DE19915583A1 - Device and method for 3D real-time sonography - Google Patents
Device and method for 3D real-time sonographyInfo
- Publication number
- DE19915583A1 DE19915583A1 DE1999115583 DE19915583A DE19915583A1 DE 19915583 A1 DE19915583 A1 DE 19915583A1 DE 1999115583 DE1999115583 DE 1999115583 DE 19915583 A DE19915583 A DE 19915583A DE 19915583 A1 DE19915583 A1 DE 19915583A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- real
- signal
- transmission signal
- time
- receivers
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 47
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 241000288673 Chiroptera Species 0.000 description 1
- 241001125840 Coryphaenidae Species 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007340 echolocation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 210000003709 heart valve Anatomy 0.000 description 1
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B42/00—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means
- G03B42/06—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
-
- 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
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8993—Three dimensional imaging systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die 3D-Echtzeitsonographie mit einem Ultraschallkopf, einer Signalverarbeitung und einer Anzeigeeinrichtung, bei der die Geschwindigkeit der Datenerfassung über unbekannte Strukturen nur durch die Physik der Schalleitung im jeweiligen Körper begrenzt ist.The invention relates to an apparatus and a method for 3D real-time ultrasound with an ultrasound head, one Signal processing and a display device in which the Speed of data acquisition over unknown structures only through the physics of the formwork conductor in the respective body is limited.
In der Ultraschalldiagnostik wird in der einfachsten Anwendung ein Ultraschallimpuls in ein Gewebe ausgesendet und die zurückkommenden Echoimpulse werden in bezug auf die Laufzeit ausgewertet, um die Tiefe und den Umfang bzw. den Verlauf einer bestimmten Struktur, an der die Reflexionen entstehen, zu bestimmen. Bei den herkömmlichen Geräten der Ultraschalldiagnostik werden Ultraschallköpfe eingesetzt, die in den bekanntesten Ausführungen aus einer linearen Anordnung einzelner mechanisch getrennter Piezoelemente bestehen. Die Piezoelemente senden eine Impulsfolge in das Gewebe aus und empfangen dann in einer festgelegten Zeitperiode kontinuier lich die zurückkommenden Echosignale. Dieselben Piezoelemente wirken dann zum Empfang der Echoimpulse als Drucksensoren. Die Zeitperiode wird dabei durch das letzte am Sensor ankommende Echosignal aus der tiefsten Reflexionszone bestimmt. Bei einem derartigen Ultraschallsystem dienen im allgemeinen dieselben Piezoelemente sowohl als Sender als auch als Empfänger. In den entstehenden Abbildungen, die von einem großen Rauschanteil überlagert sind, sind dann eventuell bestimmte Strukturen erkennbar, die in den meisten Fällen nur aufgrund einer großen Erfahrung des Arztes exakt beurteilt werden können.In ultrasound diagnostics is the simplest Application emitting an ultrasound pulse into a tissue and the returning echo pulses are related to the Runtime evaluated to the depth and the extent or the Course of a certain structure on which the reflections arise to determine. With the conventional devices of Ultrasound diagnostics use ultrasound heads that in the best known versions from a linear arrangement individual mechanically separated piezo elements exist. The Piezo elements send a pulse train into the tissue and then received continuously in a fixed period of time Lich the returning echo signals. The same piezo elements then act as pressure sensors to receive the echo pulses. The time period is determined by the last one on the sensor incoming echo signal from the deepest reflection zone certainly. In such an ultrasound system generally the same piezo elements as both transmitters also as a recipient. In the resulting pictures, by a large amount of noise are then possibly recognizable certain structures, which in most Precise cases only due to a great experience of the doctor can be assessed.
Die Auflösung (lateral und axial) war bisher ein wesentliches Kriterium für die Güte und Qualität eines Ultraschallgeräts. Üblich ist eine Auflösung von 0,5 mm ( = 500 µm). The resolution (lateral and axial) has so far been an essential one Criterion for the quality and quality of an ultrasound device. A resolution of 0.5 mm (= 500 µm) is common.
Damit hat die Entwicklung der "Scanning-Impulstechnik" aufgrund der physikalischen Grenzen der verwendeten Techno logien ihr Ende gefunden. Nur mit sehr hohem Aufwand ist es durch moderne Computertechnik (Hardware) und moderne Verfahren aus der Signalverarbeitung (Software) überhaupt möglich, geringe Verbesserungen der Bildqualität zu erzielen. Eine weitere Verbesserung der Bildqualität könnte durch spezielle Kontrastmittel, die dem Patienten verabreicht werden, erzielt werden, jedoch sind diese Mittel häufig mit erheblichen Belastungen für den Patienten verbunden und deren Einsatz ist deshalb umstritten.The development of "scanning pulse technology" due to the physical limits of the techno used logies found their end. It is only with great effort through modern computer technology (hardware) and modern Processes from signal processing (software) in general possible to achieve slight improvements in image quality. A further improvement of the picture quality could by special contrast agent administered to the patient are achieved, but these funds are often included considerable burdens on the patient and their Use is therefore controversial.
Bei herkömmlichen 3D-Ultraschallgeräten wird ebenfalls diese "klassische" Scanning-Technologie eingesetzt, ähnlich den CT- Geräten, bei der Aufnahme von "Schichten" aus dem Körper. Aufgrund der damit verbundenen enormen Datenmenge sind diesen Technologien enge Grenzen in bezug auf eine "Echtzeit"- Datenerfassung gesetzt. In der Regel werden bei Aufnahmen der betroffenen Volumina zwischen 0,3 s und 2 min benötigt, wobei alle störenden Patientenbewegungen (innerlich wie äußerlich) entweder nicht stattfinden dürfen oder als statistische Störung mit eingerechnet werden müssen. Dadurch wird die Genauigkeit stark beeinträchtigt.This is also the case with conventional 3D ultrasound devices "classic" scanning technology used, similar to CT Devices, when absorbing "layers" from the body. Due to the enormous amount of data associated with this, these are Technologies narrow limits in terms of "real time" - Data acquisition set. As a rule, when recording, the affected volumes between 0.3 s and 2 min all disturbing patient movements (internally and externally) either not allowed to take place or as statistical Disturbance must be included. This will make the Accuracy severely affected.
In dem US-Patent 5,601,083 wird ein Gerät beschrieben, das die Ellipsoidal-Backprojection benutzt, um die Auflösung zu verbessern. Das Gerät besitzt ein Empfängerarray, bei dem jedes Empfangselement einem Rekonstruktionsbildpunktwinkel entspricht. Die von dem Empfänger aufgenommenen Echos werden in einem Amplitudenfunktionsgenerator als Funktion des Rekonstruktionsbildpunktwinkels gewichtet. In einer nach folgenden Backprojection-Bildrekonstruktionsverarbeitung wird aus den gewichteten Echos ein Bild rekonstruiert und dargestellt. U.S. Patent 5,601,083 describes an apparatus which the ellipsoidal backprojection used to resolve improve. The device has a receiver array in which each receiving element has a reconstruction pixel angle corresponds. The echoes picked up by the receiver become in an amplitude function generator as a function of Reconstruction pixel angle weighted. In a post following back projection image reconstruction processing reconstructs an image from the weighted echoes and shown.
