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VERWANDTE ANMELDUNG
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Dies
ist eine Ausscheidungsanmeldung der US-amerikanischen Patentanmeldung
mit der Seriennummer 10/231.704, eingereicht am 29. August 2002
und veröffentlicht
als US 2003/0023166 am 30. Januar 2003, die eine Teilfortführungsanmeldung
der US-amerikanischen Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/641.306
ist, welche am 17. August 2000 eingereicht wurde und jetzt US-Patent 6.443.896
ist.
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TECHNISCHES UMFELD
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ultraschallbildgebung
und insbesondere auf die Schaffung multiplanarer Ultraschallbilder
einer volumetrischen Region des Körpers in Echtzeit.
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HINTERGRUND
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Ein
wesentlicher Vorteil der dreidimensionalen Ultraschallbildgebung
besteht in der Möglichkeit, die
sie bietet, einzigartige Bildebenen durch das Volumen eines Objekts
wie dem menschlichen Körper zu
erhalten, Bildebenen, die mittels herkömmlicher zweidimensionaler
Abtastung nicht zur Verfügung stehen.
Mit dreidimensionalen Bildgebungsverfahren kann man sich zum Beispiel
gleichzeitig verschiedene Schnittebenen einer Region des Gewebes
ansehen, um dadurch Merkmale aus unterschiedlichen Winkeln oder
Ansichten zu betrachten. Alternativ kann es in bestimmten Fällen wünschenswert
sein, sich eine Bildebene bei einer konstanten Tiefe unterhalb der
Objektoberfläche
wie der Haut anzusehen; eine derartige Bildebene kann man mit normaler zweidimensionaler
Abtastung aufgrund der Ausrichtung der Ultraschallsonde zu dem Objekt
nicht erhalten.
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Mit
der Fähigkeit,
mehrere Bildebenen einer volumetrischen Region zu erfassen, ergibt
sich die Notwendigkeit, die abzubildenden Ebenen, ihr Verhältnis zueinander
im Raum und die beste Möglichkeit
zur Anzeige der Bilder zu definieren. In der Vergangenheit bestand
ein übliches
Anzeigeverfahren darin, drei Ultraschallbilder einer volumetrischen
Region anzuzeigen, die zueinander orthogonale Ebenen haben. Über jedem
Bild wer den zwei orthogonale Fadenkreuze angezeigt, die die Positionen
der anderen beiden orthogonalen Bildebenen darstellen. Wenn die
Fadenkreuze zu verschiedenen Positionen gezogen werden, wird eine
neue parallele Bildebene in dieser Dimension ausgewählt und
angezeigt. Dieses Anzeigeverfahren ermöglicht es dem Arzt, Gewebestrukturen
in einer volumetrischen Region anhand ihrer Erscheinungsformen in
sich schneidenden Bildebenen zu prüfen und zu definieren.
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Eine
derartige Anzeige ist für
statische Bilddaten von einer volumetrischen Region von Nutzen, die
leicht in angemessener Weise neu adressiert werden können, um
verschiedene Bildebenen anzuzeigen, wenn die Auswahl-Fadenkreuze
bewegt werden. Das Anzeigeverfahren eignet sich nicht für die Echtzeitbildgebung,
da die Komplexität
der Steuerung und Anzeige für
die Echtzeitbildgebung erheblich gesteigert wurde. Außerdem kann
eine derartige Echtzeitanzeige so viele Informationen darstellen, dass
eine methodische und organisierte Analyse durch den Arzt schwierig
wird. Somit besteht ein Bedarf an einer effizienten Anzeige und
Steuerung von multiplanaren Echtzeitbildern einer volumetrischen Region.
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In
der US-amerikanischen Patentschrift 6.245.017 wird ein für Diagnosezwecke
vorgesehenes 3D-Ultraschallgerät
beschrieben, dass eine 3D-Region mit einem Drahtrahmenmodell schematisch
anzeigt. Zwei Ebenenabschnitte A und B innerhalb der 3D-Region werden
abwechselnd einer 2D-Abtastung unterzogen. Die resultierenden Tomographiedaten
für diese
zwei Ebenenabschnitte werden einem Drahtrahmenmodell überlagert.
