DE4345308C2

DE4345308C2 - Ultraschalldiagnosevorrichtung

Info

Publication number: DE4345308C2
Application number: DE4345308A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Matsushima; Atsuo Iida; Keiichi Murakami; Takuya Noda
Original assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Current assignee: Fukuda Denshi Co Ltd
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2013-07-13

Abstract

In einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden Ergebnisse von Berechnungen gespeichert, an welcher Fokusposition ein soeben von den Wandlern empfangenes Signal reflektiert wird, in Übereinstimmung mit einem Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem Ultraschallwellen ausgesendet werden, und wird eine Verzögerungszeit entsprechender Empfangssignale, die von den Wandlern erhalten werden, in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Berechnungen bestimmt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Steuerdaten, welche die Verzögerungszeit bestimmen, in einer ersten Speichereinrichtung gespeichert, werden Kompensationsdaten, welche die Steuerdaten kompensieren, in einer zweiten Speichereinrichtung gespeichert, werden aus dieser ersten bzw. zweiten Speichereinrichtung ausgelesene Steuerdaten und Kompensationsdaten miteinander addiert, und wird die Verzögerungszeit für eine Transmission und einen Empfang gemäß diesen addierten Daten bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall diagnosevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind bereits verschiedene Ultraschalldiagnosevor richtungen vorgeschlagen worden, welche die Diagnose einer inneren Erkrankung eines menschlichen Körpers erleichtern, indem Ultraschallwellen in ein Subjekt, insbesondere einen menschlichen Körper, ausgesendet werden und von den Geweben des menschlichen Körpers reflektierte Echo-Ultraschallwel len durch eine Sonde empfangen werden, die eine Anzahl von Ultraschallwandlern aufweist. Anhand dieser empfangenen Ul traschallwellen kann ein Bild eines affizierten Teils des menschlichen Körpers angezeigt werden.

Fig. 13 ist ein Blockbild, das ein Konfigurationsbei spiel einer herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung zeigt.

Eine Steuereinrichtung 8 liest Transmissionsverzöge rungs-Steuerdaten aus einer Einrichtung 4 zum Speichern von Transmissions-Verzögerungsbeträgen aus und stellt die Transmissionsverzögerungs-Steuerdaten in allen Kanälen der Transmissionsverzögerungseinrichtung 3 ein. Dann sendet die Steuereinrichtung 8 ein Transmissions-Startsignal zur Transmissionsverzögerungseinrichtung 3. Die Transmissions verzögerungseinrichtung 3 empfängt dieses Transmissions- Startsignal und erzeugt einen Transmissionsimpuls zu einem Zeitpunkt auf Basis der voreingestellten Transmissionsver zögerungs-Steuerdaten. Dieser Transmissionsimpuls wird durch einen Transmissionstreiber 2 in einen Impuls mit hoher Spannung umgewandelt, und einzelne Wandler 1 werden durch diesen Impuls mit hoher Spannung getrieben.

Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Be ziehung zwischen angeordneten Ultraschallwandlern und Fo kuspositionen in einem Subjekt zeigt.

Im Fall eines linearen Scan-Typs wird beispielsweise eine Scan-Linie normal zur Richtung des Arrays von Wand lern, wie in Fig. 14 gezeigt, durch von entsprechenden Wand lern 1, in Fig. 13 dargestellt, ausgesendete Ultraschallwel len gebildet. Zum Aussenden von Ultraschallwellen in ein Subjekt, so daß ein Fokus an einem in Fig. 14 gezeigten Punkt A gebildet werden kann, ist eine Differenz zwischen dem Weg OA und dem Weg RA (SA) wie nachstehend gezeigt, wobei die Zeitpunkte oder Zeitlagen von Transmissionsimpulsen entsprechend dem Punkt R (Wandler 1_1) und dem Punkt S (Wandler 1-128) berücksichtigt werden.

RA - OA = √H² + k² - k (1).

Unter der Annahme einer Verzögerungszeit, die durch die Transmissionsverzögerungseinrichtung 3 entsprechend dem Wandler nahe Punkt O mit D definiert wird, und der Schall geschwindigkeit mit V, ist eine Verzögerungszeit K, die durch die Transmissionsverzögerungseinrichtung 3 entspre chend den Punkten R und S definiert wird, wie nachstehend angegeben.

D - [√H² + k² - k - k]/V (2).

Durch jeden der anderen Wandler zu sendende Ultra schallwellen können ähnlich um eine Zeit verzögert werden, die durch den obigen Ausdruck von der Distanz H vom Punkt O zum Wandler angegeben ist. Dies ist das gleiche mit den Brennpunkten B und C.

Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, die eine Be ziehung zwischen den Wandlern 1 und entsprechenden Verzöge rungszeiten zeigt.

Zum Senden von Ultraschallwellen, so daß der Fokus je weils an den in Fig. 14 gezeigten Brennpunkten A, B oder C positioniert wird, werden Ultraschallwellen von jedem Wand ler 1 ausgesendet, wobei sie um eine spezifizierte Verzöge rungszeit entlang der in Fig. 15 gezeigten Kurve der Brenn punkte A, B oder C verzögert werden.

Die Beschreibung wird fortgesetzt, wobei auf Fig. 13 zurückgegangen wird.

Von einer Gewebegrenze im Subjekt reflektierte Ultra schallwellen werden wieder von den Ultraschallwandlern 1 empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Die emp fangenen und in elektrische Signale umgewandelten Signale werden durch einen Vorverstärker 5 auf einen spezifizierten Amplifikationsgrad verstärkt und in eine Empfangsverzöge rungs/Addiereinrichtung 9 eingegeben. Die Empfangsverzöge rungs/Addiereinrichtung 9 verzögert die von einzelnen Kanä len eingegebenen Empfangssignale wie spezifiziert und ad diert die Empfangssignale von allen Kanälen, um Scan-Signa le zu erhalten. Im in Fig. 13 gezeigten Beispiel sind Emp fangsverzögerungseinrichtungen 10 entsprechend jeweiligen Kanälen vorgesehen, und die Steuereinrichtung 8 liest emp fangene verzögerungsgesteuerte Daten, die in der Einrich tung 7 zum Speichern von Empfangs-Verzögerungsbeträgen ge speichert sind, aus und stellt die empfangenen verzöge rungsgesteuerten Daten in allen Empfangsverzögerungsein richtungen 10 ein. Die Empfangsverzögerungseinrichtung 10 verzögert die einzugebenden Empfangssignale um eine Zeit auf Basis gegebener empfangener verzögerungsgesteuerter Da ten. Beispielsweise ist bekannt, daß eine derartige reprä sentative Empfangsverzögerungseinrichtung die Verzögerungs zeit variiert, indem selektiv Eingangs- und Ausgangs-Ab griffe durch einen Schalter über eine elektromagnetische Verzögerungsleitung verbunden werden, die eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangs-Abgriffen aufweist, oder daß sie Empfangssignale durch den A/D-Wandler in Digitalsignale umwandelt und die Zeiteinstellung oder Zeitlage unter Ver wendung des Schieberegisters oder eines Speichers, wie eines SRAM oder DRAM, verzögert.

Unter der Annahme einer Distanz vom Scan-Zentrum zu jedem Wandler mit H und einer Brennweite mit k ist eine für jeden Kanal im Fall eines linearen Scan-Typs angegebene Verzögerungszeit wie nachstehend, wie im Fall der Trans mission gezeigt, ausgeführt:

K = D - [√H² + k² - k]/V (3).