In der jüngsten Entwicklung der Sonographie hat die dreidimensionale Darstellung eine entscheidende Weiterent wicklung erfahren. Die dreidimensionalen Bilder werden bei den dabei bekannt gewordenen Verfahren aus Einzelbildern berechnet. Hauptproblem war hier bislang der sehr hohe Zeitbedarf für die Berechnung dieser Bilder. Durch die Bereitstellung schneller Rechner lassen sich heute auch größere Bildsequenzen mit über 30 Bildern problemlos innerhalb von ca. 10-15 s berechnen. Es handelt sich aber immer noch nicht um eine Echtzeitdarstellung, d. h. die bereits beschriebenen Nachteile bleiben erhalten.In the recent development of sonography, the three-dimensional representation a decisive further experienced development. The three-dimensional images are at the known process from single images calculated. The main problem so far has been the very high one Time required to calculate these images. Through the Fast computers can also be provided today larger picture sequences with more than 30 pictures without problems calculate within approx. 10-15 s. But it is still not a real-time representation, i.e. H. the Disadvantages already described remain.
Grundlage jeder dreidimensionalen Ultraschalltechnologie ist die Erfassung mehrerer in ihrer Lage genau bestimmter zweidimensionaler Bildebenen, deren Gesamtheit ein Volumen ergibt. Ein spezieller Schallkopf enthält z. B. einen Motor, der auf Knopfdruck das innere Array-Schallelement je nach Art des Kopfes um 10° bis 95° schwenkt. Dadurch erhält man eine Vielzahl von Schnittebenen, die in gleichem Abstand vonein ander stehen. Die aufgenommenen Echos werden nach der Signalverarbeitung und Quantisierung als digitale Signale ortsgetreu in einem Volumenspeicher abgelegt. Die Aufnahme zeit beträgt je nach Volumengröße, Art des Kopfes und Schwenkgeschwindigkeit des Schallelementes zwischen 0,3 s und 2 min. Aus dem Volumenspeicher können dann sämtliche Schnittebenen innerhalb des jeweiligen Volumens berechnet und dargestellt werden. Die dreidimensionalen Bilder lassen sich dann entweder als Einzelbilder oder in Form einer Rotations animation nacheinander auf dem Monitor darstellen.The basis of every three-dimensional ultrasound technology is the detection of several precisely determined in their position two-dimensional image planes, the entirety of which is volume results. A special transducer contains e.g. B. an engine, the inner array sound element at the push of a button depending on the type of the head swings by 10 ° to 95 °. This gives you one Large number of cutting planes that are equidistant from one another stand differently. The recorded echoes are after the Signal processing and quantization as digital signals stored in a volume memory true to location. The recording time is depending on volume size, type of head and Swing speed of the sound element between 0.3 s and 2 min. All of them can then be saved from the volume memory Section planes calculated within the respective volume and being represented. The three-dimensional images can be then either as single images or in the form of a rotation Display animation one after the other on the monitor.
In einem anderen Verfahren werden die Volumendaten extern erfaßt. Die Bewegung des Schallelementes ist dabei mit einem Positionsgeber gekoppelt. Der Schallkopf kann dann auch von Hand bewegt werden. Zusammen mit den Bilddaten muß hier die Bildposition erfaßt und gespeichert werden. Es kann dann zwar ein Standard-Schallkopf verwendet werden, aber das System ist sehr unhandlich und erfordert einen hohen Zeitaufwand für die Erfassung der Bilddaten. Da der Abstand der einzelnen zwei dimensionalen Bilder nicht identisch ist, kann es zu Über schneidungen der Schnittebenen kommen, die zu schlechten Darstellungen führen.In another process, the volume data is external detected. The movement of the sound element is one Position transmitter coupled. The transducer can then also from Be moved by hand. Together with the image data, the Image position can be captured and saved. Then it can a standard transducer can be used, but the system is very unwieldy and requires a lot of time for the Acquisition of the image data. Because the distance between each two dimensional images is not identical, it may be too intersections of the cutting planes come that are too bad Presentations.
Die weiteren Nachteile beider Verfahren bestehen darin, daß die Schallköpfe im allgemeinen nur an dem speziell dafür vorgesehenen Gerät betrieben werden können, da sonst die Ortsbestimmung verloren geht. Zum anderen liegt keine Echtzeitdarstellung vor, da die Schnittebenen nacheinander erfaßt werden. Für eine kardiologische Untersuchung kann die Darstellung einer Reaktion des Herzens erst nach 6 bis 7 Sekunden unter bestimmten Bedingungen wertlos sein. In vielen Fällen ist es gerade für den Arzt sehr wichtig, eine Änderung sofort zu erfassen. Es gehen die Bestrebungen in der Diagnostik also unbedingt in Richtung einer Echtzeitdar stellung.The other disadvantages of both methods are that the transducers in general only on the specially for this provided device can be operated, otherwise the Location is lost. On the other hand, there is none Real-time display, because the cutting planes one after the other be recorded. For a cardiological examination, the Representation of a heart reaction only after 6 to 7 Seconds worthless under certain conditions. In many In cases it is very important for the doctor to make a change to grasp immediately. The efforts in the Diagnostics are therefore definitely in the direction of real-time position.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät zu schaffen, das eine hohe Bildqualität und eine schnelle Datenerfassung realisiert und eine 3D-Visualisierung in Echtzeit ermöglicht.The object of the present invention is a To create a device that has high image quality and Fast data acquisition and a 3D visualization enabled in real time.
Die Aufgabe wird mit Hilfe einer Vorrichtung für die 3D- Echtzeitsonographie gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Die Vorrichtung besteht aus einem Ultraschallkopf, einer Signalverarbeitung und einer Anzeige einrichtung, bei der der Ultraschallkopf aus mindestens einem Sender und separat dazu mindestens drei Empfängern besteht, deren Positionen zu den Sendern bekannt sind, die Signal verarbeitung aus einem Signalgenerator zur Erzeugung eines Sendesignals mit einer beliebigen Modulationsfunktion, einem Korrelator an jedem Empfänger, der jeweils mit dem Signal generator verbunden ist, einer Berechnungseinheit für die Bestimmung der Wege des Sendesignals über die reflektierende Struktur zu den Empfängern an jedem Korrelator, und einer Berechnungseinheit für die Bestimmung der Raumkoordinaten der reflektierenden Struktur, an die jede Berechnungseinheit für die Bestimmung der Wege des Sendesignals über die reflek tierende Struktur zu den Empfängern angeschlossen ist, besteht.The task is accomplished with the help of a device for the 3D Real-time sonography according to claim 1 and a method solved according to claim 7. The device consists of a Ultrasound head, signal processing and display device in which the ultrasound head consists of at least one Transmitter and separately there are at least three receivers, whose positions to the transmitters are known, the signal processing from a signal generator to generate a Transmitted signal with any modulation function, one Correlator on each receiver, each with the signal generator is connected, a calculation unit for the Determination of the paths of the transmission signal via the reflective Structure to the receivers at each correlator, and one Calculation unit for determining the spatial coordinates of the reflective structure to which each calculation unit for the determination of the paths of the transmission signal via the reflec ting structure is connected to the receivers, consists.
