DE19757479A1 - Verfahren zum Steuern der Bildfrequenz bei Ultraschall-Bildgebung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ultra­ schall-Bildgebung von menschlichem Gewebe und Blut. Insbeson­ dere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, um eine hohe Bildfrequenz zu erhalten, während akustisches Rauschen minimiert und der räumliche Alias-Effekt (Aliasing) auf einen akzeptablen Wert in einem Ultraschallbild begrenzt wird.

Übliche Ultraschall-Bildgebungssysteme enthalten ein Array bzw. ein Feld von Ultraschallwandlern bzw. -transdu­ cern, die benutzt werden, um einen Ultraschallstrahl bzw. -bündel auszusenden und sodann den von dem untersuchten Objekt reflektierten Strahl zu empfangen. Für eine Ultraschall-Bild­ gebung weist das Array üblicherweise viele Wandler bzw. Transducer auf, die in einer Linie angeordnet sind und mit separaten Spannungen betrieben werden. Durch Auswählen der Zeitverzögerung (oder Phase) sowie der Amplitude der angeleg­ ten Spannungen können die einzelnen Wandler derart gesteuert werden, daß sie Ultraschallwellen erzeugen, welche sich zur Bildung einer resultierenden Ultraschallwelle zusammenfügen, die entlang einer bevorzugten Strahlrichtung wandert und an einer gewählten Entfernung im Strahlengang fokussiert wird. Es können mehrere Aktivierungen (Firings) benutzt werden, um die Daten zu gewinnen, die die gewünschte anatomische Infor­ mation entlang einer Vielzahl von Scan- bzw. Abtastlinien darstellen. Die Strahlformungsparameter für jede der Aktivie­ rungen können variiert werden, um eine Änderung in der Lage des Fokus bzw. Brennpunktes vorzusehen oder auf andere Weise die räumliche Lage der empfangenen Daten für jede Aktivierung zu ändern, beispielsweise indem man aufeinanderfolgende Strahlen längs der selben Abtastlinie sendet, wobei der Brennpunkt von jedem Strahl relativ zum Brennpunkt des vorherigen Strahls verschoben wird. Durch Veränderung der Zeitverzögerung sowie der Amplitude der angelegten Spannungen kann der Strahl mit seinem Brennpunkt in einer Ebene bewegt werden, um das Objekt abzutasten.

Dieselben Grundsätze gelten, wenn der Wandler verwen­ det wird, um den reflektierten Schall zu empfangen (Empfangs­ modus). Die an den empfangenden Wandlern erzeugten Spannungen werden derart aufsummiert, daß das resultierende Signal kennzeichnend ist für den von einem einzelnen Brennpunkt in dem Objekt reflektierten Ultraschall. Wie bei dem Sendemodus wird dieser fokussierte Empfang von Ultraschallenergie erreicht, indem man dem Signal von jedem empfangenden Wandler eine separate Zeitverzögerung (und/oder Phasenverschiebungen) sowie Verstärkung zuteilt. Der reflektierte Ultraschall aus den Brennpunktzonen von zwei oder mehr Strahlen bzw. Bündeln wird abgetastet (gesampelt), die an unterschiedlichen Tiefen entlang der gleichen Abtastlinie fokussiert sind. Für jeden Richtungssteuer- bzw. Lenkwinkel werden die abgetasteten Daten aus zusammenhängenden Brennpunktzonen gewonnen und dann verknüpft, um einen Vektor oder eine A-Linie herzustellen. Es wird eine Vielzahl von Vektoren, einen für jeden Brennpunkt des Strahls, zusammen mit interpolierten Datenwerten ver­ wendet, um die Pixel auf dem Bildmonitor anzuregen, um ein volles Einzelbild (image frame) zu bilden.

Ein derartiges Abtasten (Scannen) enthält eine Reihe von Messungen, bei denen die gesteuerte bzw. gerichtete Ul­ traschallwelle ausgesendet wird, das System nach einem kurzen Zeitintervall in einen Empfangsmodus umgeschaltet und die re­ flektierte Ultraschallwelle empfangen und gespeichert wird. Üblicherweise werden die Übertragung und der Empfang während jeder Messung in der selben Richtung gesteuert, um aus einer Reihe von Punkten entlang einer Abtastlinie Daten zu gewin­ nen. Der Empfänger wird dynamisch bei aufeinanderfolgenden Entfernungen oder Tiefen längs der Abtastlinie fokussiert, wenn die reflektierten Ultraschallwellen empfangen werden.