Wenn der Fokus für den Empfang nur auf denselben Fokus wie für die Transmission gesetzt wird, ist die Auflösung nur in einem Bereich nahe dem Fokus zufriedenstellend und in anderen Bereichen, in denen Ultraschallwellen gestreut werden, nicht zufriedenstellend. Daher gibt es ein als "dynamischer Fokus" bezeichnetes Verfahren, durch welches der für einen Empfang eingestellte Brennpunkt zu einem weiter entfernten Punkt sequentiell gemäß der Penetration von Ultraschallwellen verschoben wird, das heißt, die Zeit, die nach der Transmission vergangen ist, wird angepaßt, um eine gleichmäßige Auflösung ungeachtet der Penetration von Ultraschallwellen zu erhalten. Beispielsweise werden die in Fig. 14 gezeigten Brennpunkte A, B und C mit einem Intervall d eingestellt, und der Fokus wird durch Ändern der Einstellung zu Fokus B mit einem Zeitraum 2d/V, nachdem am Fokus A reflektierte Ultraschallwellen den Punkt O erreicht haben, und weiter zu Fokus C mit einem Zeitraum von 2d/V verschoben.

Alle Empfangssignale, die so in Übereinstimmung mit der Ankunftszeit zeitlich eingestellt sind, werden durch die Addiereinrichtung 11 addiert, ein so erhaltenes Scan- Signal wird zur Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt) gesen det, und ein tomographisches Bild eines inneren Teils des Subjekts wird angezeigt.

Im Zuge der Weiterentwicklung von Ultraschalldiagnosevorrich tungen in den letzten Jahren verstärkte sich der Bedarf an einer höheren Auflösung, und es wurde notwendig, eine größere Scan-Apertur durch Erhöhen der Anzahl von Wandlern 1 zu implementieren.

Im folgenden wird eine Überlegung für eine weitere Verbesserung der Auflösung unter Durchführung der dynami schen Fokuseinstellung im oben beschriebenen, herkömmlichen Beispiel diskutiert. Im allgemeinen kann eine Verbesserung der Auflösung im Fokusbereich durch Vergrößern der Scan- Apertur oder Erhöhen der Anzahl von Elementen erzielt werden. In diesem Fall ist die Differenz des Weges zwischen den am zentralen Scan-Punkt O (siehe Fig. 14) empfangenen Ultraschallwellen und den an den Endpunkten R und S empfan genen groß. Demgemäß sollte die Verzögerungszeit D der durch die Wandler rund um das Scan-Zentrum erhaltenen Emp fangssignale größer sein. Obwohl die Auflösung am Fokus weiter verbessert wird, wenn die Scan-Apertur groß gemacht wird, ist die Streuung von Ultraschallwellen an einer vom Fokus entfernten Position größer als die im Fall der klei neren Scan-Apertur, und die Auflösung verschlechtert sich wiederum. Daher muß die Distanz d zwischen Brennpunkten (siehe Fig. 14) klein sein und die Anzahl der durch das dynamische Fokuseinstellverfahren einzustellenden Brenn punkte erhöht werden.

Als Folge der Ausdehnung der Verzögerungszeit D und der Reduktion der Distanz d zwischen Brennpunkten, mit anderen Worten im Fall von D < 2d/v, tritt ein Problem beim dynamischen Fokuseinstellverfahren auf.

Im folgenden wird ein Fall diskutiert, in dem D < 2d/V erfüllt ist. Wenn beispielsweise eine vom in Fig. 14 ge zeigten Fokus A reflektierte Ultraschallwelle am Punkt O empfangen wird, bleibt die reflektierte Ultraschallwelle, die dann zum Punkt R gesendet wird, am Punkt P. Das am Punkt O empfangene Signal wird nur um eine Verzögerungszeit D verzögert (siehe Fig. 15) und muß schließlich gleichzeitig wie die Signale von reflektierten Ultraschallwellen vom Fokus A, die von allen Wandlern 1 empfangen werden, addiert werden. Auf Grund von D < 2d/V wird jedoch die Verzögerungs zeit jedes Empfangssignals in der Empfangsverzögerungsein richtung 10 (siehe Fig. 13) zu einer Verzögerungszeit (siehe Fig. 15) entsprechend dem Fokus B geändert, bevor die vom Fokus A reflektierte Ultraschallwelle von den Wandlern 1_1 und 1_128 an beiden Enden empfangen wird. Das Signal der vom Fokus A reflektierten Ultraschallwelle, die von den beispielsweise an den Punkten R und S angeordneten Wandlern 1_1 und 1_128 empfangen wird, wird um eine Verzögerungszeit entsprechend dem Fokus B verzögert, und demgemäß wird kein korrekter Fokus gebildet, was zu einer Ursache einer Ver schlechterung der Auflösung anstatt zu einer Verbesserung führt. Daher wird das herkömmliche Verfahren durch D < 2d/V eingeschränkt, und die Verbesserung der Auflösung ist eben falls begrenzt.

Ein weiteres mit der Verzögerung in Zusammenhang ste hendes Problem ist eine Ungleichmäßigkeit der Schallge schwindigkeit in einem Subjekt.

Für Vergleichszwecke wird zuerst eine Ultraschalldiag nosevorrichtung, die nicht mit einem Merkmal zum Kompen sieren einer Wellenfrontabweichung von Ultraschallwellen versehen ist, und danach eine Ultraschalldiagnosevorrich tung, die mit dem Merkmal zum Kompensieren der Wellenfront abweichung versehen ist, beschrieben.

Fig. 19 ist ein Blockbild einer herkömmlichen typischen Ultraschalldiagnosevorrichtung, die aus der Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 28989-1978 bekannt ist.

Die in Fig. 18 gezeigte Transmissions-Speichereinrich tung 113 speichert beispielsweise die Transmissionsverzöge rungszeitdaten für Ultraschallwandler entsprechend den in Fig. 15 dargestellten Fokuspositionen. Die Steuereinrichtung 108 liest die Transmissionsverzögerungsdaten entsprechend den in der Transmissions-Speichereinrichtung 113 gespei cherten spezifizierten Fokuspositionen aus und setzt sie in eine Gruppe von Transmissionsverzögerungsschaltungen 117. Treibimpulse werden von der Transmissionsverzögerungsschal tungsgruppe 117 in Übereinstimmung mit den Transmissions verzögerungsdaten ausgegeben, die auf jeweilige Zeitein stellungen entsprechend den Differenzen der Zeiten gesetzt wurden, die notwendig sind, damit von entsprechenden Wand lern 1_1, 1_2, . . ., 1_128 ausgesendete Ultraschallwellen die spezifizierten Fokuspositionen erreichen. Diese Treib impulse werden durch eine Gruppe von Transmissionsschaltun gen 102 in Impulse mit hoher Spannung umgewandelt und trei ben entsprechende Wandler 1_1, 1_2, . . ., 1_128 einer Gruppe von Wandlern 1, wodurch Ultraschallwellen zur Innenseite des Subjekts (nicht gezeigt) erzeugt werden. Von diesen Wandlern 1_1, 1_2, . . ., 1_128 ausgesendete Ultraschallwel len werden synthetisiert, um einen Ultraschallstrahl zu bilden, der auf die spezifizierte Fokusposition im Subjekt zu fokussieren ist, und dieser Ultraschallstrahl wird in das Subjekt gesendet.

In das Subjekt gesendete Ultraschallwellen werden von der Gewebegrenze oder dgl. im Subjekt reflektiert und wieder von den Wandlern 1_1, 1_2, . . ., 1_128 empfangen, welche die Gruppe von Wandlern 1 bilden. Diese Empfangssi gnale werden jeweils durch Vorverstärker verstärkt, welche die Gruppe von Vorverstärkern 103 bilden, und in die Verzö gerungs/Addiereinrichtung 7 eingegeben. In diesem Fall speichert die Empfangs-Speichereinrichtung 109 Empfangsver zögerungsdaten, wie in Fig. 15 gezeigt, wie im Falle einer Transmission, entsprechend den in Fig. 14 dargestellten Brennpunkten, und die Empfangsverzögerungsdaten entspre chend den spezifizierten Brennpunkten werden durch die Steuereinrichtung 108 aus der Empfangs-Speichereinrichtung 109 ausgelesen. In diese Verzögerungs/Addiereinrichtung 107 eingegebene Empfangssignale werden in Übereinstimmung mit den Empfangsverzögerungsdaten durch die Verzögerungsleitung 106 entsprechend verzögert, so daß die spezifizierten Brennpunkte im Subjekt gebildet und durch den Addierer 120 miteinander addiert werden. Nur Empfangssignale von Posi tionen rund um den Fokus werden verstärkt, und Empfangssi gnale von anderen Positionen werden unterdrückt. Empfangs signale, die aus diesem Addierer 120 ausgegeben und mitein ander addiert werden, werden zur Anzeigeeinheit, nicht ge zeigt, gesendet, und die Anzeigeeinheit zeigt ein tomogra phisches Bild eines inneren Teils des Subjekt in Überein stimmung mit diesen addierten Empfangssignalen an.