Eine 3D-Region-Führungszahl,
die oben rechts auf dem Anzeigebildschirm dargestellt wird, erleichtert
das Verständnis
des Positionszusammenhangs zwischen zwei Ebenenabschnitten, die
zweidimensional abgetastet werden sollen, und stellt diese zwei
Ebenenabschnitte ein. Die beiden Ebenenabschnitte können durch
Bearbeiten der Führungszahl
mit einer Zeigevorrichtung geändert
oder verschoben werden. Wenn die Ebenenabschnitte geändert werden,
werden die Bedingungen, unter denen eine Sonde angesteuert wird,
entsprechend geändert,
so dass die zweidimensional abgetasteten Ebenenabschnitte automatisch geändert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem
geschaffen, wie es in Anspruch 1 definiert ist. Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Anzeige von
Ultraschallinformationen einer vo lumetrischen Region geschaffen,
wie es in Anspruch 10 definiert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruierten diagnostischen Ultraschallbildgebungssystems.
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Die 2A und 2B zeigen
eine Echtzeitanzeige von planaren Bildern, die durch den Einsatz
eines zweidimensionalen Array-Wandlers mit dem System aus 1 erstellt
wurden.
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3 zeigt
in Form eines Blockschaltbildes ein zweites Ausführungsbeispiel eines gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruierten diagnostischen Ultraschallbildgebungssystems.
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4 zeigt
eine Zweiebenenanzeige bei Betrieb im „Rotationsmodus".
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Die 5A bis 5D zeigen
das Ebenenausrichtungssymbol aus 4 für verschiedene
Bildebenenausrichtungen.
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6 zeigt
eine Zweiebenenanzeige bei Betrieb im „Neigungsmodus".
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7 ist
eine Fotografie einer tatsächlichen Ultraschallsystemanzeige
bei Betrieb im Rotationsmodus gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines diagnostischen Ultraschallbildgebungssystems 100,
mit dem Verfahren und Geräte
gemäß der Erfindung
angewendet werden können.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Anwendung mit
diesem Bildgebungssystem beschränkt
ist, sondern nur als ein Beispiel darin implementiert dargestellt
wird. In dem Bildgebungssystem 100 steuert eine zentrale
Steuereinheit 120 eine Sendefrequenzsteuerung 117 zum Aussenden
eines gewünschten
Sendefrequenzbandes. Die Parameter des Sendefrequenzbandes, ftr, werden an die Sendefrequenzsteuerung 117 weitergeleitet,
die einen Wandler 112 einer Ultraschallsonde 110 veranlasst,
Ultraschallwellen in dem gewählten
Frequenzband auszusenden. Es versteht sich natürlich, dass bei angemessener
Beachtung der gewünschten
Eindringtiefe und der Empfindlichkeit des Wandlers und Ultraschallsystems
jede Ultraschallfrequenz oder Gruppe von Frequenzen, bekannt als Frequenzsignatur,
verwendet werden kann.
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Der
Wandler 112 der Sonde 110 umfasst ein Array aus
diskreten Elementen, die Ultraschallenergie in Form eines Strahlenbündels aussenden
und in Reaktion auf diese Aussendung zurückgeschickte Echosignale empfangen.
Das Strahlenbündel
kann so gelenkt werden, dass es verschiedene Teile eines Objekts
abtastet, indem die Sonde mechanisch bewegt wird oder, vorzugsweise,
indem die Zeitsteuerung des Aussendens für die verschiedenen Array-Elemente
elektronisch justiert wird. In dem Bildgebungssystem 100 wird
diese Lenkung durch die zentrale Steuereinheit 120 gesteuert.
Die Steuereinheit 120 reagiert ihrerseits auf Befehle von
einem Benutzer, die über
eine Benutzeroberfläche 119 eingegeben
wurden, welche ein Schnittstellenprogramm und eine Zeigevorrichtung
(zum Beispiel eine Maus, Rollkugel, Taststift, Tablett, Berührungsbildschirm oder
eine andere Zeigevorrichtung), eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung
zum Übermitteln
von Anweisungen an die zentrale Steuereinheit umfasst. Alternativ
kann die Steuereinheit so programmiert werden, dass das Strahlenbündel automatisch
auf eine vorgegebene Standardweise gelenkt wird. Die empfangenen
Signale werden durch einen Sende-/Empfangsschalter (T/R) 114 weitergeleitet und
durch einen Analog/Digital-Umsetzer 115 digitalisiert.
