte auf, nämlich einepositive von Null verschiedene Spannung, eine negative von Nullverschiedene Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel.Die Multipegel-Pulssequenz 206 kann durch ein Schalternetzwerk 168 erzeugtwerden, das wenigstens drei unterschiedliche Eingangsspannungspegelaufweist. Das Schalternetzwerk 168 gibt die Multipegel-Pulssequenz 206 aneinem Ausgangsknoten 164 an einen in einer Sonde 106 angeordnetenTransducer 104 aus. Basierend auf der Pulsserie 213-219 werdenEchosignale empfangen, und es wird basierend auf den empfangeneEchosignalen ein Ultraschallbild erzeugt.
    [0056] Während dieErfindung anhand spezieller Ausführungsbeispielebeschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass vielfältige Änderungenvorgenommen und äquivalenteAusführungensubstituiert werden können,ohne dass der Schutzumfang der Erfindung berührt ist. Darüber hinauskönnenviele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine spezielle Situationoder ein spezielles Material den Ausführungen der Erfindung anzupassen,oh ne von deren Schutzumfang abzuweichen. Es ist dementsprechendnicht beabsichtigt, die Erfindung auf das offenbarte spezielle Ausführungsbeispielzu beschränken, vielmehrsoll die Erfindung sämtlicheAusführungsbeispieleeinbeziehen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
    10 Sonde 12 Sender 14 Empfänger 16 Volumen 18 Scanebenen 20 Arbeitsspeicher22 radialeGrenze 24 radialeGrenze 26 Winkel 30 Renderingbox 32 Schichtbilddicke 34 benachbarteBildebenen 36 Schichtbildbreite 38 Schichtbildhöhe 40 Schichtbilddickensteuerungseingang 42 Volumen-Bildrasterwandler 44 Schichtbildspeicher 46 Volumenrenderingprozessor 48 Bildbereich 50 Videoprozessor 67 Display 100 Ultraschallsystem 102 Sender 104 Transducer 106 Sonde 108 Empfänger 110 Strahlformer 112 HF-Prozessor 114 HF/IQ-Puffer 116 Signalprozessor 118 Displaysystem 122 Bildpuffer 150 Multipegel-Pulsgenerator 152 SchalterSW1 154 SchalterSW2 156 SchalterSW3 158 Eingangsknoten 160 Eingangsknoten 162 Eingangsknoten 164 Ausgangsknoten 166 Controller 168 Schalternetzwerk 170 Pulsgenerator 172 SchalterSW11 174 SchalterSW21 176 Eingang 178 Eingang 180 Controller 182 Ausgang 184 Widerstand 186 Masse 200 Steuersignalschwingungsverlauf 202 Steuersignalschwingungsverlauf 204 Steuersignalschwingungsverlauf 206 Pulssequenz 208 Gauß-Puls 213 PulsP6 214 PulsP1 215 PulsP2 216 PulsP3 217 PulsP4 218 PulsP5 219 PulsP7 220 intermediärer Spannungspegel 221 intermediärer Spannungspegel 222 intermediärer Spannungspegel 223 intermediärer Spannungspegel 224 intermediärer Spannungspegel 225 intermediärer Spannungspegel 226 Spektren 228 Spektren 230 Sendepulssequenz 240 Pulssequenz 242 Gauß-Puls 244 Spektren 246 Spektren 250 Pulssequenz 252 Gauß-Puls 254 Gauß-Puls 256 Gauß-Puls 260 Pulssequenz 262 gewichteterChirp-Schwingungsverlauf
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Verfahren zum Erzeugen von Ultraschallpulsen,wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz(206), die eine Pulsserie (213-219) aufweist;und Regeln/Steuern einer Amplitude jedes Pulses (213-219),so dass diese wenigstens eine der folgenden Spannungen annimmt,nämlicheine von Null verschiedene positive Spannung, eine von Null verschiedenenegative Spannung und eine Spannung mit einem intermediären Pegel(220-225), wobei die Spannung mit dem intermediären Pegel(220-225) relativ zu den positiven und negativen von Nullverschiedenen Spannungen gemessen ist.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, zu dem ferner ein Schrittdes Steuerns der Pulsserie (213-219) gehört, so dassdiese wenigstens drei Pulse enthält,von denen jeder eine andere Amplitude aufweist.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie (213-219), so dass diese mindestens zweiunterschiedliche Pulsbreiten aufweist.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie (213-219), so dass diese einen schmalen erstenPuls (215) mit einer ersten Amplitude, einen breiterenzweiten Puls (216) mit einer zweiten Amplitude und einenschmalen dritten Puls (217) mit einer dritten Amplitudeaufweist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie (213-219), so dass diese sich an einen Schwingungsverlaufannähert,sei dies ein GaußscherSchwingungsverlauf (208) oder ein Chirp-Schwingungsverlauf(262).
    [6] Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie (213-219) innerhalb von Inkrementen von 6,2ns.
    [7] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Steuerschrittdie Amplitude zwischen einer ungeraden Anzahl unterschiedlicherdiskreter Amplitudenpegel schaltet.
    [8] Verfahren zum Erzeugen eines diagnostischen Ultraschallbildes,wobei zu dem Verfahren die Schritte gehören: Erzeugen einer Multipegel-Pulssequenz(206) mit einer Pulsserie (213-219), wobei diePulsserie (213-219) wenigstens einen positiven Puls, einennegativen Puls und einen intermediären Pegel (220-225)aufweist, wobei sich der Zwischenpegel (220-225) von dempositiven und negativen Puls unterscheidet, wobei der Zwischenpegel(220-225) einen zwischen dem positiven und dem negativenPuls liegenden Spannungspegel aufweist; Empfangen von auf derPulsserie (213-219) basierenden Echosignalen; und Erzeugeneines Ultraschallbildes, das auf den empfangenen Echosignalen basiert.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie (213-219), so dass diese mindestens zweiunterschiedliche Pulsbreiten aufweist.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt: Modulierender Pulsserie, so dass diese mehrfache Pulsbreiten aufweist, wobeidie mehrfachen Pulsbreiten mit progressiver Pulsweitenmodulationerzeugt werden, um einen gewünschtenSchwingungsverlauf zu approximieren.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP2005000663A|2005-01-06|
    US7022074B2|2006-04-04|
    US20040254459A1|2004-12-16|
    JP4942290B2|2012-05-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-12-01| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110511 |
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    2015-04-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20150101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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