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HINTERGRUND
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Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen das Messen der Dämpfung von Ultraschall. Wenn sich akustische Energie durch Gewebe hindurch ausbreitet, wird die akustische Energie gedämpft. Der Grad der Dämpfung kann ein Indikator für die Eigenschaften des Gewebes sein.
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Dämpfung kann mit Ultraschall gemessen werden. Die Änderung der Echointensität (z. B. die B-Modus-Amplitude) wird gemessen, um die Dämpfung zu schätzen. Allerdings kann Speckle-Rauschen die Genauigkeit von Schätzungen der Echointensität beeinflussen.
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Akustische Strahlungskraft kann verwendet werden, um Dämpfung zu messen. Verlagerungen bei unterschiedlichen Tiefen werden als Reaktion auf eine konstante laterale Fokalkonfiguration bestimmt. Die Verlagerungen werden verwendet, um die Dämpfung zu schätzen. Allerdings hängt die Verlagerung auch von der Steifigkeit des Gewebes ab. Sich nur auf die Verlagerung bei unterschiedlichen Tiefen zu verlassen, kann daher ungenau sein.
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Aus der
DE 38 12 434 A1 ist bekannt, dass ein erster Ultraschallimpuls höherer Mittenfrequenz und ein zweiter Ultraschallimpuls niederer Mittenfrequenz in das Untersuchungsobjekt gesandt und anschließend die durch nichtlineare Effekte auf der Untersuchungsstrecke vom ersten Ultraschallimpuls hervorgerufene Zeitverschiebung der Nulldurchgänge der Grundwelle des zweiten Ultraschallimpulses der Echo- oder Transmissionssignale als Maß für die Ultraschalldämpfung gemessen werden.
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Bei der
US 4 619 267 A wird ein gepulstes akustisches Signal gesendet und die Absorption anhand von Frequenzverschiebungen der reflektierten Signale berechnet.
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Aus der
DE 698 27 181 T2 ist bekannt, dass mittels zweier Wandler die Schwächung eines akustischen Signals bei der Transmission durch das Untersuchungsobjekt erfasst wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Einleitend umfassen die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme zum Messen der akustischen Absorption oder Dämpfung von Ultraschall. Um die akustische Absorption oder Dämpfung zu schätzen, wird die durch Belastung bei unterschiedlichen Frequenzen verursachte Gewebeverlagerung gemessen. Die Absorption oder Dämpfung wird aus den Verlagerungen berechnet. Die Einbeziehung unterschiedlicher Frequenzen stellt eine weitere Variable zur Auflösung nach Dämpfung oder Absorption trotz unbekannter Steifigkeit des Gewebes dar.
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Bei einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Messen der akustischen Absorption von Ultraschall bereitgestellt. Ein Wandler überträgt einen ersten akustischen Strahl. Referenzinformationen, welche Gewebe in einer Referenzposition darstellen, werden als Reaktion auf die Übertragung des ersten akustischen Strahls empfangen. Der Wandler überträgt einen zweiten akustischen Strahl mit einer zweiten Mittenfrequenz. Eine zweite Verlagerung von der Referenzposition, verursacht durch die Übertragung des zweiten akustischen Strahls, wird verfolgt. Der Wandler überträgt einen dritten akustischen Strahl mit einer dritten Mittenfrequenz. Die dritte Mittenfrequenz differiert von der zweiten Mittenfrequenz. Eine dritte Verlagerung von der Referenzposition, verursacht durch die Übertragung des dritten akustischen Strahls, wird verfolgt. Die akustische Absorption des Gewebes wird in Abhängigkeit von der zweiten und dritten Verlagerung berechnet. Die akustische Absorption wird angezeigt.
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Bei einem zweiten Aspekt sind auf einem nichttransitorischen computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, welche Anweisungen repräsentieren, die von einem programmierten Prozessor ausgeführt werden können, um die akustische Dämpfung von Ultraschall zu messen. Das Speichermedium umfasst Anweisungen zum Erkennen von Gewebeverlagerungen mit Ultraschall als Reaktion auf Drücke mit unterschiedlichen Frequenzen, sowie zum Berechnen der akustischen Dämpfung in Abhängigkeit von den Verlagerungen infolge der Drücke mit den unterschiedlichen Frequenzen.
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Bei einem dritten Aspekt wird ein System zum Messen der akustischen Absorption von Ultraschall bereitgestellt. Ein Beamformer kann eingesetzt werden, um akustische Strahlungskraft mit unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Zeiten zu erzeugen. Ein Prozessor ist so konfiguriert, dass er einen räumlichen Versatz des Gewebes als Reaktion auf die akustische Strahlungskraft mit unterschiedlichen Frequenzen zu verschiedenen Zeiten bestimmt und ferner eine akustische Absorption des Gewebes in Abhängigkeit von dem räumlichen Versatz bestimmt.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die nachfolgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt sollte als Einschränkung dieser Ansprüche verstanden werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden weiter unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen besprochen und können gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt unabhängig oder in Kombination beansprucht werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Komponenten und Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet; Schwerpunkt ist vielmehr die Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugsnummern die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten.
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1 veranschaulicht ganz allgemein die akustische Dämpfung und Absorption;
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Messen der akustischen Absorption von Ultraschall; und
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3 zeigt eine grafische Darstellung, die beispielhafte Verlagerungen des Gewebes in Abhängigkeit zur Tiefe veranschaulicht;
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4 zeigt eine grafische Darstellung, die eine beispielhafte Dämpfung in Abhängigkeit zur Tiefe bei Verwendung der Verlagerungen aus 4 veranschaulicht; und
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5 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zum Messen der akustischen Absorption oder Dämpfung von Ultraschall.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DERZEIT BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Absorption von akustischer Energie wird in Strahlungskraft umgewandelt, welche eine Gewebeverlagerung induziert. Durch Messen von Verlagerungen, die von einem akustischen Strahlungskraftimpuls erzeugt werden, kann der Dämpfungsparameter abgeleitet werden. Eine Reihe von Gewebeverlagerungsdaten wird gemessen. Da die Verlagerung auch von der Steifigkeit des Gewebes abhängt, wird mehr als eine Gleichung zwischen der Verlagerung und dem Absorptionsparameter verwendet, um den Absorptionsparameter zu schätzen. Durch Ändern der Übertragungsfrequenz der akustischen Strahlungskraftimpulse, während die anderen akustischen Parameter ähnlich gehalten werden, erhält man mehrere Verlagerungs- und Frequenzpaare. Die erfassten Gewebeverlagerungsdaten sind das Ergebnis der mit unterschiedlichen Frequenzen auf das Gewebe angewendeten akustischen Strahlungskraft. Der Dämpfungsparameter und dessen Beziehung zur Frequenz können aufgelöst werden. Der Parameter akustische Absorption oder Dämpfung wird anhand dieser Daten geschätzt.
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Der Absorptionsparameter kann als diagnostische Information verwendet werden, beispielsweise als Indikator für Gewebeeigenschaften, die auf Leberfibrose, Brustdichte, Knorpelschäden, Knochendichte, Zöliakie oder andere Zustände hindeuten. Der Absorptionsparameter kann verwendet werden, um Einstellungen für die Ultraschallbildgebung und/oder die Ultraschalltherapie anzupassen, beispielsweise für das Anpassen von Einstellungen für die akustische Wärmebehandlungsplanung.
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1 veranschaulicht ganz allgemein die akustische Dämpfung und Absorption. Die akustische Energie 50 breitet sich bis zu einem Ort 46 aus. Der Ort 46 absorbiert einen Teil der akustischen Energie. Ein anderer Teil der akustischen Energie wird von dem Ort 46 ausgehend gebrochen und gestreut. Der Pfeil 52 repräsentiert die Brechung und Streuung. Die Stärke und durchschnittliche Richtung der Brechung und Streuung 52 kann von dem Gezeigten abweichen. Im Allgemeinen sind Brechung und Streuung 52 wesentlich geringer als die Absorption; sie machen beispielsweise 10% oder weniger der Absorption aus. Die verbleibende akustische Energie breitet sich entlang der Linie 54 bis zum nächsten Ort 48 aus. Die Differenz zwischen der auftretenden akustischen Energie 50 und der sich linear ausbreitenden Energie 54 ist die Dämpfung (Absorption plus Brechung und Streuung). Aufgrund der ähnlichen Stärke von Dämpfung und Absorption kann wahlweise einer der beiden Parameter verwendet werden. Bei der Dämpfungsschätzung kann es sich um eine Absorptionsschätzung handeln oder umgekehrt, basierend auf einer Annahme einer relativ kleinen Brechung und Streuung. Die akustische Dämpfung umfasst Absorption, Brechung und Streuung, aber die Absorption ist der entscheidendere Faktor.