Es ist dem Anwender dabei völlig freigestellt, wo er den oder die Sender und Empfänger an dem Medium mit der zu unter suchenden Struktur anordnet. Es ist dadurch möglich, die günstigsten "Betrachtungs- und Beleuchtungswinkel" einer im Innern eines Mediums liegenden Struktur zu ermitteln. Werden mindestens drei Empfänger in einer Ebene angeordnet und diese als die "Sichtfenster" bestimmt, d. h. als die Bezugsebene für alle Sender, kann eine schattenfreie Abbildung einer in einem Medium eingebetteten Struktur erzeugt werden. Es ist dem Anwender auch freigestellt, wieviel Sender und wieviel Empfänger angeordnet werden. Für eine dreidimensionale Darstellung sind aber mindestens ein Sender und drei Empfänger oder drei Sender und ein Empfänger erforderlich.It is completely up to the user where he or she the sender and receiver on the medium with the under arranges structure. This makes it possible to cheapest "viewing and lighting angle" one in Structure to be determined within a medium. Become at least three receivers arranged in one level and this determined as the "viewing window", d. H. as the reference plane for all transmitters, can be a shadow-free illustration of one in one Medium embedded structure can be created. It is that Users also exempted how many transmitters and how much Receiver can be arranged. For a three-dimensional However, at least one transmitter and three are shown Receiver or three transmitters and one receiver required.
Die Sender und Empfänger können z. B. auch so angeordnet werden, dass das Sendesignal von der Seite auf die Struktur trifft oder das Medium liegt zwischen den Sendern und den Empfängern. Die Echosignale werden dann im wesentlichen von der Absorptionsgüte des Mediums und der zu untersuchenden Struktur beeinflußt. Sind mehrere Sender vorhanden, können Echosignale empfangen werden, die sowohl die Absorptionsgüte als auch die Reflexionsgüte einer Struktur widerspiegeln.The transmitter and receiver can e.g. B. also arranged so that the broadcast signal from the side to the structure hits or the medium lies between the transmitters and the Recipients. The echo signals are then essentially from the absorption quality of the medium and those to be examined Structure influenced. If there are several transmitters, you can Echo signals are received, both the quality of absorption as well as reflect the quality of reflection of a structure.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung für die 3D- Echtzeitsonographie ist zwischen dem oder den Sendern und dem Korrelator und jedem Empfänger und dem Korrelator ein A/D- Wandler angeordnet. Dadurch werden die Sendesignale und die Empfängersignale digitalisiert und dann digital weiter verarbeitet.In a further embodiment of the device for the 3D Real time sonography is between the transmitter or transmitters and the Correlator and each receiver and the correlator an A / D Transducer arranged. As a result, the transmission signals and the Receiver signals digitized and then digitally further processed.
Die Vorrichtung für die 3D-Echtzeitsonographie kann nach dem A/D-Wandler des Sendesignals einen Speicher enthalten, der die digitalisierten Sendesignale speichert, um sie für jeden weiteren Beschallungsvorgang wieder in derselben Form zur Verfügung zu haben. Dazu ist der Speicher direkt oder über eine Ansteuereinheit mit dem Generator verbunden. Die Steuer einheit kann so gestaltet sein, dass sie manuell oder automatisch auslösbar ist.The device for 3D real-time ultrasonography can A / D converter of the transmission signal contain a memory that stores the digitized broadcast signals to everyone further sound process in the same form To have available. To do this, the memory is direct or via a control unit connected to the generator. The tax unit can be designed to be manual or can be triggered automatically.
Die Erfindung enthält außerdem ein Verfahren für die 3D-
Echtzeitsonographie, bei dem Ultraschallsignale von einem
Ultraschallkopf in ein Medium ausgesendet werden und die
Echosignale empfangen und auf einer Bildeinheit angezeigt
werden, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält:
The invention also includes a method for 3D real-time sonography, in which ultrasound signals are emitted from an ultrasound head into a medium and the echo signals are received and displayed on an image unit, the method comprising the following steps:
- a) Aussenden eines Sendesignals mit einer beliebigen Modulationsfunktion von mindestens einem Sender in ein Medium;a) sending a transmission signal with any one Modulation function of at least one transmitter in one Medium;
- b) Empfangen der Echosignale von mindestens drei Empfängern, die separat zu den Sendern angeordnet sind und deren Positionen zu den Sendern bekannt sind;b) receiving the echo signals from at least three receivers, which are arranged separately from the transmitters and their Positions on the transmitters are known;
- c) Korrelation der Echosignale mit dem Sendesignal zur Bestimmung der Wege des Sendesignals vom Sender über eine reflektierende Struktur im Medium bis zu den jeweiligen Empfängern, indem die Mustermerkmale des Sendesignals in den Echosignalen ermittelt werden;c) correlation of the echo signals with the transmission signal Determination of the paths of the transmission signal from the transmitter via a reflective structure in the medium down to the respective Receivers by the pattern features of the transmission signal in the Echo signals are determined;
- d) Bestimmen der Raumkoordinaten und der Reflektions- und/oder Absorptionsgüte der reflektierenden Struktur aus den Ergebnissen des Schrittes c) mit Hilfe einer Triangulation; undd) determining the spatial coordinates and the reflection and / or absorption quality of the reflective structure from the Results of step c) using triangulation; and
- e) Anzeigen der Raumkoordinaten und der Reflektions- und/oder Absorptionsgüte der reflektierenden Struktur auf einem Anzeigegerät.e) display of the spatial coordinates and the reflection and / or Absorption quality of the reflective structure on one Display device.
Werden bei dem Verfahren mehr als ein Sender eingesetzt, die ein Sedendesignal mit der gleichen Modulationsfunktion senden sollen, müssen, damit von den Empfängern die "Beleuchtungs richtungen" unterschieden werden können, die einzelnen Sender die Sendesignale nacheinander aussenden. Werden Sendesignale mit unterschiedlichen Modulationsfunktionen ausgesendet, können die Sender auch gleichzeitig ihr Sendesignal in das Medium abgeben.If more than one transmitter is used in the process, the send a sedend signal with the same modulation function should, so that the "lighting directions "can be distinguished, the individual stations send the transmission signals one after the other. Become broadcast signals with different modulation functions, the transmitters can also send their broadcast signal into the Deliver medium.
Aufgrund der Trennung der Empfänger von dem Sender besitzt das Sendesignal keine Längenbegrenzung. Seine zeitliche Dauer ist durch die Modulationsfunktion nur nach unten begrenzt.Owing to the separation of the receiver from the transmitter the transmission signal has no length limitation. Its duration is only limited by the modulation function.
Enthält die Vorrichtung nach dem Sender und den Empfängern A/D-Wandler, werden das Sendesignal und die Echosignale vor der Korrelation digitalisiert.Contains the device after the transmitter and the receivers A / D converter, the transmit signal and the echo signals before digitized the correlation.
