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Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 189, 219--230 (1974) by Springer-Verlag 1974 Zur Informationserfassung aus Uhraschall-Echogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung* ** R. Reuter und tI. G. Trier Klinisches Institut fiir experimentelle Ophthalmologie der Universit//t Bonn (Direktor: Prof. Dr. E. Weigelin) Eingegangen am8. November 1973 Regarding Information Acquisition from Ultrasonic Echograms in Time-Amplitude-Presentation Summary. Factors of the teehmeal equipment influencing essentially the infor- mation, the redundanee and the ballast in echograms are described, especially considering possibilities for tissue differentiation from time-amplitude-presentation (TAU, A-mode). The conventional evaluation of amplitude-modulation contents by visual means and the additional evaluation of frequency modulation and phase positions by instrumental processing are distinguished. For the latter approach an experimental method for the enhancement of information from small tissue struc- tures is described which may provide improved echogram specifity. Examples arc given for an extended in vitro signal acquisition and for signal processing by com- puter. Zusammen/assung. Die wesentliehen apparativen Einflul]gr6gen auf die Infor- mation, die Redundanz und den Ballast im Ultrasehall-Eehogramm werden be- sproehen, unter besonderer Beraeksiehtigung yon MSgliehkeiten zur Gewebsdifferen- zierung aus der Zeit-Amplitudendarstellung (TAU, A-Bild). Dabei wird zwisehen der konventionellen,visuellen Auswertung der Amplitudenmodulations-Anteile und der zusgtzlichen Auswertung yon Frequenzmodulation und Phasenlagen mittels masehineller Auswerteteehniken untersehieden. Auf letztere bezogen wird ein ex- perimentelles Vcrfahren zur Informationsanreieherung feinstrukturbedingter und z.T. vermutlieh gewebsspezifiseber Signalanteile dargestellt. Es werden Beispiele ffir eine erweiterte Signalerfassung in vitro und reehnerisehe Weiterbearbeitung der Eehogramme gebracht. Beim Impuls-Eeho-Verfahren wird bekanntlich der elektroakustisehe Wandler yon einem elektrischen Impuls angestogen und so eine ged~mpf- te Ultraschall-Schwingung seiner Resonanzfrequenz erzeugt. Reflektion und Transmission an den Grenzfl/iehen akustiseh versehiede- ner Medien sowie die Absorption in denselben beeinflussen in Abh~ngig- keit yon der Sehallfeldgeometrie die Form (Struktur) der entstehenden Eehos, d.h. der reflektierten SignMe. * Herrn Prof. Dr. I-I. K. Miiller zum 75. Geburtstag gewidmet. ** Wesentliehe Teile wurden beim KongreB ,,1V[edizin-Teehnik 1972", Stuttgart, am 15.5. 1972 vorgetragen.

Gefäßeinscheidungen bei Angiitis retinae im Fluorescenzangiogramm

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Albrecht v. Graefes Arch. klin. exp. Ophthal. 189, 219--230 (1974) �9 by Springer-Verlag 1974

Zur Informationserfassung aus Uhraschall-Echogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung* * *

R. Reuter und tI . G. Trier

Klinisches Institut fiir experimentelle Ophthalmologie der Universit//t Bonn (Direktor: Prof. Dr. E. Weigelin)

Eingegangen am8. November 1973

Regarding In fo rma t ion Acquisi t ion from Ultrasonic Echograms in Time-Ampl i tude-Presen ta t ion

Summary. Factors of the teehmeal equipment influencing essentially the infor- mation, the redundanee and the ballast in echograms are described, especially considering possibilities for tissue differentiation from time-amplitude-presentation (TAU, A-mode). The conventional evaluation of amplitude-modulation contents by visual means and the additional evaluation of frequency modulation and phase positions by instrumental processing are distinguished. For the latter approach a n

experimental method for the enhancement of information from small tissue struc- tures is described which may provide improved echogram specifity. Examples arc given for an extended in vitro signal acquisition and for signal processing by com- puter.