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1 ist eine Vereinfachung. Absorption, Streuung und Brechung treten an allen Orten auf, durch die sich akustische Energie ausbreitet. 1 stellt eine Diskretisierung der Ausbreitung mit den spezifischen Orten 46, 48 dar. Andere Darstellungen können ebenfalls verwendet werden.
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2 ist ein Verfahren zum Messen der akustischen Absorption von Ultraschall. Das Verfahren wird durch das System aus 5 oder ein anderes System implementiert. Gegebenenfalls werden zusätzliche, andere oder weniger Handlungen bereitgestellt. So verwendet beispielsweise das Erkennen aus Handlung 28 die Handlungen 30, 32, 34 und 36 oder wird ohne die Handlungen 30, 32, 34 und/oder 36 durchgeführt. In einem weiteren Beispiel werden die Handlungen 40 und/oder 42 nicht durchgeführt. Die Handlungen werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge durchgeführt, können aber auch in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. So können beispielsweise die Referenzinformationen (Handlungen 30 und 32) nach dem Verfolgen der Verlagerungen in Handlung 36 oder zwischen den Handlungen 34 und 36 erfasst werden.
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In Handlung 28 wird die Gewebeverlagerung mit Ultraschall erkannt. Ultraschallabtastungen werden eingesetzt, um die Bewegung von Gewebe zu messen. Als Reaktion auf eine Impulsbelastung kann sich das Gewebe bewegen. Unter Verwendung von B-Modus, Doppler (z. B. Gewebebewegung) oder anderen Abtastverfahren wird die Bewegung entlang einer, zweier oder dreier Dimensionen erkannt. Beliebige Techniken zur Messung von Verlagerungen können verwendet werden, wie man sie beispielsweise bei der Elastizitätsbildgebung, der Belastungsbildgebung, der ARFI-Bildgebung (Acoustic Radiation Force Imaging) oder der Scherwellenbildgebung vorfindet.
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In einer Ausführungsform kann ein beliebiges welleninduziertes Bildgebungsverfahren verwendet werden. Akustische Energie wird verwendet, um eine Welle in einer Region eines Patienten zu induzieren. Bei der akustischen Energie handelt es sich um einen Druckimpuls zum Bewegen des Gewebes. Die Region wird abgetastet, um die induzierte Welle zu verfolgen oder zu erkennen. Die Gewebeverlagerung aufgrund der durch die Region wandernden Welle zeigt das Vorhandensein der Welle an. Das mit der Verlagerung verbundene Timing kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Welle zu bestimmen.
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Unterschiedliche Arten von Wellen können generiert und/oder verfolgt werden. Längswellen werden bei der Bildgebung auf Basis der akustischen Strahlungskraft verfolgt, beispielsweise bei der Elastographie-Bildgebung oder der Belastungsbildgebung. Scherwellen werden bei der Scherwellenbildgebung oder bei der Bildgebung auf Basis der Scherwellengeschwindigkeit verfolgt.
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Zum Berechnen von Dämpfung oder Absorption wird die Impulsbelastung bei unterschiedlichen Frequenzen angewendet. Der Druckimpuls wird wiederholt, wobei jede Wiederholung mit einer anderen Frequenz erfolgt. Die durch die Druckimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen verursachten Verlagerungen werden gemessen.
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Die Handlungen 30, 32, 34 und 36 repräsentieren eine Ausführungsform von welleninduzierter Bildgebung, wie man sie beispielsweise beim Induzieren einer Verlagerung durch eine Längswelle entlang einer Achsrichtung mit akustischer Strahlungskraft vorfindet. Weniger oder zusätzliche Handlungen können für ARFI-Techniken oder für andere welleninduzierte Techniken bereitgestellt werden. So können beispielsweise die mit dem Verfolgen in Handlung 36 verbundenen Signale zu Referenzzwecken verwendet werden, was den Betrieb ohne die Handlungen 30 und 32 ermöglicht. In einem weiteren Beispiel kommen die Scherwellenbildgebung und die entsprechenden Handlungen zur Anwendung.
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In Handlung 30 überträgt ein Wandler einen akustischen Strahl. Ein Beamformer nutzt die relative Phasengebung und/oder Verzögerungen, um akustische Energie an einem Punkt, auf einer Linie oder in einer Region entlang einer Abtastzeile zu fokussieren. Der Wandler umfasst ein Array von Elementen, die verzögerte und apodisierte Wellenformen von dem Beamformer empfangen. Die Elemente wandeln die elektrische Energie in akustische Energie um. Die akustische Energie konvergiert kohärent, während sich der akustische Strahl entlang einer Abtastzeile in dem Patienten bewegt. Die Abtastzeile erstreckt sich von dem Wandler bis zum Fokalort. Die Abtastzeile definiert eine Tiefe oder eine Axialdimension.
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Die Übertragung des akustischen Strahls erfolgt für die B-Modus-Bildgebung. Ein einzelner Impuls von etwa 1–5 Zyklen wird übertragen. Bei den Wellenformen handelt es sich um Rechteckwellen, die an Impulsgeber gekoppelt sind, aber auch sinusförmige Wellen oder andere Wellenformen sind möglich. Der Impuls erfolgt mit einer beliebigen gewünschten Frequenz, beispielsweise einer Mittenfrequenz der Wandlerbandbreite. Mehrere Impulse können verwendet werden, wie dies bei der Doppler-Bildgebung oder der Kontrastmittel-Bildgebung der Fall ist.
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In Handlung 32 werden Referenzinformationen empfangen. Die Übertragung aus Handlung 30 und der hieraus resultierende Empfang von Informationen in Handlung 32 erfolgen, während das Gewebe im Ruhezustand oder ohne von außen angewendete Impulsbelastung abgetastet wird. Das Gewebe kann einer internen und/oder wandlerseitigen Druckbelastung ausgesetzt sein, aber akustische Strahlungskraft, Kraft von einer Schlagvorrichtung, Kraft durch manuelle Klopfbewegung oder eine andere welleninduzierende Belastung wird nicht bereitgestellt. Um die Gewebeverlagerung zu schätzen, werden Echosignale vor einem akustischen Strahlungskraftimpuls erfasst. In anderen Ausführungsformen werden die Referenzinformationen früh oder spät relativ zu einer Anwendung von Belastung erfasst, wie dies gleich beim Starten des Verlagerns oder im nahezu entspannten Zustand nach einer Belastung der Fall ist.
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Die Informationen werden als akustische Reflexion empfangen. Das Gewebe reflektiert einen Teil der akustischen Energie von dem übertragenen Strahl. Mit Hilfe des Beamforming-Verfahrens, der Fourier-Analyse oder einer anderen Technik werden die Reflexionen von dem Gewebe abgetastet. So treffen beispielsweise die akustischen Reflexionen auf die Elemente des Wandlers auf. Die Elemente wandeln die akustische Energie in elektrische Energie um. Unter Verwendung von Verzögerungen und/oder der Phasengebung, wird die elektrische Energie von verschiedenen Kanälen oder Elementen strahlgeformt. Eine dynamische Fokussierung wird bereitgestellt, um eine Stichprobe entlang mehrerer Orte der Abtastzeile zu entnehmen, um einen Empfangsstrahl zu formen. Das Abtasten erfolgt entlang derselben Abtastzeile wie bei dem Sendestrahl, kann aber in anderen Ausführungsformen an einem versetzten Ort erfolgen.
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Die Empfangsverarbeitung, beispielsweise die Strahlformung mit oder ohne Erkennung, erfolgt für die B-Modus-Bildgebung. Mit Erkennung repräsentieren die empfangenen Informationen die Intensitäten für die Stichprobenorte. Die Intensitäten repräsentieren den Reflexionsgrad des Gewebes an den entsprechenden Orten. In anderen Ausführungsformen erfolgt die Empfangsverarbeitung für die Doppler-Bildgebung oder die Kontrastmittel-Bildgebung.
