DE19524505A1 - Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Strahlformung eines Mehrfachstrahls - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Strahlformung eines MehrfachstrahlsInfo
- Publication number
- DE19524505A1 DE19524505A1 DE19524505A DE19524505A DE19524505A1 DE 19524505 A1 DE19524505 A1 DE 19524505A1 DE 19524505 A DE19524505 A DE 19524505A DE 19524505 A DE19524505 A DE 19524505A DE 19524505 A1 DE19524505 A1 DE 19524505A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- signals
- adders
- digital
- memory
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
- G01S7/52095—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences using multiline receive beamforming
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52023—Details of receivers
Description
Mit vorliegender Anmeldung hängen die US-Patentanmeldungen Serial No. 08/037,765
und Serial No. 08/038,572 zusammen. Die Erfindung bezieht sich auf einen im Zeitbereich
arbeitenden Empfangsstrahlformer, bei dem digitale Signalverarbeitungstechniken, d. h.
Analog/Digital-Wandler, digitale Speicher, Addierer, Multiplizierer, Filter usw., eingesetzt
werden, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digitalen Empfangs
strahlformung in einem medizinischen Ultraschall-Diagnosesystem.
Die Zielsetzung der Strahlformung in einem System besteht darin, einen schmalen Strahl
zur Verbesserung des Empfangs eines von einer gewünschten Stelle herkommenden Signals
bei Vorhandensein von Rauschen und störenden Signalen von anderen Stellen zu bilden.
Die Strahlformung kann während des Sendens oder des Empfangs von Energie durch
geführt werden. Diese Erfindung bezieht sich auf die Bildung von Strahlen während des
Empfangs.
Die Strahlformung ist bei einer Reihe von Anwendungen, d. h. bei Radar, Sonar, Kom
munikationen, Geophysik, Astrophysik usw. nützlich. Die vorliegende Erfindung befaßt
sich mit der Strahlformung bei Ultraschallabbildung. Bei Einsatz von medizinischen
Ultraschallabbildungsgeräten können anatomische Strukturen innerhalb eines Körpers eines
Patienten angezeigt und analysiert werden. Das Gerät sendet Schallwellen sehr hoher
Frequenz (typischerweise 2 MHz-10 MHz) in den Patienten und verarbeitet dann die
Echos, die von Strukturen in dem untersuchten Körper reflektiert werden. Der Zweck des
Geräts besteht in der Darstellung und/oder Analyse der rückkehrenden Echos. Es gibt viele
Arten von Anzeigen, die in medizinischen Ultraschall-Diagnosegeräten benützt werden,
wobei jedoch das wahrscheinlich am häufigsten benutzte ein zweidimensionales Bild eines
ausgewählten Querschnitts der untersuchten anatomischen Struktur ist. Diese wichtige
Betriebsart wird Echo-Betriebsart oder B-Modus genannt. Bei Benutzung dieser Betriebsart
kann eine Reihe von anatomischen Mißbildungen in einem Patienten erfaßt werden.
Weiterhin kann die Größe dieser Mißbildungen mehr oder weniger genau bestimmt
werden. Bei dieser Betriebsart werden alle von einem ausgewählten Querschnitt stammen
den Echos verarbeitet und angezeigt. Der kritischste Betriebsparameter bezüglich des
Leistungsvermögens bei dieser Betriebsart ist die Größe der Auflösungszelle. Die Größe
der Auflösungszelle kann verringert werden (wodurch die Auflösung verbessert wird), in
dem eine dynamische Fokussierung und eine dynamische (angepaßte) Filterung eingesetzt
wird. Diese Methoden sind bei einem digitalen Strahlformer leichter zu realisieren als bei
einem analogen Strahlformer.
Bei manchen klinischen Anwendungen können anatomische Mißbildungen relativ klein und
von Echos überschattet sein, die von größeren anatomischen Strukturen reflektiert werden.
Jedoch kann eine kleine anatomische Mißbildung in oder nahe bei einem Blutgefäß sich
dadurch manifestieren, daß es eine relativ große Änderung der Geschwindigkeit der
Blutströmung in dem Gefäß verursacht. Es ist bekannt, daß eine Doppler-Verschiebungs-
Echoverarbeitungsmethode zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden
Objekts eingesetzt werden kann. Die Anzeige der Dopplerverschiebung bei der Blut
strömung ermöglicht eine einfachere Erfassung relativ kleiner anatomischer Abnormalitä
ten. Diese Betriebsart, die nun allgemein als Farbströmung (Color Flow) bezeichnet wird
und die zum Beispiel in der US-4,800,891 (Kim) beschrieben ist, ermöglicht die Gewin
nung einer Dopplerinformation bezüglich der Blutgeschwindigkeit aus großen, ausgewähl
ten Querschnitten der anatomischen Struktur. Es ist jedoch schwierig, in ausreichendem
Umfang Ultraschalldaten für die Erzeugung eines genauen Blutströmungsbilds hoher
Auflösung mit ausreichend hoher Rahmenrate bzw. Vollbildrate zu erhalten. Zur Erlan
gung einer genaueren Dopplerinformation bezüglich der Blutströmungsgeschwindigkeit aus
einer Fläche kleinen Querschnitts kann eine Doppler-Verarbeitungsmethode eingesetzt
werden, wie sie zum Beispiel aus einem Aufsatz von Halberg und Thiele, veröffentlicht in
Hewlett-Packard Journal, Seiten 35 bis 40, Juni 1986, bekannt ist. Bei Einsatz dieser
Methode ist es möglich, einem ausgewählten kleinen Bereich mehr Zeit zu widmen. Die
Dopplerdaten werden üblicherweise mittels FFT-Methoden (schnelle Fourier-Transforma
tion) verarbeitet und mit Hilfe eines Spektrums angezeigt. Die Dopplerdaten werden auch
als ein hörbares Signal (Audiosignal) dargeboten.
Die Qualität der Strahlformung hat ihren größten Einfluß hinsichtlich der Genauigkeit,
Auflösung und weiterer Parameter der vorstehend erwähnten Betriebsarten des Ultraschall
abbildungsgeräts. Ein herkömmlicher Strahlformer erzeugt in elektronischer Weise Zeitver
zögerungen für die Anpassung an die Signalausbreitungsverzögerungen des Ultraschall-
Druckfelds, das auf den Ultraschall-Strahlformer aus einer bestimmten Richtung einwirkt.
Diese Zeitverzögerung (oder räumliche Verarbeitung) betont die Amplitude der kohärenten
Wellenfront relativ zu dem Hintergrundrauschen und gerichteten Interferenzen bzw.
Störungen. Bei einem analogen Strahlformer erfolgt dies unter Einsatz von analogen Ver
zögerungsleitungen und Summiernetzwerken. Diese analogen Komponenten beschränken
moderne Ultraschall-Diagnosegeräte in vielfacher unterschiedlicher Weise und sind daher
unerwünscht. Sie sind relativ teuer, nicht stabil und werden durch Umgebungsbedingungen und
Alterung beeinflußt. Analoge Komponenten erfordern auch eine sorgfältige Herstellung und
Montage. Die Verwendung von analogen Verzögerungsleitungen beschränkt weiterhin die
gewünschte Flexibilität eines modernen Ultraschallgeräts. Viele Kompromisse müssen bei
einem analogen Strahlformer getroffen werden, um die vorstehend erwähnten, hauptsächli
chen Betriebsarten zu unterstützen. Weiterhin ist eine Parallelverarbeitung, die zur Ver
größerung der Bildraten von Echtzeit-Ultraschallgeräten notwendig ist, sehr kostenintensiv,
falls der Strahlformer unter Einsatz von analogen Verarbeitungstechniken realisiert wird.
Die Vergrößerung des Leistungsvermögens und der Zuverlässigkeit sowie die Abnahme
der Kosten digitaler Komponenten führt dazu, daß eine digitale Strahlformung eine
günstigere Alternative, verglichen mit einer klassischen analogen Strahlformung, ist.
Genauigkeit, Stabilität und Flexibilität sind die hauptsächlichen Vorteile von digitalen
Signalverarbeitungsmethoden. Die aktuelle Standard-Digitalschaltung kann mit Nyquist-
Raten oberhalb von 30 MHz arbeiten. Diese Abtastfrequenzen sind für Hochfrequenz-
Abtastungen und zeitliche Verarbeitung von modernen Ultraschallsignalen ausreichend
hoch. Jedoch ist die für eine korrekte Anpassung an die Ausbreitungsverzögerungen
erforderliche Abtastrate bei einem digitalen Strahlformer um ein Mehrfaches größer als die
Nyquist-Rate für genaue Signalnachbildungen und liegt bei mehr als 100 MHz. Diese
Verarbeitungsgeschwindigkeiten liegen in Verbindung mit der geforderten Präzision noch
oberhalb des Leistungsvermögens von gegenwärtig verfügbaren Analog/Digital-Wandlern
(A/D-Wandler). Die übrigen digitalen Funktionen (d. h. solche mit Ausnahme der Analog/Digital-
Wandler) können bei diesen Geschwindigkeiten durch Parallelverarbeitung unter
Benutzung von digitalen Standard-Komponenten durchgeführt werden.