Zusammen/assung. Die wesentliehen apparativen Einflul]gr6gen auf die Infor- mation, die Redundanz und den Ballast im Ultrasehall-Eehogramm werden be- sproehen, unter besonderer Beraeksiehtigung yon MSgliehkeiten zur Gewebsdifferen- zierung aus der Zeit-Amplitudendarstellung (TAU, A-Bild). Dabei wird zwisehen der konventionellen, visuellen Auswertung der Amplitudenmodulations-Anteile und der zusgtzlichen Auswertung yon Frequenzmodulation und Phasenlagen mittels masehineller Auswerteteehniken untersehieden. Auf letztere bezogen wird ein ex- perimentelles Vcrfahren zur Informationsanreieherung feinstrukturbedingter und z.T. vermutlieh gewebsspezifiseber Signalanteile dargestellt. Es werden Beispiele ffir eine erweiterte Signalerfassung in vitro und reehnerisehe Weiterbearbeitung der Eehogramme gebracht.

Beim Impuls-Eeho-Verfahren wird bekannt l ich der elektroakustisehe Wandle r yon einem elektrischen Impuls angestogen und so eine ged~mpf- te Ul t raschal l -Schwingung seiner Resonanzfrequenz erzeugt. Reflekt ion und Transmiss ion an den Grenzfl/iehen akustiseh versehiede- ner Medien sowie die Absorpt ion in denselben beeinflussen in Abh~ngig- keit yon der Sehallfeldgeometrie die Form (Struktur) der ents tehenden Eehos, d.h. der reflektierten SignMe.

* Herrn Prof. Dr. I-I. K. Miiller zum 75. Geburtstag gewidmet. ** Wesentliehe Teile wurden beim KongreB ,,1V[edizin-Teehnik 1972", Stuttgart, am 15.5. 1972 vorgetragen.

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Der folgende Beitrag befaBt sieh mit dem Informationsgehalt yon Zeit-Amplituden-Eehogrammen aus K6rpergewebe--insbesondere vom mensehliehen Auge.

1. Einflu[3gr6/3en au/ die In]ormation im Echogramm Auf die Information - - abet auch auf den Ballast - - im Echo haben

folgende Gr6gen Einflug :

1.1 Generatoreigenschaften

Die Form des vom Generator gelieferten elektrisehen Anregungs- impulses bestimmt in Verbindung mit dem Widerstandsverhi~ltnis: Quellwiderstand Generator zu Eingangswiderstand Wandler die m6g- liche Energieiibernahme des elektroakustischen Wandlers.

1.2 Wandlereigensehaften

Der elektroakustische Wandler stellt in der Ubertragungskette der Apparatur ffir Ultrasehall-Echographie das sehw~chste Glied dar; z.B. ist derzeitig eine optimale Widerstandsanpassung weder auf der elek- trisehen, noch auf der akustischen Seite m6glieh. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad relativ gering. Die Wandlereigenschaften sind wesentlieh durch Dynamik, Empfindlichkeit und Bandbreite bestimmt. Die um mehrere GrSBenordnungen differierenden Sende- und Eehoamplituden erfordern einen grogen linearen Arbeitsbereieh (Dynamik) um eine m6g- lichst verzerrungsarme ~bertragung der akustischen Signale zu gew~hr- leisten. Zwisehen Empfindlichkeit und Bandbreite mug yon Fall zu Fall ein KompromiB gesehlossen werden, da eine hShere Bandbreite nur dureh grSBere D/~mpfung der Sehwingerplatte erreieht werden kann. Sehwach ged~mpfte Sehwinger besitzen eine ausgepr~gte Eigenresonanz, die Form des elektrischen Anregungsimpulses geht praktisch nur quantitativ in den gelieferten sinusfSrmigen Sehallwellenzug ein. Die Schallwellenform eines stark bedi~mpften - - breitbandigen Sehwin g e r s - ist in grSgerem Mage auch qualitativ abh~ngig vonder elektrischen Anregungsimpulsform. Bei aperiodiseher D~mpfung wiirde die elektrische Form in eine entspreehen- de akustische Impulsform fibertragen.

Die Empfindliehkeit wird weiterhin beeinflugt yon den inneren Ver- lusten des Schwingers, sowie der Sehallwellenwiderstandsanpassung des Sehwingermaterials an das zu untersuehende Medium. Von der Bauform des Wandlers z.B. Verhs ~ :~, fokussierend oder nichtfokussierend, h~ngt die Geometrie des Sehallbiindels ab (Gordon, 1964).