Die Abtastfrequenz fs des A/D-Umsetzers
wird durch die zentrale Steuereinheit 120 gesteuert. Die durch
die Abtasttheorie vorgegebene gewünschte Abtastrate beträgt mindestens
das Zweifache der höchsten
Frequenz fc der empfangenen Echos. Abtastraten,
die höher
sind als die Mindestforderung, können
ebenfalls verwendet werden. Die Signalabtastwerte werden durch einen
Strahlformer 116 verzögert und
summiert, um kohärente
Echosignale zu bilden. Die kohärenten
Echosignale werden dann durch einen digitalen Filter 118 zu
einem gewünschten Durchlassband
gefiltert. Der digitale Filter 118 kann auch das Frequenzband
zu einem niedrigeren oder Basisband-Frequenzbereich verschieben.
Die Eigenschaften des digitalen Filters werden durch die zentrale
Steuereinheit 120 gesteuert, die dem Filter Multiplizierergewichte
und Dezimationssteuerung liefert. Vorzugsweise wird die Anordnung
so gesteuert, dass sie als FIR-Filter (Finite Impulse Response)
arbeitet und sowohl die Filterung als auch die Dezimation durchführt. Ein
weiter Bereich von Filtereigenschaften ist möglich, indem die Gewichtung
und Dezimationsraten des Filters unter der Steuerung der zentralen
Steuereinheit 120 programmiert werden. Der Einsatz eines
digitalen Filters bietet den Vorteil der Flexibilität, indem
verschiedene Filtereigenschaften möglich sind. Ein digitaler Filter
kann so programmiert werden, dass er zu einem Zeitpunkt empfangene
Fundamentalfrequenzen weiterleitet und zum nächsten Zeitpunkt harmonische
Frequenzen. Der digitale Filter kann also so betrieben werden, dass abwechselnd
Bilder oder Linien von fundamentalen und harmonischen Digitalsignalen
oder Linien von unterschiedlichen abwechselnden Harmonischen in einer
zeitverschachtelten Sequenz erzeugt werden, einfach, indem die Filterkoeffizienten
während
der Signalverarbeitung geändert
werden.
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Von
dem digitalen Filter 118 ausgehend werden die gefilterten
Echosignale durch einen B-Mode-Prozessor 137, einen Kontrastsignaldetektor 128 oder
einen Doppler-Prozessor 130 erkannt
und verarbeitet. Der B-Mode-Prozessor führt Funktionen aus, die unter
anderem Frequenzzusammensetzung, räumliche Zusammensetzung, harmonische
Bilderzeugung und andere typische B-Mode-Funktionen umfassen, die
in der Technik gut bekannt sind. Der Doppler-Prozessor unterzieht
die Echosignale einer herkömmlichen
Doppler-Verarbeitung, um Geschwindigkeits- und Leistungs-Doppler-Signale
zu erzeugen. Die Ausgangssignale der Prozessoren 137 und 130 und
des Kontrastsignaldetektors 128 werden an einen Videoprozessor 140 zur
Anzeige als ein zweidimensionales Ultraschallbild auf der Anzeigevorrichtung 150 weitergeleitet.
Die zentrale Steuereinheit verfolgt die Sequenz der eintreffenden
Signale und ermöglicht
es somit dem Videoprozessor 140, die aktuellen Daten in
das geformte Bild zu platzieren. Wenn die Signale durch den Videoprozessor 140 empfangen
werden, werden die Daten an die Anzeigevorrichtung weitergeleitet
und es entstehen gerasterte Bilder. Die Ausgangssignale der beiden
Prozessoren und des Kontrastsignaldetektors werden ebenfalls an
einen dreidimensionalen Bildwiedergabeprozessor 162 zur
Wiedergabe von dreidimensionalen Bildern weitergeleitet, die in
einem 3D-Bildspeicher 164 gespeichert
und von dort an den Videoprozessor 140 weitergeleitet werden.