Ein von Pridham und Mucci in einem Aufsatz (veröffentlicht in Proceedings of the IEEE,
Vol. 67, Nr. 6, Seiten 904-919, Juni 1979) vorgeschlagenes Verfahren verringert die
Hochgeschwindigkeits-Abtastanforderungen an Analog/Digital-Wandler bei einer digitalen
Strahlformung aufgrund des Einsatzes einer digitalen Interpolation. Die empfangenen
Echosignale müssen lediglich mit einem Intervall abgetastet werden, das der Nyquist-
Frequenz f₀ genügt oder diese überschreitet. Der Preis für diese Verringerung der Ab
tastrate der Analog/Digital-Wandlung besteht in der entsprechenden Erhöhung der Anfor
derungen an die digitale Verarbeitung. Die für eine Strahlformung notwendigen feinen
Verzögerungs-Inkremente werden unter Einsatz einer digitalen Interpolation gebildet. Bei
der digitalen Interpolation werden die Daten zunächst mit Nullen versehen (d. h. zwischen
den Daten werden Nullen verteilt eingefügt), was die Datenrate effektiv vergrößert. Bei
einem späteren Verarbeitungspunkt werden digitale Filter zu Verringerung der Datenrate
auf ihren ursprünglichen Datenwert benutzt. Pridham und Mucci haben zwei alternative
Ansätze vorgeschlagen. Bei dem ersten Ansatz, bei dem eine Interpolation vor der Strahl
formung vorgeschlagen wird, werden die Schaltung zur Einfügung von Nullen und die
Interpolationsfilter für jeden Empfangskanal nach dem Analog/Digital-Wandler, aber vor
der Strahlformungsschaltung angeordnet. Bei dem zweiten Ansatz, bei dem eine Inter
polation nach der Strahlformung vorgeschlagen wird, wird das Interpolationsfilter nach der
Strahlformung angeordnet. Eine Filterung nach der Strahlformung ist möglich, da die
Strahlformung eine lineare Operation ist. Bei dem ersten Ansatz sind die Anforderungen
an die Signalverarbeitung nicht optimal, da ein Interpolationsfilter für jeden Empfangskanal
erforderlich ist. Bei dem zweiten Ansatz ist die für die Interpolationsfilterung erforderliche
digitale Verarbeitung verglichen mit der erforderlichen Verarbeitung bei dem ersten Ansatz
verringert, da eine Filterung lediglich einmal statt für jeden Kanal erfolgt. Die digitalen
Verarbeitungsanforderungen können noch weiter dadurch verringert werden, daß das
Interpolationsfilter in die digitalen Filter der Empfängerschaltungen, die dem digitalen
Strahlformer nachfolgen, eingefügt wird. Jedoch ist die Strahlformungs-Signalverarbeitung
immer noch nicht optimal, da die Strahlformer-Verarbeitungsraten (d. h. die zur Erzeugung
der erforderlichen Zeitverzögerungen erforderlichen Raten) sehr viel größer sind als die
Nyquist-Signalrate.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
digitalen Strahlformung zu schaffen, bei denen die Signalverarbeitungsraten minimiert
sind, so daß ein System mittels digitalen Schaltkreisen aufgebaut werden kann, die bei der
Nyquist-Signalrate arbeiten. Eine Einfügung eines solchen Verfahrens oder eine Vor
richtung in ein Ultraschall-Diagnosesystem bietet sämtliche Vorteile der digitalen Strahlfor
mung, d. h. Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Betriebsarten, Parallelkanal-Strahlfor
mung, dynamische Fokussierung, angepaßte Filterung usw., während die Signalverarbei
tungs-Datenrate auf ein Minimum verringert ist.
Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines
Verfahrens und einer Vorrichtung für digitale Strahlformung, bei der eine Signalver
arbeitung parallel für eine Mehrzahl von Abtast-Strahlzeilen (Strahllinien) durchgeführt
wird, d. h. es wird eine Mehrzahl von Strahlen parallel gebildet. Bei einer gegebenen
Signalverarbeitungs-Datenrate vergrößert die Erfüllung dieser Zielsetzung die effektive
Datenrate des Strahlformers.
In Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafter
weise die Tatsache ausgenutzt, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der digitalen Hardware-
Schaltungen in einem digitalen Strahlformer dadurch verringert werden kann, daß mehr
fache Phasen der Signaldaten bereitgestellt und dann die Mehrfachphasen-Daten in N
parallelen Summierzweigen verarbeitet werden. Gemäß dieser Methode wird die Arbeits
geschwindigkeit der einzelnen digitalen Schaltungen für die Erzeugung der erforderlichen
Strahlformungs-Verzögerungen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden der Inter
polation nach der Strahlformung nicht vergrößert, so daß die effektive Datenrate hierdurch
um einen Faktor N erhöht wird und sich als Ergebnis eine Verringerung des Verzöge
rungs-Quantisierungsfehlers um einen Faktor N ergibt. Zusätzlich wird das Filter zur
Interpolationsverringerung an der vorteilhaftesten Stelle in den Strahlformer eingegliedert.
Es wird nämlich nach der teilweisen Strahlformung einer Gruppe von Empfangskanälen
und vor der Bildung des letztendlichen Strahls in die Strahlformer-Verarbeitung eingefügt.
Dieser Ansatz ermöglicht eine abschließende Strahlformung in einfacher Weise und mit
einer relativ niedrigen Datenrate. Weiterhin können bei geeigneter Auswahl der gruppier
ten Empfangskanäle die Mehrfachphasen-Datenverarbeitung und die nachfolgende Inter
polation vorteilhafterweise auf eine einzige integrierte Schaltung oder Schaltplatine be
schränkt werden.
Zusätzlich ist der Strahlformer mit gesteuerten Leseschaltungen in jedem Empfangskanal
versehen, was das mehr als einmalige Auslesen eines gegebenen Signaldatenblocks in
einem gegebenen bzw. gewählten Kanal mit mehreren unterschiedlichen Zeiten sowie eine
Verarbeitung derselben zusammen mit Signaldaten in anderen Empfangskanälen ermög
licht. Dies erlaubt dem Strahlformer die gleichzeitige Verarbeitung von Signaldaten in
mehreren Abtaststrahlzeilen zugleich in paralleler Weise, wodurch die effektive Datenrate
usw. vergrößert wird.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der nachfol
genden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Ansprüchen noch näher. Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeich
nungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in Form eines funktionellen Blockschaltbilds ein Ultraschallabbildungsgerät in
Übereinstimmung mit einer früheren Ausführungsform, das einen digitalen
Strahlformer und eine serielle Summation von Datenabtastwerten von jedem
Empfangskanal aufweist,
Fig. 2 als funktionelles Blockschaltbild die serielle Summation von Datenabtastwerten
in dem digitalen Strahlformer gemäß Fig. 1, der derart modifiziert ist, daß er
eine eingebaute Testschaltung enthält,
Fig. 3 in Form eines funktionellen Blockschaltbilds ein neuartiges Mehrphasen-Par
allelverarbeitungsschema eines digitalen Strahlformers, das bei Vergleich mit
dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eine neuartige Vorrichtung zur Ver
dopplung der Genauigkeit der Strahlformung veranschaulicht.
Fig. 4 in Form eines Blockschaltbilds Einzelheiten einer neuartigen, dynamischen
Verzögerungszeit-Steuereinrichtung für einen gemäß der Darstellung in Fig. 3
aufgebauten digitalen Strahlformer, jedoch mit Vier-Phasen-Daten und vier
parallelen Summierpfaden,
Fig. 5 in graphischer Form die Zuordnung von N aufeinanderfolgenden Datenabtast
werten für drei benachbarte Empfangskanäle zu jeweils unterschiedlichen
Phasen der in Fig. 4 gezeigten vier Phasen zur Erzielung der Strahlformung,
Fig. 6 in Form eines Blockschaltbilds Einzelheiten eines FIR-Filters (Filter mit
endlicher Impulsantwort bzw. nicht rekursives Filter), das in Übereinstimmung
mit den Grundlagen der Erfindung aufgebaut ist und für die Ausrichtung,
Interpolation und Verringerung der Datenabtastwerte bei dem in Fig. 4 darge
stellten digitalen Strahlformer benutzt wird,
Fig. 7 in Form eines Blockschaltbilds einen digitalen Strahlformer, der in Überein
stimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung aufgebaut ist und
aus partiellen Strahlformern und serieller Summation der Signalabtastwerte von
jedem partiellen Strahlformer besteht,
Fig. 8 in Form eines Blockschaltbilds eine Abänderung der Schaltung gemäß Fig. 1
zur Erzeugung einer parallelen Strahlformung der Signaldaten aus unterschied
lichen Empfangskanälen, wobei die Signaldaten in strahlgeformte Daten bzw.
Strahlformungsdaten für unterschiedliche Abtaststrahlzeilen umgeformt werden,
Fig. 9 in Form eines Blockschaltbilds den Aufbau eines Speichers 24 in einem in Fig. 8
dargestellten Empfangskanal,
Fig. 10 in Form eines Blockschaltbilds eine alternative Version des Aufbaus des
Speichers 24 in einem in Fig. 9 dargestellten Empfangskanal, und
Fig. 11 in Form eines Blockschaltbilds ein weiteres Ausführungsbeispiel des Aufbaus
des Speichers 24 in einem in Fig. 9 dargestellten Empfangskanal.
Moderne medizinische Ultraschallsysteme benutzen Sonden mit mehreren Wandlerelemen
ten und haben daher Strahlformer mit mehrfachen Signalverarbeitungskanälen. Die Anzahl
der Kanäle kann 64, 128 oder sogar 256 betragen. Im allgemeinen ist es nicht praktisch,
alle Strahlformer-Signalverarbeitungskanäle auf einer einzigen Schaltplatine auszubilden.
Daher ist der Empfangsstrahlformer üblicherweise in mehrere Gruppen unterteilt. Jede
Gruppe stellt einen partiellen Strahlformer dar, der eine Anzahl von Empfangskanälen
enthält (z. B. 8 oder 16 Kanäle). Das Echosignal von einem Ziel wird durch die Wandler
elemente einer Sonde empfangen. Jedes Element ist mit einem unterschiedlichen Emp
fangskanal verbunden. In jedem Empfangskanal wird das von einem Wandlerelement
stammende Signal verstärkt und dann mit gleichförmiger Rate f₀ digitalisiert.
