СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ TGC (ВРЕМЕННОЙ КОМПЕНСАЦИИ УСИЛЕНИЯ) В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
CONTROL DEVICES FOR TGC (TIME COMPENSATION OF INCREASING) IN ULTRASONIC DIAGNOSTIC SYSTEM FOR IMAGING

Настоящее изобретение относится к ультразвуковым системам медицинской диагностики и, в частности, к ультразвуковым системам со средствами управления временной компенсации усиления принятых ультразвуковых эхо-сигналов.
Когда ультразвуковые сигналы излучаются в тело датчиком ультразвуковой визуализации, волны непрерывно ослабляются в процессе их прохода сквозь ткань, и возвращающиеся эхо-сигналы дополнительно ослабляются, когда они распространяются обратно к преобразователю. В результате, эхо-сигналы ослабляются в возрастающей степени в функциональной зависимости от глубины в теле, из которого они возвращаются. Проверенное временем решение упомянутой проблемы осложнения состоит в усилении принятых сигналов в функциональной зависимости от времени, в которое они принимаются: эхо-сигналы, возвращающиеся позже с момента времени излучения, усиливаются больше, чем эхо-сигналы, принятые раньше с меньших глубин. Схемы, которые выполняют упомянутое усиление, известны как схемы временной компенсации усиления (TGC), называемого также временной регулировкой чувствительности (STC). Однако, отношение между временем и ослаблением не является точно линейным. Эхо-сигналы претерпевают ослабление в разной степени, в зависимости от ткани, сквозь которую они распространяются. Например, при визуализации сердца относительно небольшое ослабление происходит в то время, когда эхо-сигналы распространяются сквозь кровь в камере сердца, и более значительное ослабление происходит в то время, когда эхо-сигналы распространяются сквозь сердечную мышцу, миокард. Соответственно, средства управления для TGC являются последовательностью переключателей, которые оказывают влияние на коэффициент усиления, применяемый при разных глубинах по всей глубине ультразвукового изображения. Обычно, переключатели являются ползунковыми переключателями, расположенными в колонку на панели управления ультразвуковой системы. Колоннообразная ориентация непосредственно соотносится с последовательно увеличивающимися глубинами изображения. Переключатели являются, в общем, ползунковыми переключателями с центральным положением, которое устанавливает номинальный коэффициент усиления для соответствующей глубины изображения. Ползунковые переключатели можно передвигать поперечно в любом направлении для применения большего или меньшего, чем номинальный коэффициент усиления на каждой глубине. Таким образом, профиль коэффициента усиления можно устанавливать нелинейно для изменения коэффициента усиления в зависимости от анатомического строения визуализируемой области тела. В современных ультразвуковых системах профили коэффициента усиления могут сохраняться для конкретных применений визуализации и вызываться, применяться и регулироваться ползунковыми переключателями, при необходимости, для получения изображения равномерной яркости и серых оттенков по глубине изображения, как описано в патенте США № 5,482,045 (Rust et al.)
Ультразвуковые исследования часто выполняются в затемненной комнате, чтобы специалисту по ультразвуковой эхографии было удобнее различать представление изображений и визуализируемых тонких структур и функций (например, кровотока). Для предоставления специалисту по ультразвуковой эхографии возможности легче видеть средства управления панели управления системы, средство управления часто имеет заднюю подсветку для поддержки различимости. Средства управления TGC могут подсвечиваться различными способами. Но даже при эффективной задней подсветке, специалист по ультразвуковой эхографии часто не в состоянии различать конкретные положения переключателей TGC. В частности, специалисту по ультразвуковой эхографии часто трудно видеть, установлены ли переключатели TGC по-прежнему в их номинальные центральные положения или отрегулированы соответственно отличающейся настройке коэффициента усиления. Соответственно, желательно создание средств управления TGC, которые легко различимы, и настройка которых легко визуализируется в затемненной комнате для исследования.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, описана ультразвуковая система диагностики с подсветкой, предусмотренной для отдельных переключателей средства управления TCG. Подсветка уникальным образом регулируется или модулируется, когда переключатель находится в своем центральном положении, например, модуляцией или управлением цвета(ом) или яркости(тью). Благодаря этому, специалист по ультразвуковой эхографии легко может представить себе настройку коэффициента усиления переключателей по картине их ориентации и быстро отличить те переключатели, которые установлены в их номинальные центральные положения.
На чертежах:
Фигура 1 – изображение панели управления ультразвуковой диагностической системы визуализации.
Фигура 2 – увеличенное изображение средств управления TGC ультразвуковой системы, показанной на фигуре 1, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Фигура 3 – блок-схема с основными компонентами ультразвуковой системы, включающей в себя схемы TGC.
Фигуры 4a и 4b – изображения подсвеченных средств управления TGC в соответствии с настоящим изобретением, при наблюдении в затемненной комнате.
Фигуры 5a и 5b – варианты осуществления настоящего изобретения посредством широтно-импульсной(ого) модуляции и управления цвета(ом) светодиода (СД) на средствах управления TGC.