In einem Ultraschall-Bildgebungssystem wird der Strahlabstand für ein optimales Bild durch die Bündelbreite oder Lateralpunktverteilungsfunktion bestimmt. Die Lateral­ punktverteilungsfunktion wird durch das Produkt der Wellen­ länge und der F-Zahl bestimmt. Die Wellenlänge ist ihrerseits eine Funktion der Mittenfrequenz der Sendekurve und der Demo­ dulationsfrequenz des Empfängers. Die F-Zahl ist gleich der Fokaltiefe dividiert durch die Apertur.

Die Anzahl der aktivierten Strahlen bzw. Bündel wird durch die Erfordernisse der räumlichen Abtastung und die ge­ wünschte Bildfrequenz (frame rate) bestimmt. Die Bildfrequenz ist umgekehrt proportional zu der Zeit, die zum Senden und Empfangen von allen erforderlichen Strahlen bzw. Bündeln benötigt wird, die zur Bildung aller Daten eines vollständi­ gen Bildes erforderlich sind. Hohe Bildfrequenzen sind not­ wendig, um die möglichen, durch Bewegung hervorgerufenen Feh­ ler in dem Bild zu minimieren. Um eine hohe Bildfrequenz bei­ zubehalten, wird die Anzahl von Strahlen bzw. Bündeln auf dem Minimum gehalten, das das Nyquist-Erfordernis der räumlichen Abtastung erfüllen würde. Wenn weniger Strahlen als die mini­ malen Erfordernisse der räumlichen Abtastung aktiviert wer­ den, tritt ein räumlicher Alias-Effekt (Aliasing) auf. Bei der optimalen räumlichen Abtastung werden die höchste Auflö­ sung zusammen mit der höchsten Bildfrequenz erhalten. Es be­ steht ein Bedürfnis für ein Verfahren, um die Erfordernisse der räumlichen Abtastung zu erfüllen, die auf den Strahlcha­ rakteristiken bei verschiedenen Positionen in einem gegebenen 2- oder 3-dimensionalen Bild basieren. Zusätzlich besteht ein Bedürfnis für eine Einrichtung, um das akustische Rauschen zu verringern, das bei höheren Bildfrequenzen eingeführt wird, und für eine Einrichtung, um die Strahlverteilung zu steuern (Möglichkeit des Benutzers, eine hohe Bildfrequenz oder eine hohe Auflösung zu wählen), um das Bild für einen räumlichen Alias-Effekt zu optimieren. Dies ist abhängig von der klini­ schen Anwendung oder dem klinischen Prüfungstyp.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf eine Optimie­ rung der Strahlverteilung gerichtet, um die höchste Bildfre­ quenz zusammen mit dem kleinsten akustischen Rauschen zu er­ halten, während der räumliche Alias-Effekt auf einen akzept­ ablen Wert begrenzt wird. Die Erfindung ist verwendbar bei der B-Modus-Bildgebung, Farbfluß-Bildgebung oder anderen ab­ getasteten Bildgebungsarten.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung wird die Strahlverteilung gemäß dem Abtast- bzw. Scan­ format und als eine Funktion der strahlbreite eingestellt. Die Strahlbreite ist proportional zu dem Produkt der F-Zahl und der wirkenden Wellenlänge. Gemäß dem Betrieb dieses Aus­ führungsbeispiels würde sich, wenn sich die F-Zahl ändert und von einer flachen Tiefe zu einer tieferen Tiefe geht, die An­ zahl der aktivierten strahlen, um ein Bild zu konstruieren, entsprechend ändern. Zusätzlich würde sich, wenn sich die F-Zahl ändert und von der Mitte des Bildes zum Rand des Bildes geht, die Anzahl der aktivierten Strahlen ändern. Alternativ wird, wenn die Betriebsfrequenz geändert wird und von flache­ ren Tiefen zu tieferen Tiefen geht oder von der Mitte des Bildes zu dem Rand des Bildes geht, der strahlabstand geän­ dert, um zu allen Zeiten die optimale Anzahl von Strahlen bzw. Bündeln zu aktivieren und dadurch die höchste Bildfre­ quenz zu erhalten.

Bei den meisten Ultraschallbildern wird die F-Zahl größer beim Gang von der Mitte des Bildes zum Rand aufgrund der endlichen Anzahl von Elementen in dem Wandlerarray, die F-Zahl nimmt zu mit der Tiefe in dem Bild aufgrund der be­ grenzten Wandler-Aperturen und die Mittenfrequenz der Bildin­ formation nimmt ab mit der Tiefe aufgrund der frequenzabhän­ gigen Schwächung in dem Körper. Um diesen Änderungen in der räumlichen Auflosung über dem Bild Rechnung zu tragen, kann eine Funktion, die eine lineare, parabolische, halbkreisför­ mige oder trigonometrische Funktion sein kann, verwendet, um die Strahlverteilung über dem Bild zu definieren. Andere Funktionen können in Abhängigkeit von der Anwendung benutzt werden.