1.3 Medium

Material, Form und Struktur des durehseha]lten Mediums bzw. eines oder mehrerer hintereinander liegender l%eflektoren beeinflussen das Fre-

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Iniormationserfassung aus Eehogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung 221

quenz- und Amplitudenspektrum des ursprfinglichen Sendersehallwellen- zuges. Es k6nnen dem Echo z. B. Vorgange/iberlagert sein, die im nieder- frequenten Sehallbereieh mit Verhallung bezeiehnet werden. Zus/~tzlieh treten bei bestimmten Strukturen Phasenversehiebungen und Interferen- zen auf. An groBen spiegelnden Grenzflgehen hat dies ftir biologisehe Gewebe erstmals Giglio (1967) gezeigt. Gassner, Krause und Soldner vet- suehten das Prinzip der synthetischen Apertur fiir die medizinische Ultrasehalldiagnostik nutzbar zu maehen, dabei st6rten die Phasen- drehungen in den dem Ziel vorgesehalteten Medien (Gassner u. Mitarb., 1973). Aueh Relativbewegungen zwisehen Schallkopf und Medium k6n- hen die Form der empfangenen Signale andern.

1.4 Empfgnger

Bei dem Eehoimpulsverfahren ist das erste Glied des Empfgngers der reversibel arbeitende elektroakustisehe Wandler, dessen unter 1.2 ge- nannte Charakteristika aneh bei der nun erfolgenden Umwandlung der akustisehen Eehosignale in elektriseher Form wirksam werden. Ein schwaeh gedgmpfter Sehwinger wird z.B. aueh dann ein sinusf6rmiges Signal liefern, wenn der reflektierte Sehallwellenzug auf seinem Weg eine Frequenzverschiebung oder einen -zuwachs erlitten haben sollte. Es tr i t t eine zweimalige Filterung der Signale, entspreehend den Eigensehaften des Schwingers ein. Die vom 8challkopf in elektrische Gr6Ben r/iekgewan- delten Sehallwellenztige werden einem Empfgnger bzw. Verstarker zu- gefiihrt und iiblieherweise oszillographiseh dargestellt. Von diesen Ver- st/~rkern ist einerseits ein m6gliehst frequenz- und amplitudenneutrales Verhalten zu fordern, da alle Niehtlinearitgten nnd Fehlanpassungen erheblichen EinfluB auf die dargestellte Eehokurvenform haben. Ursaehe hierfiir sind die an gekrfimmten Kennlinien auftretenden linearen und nichtlinearen Verzerrungen - - die sieh als Klirr- und Intermodulations- faktoren bemerkbar maehen. Andererseits werden h/~ufig logarithmische oder spezielle (z.B. S-f6rmige) Kennlinien vorgezogen (Ossoinig, 1971), teils wegen der groBen zu verarbeitenden Dynamik, teils um die visuelle Auswertung zu erleiehtern. Werden sehr breitbandige Schwinger benutzt, sollte aueh die Kreuzmodulation ber/ieksiehtigt werden. Bei h6heren Frequenzen wirken sieh Laufzeitfehler bzw. der Phasengang der Ver- starker sowie geflektionen an Fehlanpassungsstellen auf den Bildinhalt aus (Trier n. Mitarb., Gent 1973). Neist wird das in Weehselspannungs- form vorliegende Eehosignal vor der oszillographisehen Darstellung gleichgeriehtet, um eine bequemere visuelle Auswertung zu erm6glichen. Die jeweils gew~hlten Gleiehrichter- nnd Integrationseigenschaften be- stimmen in erheblichem Mal3e das Bild des Eehogramms. Die Eehoform kann klarer erkennbar werden, es mug aber auch mit einem gr6Beren Informationsverlust und zus~tzliehen Verzerrungen gerechnet werden.

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222 1%. Reuter und It. G. Trier

2. Signalverarbeitung 2.1 l~berblick

Die empfangenen Ultraschall-Signale stellen zwar keine analoge Auf- zeichnung der Vorg/s im Ultraschallfeld dar, sie beinhalten jedoeh Informationen fiber verschiedene GrSf3en des durehschallten Mediums.