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In Handlung 34 wird ein weiterer akustischer Strahl von dem Wandler übertragen. Der akustische Strahl wird entlang derselben Abtastzeile übertragen, aber er weist andere Eigenschaften auf als der in Handlung 30 übertragene Strahl. Die Übertragung aus Handlung 34 erfolgt, um eine Impulsbelastung zum Verlagern des Gewebes zu erzeugen. Die akustische Energie fungiert als eine Impulserregung.
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In einem Beispiel für akustische Strahlungskraft wird eine 400-Zyklen-Sendewellenform mit Leistungs- oder Spitzenamplitudenpegeln, welche ähnlich oder höher sind als B-Modus-Übertragungen für die Bildgebung von Gewebe, übertragen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Übertragung um eine Strahlungskraftfolge, welche auf das Sichtfeld angewendet wird. Eine beliebige ARFI-Folge (Acoustic Radiation Force Imaging) kann verwendet werden. Eine beliebige Anzahl von Zyklen kann verwendet werden. Eine beliebige Amplitude kann verwendet werden. Aufgrund der höheren Anzahl von Zyklen in Handlung 34 im Vergleich zu Handlung 30 hat der Sendestrahl aus Handlung 34 eine höhere Leistung als der Sendestrahl aus Handlung 30. Die höhere Leistung kann alternativ oder zusätzlich aus einer größeren Amplitude, der Apertur-Weite, einer anderen Frequenz oder Kombinationen hieraus resultieren.
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Die Übertragung wird durch Leistung, Amplitude, Timing oder andere Eigenschaften konfiguriert, um eine Belastung auf das Gewebe zu verursachen, die ausreichend groß ist, um das Gewebe an einem oder mehreren Orten zu verlagern. So wird beispielsweise ein Übertragungsfokus in der Nähe eines unteren, mittigen Bereichs des Sichtfeldes positioniert, um eine Verlagerung über das gesamte Sichtfeld zu verursachen. Die Übertragung kann für verschiedene Unterregionen wiederholt werden. In den Fällen, in denen die Verlagerung an einem Ort oder nur an Orten um die Fokalregion herum verwendet wird, wird der Fokus in der gewünschten Region positioniert.
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Die akustische Energie wird fokussiert, woraus sich ein dreidimensionales Strahlenprofil ergibt. Die Erregung wird unter Verwendung eines phasengesteuerten Arrays und/oder mechanisch fokussiert. Die Erregung kann in einer Dimension unfokussiert sein, beispielsweise in der Höhendimension. Die Erregung wird in das Gewebe eines Patienten übertragen.
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Der übertragene Strahl verfügt über eine Mittenfrequenz. Die für das Generieren des Strahls verwendeten elektrischen Wellenformen verfügen über eine Mittenfrequenz. Die Mittenfrequenz ist innerhalb einer Bandbreite des Wandlers positioniert. So liegt die Mittenfrequenz beispielsweise zwischen 4 und 7 MHz oder zwischen 1,8 und 3,5 MHz. Die Mittenfrequenz ist identisch mit oder abweichend von der in Handlung 30 verwendeten Frequenz.
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Eine beliebige Mittenfrequenz kann verwendet werden. Die Übertragung zum Induzieren einer Verlagerung wird mit verschiedenen Mittenfrequenzen wiederholt. Für die verschiedenen Wiederholungen der Übertragung aus Handlung 34 wird jeweils eine andere Mittenfrequenz verwendet. So wird beispielsweise Handlung 34 zweimalig durchgeführt. Die erste Mittenfrequenz liegt am unteren Ende der Wandlerbandbreite (z. B. 5 MHz in einem Wandler mit einer Bandbreite von 4–7 MHz), und die zweite Mittenfrequenz liegt an einem höheren Ende der Wandlerbandbreite (z. B. 6 MHz). Eine beliebige Verteilung von Mittenfrequenzen mit einer oder mehreren Wiederholungen kann verwendet werden.
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Für die Ausführung von Handlung 34 zu unterschiedlichen Zeiten werden andere Übertragungsbedingungen unverändert beibehalten. So wird beispielsweise die Impulslänge oder die Impulsdauer unverändert beibehalten. Die Impulslänge wird auf 100 Mikrosekunden festgelegt. In einer Ausführungsform beträgt die Dauer mindestens 50 Mikrosekunden. Eine längere oder kürzere Dauer kann ebenfalls verwendet werden. Die Anzahl der Zyklen kann aufgrund der unterschiedlichen Mittenfrequenz variieren, aber die Dauer ist dieselbe. In einem weiteren Beispiel ist die Amplitude des Sendestrahls identisch. Die Amplitude kann aufgrund der vorgeschriebenen Grenzwerte für die Sendeleistung differieren. Aufgrund der ähnlichen oder identischen Einstellungen mit Ausnahme der Mittenfrequenz basiert die Ursache für etwaige systematische Abweichungen hinsichtlich der Verlagerung auf einer gegebenen Nicht-Einheitlichkeit der Systeme sowie Abhängigkeiten im Hinblick auf die Übertragungsfrequenz des Wandlers. Wenn ein bestimmter Bereich des Wandlerspektrums verwendet wird, kann die systematische Abweichung auf Basis experimentell bestimmter Anpassungen und/oder Kalibrierungsmaßnahmen minimiert oder kompensiert werden. Bei dem verbleibenden Faktor oder der verbleibenden systematischen Abweichung kann es sich um Messvarianzen handeln, wie sie bei allen Erkennungsverfahren üblich sind. Die systematische Abweichung kann unter Umständen in anderen Ausführungsformen ignoriert werden.
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Als Reaktion auf den in Handlung 34 generierten Sendestrahl wird eine Welle generiert. Das Gewebe wird im Körper des Patienten zwangsweise verschoben. Die übertragene Erregung verursacht eine Verlagerung des Gewebes. An dem Fokalpunkt oder in der Fokalregion wird eine Längswelle, eine Scherwelle und/oder eine andere Art von Welle in dem Gewebe erzeugt. So wird beispielsweise eine Längswelle generiert, die sich von der Fokalregion ausgehend ausbreitet. Während sich die Welle durch das Gewebe bewegt, wird das Gewebe verlagert.
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In Handlung 36 wird die durch die Übertragung des akustischen Strahls in Handlung 34 verursachte Verlagerung von der Referenzposition verfolgt. Die Verfolgung bestimmt eine einzelne Verlagerung. Alternativ wird die Verfolgung über einen bestimmten Zeitraum durchgeführt, um eine Folge von Verlagerungen zu bestimmen, während sich die induzierte Welle ausbreitet. Ein zeitliches Verlagerungsprofil an einem Ort wird gemessen.
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Um die Verlagerung zu verfolgen, wird eine Region des Patienten mit Ultraschall abgetastet. Die Verlagerung wird per Ultraschalluntersuchung erkannt. Eine Region, beispielsweise die (eindimensionale) Abtastzeile, eine (zwei- oder dreidimensionale) Region von Interesse, das gesamte Sichtfeld oder eine Unterregion von Interesse wird mit Ultraschall abgetastet. Um die Verlagerung zu unterschiedlichen Zeiten zu messen, wird der Abtastvorgang wiederholt.
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Für eine bestimmte Zeit wird Ultraschall an das Gewebe oder die Region von Interesse übertragen. Jedes derzeit bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte verlagerungsbasierte Bildgebungsverfahren kann verwendet werden, beispielsweise Übertragungen für die B-Modus-Bildgebung. So werden beispielsweise Impulse mit einer Dauer von 1–5 Zyklen und einer Intensität von weniger als 720 mW/cm2 verwendet. Impulse mit anderen Intensitäten können ebenfalls verwendet werden. Die Übertragung erfolgt mit einer beliebigen Frequenz, beispielsweise derselben Mittenfrequenz, die für die Übertragung in Handlung 30 verwendet wird. Die Mittenfrequenz für das Verfolgen ist dieselbe oder eine andere Frequenz wie die Mittenfrequenzen, die für eine, einige oder alle Druckimpulse verwendet wird, welche in Handlung 34 übertragen werden. Während die Mittenfrequenz für die Wiederholungen der Druckimpulse variiert, ändert sich die Mittenfrequenz für das Verfolgen nicht. Die Mittenfrequenz für das Verfolgen kann ebenfalls variieren. Andere Eigenschaften des Sendestrahls aus Handlung 36 sind identisch mit den Eigenschaften aus Handlung 30, können jedoch auch von diesen Eigenschaften differieren.