In Fig. 1 ist eine elektronische Ultraschall-Abtast-Diagnosevorrichtung mit einem Strahl
former dargestellt, der einen seriellen Datensummierpfad enthält. Eine Ultraschallsonde 1
besteht aus einer Anordnung aus Wandlerelementen T1 bis TM. Zur Vereinfachung der
Beschreibung sei angenommen, daß M = 4 ist, obwohl es auch, wie vorstehend angegeben
wurde, sehr viel größer sein kann. Vier Impulsgeneratoren 10 bis 13 erzeugen bekanntlich
herkömmliche Treiberimpulse mit Hilfe von Triggersignalen, um die Elemente T1 bis T4
zur Aussendung von Ultraschallsignalen in das Gewebe eines untersuchten Körpers zu
veranlassen. Ultraschall-Echosignale, die aus dem Inneren des untersuchten Gewebes
zurückreflektiert werden, werden durch die gleichen Wandlerelemente T1 bis T4 empfan
gen. Das von jedem Element als Reaktion auf die Echos erzeugte Signal wird durch einen
jeweiligen Verstärker 14 bis 17 verstärkt und dann durch einen jeweiligen Analog/Digital-
Wandler 20 bis 23 mit gleichförmiger Rate f₀ in parallelen Empfangskanälen 2 bis 5
digitalisiert. Die von den parallelen Empfangskanälen stammenden, empfangenen digitalen
Daten werden jeweils in Speichern 24 bis 27 gespeichert. Die aus den Speichern 24 bis 27
ausgelesenen Daten werden seriell zu den Daten von einem vorhergehenden parallelen
Empfangskanal mit Hilfe eines seriellen Summationspfads, der Addierer 30 bis 33 enthält,
hinzuaddiert. Die Summen an den Addierer-Ausgängen werden zeitweilig durch Zwischen
speicher 34 bis 37 gespeichert, bevor sie an den nächsten Kanal gegeben werden. Zur
Berücksichtigung und Kompensation der Signalverarbeitungs-Zeitverzögerungen, die durch
die serielle Summation der Daten durch die Addierer 30 bis 34 hervorgerufen werden,
werden Zeitverzögerungen durch Verzögern des Auslesens oder Einschreibens aus den
bzw. in die Speicher 24 bis 27 gebildet. Die serielle Summation vereinfacht die Signalver
arbeitungs-Datenpfade. Das an dem Ausgang des letzten Addierers 33 erzeugte, geformte
Strahlsignal wird durch einen Detektor 6 detektiert. Zur Darstellung der Daten auf einer
Anzeige 9 ist es notwendig, das digitale Datensignal in ein Videosignal unter Einsatz eines
digitalen Abtastwandlers (DSC = Digital Scan Converter) 7 in bekannter Weise umzuwan
deln.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist für jede Gruppe der parallelen Empfangskanäle eine eingebau
te Testeinrichtung vorgesehen. Ein Datensender 44 ist an dem Beginn des Datensummierp
fads angeschlossen und ein Datenempfänger 45 ist mit dem Ende des Datensummierpfads
verbunden. Die Steuereinrichtung 8 legt ein vorbestimmtes Muster aus digitalen Testdaten
für den Datensender 44 fest, das dann durch den Datensummierpfad verarbeitet und durch
den Datenempfänger 45 empfangen wird. Die Steuereinnichtung 8 analysiert dann die
empfangenen Daten zur Ermittlung, ob sie mit den nach der Datensummierung erwarteten
Daten übereinstimmen. Bei der Strahlformungsbetriebsart werden Nullen durch den
Datensender 44 erzeugt, damit die serielle Summation der Daten aus den Speichern 24 bis
27 nicht gestört wird.
Zur Erzielung eines kleineren Quantisierungsfehlers bei der dynamischen Fokussierungs
verzögerung ist in Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der Erfindung eine neuartige
Strahlformer-Interpolationsanordnung vorgesehen. Falls die Datenrate bei einer herkömm
lichen Strahlformer-Interpolation um einen Faktor N erhöht wird, vergrößern sich, wie
vorstehend erwähnt, die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Addierer und die Taktfrequenz
um den gleichen Faktor. Zur Vermeidung der Benutzung von höherfrequenten Takten und
Hochgeschwindigkeitsaddierern wird bei der neuartigen Strahlformer-Interpolationsanord
nung ein Multiphasen-Speicher-Ausleseschema benutzt, das 1) den Quantisierungsfehler
verringert und 2) die Benutzung der gleichen Taktfrequenz f₀ während der gesamten
Strahlformer-Verarbeitung erlaubt. Bei dieser Anordnung können Gruppen der Empfangs
kanäle unter Einsatz eines einzigen Interpolationsverringerungsfilters zusammengefaßt
werden, wodurch ein partieller Strahl unter Einsatz jeder Empfangskanalgruppe gebildet
wird.
In Fig. 3 ist der neuartige Strahlformer mit einer mehrphasigen Speicherausleseanordnung
dargestellt. Die in die Speicher 24 bis 27 einzuschreibenden Daten werden mit der gleichen
Rate wie die Abtastrate, d. h. mit f₀, getaktet. Der Auslesetakt beträgt gleichfalls f₀, ist
jedoch nicht gleichförmig. Das Auslesen kann bei manchen Takten angehalten werden,
wenn eine zusätzliche Zeitverzögerung benötigt wird. Dies führt zu einer Einstellung der
Verzögerungszeit um 1/f₀, was nachstehend als eine grobe Verzögerungseinheit bezeichnet
wird. Um den Quantisierungsfehler der Verzögerungszeit noch weiter zu verringern,
werden die Auslesedaten in N parallele Summierpfade P1 und P2 sortiert bzw. aufgeteilt
(n = 2 in Fig. 3), um die Verzögerungszeit auf (n - 1)/N der groben Verzögerungszeit
einheit fein abzustimmen, wobei n = 1, . . . , N ist. Jeder parallele Summierpfad repräsen
tiert eine unterschiedliche Phase der Auslesedaten. Daher erfolgt bei Verschiebung der
Auslesedaten in die nächste Phase eine Einstellung der Verzögerung auf 1/(Nf₀), was im
folgenden als eine feine Verzögerungseinheit bezeichnet wird. Durch Benutzung der
mehrphasigen Auslesung kann die dynamische Empfangsfokussierung mit feinen Ver
zögerungseinheiten eingestellt werden. Jeder von einem gegebenen bzw. bestimmten Kanal
stammende Abtastwert wird zu lediglich einer der Phasen bzw. Pfade P1 und P2 gerichtet.
Jedoch ist es vor der Zuleitung der Daten zu dem gewählten parallelen Summierpfad
notwendig, diese zu dem Datenabtastwert von einem benachbarten Kanal hinzuzuaddieren.
Wähler 70 bis 77, 50 bis 53, Addierer 30 bis 33 und Zwischenspeicher 60 bis 67 führen
die Richtung bzw. Zuteilung und die serielle Summation für die Datenabtastwerte, die für
die parallelen Summierpfade bereitgestellt werden, durch. Falls z. B. Daten vom Speicher
25 zur Phase bzw. zum Pfad P1 gerichtet werden sollen, werden Daten von dem Zwi
schenspeicher 60 außerhalb der Phase P1 über den Wähler 51 zum Addierer 31 geleitet.
Zur gleichen Zeit bringt der Wähler 75 Daten von der Phase P2 aus dem Zwischenspei
cher 64 zum Zwischenspeicher 65. Nachfolgend wählt der Wähler 71 Daten von dem
Addierer 31 und leitet diese Daten zum Zwischenspeicher 61. Steuereinrichtungen 80 bis
83 entscheiden, in welche der N Phasen die Daten aus den Speichern 25 bis 27 geleitet
werden sollen, und steuern die hiermit verknüpften Wähler und Zwischenspeicher ent
sprechend. Ein Filter 90 zur Interpolationsdezimierung bzw. Interpolationsverringerung
faßt die mehrphasigen Daten zusammen und gibt dann die zusammengefaßten Daten mit
der Systemtaktrate f₀ an die übrigen Bestandteile des Ultraschallsystems ab.
In Fig. 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Strahlformers mit Vier-Phasen-
Daten (P1 bis P4) und demzufolge vier parallelen Summierpfaden für die Echodaten und
eine dynamische Verzögerungszeit-Steuereinrichtung 80 dargestellt. Die dynamische
Verzögerungszeit-Steuereinrichtung 80 gibt die für jeden Kanal bei jedem Takt benötigte
Phaseninformation über ein Speicher-Auslese-Steuersignal R und Wähler-Steuersignale S1
bis S4 ab. Falls z. B. angenommen wird, daß die Speicherauslesephase für einen gegebenen
Kanal zu einem bestimmten Zeitpunkt die Phase P2 ist, werden Daten in dem Summierp
fad P2 von den vorhergehenden Kanälen durch den Wähler 50 hindurchgeleitet und zu den
neuen Daten vom Kanal i (wenn diese aus dem FIFO-Speicher 28 ausgelesen werden) über
den Addierer 30 hinzuaddiert. Die durch den Addierer 30 gebildete Summe läuft dann über
den Wähler 171 zu dem nächsten parallelen Empfangskanal (i + 1) weiter. Die verbleiben
den parallelen Summierpfade (P1, P3 und P4) sind über Wähler 170, 172 und 173,
Zwischenspeicher 160, 162 und 163 direkt verbunden, was gleichwertig ist wie die
Einfügung von Nullen in die i-ten Kanal-Echodaten in diesen anderen Phasen. Folglich
steuert die Verzögerungszeit-Steuereinrichtung 80 die Phase für jede Auslesung von
Datenabtastwerten aus jedem Kanalspeicher. Ein Verzögerungsdatenspeicher 85, der eine
Nachschlagetabelle 86 für die Speicherung von Fokussier-Verzögerungsdaten für alle
Kanäle in dem Strahlformer, einen Übergangspunktschalter 87 und ein Schieberegister 88
(ein Schieberegister für jeden Kanal) enthalten kann, gibt für jeden Kanal einen 1-Bit-
Datenstrom ab. Eine von dem Verzögerungsdatenspeicher 85 abgegebene "1", die als ein
Phasenverschiebungsimpuls bezeichnet wird, zeigt an, daß eine zusätzliche feine Ver
zögerungszeiteinheit benötigt wird, und bewirkt eine Phasenverschiebung. Ein 5-Bit-Schie
beregister 89 (ein Register für jeden parallelen Empfangskanal) erzeugt die Phaseninforma
tions-Wähler-Steuersignale S1 bis S4, und es wird ein Speicher-Auslese-Sperrsignal R über
ein ODER-Glied 91 und ein mit der Frequenz f₀ getaktetes UND-Glied 92 erzeugt. In dem
5-Bit-Schieberegister 89 ist zu einem jeweiligen Zeitpunkt lediglich ein Bit auf "1" gesetzt,
wodurch angezeigt wird, in welche der vier Phasen die Daten von dem i-ten Kanal zu
leiten sind. Jedesmal wenn das Schieberegister einen solchen Phasenverschiebungsimpuls
akzeptiert, wird die "1" nach rechts verschoben, wodurch die ausgewählte Phase von der
Phase P1 zu der Phase P2, oder von der Phase P2 zu der Phase P3, oder von der Phase
P3 zu der Phase P4 verschoben wird. Ein ODER-Glied 93 und ein UND-Glied 94 sind
ebenfalls in der dargestellten Weise zwischen den Ausgang P4 des Schieberegisters und
dessen Schiebeeingang geschaltet. Falls folglich kein Phasenschiebeimpuls von dem
Verzögerungsdatenspeicher 85 vorliegt, verbleiben die Wähler-Steuersignal S1 bis S4
unverändert. Der Zustand 0 in dem Schieberegister ist ein vorübergehender Zustand. Wenn
die Phase P4 ausgewählt wird, verschiebt ein Inkrement "1" das Schieberegister zeitweilig
aus dem Zustand 4 in den Zustand 0. Der nächste Takt ändert den Zustand des Eingangs
des Schieberegisters 89 aus dem Zustand 0 in den Zustand 1. Das Schieberegister 89
verbleibt in dem Zustand 1, bis der nächste Phasenschiebeimpuls "1" auftritt. Während der
Taktperiode, während der der Zustand 0 ist, werden keine Daten aus dem Speicher 28
ausgelesen und es wird daher die Länge der Verzögerung für die Daten aus dem Speicher
28 um 1 vergrößert. Folglich können die vier feinen Verzögerungseinheiten durch diesen
Mechanismus in eine grobe Verzögerungseinheit umgewandelt werden.