In diesem Fall wird, wenn die Schallgeschwindigkeit im Subjekt gleichmäßig ist, ein Fokus in Übereinstimmung mit einer in Fig. 15 berechneten Verzögerungszeit gebildet. Ein tatsächlicher menschlicher Körper umfaßt jedoch viele ver schiedene Systeme und Substanzen, wie Fett, Muskeln, Leber, usw., und es ist bekannt, daß die Schallgeschwindigkeit in Fett von 1480 m/s wesentlich niedriger ist als die von 1570 m/s in anderen Systemen und Substanzen, wie Muskeln und Leber.

Mit anderen Worten besteht ein Problem, daß, wenn die Verzögerungszeit mit der Schallgeschwindigkeit, wie festge legt, eingestellt wird, die Wellenfronten von in einen menschlichen Körper durch die Wandler ausgesendeten Ultra schallwellen oder von Ultraschallwellen, die reflektiert werden, um die Wandler zu erreichen, abgelenkt werden und nicht ausgerichtet sind, was zu einer Verschlechterung der Auflösung führt. Außerdem ist die Dicke der Fettschicht bei einzelnen Subjekten, beispielsweise männlichen und weibli chen menschlichen Körpern, unterschiedlich, und daher kann die Schallgeschwindigkeit im voraus nicht als konstanter Faktor in die Berechnung einbezogen werden.

Eine Idee zur Bildung eines idealen Fokus durch Detek tieren und Kompensieren dieser Wellenfrontabweichung wurde bereits im US-Patent 4 817 614 vorgeschlagen.

Fig. 17 ist eine Grundkonfiguration einer Ultraschall diagnosevorrichtung, die mit dem Merkmal zum Kompensieren der oben beschriebenen Wellenfrontabweichung versehen ist. Um eine überlappende Beschreibung zu vermeiden, werden im folgenden nur die Punkte ausgeführt, die von der in Fig. 16 gezeigten Vorrichtung verschieden sind.

Wenn die Wandler 1_1, 1_2, . . ., 1_128 durch die Gruppe von Transmissionsschaltungen 102 getrieben werden, werden Ultraschallwellen von diesen Wandlern 1_1, 1_2, . . ., 1_128 in ein Subjekt gesendet. Ausgesendete Ultraschallwellen werden von einer Fokusposition im Subjekt reflektiert, wobei die Wellenfronten von Ultraschallwellen auf Grund einer Fettschicht nahe der Oberfläche des Subjektkörpers voneinander abgelenkt werden. Diese Empfangssignale werden durch die Gruppe von Vorverstärkern 103 entsprechend ver stärkt, dann durch die Verzögerungsleitung 106 beispiels weise unter der Annahme, daß die Schallgeschwindigkeit festgelegt ist, verzögert und nach Abtasten mit einem spezifizierten Zeitintervall und A/D-Wandlung in den Detek tor 121 für ein zeitliches Nacheilen eingegeben. Der Detek tor 121 für ein zeitliches Nacheilen berechnet eine korre lative Funktion von zwei von benachbarten Wandlern erhal tenen Empfangssignalen und ein zeitliches Nacheilen, das heißt, es wird eine Wellenfrontabweichung von zwei Emp fangssignalen vom Maximalwert der korrelativen Funktion er halten. Ein Algorithmus zum Detektieren dieses zeitlichen Nacheilens bildet nicht das Hauptthema der vorliegenden Er findung, ist in einem bekannten Beispiel, US-Patent 4 817 614, detailliert beschrieben und wird daher in dieser Be schreibung weggelassen.

Obwohl beschrieben ist, daß Empfangssignale in den De tektor 121 für ein zeitliches Nacheilen eingegeben werden, nachdem sie in Digitalsignale umgewandelt wurden, kann ein Detektor für ein zeitliches Nacheilen vorgesehen werden, der eine korrelative Berechnung von Empfangssignalen, wie sie sind, durchführen kann. In diesem Fall werden Empfangs signale durch die Abtast-Halte-Schaltung entsprechend abge tastet, im Analogspeicher akkumuliert und in den Detektor für ein zeitliches Nacheilen eingegeben.

Wenn so vom Detektor 121 für ein zeitliches Nacheilen ein zeitliches Nacheilen detektiert wird, werden Transmis sionsverzögerungszeitdaten und Empfangsverzögerungszeit daten, die in der Transmissions-Speichereinrichtung 113 bzw. der Empfangs-Speichereinrichtung 109 gespeichert sind, überschrieben, so daß durch Kompensieren des zeitlichen Nacheilens richtige Brennpunkte gebildet werden. Daher wird bei der Transmission und beim Empfang folgender Ultra schallwellen die Verzögerungszeit bei der Transmission und beim Empfang kompensiert, und es wird trotz der Ungleich mäßigkeit der Schallgeschwindigkeit ein fein eingestellter Fokus gebildet.

In einer in Fig. 17 gezeigten Konfiguration werden die Speicher (Transmissions-Speichereinrichtung 113 und Emp fangs-Speichereinrichtung 109) zum Speichern von Verzöge rungszeitdaten zur Bildung des Fokus der mit der Gleich mäßigkeit der Schallgeschwindigkeit berechnet wurde, als Speicher zum Speichern von Verzögerungszeitdaten nach der Kompensation verwendet, und daher ist sie insofern vorteil haft, als keine neuen Speicher für eine Kompensation zu sätzlich vorgesehen werden müssen. In dieser Konfiguration muß jedoch der Inhalt des RAM wiederum für alle Brennpunkte überschrieben werden. Ungefähr 16 Brennpunkte sind für eine Transmission und ungefähr 64 Brennpunkte für einen Empfang eingestellt, und alle Daten für 128 Wandler, das heißt ein großer Teil der Daten, müssen für alle Brennpunkte über schrieben werden, und daher tritt häufig ein elektrisches Rauschen auf, und es ist unmöglich, die Daten während des Empfangs von Ultraschallwellen zu überschreiben. Demgemäß müssen die Daten der Transmission und des Empfangs überschrieben werden, und daher fällt die Vollbildfrequenz, was zu einem Problem im Betrieb führt.

Ein weiteres herkömmliches Beispiel und die zu beach tenden Punkte werden nachstehend beschrieben.

Fig. 18 ist eine Grundkonfiguration einer weiteres her kömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung. Dieses herkömm liche Beispiel ist konfiguriert, um die Phasen von Signalen beim Empfang zu steuern. Fig. 19 zeigt ein Beispiel einer Zeitwellenform eines Empfangssignals. Die Unterschiede zur in Fig. 16 und 17 gezeigten Ultraschalldiagnosevorrichtung werden nachstehend beschrieben.