Zur Korrelation zwischen Sendesignal und Echosignalen, bei der Reflexionspunkte des Sendesignals ermittelt werden sollen, können alle bekannten Verfahren verwendet werden. Es kann eine einfache Korrelation/Faltung oder ein Impuls kompressionsverfahren durchgeführt werden, es kann ein Wavelet-Verfahren eingesetzt werden, oder es können neuronale Netze verwendet werden, mit deren Hilfe die Merkmale des Sendesignals in den Echosignalen gesucht werden.For the correlation between the transmission signal and echo signals, at the reflection points of the transmission signal can be determined all known methods can be used. It can be a simple correlation / convolution or an impulse compression procedures can be performed, it can be a Wavelet methods can be used, or it can be neural Networks are used, with the help of the characteristics of Search signal can be searched in the echo signals.
Auf dem Anzeigegerät werden Intensitätsbilder, also 3D B- Bilder angezeigt, wobei die Wahl der Koordinaten frei ist. In der Berechnungseinheit können je nach Vorgabe die Reflexions punkte in kartesischen Koordinaten, zylindrischen Koordina ten, Polarkoordinaten oder dergleichen bestimmt werden. Intensity images, i.e. 3D B- Images are displayed, the choice of coordinates is free. In The calculation unit can, depending on the specification, reflect points in Cartesian coordinates, cylindrical coordinates ten, polar coordinates or the like can be determined.
Das Verfahren für die 3D-Echtzeitsonographie wird ebenfalls erweitert, wenn die Sendesignale in einem Speicher abgelegt werden und zur Ansteuerung des Sendegenerators für eine erneute Erzeugung der gleichen Sendesignale verwendet werden. Dieser Verfahrensschritt ist besonders dann sehr günstig, wenn ein Körper zunächst mit einem Sendesignal mit einer frei einstellbaren Modulationsfunktion beschallt wird, bis erkennbare Reflexionen auf dem Anzeigegerät sichtbar werden. Bei Wiederholungen kann dann beliebig oft das Sendesignal mit derselben Modulationsfunktion aus dem Speicher abgerufen werden.The procedure for 3D real-time sonography is also used extended when the transmission signals are stored in a memory be and to control the transmission generator for a renewed generation of the same transmission signals can be used. This process step is particularly favorable if a body is initially free with a broadcast signal with a adjustable modulation function is sonicated until visible reflections on the display device become visible. In the case of repetitions, the transmission signal can be used as often as desired retrieved the same modulation function from memory become.
Jedes Echosignal ist eine Überlagerung der Reflexionssignale aus dem Volumen. Die Echosignale werden in jedem Kanal getrennt verarbeitet und mit dem jeweiligen Sendesignal korreliert. Zur Bestimmung der Position der Reflexionspunkte muß zunächst der Weg vom Sender über die Reflexionspunkte zu den einzelnen Empfängern bestimmt werden. Dazu werden die Echosignale mit dem Sendesignal korreliert. Das sich daraus ergebende Signal zeigt zu den Zeitpunkten ein bestimmtes Signalmuster, wenn ein reflektiertes Signal eintrifft. Aus diesen Zeitpunkten werden die Ellipsen bzw. Ellipsoiden ermittelt, die durch den Weg des Sendesignals bis zu den Reflexionspunkten weiter zu den Empfängern bestimmt werden, wobei der Sender und die Empfänger in den Brennpunkten der jeweiligen Ellipsen bzw. Ellipsoiden stehn. Aus den Schnittpunkten der einzelnen zu den Empfängern gehörenden Ellipsoiden ergeben sich die Raumkoordinaten der Reflexions punkte.Each echo signal is a superimposition of the reflection signals from the volume. The echo signals are in each channel processed separately and with the respective transmission signal correlated. To determine the position of the reflection points the path from the transmitter via the reflection points must first be closed the individual recipients. To do this, the Echo signals correlated with the transmission signal. The result the resulting signal shows a certain one at the times Signal pattern when a reflected signal arrives. Out The ellipses or ellipsoids become these times determined by the path of the transmission signal to the Reflection points are further determined to the receivers with the transmitter and the receiver in the focal points of the respective ellipses or ellipsoids. From the Intersections of the individual recipients Ellipsoids result in the spatial coordinates of the reflection Points.
Der entscheidende Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren liegt in dem Umstand begründet, dass die einzelnen Ebenen der Reflexionen nicht nacheinander aufgenommen werden, sondern alle Daten gleichzeitig erfaßt werden. Diese Tatsache ist eine wesentliche Voraussetzung für eine Echtzeitsonographie, die bisher nicht realisiert wurde. Dadurch ist es erstmalig möglich, auch bewegte Strukturen in Echtzeit zu verfolgen, z. B. die Bewegung der Herzklappen als 3D Bild in Zeitlupe. Dem Kardiologen und dem Gynäkologen werden dadurch sehr wichtige Instrumente in die Hand gegeben.The decisive difference to the conventional processes is due to the fact that the individual levels of Reflections are not recorded one after the other, but all data are recorded simultaneously. That fact is an essential requirement for real-time sonography, that has not yet been realized. This is the first time possible to track moving structures in real time, e.g. B. the movement of the heart valves as a 3D image in slow motion. This makes cardiologists and gynecologists very happy important instruments in hand.
Entsprechend den physikalischen Gegebenheiten nimmt die Eindringtiefe mit zunehmender Frequenz ab. Dieser grund sätzliche Widerspruch haftet der Untersuchung von lebender Materie grundsätzlich an. Der Widerspruch kann verringert werden, wenn die Beschallungsenergie erhöht wird, was jedoch in lebender Materie nur begrenzt möglich ist. Durch die erfinderische Lösung ist die Möglichkeit gegeben, eine sehr hohe Auflösung bei gleichzeitig großer Eindringtiefe zu erzielen. Die Ultraschalldiagnostik kann dadurch mit sehr niedrigen Energien und damit mit der geringstmöglichen Belastung des Patienten vorgenommen werden. Bei den herkömm lichen Verfahren beträgt die maximale Auflösung 1,5 mm bei einer Eindringtiefe von etwa 20 cm. Bei dem erfinderischen Verfahren beträgt z. B. bei einer Eindringtiefe von 30 cm die Auflösung konstant 0,1 mm. Die Auflösung kann bis auf 0,05 mm erhöht werden.According to the physical conditions, the Penetration depth with increasing frequency. This reason Additional contradiction is the investigation of living Matter basically. The contradiction can be reduced when the sound energy is increased, but what is only possible to a limited extent in living matter. Through the The solution is given a very inventive solution high resolution with a large penetration depth achieve. Ultrasound diagnostics can be very useful low energies and thus with the lowest possible Load on the patient. With the conventional process, the maximum resolution is 1.5 mm a penetration depth of about 20 cm. With the inventive The procedure is e.g. B. at a penetration depth of 30 cm Resolution constant 0.1 mm. The resolution can go down to 0.05 mm increase.