Die in dieser Weise aufsummierten Daten in den vier parallelen Summierpfaden gemäß
Fig. 4 werden in paralleler Weise an den Eingang des Interpolationsverringerungs-Filters
90 angelegt. Das Filter 90 führt eine Ausrichtung, Interpolation und Verringerung der
eingegebenen Daten durch. Aufgrund der mehrphasigen Natur des parallelen Eingangs ist
die effektive Eingabedatenrate des Filters 90 viermal größer als die Datenrate des Aus
gangs oder der von den parallelen Summierpfaden eingegebenen Daten.
In Fig. 5 ist lediglich als Beispiel die Zuordnung von 3 aufeinanderfolgenden Daten
abtastwerten für drei benachbarte Empfangskanäle (1 bis 3) zu unterschiedlichen Phasen
aus den vier in Fig. 4 dargestellten Phasen P1 bis P4 für drei aufeinanderfolgende Zeit
intervalle t₁, t₂ und t₃ graphisch dargestellt. In Fig. 5 sind die aktuellen Datenabtastwerte
mit einem X (diese treten lediglich mit der Rate 1/f₀ auf) und die Nullwert-Abtastwerte zur
Erzielung einer Null-Auffüllung mit einer Null (diese treten in gleichen Abständen zwi
schen den aktuellen Datenabtastwerten mit der Raten 1/4f₀) bezeichnet, wobei die horizon
tale Richtung die Zeitachse darstellt. Bei den drei dargestellten parallelen Empfangskanälen
sind die Zeitverzögerungen, die während jeder Zeitperiode zur Erzielung der dynamischen
Fokussierung des Strahlformers benötigt werden, in bekannter Weise durch die vertikal
orientierten, gekrümmten Linien dargestellt. Es ist aus diesem Zeitdiagramm erkennbar,
daß während des Zeitintervalls t₁ für den Kanal 1 lediglich ein aktueller Abtastwert (der
zweite Abtastwert im Kanal 1) einer Zeitverzögerungskurve am nächsten benachbart ist,
nämlich derjenigen unmittelbar nach der Phase P4, und es ist folglich der Summierpfad P4
der geeignetste zur Aufnahme dieses Abtastwerts. Für alle anderen Phasen (P1 bis P3)
werden dem Datenpfad Nullen hinzugefügt (durch die Wähler- und Zwischenspeicher-
Schaltung gemäß Fig. 4). Während der Zeitdauer zwischen den Zeitintervallen t₁ und t₂
werden die Daten aus allen vier parallelen Summierpfaden von dem Kanal 1 zu dem Kanal
2 durchgeleitet (durch die Wähler- und Zwischenspeicher-Schaltung gemäß Fig. 4).
Während des Zeitintervalls t₂ wird ein aktueller Datenabtastwert aus dem Speicher für den
Empfangskanal 2 ausgelesen und in den parallelen, die Phase P1 repräsentierenden
Summierpfad geleitet, da dieser aktuelle Abtastwert der geforderten Zeitverzögerungskurve
am nächsten liegt. Zur gleichen Zeit (t₂) gibt es beim Kanal 1 keinen aktuellen Abtastwert,
der irgendeiner der Zeitverzögerungskurven am nächsten benachbart ist. Es sei angemerkt,
daß der aktuelle Abtastwert (der dritte Abtastwert) tatsächlich näher bei der Phase P1 für
die Zeitdauer t₃ liegt. Folglich werden während der Zeitdauer t₂ für den Kanal 1 alle vier
Phasen mit Nullen aufgefüllt. Dieses "fehlende Bereitstellung von Daten" entspricht dem
vorstehend erwähnten Zustand "0" des Schieberegisters 89. Nachfolgend werden Ab
tastwertdaten zwischen den Zeiten t₂ und t₃ von dem Empfangskanal 2 zu dem Empfangs
kanal 3 sowie von dem Empfangskanal 1 zu dem Empfangskanal 2 durchgeleitet. Während
der Zeitdauer t₃ wird der dritte, aus dem Speicher des Kanals 1 ausgelesene Abtastwert in
den parallelen, die Phase P1 repräsentierenden Summierpfad eingegeben (wie vorstehend
angegeben), während der zweite, aus dem Speicher des Kanals 2 ausgelesene Abtastwert
in den parallelen, die Phase P1 repräsentierenden Summierpfad eingegeben wird und der
zweite, aus dem Speicher des Kanals 3 ausgelesene Abtastwert in den parallelen, die Phase
P4 repräsentierenden Summierpfad eingespeist wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es zweckmäßig, ein Filter mit
endlicher Impulsantwort (nicht rekursives Filter; FIR-Filter) aufgrund seiner kurzen
Übergangsansprechzeit und inhärenten linearen Phase als das Interpolationsverringerungs
filter 90 einzusetzen. Das in Fig. 6 dargestellte, nicht rekursive Filter weist (bei einem 4-
Phasen-System) ein Tiefpaßfilter mit 8 Abgriffen auf und verwendet vorteilhafterweise
symmetrische Impulsantwort-Gewichtungskoeffizienten (a1, a2, a3, a4; a4, a3, a2, a1) zur
Verringerung der erforderlichen Anzahl von Multiplizierern 201, 202, 203 und 204. Die
"aktuellen" Phasendaten von den Summierpfaden, die die Phasen P1, P2, P3 und P4
repräsentieren, werden in den Zwischenspeichern 205, 206, 207 bzw. 208 zur Bildung
"alter" Phasendaten gespeichert. Danach werden die "alten" Phasendaten in geeigneter
Weise zu den "aktuellen", von den die Phasen P4, P3, P2 und P1 repräsentierenden
Summierpfaden ankommenden Daten mittels Addierer 213, 212, 211 und 210 hinzuaddiert.
Es wird ein abschließender Strahlformer-Ausgangswert durch Zusammenfassen der
Ausgangssignale der Multiplizierer 201, 202, 203 und 204 mittels eines Summierers 214
erzeugt.
Wie vorstehend erwähnt, wurde von Pridham und Mucci vorgeschlagen, daß das Inter
polations- und Verringerungs-Filter vor oder nach der Strahlformung angeordnet werden
kann. Eine Realisierung dieses Filters durch Anordnung vor der Strahlformung erfordert,
daß jeder Kanal sein eigenes Interpolationsverringerungsfilter besitzt. Auch wenn eine
Realisierung bei Anordnung nach der Strahlformung dieses Problem löst, ist es erforder
lich, daß die Strahlformung mit sehr hohen Abtastfrequenzen durchgeführt wird. In
Übereinstimmung mit den Grundlagen der Erfindung wird dieses Filter während der
Strahlformung, statt vor oder nach der Strahlformung, eingesetzt. Bei diesem Ansatz ist
das Filter dort angeordnet, wo es hinsichtlich des Aufbaus des Strahlformers insgesamt am
kostengünstigsten ist. Die Filterung und Verringerung der Datenrate wird nach einer
teilweisen Strahlformung bei einer Gruppe von mehreren aus dem parallelen Empfangs
kanälen durchgeführt. Die parallelen Empfangskanäle können z. B. zu Gruppen aus zwei,
vier, acht oder mehr Kanälen zusammengefaßt werden. Das Filter kann dann physikalisch
auf der gleichen Platine oder der integrierten Schaltung (IS), die für die partielle Strahlfor
mung der gruppierten Kanäle benutzt wird, angeordnet werden. Durch diese Technik ist
die Anzahl von Zwischenverbindungen und/oder die Datenrate, die zwischen den gruppier
ten Kanälen, Schaltplatinen und IS′s erforderlich ist, verringert. Die abschließende
Addition der gruppierten Kanäle (d. h. der partiell geformten Strahlen) kann dann mit der
Systemabtastrate unter Benutzung lediglich eines einzigen Datenpfads erfolgen.
Fig. 7 zeigt eine schematische Gesamtdarstellung des Empfangsstrahlformers, die den
erfindungsgemäßen Gesichtspunkt der partiellen Strahlformung deutlicher veranschaulicht.
In jeden Kanal wird das von einem Ziel stammende Echosignal durch die Wandlerelemente
einer Sonde empfangen. Jedes Wandlerelement ist mit einem Impulsempfänger 102
herkömmlicher Gestaltung verbunden. Das durch jedes Wandlerelement erzeugte Signal
wird mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 103 mit gleichförmiger Rate f₀, z. B. 36
MHz, digitalisiert. Gruppen aus benachbarten parallelen Empfangskanälen (z. B. 8) werden
zur Bildung eines partiellen Strahlformers 113 zusammengefaßt. Im Unterschied zu
herkömmlichen Verfahren stellt die vorliegende Erfindung ein Interpolationsverringerungs
filter für jeden partiellen Strahlformer 113 bereit. Auch wenn es möglich ist, lediglich ein
Interpolationsverringerungsfilter für das gesamte Strahlformersystem zu verwenden, besitzt
die dargestellte Gestaltung ein Interpolationsverringerungsfilter für jede Gruppe von
Empfangskanälen, was die Datenrate nach partieller Strahlformung auf die Abtastrate f₀
verringert. Dies bedeutet, daß die Signalverarbeitungsrate f₀ sowohl vor als auch nach der
Strahlformung benutzt wird, während jedoch innerhalb des Strahlformers die effektive Rate
das vierfache von f₀ beträgt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Vom Hardware-Standpunkt aus
gesehen ist dies eine äußerst vorteilhafte Realisierung, da die hohen effektiven Signal
frequenzen auf eine einzige Schaltplatine oder sogar auf eine einzige integrierte Schaltung
beschränkt sind, wodurch die internen System-Zwischenverbindungen und der Komplexi
tätsgrad verringert wird. Die Signale an den Ausgängen jedes partiellen Strahlformers 113
werden dann seriell unter Einsatz von Addierern 114 (die bei f₀ arbeiten) zur Bildung des
endgültigen Strahl seriell addiert. Zur Berücksichtigung von Datenverzögerungen aufgrund
der seriellen Addierer 114 besitzen die Verzögerungswerte, die an den Ausgängen der
Speicher 24 bis 27 erzeugt werden, eine zusätzliche, zu Kompensationszwecken hin
zugefügte Verzögerung. Das von dem letzten Addierer 114 abgegebene Strahlsignal wird
dann in einen Detektor 107 geleitet. Ein D.S.C. (Digitaler Abtastwandler) 108 bewirkt eine
digitale Abtastumwandlung dieses Signals in ein Videosignal für die Wiedergabe mittels
der Anzeige 109.