Die dreidimensionale Wiedergabe kann auf eine herkömmliche Weise
ausgeführt
werden. Bei dieser Anordnung kann der Bediener für die zwei- oder dreidimensionale
Anzeige eines Ultraschallbildes unter den Ausgangssignalen des Kontrastsignaldetektors 128 und der
Prozessoren 137 und 130 wählen.
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Das
System aus 1 bietet über den Betrieb und die Steuerung
der Sonde 110, des Wandlers 112, des Videoprozessors 140 und/oder
des Bildwiedergabeprozessors 162 die Möglichkeit, multiplanare Echtzeitbilder
von einer volumetrischen Region eines Objekts wie zum Beispiel eines
menschlichen Körpers
zu schaffen, während
der Körper
abgetastet wird. Diese planaren Bilder haben, wenn als Schichten
durch einen Körper
aufgenommen, bekannte geometrische Verhältnisse zueinander und ermöglichen es
einem Diagnostiker, sich Körpermerkmale
aus unterschiedlichen Ausrichtungen anzusehen. Eventuell möchte der
Arzt die relativen Winkel der Schichten justieren, um räumliche
Beziehungen der Gewebemerkmale zu visualisieren. Über die
Benutzeroberfläche 119 kann
ein Bediener die Ausrichtung der angezeigten Schichten justieren,
um sie auf die interessierenden Merkmale im Bild auszurichten. Eine
Echtzeitleistung wird erreicht, indem nur be stimmte Ultraschallstrahlenbündel erzeugt
werden, die benötigt werden,
um die gewünschten
planaren Bilder zu konstruieren, statt die wesentlich größere Anzahl
von Strahlenbündeln,
die ausgesendet werden müsste, um
die gesamte volumetrische Region abzutasten.
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Die 2A und 2B zeigen
eine Ausführungsform
eines Wandlers 500, der verwendet werden kann, um Daten
von einem Satz Ebenen 510 und 512 zu erhalten.
Diese Ausführungsform
erzeugt Strahlenbündel
wie das Strahlenbündel 504,
das in der Ebene 510 liegt und die Punkte 514 und 506 schneidet;
auch das Strahlenbündel 505,
das in der Ebene 512 liegt und die Punkte 516 und 508 schneidet.
Die aus dem zweidimensionalen Array-Wandler 500 austretenden
Strahlengänge
können
elektronisch in drei Dimensionen gelenkt werden, so dass die Notwendigkeit
vermieden wird, die interessierende volumetrische Region durch mechanisches
Bewegen des Wandlers zu überstreichen.
Auf ähnliche Weise
werden die Daten von den interessierenden Linien in den jeweiligen
Ebenen empfangen, indem hinreichend bekannte Strahlenbündellenkungs-
und -fokussier- und/oder Gating-Verfahren eingesetzt werden, die
auf einen zweidimensionalen Array-Wandler angewendet werden können.
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Das
obige Abtastverfahren zum Erzeugen von zwei planaren Bildern wird
aufgrund seiner Geschwindigkeit bevorzugt, ist jedoch nicht ausschließend. Es
sind Variationen möglich.
Wenn gewünscht, können zusätzliche
Strahlenbündel
erzeugt werden die in zusätzlichen
Ebenen liegen und sie dadurch definieren oder zusätzliche
Oberflächen
schneiden. Für
jedes zusätzliche
Strahlenbündel
wird natürlich zusätzliche
Zeit zu dessen Erzeugung benötigt,
so dass die Abtastrate beeinträchtigt
wird. Die gewünschte
Anzahl der Ebenen und ihre Ausrichtung wird der zentralen Steuereinheit 120 über die
Benutzeroberfläche 119 mitgeteilt.
Außerdem
kann der Wandler 112 so gesteuert werden, dass Strahlenbündel emittiert
werden, die auf mehr als einen Punkt in jeder Ebene gerichtet sind.