Es wird ein beliebig moduliertes Ultraschallsignal (z. B. auch eine wachsende oder fallende Frequenzfolge - in Anlehnung an die bei Fledermäusen und Delphinen verwendete Methode der Echoortung) ausgesendet. Mit einem einzigen solchen Signal kann die Information für das gesamte Bildvolumen erhalten werden, wobei der Zeitaufwand hierfür je nach Tiefe der Struktur im Medium im Mikrosekundenbereich liegen kann. Die Echosignale werden "parallel" und dadurch sehr viel zeiteffizienter als bei den herkömmlichen Verfahren erfaßt. An arbitrarily modulated ultrasound signal (e.g. also a growing or falling frequency sequence - based on the method of bats and dolphins used Echolocation). With a single such signal can get the information for the entire image volume be, the time required for this depending on the depth of the Structure in the medium can be in the microsecond range. The Echo signals become "parallel" and therefore very much recorded more time-efficiently than with the conventional methods.
Ein weiterer entscheidender Vorteil besteht darin, dass die Darstellung der erfaßten Strukturen wesentlich weniger Rauschanteile enthält. Die Anzeige wird dadurch bedeutend deutlicher, d. h. die Erfahrungen eines Arztes sind nicht mehr ausschlaggebend für die Beurteilung eines Sonogramms. Da in erster Linie eine Signalverarbeitung und keine Bildverar beitung - wie bei den herkömmlichen Verfahren - stattfindet, bleibt der gesamte Informationsinhalt erhalten. Eine Verfälschung der Darstellung ist damit ausgeschlossen.Another key advantage is that the Representation of the recorded structures much less Contains noise components. This makes the display significant more clearly, d. H. the experience of a doctor is no longer decisive for the assessment of a sonogram. There in primarily signal processing and no image processing processing - as with conventional processes - takes place, the entire information content is retained. A Falsification of the representation is therefore excluded.
Ein weiterer Vorteil insbesondere für die Untersuchung von lebendem Gewebe ist die Möglichkeit der Verwendung sehr geringer Energien, mit denen der Körper beschallt werden muß. Damit ist der entscheidende Nachteil aller bisheriger Verfahren beseitigt, die eine Verbesserung der Auflösung nur durch die Erhöhung der Energie erreichen.Another advantage especially for the investigation of living tissue is very possible to use lower energies with which the body must be sonicated. This is the decisive disadvantage of all previous ones Eliminated procedures that only improve resolution by increasing energy.
Die Erfindung soll anhand einiger Darstellungen näher erläutert werden. In den einzelnen Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszahlen gleiche oder ähnliche Teile.The invention is intended to be explained in more detail with the aid of some illustrations are explained. Designate in the individual drawings same reference numerals same or similar parts.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die 3D-Echtzeitsonographie entsprechend der vorliegenden Erfindung mit analogen Sendesignalen und entsprechender analogen Verarbeitung der Echosignale; Fig. 1 is a block diagram showing an apparatus for real-time 3D ultrasound according to the present invention with analog broadcast signals and corresponding analog processing of the echo signals;
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung für die 3D-Echtzeitsonographie entsprechend der vorliegenden Erfindung mit digitaler Verarbeitung der Echosignale; Fig. 2 is a block diagram showing an apparatus for real-time 3D ultrasound according to the present invention with digital processing of the echo signals;
Fig. 3A und 3B zeigen ein spezielles als "Chirp" bezeichnetes Sendesignal und das ein entsprechendes Echosignal; Figs. 3A and 3B show a specific than "chirp" designated transmit signal and the a corresponding echo signal;
Fig. 4 zeigt ein Echosignal des "Chirp" gemäß Fig. 3, der von 3 Punkten reflektiert wurde; FIG. 4 shows an echo signal of the “chirp” according to FIG. 3, which was reflected by 3 points;
Fig. 5 zeigt das Ergebnis der Korrelation des "Chirp" gemäß Fig. 3 mit dem Echosignal gemäß Fig. 4; FIG. 5 shows the result of the correlation of the "chirp" according to FIG. 3 with the echo signal according to FIG. 4;
Fig. 6 zeigt ein Echosignal mit einem SNR von 0 dB; Fig. 6 shows an echo signal with an SNR of 0 dB;
Fig. 7 zeigt das Ergebnis der Korrelation des Echosignals entsprechend Fig. 6 mit dem Sendesignal gemäß Fig. 3; und FIG. 7 shows the result of the correlation of the echo signal corresponding to FIG. 6 with the transmit signal according to FIG. 3; and
Fig. 8 veranschaulicht die Methode der Triangulation mit drei Empfängern zur Bestimmung der Raumkoordinaten eines Reflexionspunktes. Fig. 8, the method of triangulation illustrates a reflection point with three receivers to determine the space coordinates.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung für die 3D-Echtzeitsonographie entsprechend der Erfindung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt, bei der ein analoges Sendesignal erzeugt wird und die Echosignale demzufolge analog verarbeitet werden. Der Generator 1 erzeugt einen Träger, der in einem Modulator 2 mit einer beliebigen Funktion moduliert wird. Dieses Sendesignal wird in diesem Ausführungsbeispiel von einem Sender 3 in ein beliebiges Medium oder einen Körper ausgesendet. Die aus den im Medium liegenden Strukturen reflektierten Echoimpulse werden in diesem Ausführungs beispiel von den drei Empfängern 4 empfangen. Zur Bestimmung von Reflexionen muß deshalb zunächst jedes Echosignal im Korrelator 5 mit dem Sendesignal korreliert werden. Jeder Reflexionspunkt im Medium wird dabei von den einzelnen Empfängern 4 zu einem anderen Zeitpunkt "gesehen". Dazu ist der Modulator 2 mit dem Korrelator 5 jedes einzelnen Empfängers 4 verbunden. Gleiche Merkmale in dem Sendesignal und dem jeweiligen Echosignal bedeuten eine Reflexion. Die Erkennung dieser Merkmale kann also z. B. dadurch erfolgen, dass das Sendesignal auf den Echosignalen verschoben wird, bis eine Übereinstimmung vorhanden ist, die ein Hinweis für eine Reflexion darstellt. Das Ergebnis dieser Korrelation zeigt einen Satz von Reflexionen, die jeweils den Gesamtweg des Sendesignals von dem Sender 3 bis zum Reflexionspunkt und zurück bis zum jeweiligen Empfänger 4 darstellen. D. h. der Sender 3 und der jeweilige Empfänger 4 liegen in den beiden Brennpunkten eines Ellipsoiden. Die Raumkoordinaten dieser Reflexionspunkte werden in der nachfolgenden Berechnungs einheit 6 durch ein einfaches Triangulationsverfahren bestimmt. Ausgangspunkt ist, dass die Punkte gleicher Entfernung vom Sender 3 zum Reflexionspunkt und zum Empfänger 4 auf einem Ellipsoiden liegen. Der Schnittpunkt der drei Ellipsoiden gibt die Raumkoordinaten an, bei denen die tatsächliche Reflexion erfolgte. Fig. 8 verdeutlicht diesen Sachverhalt. Die Raumkoordinaten werden dann mit der entsprechenden Intensität auf einem Anzeigegerät 7 angezeigt.In Fig. 1, an apparatus for real-time 3D ultrasound according to the invention in the form of a block diagram is shown in which an analog transmission signal is generated and the echo signals accordingly, are processed analogously. The generator 1 generates a carrier which is modulated in a modulator 2 with any function. In this exemplary embodiment, this transmission signal is emitted by a transmitter 3 into any medium or body. The echo pulses reflected from the structures in the medium are received in this embodiment, for example, by the three receivers 4 . To determine reflections, each echo signal in correlator 5 must therefore first be correlated with the transmitted signal. Each point of reflection in the medium is "seen" by the individual receivers 4 at a different time. For this purpose, the modulator 2 is connected to the correlator 5 of each individual receiver 4 . The same features in the transmission signal and the respective echo signal mean a reflection. The detection of these features can, for. B. done by shifting the transmission signal on the echo signals until there is a match that is an indication of a reflection. The result of this correlation shows a set of reflections, each representing the total path of the transmission signal from the transmitter 3 to the reflection point and back to the respective receiver 4 . That is, the transmitter 3 and the respective receiver 4 lie in the two focal points of an ellipsoid. The spatial coordinates of these reflection points are determined in the following calculation unit 6 by a simple triangulation method. The starting point is that the points of the same distance from the transmitter 3 to the reflection point and to the receiver 4 lie on an ellipsoid. The intersection of the three ellipsoids indicates the spatial coordinates at which the actual reflection took place. Fig. 8 illustrates this fact. The spatial coordinates are then displayed on a display device 7 with the corresponding intensity.