Eine typische Wellenform jedes Empfangssignals ist wie in Fig. 19 gezeigt. Diese Wellenform hat eine konvexe Ein hüllende mit einer natürlichen Frequenz des Wandlers als Träger. Beispielsweise beträgt unter der Annahme, daß ein mit einer durchgehenden Linie gezeigtes Empfangssignal und ein mit einer strichlierten Linie dargestelltes Empfangssi gnal, das um ungefähr 100 ns vom ersteren Empfangssignal abweicht, miteinander addiert werden, das zeitliche Nach eilen in diesem Fall ungefähr 100 ns, und die Distanz von Vorwärts- und Rückwärtswanderungen der Schallwelle während dieses zeitlichen Nacheilens ist ungefähr 0,8 mm, wesent lich kleiner als die Auflösung von 1 mm allgemeiner Ultra schalldiagnosevorrichtungen. Im allgemeinen wird angenom men, daß das zeitliche Nacheilen um ungefähr ±1 Zyklus des Trägers die Auflösung kaum beeinflußt. Wenn jedoch eine Phasendifferenz in entsprechenden Empfangssignalen besteht, sollte nicht nur ein bloßes zeitliches Nacheilen, sondern auch eine derartige Phasendifferenz kompensiert werden. Wenn die Frequenz des Trägers mit 3,5 MHz angenommen wird, weicht die Phase des Empfangssignals um 3/8 Zyklen während 100 ns ab, und daher ist die Unterdrückung dieser Empfangs signale, wenn sie addiert werden, groß und haben die Signa le nach der Addition einen niedrigeren Pegel. Daher muß zur weiteren Verbesserung des Effekts der Addition die Phase ausgerichtet werden, indem feiner als um ungefähr ±1 Zy klus verzögert wird. Wenn eine derartige Phasenausrichtung nur durch die Verzögerungsleitung durchgeführt wird, sollte der Abgriff-Abstand an der Verzögerungsleitung äußerst fein sein, und die Kosten der Verzögerungsleitungen, die Kosten und das Ausmaß der Auswahlschalter sowie des Steuerbetrages werden sich erhöhen. Wie aus der Patentanmeldung Veröffent lichungsnr. 96286-1979 ersichtlich, ist eine Gruppe von Pha senschiebern 104 (siehe Fig. 18) mit den Signalleitungen von Wandlern 1_1, 1_2, . . ., 1_128 verbunden, und die Ausgänge dieser Phasenschieber sind selektiv mit den Abgriffen der Verzögerungsleitung durch Auswahlschalter 105 verbunden. Auf Basis dieser Konfiguration kann die oben beschriebene feine Phasenausrichtung durch die Gruppe von Phasenschie bern 104 durchgeführt werden, und das zeitliche Nacheilen kann durch die Verzögerungsleitung 106, die in einem geeig neten Maßstab ausgebildet werden kann, grob eingestellt werden.

Im Fall des Empfangs, für den beispielsweise die Fo kusse an den Brennpunkten a1, a2, . . ., a5, b0, b1, . . ., c5 entsprechend eingestellt werden, wie in Fig. 20 gezeigt, werden die Eingangsabgriffe der Verzögerungsleitung 106 für die im Bereich der Zone A angeordneten Brennpunkte a1~a5 durch Steuern der Auswahlschalter 105 ausgewählt, um mit der Differenz der Verzögerungszeit des Punktes a3 übereinzu stimmen, und die Positionen dieser Abgriffe werden durch Phasenschieber 104 fein eingestellt, um mit den entspre chenden Brennpunkten übereinzustimmen. Ähnlich werden die Eingangsabgriffe der Verzögerungsleitung 106 durch Steuern der Auswahlschalter 105 ausgewählt, um die Differenz der Verzögerungszeit am Punkt b3 zum Setzen der Brennpunkte auf die Punkte b0~b5 im Bereich der Zone B, und jener am Punkt c3 zum Setzen der Brennpunkte auf die Punkte c0~c5 im Be reich der Zone C auszugleichen, und die Abgriffe dieser Po sitionen werden durch Phasenschieber 104 fein eingestellt, um mit den entsprechenden Brennpunkten übereinzustimmen.

Eine elektromagnetische Verzögerungsleitung wird ver breitet als Verzögerungsleitung verwendet. Eine derartige Verzögerungsleitung stellt nicht immer eine ideale Verzöge rungsleitung dar und kann einen Fehler enthalten. Wenn ein Ultraschallstrahl wie beim Sektorscannen oder Erhöhen der Scan-Apertur, um eine höhere Auflösung zu erhalten, abzu lenken ist, steigt die Verzögerungszeit durch die Verzöge rungsleitung häufig an, um eine Dauer von mehr als maximal 10 µs zu erreichen. In diesem Fall beträgt, obwohl eine Differenz der Verzögerungszeit von jedem Eingangsabgriff zu einem Ausgang 1% ist, das zeitliche Nacheilen von Emp fangssignalen schließlich mehr als 100 µs, und die Phase wird größtenteils abgelenkt. Im herkömmlichen Beispiel wurde daher die Verzögerungszeit, die von jedem Eingangsab griff zu einem Ausgang der an der Vorrichtung montierten Verzögerungsleitung erhalten wurde, gemessen, wurden Pha sensteuerdaten auf Basis der Meßdaten erstellt und die er haltenen Daten in der Empfangsspeichereinrichtung 109 ge speichert. Die tatsächliche Vorrichtung weist üblicherweise acht Zonen auf, und demgemäß werden die Abgriffe der Verzö gerungsleitung auf acht verschiedenen Wegen ausgewählt. Es gibt jedoch 64 oder mehr Brennpunkte, die eingestellt werden können, und daher müssen die Phasensteuerdaten von 64 Brennpunkten für jede der acht Zonen korrigiert werden. Diese Daten sind nicht Hardware-kompatibel, da die Verzöge rungsleitung mit dem Vorrichtungstyp variiert. Mit anderen Worten ist es bei jeder Vorrichtung notwendig, alle Phasen steuerdaten zu korrigieren und diese in einer Speicherein richtung zu speichern, was eine wesentliche Belastung für die Hersteller bedeutet.

Wie oben beschrieben, gab es viele Probleme in bezug auf die Speicherung und erneute Eingabe von Transmissionsverzö gerungszeitdaten und Empfangsverzögerungszeitdaten.

Aus IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 35, Nr. 1, 1988, S. 14-21 ist ein dynamisches synchrones Fokussierungsverfahren zur Erstellung von Ultraschallbildern bekannt, wobei Signale der jeweiligen Kanäle durch den Mischvorgang in der Phase lediglich geändert werden, jedoch keine Verzögerung erfahren. Speziell wird dabei ein Steuervorgang derart durchgeführt, daß eine Apertur begrenzt wird, so daß eine Verzögerungsdifferenz der jeweiligen Empfangsgröße innerhalb einer Periode einer Mittenfrequenz liegt, wie sich dies beispielsweise aus der Gleichung 2) der Entgegenhaltung ableiten läßt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultra schalldiagnosevorrichtung der zuvor definierten Art zu schaffen, welche die Möglichkeit bietet, selbst bei Ver größerung einer Scan-Apertur und bei materialbedingten Laufzeitunterschieden der jeweiligen Ultraschallsignale eine hochqualitative Darstellung der darzustellenden tomographischen Bilder zu erreichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Fall einer Ultraschalldiagnosevorrichtung vom li nearen Scan-Typ, welche mit einer Ultraschallsonde vom li nearen Scan-Typ versehen ist, die eine Anzahl von Ultra schallwandlern, die linear angeordnet sind, als oben be schriebene Ultraschallsonde aufweist und ein 2-dimensiona les Scannen durchführt, indem eine Scan-Linie normal zur Array-Richtung einer Anzahl von Ultraschallwandlern gebil det wird und die Scan-Linie sequentiell in der oben be schriebenen Array-Richtung verschoben wird, um ein rechtwinkeliges tomographisches Bild eines inneren Teils eines Subjekts zu erhalten, ist die oben beschriebene Ver zögerungszeit-Steuereinrichtung eingerichtet, um die Verzö gerungs/Addiereinrichtung zu steuern, so daß die Emp fangssignale gemäß einem nachstehend angegebenen Ausdruck verzögert werden, wobei die Distanz zwischen der Scan-Linie und jedem Ultraschallwandler H ist, ein Zeitraum vom Zeitpunkt der Transmission von Ultraschallwellen t ist, die Schallgeschwindigkeit im Subjekt V ist, jede Verzöge rungszeit K ist und eine spezifizierte Konstante, um einen negativen Wert der Verzögerungszeit K zu vermeiden, D ist.