Fig. 8 veranschaulicht eine Abänderung der herkömmlichen Strahlformerschaltung gemäß
Fig. 1 zur Ermöglichung einer parallelen Datenstrahlformung für zwei unterschiedliche
Strahllinien oder Strahlzeilen, die in den Zeichnungen als "Strahlzeile (Strahllinie) 1" und
"Strahlzeile (Strahllinie) 2" bezeichnet sind. Wie in Fig. 4 sind bei der Schaltung vier
Empfangskanäle dargestellt, die die Signale von den Wandlern T1 bis T4 verarbeiten;
diese vier Empfangskanäle sind jeweils mit "2" bis "5" bezeichnet. Die Datensignale in
dem Kanal 2 werden durch den Verstärker 14 verstärkt und dann durch den Analog/-Digital-
Wandler 20 digitalisiert, bevor sie in den Speicher 24 für Speicherung und zeitver
zögerte Weiterverarbeitung geleitet werden. Gleichartige Verstärker 15, 16 und 17,
Analog/Digital-Wandler 21, 22 und 23 sowie Speicher 25, 26 und 27 sind jeweils in den
weiteren Empfangskanälen 3, 4 und 5 vorhanden.
Das zeitverzögerte Auslesen von Daten aus dem Speicher 24 wird durch die dynamische
Fokussiersteuereinrichtung 800 gemäß Fig. 8 über Steuersignalleitungen 801 und 802
gesteuert. Die verzögerten Daten werden an die Addierer 30 und 30′ über Datenkanäle 241
bzw. 242 angelegt. Genauer gesagt steuern die Signale der dynamischen Fokussiersteuer
einrichtung 800 auf der Steuersignalleitung 801 das Auslesen und Abgeben von Daten an
den Addierer 30, während Signale auf der Steuersignalleitung 802 das Auslesen und
Ausgeben von Daten an den Addierer 30′ steuern. In gleichartiger Weise steuert die
dynamische Fokussiereinrichtung 800 das Datenauslesen im Speicher 25 über Steuersignal
leitungen 811, 812, das Datenauslesen im Speicher 26 über Steuersignalleitungen 821, 822
und das Datenauslesen im Speicher 27 über Steuersignalleitungen 831, 832. Die Daten
vom Speicher 25 werden an die Addierer 31 und 31′ über Datenkanäle 251 und 252
angelegt; die Daten vom Speicher 26 werden an die Addierer 32 und 32′ über Datenkanäle
261 und 262 angelegt; und die Daten vom Speicher 27 werden an die Addierer 33 und 33′
jeweils über Datenkanäle 271 bzw. 272 angelegt. Die vier Addierer 30, 31, 32 und 33
fassen Daten für die Strahlzeile 1 über Zwischenspeicher 34, 35, 36 und 37 für den
Detektor 6 zusammen, wie zuvor erläutert. In gleicher Weise fassen die vier Addierer 30′,
31′, 32′ und 33′ Daten für die Strahlzeile 2 über Zwischenspeicher 34, 35, 36 und 37 für
den Detektor 6′ zusammen. Die Detektoren 6 und 6′ geben die strahlgeformten Daten an
den digitalen Abtastwandler (DSC) 7 für die Umwandlung in ein für die Anzeige 9
geeignetes Format ab.
Die Steuerung der Zeitverzögerungen für das Datenauslesen in jedem Kanal ist vorzugs
weise unter Einsatz von sequentiellen Speichereinrichtungen mit Zufallslesezugriff (Read
Random Access) für die Speicher 24, 25, 26 und 27 realisiert. Z. B. besitzt der Speicher
24 eine Folge von Positionen (Stellen) derart, daß jedes Inkrement der Signaldaten eine
Position belegt. Bei einem gegebenen Systemtaktpuls wird ein Dateninkrement von dem
Analog/Digital-Wandler 20 in den Speicher 24 eingeschrieben und dort in sequentieller
Position gespeichert. Die dynamische Fokussiersteuereinrichtung 800 steuert die Ver
zögerungszeit für jedes in dem Speicher 24 gespeichertes Dateninkrement durch Steuerung
der Ausleseadresse. Falls beispielsweise die Einschreibeadresse 20 ist und die Auslese
adresse 10 ist, ist eine Verzögerungszeit von 10 Taktzyklen für die in dem Speicher 24
gespeicherten Daten vorhanden (wenn angenommen wird, daß jeder Lese- und Schreibvor
gang bei jedem Taktimpuls zu der nächsthöheren Adresse verschoben wird).
Zur gleichzeitigen Bildung zweier Strahlen sind zwei Verzögerungszeiten für jedes Daten
inkrement erforderlich. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
dieses mit Hilfe der Schaltung erreicht, die in Fig. 9 für den Speicher 24 gemäß Fig. 8
gezeigt ist. Gemäß Fig. 9 werden sequentielle FIFO-Speicher benutzt, in denen statt der
Lese- und Schreibadressen die Daten bei jedem Taktimpuls um eine Stelle verschoben
werden. Moderne FIFO-Speicher (Speicher mit Ausgabe in der Reihenfolge der Eingabe)
werden üblicherweise aus RAM-Speichern mit taktgesteuerter Adreßlogik hergestellt.
Daten für die beiden Strahlen werden durch einen langen FIFO-Speicher 804 und zwei
kurze FIFO-Speicher 805 und 806 verarbeitet. Von dem Analog/Digital-Wandler 20 gemäß
Fig. 8 abgegebene Daten werden in den langen FIFO-Speicher 804 eingeschrieben. Daten
werden aus diesem FIFO-Speicher 804 ausgelesen und in die beiden kurzen FIFO-Speicher
805 und 806 eingelesen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Die Daten aus dem kurzen FIFO-
Speicher 805 werden in den Datenkanal 241 eingegeben, während die von dem kurzen
FIFO-Speicher 806 ausgelesenen Daten in den Datenkanal 242 eingespeist werden. Die aus
dem langen FIFO-Speicher 804 und den kurzen FIFO-Speichern 805 und 806 ausgewähl
ten, ausgelesenen Daten werden durch Auslesetaktsignale des Dekodierers 803 als Reaktion
auf die von der dynamischen Fokussiersteuereinrichtung stammenden Steuersignale auf den
Steuersignalleitungen 801 und 802 bestimmt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Tatsache vorteilhaft ausgenutzt, daß die beiden
Abtaststrahlzeilen einander benachbart sind und daß demzufolge die relativen Zeitver
zögerungen zwischen den beiden Strahlen klein sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 9 sind die Verzögerungszeiten für die Dateninkremente in lange und kurze Ver
zögerungen unterteilt. Die lange Verzögerungszeit wird durch den gemeinsamen, langen
FIFO-Speicher 804 bereitgestellt, während die kurzen Verzögerungszeiten durch die kurzen
FIFO-Speicher 805 und 806 erzeugt werden. Folglich ist die gesamte Verzögerungszeit für
Dateninkremente bei der Strahlzeile 1 die Summe aus der Verzögerung für den langen
FIFO-Speicher 804 und der Verzögerung für den kurzen FIFO-Speicher 805. In gleicher
Weise ist die Verzögerung der Dateninkremente in der Strahlzeile 2 die Summe aus den
Verzögerungen für den langen FIFO-Speicher 804 und den kurzen FIFO-Speicher 806. Es
sei beispielsweise angenommen, daß die Strahlen für die Strahlzeile um 132 Taktzyklen zu
verzögern sind und daß die Daten für die Strahlzeile 2 eine Verzögerung um 135 Taktzy
klen erfordern. Die dynamische Fokussiersteuereinrichtung 800 ist derart programmiert,
daß sie eine Verzögerung von 128 Taktzyklen für den langen FIFO-Speicher 804 bereit
stellt. Die Verzögerung in dem kurzen FIFO-Speicher 1 beträgt dann vier Taktzyklen und
die Verzögerung in dem kurzen FIFO-Speicher 2 sieben Taktzyklen.
Die dynamische Fokussiersteuereinrichtung 800 steuert Auslesevorgänge aus jedem der
anderen Empfangskanäle 3 bis 5 mit den korrekten Zeitverzögerungen in jedem Kanal in
gleichartiger Weise, um diesen Strahl in der Strahlzeile 2 zu bilden. Kurz gesagt werden
die Signaldaten aus den Empfangskanälen 2 bis 5 in den Speichern 24 bis 27 parallel zur
Bildung von Strahlen in beiden Strahlzeilen 1 und 2 benutzt. Die Daten aus allen Emp
fangskanälen werden durch die Detektoren 6 und 6′ zur Bildung des Ausgangssignals
verarbeitet, das die Bilder von Echosignalen entlang beider Abtaststrahlzeilen repräsentiert.
Auch wenn in Fig. 8 diese Verzögerungsschaltung für die beiden Abtaststrahlzeilen
dargestellt ist, ist es aus der Fig. klar ersichtlich, daß man Signale für zusätzliche Abtast
strahlzeilen in der gleichen Weise durch Hinzufügung weiterer paralleler Schaltungskom
ponenten, nämlich kurzer FIFO-Speicher, Addierer, Filter usw., verarbeiten kann. Die
Anzahl von Empfangskanälen, die gleichzeitig verarbeitet werden können, ist nicht auf die
elektronische Schaltung selbst beschränkt, sondern vielmehr durch das winkelmäßige
Antwortverhalten der Strahlformer-Fokussierstruktur begrenzt. Da alle Abtaststrahlzeilen,
die gleichzeitig verarbeitet werden, eine Folge von benachbarten Strahlzeilen sind und die
relativen Verzögerungen zwischen diesen sich lediglich um einen kleinen Betrag unter
scheiden, ist in jedem Empfangskanal lediglich eine Mehrzahl von kurzen FIFO-Speichern
erforderlich. Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich
zu Speichern, die für die Daten in jeder Strahlzeile einen langen FIFO-Speicher voller
Größe besitzen, dar, da der hier offenbarte Aufbau erheblich weniger Hardware erfordert.