In Fig. 2 ist das Blockschaltbild einer Vorrichtung für die 3D-Echtzeitsonographie entsprechend der Erfindung dargestellt, jedoch erfolgt hier eine digitale Verarbeitung der Informationen. Der Generator 1 erzeugt einen Träger, der in einem Modulator 2 mit einer beliebigen Funktion moduliert wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Sendesignal ebenfalls von einem Sender 3 in ein beliebiges Medium ausgesendet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Modulator 2 und jedem Korrelator 5 und jedem Empfänger 4 und den dazugehörigen Korrelatoren 5 ein A/D- Wandler 8 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem zwischen dem A/D-Wandler 8 für das modulierte Signal und dem Generator 1 ein Speicher 9 angeordnet, der das ausgesendete Sendesignal für eine spätere Wiederholung speichert. Dazu ist der Speicher 9 mit dem Generator 1 gekoppelt.In Fig. 2 is a block diagram of an apparatus for real-time 3D ultrasound prepared according to the invention, but a digital processing is performed here of the information. The generator 1 generates a carrier which is modulated in a modulator 2 with any function. In this exemplary embodiment, the transmission signal is also emitted by a transmitter 3 into any medium. In contrast to the first exemplary embodiment, an A / D converter 8 is arranged between the modulator 2 and each correlator 5 and each receiver 4 and the associated correlators 5 . In this exemplary embodiment, a memory 9 is also arranged between the A / D converter 8 for the modulated signal and the generator 1 and stores the transmitted transmission signal for later repetition. For this purpose, the memory 9 is coupled to the generator 1 .
In Fig. 3 ist ein Sendesignal mit einer ansteigenden Frequenz dargestellt. Es handelt sich um einen Chirp mit einer Frequenz von fmin bis fmax. Die Wellenlänge dieses Signals nimmt von links nach rechts in der Zeichnung ab. Der gesamte Informationsgehalt des interessierenden Bereiches wird gleichzeitig nur mit einem Sendesignal erfaßt und in einem schnellen Rechner parallel verarbeitet. In Fig. 3, a transmission signal is presented with an increasing frequency. It is a chirp with a frequency of f min to f max . The wavelength of this signal decreases from left to right in the drawing. The entire information content of the area of interest is recorded at the same time with only one transmission signal and processed in parallel in a fast computer.
Von jedem Empfänger 4 werden die Echosignale des in Fig. 3 beschriebenen Sendesignals empfangen. In Fig. 4 ist ein solches von einem der Empfänger 4 erfaßte Echosignal, das an drei Punkten reflektiert wurde, dargestellt. In dieser Darstellung ist das Echosignal von keinen Rauschanteilen überlagert. Nur der erste Reflexionspunkt ist in dieser Darstellung zu erkennen. Weitere Reflexionspunkte sind aufgrund der Überlagerungen der Echos in diesem Diagramm nicht mehr erkennbar. Erst nach der Korrelation des Echosignals mit dem Sendesignal werden weitere Reflexions punkte sichtbar.The echo signals of the transmission signal described in FIG. 3 are received by each receiver 4 . Such an echo signal, which was detected by one of the receivers 4 and which was reflected at three points, is shown in FIG . No noise components are superimposed on the echo signal in this representation. Only the first reflection point can be seen in this illustration. Additional reflection points are no longer recognizable in this diagram due to the superimposition of the echoes. Only after the correlation of the echo signal with the transmission signal, further reflection points become visible.
Fig. 5 zeigt das Ergebnis der Korrelation des "Chirp" gemäß Fig. 3 mit dem Echosignal gemäß Fig. 4. Es entsteht genau an den Reflexionspunkten ein Mustermerkmal, dessen Amplitude proportional zur Reflexions- bzw. Absorptionsgüte ist. FIG. 5 shows the result of the correlation of the “chirp” according to FIG. 3 with the echo signal according to FIG. 4. A pattern feature arises precisely at the reflection points, the amplitude of which is proportional to the quality of reflection or absorption.
Fig. 6 zeigt den Verlauf eines stark verrauschten Echo signals, bei dem das SNR 0 dB beträgt. In diesem Echosignal sind keine Reflexionen mehr erkennbar. Nach der Korrelation mit dem Sendesignal ergibt sich der Signalverlauf gemäß Fig. 7. Dieses Signal ist dem Signal gemäß Fig. 5 vergleichbar, es sind also die Reflexionspunkte deutlich erkennbar. Damit wird ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich gemacht. Selbst bei einem SNR von -20 dB waren die Reflexionspunkte noch eindeutig detektierbar, allerdings blieb ein gewisser Rauschpegel in den Echosignalen erhalten. Erst bei einem sehr schlechten SNR war keine Auswertung mehr möglich. Fig. 6 shows the course of a very noisy echo signal in which the SNR is 0 dB. No reflections can be seen in this echo signal. After the correlation with the transmission signal, the signal curve according to FIG. 7 results . This signal is comparable to the signal according to FIG. 5, ie the reflection points are clearly recognizable. This makes a decisive advantage of the method according to the invention clear. Even at an SNR of -20 dB, the reflection points were still clearly detectable, but a certain level of noise was retained in the echo signals. Evaluation was only possible if the SNR was very bad.
Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des
erfindungsgemäßen Verfahrens in der medizinischen Diagnostik
sind die Eigenschaften des Mediums von eminenter Bedeutung.