K = D - H²/(V²t) (4)

In dieser Ultraschalldiagnosevorrichtung vom linearen Scan-Typ ist die obige Verzögerungszeit-Steuereinrichtung vorzugsweise eingerichtet, um die Verzögerungs/Addierein richtung in Übereinstimmung mit jeder Verzögerungszeit K zu steuern, die zu einem ganzzahligen Wert gemacht wird, indem sie in Einheitszeiten quantisiert wird, und kann diese ein gerichtet sein, um die Verzögerungs/Addiereinrichtung in Übereinstimmung mit jeder Verzögerungszeit K zu steuern, die unter Verwendung von D, H/V und t erhalten wird, die zu ganzzahligen Werten gemacht werden, indem diese Werte als Einheitszeiten quantisiert werden. Die Verzögerungs/Addier einrichtung kann unter Verwendung eines Ausdrucks gesteuert werden, der durch geeignetes Transformieren des Ausdrucks (4) erhalten wird.

Nachstehend wird Ausdruck (4) im Fall einer Ultra schalldiagnosevorrichtung vom linearen Scan-Typ be schrieben.

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung für die Be rechnung des Verzögerungsbetrages beim linearen Scannen.

Der Zeitpunkt, unmittelbar nach welchem eine Ultra schallwelle vom Punkt O ausgesendet wurde, wird als Zeit 0 angenommen, und die Zeit t wird eingestellt. Es wird ange nommen, daß eine Ultraschallwelle, die am Punkt A (oder A') in einer Distanz H vom Punkt O zu einem bestimmten Zeit punkt t empfangen wird, vom Punkt F auf der Scan-Linie re flektiert wird. Wenn die Länge des Segments FO der Brenn weite k ist, ist der folgende nachstehende Ausdruck ge geben:

FA = √h² + k²

Eine Distanz, entlang welcher eine Ultraschallwelle bis zu einem Zeitpunkt t fortschreitet, ist wie nachstehend angegeben:

Vt = k + FA

Daher ergibt sich:

(Vt - k)² = FA²

V²t² - 2Vtk + k² = h² + k²

Demgemäß ist die an den Punkten A und A' gegebene Ver zögerungszeit K wie nachstehend angegeben:

Bei der Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung werden in dem Fall, in dem kein zeitli ches Nacheilen besteht, idealwerte in einer Speicherein richtung gespeichert, d. h. der in der vorliegenden Erfin dung spezifizierten ersten Speichereinrichtung, wobei ein zeitliches Nacheilen aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit im menschlichen Körper oder einer Verzögerungszeit von einem Eingangsabgriff der Verzöge rungsleitungen 6 zu einem Ausgangsanschluß gespeichert wird, beispielsweise als Phasenwert bei einer Trägerfre quenz eines Signals in der zweiten Speichereinrichtung, die zusätzlich vorgesehen ist, und es werden Steuerdaten durch Addieren dieser aus beiden Speichereinrichtungen ausgelese nen Daten erhalten.

In diesem Fall kann die zweite Speichereinrichtung nur so viele Daten wie die Anzahl von Scan-Linien, um die Un gleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit in einem mensch lichen Körper zu kompensieren, und einen Kompensationsbe trag der Verzögerungszeit für entsprechende Zonen im Falle der Kompensation einer Differenz der Verzögerungszeit durch die Verzögerungsleitung speichern, und daher kann die zwei te Speichereinrichtung mit einer weit geringeren Kapazität als die erste Speichereinrichtung verwendet werden. Es ist zufriedenstellend, nur in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherte Kompensationsdaten zu überschreiben, und ein Überschreiben aller Steuerdaten für die Verzögerungszeit, das bisher erforderlich war, ist unnötig.

Wie oben beschrieben, ist die erste Ultraschalldiagno sevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingerich tet, um zur Anwendung des dynamischen Fokuseinstellverfah rens eine Berechnung durchzuführen, um zu prüfen, von wel cher Fokusposition ein Signal, das soeben von einem Wandler erhalten wurde, in Übereinstimmung mit einer Zeit reflek tiert wird, die seit dem Zeitpunkt verstrichen ist, zu dem eine Ultraschallwelle gesendet wurde, (oder um die Ergeb nisse von Berechnungen zu speichern), und um die Verzöge rungszeit jedes Empfangssignals, das durch jeden Wandler erhalten wird, in Übereinstimmung mit dem Berechnungser gebnis zu bestimmen, und daher kann diese Ultraschalldia gnosevorrichtung einen geeignet positionierten Fokus bilden und eine hohe Auflösung von Bildern vorsehen, sogar wenn die Scan-Apertur vergrößert ist. Die Ultraschalldiagnose vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind einge richtet, um Steuerdaten zur Bestimmung der Verzögerungszeit in der ersten Speichereinrichtung und Kompensationsdaten zum Kompensieren der Steuerdaten in der zweiten Speicher einrichtung zu speichern, aus der ersten bzw. zweiten Speichereinrichtung ausgelesene Steuerdaten und Kompen sationsdaten zu addieren und die Verzögerungszeit bei der Transmission und beim Empfang in Übereinstimmung mit diesen addierten Daten zu bestimmen, und daher können diese Ultra schalldiagnosevorrichtungen leicht bei einer hohen Ge schwindigkeit eine Differenz der Verzögerungszeit auf Grund einer Ungleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit und einer Verzögerung durch die Verzögerungsleitung absorbieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausfüh rungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher er läutert.

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung der Berechnung der Verzögerungszeit beim linearen Scannen;

Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung der Berechnung der Verzögerungszeit beim phasengesteuerten Array-Sektor- Scannen;

Fig. 3 ist ein Blockbild, das die Konfiguration einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen Scan-Linien und Wandlern beim linearen Scannen zeigt;

Fig. 5 ist ein Blockbild, das die Einrichtung zum Be rechnen von Empfangsverzögerungsbeträgen beim linearen Scannen zeigt;

Fig. 6 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen Scan-Linien und Wandlern beim phasengesteuerten Array-Sektor-Scannen zeigt;

Fig. 7 ist ein Blockbild, das die Einrichtung zum Be rechnen von Empfangsverzögerungsbeträgen beim phasenge steuerten Array-Sektor-Scannen zeigt;

Fig. 8 ist ein Konfigurations-Blockbild, das eine Kon figuration der Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Verzögerungsmusters, das in der ersten Speichereinrichtung gespeichert ist, und eines tatsächlich anzugebenden Verzö gerungsmusters zeigt;

Fig. 10 ist eine Darstellung, die ein Beispiel von in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Kompensa tions-Verzögerungsdaten zeigt;

Fig. 11 ist ein Konfigurations-Blockbild, das ein Variationsbeispiel der in Fig. 8 dargestellten Ausführungs form zeigt;

Fig. 12 ist ein Konfigurations-Blockbild einer Ultra schalldiagnosevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 ist ein Blockbild, das ein Konfigurationsbei spiel der herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrichtung zeigt;

Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die eine Be ziehung zwischen in einem Array angeordneten Ultraschall wandlern und Fokuspositionen im Subjekt zeigt;

Fig. 15 ist eine graphische Darstellung, die eine Be ziehung zwischen Wandlern und der Verzögerungszeit zeigt;

Fig. 16 ist ein Blockbild, das ein weiteres Konfigura tionsbeispiel der herkömmlichen Ultraschallwandler zeigt;

Fig. 17 ist ein Konfigurations-Blockbild einer Ultra schalldiagnosevorrichtung, die mit einer Konfiguration zum Kompensieren einer Wellenfrontabweichung versehen ist;

Fig. 18 ist ein Konfigurations-Blockbild einer weiteren unterschiedlichen herkömmlichen Ultraschalldiagnosevorrich tung;

Fig. 19 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Zeitwellenform von Empfangssignalen zeigt; und

Fig. 20 ist eine erläuternde Darstellung von Fokusposi tionen, die eine Beziehung zwischen dem Array von Ultra schallwandlern und Fokuspositionen im Subjekt repräsen tieren.