Eine andere Abänderung besteht darin, eine Strahlver­ teilung zu haben, die von der räumlichen Auflösung der Dis­ playeinheit abhängt. Für eine Vektorabtastung kann aufgrund der endlichen räumlichen Auflösung der Displayeinheit die An­ zahl von Strahlen bzw. Bündeln, die bei den flacheren Tiefen aktiviert werden, kleiner gemacht werden als die Anzahl von Strahlen bzw. Bündeln, die bei den tieferen Tiefen aktiviert werden.

Wenn die Strahlverteilung definiert worden ist, muß die Reihenfolge der Strahlaktivierungen bestimmt werden, um die Bildfrequenz zu maximieren. Bei hohen Bildfrequenzen kann das akustische Rauschen aus der vorhergehenden Aktivierung akustisches Rauschen in die nächste Aktivierung einführen. Gemäß der Erfindung können verschiedene Verfahren verwendet werden, um das akustische Rauschen zu verringern.

Wenn weniger als die minimale Anzahl von Strahlen bzw. Bündeln, die durch Erfordernisse der räumlichen Abta­ stung ermittelt ist, verwendet werden, um ein Bild zu kon­ struieren, würde ein Alias-Effekt (Aliasing) in dem Bild be­ obachtet werden. In vielen Ultraschall-Bildgebungssituationen ist der Grad, bis zu dem das räumliche Aliasing in dem Bild sichtbar ist, stark gewebeabhängig. In diesen Fällen müssen für den Benutzer Mittel vorgesehen sein, um die Strahldichte einzustellen, um die Bildfrequenz über der gewünschten Auflö­ sung und dem räumlichen Aliasing zu optimieren. Um diesen Alias-Effekt bei sehr hohen Bildfrequenzen zu verringern, wurde die folgende Lösung ergriffen. Für eine vektorartige Abtastung, wie beispielsweise diejenige, die von Wandlern ei­ nes phasengesteuerten Arrays, eines gekrümmten Arrays oder eines linearen Arrays erhalten werden, wird der abgetastete Bereich in einer Anzahl von azimuthalen Segmenten gleicher oder ungleicher Breite unterteilt. Die Anzahl von Strahlen in jedem Segment wird in Abhängigkeit von der erforderlichen Bildfrequenz dezimiert. Die Dezimation hat eine Verkleinerung in der Gesamtzahl aktivierter Vektoren zur Folge. Diese Dezi­ mation ist für unterschiedliche Segmente unterschiedlich. Üb­ licherweise gibt es mehr Dezimation am Rand des Bildes im Vergleich zur Mitte des Bildes, da der interessierende Be­ reich üblicherweise an der Mitte des Bildes angeordnet ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm und zeigt die Haupt­ funktionsblöcke von einem Realzeit-Ultraschall-Bildgebungssy­ stem.

Fig. 2 ist ein Fließbild und zeigt die Wechselwir­ kung von Parametern, die die Strahlverteilung gemäß einem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beeinflussen.

Fig. 3A und 3B zeigen typische F-Zahl-Verteilungen entlang den longitudinalen bzw. azimuthalen Achsen. Fig. 3B zeigt auch typische Aperturgrößen für Strahlen an der Mitte bzw. an der Seite des Bildes.

Fig. 4A und 4B zeigen typische Wellenlängenvertei­ lungen entlang den longitudinalen bzw. azimuthalen Achsen, wobei λ₁ < λ₂ < λ₃.

Fig. 5 ist eine typische Strahlverteilung für ein gekrümmtes Wandlerarray für ein Vektorabtastformat. Die An­ zahl der Strahlen beträgt 345. Der Strahlabstand relativ zu dem Mittelstrahl ist eine parabolische Funktion.

Fig. 6 ist eine typische Strahlverteilung für ein lineares Wandlerarray mit rechtwinkligem Abtastformat.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung und zeigt eine typische Sende-Fokalzonen-Verteilung für eine Vektorab­ tastung für eine konstante Strahldichteverteilung in der azi­ muthalen Richtung.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung und zeigt azimuthale Strahldezimationsbereiche für eine Vektorabta­ tung, wobei N_i/N das Dezimationsverhältnis für den Bereich i ist.