Es gibt auch andere Datenspeichergestaltungen, die anstelle des vorstehend beschrieben
und in Fig. 9 dargestellten Speichers benutzt werden können. Beispielsweise ist in Fig. 10
eine andere Gestaltung des Speichers 24 gezeigt, bei dem der lange FIFO-Speicher 804
und der kurze FIFO-Speicher 805 benutzt werden. Beide FIFO-Speicher werden durch von
dem Dekoder 803 stammende Auslesetaktsignale gesteuert. Verzögerte Signale, die sowohl
von dem langen FIFO-Speicher 804 als auch von dem kurzen FIFO-Speicher 805 abgege
ben werden, werden an einen Kreuzstab- bzw. Kreuzschienen-Schalter 807 angelegt, der
ebenfalls durch Signale von dem Dekodierer 803 gesteuert wird. Der Kreuzschienen
schalter ermöglicht die Weiterleitung von verzögerten Signalen zu jedem der beiden
Datenkanäle 241 oder 242. Bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bestimmt
der lange FIFO-Speicher die Zeitverzögerung der Signale für eine Abtaststrahlzeile,
während der kurze FIFO-Speicher den Verzögerungsunterschied zwischen den beiden
Strahlzeilen erzeugt. Der Kreuzschienenschalter ermöglicht dem System das Anlegen der
kürzeren verzögerten, von dem langen FIFO-Speicher stammenden Signale an jede
beliebige der Strahlzeilen in erforderlicher Weise.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, die in Fig. 11 gezeigt ist, ist der Speicher
24 ein Direktzugriffsspeicher RAM 809 mit drei Anschlüssen, wobei ein Anschluß der
Einschreibanschluß von dem Analog/Digital-Wandler 20 ist und die anderen Anschlüsse
die Ausleseanschlüsse für das Auslesen zu den Datenkanälen 241, 242 sind. Die dynami
sche Fokussiersteuereinrichtung 800 sendet ausgelesene Signale über die Steuersignalzeilen
801 und 802 an einen Adreßgenerator 808, der die Stellen bzw. Positionen in dem RAM
809 bestimmt, an denen Daten für die beiden Strahlzeilen auszulesen sind. Auch wenn
dieses Ausführungsbeispiel für zwei Strahlzeilen bzw. Strahlleitungen gezeigt ist, kann es
für zusätzliche Strahlzeilen durch Bereitstellung zusätzlicher, in Kaskadenform verschalte
ter RAMs mit drei Anschlüssen ausgelegt werden.
Zusätzlich sind in Fig. 8 die Addierer 30 bis 31 als eine Gruppe von Addierern gezeigt,
die die Strahlzeile bzw. Strahllinie in der Strahlzeile bzw. Strahllinie 1 durch Summation
von ihren Inhalten mittels Zwischenspeichern 34 bis 37 in einem einzigen Datensummierp
fad bilden. Ein gleichartiger Datensummierpfad ist in Fig. 8 für die Strahlzeile (Strahllinie)
2 dargestellt. Vorzugsweise wird die vorstehend beschriebene Mehrfach-Summierpfadge
staltung bei beiden Strahlzeilen zur Maximierung der effektiven Gesamtrate der Datenver
arbeitung eingesetzt.
Das vorstehend erläuterte Zeitgabesystem für die gleichzeitige Verarbeitung von Signalen
für unterschiedliche Abtaststrahlzeilen ermöglicht eine weitere, erhebliche Vergrößerung
der effektiven Signalverarbeitungsrate. Bei einem herkömmlichen Ultraschall-Strahlformer
system werden ein oder mehrere akustische Impulse in den Körper eines Patienten ausge
sandt und die fokussierten, von einer gegebenen Abtaststrahlzeile bzw. Abtaststrahllinie
stammenden Echosignale werden zur Erzeugung von Anzeigesignaldaten verarbeitet. Der
gesamte Prozeß wird für die nächste Abtastsignalzeile usw. wiederholt, bis das gesamte
Untersuchungsfeld zur Erzeugung eines Vollbilds abgebildet wurde. Die effektive Voll
bildrate ist daher durch die Sendeimpulsrate beschränkt. Bei dem vorliegenden System ist
diese Beschränkung aufgrund der sofortigen Verarbeitung einer Mehrzahl von Abtast
strahlzeilensignalen, nämlich aufgrund des Einsatzes des von jedem Empfängerkanal
stammenden Signals zum Herausgreifen von Bildinformationen für Echos von unterschied
lichen Abtaststrahlzeilen, die zu dem Signal beitragen, überwunden.
Es sind auch weitere Abänderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich.
Beispielsweise können weniger oder mehr als vier Datensummierpfade benutzt werden und
es kann eine Verzögerungszeitsteuereinrichtung 80 unter Einsatz einer Vielzahl von
unterschiedlichen Techniken aufgebaut sein.
In Übereinstimmung mit den Grundlagen der vorliegenden Erfindung wird somit vor
teilhafterweise die Tatsache ausgenützt, daß die Arbeitsgeschwindigkeit der digitalen
Hardware-Komponenten in einem digitalen Strahlformer dadurch verringert werden kann,
daß zum Beispiel mehrfache Phasen der Datensignale erzeugt und die Mehrphasen-Daten
dann in N parallelen Summierpfaden verarbeitet werden. Ein Interpolationsverringerungs
filter empfängt die Mehrphasen-Daten von den N parallelen Summierpfaden und erzeugt
an seinem Ausgang ein Signal mit einer verringerten Datenrate (1/N). In Übereinstimmung
mit dieser Methode ist die Arbeitsgeschwindigkeit der einzelnen digitalen Schaltungen zur
Erzeugung der erforderlichen Strahlformungsverzögerungen verglichen mit herkömmlichen
Methoden der Interpolation nach der Strahlformung nicht vergrößert, so daß die effektive
Datenrate hierdurch um einen Faktor N vergrößert wird und sich eine Verringerung des
Verzögerungsquantisierungsfehlers um den Faktor N ergibt. In Übereinstimmung mit den
Grundlagen der Erfindung ist das Interpolationsverringerungsfilter an der vorteilhaftesten
Stelle in den Strahlformer eingegliedert. Es ist nämlich in die Strahlformerverarbeitung
nach partieller Strahlformung einer Gruppe von Empfangskanälen und vor der Erzeugung
des endgültigen Strahls eingefügt. Dieser Ansatz ermöglicht eine einfache abschließende
Strahlformung und deren Durchführung mit relativ niedriger Datenrate, und erlaubt
weiterhin eine Beschränkung der Signalverarbeitung mit höherer Frequenz auf einen
Schaltkreis, der vorteilhafterweise auf einem einzigen Typ der integrierten Schaltung, die
wiederholt in dem Strahlformer eingesetzt wird, vorhanden sein kann. Eine weitere
Vergrößerung der effektiven Betriebsgeschwindigkeit ergibt sich durch Bereitstellung einer
Zeitgabeschaltung, die eine parallele Verarbeitung von Signalen von einer Mehrzahl von
Abtaststrahlzeilen ermöglicht.
Claims (14)
1. Strahlformer mit
einer Mehrzahl von parallelen Empfangskanälen zur Erfassung von Ultraschall echosignalen, die von einer Mehrzahl von Abtaststrahllinien stammen, und zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von digitalen Abtastsignalen in Abhängigkeit von den Ul traschallechosignalen,
wobei jeder parallele Empfangskanal einen Speicher (24-27) aufweist, der mit dem Empfangskanal in Verbindung steht, und jeder Speicher die digitalen Abtastsignale sequentiell empfängt und speichert,
einer Mehrzahl von Addierern (30-33) für jeden parallelen Empfangskanal, wobei jeder Speicher (24-27) mit den Addierern in Verbindung steht und die digitalen Abtastsignale als Reaktion auf ein Steuersignal an die Addierer weiterleitet, und jeder Addierer sequentiell mit entsprechenden Addierern in jedem der anderen parallelen Empfangskanäle in Kommunikationsverbindung steht, derart, daß jeweilige Addierer eine Gruppe von Addierern bilden, die digitale Abtastsignale für eine gegebene Abtaststrahllinie verarbeiten,
einer Mehrzahl von Detektoren, wobei jeder Detektor mit einer der Gruppen entsprechender Addierer in Verbindung steht und Daten von dieser empfängt, und jeder Detektor die empfangenen digitalen Abtastsignale einer zugehörigen Gruppe entsprechen der Addierer filtert, um ein Strahlformersignal zu erzeugen, und
einer Steuereinrichtung (80-83), die mit den Speichern und den Addierern in Verbindung steht und die Steuersignale erzeugt, derart, daß jeder Detektor ein Strahlfor mersignal erzeugt, das entlang einer aus einer Mehrzahl von Abtaststrahllinien fokussiert ist.
einer Mehrzahl von parallelen Empfangskanälen zur Erfassung von Ultraschall echosignalen, die von einer Mehrzahl von Abtaststrahllinien stammen, und zum Erzeugen einer entsprechenden Anzahl von digitalen Abtastsignalen in Abhängigkeit von den Ul traschallechosignalen,
wobei jeder parallele Empfangskanal einen Speicher (24-27) aufweist, der mit dem Empfangskanal in Verbindung steht, und jeder Speicher die digitalen Abtastsignale sequentiell empfängt und speichert,
einer Mehrzahl von Addierern (30-33) für jeden parallelen Empfangskanal, wobei jeder Speicher (24-27) mit den Addierern in Verbindung steht und die digitalen Abtastsignale als Reaktion auf ein Steuersignal an die Addierer weiterleitet, und jeder Addierer sequentiell mit entsprechenden Addierern in jedem der anderen parallelen Empfangskanäle in Kommunikationsverbindung steht, derart, daß jeweilige Addierer eine Gruppe von Addierern bilden, die digitale Abtastsignale für eine gegebene Abtaststrahllinie verarbeiten,
einer Mehrzahl von Detektoren, wobei jeder Detektor mit einer der Gruppen entsprechender Addierer in Verbindung steht und Daten von dieser empfängt, und jeder Detektor die empfangenen digitalen Abtastsignale einer zugehörigen Gruppe entsprechen der Addierer filtert, um ein Strahlformersignal zu erzeugen, und
einer Steuereinrichtung (80-83), die mit den Speichern und den Addierern in Verbindung steht und die Steuersignale erzeugt, derart, daß jeder Detektor ein Strahlfor mersignal erzeugt, das entlang einer aus einer Mehrzahl von Abtaststrahllinien fokussiert ist.
2. Strahlformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Addierer mit den entsprechenden Addierern in anderen Empfangskanälen über eine
Mehrzahl von Summierpfaden in Verbindung steht.
3. Strahlformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Addierer jedes digitale Abtastsignal mit dem Inhalt des Addierers zusammenfaßt
und die resultierenden Daten an den nachfolgenden Addierer in der Reihenfolge weiterlei
tet.