Die Gewebsdifferenzierung mittels Ultrasehall bedeutet bewuBt oder unbewuBt

a) eine mSgliehst weitgehende Trennung des ,,echten" Informations- inhaltes der durch Gewebeeigenschaften beeinflul3ten Echoform yon dem apparativ- und verfahrensbedingten Ballast des Eehogramms.

b) qualitative Analyse der gewebsspezifischen Einflul3grSl3en akusti- seher Art; d.h.u.A. Grenzfl/~chenform- und Lage, Sehallgesehwindigkeit bzw. Schallwellenwiderstand, Grob- und Feinstruktur sowie Itomogeni- tat. Absolut lassen sich diese Parameter z.Z. nieht messen, relative Aus- sagen sind jedoch mSglieh.

Die Analyse der Gesamtinformation soll bestimmte Einzelkompo- nenten oder auch Komplexe und Xhnliehkeiten in Eehogrammen erken- nen lassen um eine Abgrenzung und damit Klassierung versehiedener Gewebearten zu ermSg]ichen. Eine solehe Analysetechnik kann sich sowohl einer gezielten Informationsvernichtung als such einer spezi- fisehen Informations~nreicherung bedienen.

Als Beispiel einer beabsichtigten Informationvernichtung sei die Gleichriehtung der HF-Ultraschall-Echos genannt. Eine weitergehende Vernichtung erlaubt die bei manehen Diagnoseger/~ten vorgesehene Wahl- m6glichkeit tier Siebung, d.h. der integrationsbestimmenden Zeitkon- stanten. Eine grSf3er gew~hlte Siebung lgBt die hSherfrequenten Bildan- teile nicht mehr in Erscheinung treten. SchlieB]ieh finder bei der visuellen Auswertuug eine massive Informationsvernichtung im Gehirn des Dia- gnostizierenden start.

Eine Informationsanreicherung bzw. -verdichtung tritt beispielsweise bei Anwendung der sp/s besehriebenen Wobbelteehnik oder such den Impulskompressionsverfahren ein - - in der Auswirkung etwa vergleieh- bar den bekannten average-Methoden (CAT, Enhencetron, usw.).

Im Gewebsechogramm treten Amplitudenmodulation (AM) und Fre- quenzmodulation(FM) bzw. Phasendrehungen mit entsprechenden Inter- ferenzerseheinungeu auf.

Im F~lle konventioneller, visueller Auswertung des Echogramms steht die Amplitudenmodulation der Tr/~gerfrequenz im Vordergrund. Naeh der fibliehen Einweggleichriehtung wird sie als Umhfillende einer Polari- t~tsriehtung dargestellt. Frequenz- und-phasenmodulierte Eehogramm- anteile sind visuell wesentlich schwieriger zu erfassen und zu deuten - - es sei denn es liegen grol3e Phasendrehungen vor wie sie an der Grenzf]~che

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Informa~ionserfassung aus Eehogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung 223

zweier Medien auftreten. In wie welt gewebebedingte Frequenz- bzw. Phasenmodulation fiberhaupt zum Siehtger/~t fibertragen werden, ist in erster Linie eine Frage der benutzten Sehallkopfbandbreite. Die analoge I3bertragung im interessierenden Frequenzbereieh erfordert eine ent- spreehende Bedgmlofung des Sehwingers - - oder die Verwendung mehre- rer selektiver Sehallk6pfe mit aneinander ansehlie[~enden Resonanz- frequenzen. Im ersten Falle ist eine simultane Ubertragung des Frequenz- spektrums bei sehleehtem Wirkungsgrad m6glich, im zweiten Falle besteht die Notwendigkeit sequentiell zu messen (mit entspreehenden Schwierigkeiten der Sehallkopflagereproduktion). Dem relativ hohen Wirkungsgrad steht augerdem der diskontinuierliehe Frequenzgang gegenfiber. Bezogen auf den Informationsinhalt in Form yon FM und Phasendrehungen ist die visuelle Auswertung nut sehr besehr/~nkt m6g- lieh, gerade hier bieten sieh maschinelle Auswertungstechnilcen an (Decker u. Mitarb., 1973; Trier u. t~euter, 1973; Trier u. Mitarb., 1973).