Как видно на фигуре 1, панель 28 управления ультразвуковой системы показана на виде перспективе. Когда пользователь намеревается выполнить конкретное ультразвуковое исследование, например, визуализацию печени, пользователь выбирает требуемую процедуру с помощью средств управления на панели 28 управления. Упомянутый действие может предусматривать взаимодействие с меню параметров и выполнение выборов, показанных на экранном мониторе 62, с использованием трекбола и кнопки выбора на панели управления, чтобы выбрать требуемые параметры. После выбора процедуры визуализации система произведет выбор оптимальную характеристику TGC, хранящуюся в системной памяти, для процедуры и применит данную характеристику в схемах TGC, как описано ниже. Затем схемы TGC будут управлять коэффициентом усиления усилителя TGC в сигнальном тракте системы в соответствии с упомянутой оптимальной характеристикой TGC. Системы будут также подавать графическую информацию в дисплей для изображений, и поэтому визуальное представление оптимальной характеристики TGC будет также показано на дисплее 62 для изображений поблизости от изображения. Тогда кривая TGC представляет относительные величины коэффициента усиления, применяемые для эхо-сигналов, возвращающихся со все большей глубины области изображения.
Оптимальная, предварительно заданная характеристика TGC будет отображаться и применяться для управления усилителем схем TGC, когда ползунковые переключатели 20 на панели управления выровнены по вертикали в их центральном положении 36, как показано на фиг. 2. Если клиницист обнаруживает, что необходимо отклонение от предварительно заданной характеристики, чтобы повысить качество изображения конкретного пациента, то клиницист передвинет ползунковые переключатели вправо или влево, чтобы перенастроить сегменты наклонов характеристики коэффициента усиления TGC. По мере того, как переключатели передвигаются, изменения передаются с панели 28 управления в схемы TGC, которые применяют добавочные изменения к предварительно заданной характеристике. Результаты данных изменений представляются визуальными изменениями отображаемой характеристик TGC на экране дисплея. Когда клиницист заканчивает регулировку переключателей 20 TGC, то отклонение от предварительно заданной характеристики указывается новыми физическими положениями переключателей на панели управления, и окончательная характеристика TGC представляется на экране дисплея. Равномерную регулировку коэффициента усиления по всей глубине изображения выполняют регулировкой регулирующего устройства 26 для управления коэффициентом усиления.
На фигуре 3, ультразвуковая система, выполненная в соответствии с принципами настоящего изобретения, представлена в виде блок-схемы. В данном варианте осуществления ультразвуковой датчик включает в себя двумерный матричный преобразователь 500 и формирователь 502 микролучей. Настоящее изобретение можно применять с датчиками, использующими одномерные или двумерные матрицы преобразователей. Формирователь микролучей содержит схемы, которые управляют сигналами, подаваемыми в группы элементов («фрагменты») матричного преобразователя 500 и выполняет некоторое объединение эхо-сигналов, принятых элементами каждой группы. Формирование микролучей в датчике эффективно сокращает число проводников в кабеле 503 между датчиком и ультразвуковой системой и описано в патенте США № 5,997,479 (Savord et al.) и в патенте США № 6,436,048 (Pesque).
Датчик связан со сканером 310 ультразвуковой системы. Сканер включает в себя контроллер 312 формирования лучей, который реагирует на пользовательское управления на панели управления, например, средство выбора датчика, и подает сигналы управления в формирователь 502 микролучей, выдающие датчику команды по синхронизации, частоте, направлению и фокусировке излучаемых пучков для искомого изображения и выбранного датчика. Контроллер формирования лучей управляет также формированием лучей принятых эхо-сигналов посредством их введения в аналого-цифровые (А/Ц) преобразователи 316 и формирователь 116 пучка. Эхо-сигналы, принятые датчиком, усиливаются предусилителем и усилителем схемами 314 TGC (временного управления усилением), затем оцифровываются А/Ц преобразователями 316. Затем оцифрованные эхо-сигналы формируются в пучки формирователем 116 лучей. Затем эхо-сигналы из индивидуальных элементов или фрагментов элементов матрицы 500 обрабатываются процессором 318 изображений, который выполняет цифровую фильтрацию, детектирование в B-режиме и/или доплеровскую обработку и может также выполнять другую обработку сигналов, например, разделение гармоник, понижение уровня спеклов посредством частотного компаудинга, цифровое усиление (в том числе, цифровое TGC), и другую требуемую обработку изображений или сигналов.