4. Strahlformer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeder Speicher eine FIFO-Speichereinrichtung mit einer Ausleseeinrich
tung aufweist, derart, daß Daten aus einer wahlbaren Position in dem Speicher, die durch
das Steuersignal bestimmt ist, an einen der Addierer geleitet werden.
5. Strahlformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Addierer mit den entsprechenden Addierern über eine Mehrzahl von Summierpfaden
kommuniziert.
6. Strahlformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Addierer jedes digitale Abtastsignal mit dem Inhalt des Addierers zusammenfaßt
und die resultierenden Daten zu dem in der Reihenfolge nachfolgenden Addierer überträgt.
7. Strahlformer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zeitgabe der Datenübertragungen aus der FIFO-Speichereinrichtung
zu dem Addierer durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, und daß das Filter für jede
Mehrzahl von digitalen Abtastsignalen eine Mehrzahl von Strahlformersignalen erzeugt,
wobei jedes Strahlformersignal entlang einer der Mehrzahl von Abtaststrahllinien fokussiert
ist und der Strahlformer Strahlformersignale für eine Mehrzahl von Abtaststrahllinien
durch parallele Verarbeitung erzeugt.
8. Strahlformer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abtaststrahllinien eine Gruppe von benachbarten Abtaststrahllinien bilden und daß jede
FIFO-Speichereinrichtung
einen langen FIFO-Speicher zum sequentiellen Aufnehmen der digitalen Abtastsignale und zum Erzeugen einer langen Zeitverzögerung für die digitalen Abtastsi gnale, und
eine Mehrzahl von kurzen FIFO-Speichern für die Aufnahme von lang ver zögerten, digitalen, von dem langen FIFO-Speicher stammenden Abtastsignalen und zum Erzeugen einer kurzen Zeitverzögerung für die digitalen Abtastsignale aufweist, wobei jeder kurze FIFO-Speicher mit einem der Addierer in Verbindung steht und die kurzzeitig verzögerten digitalen Abtastsignale zum Addierer überträgt,
wobei das Auslesen von Signalen aus dem langen FIFO-Speicher und aus den kurzen FIFO-Speichern durch Steuersignale der Steuereinrichtung gesteuert wird.
einen langen FIFO-Speicher zum sequentiellen Aufnehmen der digitalen Abtastsignale und zum Erzeugen einer langen Zeitverzögerung für die digitalen Abtastsi gnale, und
eine Mehrzahl von kurzen FIFO-Speichern für die Aufnahme von lang ver zögerten, digitalen, von dem langen FIFO-Speicher stammenden Abtastsignalen und zum Erzeugen einer kurzen Zeitverzögerung für die digitalen Abtastsignale aufweist, wobei jeder kurze FIFO-Speicher mit einem der Addierer in Verbindung steht und die kurzzeitig verzögerten digitalen Abtastsignale zum Addierer überträgt,
wobei das Auslesen von Signalen aus dem langen FIFO-Speicher und aus den kurzen FIFO-Speichern durch Steuersignale der Steuereinrichtung gesteuert wird.
9. Strahlformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeder Speicher einen Direktzugriffsspeicher mit mehreren
Anschlüssen aufweist, der einen Einschreibanschluß und eine Mehrzahl von Auslesean
schlüssen besitzt.
10. Verfahren zum Empfangen von digitalen Abtastsignalen aus einer Mehrzahl
von Empfangskanälen in Abhängigkeit von der Erfassung von Ultraschall-Echosignalen
von einer Mehrzahl von Abtaststrahlzeilen oder Abtaststrahllinien, und zur gleichzeitigen
Erzeugung von Strahlformersignalen für die Mehrzahl von Abtaststrahllinien, mit den
Schritten:
Übertragen der digitalen Abtastsignale von jedem der Empfangskanäle zu einem Speicher mit einer Folge von Positionen, wobei jeder der Speicher die digitalen Abtastsi gnale empfängt und diese sequentiell in den Positionen speichert,
Auslesen von digitalen Abtastsignalen aus jedem Speicher und Anlegen an einen aus einer Mehrzahl von mit dem Speicher in Verbindung stehenden Addierern, wobei jeder Addierer einem Addierer in jedem der anderen Empfangskanäle entspricht und sequentiell mit diesem kommuniziert, wobei die entsprechenden Addierer eine Gruppe aus Addierern bilden, die Signale für eine der Abtaststrahllinien verarbeiten,
Zusammenfassen der Signale mit Signalen von entsprechenden Addierern in anderen Empfangskanälen, und
Filtern der von allen Addieren zusammengefaßten Signale, die jeder Abtast strahlzeile entsprechen, um ein Strahlformungssignal für jede der Abtaststrahlzeilen zu bilden.
Übertragen der digitalen Abtastsignale von jedem der Empfangskanäle zu einem Speicher mit einer Folge von Positionen, wobei jeder der Speicher die digitalen Abtastsi gnale empfängt und diese sequentiell in den Positionen speichert,
Auslesen von digitalen Abtastsignalen aus jedem Speicher und Anlegen an einen aus einer Mehrzahl von mit dem Speicher in Verbindung stehenden Addierern, wobei jeder Addierer einem Addierer in jedem der anderen Empfangskanäle entspricht und sequentiell mit diesem kommuniziert, wobei die entsprechenden Addierer eine Gruppe aus Addierern bilden, die Signale für eine der Abtaststrahllinien verarbeiten,
Zusammenfassen der Signale mit Signalen von entsprechenden Addierern in anderen Empfangskanälen, und
Filtern der von allen Addieren zusammengefaßten Signale, die jeder Abtast strahlzeile entsprechen, um ein Strahlformungssignal für jede der Abtaststrahlzeilen zu bilden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt der Zusammenfassung des Signals mit Signalen von entsprechenden Addierern in
anderen Empfangskanälen den Schritt des Addierens von Signalen mittels einer Mehrzahl
von Summierpfaden enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt des Auslesens von digitalen Abtastsignalen aus jedem Speicher den Schritt
des Auslesens von digitalen Abtastsignalen aus Positionen in dem Speicher enthält, die
derart gesteuert werden, daß effektiv eine Zeitverzögerung in jedem das Signal hervor
gerufen wird, derart, daß das Strahlformersignal für eine der Abtaststrahllinien durch jede
der entsprechenden Addierergruppen mittels paralleler Verarbeitung erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt des Zusammenfassens des Signals mit Signalen von ent
sprechenden Addierern in anderen Empfangskanälen den Schritt des Addierens von Si
gnalen mittels einer Mehrzahl von Summierpfaden enthält.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt des Auslesens von digitalen Abtastsignalen aus Positionen
in dem Speicher die Schritte aufweist:
Auslesen von digitalen Abtastsignalen aus Positionen in einem langen FIFO- Speicher, die derart gesteuert werden, daß effektiv eine lange Zeitverzögerung in jedem der Signale hervorgerufen wird,
Einschreiben jedes digitalen Abtastsignals aus dem langen FIFO-Speicher in eine Mehrzahl von kurzen FIFO-Speichern, wobei jeder der kurzen FIFO-Speicher mit einem der Addierer in Verbindung steht, und
Zuführen der digitalen Abtastsignale aus Positionen in dem kurzen FIFO- Speicher zu jedem der entsprechenden Addierer, wobei diese derart gesteuert werden, daß effektiv eine kurze Zeitverzögerung in jedem der Signale hervorgerufen wird.
Auslesen von digitalen Abtastsignalen aus Positionen in einem langen FIFO- Speicher, die derart gesteuert werden, daß effektiv eine lange Zeitverzögerung in jedem der Signale hervorgerufen wird,
Einschreiben jedes digitalen Abtastsignals aus dem langen FIFO-Speicher in eine Mehrzahl von kurzen FIFO-Speichern, wobei jeder der kurzen FIFO-Speicher mit einem der Addierer in Verbindung steht, und
Zuführen der digitalen Abtastsignale aus Positionen in dem kurzen FIFO- Speicher zu jedem der entsprechenden Addierer, wobei diese derart gesteuert werden, daß effektiv eine kurze Zeitverzögerung in jedem der Signale hervorgerufen wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/270,868 US5544128A (en) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | Multi-beam digital beamforming method and apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19524505A1 true DE19524505A1 (de) | 1996-01-11 |
DE19524505C2 DE19524505C2 (de) | 2000-05-18 |
Family
ID=23033152
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19524505A Expired - Lifetime DE19524505C2 (de) | 1994-07-05 | 1995-07-05 | Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Strahlformung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5544128A (de) |
JP (1) | JP3645938B2 (de) |
DE (1) | DE19524505C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1620015A2 (de) * | 2003-01-15 | 2006-02-01 | University Of Virginia Patent Foundation | Effizientes ultraschallsystem für die zweidimensionale c-scan-darstellung und verwandte verfahren |
US9244160B2 (en) | 2003-01-14 | 2016-01-26 | University Of Virginia Patent Foundation | Ultrasonic transducer drive |
US9275630B2 (en) | 2003-01-14 | 2016-03-01 | University Of Virginia Patent Foundation | Ultrasound imaging beam-former apparatus and method |
Families Citing this family (50)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5667373A (en) * | 1994-08-05 | 1997-09-16 | Acuson Corporation | Method and apparatus for coherent image formation |
US5793701A (en) * | 1995-04-07 | 1998-08-11 | Acuson Corporation | Method and apparatus for coherent image formation |
US5676148A (en) * | 1995-03-31 | 1997-10-14 | Siemens Medical Systems Inc. | Method and system for doppler ultrasound audio dealiasing |
US5590658A (en) * | 1995-06-29 | 1997-01-07 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging system |
US7500952B1 (en) | 1995-06-29 | 2009-03-10 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging system |
US8241217B2 (en) | 1995-06-29 | 2012-08-14 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging data |
GB9523072D0 (en) * | 1995-11-10 | 1996-04-24 | British Aerospace | Improvements in sonar data processing |
US5919137A (en) * | 1996-12-04 | 1999-07-06 | Acuson Corporation | Ultrasonic diagnostic imaging system with programmable acoustic signal processor |
US6056691A (en) | 1998-06-24 | 2000-05-02 | Ecton, Inc. | System for collecting ultrasound imaging data at an adjustable collection image frame rate |
DE50007298D1 (de) * | 1999-05-10 | 2004-09-09 | Infineon Technologies Ag | Empfängerschaltung für kommunikationsendgerät und verfahren zur signalverarbeitung in einer empfängerschaltung |