2.2 Spezielle Verfahren der SignMverarbeitung

Es kann erwartet werden, dab gewebeartspezifische Ultraschall- Beeinflussungsgr6gen in der his~ologisehen Feinstruktur zu linden sind und damit vorzugsweise im Frequenz- und Phasenspektrnm in Erschei- nung treten. Um diesen Informationsinhalt auswerten zu k6nnen, bieten sieh mehrere Verfahren an.

a) Frequenz- bzw phasenempfindliehe Gleiehriehtung dureh Syn- chrondemodulatoren mit Referenzsignal fiber einen zweiten Sehallkopf, bzw. Mikrophon.

b) Anwendung yon sweeps d.h. frequenzmodulierten SendesignMen, die eine Weiterverarbeitung der Eehos fiber matched-filter und Puls- kompressionsverfahren erlauben.

e) Spezifisehe Informationsanreieherung dutch Einfiihren einer me- ehanischen, topographisehen Wobbelteehnik.

Uber diese Eigenentwieklung wurde yon uns erstmals 1972 beriehtet (Renter u. Trier, 1972).

Im folgenden soll auf e) ngher eingegangen werden. Dem Sehallkopf- Wobbelgergt lag eine Arbeitshypothese der Autoren mit folgenden Er- wartungen zugrunde :

Die definierte, periodisehe, longitudinale oder rotierende Bewegung des Sehallkopfes mit kleinen Weglgngen senkreeht zur Sehallbfindelaehse kann znsgtzliche Informationen fiber Form nnd Struktur des besehallten Objektes bringen. Sic enn6glieht u.a.

1. einen Integrationseffekt fiber die feinstrukturbedingten Eeho- formen eines bestimmten Gewebeareals und damit eine Verminderung der Abh~ngigkeit yon der Einfa]lsriehtung des Sehallbfindels. Dies kann

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Abb. 1. Wobbelgergt R 71. Schemat. Darstellung

z.B. bei dem Versueh, dieselbe Gewebstopographie mit versehiedenen Schallk6pfen reproduzierbar zu untersuchen, nfitzlieh sein.

2. ein spezifisches ttervorheben feinstrukturbedingter Echoanteile gegeniiber den Einfltissen ,,spiege]nder" Oberfl&ehen, ohne allerdings deren Filtereffekt beseitigen zu kSnnen.

Das A-Bild stellt die zweidimensionale Aufzeiehnung bestimmter Eigenschaften eines dreidimensiona]en 0bjektes dar; bei iiblieherweise fixiertem Sehallkopf ergibt sich eine quasi-stationgre Kurvenform. Ver- gleichsweise ghnelt dies dem zweidimensionalen Bildeindruok des drei- dimensionale Dinge monocular Sehenden. Nun vermag abet aueh der eingugig Sehende u.A. dadureh einen r&umlichen Eindruek zu gewinnen, d.h. die ntitzliche Information zu erweitern, indem er den Kopf lateral zur Bliekriehtumg hin und her beweg~.

Die meohanische Einrichtung des Wobbelgergtes fiir Untersuchungen in vitro besteht aus folgenden Teilen (Abb. 1 und 2) :

Ein Doppel-T-Profil trgg~ einen mittels Mikrometern in drei Achsen verstell- baren Tisch zur Aufn~hme des drehbaren Pripar~tebehgRers. I)rei hierin ~nge-

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Informationserfassung aus Eehogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung 225

Abb. 2. Wobbelgergt R 71. Foto

brachte, von auBen versehiebbare Nadeln fixieren das Untersuchungsobjekt. ~ber dem Beh~lter befindet sich ein praktisch spielfrei kugelgelagerter Wagen zur Auf- nahme des Schallkopfes bzw. eines optischen Zielprojektors. Dieser Wagen wird yon zwei im Gegentakt arbeitenden, luftged~mpften Grol~hublautsprechersystem (PCH 134, Fa. tteco) angetrieben. Zur Kontrolle der Wobbelamplitude dient eine Licht- zeigeranordnung (MaBstab 1 : 100), deren Spaltbild mittels der drei auf der MeBskala verschiebbar angeordneten Photodioden gleiehzeitig Triggerimpulse zur Hellsteu- erung des Registrieroszillographen liefert.

Der elektrische Tell des Wobbelgeriites beinhaltet einen Dreiecksgenerator mit Leistungsverst~rker zur Versorgung der Antriebslautsprecher, eine Ablaufsteuerung und Impulsaufbereitnng zur Itelltastung des Oszillographen sowie Regler bzw. Schalter fiir: Nullpunktlage, Wobbelfrequenz, Wobbelamplitude, Hellsteuerung, Helligkeit, single sweep, t~iiekstellung.