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Echos oder Reflexionen von der Verfolgungsübertragung werden in Handlung 36 empfangen. Die Echos werden strahlgeformt, und die strahlgeformten Daten repräsentieren einen oder mehrere Orte. Um die Verlagerung zu erkennen, wird Ultraschallenergie an das zu verlagernde Gewebe übertragen, und Reflexionen dieser Energie werden empfangen. Eine beliebige Sende- und Empfangsfolge kann verwendet werden.
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Indem der Sende- und Empfangsvorgang mehrfach durchgeführt wird, werden Daten, welche eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren, empfangen. Die Frequenz dieser Wiederholung ist die Impulswiederholfrequenz. Die Übertragung und der Empfang werden mehrere Male durchgeführt, um eine Änderung aufgrund einer Verlagerung festzustellen. Durch wiederholtes Abtasten mit Ultraschall wird die Gewebeposition zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt.
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Ultraschalldaten werden bezogen. Zumindest einige der Ultraschalldaten stellen eine Reaktion auf die induzierte Welle dar. Eine Region von Interesse wird überwacht, um die induzierte Welle zu erkennen. Diese Erkennungsregion wird durch Ultraschall überwacht. So werden beispielsweise B-Modus-Scans durchgeführt, um durch die induzierte Welle verursachte Gewebeverlagerungen zu erkennen. Doppler, Farbfluss oder andere Ultraschallmodi können verwendet werden, um die Scherwelle zu überwachen.
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Die Überwachung wird für eine beliebige Anzahl von Abtastzeilen durchgeführt. So wird bzw. werden beispielsweise ein einzelner Strahl oder vier Empfangsstrahlen als Reaktion auf jede Übertragung gebildet. Nach dem Übertragen der Erregung zum Generieren der Welle werden die Übertragungsvorgänge entlang einer einzelnen Abtastzeile wiederholt durchgeführt, und die Empfangsvorgänge werden entlang derselben Abtastzeile oder entlang angrenzender Abtastzeilen durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird als Reaktion auf jede Verfolgungsübertragung eine andere Anzahl von Empfangsstrahlen gebildet. Eine beliebige Anzahl von Wiederholungen kann verwendet werden, beispielsweise etwa 120 mal. Einige der Ultraschalldaten, beispielsweise am Anfang oder Ende der Wiederholungen, sind unter Umständen keine Reaktion auf die induzierte Welle.
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Eine durch die Welle verursachte Gewebeverlagerung wird aus den durch das Abtasten empfangenen Daten erkannt. Die Echos werden unter Verwendung der B-Modus- oder Doppler-Erkennung erkannt. Die Verlagerung wird anhand der Differenzen für jede räumliche Lage über einen bestimmten Zeitraum erkannt. Die Differenz zwischen den Verfolgungsinformationen und den Referenzinformationen zeigt die Verlagerung an. So werden beispielsweise die Geschwindigkeit, die Varianz, die Verschiebung des Intensitätsmusters (z. B. Speckle-Verfolgung) oder andere Informationen aus den empfangenen Daten und den Referenzdaten als Verlagerung erkannt.
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Die durch die Kraft oder die Belastung verursachte Verlagerung wird gemessen. Eine einzelne Verlagerung wird durch einen Vergleich zwischen den Referenzinformationen und den Daten von einer Abtastung beim Verfolgen bestimmt. Die eine Abtastung wird zeitlich so abgestimmt, dass sie zu einem Zeitpunkt erfolgt, an dem eine Weitergabe der induzierten Welle wahrscheinlich ist. In anderen Ausführungsformen wird ein Verlagerungsprofil für die Reaktion in dem Patienten bestimmt. So werden beispielsweise die Verlagerungen über einen bestimmten Zeitraum für einen gegebenen Ort bestimmt. Die räumliche Abweichung des Gewebes von der Referenzposition wird zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt. Die Verlagerung kann an einem oder an mehreren Orten über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden.
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Die Verlagerungsmessung kann beginnen, bevor die Belastung oder der Impuls endet, beispielsweise durch Verwenden einer anderen Frequenz oder Codierung. Alternativ beginnt die Verlagerung nach dem Impulsende. Da die Scherwelle, die Längswelle oder eine andere Welle, welche die Gewebeverlagerung vom Belastungspunkt oder der Belastungsregion weg verursacht, Zeit für die Bewegung benötigt, kann die Verlagerung von einem entspannten oder teilweise angespannten Zustand bis hin zu einer maximalen Verlagerung und anschließend zu einem entspannten Zustand gemessen werden. Alternativ wird die Verlagerung nur gemessen, während das Gewebe entspannt ist, um das Maximum zu bilden.
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Die Messung entspricht dem Betrag oder der Größe der Verlagerung. Das Gewebe wird in eine beliebige Richtung verschoben. Die Messung kann entlang der Abtastzeile oder der Axialdimension erfolgen. Die Größe des Bewegungsvektors wird bestimmt. Alternativ erfolgt die Messung entlang einer zwei- oder dreidimensionalen Richtung oder einer Richtung der größten Bewegung.
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In einer Ausführungsform, bei der B-Modus-Daten zum Einsatz kommen, werden die Daten von unterschiedlichen Abtastungen korreliert. So wird beispielsweise ein aktueller Datensatz mehrere Male mit einem Referenzdatensatz korreliert. Unterschiedliche relative Translationen und/oder Wechsel zwischen den beiden Datensätzen werden durchgeführt. Der Ort einer Teilmenge von Daten, welche an einem gegebenen Ort in dem Referenzsatz zentriert sind, wird in dem aktuellen Satz identifiziert.
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Bei den Referenzdaten handelt es sich um einen ersten Satz von Daten oder Daten von einer anderen Abtastung. Dieselben Referenzdaten werden für die gesamte Verlagerungserkennung oder die Referenzdatenänderungen in einem fortlaufenden oder sich bewegenden Fenster verwendet.
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Die Korrelation ist ein-, zwei- oder dreidimensional. So wird beispielsweise die Korrelation entlang einer Abtastzeile vom Wandler weg und zum Wandler hin verwendet. Für eine zweidimensionale Abtastung erfolgt die Translation entlang zweier Achsen mit oder ohne Rotation. Bei einem dreidimensionalen Abtastvorgang erfolgt die Translation entlang dreier Achsen mit oder ohne Rotation über drei oder weniger Achsen. Der Grad der Ähnlichkeit oder Korrelation der Daten an jeder der verschiedenen Versatzpositionen wird berechnet. Die Translation und/oder Rotation mit der größten Korrelation repräsentiert den Bewegungsvektor oder Versatz für die Zeit, welche an die mit den Referenzdaten verglichenen aktuellen Daten gekoppelt ist.
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Jede derzeit bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Korrelation kann verwendet werden, beispielsweise Kreuzkorrelation, Musterabgleich oder Mindestsumme von absoluten Differenzen. Gewebestruktur und/oder Speckle werden korreliert. Unter Verwendung der Doppler-Erkennung leitet ein Clutter-Filter Information über das sich bewegende Gewebe weiter. Die Geschwindigkeit des Gewebes wird von mehreren Echos abgeleitet. Die Geschwindigkeit wird verwendet, um die Verlagerung in Richtung Wandler oder vom Wandler weg zu bestimmen. Alternativ hierzu kann die relative Geschwindigkeit oder die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten an verschiedenen Orten eine Belastung oder Verlagerung anzeigen.
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Während sich die Welle entlang der Abtastzeile ausbreitet, kann die B-Modus-Intensität aufgrund der Verlagerung des Gewebes variieren. Daten von mehreren räumlichen Lagen (z. B. entlang der Abtastzeile) werden in Abhängigkeit zum Faktor Zeit korreliert. Eine beliebige Elastizitäts- oder Scherungserkennung kann verwendet werden. Für jede Tiefe oder räumliche Lage erfolgt eine Korrelation über mehrere Tiefen oder räumliche Lagen (z. B. ein Kern aus 64 Tiefen, wobei die Mittentiefe der Punkt ist, für den das Profil berechnet wurde). Eine zwei- oder dreidimensionale räumliche Verlagerung kann verwendet werden. Eine eindimensionale Verlagerung entlang einer Richtung, bei der es sich nicht um die Abtastzeile oder den Strahl handelt, kann verwendet werden.