Wegen seiner komplizierten Zusammensetzung ist es sehr
schwierig, ein einfaches Modell abzuleiten, das die
Frequenzabhängigkeit der Abschwächung des Ultraschalls
beschreibt. So wird im allgemeinen ein linearer Zusammenhang
zwischen der Abschwächung, dem zurückgelegten Weg des Signals
und der Frequenz angenommen. Wenn G die Abschwächung (in dB)
darstellt, f die Frequenz (in MHz), z die Tiefe (in cm) im
Medium und β die Abschwächungskonstante (in dB/[MHz cm]) des
Mediums darstellt, dann erhält man:
When the device and the method according to the invention are used in medical diagnostics, the properties of the medium are of eminent importance. Because of its complicated composition, it is very difficult to derive a simple model that describes the frequency dependence of the attenuation of the ultrasound. In general, a linear relationship between the attenuation, the distance traveled by the signal and the frequency is assumed. If G represents the attenuation (in dB), f the frequency (in MHz), z the depth (in cm) in the medium and β the attenuation constant (in dB / [MHz cm]) of the medium, you get:
G = 2 β f z.G = 2 β f z.
Höhere Frequenzen werden also stärker abgeschwächt, als niedrige Frequenzen. In Tabelle 1 sind die Abschwächungs konstanten für verschiedene Gewebearten dargestellt:Higher frequencies are attenuated more than low frequencies. Table 1 shows the attenuation constant for different types of tissue:
In Tabelle 2 ist die Abschwächung (in dE) in Abhängigkeit von der Tiefe im Gewebe und von der Frequenz für Gewebe mit der Abschwächungskonstante von 0.7 dB/[MHz cm]) angegeben. In Table 2 the attenuation (in dE) is dependent on the depth in the tissue and the frequency for tissue with the Attenuation constant of 0.7 dB / [MHz cm]).
Da es, wie in den Fig. 4 bis 7 gezeigt wurde, möglich ist, selbst bei einem sehr schlechten SNR noch die Positionen von Reflexionspunkten zu bestimmen, kann man also auch bei relativ niedrigen Frequenzen und niedrigen Beschal lungsenergien trotz der Abschwächung im Gewebe entsprechend den Tabellen 1 und 2 sehr gute Ergebnisse erzielen.Since it is possible, as was shown in FIGS. 4 to 7, to determine the positions of reflection points even in the case of a very poor SNR, one can therefore also at relatively low frequencies and low exposure energies despite the weakening in the tissue in accordance with Tables 1 and 2 achieve very good results.
Fig. 8 veranschaulicht die Methode der Triangulation mit drei Empfängern zur Bestimmung der Raumkoordinaten eines Reflexionspunktes. Es wird veranschaulicht, wie es durch das Aussenden eines beliebig modulierten Signals möglich ist, die Raumkoordinaten von Reflexionspunkten zu bestimmen. Nachdem im Korrelator die Abstände der Reflexionspunkte vom jeweiligen Sender 3 zu den Reflexionspunkten bis zum jeweiligen Empfängern 4 bestimmt worden sind, kann man Ellipsoide definieren, in deren Brennpunkten der Sender 3 bzw. der Empfänger 4 angeordnet sind. Jeder Schnittpunkt aller drei Ellipsoiden kennzeichnet die Raumkoordinaten eines Reflexionspunktes. Sind zu einem Sender und mehr als drei Empfänger vorhanden, sind auch mehr als drei Ellipsoide zu jedem Reflexionspunkt vorhanden, die sich alle in einem Punkt schneiden, der die Raumkoordinaten des jeweiligen Reflexionspunktes bestimmt. Fig. 8, the method of triangulation illustrates a reflection point with three receivers to determine the space coordinates. It is illustrated how it is possible to determine the spatial coordinates of reflection points by sending an arbitrarily modulated signal. After the distances of the reflection points from the respective transmitter 3 to the reflection points to the respective receiver 4 have been determined in the correlator, one can define ellipsoids in the focal points of which the transmitter 3 or the receiver 4 are arranged. Each intersection of all three ellipsoids characterizes the spatial coordinates of a reflection point. If there are more than three receivers for a transmitter, there are also more than three ellipsoids for each reflection point, all of which intersect at a point which determines the spatial coordinates of the respective reflection point.
11
Signalgenerator
Signal generator
22nd
Modulator
modulator
33rd
Sender
Channel
44th
Empfänger
receiver
55
Korrelator
Correlator
66
Berechnungseinheit zur Bestimmung der Raumkoordinaten der
reflektierenden Struktur
Calculation unit for determining the spatial coordinates of the reflective structure
77
Anzeigegerät
Display device
88th
A/D-Wandler
A / D converter
99
Speicher
Storage
Claims (11)
- a) Aussenden eines Sendesignals mit einer beliebigen Modulationsfunktion von mindestens einem Sender in ein Medium;
- b) Empfangen der Echosignale von mindestens drei Empfängern, die separat zu den Sendern angeordnet sind und deren Positionen zu den Sendern bekannt sind;
- c) Korrelation der Echosignale mit dem Sendesignal zur Bestimmung der Wege des Sendesignals vom Sender über eine reflektierende Struktur im Medium bis zu den jeweiligen Empfängern, indem die Mustermerkmale des Sendesignals in den Echosignalen ermittelt werden;
- d) Bestimmen der Raumkoordinaten und der Reflektions- und/oder Absorptionsgüte der reflektierenden Struktur aus den Ergebnissen des Schrittes c) mit Hilfe einer Triangulation; und
- e) Anzeigen der Raumkoordinaten und der Reflektions- und/oder Absorptionsgüte der reflektierenden Struktur auf einem Anzeigegerät.