Alternativ kann der Wandler so gesteuert werden, dass er Strahlenbündel an weniger
als allen Oberflächen
an jeder Abtastposition emittiert, solange die Strahlenbündel in
mindestens zwei Ebenen liegen, oder mindestens zwei nicht-planare
Oberflächen
schneiden, oder in mindestens einer Ebene liegen und mindestens
eine nicht-planare Oberfläche
pro Abtastvorgang schneiden. Diese und andere offensichtliche Abwandlungen
können
multiplanare Echtzeitbilder ergeben, jedoch mit unterschiedlichen
Raten und mit unterschiedlichen Auflösungen, je nach gewählter Abwandlung.
Außerdem kann
bei diesem Datenerfassungsschema ebenso gut jedes zweidimensionale
Ultraschallbildgebungsverfahren, zum Beispiel B-Mode, Kontrastsignaldetektion,
harmonische Bildgebung oder Doppler-Bildgebung, Anwendung finden.
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Die
von den beiden Ebenen 510 und 512 erfassten Daten
werden von einem oder mehreren der Prozessoren 137, 130 oder
dem Kontrastsignaldetektor 128 verwendet, um die entsprechenden
planaren Bilder zu konstruieren. Die planaren Bilder werden vorzugsweise
mit einer Abtastrate erzeugt, um eine Echtzeitbildgebung zu ergeben.
Die planaren Bilder können
von dem Videoprozessor 140 gleichzeitig nebeneinander,
oder in einer dreidimensionalen perspektivischen Ansicht auf der
Anzeigevorrichtung 150 angezeigt werden, wenn die volumetrische Region
kontinuierlich abgetastet wird, oder später betrachtet werden.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform
eines gemäß den Prinzipien
der Erfindung konstruierten Ultraschallsystems. In dieser Ausführungsform enthält die Sonde 110 einen
zweidimensionalen Array-Wandler 500 und einen Mikrostrahlformer 502. Der
Mikrostrahlformer enthält
Schaltungen, die die der Gruppe von Elementen („patches") des Array-Wandlers 500 zugeführten Signale
steuern, und übernimmt
einen Teil der Verarbeitung der von den Elementen jeder Gruppe empfangenen
Echosignale. Die Mikrostrahlformung in der Sonde reduziert vorteilhafterweise
die Anzahl der Leiter in dem Kabel 503 zwischen der Sonde
und dem Ultraschallsystem und wird in der US-amerikanischen Patentschrift 5.997.479
(Savord et al.) sowie in der US-amerikanischen Patentschrift 6.436.048
(Pesque)beschrieben.
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Die
Sonde ist mit der Abtasteinheit 310 des Ultraschallsystems
verbunden. Die Abtasteinheit umfasst eine Strahlformer-Steuereinheit 312,
die auf eine Benutzersteuerung reagiert und dem Mikrostrahlformer 502 Steuersignale
zuführt,
die die Sonde hinsichtlich Zeitsteuerung, Frequenz, Richtung und Fokussierung
der gesendeten Strahlenbündel
anweisen. Die Strahlformer-Steuereinheit steuert durch ihre Kopplung
mit den Analog-Digital-Umsetzern 316 (A/D)
und einem Strahlformer 116 auch die Strahlformung der empfangenen
Echosignale. Die durch die Sonde empfangenen Echosignale werden
durch die Vorverstärker-
und Time-Gain-Control-(TGC)-Schaltung 314 in der Abtasteinheit
verstärkt
und anschließend
durch die Analog-Digital-Umsetzer 316 digitalisiert. Die
digitalisierten Echosignale werden dann durch einen Strahlformer 116 zu
Strahlenbündeln
geformt. Die Echosignale werden anschließend durch einen Bildprozessor 318 verarbeitet,
der die digitale Filterung, B-Mode-Erkennung und Doppler-Verarbeitung
ausführt
und auch andere Signalverarbeitungen ausführen kann, zum Beispiel Trennung
der Harmonischen, Speckle-Reduzierung durch Frequenzzusammensetzung
und andere gewünschte
Bildverar beitungen.