Die Erfindung ist in ein Ultraschall-Bildgebungssy­ stem eingebunden, das aus vier Hauptsubsystemen besteht: ei­ nem Strahl- bzw. Bündelformer 2, Prozessoren 4 (einschließ­ lich einem getrennten Prozessor für jeden unterschiedlichen Modus), einer Abtastwandler/Displaysteuerung 6 und einem Kernel 8. Die Systemsteuerung ist in dem Kernel 8 zentriert, die Operatoreingaben durch ein Operator-Interface 10 annimmt und seinerseits die verschiedenen Subsysteme steuert. Die Hauptsteuerung 12 führt Steuerfunktionen auf Systempegel aus. Sie empfängt Eingaben von dem Operator über das Operator- Interface 10 und auch Systemstatusänderungen (z. B. Modus­ änderungen) und macht entsprechende Systemänderungen entweder direkt oder über die Abtaststeuerung. Der Systemsteuerbus 14 bildet das Interface von der Hauptsteuerung zu den Sub­ systemen. Der Abtaststeuerungs-Sequenzer 16 liefert Realzeit (akustische Vektorrate)-Steuereingaben an den Strahlformer 2, den Systemzeitsteuergenerator 24, Prozessoren 4 und den Abtastwandler 6. Der Abtaststeuerungssequenzer 16 wird durch den Host mit den Vektorsequenzen und Synchronisations- Optionen für akustische Bildgewinnungen programmiert. Somit steuert der Abtaststeuerungssequenzer die Strahlverteilung und die Strahldichte. Der Abtastwandler verbreitet die von dem Host definierten Strahlparameter über den Abtaststeuerbus 18 an die Subsysteme.

Die Hauptdatenbahn beginnt mit den analogen HF Einga­ ben in den Strahlformer 2 von dem Wandler 20. Der Strahlfor­ mer 2 gibt zwei summierte digitale I, Q Basisband-Empfangs­ strahlen ab, die aus verknüpften Datensamples gebildet sind, die ihrerseits von dem reflektierten Ultraschall von den ent­ sprechenden Fokal- bzw. Brennpunktzonen der gesendeten Strah­ len abgeleitet sind. Die I,Q-Daten werden in einen Prozessor 4 eingegeben, wo sie gemäß dem Gewinnungsmodus verarbeitet werden und als verarbeitete Vektordaten an den Abtastwand­ ler/Displayprozessor 6 abgegeben werden. Der Abtastwandler empfängt die verarbeiteten Vektordaten, interpoliert, wo not­ wendig, und gibt die Video-Displaydaten für das Bild an einen Farbmonitor 22 ab. Das dargestellte Bild ist eine Vektorabta­ stung, die Gewebe und/oder Blutfluß in einer Ebene durch den abgebildeten Körper darstellt.

Gemäß einem breiten Konzept der Erfindung kann die Strahlverteilung als eine Funktion der F-Zahl, der Sende­ kurve-Mittenfrequenz, der Demodulationsfrequenz des Empfän­ gers oder der Strahlbreite ermittelt werden. Diese Abhängig­ keit kann für irgendeinen dieser Parameter oder eine Kombina­ tion davon bestehen, wobei jedem dieser Parameter eine ent­ sprechende Gewichtung zugeordnet wird. Zusätzlich kann die Strahlverteilung von der Apodizations- oder Fensterschattie­ rungsfunktion abhängig sein.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Strahlfunktion gemäß dem Abtast- bzw. Scanformat und als eine Funktion der Strahlbreite eingestellt. Die Strahlbreite ist proportional zu dem Produkt der F-Zahl und der wirksamen Wel­ lenlänge. Die wirksame Wellenlänge ist ihrerseits von der Mittenfrequenz der Sendekurve und der Demodulationsfrequenz des Empfängers abhängig. Gemäß der Arbeitsweise des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels würde sich, wenn sich die F-Zahl ändert und von der flachen Tiefe zu einer tieferen Tiefe geht (wie es in Fig. 3A gezeigt ist), die Anzahl der akti­ vierten Strahlen, um ein Bild zu konstruieren, entsprechend ändern. Somit ist die Zahl der Strahlen bzw. Bündel umgekehrt proportional zu der F-Zahl. Weiterhin würde sich, wenn die F-Zahl sich ändert und von der Mitte des Bildes zum Rand des Bildes geht (wie es in Fig. 3B gezeigt ist) die Anzahl der aktivierten Strahlen ändern.

Gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Wellenlänge oder die Mittenfrequenz der Sendekurve während des Abtastens für jedes Einzelbild eingestellt. Wenn beispielsweise die Arbeitsfrequenz geändert wird und von flacheren Tiefen zu tieferen Tiefen geht (wie es in Fig. 4A gezeigt ist) oder von der Mitte des Bildes zum Rand des Bildes geht (wie es in Fig. 4B gezeigt ist), wird der Strahlabstand verändert, um zu allen Zeiten die optimale Anzahl von Strahlen zu aktivieren und dadurch die höchste Bildfrequenz zu erhalten. In einem Ausführungsbeispiel vari­ iert die Arbeitsfrequenz von 9 MHz bei der flachesten Tiefe bis 6 MHz bei der tiefsten Tiefe und variiert von 7 MHz zu 6 MHz von der Mitte zum Rand des Einzelbildes bei der tiefsten Tiefe. In diesem Beispiel würde sich die Zahl der Vektoren linear mit der Arbeitsfrequenz ändern. Wenn beispielsweise bei 9 MHz gearbeitet wird, beträgt die Vektordichte 5 Vekto­ ren/mm. Wenn jedoch bei 6 MHz gearbeitet wird, würde die Vektordichte bei 3 Vektoren/mm liegen.

Bei den meisten Ultraschallbildern steigt die F-Zahl an, wenn man von der Mitte des Bildes zum Rand geht, aufgrund der endlichen Anzahl von Elementen in dem Wandlerarray, die F-Zahl steigt an mit der Tiefe in dem Bild aufgrund der be­ grenzten Wandleraperturen und die Mittenfrequenz der Bildin­ formation nimmt ab mit der Tiefe aufgrund der frequenzabhän­ gigen Schwächung in dem Körper. Um diesen Änderungen in der raumlichen Auflösung über dem Bild Rechnung zu tragen, kann eine Funktion, die eine lineare, parabolische, halbkreisför­ mige oder trigonometrische Funktion sein kann, verwendet wer­ den, um die Strahlverteilung über dem Bild zu definieren. Es können auch andere Funktionen verwendet werden. Fig. 5 zeigt eine typische Strahlverteilung für ein gekrümmtes Wandlerar­ ray mit Vektorscanformat gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 6 zeigt eine typische Strahlverteilung für ein lineares Wandlerarray mit rechtwinkligem Scanformat gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Eine andere Variation besteht darin, eine Strahlver­ teilung zu haben, die von der räumlichen Auflösung der Dis­ play- bzw. Darstellungseinheit abhängt. Für einen Vektorscan kann aufgrund der endlichen räumlichen Auflösung der Darstel­ lungseinheit die Zahl der Strahlen bzw. Bündel, die an den flachesten Tiefen aktiviert werden, kleiner gemacht werden als die Zahl von Strahlen bzw. Bündeln, die an den tieferen Tiefen aktiviert werden. Dies wird durch die kleinere Bogen­ länge an den flacheren Tiefen hervorgerufen, die weniger räumliche Abtastungen bzw. Samples erfordert im Vergleich zu den tieferen Tiefen mit größerer Bogenlänge, die eine größere Anzahl von räumlichen Abtastungen bzw. Samples erfordert. Deshalb wird eine kleinere Zahl von Strahlen bzw. Bündeln an den flacheren Tiefen aktiviert im Vergleich zu den tieferen Tiefen für jede Abtastung bzw. Scan des Vektortyps, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. In einem speziellen Ausführungsbeispiel kann der Strahlabstand für jede Fokal- bzw. Brennpunktzone etwa konstant sein. Weiterhin ändert sich, wenn die Darstel­ lungstiefe des Bildes geändert wird, die räumliche Auflösung der Darstellungseinheit in bezug auf die Bilddaten. Deshalb muß die Anzahl von Strahlen bzw. Bündeln, die verwendet wer­ den, um ein Bild zu formen, geändert werden, wenn die Dar­ stellungstiefe verändert wird.