Эхо-сигналы, формируемые сканером 310, водятся в подсистему 320 дисплея, которая обрабатывает эхо-сигналы для отображения в требуемом формате изображения. Эхо-сигналы обрабатываются процессором 322 строк изображения который способен осуществлять выборку эхо-сигналы, сращивать сегменты лучей в полные сигналы строк и усреднять сигналы строк для повышения отношения сигнал/шум или послесвечения потока. Строки изображения каждого изображения подвергаются сканирующему преобразованию в требуемый формат изображения посредством скан-конвертора 324, который выполняет преобразование R-тета, которое известно в данной области техники. Затем изображения сохраняются в памяти 328 изображений, из которой они могут отображаться на дисплее 150. Изображения из памяти совмещаются также с графикой для отображения с изображениями, например, вышеописанной характеристикой TGC, которая генерируется генератором 330 элементов графики, который реагирует на пользовательское управление. Отдельные кадры изображения или последовательности кадров изображения могут сохраняться в кинопамяти 326 во время получения кинопетель изображений image loops.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, каждый ползунковый переключатель 22 средств управления TGC подсвечивается посредством СД 10, установленным на ползунке переключателя, как показано на фигуре 2. Каждый ползунок характеризуется диапазоном управления, определяемым протяженностью выреза 24 в панели управления, по которому ползунок может передвигаться поперечно. Таким образом, если крайний верхний ползунок (соответствующий самой малой глубине) передвигают влево, он окажется слева от колонки СД других переключателей. Специалист по ультразвуковой эхографии может с первого взгляда увидеть, что на самой малой глубине существует настройка низкого коэффициента заполнения в то время, как все коэффициенты усиления, применяемые на больших глубинах, являются номинальными настройками коэффициента усиления. Высвечивающиеся СД на ползунках переключателей сделают данные переключатели визуально четкими даже в затемненной комнате.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения, каждый СД 10 производит различаемую подсветку, когда он установлен в его номинальное центральное положение 36. Можно применить множество разных методов различения подсветки. Один метод состоит в ярком высвечивании СД, когда ползунок 22 находится в его центральном положении, и затемнении, когда ползунок передвигают из центрального положения. Фигура 5a изображает потенциометр 12 ползункового переключателя TGC с движком 14 ползунка. Когда ползунок расположен по центру, дифференциальный усилитель 16 переключается на низкий выходной сигнал, который блокирует вход широтно-импульсного модулятора 17. В данном нулевом состоянии СД 10 возбуждается постоянным напряжением и производит яркую подсветку. Но когда движок 14 ползунка передвинут от центра, дифференциальный усилитель 16 переключается на высокий выходной сигнал, блокируя широтно-импульсный модулятор 17, который возбуждает СД10 серией импульсов с широтно-импульсной модуляцией. В таком случае, высвечивание СД темнее.
Другой подход к изменению подсветки состоит в изменении цвета света СД, когда ползунок 22 находится в его центральном положении. На фигуре 5b, когда движок 14 ползунка находится по центру, дифференциальный усилитель 16 вызывает высвечивание СД предварительно заданным цветом, например, красным. Это можно делать с помощью контроллера 17 цвета, который выбирает цвет RGB СД, или посредством изменения цветовой температуры СД 10. Когда движок ползунка передвигают от центра, контроллер 17 цвета выбирает отличающийся цвет для RGB СД, белый вместо красного, например, или изменяет цветовую температуру на цветовую температуру, отличающейся от той, которая применялась в центральном положении.
Каждое средство управления TGC будет формировать значение (цифровое или аналоговое) в зависимости от его настройки, которое будет вводиться в контроллер подсветки. Контроллер подсветки сравнивает цифровое значение с известным значением настройки центрального положения. Если два значения не равны, то разностное значение используется для управления коэффициентом заполнения широтно-импульсной модуляции и/или частотой для затемнения подсветки. Для осуществления модуляции цвета используют три независимых широтно-импульсных модуляторов, чтобы управлять коэффициентом заполнения или частотой каждого цвета RGB СД для формирования фактически любого требуемого цвета.
Фигуры 4a и 4b изображают результат упомянутой модуляции цвета. Фигура 4a изображает последовательность светоиндикаторов на восьми ползунках TGC. Настройки изменяются от низкого коэффициента усиления на малых глубинах посредством верхних ползунков, которые устанавливают слева от центра, и изменяются до коэффициентов усиления выше номинальных на самых больших глубинах, когда видно, что нижние ползунки передвинуты вправо. Настоящий криволинейный паттерн белых СД является слабым указателем того, какие ползунки не затрагивались и остаются в их положениях номинального коэффициента усиления. Но в примере на фигуре 4b, СД для третьего, пятого и шестого ползунков 26, 27, и 28 модулируются для формирования красноватого цвета (как показано точечными паттернами), который четко выделяется относительно других белых СД. Специалист по ультразвуковой эхографии может сразу увидеть, что никакой регулировки номинальных коэффициентов усиления на упомянутых глубинах не выполнялось.
Другие схемы подсветки будут без усилий найдены специалистами в данной области техники. СД могут, например, высвечиваться красным, когда передвигаются к настройке более высокого коэффициента усиления (вправо), зеленым, когда передвигаются к настройке сниженного коэффициента усиления (влево), и белым, при установке в номинальном центральном положении. Другая альтернатива состоит в использовании широтно-импульсного модулятора для мигающего включения и выключения СД, чтобы указывать миганием на СД, которые находятся в центральном положении или на СД, которые передвинуты.