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Der räumliche Versatz mit der höchsten oder ausreichenden Korrelation zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigt den Betrag der Verlagerung an. Verlagerungen können für einen gegebenen Ort zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt werden. Das zeitliche Profil für einen gegebenen Ort zeigt die Erkennung der Welle an. Die unterschiedlichen Profile entsprechen verschiedenen Wiederholungen der Handlungen 34 und 36.
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Durch Einsatz des Profils kann eine gegebene Verlagerung als für die Dämpfungsberechnung zu verwendende Verlagerung ausgewählt werden. Beliebige Kriterien können verwendet werden, beispielsweise die maximale Verlagerung. Das Profil wird auf eine rauschfreie oder einzelne Abweichungsinstanz untersucht. Ein Spitzenwert in dem Profil, mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung, zeigt die Weitergabe der Wellenfront an. Die größte Verlagerung wird ausgewählt, aber auch der Durchschnitt oder andere Verlagerungskenngrößen können verwendet werden. In anderen Ausführungsformen wird die Verlagerung, unabhängig davon, ob es sich um den Maximalwert handelt oder nicht, zu einem gegebenen Zeitpunkt verwendet (z. B. 10 Millisekunden nach Generierung oder X Millisekunden pro Einheit der Entfernung von der Fokalregion).
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Das Verlagerungsprofil kann für die Berechnung des Maximums geglättet oder gefiltert werden. In anderen Ausführungsformen kann die Rohkurve oder die ungefilterte Verlagerungskurve verwendet werden. Der Maximalwert über das gesamte Profil oder einen Teil des Profils wird identifiziert oder bestimmt. Andere Techniken können verwendet werden, um den Spitzenwert in dem Profil zu erkennen.
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Die Übertragung von akustischen Strahlen für das Anwenden von Belastung (d. h. das Induzieren einer Gewebeverlagerung) wird wiederholt. Die Wiederholungen erfolgen mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen. Andere Eigenschaften sind identisch oder können differieren. Eine beliebige Anzahl von Wiederholungen und entsprechenden unterschiedlichen Mittenfrequenzen kann verwendet werden. So zeigt beispielsweise 3 den Einsatz von acht unterschiedlichen Mittenfrequenzen für die Druckimpulse und die hieraus resultierenden maximalen Verlagerungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Tiefe. Da die Frequenz zu einer Amplitudenänderung führen kann, um innerhalb der Sendebegrenzungen zu bleiben, kann die Spannung für den generierten Strahl variieren. Der Wert neben der Frequenz repräsentiert eine Spannungsmessung. Die Spannung ist in anderen Ausführungsformen identisch. In ähnlicher Weise wird das Verfolgen aus Handlung 36 für jede Übertragung aus Handlung 34 wiederholt.
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Die Wiederholungen erfolgen für einen gegebenen Ort entlang der Abtastzeile. Die Verlagerung für andere Orte kann bestimmt werden, beispielsweise um die Dämpfung für unterschiedliche Tiefen zu berechnen. Unter Verwendung derselben drückenden Übertragungen und der verfolgenden Abtastvorgänge werden Verlagerungen als Reaktion auf unterschiedliche Mittenfrequenzen des Druckimpulses für verschiedene Orte entlang einer Abtastzeile bestimmt. Eine beliebige Anzahl von Orten kann abgetastet werden, beispielsweise einige zehn oder Hunderte von Orten. Verlagerungsschätzungen werden für jede Tiefe auf dem akustischen Pfad eines akustischen Strahlungskraftimpulses von allen verfügbaren Paaren aus Verlagerung und Frequenz gesammelt.
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Zusätzliche Übertragungs- und Empfangsvorgänge sind unter Umständen nicht erforderlich, um Verlagerungen von Orten entlang derselben Abtastzeile zu bestimmen. Alternativ wird die Abtastzeile in verschiedene Tiefenbereiche unterteilt und die Handlungen 34 und 36 werden für die einzelnen Bereiche getrennt durchgeführt.
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Verlagerungen entlang anderer Abtastzeilen können gegebenenfalls bestimmt werden. Für Abtastzeilen in der Nähe oder neben der Abtastzeile des Druckstrahls kann derselbe Druckimpuls verwendet werden. Die Verfolgung erfolgt entlang der einzelnen Abtastzeilen. Alternativ oder zusätzlich wird die Übertragung der Druckimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen und das entsprechende Abtasten zum Verfolgen für verschiedene Abtastzeilen wiederholt. In einer Ausführungsform wird das Verfahren für jeden B-Modus oder für andere Abtaststichprobenorte in einem gesamten Sichtfeld oder einer Region von Interesse durchgeführt. Eine dichtere oder weniger dichte Abtastung kann für das Messen der Verlagerung verwendet werden, als dies beim B-Modus oder anderen Bildgebungsverfahren der Fall ist. Die Verlagerungen werden für einen einzelnen Ort oder über eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Verteilung gemessen.
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Die Orte für das Messen der Verlagerung können eingeschränkt sein. So breiten sich beispielsweise Scherwellen unter Umständen nicht in flüssigem Gewebe aus. Die Verlagerung von Längswellen in Fluiden oder in flüssigem Gewebe kann unzuverlässig sein. Andere Gewebe, Fluide oder Knochen können zu genauen Verlagerungsmessungen führen. Gewebe kann klassifiziert oder segmentiert werden, um spezifische Orte zu identifizieren, für welche die Dämpfung zu berechnen ist. Eine beliebige Klassifizierung kann verwendet werden. So kann beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis einer Verlagerung gemessen werden. Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis einen bestimmten Schwellwert unterschreitet, werden die Verlagerungen von dem entsprechenden Ort nicht verwendet. In einem weiteren Beispiel wird ein Signal-Rausch-Verhältnis oder eine Signalform für ein Speckle verwendet, um das Gewebe als weiches Gewebe zu klassifizieren. Die Verlagerung wird für weiche Gewebeorte und nicht für andere Orte gemessen.
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In der beispielhaften Ausführungsform aus den Handlungen 30, 32, 34 und 36 werden Referenzinformationen bezogen, dann wird ein Druckimpuls mit einer bestimmten Frequenz übertragen, dann wird die Verlagerung verfolgt, dann wird ein Druckimpuls mit einer anderen Frequenz übertragen und dann wird die Verlagerung verfolgt. Diese Folge wird entlang einer gegebenen Abtastzeile durchgeführt. Die Folge wird für andere Abtastzeilen wiederholt. Andere Folgen und/oder Verschachtelungen können verwendet werden. So werden beispielsweise Druckimpulse mit derselben Frequenz für verschiedene Abtastzeilen übertragen, und die hieraus resultierenden Verlagerungen werden verfolgt, bevor Druckimpulse mit einer anderen Frequenz verwendet werden. In einem weiteren Beispiel werden Referenzinformationen für alle Abtastzeilen erfasst, bevor der Prozess für das Verursachen und Messen von Verlagerungen mit unterschiedlichen Frequenzen auf verschiedenen Abtastzeilen durchlaufen wird.
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Das Gewebe kann sich bewegen, beispielsweise aufgrund von Herzbewegungen und/oder der Atmung des Patienten. Der Wandler und/oder der Patient können sich bewegen, was eine relative Bewegung mit sich bringt. Bei den Übertragungen und dem Verfolgen in Handlung 28 wird diese Bewegung berücksichtigt. So werden beispielsweise mit der Erkennung aus Handlung 28 B-Modus-Informationen verschachtelt erfasst. Die B-Modus-Informationen stammen von statischem Gewebe, beispielsweise Gewebe mit Abstand vom Herzen. Die B-Modus-Informationen können korreliert oder in anderer Weise verfolgt werden, um eine etwaige relative Bewegung zwischen Wandler und Patient zu bestimmen. Die Positionsdifferenz aufgrund der Bewegung kann subtrahiert werden oder in anderer Weise bei der gemessenen Verlagerung berücksichtigt werden. In einem weiteren Beispiel wird eine Region über einen bestimmten Zeitraum verfolgt. Die für die Erfassung in Handlung 28 verwendete Abtastzeile wird neu positioniert, so dass sie auf dasselbe Gewebe gerichtet ist, um der Herz- oder Atembewegung entgegenzuwirken. Andere Techniken zum Berücksichtigen von Bewegungsquellen (z. B. andere Ansätze zur Bewegungskompensation) können verwendet werden, beispielsweise die Synchronisierung der Herzbewegung (Gating) und das Atem anhalten.