Bei der Darstel lung der mit tels Wobbler gewonnenen Gewebsecho- gramme im A-Bild sind folgende Erseheinungen zu erwarten und auch experimentel l nachweisbar (s. Abb. 3) :

16"

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226 R. Reuter und H. G. Trier

MIF IELLAGEN -

E c h o g r e m m

W O B B E L - Echog romm

W o b b e l h u b O, I m m

0,5 m m

1,0 m m

Abb. 3. Mittellagen- und Wobbel-Eehogramme eines Melanoblastoms der Aderhaut (Kretz NM 8/5 K u. Kretz 7000 bei 65 mm ()lstreeke) A) Sehirmbild Kretz 7000

B) HF-Darstellung vom Kretz 7000 fiber Tektronix 454

1. Wird die Wobbelfrequenz wesentlieh niedriger als die Folgefre- quenz der Sendeimpulse und der Wobbelhub klein gegentiber dem Sehall- bfindelquersehnitt, etwa in der GrSBenordnung der Feinstruktur (Zell- konglomerate) gew/~hlt, (ca. 0,01--0,1 mm) tritt eine starke Beeinflussung der Phasenbeziehungen der Feinstruktur-bedingten Interferenzen auf; dies ffihrt u.A. in Verbindung mit der an den Flanken der Sehwinger- resonanzkurve auftretenden FM-Demodulation zu Amplitudenmodu- lation an diskreten Stellen im Sehirmbild des Ultrasehallger/~tes. Eine AM kann aueh z.T. dutch eine bestimmte Struktur der Oberfl~ehe (W61bung, Rauhigkeit) mitbedingt sein, wenn diese eine bestimmte Gr6ge relativ zum Wobbelhub untersehreitet.

Es wird erwartet, dab der Vergleieh yon Eehos versehiedener Gewebe hinsiehtlieh ihres dynamisehen Verhaltens Untersehiede zeigt, obwohl z. Z. fiber das Zustandekommen noeh keine Klarheit herrseht. Die Echo- form makroskopiseher Reflektoren bleibt unbeeinflul3t.

2. Wird die Wobbelamplitude auf einen mittleren Weft vergr6gert, ergeben sieh je naeh Oberfl/iehen- und Zwisehensehiehtform des Pr/~pa-

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rates weitere Vergnderungen des Sehirmbildes. Liegen die Unebenheiten dieser Grenzsehiehten in der Gr61~enordnung des Wobbelhubes, resultiert daraus eine Frequenzmodulation der der Lage dieser Sehiehten ent- spreehenden Stellen im Eehogramm. Diese FM kann bei bestimmten Gewebestrukturen mit einer AM verbunden sein.

Eine Eehoversehiebung in der Zeitaehse lggt keine sieheren giiek- sehliisse auf die histologisehe Ausdehnung des Reflektors in seitlieher l~iehtung zu, da augerdem mit versehiedenen Sehallgesehwindigkeiten im Gebiet vor dem geflektor gereehnet werden mug.

3. Eine weitere Erh6hung derWobbelamplitude ffihrt zu dynamisehem Verhalten des gesamten Eehogramms und ersehwert dadureh mindestens die visuelle Differenzierung.

3.Rechnerische Weiterverarbeitung der Gesamtin/ormation des Echogramms Im ~ahmen einer rechnerischen bzw. maschinellen Verarbeitung der

Gesamtinformation w~re es naheliegend, wenigstens ffir die ersten Schritte auf handelsfibliehe Ger~te wie Fourier-Analysatoren, Ampli- tudendiskriminatoren usw. zurfickzugrcifen. Diese Ger~te sind jedoch ffir den in der Ophthalmologie benutzten Frequenzbereich im Simultan- betrieb zu langsam. Von der Frequenztransponierung in niederfrequente Bereiche z.B. mittels sampling (Grossmann u. Millner, 1971; Ossoinig u. Mitarb., 1971) haben wit aus folgenden Grfinden abgesehen:

1. Um eine brauchbare Aufl6sung zu erreichen, mug die Samplingzeit relativ lang gew~hlt werden (GrSgenordnung wenigstens 1 sec.) Fiir diese Zeitdauer ist in vielen F~llen ein quasi-station~rer Zustand des Echo- grammes nicht gew~hrleistet.