Wenn die Strahlverteilung definiert worden ist, muß die Reihenfolge der Strahlaktivierungen ermittelt werden, um die Bildfrequenz zu maximieren. Bei hohen Bildfrequenzen kann das akustische Rauschen aus der vorhergehenden Aktivierung akustisches Rauschen in die nächste Aktivierung einführen. Um dieses akustische Rauschen zu verringern, kann eine oder meh­ rere der folgenden vier Maßnahmen ergriffen werden. Erstens wird die Aktivierungssequenz so eingestellt, daß der längste Strahl, der der tiefsten Tiefe entspricht, zuerst aktiviert wird, woran sich der zweittiefste Strahl anschließt, dann der drittiefste Strahl usw., bis der flacheste Strahl aktiviert worden ist. Dies würde weniger akustisches Rauschen zur Folge haben. Das verringerte akustische Rauschen ist proportional zu der Tiefendifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Strahlen entlang einer Abtastlinie. Zweitens können die Strahlen bzw. Bündel in einer nicht-sequentiellen Art und Weise aktiviert werden. Dabei hat jedes aufeinanderfolgende Aktivieren einen Richtungssteuerungs- bzw. Lenkwinkel, der sich von dem Lenk­ winkel der vorhergehenden Aktivierung signifikant unterschei­ det, um die Größe des akustischen Rauschens zu verringern. Anstatt daß beispielsweise aufeinanderfolgende Aktivierungen sequentiell inkrementierte Lenkwinkel von 2°, 4°, 6°, usw. haben, haben die aufeinanderfolgenden Aktivierungen gemäß der Erfindung Lenkwinkel von 0°, 10°, 2°, 12°, 4°, 14°, 5°, 15°, usw. Ein anderer Typ von akustischem Rauschen, das minimiert wurde, war das akustische Signal von der letzten Aktivierung, das auf die erste Aktivierung erscheint. Das Rauschen wurde verringert, indem eine längere Wartezeit für den tiefsten Strahl vorgesehen wurde, wenn die flacheren Strahlen zuerst und tiefere Strahlen zuletzt aktiviert wurden. Das vierte Verfahren besteht darin, akustische Strahlen mit unterschied­ licher Demodulationsfrequenz oder Sendefrequenz zu verschach­ teln, so daß ihre Frequenz getrennt ist, um zu verringern, daß die akustische Energie von der einen Zone in die anderen Zonen gelangt.

Wenn weniger als die minimale Zahl von Strahlen, die durch Erfordernisse der räumlichen Abtastung ermittelt ist, verwendet werden, um ein Bild zu konstruieren, würde in dem Bild ein Alias-Effekt (Aliasing) beobachtet werden. In vielen Ultraschall-Bildgebungssituationen ist der Grad, bis zu dem räumliches Aliasing in dem Bild erscheint, stark gewebeabhän­ gig. In diesen Fällen muß für den Benutzer ein Mittel vorge­ sehen sein, um die strahldichte einzustellen, um die Bildfre­ quenz über der gewünschten Auflösung und dem räumlichen Alia­ sing zu optimieren. Um den Effekt von diesem Aliasing bei sehr hohen Bildfrequenzen zu verkleinern, wurde die folgende Lösung entwickelt. Für eine Abtastung bzw. Scan des Sektor­ typs, wie sie beispielsweise von Wandlern eines phasengesteu­ erten Arrays, eines gekrümmten Arrays oder eines linearen Ar­ rays erhalten wird, wird der abgetastete Bereich in eine An­ zahl von azimuthalen Segmenten geteilt, wie es in Fig. 8 ge­ zeigt ist. Diese Segmente können eine gleiche oder ungleiche Breite haben. Die Anzahl der verwendeten Strahlen in jedem azimuthalen Segment wird durch den Benutzer in der folgenden Weise gesteuert. Die Anzahl der Strahlen in jedem Segment wird mit einer Rate von N_i : N Strahlen dezimiert, was von der erforderlichen Bildfrequenz abhängig ist. Diese Dezimation ist für unterschiedliche Segmente verschieden. Üblicherweise gibt es mehr Dezimation am Rand des Bildes, im Vergleich zur Mitte des Bildes, da der interessierende Bereich üblicher­ weise an der Mitte des Bildes angeordnet ist. Auf diese Weise würde das Aliasing kein sich regelmäßig wiederholendes Muster über dem Bild von dem einen Segment zum nächsten und inner­ halb jedes Segmentes sein. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, kann die kleinste Zahl von Strahlen mit der kleinsten Wirkung auf die Bildqualität über dem interessierenden Be­ reich aktiviert werden. Die Dezimation wird durch den Benut­ zer gesteuert als ein Kompromiß zwischen der Bildfrequenz über der Auflösung. Dies wird dadurch gesteuert, daß eine Ta­ ste auf der Steuertafel vorhanden ist, um die Dezimierungs­ rate zu verändern. Dies kann dadurch weiter verbessert wer­ den, daß die Bildfrequenz mit der dynamischen Bereichskom­ pression verbunden wird. Diese Abhängigkeit ist wie folgt.