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In Handlung 38 wird die akustische Dämpfung oder Absorption berechnet. Die Dämpfung oder Absorption wird aus den Verlagerungen berechnet. Die Verlagerungen als Reaktion auf Druckimpulse bei unterschiedlichen Frequenzen werden verwendet, um die Dämpfung oder Absorption des Gewebes zu bestimmen. Die Verlagerungsreaktionen auf Frequenzunterschiede können verwendet werden, um andere Unbekannte zu berücksichtigten, beispielsweise die Steifigkeit des Gewebes.
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Die für die Berechnung verwendeten Verlagerungen stammen von genau einem Ort. In einer anderen Ausführungsform werden die Verlagerungen für verschiedene Frequenzen und für verschiedene Orte verwendet. Die Verlagerungen entlang derselben Abtastzeile und/oder entlang mehrerer Abtastzeilen können verwendet werden.
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Eine beliebige Funktion kann verwendet werden. In einer Ausführungsform wird die Dämpfung oder Absorption in Abhängigkeit von den Frequenzunterschieden der Druckimpulse, den durch die verschiedenen Druckimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen verursachten Verlagerungen und den Ableitungen von den Verlagerungen berechnet. So ist beispielsweise die Verlagerung s
d abhängig von der Frequenz f, welche für den Druckimpuls verwendet wird, und der Tiefe z entlang der Abtastzeile. Der Logarithmus der Verlagerung kann verwendet werden, um die Absorption in einen linearen Bereich zu platzieren. Die Verlagerung kann wie folgt dargestellt werden:
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Hierbei steht R für ein Residuum, beispielsweise zum Berücksichtigen von Varianzen für irgendeinen anderen Faktor, und α steht für den Absorptionskoeffizienten. Das Residuum R kann innerhalb des für die Druckimpulse verwendeten Frequenzbereichs als konstant angesehen werden. Das Auflösen nach der Dämpfung ergibt:
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Der Absorptionskoeffizient beeinflusst nur die Größe der Verlagerung im Inneren des Gewebes, so dass:
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Hierbei steht I für die Intensität in Wasserbedingungen, und γ steht für die von der Stichprobenfrequenz abhängigen Effizienz. Bei zwei gegebenen Frequenzen für die Druckimpulse, f
i und f
j, wird das Verhältnis auf beiden Seiten der Gleichung genommen. Gefolgt von Logarithmus- und Ableitungsoperationen, wird die Absorption wie folgt dargestellt:
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Hierbei steht s'd für die Ableitung der Verlagerung über einen bestimmten Bereich. Der Absorptionskoeffizient hat die Einheit 1/MHz·1/cm. Unter Verwendung der Frequenzunterschiede sowie von Verlagerungen bei unterschiedlichen Frequenzen und Tiefen und Ableitungen der verschiedenen Verlagerungen wird der Absorptionskoeffizient berechnet.
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Die Berechnung kann für verschiedene Frequenzkombinationen und entsprechende Verlagerungen wiederholt werden. So zeigt beispielsweise 4 die für verschiedene Frequenzpaare bestimmte Dämpfung. Jede Zeile zeigt die Dämpfung in Abhängigkeit von der Tiefe entlang derselben Abtastzeile auf Basis maximaler Verlagerungen für zwei unterschiedliche Frequenzen. Die Ergebnisse können gemittelt, ausgewählt oder sonst wie kombiniert werden, um die Dämpfung für jede Tiefe zu bestimmen. In dem Beispiel aus 4 ist eine Ausreißer-Dämpfung zu sehen. Der Ausreißer kann durch Filterung entfernt oder vor dem Kombinieren verworfen werden. Alternativ kann der Ausreißer in die Kombination integriert werden.
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Andere Funktionen können verwendet werden. In einer Ausführungsform wird eine Regression verwendet. In anderen Ausführungsformen kann ein iterativer Algorithmus des Typs Rückprojektion verwendet werden, um die Absorption an jedem Ort zu schätzen. Die Verlagerungen und die entsprechenden Frequenzen für die verschiedenen Orte werden aufgelöst, um die Dämpfung oder Absorption entlang der Abtastzeile zu bestimmen. Die maximalen Verlagerungen oder die Verlagerungsprofile (z. B. Verlagerung über einen bestimmten Zeitraum) können in der Lösung verwendet werden.
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Die Dämpfung und/oder Absorption kann als solche speziell berechnet werden. Alternativ wird die Dämpfung berechnet und als berechnete Absorption oder umgekehrt verwendet. So kann beispielsweise die berechnete Absorption als Dämpfungsmaß verwendet werden. In anderen Ausführungsformen stellt eine Funktion die Beziehung der Absorption zu der Dämpfung her. Die Funktion kann fix sein, beispielsweise ein durchschnittliches Verhältnis, oder sie kann an den jeweiligen Gewebetyp oder per Ultraschall erkannte Eigenschaften angepasst sein.
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Die Dämpfung oder Absorption wird für einen Ort bestimmt. Die Dämpfung oder Absorption kann für mehrere Tiefen entlang derselben Abtastzeile bestimmt werden. Die Berechnungen für unterschiedliche Tiefen können unabhängig von den Berechnungen für andere Tiefen erfolgen. Alternativ werden die Informationen von unterschiedlichen Tiefen verwendet, um Berechnungen für jede gegebene Tiefe vorzunehmen. In anderen Ausführungsformen wird die akustische Absorption oder Dämpfung für jeden von mehreren Orten berechnet, verteilt in zwei oder drei Dimensionen. Die Berechnungen werden nach Ort oder Abtastzeile entlang mehrerer unterschiedlicher Abtastzeilen durchgeführt.
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In Handlung 40 wird die akustische Absorption oder Dämpfung angezeigt. Die Anzeige erfolgt in Textform. So wird beispielsweise ein Wert, der die Dämpfung an einem Ort repräsentiert, oder eine durchschnittliche Dämpfung für eine Region von Interesse angezeigt. Alternativ kann auch eine grafische Darstellung angezeigt werden. So wird beispielsweise die Dämpfung in Abhängigkeit zur Tiefe angezeigt. Die Dämpfung für verschiedene Zeilen kann in derselben grafischen Darstellung oder in verschiedenen grafischen Darstellungen angezeigt werden.
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In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Anzeige um ein Bild, das eine zweidimensionale räumliche Verteilung der Dämpfung oder Absorption darstellt. Ein Bild oder eine Folge von Bildern kann erzeugt werden, um die Dämpfung oder Absorption anzuzeigen.
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Die Dämpfung oder Absorption wird für eine Farbüberlagerung oder eine andere Modulation von Anzeigewerten verwendet. Farbe, Helligkeit, Leuchtdichte, Farbton oder andere Eigenschaften werden in Abhängigkeit zur Dämpfung oder Absorption moduliert. Die Dämpfung- oder Absorptionswerte liegen in einem Anzeigeformat vor oder können im Rahmen der Abtastung in ein Anzeigeformat umgewandelt werden. Bei den Werten handelt es sich um Farb- oder Graustufendaten; es kann sich aber auch um Daten vor dem Abbilden mit einer Grau- oder Farbskala handeln. Die Werte können linear oder nicht-linear auf die Anzeigwerte abgebildet werden.
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Das Bild repräsentiert die Dämpfungs- oder Absorptionsinformationen für die verschiedenen Orte. In den Fällen, in denen die Werte für alle Rasterpunkte in einer Region von Interesse oder einem Sichtfeld bestimmt werden, repräsentieren die Pixel der Anzeige die Dämpfung oder Absorption für die betreffende Region. Das Anzeigeraster kann von dem Abtastraster und/oder dem Raster, für das Werte berechnet werden, differieren. Abtastumwandlung, Auswahl des nächsten Nachbarn, Interpolation und/oder Extrapolation können verwendet werden, um die Auflösung der Dämpfung oder Absorption der Anzeigeauflösung anzugleichen.
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Das Bild kann andere Daten beinhalten. So werden beispielsweise B-Modus-Daten oder andere Daten, welche Gewebe, Fluide oder Kontrastmittel in derselben Region oder in anderen Regionen repräsentieren, integriert. Die Dämpfungs- oder Absorptionsdaten werden für eine Überlagerung oder für eine Kombination mit den anderen Daten verwendet.
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In anderen Ausführungsformen wird eine dreidimensionale Verteilung der Dämpfung oder Absorption berechnet. Die Werte können an eine zweidimensionale Repräsentation des Volumens ausgegeben werden, beispielsweise durch Oberflächen- oder Projektionsrendering.