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Die
durch die Abtasteinheit 310 erzeugten Echosignale werden
dem digitalen Anzeige-Teilsystem 320 zugeführt, das
die Echosignale zur Anzeige in dem gewünschten Bildformat verarbeitet.
Die Echosignale werden durch einen Bildlinienprozessor 322 verarbeitet,
der in der Lage ist, die Echosignale abzutasten, Segmente der Strahlenbündel in
komplette Liniensignale aufzuteilen und die Liniensignale für eine Verbesserung
des Störabstands
oder der Strömungspersistenz
zu mitteln. Die Bildlinien werden durch einen Bildrasterwandler 324,
der eine in der Technik bekannte R-Theta-Wandlung durchführt, einer
Rasterwandlung in das gewünschte
Bildformat unterzogen. Das Bild wird anschließend in einem Bildspeicher 328 gespeichert,
von dem aus es auf einer Anzeige 150 angezeigt werden kann.
Das Bild im Speicher wird auch mit Graphiken überlagert, die mit dem Bild
anzuzeigen sind und durch einen Graphikgenerator 330 erzeugt
werden, der auf eine Benutzersteuerung reagiert. Während der
Erfassung von Bildschleifen können
einzelne Bilder oder Bildfolgen in einem Cine-Speicher 326 gespeichert
werden.
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Für eine Volumenbildgebung
in Echtzeit umfasst das Display-Teilsystem 320 auch den
3D-Bildwiedergabeprozessor 162, der Bildlinien vom Bildlinienprozessor 322 zur
Wiedergabe eines dreidimensionalen Echtzeitbildes empfängt, das
auf der Anzeige 150 angezeigt wird.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung werden zwei Bilder, hier als Zweiebenenbilder
bezeichnet, in Echtzeit durch die Sonde erfasst und nebeneinander
angezeigt. Da das 2D-Array 500 über die Fähigkeit verfügt, gesendete
und empfangene Strahlenbündel
in jede Richtung und bei jeder Neigung vor der Vorderseite des Arrays
zu lenken, können
die Ebenen des Zweiebenenbildes eine beliebige Ausrichtung in Bezug
auf das Array und zueinander haben, wie durch die Ausrichtung der
Bildebenen 510, 512 zum Array 500 in
den 2A und 2B dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform scheiden
die beiden Bildebenen jedoch den Mittelpunkt des Arrays 500 und
sind orthogonal zu den Seiten des Arrays, wie durch die Ebenen L
und R in 5B dargestellt, in der die Ebenen „hochkant" vom Array-Wandler
aus zu sehen. In den nachstehenden Beispielen ist das Bildformat
das Sektorbildformat, wobei die Bildlinien von einem Nahfeld-Scheitelpunkt ausgehen.
Es können
jedoch auch lineare oder gelenkte lineare Abtastformate verwendet
werden.
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Die
Zweiebenenbilder in den beiden Bildebenen werden erfasst, indem
Strahlenbündel
von jedem Bild gesendet und empfangen werden, wie anhand der Erfassung der
Strahlenbündel 504 und 505 in
den jeweiligen Bildebenen von 2A beispielhaft dargestellt.
Es können
verschiedene Erfassungssequenzen durchgeführt werden. Es können alle
Abtastlinien von einem Bild erfasst werden, gefolgt von der Erfassung
aller Abtastlinien des anderen Bildes. Alternativ kann die Erfassung
der Linien der beiden Bilder zeitlich verschachtelt werden. Zum
Beispiel kann Linie 1 von einem Bild erfasst werden, gefolgt von
der Erfassung von Linie 1 des anderen Bildes. Diesem Vorgang
würde die
Erfassung von Linie 2 jedes Bildes folgen, dann von Linie 3 jedes
Bildes, und so weiter. Dies kann vorteilhaft sein, wenn ein Doppler-Bild
von niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten gemacht
wird, da das Intervall zwischen den Abfragvorgängen eines Linienensembles
verlängert
werden kann. Es führt
auch vorteilhafterweise dazu, dass die Linien am Schnittpunkt der
beiden Ebenen in Folge erfasst werden, wodurch verhindert wird,
dass sich schnell bewegendes Gewebe an dem Bildschnittpunkt in den
beiden Bildern unterschiedlich erscheint. Die Linien können in
ihrem räumlichen
Fortschreiten in dem Bild oder sequentiell aus getrennten Bereichen
des Bildes erfasst werden. Zum Beispiel können die vier Randlinien zuerst
erfasst werden, gefolgt von den vier mittleren Linien um den Schnittpunkt
der Ebenen herum, danach abwechselnd fortschreitend zum Schnittpunkt
hin und von diesem weg.