Fig. 3 ist ein Konfigurations-Blockbild einer Ultra schalldiagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden, ist die folgende Beschreibung nur auf die Unter schiede zum in Fig. 13 gezeigten herkömmlichen Beispiel be schränkt.

In dieser Ausführungsform ist die Einrichtung 12 zum Berechnen von Empfangsverzögerungsbeträgen anstatt der Ein richtung 7 zum Speichern von Empfangs-Verzögerungsbeträgen vorgesehen. Diese Einrichtung 12 zum Berechnen von Emp fangs-Verzögerungsbeträgen führt einen Echtzeit-Betrieb entsprechend dem Typ der Wandler und dem Typ des Scan-Modus durch und stellt Empfangsverzögerungs-Steuerdaten auf Basis des Betriebsergebnisses in der Empfangsverzögerungseinrich tung 10 ein, so daß die von den Wandlern 1 erhaltenen Emp fangssignale adaptiv durch die Empfangsverzögerungseinrich tung 10 verzögert werden.

Im folgenden werden die Beispiele der Einrichtung zum Berechnen von Empfangs-Verzögerungsbeträgen gemäß den Typen der Wandler 1 und des Scan-Modus beschrieben.

Fig. 4 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen Scan-Linien und Wandlern beim linearen Scannen zeigt, und Fig. 5 ist ein Konfigurations-Blockbild der Einrichtung zum Berechnen von Empfangs-Verzögerungsbeträgen beim linearen Scannen.

In diesem Beispiel wird angenommen, daß 128 Wandler mit einem Abstand P in einem Array angeordnet sind und die Bezeichnungen 0, 1, . . ., i - 1, i, . . ., n - 1, n, . . ., 128 in dieser Reihenfolge von links erhalten.

In diesem Fall wird angenommen, daß die Scan-Linie n als Normale verläuft, die durch das Zentrum zwischen dem Wandler n - 1 und dem Wandler n hindurchgeht, wie gezeigt, und an dieser Scan-Linie reflektierte Ultraschallwellen vom Wandler i empfangen werden. In diesem Fall ist eine Distanz Hn,i zwischen dem Scan n und dem Wandler i wie nachstehend angegeben.

Hn,i = |(n - i - 1/2) . P (5)

Demgemäß wird, wenn diese Distanz Hn,i für H im Aus druck (4) in bezug auf die Wandler eingesetzt wird, die Verzögerungszeit Kn,i jedes Wandlers in jeder Scan-Linie wie nachstehend gezeigt erhalten.

Kn,i = D - Hn,i²/(V²t) (6)

Der Ausdruck (5) kann wie nachstehend gezeigt trans formiert werden:

Hn,i = P . |n - i| - P/2 (7)

Der Abstand P ist eine Konstante, die in Übereinstim mung mit dem Array von Wandlern vorherbestimmt wird, und daher wird die Distanz Hn,i primär gemäß einem absoluten Wert |n - 1| der Differenz zwischen der Scan-Linie Nr. n und dem Wandler Nr. i bestimmt.

Fig. 6 ist eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen den Scan-Linien und den Wandlern beim phasengesteuer ten Array-Sektor-Scannen zeigt, und Fig. 7 ist ein Konfigu rations-Blockbild der Einrichtung zum Berechnen von Emp fangs-Verzögerungsbeträgen beim phasengesteuerten Array- Sekor-Scannen.

Beim phasengesteuerten Array-Sektor-Scannen verläuft eine Anzahl von Scan-Linien radial. In diesem Fall wird an genommen, daß insgesamt 128 Scan-Linien mit den Scan-Linien Nr. 0~127 vorgesehen sind und die Scan-Linie Nr. 0 und die Scan-Linie Nr. 127 symmetrisch verlaufen, wodurch andere Scan-Linien unter gleichen Winkeln zwischen den Scan-Linien Nr. 0 und Nr. 127 angeordnet sind. Demgemäß verläuft die Scan-Linie Nr. 64 in eine vertikale Richtung in der Darstel lung, das heißt eine Richtung normal zur Array-Richtung der Wandler.

Wenn ein durch die Scan-Linie der Scan-Linie Nr. 0 und die Scan-Linie von Nr. 127 gebildeter Winkel ϕ ist, und ein durch die Scan-Linie (Senkrechte) der Scan-Linie Nr. 64 und die Scan-Linie von Nr. n gebildeter Winkel θn ist, und eine Distanz Hn,i zwischen dem Zentrum eines Arrays von Wandlern (einem Punkt, an dem die Scan-Linie der Scan-Linie Nr. 64 und ein Wandler einander schneiden) und dem Wandler des Wandlers Nr. i Hn,i ist, sind diese Werte wie nachstehend angegeben:

θn = (n - 64)ϕ/128 (8)

Hn,i = |(n - i - 1/2) . P| (9)

Wie aus den Ausdrücken (8) und (9) bekannt ist, sind ϕ und P vorherbestimmt, und daher ist der Winkel θn primär durch n und die Distanz Hn,i auch primär durch |n - 1| bestimmt.

Die Verzögerungszeit Kn,i jedes Wandlers auf jeder Scan-Linie wird, wie nachstehend angegeben, erhalten.

Kn,i = D - {(Hn,i sinθn/V) (-t + Hn,i/(Vsinθn/V))} /{t - Hn,i sinθn/V} (10)

Die Scan-Linie Nr. n und der Wandler Nr. i werden in den Rechner 12-1 eingegeben, und ein absoluter Wert einer Dif ferenz dieser Werte wird erhalten. Das Sondenauswahlsignal, die Scan-Linie Nr. n und der Wert |n - i|, erhalten vom Rech ner 12-1, werden in den ROM 12-2 eingegeben, und Hn,i sin θn/V und Hn,i/(Vsinθn) werden ausgelesen. Der aus dem ROM 12-2 ausgelesene Wert Hn,i sinθn/V wird mit dem Zeitraum t in den Subtrahierer 12-10 eingegeben, und der Wert t - Hn,i sinθn/V wird von diesem Subtrahierer 12-10 erhalten. Der aus dem ROM 12-2 ausgelesene Wert Hn,i/(Vsinθn) wird mit dem Zeitraum t in den Addierer 12-11 eingegeben, und der Wert -t + Hn,i/(Vsinθn) wird von diesem Addierer 12-11 er halten. Der vom Addierer 12-11 erhaltene Wert -t + Hn,i/(Vsinθn) und der aus dem ROM 12-2 ausgelesene Wert Hn,i sinθn/V werden in den Vervielfacher 12-12 eingegeben, und der Wert (Hn,i sinθn/V) {-t + Hn,i/(Vsinθn)} wird vom Ver vielfacher 12-12 erhalten. Der von diesem Vervielfacher er haltene Wert (Hn,i sinθn/V) {-t + Hn,i/(Vsinθn)} wird in einen Teiler 12-13 zusammen mit dem vom Subtrahierer 12-10 erhaltenen Wert t - Hn,i sinθn/V eingegeben, und der Wert {(Hn,i sinθn/V) (-t + Hn,i/(Vsinθn))}/{t - Hn,i sinθn/V} wird von diesem Teiler 12-13 erhalten. Der erhaltene Wert und die Konstante D werden in den Subtrahierer 12-14 einge geben, und jede Verzögerungszeit, wie nachstehend angege ben, wird vom Subtrahierer 12-14 erhalten. Dieser Ausdruck (11) ist gleich wie Ausdruck (10).

Kn,i = D - {(Hn,i sinθn/V) (-t + Hn,i/(Vsinθn/V))} /{t - Hn,i sinθn/V} (11)

In den obigen Absätzen wird die Einrichtung 12 zum Be rechnen von Empfangs-Verzögerungsbeträgen (siehe Fig. 3) als Hardware-Beispiel beschrieben; die Berechnung des Verzöge rungsbetrages kann jedoch gemäß einer Software durch einen Computer, der in die Vorrichtung eingebaut ist, durchge führt werden.