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In Handlung 42 werden Einstellungen für nachfolgende Übertragungen, Empfangsvorgänge oder die Bildgebung an die Dämpfung oder Absorption angepasst. So wird beispielsweise die hochintensive fokussierte Ultraschallenergie-Behandlung (HIFU-Behandlung) in Abhängigkeit von der akustischen Dämpfung oder Absorption angepasst. Eine größere Absorption durch das Gewebe kann eine kleinere Amplitude, eine kürzere Dauer, eine kleinere Apertur oder eine andere Verringerung der für die Behandlung bereitgestellten Leistung ermöglichen. Eine geringere Absorption kann die Behandlungsplanung dahingehend ändern, dass eine höhere akustische Leistung angewendet wird, um die gewünschte Dosis zu erzielen.
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Verschiedene Aspekte der Übertragung, des Abtastens und/oder des Erkennens können gesteuert werden. Die Werte für verschiedene Parameter werden festgelegt. In einer Ausführungsform werden die Werte auf Basis einer ausgewählten Konfiguration festgelegt. So wählt der Benutzer beispielsweise die Scherwellen- oder ARFI-Bildgebung aus. Als Reaktion hierauf werden vorgegebene Parameter für den Betrieb des Systems geladen. Die vorgegebenen Parameter sind identisch für jede Anwendung des betreffenden Bildgebungstyps oder -modus. Alternativ können weitere Auswahlen, beispielsweise bei Bildgebung der Leber oder anderer Gewebearten, für einen gegebenen Modus zum Konfigurieren mit unterschiedlichen Werten führen. Eine weitere Änderung wird als Reaktion auf die geschätzte Dämpfung oder Absorption bereitgestellt. So kann beispielsweise eine geringere Sende- und/oder Empfangsfrequenz für Gewebe mit einer größeren Dämpfung verwendet werden.
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Beispieltypen von Parametern, für welche die Werte festgelegt werden können, sind die Übertragungsfrequenz, der Zeilenabstand, die F-Nummer, die Impulswiederholfrequenz, die Anzahl der Abtastungen pro Abtastzeile, die Amplitude der akustischen Energie, die Impulslänge, die Empfangsfrequenz oder Kombinationen derselben. Andere, zusätzliche oder weniger Parameter können mit unterschiedlichen Werten festgelegt werden.
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Die Anpassung erfolgt während der B-Modus-, Doppler-, Farbfluss-, Kontrastmittel-, Gewebedoppler-, ARFI-, Scherwellen-Bildgebung oder eines anderen Bildgebungsverfahrens und/oder während der Therapie. Die adaptive Optimierung kann vor dem Erfassen eines statischen Bildes oder kontinuierlich während der Echtzeit-Bildgebung angewendet werden. So wird beispielsweise die Dämpfung oder Absorption bestimmt, bevor dem Benutzer ein Bild für die Diagnose präsentiert wird. Nachfolgende Bilder nutzen die auf Basis der Dämpfung oder Absorption angepassten Einstellungen, zumindest während der gegebenen Untersuchung eines Patienten für eine Sonographie-Sitzung. In einem weiteren Beispiel wird die Anpassung fortgesetzt oder zu unterschiedlichen Zeiten während der Untersuchung durchgeführt. Eine periodische oder ausgelöste Anpassung kann verwendet werden.
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Die Dämpfung, die Absorption oder die davon abgeleiteten Daten werden verwendet, um den Parameterwert festzulegen. Eine Nachschlagetabelle oder Berechnung (z. B. das Anwenden der Rückmeldung als Variable in einer Funktion) wird verwendet, um den Parameterwert zu bestimmen. So ergibt beispielsweise eine durchschnittliche Absorption oberhalb eines Schwellwerts den Wert X, während die durchschnittliche Absorption zwischen dem Schwellwert und einem anderen Schwellwert den Wert Y ergibt. Alle Auflösungen (z. B. von Binärbereichen bis hin zu drei oder vier Bereichen) von Parameterwert-Einstellungen können verwendet werden.
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5 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 für das Messen der akustischen Absorption von Ultraschall. Das System 10 implementiert das Verfahren aus 2 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sende-Beamformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangs-Beamformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeige 20 und einen Speicher 22. Gegebenenfalls werden zusätzliche, andere oder weniger Komponenten bereitgestellt. So wird beispielsweise eine Benutzereingabe für die Benutzerinteraktion mit dem System bereitgestellt.
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Bei dem System 10 handelt es sich um ein Ultraschall-Bildgebungssystem für die medizinische Diagnose. In alternativen Ausführungsformen handelt es sich bei dem System 10 um einen Personalcomputer, einen Arbeitsplatzrechner, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung an demselben Standort oder eine über ein Netzwerk verteilte Anordnung für die Echtzeit-Bildgebung oder die Bildgebung nach Erfassung.
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Bei dem Sende-Beamformer 12 handelt es sich um einen Ultraschallsender, einen Speicher, einen Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen derselben. Der Sende-Beamformer 12 kann eingesetzt werden, um Wellenformen für mehrere Kanäle mit unterschiedlichen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasen zu generieren. Die Wellenformen werden mit einer programmierbaren Mittenfrequenz und Dauer generiert. Wellenformen mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen können zu unterschiedlichen Zeiten generiert werden.
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Bei Übertragung von akustischen Wellen von dem Wandler 14 als Reaktion auf die generierten Wellenformen werden ein oder mehrere Strahlen gebildet. Zum Messen der Dämpfung oder Absorption werden Strahlen entlang einer oder mehrerer Abtastzeilen generiert. Eine Folge von Sendestrahlen kann generiert werden, um eine zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Sektorabtastung, Vector®-Abtastung, lineare Abtastung oder andere Abtastformate können verwendet werden. Ein und dieselbe Region oder Zeile kann mehrfach abgetastet werden. Eine Folge von Abtastungen entlang derselben Zeile oder Zeilen wird verwendet. In alternativen Ausführungsformen generiert der Sende-Beamformer 12 eine ebene Welle oder eine divergierende Welle, um eine schnellere Abtastung zu erzielen.
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Derselbe Sende-Beamformer 12 generiert Impulserregungen oder elektrische Wellenformen für das Erzeugen von akustischer Energie, um eine Verlagerung zu verursachen, und generiert weitere Bildgebungswellenformen. In alternativen Ausführungsformen wird ein anderer Sende-Beamformer für das Generieren der Impulserregung bereitgestellt. Der Sende-Beamformer 12 bewirkt, dass der Wandler 14 hochintensive, fokussierte Ultraschallwellen generiert, beispielsweise Wellenformen für akustische Strahlungskraft oder andere Druckimpulse mit unterschiedlichen Frequenzen zu unterschiedlichen Zeiten.
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Bei dem Wandler 14 handelt es sich um ein Array für das Generieren akustischer Energie aus elektrischen Wellenformen. Bei einem Array fokussieren relative Verzögerungen und/oder Phasen die akustische Energie. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht der Übertragung von akustischer Energie durch verschiedene Elemente zu einer aufgrund der Verzögerungen im Wesentlichen identischen Zeit. Das Sendeereignis stellt einen Impuls aus Ultraschallenergie für das Verlagern des Gewebes bereit. Bei dem Impuls handelt es sich um eine Impulserregung. Die Impulserregung umfasst Wellenformen mit vielen Zyklen (z. B. 500 Zyklen), aber das erfolgt in einer relativ kurzen Zeit, um eine Gewebeverlagerung über eine längere Zeit zu verursachen.
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Bei dem Wandler 14 handelt es sich um ein 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionales Array von piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Der Wandler 14 umfasst mehrere Elemente für das Umwandeln zwischen akustischer und elektrischer Energie. Empfangssignale werden als Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) generiert, welche auf die Elemente des Wandlers 14 trifft. Die Elemente sind mit Kanälen des Sende-Beamformers 12 und des Empfangs-Beamformers 16 verbunden. Alternativ wird ein einzelnes Element mit mechanischer Fokussierung verwendet.