2. Schnelle dynamische, informationstragende Vorg~nge im Echo- gramm wie sie in besonderem Mage beim Wobbeln auftreten, k6nnen bezfiglich Lage nnd Intensit~t mit Samplingmethoden nicht sicher erfagt werden.

Aus den vorgenannten Gr/inden zogen wir folgenden Weg vor: Da unseres Wissens nach bisher kein Ger~t im Handel ist, bei dem alle wich- tigen Eigensehaften standardisiert sind, besehr/inkten wit uns auf die Verwendung des Typs 7000 mit Schallkopf NM 8/5 K der Firma Kretz, erg/~nzt dureh einen 150 MHz Oszillograph 454 Tektronix und das Sehall- kopf-Wobbelger/~t eigener Konstruktion.

Vorgenannter Oszillograph erlanbt die simultane Darstellung des Eehosignals in }IF- oder gleiehgeriehteter Form, entnommen vor der Endstufe des UltrasehMlger~tes.

Die Tatsache, dag mit dem Typ Kretz 7000 eine gewisse Differential- diagnostik visuell m6glieh ist, lieg erwarten, dab die Parametrisierung seiner Eehogramme keinen Versueh am untaugliehen Objekt darstellt.

Das statisehe Mittellageeehogramm sowie Wobbeleehogramme ver- schJedener Wobbelamplitude werden ftir mehrere Leistungsstufen des

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228 R. l~euter und H. G. Trier

Abb. 4 a u. b. Echogramme von menschlicher Leber (Formalin; Kretz NM 8/5 K und Kretz 7000 bei 65 ram 01strecke). a Wobbel-Echogramm, Hub 1,0 mm (6622) ;

b Mittellagen-Echogramm (6624)

Abb. 5 a u. b. Analoge Plotter-Wiedergabe der digital errechneten Mittelwerts- kurven aus oberer und unterer Umhfillender. a yon Wobbelechogramm 6622;

b yon Mittellagen-Echogramm 6624

Ultraschallger/~tes photographiseh registr ier t . Die pho tograph ie r t en Eehos werden fiber einen K u r v e n a b t a s t e r in analoge elektr isehe Signale um- gesetzt , einem A D - W a n d l e r zugefi ihr t und in Loehstre i fen gestanzt . Die in den Pho tograph ien bzw. Loehstreit 'en gespeicherten Da ten stehen dann fiir die reehnerische Auswer tung mi t bel iebigen Arbei tsgesehwindig- ke i ten zur Verffigung (Trier u. Reuter , 1971). Sie bi lden z.B. die Grund- lage ffir die Berechnung der Mi t te lwer tskurven , des F requenzspek t rums

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Informationserfassung aus Echogrammen in Zeit-Amplitudendarstellung 229

Abb. 6 a u.b. Fourier-Transformation der errechneten Mittelwertskurven aus a Wobbel-Echogramm 6622; b 3.Iittellagen-Echogramm 6624

Abb. 7 a u. b. Leistungsspektren der Mittelwertskurven yon a Wobbel-Echogramm 6622; b Mittellagen-Echogramm 6624

u n d der or tsabhangigen Fl~chenintegrale zur Bes t immung der dyna- mischen Anteile im Eehogramm mi t Hilfe eines Four ieranalysators Typ 5450-A der Fa. H P 1. Beispiele f f r diese Echogrammverarbe i tung zeigen die Abb. 4 - -7 .

i Herrn Prof. Dr. H.-J. Hufschmidt und Herrn Dipl. Phys. R. Wrist, Neuroohirur- gische Klinik der Universit~t Bonn, danken wir frir die erm6gliehte Mitbenutzung des Rechners.

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230 1%. Reuter und H. G. Trier

~Jber die Analyse im Ampl i tuden- und Frequenzbereich statischer Gewebseehogramme yore menschlichen Auge mi t I-Iilfe eines frei pro- grammierbaren Digitalrechners mi t in teract ivem Display (PDP 12) wurde an anderer Stelle beriehtet (Decker u. Mitarb., 1973).

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