Eine Speichereinrichtung zum Speichern des im voraus berechneten Empfangs-Verzögerungsbetrags, wie im herkömmli chen Beispiel, kann anstatt der Einrichtung 12 zum Berech nen von Empfangs-Verzögerungsbeträgen vorgesehen sein, um die gespeicherten Werte zum Steuern der Empfangs-Verzöge rungseinrichtung 10 auszulesen. Sogar in diesem Fall kann die Notwendigkeit einer größeren Scan-Apertur erfüllt werden.

Fig. 8 ist ein Blockbild der Grundkonfiguration einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer weiteren Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Die gleichen Kompo nenten wie die im entsprechenden herkömmlichen Beispiel (siehe Fig. 17) erhalten die gleichen Bezugszahlen, und nachstehend werden nur unterschiedliche Punkte beschrieben.

Diese Ultraschalldiagnosevorrichtung ist mit einer zweiten Transmissions-Speichereinrichtung 114 und einer zweiten Empfangs-Speichereinrichtung 110 zum Speicerhn von Kompensationsdaten zusätzlich zur ersten Transmission-Spei chereinrichtung 113' und der ersten Empfangs-Speicherein richtung 109' zum Speichern von Transmissions-Verzögerungs zeitdaten bzw. Empfangs-Verzögerungszeitdaten (Steuerdaten, wie in der vorliegenden Erfindung definiert) entsprechend der herkömmlichen Transmission-Speichereinrichtung 113 und Empfangs-Speichereinrichtung 109 versehen. Bei der tatsäch lichen Verzögerungszeitsteuerung werden an der Transmis sionsseite die Steuerdaten und die Kompensationsdaten, die aus der ersten Transmissions-Speichereinrichtung 113' bzw. der zweiten Transmission-Speichereinrichtung 114 ausgelesen werden, durch eine Gruppe von Addierern 115 addiert und zur Verzögerungsschaltung 117 gesendet, und an der Empfänger seite werden die Steuerdaten und die Kompensationsdaten, die aus der ersten Empfangs-Speichereinrichtung 109' bzw. der zweiten Empfangs-Speichereinrichtung 110 ausgelesen werden, durch eine Gruppe von Addierern 111 addiert und zur Verzögerungs/Addiereinrichtung 107 gesendet.

Diese in Fig. 8 gezeigte Ultraschalldiagnosevorrichtung ist mit einem Detektor 121 für ein zeitliches Nacheilen ähnlich jenem des herkömmlichen Beispiels, wie in Fig. 17 gezeigt, versehen, und Kompensationsdaten zum Kompensieren eines zeitlichen Nacheilens, das durch diesen Detektor für ein zeitliches Nacheilen detektiert wird, werden in der zweiten Transmission-Speichereinrichtung 114 und der zweiten Empfangs-Speichereinrichtung 110 gespeichert.

Fig. 9 ist eine Darstellung, welche Steuerdaten (Verzö gerungsmuster) zeigt, die in der ersten Transmissions-Spei chereinrichtung 113' und der ersten Empfangs-Speicherein richtung 109' gespeichert sind, und Fig. 10 ist eine Dar stellung, die ein Beispiel von Kompensationsdaten (Kompen sationsverzögerungsmuster) zeigt, die in der zweiten Trans missions-Speichereinrichtung 114 und der zweiten Empfangs- Speichereinrichtung 110 gespeichert sind.

Ein Verzögerungsmuster, das auf Grund eines zeitlichen Nacheilens auftritt, weicht nicht stark von einem Verzöge rungsmuster ab, unter der Annahme, daß die Schallgeschwin digkeit in einem Subjekt gleichmäßig ist, und daher wird ein von der Berechnung erhaltenes Verzögerungsmuster in der ersten Transmissions-Speichereinrichtung 113' und der ersten Empfangs-Speichereinrichtung 109' gespeichert, und wird eine Differenz zwischen einem theoretischen Verzöge rungsmuster und einem sich tatsächlich ergebenden Verzöge rungsmuster, wie in Fig. 10 gezeigt, in der zweiten Trans missions-Speichereinrichtung 114 und der zweiten Empfangs- Speichereinrichtung 110 gespeichert.

In dieser Ausführungsform, die mit einer Konfiguration wie oben beschrieben versehen ist, speichern die erste Transmissions-Speichereinrichtung 113' und die erste Emp fangs-Speichereinrichtung 109', die jeweils eine äußerst große Speicherkapazität erfordern, Steuerdaten, die unter der Annahme berechnet werden, daß die Schallgeschwindigkeit in einem Subjekt gleichmäßig ist, und die Steuerdaten müs sen nicht überschrieben werden. Die zusammen mit einer Un gleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit erforderlichen Kompensationsdaten werden in der zweiten Transmissions- Speichereinrichtung 114 und der zweiten Empfangs-Speicher einrichtung 110 gespeichert, die eine kleinere Speicherka pazität aufweisen können, und daher kann die Zeit der erneuten Dateneingabe reduziert werden, und können tomo graphische Bilder mit einer hohen Vollbildfrequenz ange zeigt werden.

Obwohl die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform einge richtet ist, um ein vom Detektor 121 für ein zeitliches Nacheilen detektiertes zeitliches Nacheilen sowohl an der Transmissionsseite als auch der Empfängerseite zu kompen sieren, kann sie eingerichtet werden, um die Kompensation des zeitlichen Nacheilens nur an einer von der Transmis sionsseite und der Empfängerseite zu kompensieren. Daher erhält eine von der Transmissionsseite und der Empfän gerseite eine Konfiguration ähnlich dem herkömmlichen Bei spiel, und die andere Seite kann mit der ersten Speicher einrichtung, der zweiten Speichereinrichtung und Addierern versehen sein.

Fig. 11 ist ein Konfigurations-Blockbild, das ein Va riationsbeispiel der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform zeigt. Die von der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform verschiedenen Punkte werden nachstehend beschrieben.

In der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform umfassen Gruppen von Addierern 111 bzw. 115 eine geringere Anzahl von Addierern als die Addierer, welche die in Fig. 8 ge zeigten Gruppen von Addierern 111 bzw. 115 bilden. Statt dessen ist eine Vielzahl von Verriegelungen, die Gruppen von Verriegelungen 112 bzw. 116 bilden, mit den Addierern, die Gruppen von Addierern 111 und 115 bilden, verbunden.

Diese Konfiguration ist an der Transmissionsseite und der Empfängerseite gleich, und demgemäß wird im folgenden nur die Konfiguration der Transmissionsseite beschrieben.

Aus der ersten Transmissions-Speichereinrichtung 113' ausgelesene Steuerdaten und aus der zweiten Transmissions- Speichereinrichtung 114 ausgelesene Kompensationsdaten werden durch eine Gruppe von Addierern 115 miteinander ad diert. Wie oben beschrieben, ist eine Vielzahl von Verrie gelungen mit den Addierern, die diese Gruppe von Addierern 115 bilden, verbunden, und diese Verriegelungen sind ein zeln mit der Transmissionsverzögerungsschaltung 117 verbun den. Zum Einstellen von Brennpunkten liest die Steuerschal tung 108 sequentiell Steuerdaten und Kompensationsdaten aus der ersten Transmissions-Speichereinrichtung 113' bzw. der zweiten Transmissions-Speichereinrichtung 114 so viele Male aus, wie die Anzahl der Verriegelungen, die mit einem Ad dierer der Gruppe von Addierern 111 verbunden sind, und speichert Daten sequentiell in den Verriegelungen. In diesem Fall erhöht sich der zum Einstellen der Brennpunkte erforderliche Aufwand verglichen mit der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform, die Anzahl von Ausgangsanschlüssen der ersten Transmissions-Speichereinrichtung 113' und der zweiten Transmissions-Speichereinrichtung 114 sowie die Anzahl von Addierern kann jedoch reduziert werden. Eine Ausdehnung der zum Einstellen der Brennpunkte notwendigen Zeit kann durch die Verwendung von Hochgeschwindigkeits speichern als erste Transmissions-Speichereinrichtung 113' und zweite Transmissions-Speichereinrichtung 114 kompen siert werden.