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Der Empfangs-Beamformer 16 umfasst mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungen, und/oder Phasendrehern sowie einen oder mehrere Summierer. Jeder Kanal ist mit einem oder mehreren Wandlerelementen verbunden. Der Empfangs-Beamformer 16 ist durch Hardware oder Software so konfiguriert, dass er relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation anwendet, um einen oder mehrere Empfangsstrahlen als Reaktion auf jede Bildgebungsübertragung zu bilden. Der Empfangsbetrieb erfolgt unter Umständen nicht für Echos von der Impulserregung, welche verwendet wird, um Gewebe zu verlagern. Der Empfangs-Beamformer 16 gibt unter Verwendung der Empfangssignale Daten aus, welche räumliche Lagen repräsentieren. Relative Verzögerungen und/oder Phasen und die Summierung von Signalen von verschiedenen Elementen stellen die Strahlformung bereit. In alternativen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Empfangs-Beamformer 16 um einen Prozessor für das Generieren von Stichproben unter Verwendung des Fourier-Verfahrens oder anderer Transformationsverfahren.
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Der Empfangs-Beamformer 16 kann einen Filter umfassen, beispielsweise einen Filter zum Isolieren von Informationen in einem zweiten harmonischen Frequenzband oder einem anderen Frequenzband relativ zu dem Übertragungsfrequenzband. Solche Informationen können mit höherer Wahrscheinlichkeit die gewünschten Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen enthalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Empfangs-Beamformer 16 einen Speicher oder Puffer und einen Filter oder Addierer. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen in einem gewünschten Frequenzband zu isolieren, beispielsweise einem zweiten harmonischen Frequenzband, einem kubischen Grundfrequenzband oder einem anderen Frequenzband. Der Empfangs-Beamformer 16 kann Informationen mit den Grund- oder Übertragungsfrequenzen isolieren.
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In Koordination mit dem Sende-Beamformer 12 generiert der Empfangs-Beamformer 16 Daten, welche die Region zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren. Nach der akustischen Impulserregung generiert der Empfangs-Beamformer 16 Strahlen, welche einen oder mehrere Orte zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren. Durch Abtasten der Region von Interesse mit Ultraschall werden Daten (z. B. strahlgeformte Stichproben) generiert.
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Der Empfangs-Beamformer 16 gibt bezüglich des Strahls summierte Daten aus, welche räumliche Lagen repräsentieren. Daten für einen einzelnen Ort, mehrere Orte entlang einer Linie, mehrere Orte für einen Bereich oder mehrere Orte für ein Volumen werden ausgegeben. Eine dynamische Fokussierung kann bereitgestellt werden. Die Daten können verschiedenen Zwecken dienen. So werden beispielsweise andere Abtastungen für B-Modus oder Gewebedaten durchgeführt als für Verlagerungen. Alternativ können die B-Modus-Daten auch verwendet werden, um eine Verlagerung zu bestimmen. In einem weiteren Beispiel werden Daten für die verlagerungsbasierte Dämpfungsmessung mit einer Reihe von gemeinsamen Abtastungen verarbeitet, und die B-Modus- oder Doppler-Abtastung wird getrennt oder unter Verwendung derselben Daten durchgeführt.
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Bei dem Prozessor 18 handelt es sich um einen B-Modus-Detektor, einen Doppler-Detektor, einen gepulsten Doppler-Detektor, einen Korrelationsprozessor, einen Fourier-Transformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen allgemeinen Prozessor, einen Steuerprozessor, einen Bildprozessor, ein feldprogrammierbares Gate-Array, einen digitalen Signalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen derselben oder andere bereits bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Geräte für das Erkennen, das Bestimmen einer Verlagerung und das Berechnen von Dämpfungen oder Absorption. In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen getrennten Prozessor. Bei dem getrennten Prozessor handelt es sich um einen Steuerprozessor, einen allgemeinen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, ein Netzwerk, einen Server, eine Gruppe von Prozessoren, einen Datenpfad, Kombinationen derselben oder andere bereits bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Geräte für das Bestimmen der Verlagerung und das Berechnen von Dämpfungen und/oder Absorption. So wird beispielsweise der getrennte Prozessor durch Hardware und/oder Software so konfiguriert, dass er eine beliebige Kombination von einer oder mehreren der in 2 gezeigten Handlungen durchführt und/oder verursacht.
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In einer Ausführungsform ist der Prozessor 18 so konfiguriert, dass er einen räumlichen Versatz des Gewebes als Reaktion auf die akustische Strahlungskraft mit unterschiedlichen Frequenzen zu verschiedenen Zeiten bestimmt. Die durch Belastung verursachte Verlagerung oder der Versatz des Gewebes wird gemessen. Unter Verwendung der Korrelation oder eines anderen Verfahrens wird der Betrag der Verlagerung zu einer oder mehreren Zeiten bestimmt. Die Belastung wird zu unterschiedlichen Zeiten und mit unterschiedlichen Frequenzen angewendet. Der Versatz, der sich durch die unterschiedlichen Frequenzen ergibt, wird gemessen. Der Versatz für unterschiedliche Frequenzen kann für einen oder mehrere Orte gemessen werden, beispielsweise für mehrere Orte entlang einer Abtastzeile.
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Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er eine akustische Absorption oder Dämpfung des Gewebes in Abhängigkeit von dem räumlichen Versatz bestimmt. Der für die verschiedenen Frequenzen gemessene Versatz wird verwendet, um nach der Dämpfung oder Absorption aufzulösen. Der für verschiedene Orte gemessene Versatz kann verwendet werden. Die akustische Absorption oder Dämpfung wird in Abhängigkeit von dem räumlichen Versatz für die verschiedenen Frequenzen und die verschiedenen Orte berechnet.
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Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er eine Anzeige unter Verwendung der Absorption oder Dämpfung generiert. Eine Text-, Grafik- oder Bildanzeige wird generiert. Alternativ oder zusätzlich steuert der Prozessor 18 den Therapiebetrieb oder die Bildgebung auf Basis der Dämpfung oder Absorption.
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Der Prozessor 18 arbeitet gemäß Anweisungen, welche in dem Speicher 22 oder einem anderen Speicher für das Messen der akustischen Dämpfung von Ultraschall gespeichert sind. Der Prozessor 18 ist für das Erkennen von Verlagerungen, das Berechnen von Dämpfung oder Absorption und/oder das Verwenden von Dämpfung oder Absorption programmiert.
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Bei dem Speicher 22 handelt es sich um ein nichttransitorisches computer-lesbares Speichermedium. Die Befehle für die Implementierung der hier besprochenen Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computer-lesbaren Speichermedium oder auf Speichern bereitgestellt, beispielsweise einem Cache-Speicher, einem Pufferspeicher, einem RAM-Speicher, Wechselmedien, einem Festplattenlaufwerk oder anderen computer-lesbaren Speichermedien. Computer-lesbare Speichermedien umfassen verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren dargestellten oder hierin beschriebenen Funktionen, Handlungen oder Aufgaben werden als Reaktion auf einen oder mehrere Befehlssätze ausgeführt, die in oder auf computer-lesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Handlungen oder Aufgaben sind unabhängig von der jeweiligen Art von Befehlssatz, Speichermedien, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können von Software, Hardware, integrierten Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, sei es im alleinigen oder kombinierten Betrieb. In gleicher Weise können die Verarbeitungsstrategien eine Simultanverarbeitung, einen Mehrprozessbetrieb, eine Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform werden die Befehle auf einem Wechselmediengerät für das Auslesen durch lokale oder nichtlokale Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen werden die Befehle an einem entfernten Standort für die Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. In wieder anderen Ausführungsformen werden die Befehle in einem gegebenen Computer, einer CPU, einer GPU oder einem System gespeichert.
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Bei der Anzeige 20 handelt es sich um eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), einen Projektor, eine Plasmaanzeige oder eine andere Anzeige für das Anzeigen von Text, Grafiken, zweidimensionalen Bildern oder dreidimensionalen Darstellungen. Die Anzeige 20 wird durch den Prozessor 18 oder ein anderes Gerät durch Eingabe der als ein Bild anzuzeigenden Signale konfiguriert. Die Anzeige 20 zeigt ein Bild an, welches die Dämpfung oder die Absorption für verschiedene Orte in einer Region von Interesse oder ein gesamtes Bild repräsentiert. Die Anzeige 20 kann alternativ oder zusätzlich Text oder Grafiken anzeigen, welche die Dämpfung oder die Absorption an einem Ort oder in einer Region von Interesse repräsentieren.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung vorstehend durch Verweise auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wird, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangehende ausführliche Beschreibung eher erläuternd als einschränkend angesehen wird, und es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, den Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung definieren sollen.