- a) emitting a transmission signal with any modulation function from at least one transmitter into a medium;
- b) receiving the echo signals from at least three receivers which are arranged separately from the transmitters and whose positions to the transmitters are known;
- c) correlation of the echo signals with the transmission signal for determining the paths of the transmission signal from the transmitter via a reflective structure in the medium to the respective receivers, by determining the pattern features of the transmission signal in the echo signals;
- d) determining the spatial coordinates and the quality of reflection and / or absorption of the reflecting structure from the results of step c) using triangulation; and
- e) displaying the spatial coordinates and the quality of reflection and / or absorption of the reflecting structure on a display device.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999115583 DE19915583A1 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Device and method for 3D real-time sonography |
| PCT/EP2000/002436 WO2000062091A1 (en) | 1999-04-07 | 2000-03-20 | Device and method for real-time 3d sonography |
| CN 00808609 CN1354834A (en) | 1999-04-07 | 2000-03-20 | System and method for real-time 3D sonography |
| EP00918814A EP1166148A1 (en) | 1999-04-07 | 2000-03-20 | Device and method for real-time 3d sonography |
| CA002366534A CA2366534A1 (en) | 1999-04-07 | 2000-03-20 | Device and method for real-time 3d sonography |
| JP2000611102A JP2002540910A (en) | 1999-04-07 | 2000-03-20 | System and method for three-dimensional real-time ultrasonography |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999115583 DE19915583A1 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Device and method for 3D real-time sonography |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19915583A1 true DE19915583A1 (en) | 2000-10-12 |
Family
ID=7903720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999115583 Withdrawn DE19915583A1 (en) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | Device and method for 3D real-time sonography |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1166148A1 (en) |
| JP (1) | JP2002540910A (en) |
| CN (1) | CN1354834A (en) |
| CA (1) | CA2366534A1 (en) |
| DE (1) | DE19915583A1 (en) |
| WO (1) | WO2000062091A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10027828A1 (en) * | 2000-06-05 | 2001-12-06 | Sonem Gmbh | Active ultrasonic display device for identifying objects in a medium uses a transmitter to connect to a modulator, a generator and a signal-conditioning device with a receiver also linked to a signal-conditioning device. |
| WO2002073232A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Sonem Gmbh | System for image reproduction for ultrasound computer tomographs |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008253663A (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Toshiba Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and control processing program thereof |
| CN101292883B (en) | 2007-04-23 | 2012-07-04 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | Ultrasonic three-dimensional quick imaging method and apparatus |
| WO2014186904A1 (en) * | 2013-05-24 | 2014-11-27 | The Governing Council Of The University Of Toronto | Ultrasonic signal processing for bone sonography |
| JP7346249B2 (en) * | 2019-11-05 | 2023-09-19 | 株式会社ニチゾウテック | Ultrasonic flaw detection inspection equipment and reflection source identification method |
| CN112326790B (en) * | 2020-10-28 | 2022-11-29 | 武汉中岩科技股份有限公司 | Ultrasonic pore-forming detection probe device and detection method thereof |
| CN115604647B (en) * | 2022-11-28 | 2023-03-10 | 北京天图万境科技有限公司 | Method and device for sensing panorama by ultrasonic waves |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855961A (en) * | 1986-07-31 | 1989-08-08 | Woods Hole Oceanographic Institute | Imaging apparatus |
| DE4331020A1 (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-09 | Siemens Ag | Ultrasonic medical investigation and treatment appts. with three=dimension display - uses focussing piezoelectric ultrasonic source with two or three dimensional receiving transducer array |
| US5842991A (en) * | 1997-02-20 | 1998-12-01 | Barabash; Leonid S. | Ultrasound transducer with extended field of view |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5235857A (en) * | 1986-05-02 | 1993-08-17 | Forrest Anderson | Real time 3D imaging device using filtered ellipsoidal backprojection with extended transmitters |
| US5111823A (en) * | 1989-04-20 | 1992-05-12 | National Fertility Institute | Apparatus and method for generating echographic images |
| GB9714735D0 (en) * | 1997-07-15 | 1997-11-05 | Roke Manor Research | Acoustic location system |
-
1999
- 1999-04-07 DE DE1999115583 patent/DE19915583A1/en not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-03-20 JP JP2000611102A patent/JP2002540910A/en active Pending
- 2000-03-20 CN CN 00808609 patent/CN1354834A/en active Pending
- 2000-03-20 EP EP00918814A patent/EP1166148A1/en not_active Withdrawn
- 2000-03-20 WO PCT/EP2000/002436 patent/WO2000062091A1/en not_active Ceased
- 2000-03-20 CA CA002366534A patent/CA2366534A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4855961A (en) * | 1986-07-31 | 1989-08-08 | Woods Hole Oceanographic Institute | Imaging apparatus |
| DE4331020A1 (en) * | 1992-12-08 | 1994-06-09 | Siemens Ag | Ultrasonic medical investigation and treatment appts. with three=dimension display - uses focussing piezoelectric ultrasonic source with two or three dimensional receiving transducer array |
| US5842991A (en) * | 1997-02-20 | 1998-12-01 | Barabash; Leonid S. | Ultrasound transducer with extended field of view |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Prospekt: Hörend Sehen - Akustische Bilder der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik,Juli 1998 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10027828A1 (en) * | 2000-06-05 | 2001-12-06 | Sonem Gmbh | Active ultrasonic display device for identifying objects in a medium uses a transmitter to connect to a modulator, a generator and a signal-conditioning device with a receiver also linked to a signal-conditioning device. |
| WO2002073232A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-19 | Sonem Gmbh | System for image reproduction for ultrasound computer tomographs |
| DE10112034A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-10-02 | Sonem Gmbh | Arrangement for image reproduction for computer tomographs with ultrasound |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002540910A (en) | 2002-12-03 |
| CN1354834A (en) | 2002-06-19 |
| WO2000062091A1 (en) | 2000-10-19 |
| CA2366534A1 (en) | 2000-10-19 |
| EP1166148A1 (en) | 2002-01-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60028952T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR GENERATING PICTURES THROUGH THE USE OF SHEARS | |
| DE69831138T2 (en) | SYSTEM FOR ILLUSTRATING A TWIN-DIMENSIONAL ULTRASOUND IMAGE IN A THREE-DIMENSIONAL IMAGE COMMUNICATION ENVIRONMENT | |
| DE69915926T2 (en) | Method and echography apparatus for detecting elasticity changes | |
| DE69811985T2 (en) | Ultrasound imaging device and method for breast examination | |
| DE3686401T2 (en) | PRESENTATION OF STREAM LINES IN INHOMOGENIC MEDIA. | |
| DE69216087T2 (en) | Method and acoustic output device for ultrasound examination | |
| DE60003927T2 (en) | RECURSIVE ULTRASONIC ILLUSTRATION | |
| DE4309596A1 (en) | Process for imaging using echo signals | |
| DE102012108353B4 (en) | CLASSIFICATION PREPROCESSING IN MEDICAL ULTRASONIC SHEAR WAVE IMAGING | |
| DE69936418T2 (en) | Device for three-dimensional ultrasound imaging with contrast agents and harmonic echoes | |
| DE4391000C2 (en) | Transaxial compression method for the speed of sound calculation | |
| DE2734683A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR ULTRASONIC DIAGNOSIS | |
| WO2002030288A1 (en) | Ultrasonic tomograph | |
| DE112018003501T5 (en) | ULTRASOUND IMAGING WITH SPECTRAL COMPOUNDING FOR SPECKLE REDUCTION | |
| DE2619231A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR ULTRASOUND TESTING | |
| DE2657899A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR REPRESENTATION AND IDENTIFICATION OF BODIES USING ULTRASOUND | |
| DE3104014A1 (en) | "ULTRASONIC SCANNER" | |
| DE102005037806A1 (en) | Method and device for enlarging the field of view in ultrasound imaging | |
| DE19910771A1 (en) | Method of tracking a scanning plane motion for three-dimensional freehand ultrasonic scanning of the human anatomy using adaptive spot correlation | |
| EP0995131A1 (en) | Method and device for sensing ultrasound images | |
| DE2645738A1 (en) | ULTRASONIC BEAM SCANNING | |
| EP0962785A1 (en) | Method for examining objects with ultrasound | |
| DE102005025835A1 (en) | Method and apparatus for juxtaposing inverse mode ultrasound images and histograms | |
| WO2019092033A1 (en) | Ultrasound image generating system | |
| DE112019001425T5 (en) | ULTRASOUND SYSTEM FOR THE THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF HEAVY WAVES |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SONEM GMBH, 97076 WUERZBURG, DE |
|
| 8130 | Withdrawal |