US7399279B2 (en) * | 1999-05-28 | 2008-07-15 | Physiosonics, Inc | Transmitter patterns for multi beam reception |
GB2355529B (en) * | 1999-07-28 | 2004-01-28 | Furuno Electric Co | Signal processing method and apparatus,and sonar systems |
US6468213B1 (en) | 1999-09-14 | 2002-10-22 | Ecton, Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6561979B1 (en) | 1999-09-14 | 2003-05-13 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6508763B1 (en) | 1999-09-14 | 2003-01-21 | Ecton, Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6488625B1 (en) | 1999-09-14 | 2002-12-03 | Ecton, Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6524244B1 (en) | 1999-09-14 | 2003-02-25 | Ecton Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6436039B1 (en) | 1999-09-14 | 2002-08-20 | Ecton, Inc. | Medicial diagnostic ultrasound system and method |
US6312381B1 (en) | 1999-09-14 | 2001-11-06 | Acuson Corporation | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US7678048B1 (en) | 1999-09-14 | 2010-03-16 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6497664B1 (en) | 1999-09-14 | 2002-12-24 | Ecton, Inc. | Medical diagnostic ultrasound system and method |
US6695783B2 (en) * | 2000-12-22 | 2004-02-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Multiline ultrasound beamformers |
US6666823B2 (en) | 2001-04-04 | 2003-12-23 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Beam combination method and system |
US6856911B2 (en) * | 2001-06-08 | 2005-02-15 | Pgs Americas, Inc. | Pseudo-offset migration |
CN1307427C (zh) * | 2002-08-28 | 2007-03-28 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 基于线性插值的波束合成器及其合成方法 |
US7297118B2 (en) * | 2003-06-12 | 2007-11-20 | Ge Medical Systems Global Technology Company | Ultrasound method and apparatus for multi-line acquisition |
CN100337595C (zh) * | 2004-06-18 | 2007-09-19 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 基于零陷对准插值的波束合成方法及装置 |
US7611463B2 (en) * | 2004-10-28 | 2009-11-03 | General Electric Company | Ultrasound beamformer with high speed serial control bus packetized protocol |
US8002708B2 (en) * | 2005-01-11 | 2011-08-23 | General Electric Company | Ultrasound beamformer with scalable receiver boards |
US20070016023A1 (en) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Scalable ultrasound system and methods |
US7757557B2 (en) * | 2005-10-14 | 2010-07-20 | Olympus Ndt | Ultrasonic detection measurement system using a tunable digital filter with 4x interpolator |
CN101190134B (zh) * | 2006-11-28 | 2011-09-07 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 超声波诊断系统中的多波束发射和接收方法及其装置 |
WO2008124841A2 (en) | 2007-04-10 | 2008-10-16 | C. R. Bard, Inc. | Low power ultrasound system |
CN101373181B (zh) | 2007-08-24 | 2012-03-21 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 实时计算逐点变迹系数的方法及装置 |
US9314223B2 (en) * | 2007-10-23 | 2016-04-19 | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd. | Multi-stage digital ultrasound beamformer |
US9022938B2 (en) * | 2007-10-25 | 2015-05-05 | Madison Co., Ltd. | Ultrasound diagnostic device and method for forming scan line data |
US8834369B2 (en) * | 2008-06-27 | 2014-09-16 | Texas Instruments Incorporated | Receive beamformer for ultrasound |
US8670778B2 (en) * | 2008-09-29 | 2014-03-11 | Qualcomm Incorporated | Dynamic sectors in a wireless communication system |
US20100228130A1 (en) * | 2009-03-09 | 2010-09-09 | Teratech Corporation | Portable ultrasound imaging system |
US8416643B2 (en) * | 2009-03-24 | 2013-04-09 | Texas Instruments Incorporated | Receive beamformer for ultrasound having delay value sorting |
US8171333B2 (en) * | 2009-07-15 | 2012-05-01 | Texas Instruments Incorporated | Sub-beam forming transmitter circuitry for ultrasound system |
US8248885B2 (en) * | 2009-07-15 | 2012-08-21 | National Semiconductor Corporation | Sub-beam forming receiver circuitry for ultrasound system |
US8279705B2 (en) * | 2010-10-20 | 2012-10-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic transmission/reception method |
JP6188393B2 (ja) * | 2012-11-30 | 2017-08-30 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 超音波診断装置及び制御プログラム |
US10405829B2 (en) | 2014-12-01 | 2019-09-10 | Clarius Mobile Health Corp. | Ultrasound machine having scalable receive beamformer architecture comprising multiple beamformers with common coefficient generator and related methods |
CN107209255B (zh) | 2015-01-29 | 2022-03-01 | 皇家飞利浦有限公司 | 多线接收波束形成器以及相关的系统和方法 |
KR101925144B1 (ko) * | 2017-01-12 | 2019-02-27 | 삼성메디슨 주식회사 | 초음파 프로브, 초음파 영상장치, 및 그 제어방법 |
CN108828536B (zh) * | 2018-04-25 | 2022-03-22 | 西安电子科技大学 | 基于二阶锥规划的宽带发射数字波束形成干扰设计方法 |
KR20200100469A (ko) * | 2019-02-18 | 2020-08-26 | 삼성메디슨 주식회사 | 아날로그 빔포머 |
WO2020205949A1 (en) * | 2019-04-03 | 2020-10-08 | Butterfly Network, Inc. | Methods and apparatuses for elevational beamforming of ultrasound data |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0523455A1 (de) * | 1991-07-02 | 1993-01-20 | Fujitsu Limited | Ultraschallempfänger |
EP0559419A1 (de) * | 1992-03-02 | 1993-09-08 | General Electric Company | Ultraschallstrahlbündler für "phased array" unter Verwendung von übertastenden A/D-Wandlern |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4796236A (en) * | 1986-12-29 | 1989-01-03 | General Electric Company | Architecture for ultrasonic imaging |
US4800891A (en) * | 1987-11-13 | 1989-01-31 | Siemens Medical Laboratories, Inc. | Doppler velocity processing method and apparatus |
US5263483A (en) * | 1991-11-20 | 1993-11-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Beam former for ultrasonic diagnostic apparatus |
US5369624A (en) * | 1993-03-26 | 1994-11-29 | Siemens Medical Systems, Inc. | Digital beamformer having multi-phase parallel processing |
US5388079A (en) * | 1993-03-26 | 1995-02-07 | Siemens Medical Systems, Inc. | Partial beamforming |
-
1994
- 1994-07-05 US US08/270,868 patent/US5544128A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-07-05 DE DE19524505A patent/DE19524505C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-07-05 JP JP17004095A patent/JP3645938B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0523455A1 (de) * | 1991-07-02 | 1993-01-20 | Fujitsu Limited | Ultraschallempfänger |
EP0559419A1 (de) * | 1992-03-02 | 1993-09-08 | General Electric Company | Ultraschallstrahlbündler für "phased array" unter Verwendung von übertastenden A/D-Wandlern |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z: Ultrasonics 1990, Vol. 28, March, S.124-126 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9244160B2 (en) | 2003-01-14 | 2016-01-26 | University Of Virginia Patent Foundation | Ultrasonic transducer drive |
US9275630B2 (en) | 2003-01-14 | 2016-03-01 | University Of Virginia Patent Foundation | Ultrasound imaging beam-former apparatus and method |
EP1620015A2 (de) * | 2003-01-15 | 2006-02-01 | University Of Virginia Patent Foundation | Effizientes ultraschallsystem für die zweidimensionale c-scan-darstellung und verwandte verfahren |
EP1620015A4 (de) * | 2003-01-15 | 2007-07-04 | Univ Virginia | Effizientes ultraschallsystem für die zweidimensionale c-scan-darstellung und verwandte verfahren |
US7402136B2 (en) | 2003-01-15 | 2008-07-22 | University Of Virginia Patent Foundation | Efficient ultrasound system for two-dimensional C-scan imaging and related method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19524505C2 (de) | 2000-05-18 |
US5544128A (en) | 1996-08-06 |
JPH0854459A (ja) | 1996-02-27 |
JP3645938B2 (ja) | 2005-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19524505C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Strahlformung | |
DE69831698T2 (de) | Tragbares Ultraschalldiagnosegerät mit einem digitalen Strahlformer | |
DE2855888C2 (de) | Anlage und Verfahren zur Ultraschall- Abbildung mit verbesserter seitlicher Auflösung | |
DE19581713B4 (de) | Basisbandprozessor eines Empfangsstrahlformersystems | |
DE3917003C2 (de) | ||
DE4402098C2 (de) | Ultraschallstrahlformer | |
DE3742550C2 (de) | ||
DE602004002523T2 (de) | Diagnostische ultraschall-bildgebende Vorrichtung mit einem 2D Schallkopf mit variablen Subarrays | |
DE19505501C2 (de) | Ultraschallaufnahmegerät | |
DE3025628C2 (de) | ||
EP0245740B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur digitalen Verzögerung von Ultraschallsignalen im Empfangsfall | |
DE69923748T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ultraschall- Bilddatenerfassung mit Erhöhung der Bildfrequenz und Bildauflösung | |
DE19756024A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur Schaffung dynamisch veränderlicher Zeitverzögerungen für einen Ultraschall-Strahlformer | |
DE19581718T5 (de) | Verfahren und Vorrichtung für Sendestrahlformersystem | |
DE102007060209B4 (de) | Auf Fractional-Delay-Filter basierte Beamforming-Vorrichtung, die Nachfiltern verwendet | |
EP1621879B1 (de) | Ultraschallempfänger mit frühzeitiger Signaldigitalisierung und dessen Verwendung | |
DE3831537A1 (de) | Verfahren und anordnung zum adaptiven reduzieren von phasenaberrationsauswirkungen | |
DE69535537T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum digitalen mehrkanalempfang und zur diagnose mittels ultraschall | |
EP0208995A1 (de) | Verfahren und Gerät zur Ultraschall-Abtastung eines Objekts | |
DE3440853A1 (de) | Ultraschall-abbildungsvorrichtung | |
DE4345308C2 (de) | Ultraschalldiagnosevorrichtung | |
DE3634504C2 (de) | ||
DE19756686A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur komplexen Bandpassfilterung und Dezimierung in einem Ultraschall-Strahlbündelformer | |
DE19753508A1 (de) | Ultraschallbildgebungssystemarchitektur unter Anwendung geschalteter Transducerelemente | |
DE2950005A1 (de) | Geraet zur ultraschall-abtastung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G10K 11/34 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: KRAMER - BARSKE - SCHMIDTCHEN, 81245 MUENCHEN |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SIEMENS MEDICAL SOLUTIONS USA,INC.(N.D.GES.D.S, US |
|
R071 | Expiry of right |