Die Größe des beobachteten Aliasing hängt von dem dy­ namischen Bereich der Bilddarstellungseinrichtung ab. Bei ei­ nem kleinen dynamischen Bereich wird die Punktverteilungs­ funktion, die auf dem Monitor dargestellt wird, kleiner und infolgedessen erfordert sie eine höhere räumliche Abtastrate im Vergleich zu einer hohen dynamischen Bereichseinstellung. Somit kann die Anzahl der aktivierten Strahlen mit dem dyna­ mischen Bereich der Bilddarstellungseinrichtung (Display) verbunden bzw. verknüpft werden, so daß für die höheren Bild­ frequenzen mit verkleinerter Anzahl von Strahlen der dynami­ sche standardbereich größer gemacht wird und umgekehrt. Auf diese Weise wird das mögliche Aliasing durch den dynamischen Bereichspegel gesteuert.

Bei einigen Bildgebungsanwendungen könnte es zwei oder mehr Empfangsstrahlen geben, die für jeden Sendestrahl gebildet sind. Diese zwei oder mehr Empfangsstrahlen können auf jeder Seite des Sendestrahls liegen. Hierdurch soll die Bildfrequenz verbessert werden. Alle hier angegebenen Gedan­ ken sind auf diese Betriebsart anwendbar.

Claims (20)

1. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall- Bildgebungseinrichtung mit einem Wandler-Array, gekennzeichnet durch:
Senden einer Vielzahl von Ultraschall-Sendestrahlen von jedem Wandler-Array in einer Ebene, die eine Masse von Ultraschall-Streuelementen schneidet, wobei jeder Sendestrahl einen entsprechenden Lenkwinkel und einen entsprechenden Fokal- bzw. Brennpunkt hat,
Gewinnen, für jeden Sendestrahl, eines entsprechenden Empfangsvektors, der von Ultraschall abgeleitet wird, der durch Streuelemente in einer entsprechenden Fokalzone zu dem Wandler-Array reflektiert wird, wobei jede Fokalzone den entsprechenden Fokalpunkt aufweist, und
Darstellen der Empfangsvektoren in einem Abtast- bzw. Scanformat, um ein Einzelbild zu bilden,
wobei sich wenigstens einer der folgenden Parameter während der Gewinnung von jedem Strahl des Einzelbildes än­ dert: die F-Zahl, die Sendekurven-Mittenfrequenz, die Demodu­ lationsfrequenz des Empfängers, die Strahlbreite oder die Apodizationsfunktion, und sich der Strahllenkwinkel und die Verteilung der Sendestrahlen sich als eine Funktion von we­ nigstens dem geänderten Parameter ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die F-Zahl in einer azimuthalen Richtung während der Sendung der Sendestrahlen ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die F-Zahl in einer Längsrichtung während der Sendung der Sendestrahlen ändert.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Sendekurven-Mittenfrequenz in wenig­ stens einer von einer azimuthalen Richtung und einer longitudinalen Richtung während der Sendung der Sendestrahlen ändert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Demodulationsfrequenz des Empfängers in wenigstens einer von einer azimuthalen Richtung und einer longitudinalen Richtung während der Sendung der Sendestrahlen ändert.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aufeinanderfolgende Strahlen für einen gegebe­ nen Lenkwinkel in der Reihenfolge abnehmender Fokaltiefe ak­ tiviert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlen für einen gegebenen Lenkwinkel in der Reihenfolge zunehmender Fokaltiefe aktiviert werden, und die Wartezeit zwischen aufeinanderfolgenden Strahlaktivierun­ gen größer ist zwischen einer Strahlaktivierung an einem er­ sten Lenkwinkel und einer tiefsten Fokaltiefe, und eine nach­ folgende Strahlaktivierung an einem zweiten Lenkwinkel und einer flachesten Fokaltiefe größer ist als die Wartezeit zwi­ schen aufeinanderfolgenden Strahlaktivierungen bei dem ersten Lenkwinkel.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Strahlen in einer Folge bei verschiedenen Lenk­ winkeln und nicht in einer Folge bei dem gleichen Lenkwinkel aktiviert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Strahlen an der Mitte und am Rand des Bildes unterschiedliche Lenkwinkel haben.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Strahlen in einer Folge mit unterschiedlichen Sendefrequenzen und nicht in einer Folge mit der gleichen Sendefrequenz aktiviert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Strahlen in einer Folge bei unterschiedlichen Demodulationsfrequenzen und nicht in einer Folge mit der gleichen Demodulationsfrequenz demoduliert werden.

12. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall- Bildgebungseinrichtung mit einem Wandler-Array, gekennzeich­ net durch:
Senden einer Vielzahl von Ultraschall-Sendestrahlen von jedem Wandler-Array in einer Ebene, die eine Masse von Ultraschall-Streuelementen schneidet, wobei jeder Sendestrahl einen entsprechenden Lenkwinkel und einen entsprechenden Fo­ kal- bzw. Brennpunkt hat,
Gewinnen, für jeden Sendestrahl, eines entsprechenden Empfangsvektors, der von Ultraschall abgeleitet wird, der durch Streuelemente in einer entsprechenden Fokalzone zu dem Wandler-Array reflektiert wird, wobei jede Fokalzone den ent­ sprechenden Fokalpunkt aufweist, und
Darstellen der Empfangsvektoren in einem Abtast- bzw. Scanformat, um ein Einzelbild zu bilden,
wobei die Sendekurven-Mittenfrequenz als eine Funk­ tion der Fokaltiefe während der Sendung der Sendestrahlen verändert wird, die tieferen Vektoren vor dem Aktivieren der flacheren Vektoren aktiviert werden und jede aufeinanderfol­ gende Aktivierung einen Lenkwinkel hat, der sich von dem Lenkwinkel der vorhergehenden Aktivierung signifikant unterscheidet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sendekurven-Mittenfrequenz weiterhin als eine Funktion des Lenkwinkels während der Sendung der Sen­ destrahlen verändert wird.

14. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall- Bildgebungseinrichtung mit einem Wandler-Array, gekennzeich­ net durch:
Senden einer Vielzahl von Ultraschall-Sendestrahlen von jedem Wandler-Array in einer Ebene, die eine Masse von Ultraschall-Streuelementen schneidet, wobei jeder Sendestrahl einen entsprechenden Lenkwinkel und einen entsprechenden Fo­ kal- bzw. Brennpunkt hat,
Gewinnen, für jeden Sendestrahl, eines entsprechenden Empfangsvektors, der von Ultraschall abgeleitet wird, der durch Streuelemente in einer entsprechenden Fokalzone zu dem Wandler-Array reflektiert wird, wobei jede Fokalzone den ent­ sprechenden Fokalpunkt aufweist, und
Darstellen der Empfangsvektoren in einem Abtast- bzw. Scanformat, um ein Einzelbild zu bilden,
wobei das Einzelbild erste und zweite azimuthale Seg­ mente aufweist, die Strahlen, die dem ersten azimuthalen Seg­ ment entsprechen, einen ersten Strahlabstand haben, und die Strahlen, die dem zweiten azimuthalen Segment entsprechen, einen zweiten strahlabstand haben, der sich von dem ersten strahlabstand unterscheidet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Strahlabstand kleiner ist als der zweite Strahlabstand, und das erste azimuthale Segment näher als das zweite azimuthale Segment an einer Mittellinie des Einzelbildes ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vektordichten der ersten und zweiten azi­ muthalen Segmente von einer Bedienungsperson als eine Funk­ tion der Anwendung gewählt werden.

17. Verfahren zum Betreiben einer Ultraschall- Bildgebungseinrichtung mit einem Wandler-Array, gekennzeich­ net durch:
Senden einer Vielzahl von Ultraschall-Sendestrahlen von jedem Wandler-Array in einer Ebene, die eine Masse von Ultraschall-Streuelementen schneidet, wobei jeder Sendestrahl einen entsprechenden Lenkwinkel und einen entsprechenden Fo­ kal- bzw. Brennpunkt hat,
Gewinnen, für jeden Sendestrahl, eines entsprechenden Empfangsvektors, der von Ultraschall abgeleitet wird, der durch Streuelemente in einer entsprechenden Fokalzone zu dem Wandler-Array reflektiert wird, wobei jede Fokalzone den ent­ sprechenden Fokalpunkt aufweist, und
Darstellen der Empfangsvektoren in einem Abtast- bzw. Scanformat, um ein Einzelbild zu bilden,
wobei das Einzelbild erste und zweite longitudinale Segmente aufweist und die Zahl der Strahlen in dem ersten longitudinalen Segment kleiner ist als die Zahl von Strahlen in dem zweiten longitudinalen Segment.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strahlen, die dem ersten longitudinalen Segment entsprechen, einen ersten Strahlabstand haben, und die dem zweiten longitudinalen Segment entsprechenden Strah­ len einen zweiten strahlabstand haben, wobei der erste Strahlabstand etwa gleich dem zweiten Strahlabstand ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einzelbild ein drittes longitudinales Seg­ ment aufweist, wobei die Zahl der Strahlen, die dem zweiten longitudinalen Segment entsprechen, kleiner ist als die Zahl der Strahlen, die dem dritten longitudinalen Segment entspre­ chen.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einzelbild in mehrere Segmente mit einer unterschiedlichen Vektorverteilung in jedem Segment geteilt wird, die durch eine Bedienungsperson gesteuert wird.