Fig. 12 ist ein Blockbild einer Grundkonfiguration einer Ultraschalldiagnosevorrichtung gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die gleichen Komponenten wie im oben beschriebenen entsprechenden herkömmlichen Beispiel (siehe Fig. 18) erhal ten die gleichen Bezugszahlen, und nur unterschiedliche Punkte werden nachstehend beschrieben.

Diese Ausführungsform sieht eine charakteristische Konfiguration der vorliegenden Erfindung an der Empfänger seite vor. Die erste Empfangs-Speichereinrichtung 109' speichert Phasensteuerdaten, die in eine Gruppe von Phasen schiebern 104 einzugeben sind, falls angenommen wird, daß eine ideale Verzögerungsleitung 106 ohne eine Differenz eines Verzögerungsbetrags vorgesehen ist, und die zweite Empfangs-Speichereinrichtung 110 speichert Kompensationsda ten für die Differenz der Verzögerungszeit, die aus Varia tionen bei der Fertigung entsprechender Verzögerungsleitun gen 6 resultiert. Ein tatsächlicher Phasenkompensationsbe trieb durch eine Gruppe von Phasenschiebern 104 wird in Übereinstimmung mit aus der ersten Empfangs-Speicherein richtung 109' ausgelesenen Phasensteuerdaten und aus der zweiten Empfangs-Speichereinrichtung 110 ausgelesenen Kom pensationsdaten, die miteinander addiert werden, durchge führt. Demgemäß werden Variationen einzelner Verzögerungs leitungen 106 kompensiert und kann eine korrekte Addition von Verzögerungsbeträgen durchgeführt werden. In diesem Fall muß nur die zweite Empfangs-Speichereinrichtung 110, die eine geringe Speicherkapazität aufweist, auf Grund von Variationen einzelner Verzögerungsleitungen 106 überschrie ben werden, und daher werden Arbeitsstunden bei der Her stellung dieser Vorrichtung verglichen mit der herkömmli chen Vorrichtung reduziert.

In der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform wird eine Gruppe von Phasenschiebern 104 als Verzögerungsein richtung verwendet. In diesem Fall können Daten der Phasen werte beispielsweise mit 4 Bits ausgedrückt und wie in Tabelle 1 gezeigt codiert werden. So wird eine quantisierte Differenz von Phasenwerten gesteuert, um innerhalb ±1/16 ÷ 2 Zyklen (= ±11,25°) zu liegen, und die Addition wird nicht nachteilig beeinflußt. Wenn negative Phasenwerte als binär codierte Komplemente ausgedrückt werden, weichen sie von den in Tabelle 1 angegebenen Werten nicht ab, und daher kann der Übertrag der Addition ignoriert und das Volumen der Verzögerungszeit-Steuerdaten auf das kleinsterforderliche begrenzt werden.

Tabelle 1

Die in Fig. 12 gezeigte Ausführungsform wird unter der Annahme beschrieben, daß die Kompensationsdaten zum Kompen sieren der Differenz von Verzögerungsbeträgen durch die Verzögerungsleitung in der zweiten Empfangs-Speicherein richtung 110 gespeichert werden. In diesem Fall kann die erste Empfangs-Speichereinrichtung 109' nur Verzögerungsda ten zur Bildung der Brennpunkte an den in Fig. 20 gezeigten Fokuspositionen a3, b3 und c3 (Daten zur Auswahl der Ab griff-Positionen der Verzögerungsleitung 106 entsprechend dem Umschalten der Auswahlschalter 105) speichern, und die zweite Empfangs-Speichereinrichtung 110 kann Phasensteuer daten zur Bildung der Fokuspositionen a1, a2, . . ., c5 spei chern, einschließlich einer Fehlerkomponenten auf Grund der Verzögerungsleitung 106. In diesem Fall kann die zweite Empfangs-Speichereinrichtung 110 auch eine relativ niedrige Kapazität aufweisen, und es kann eine Erschwernis bei der Herstellung auf Grund qualitativer Variationen der Verzöge rungsleitung 6 erleichtert werden.

Claims

1. Ultraschalldiagnosevorrichtung, mit einer Anzahl von Ultraschallwandlern, die in einer spezifizierten Richtung in einem Array angeordnet sind, zum Aussenden von Ultra schallwellen in ein Subjekt und Empfangen von im Subjekt reflektierten Ultraschallwellen, um Empfangssignale zu er halten, einer Sendersteuerung, die Treibimpulse zu entspre chenden Ultraschallwandler sendet, um die Ultraschall wandler zu treiben, so daß von den Ultraschallwandlern aus gesendete Ultraschallwellen an einem spezifizierten Punkt fokussiert werden, einem Verzögerungs/Addierteil, der die Empfangssignale verzögert und diese Signale miteinander ad diert, um ein addiertes Signal zu erzeugen, und einem An zeigeteil, der tomographische Bilder eines inneren Teils des Subjekts in Übereinstimmung mit dem addierten Signal anzeigt, das vom Verzögerungs/Addierteil ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungs/Addierteil mit einer ersten Speichereinrichtung zum Speichern von Steuer daten, die eine Verzögerungszeit jedes der Empfangssignale bestimmen, einer Nachlauf-Detektoreinrichtung zum Detektie ren eines Nachlaufs der Empfangssignale, einer zweiten Speichereinrichtung zum Speichern von Kompensationsdaten, die anhand des Detektionsergebnisses der Nachlauf-Detek toreinrichtung bestimmbar sind und die die Steuerdaten kom pensieren, und einer Addiereinrichtung zum Addieren der aus der ersten Speichereinrichtung ausgelesenen Steuerdaten und der aus der zweiten Speichereinrichtung ausgelesenen Kom pensationsdaten versehen ist und die Verzögerungszeit ent sprechender Empfangssignale in Übereinstimmung mit diesen addierten Daten steuert.

2. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Verzögerungs/Addierteil mit einer Phasenschiebereinrichtung zum Verschieben von Phasen der Empfangssignale und einer Verzögerungsleitung versehen ist, die eine Anzahl von Abgriffen aufweist, die erste Speichereinrichtung Steuerdaten speichert, die eine Verzö gerungszeit der entsprechenden Empfangssignale bestimmen, und die zweite Speichereinrichtung Kompensationsdaten spei chert, die eine Differenz von Verzögerungsbeträgen der Ver zögerungsleitung kompensieren.

3. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Detektieren eines zeitlichen Nacheilens zum Detektieren eines zeitli chen Nacheilens unter den Empfangssignalen auf Grund der Ungleichmäßigkeit der Schallgeschwindigkeit im Subjekt in Übereinstimmung mit den Empfangssignalen und durch eine dritte Speichereinrichtung, die die zweiten Kompensations daten zum Kompensieren eines zeitlichen Nacheilens unter den Empfangssignalen, das von der Einrichtung zum Detek tieren eines zeitlichen Nacheilens detektiert wird, spei chert, wobei die Verzögerungs/Addiereinrichtung die Steuer daten, die Kompensationsdaten und die zweiten Kompensa tionsdaten addiert.

4. Ultraschalldiagnosevorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Sendersteuerung mit einer er sten Speichereinrichtung zum Speichern von Steuerdaten, die einen Sendezeitpunkt der entsprechenden Treibimpulse be stimmen, einer zweiten Speichereinrichtung zum Speichern von Kompensationsdaten, die die Steuerdaten kompensieren, und einer Addiereinrichtung zum Addieren der Steuerdaten, die aus der ersten Speichereinrichtung ausgelesen werden, und der Kompensationsdaten, die aus der zweiten Speicher einrichtung ausgelesen werden, versehen ist und den Sende zeitpunkt von Ultraschallwellen von den Ultraschallwandlern in Übereinstimmung mit diesen addierten Daten steuert.