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Wenn
alle Linien der beiden Bilder von der Abtasteinheit 310 empfangen
und an das Anzeige-Teilsystem 320 weitergeleitet worden
sind, sendet die Abtasteinheit ein „EK"-Signal über die Steuerleitungen 340 an
das Anzeige-Teilsystem, welches dem Anzeige-Teilsystem mitteilt,
dass alle Linien für
das aktuelle Anzeigeteilbild zur Anzeige gesendet wurden. Das Anzeige-Teilsystem
verarbeitet dann die Bildlinien zur Anzeige. Für das nachstehend beschriebene
Zweiebenenformat wird ein Bild verarbeitet, formatiert und zur Anzeige
auf einer Seite des Anzeigebildschirms abgebildet, und das andere
Bild wird verarbeitet, formatiert und zur Anzeige auf der anderen
Seite des Anzeigebildschirms abgebildet. Nachdem die Bilder verarbeitet
wurden, sendet das Anzeige-Teilsystem ein „FRQ"-Steuersignal
an die Abtasteinheit, das die Abtasteinheit darüber informiert, dass das Anzeige-Teilsystem
ein weiteres Teilbild zur Verarbeitung anfordert. Die komplette
Bildschirmanzeige der beiden Bilder nebeneinander wird mit den Graphiken
für die
Bilder überlagert
und auf der Anzeigevorrichtung 150 angezeigt. Das Anzeige-Teilsystem
wartet dann auf die Vollendung einer weiteren Abtastung der beiden
Bilder, wie durch den abschließenden
Empfang eines weiteren EK-Signals angegeben, wonach die Verarbeitung
und Anzeige eines anderen Echtzeit-Anzeigeteilbildes wieder fortgeführt wird.
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Es
ist auch möglich,
eine Kommunikationsarchitektur zu nutzen, bei der jedes Bild mit
einem EK-Signal abgeschlossen wird und das Senden und Empfangen
beider Zweiebenenbilder, jeweils abgeschlossen durch ein EK-Signal
und beantwortet durch ein FRQ-Signal, erfolgt, bevor ein Zwei-Bild-Anzeigeteilbild
durch das Anzeige-Teilsystem erzeugt wird.
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Die
Bilder werden nebeneinander angezeigt, wie graphisch durch die Bilder
L und R in 4 und durch die Fotografie der
Systemanzeige in 7 dargestellt. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden die Bildebenenausrichtungen durch einen von zwei Auswahlmodi, „Drehen" oder „Neigen", gewählt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Ausrichtung von einem Bild, dem linken Bild L in 4, fest
in Bezug auf das Wandler-Array. Das L-Bild liegt immer in einer
Ebene, die orthogonal zu der Ebene des Arrays ist und durch die
Mitte des Arrays verläuft, wie
in 2B dargestellt. Die Ebene des rechten Bildes R
kann durch Benutzersteuerung relativ zu der Ebene des Bildes L gedreht
oder geneigt werden. Im Rotationsmodus teilen sich die beiden Bilder
immer eine gemeinsame Mittellinie während der Sektorbildgebung,
und die Ebene des rechten Bildes R kann durch Betätigen eines
Bedienelements wie einer Rollkugel oder einem Knopf gedreht werden.
Das rechte Bild kann von koplanar mit dem linken Referenzbild in
eine 90°-Ausrichtung und weiter
gedreht werden, bis es wieder koplanar ist. Eine volle 360°-Drehung ist möglich, indem
entweder das Bedienelement entsprechend betätigt wird oder eine Links-Rechts-Umkehrung
des Bildes durchgeführt wird.
Im Neigungsmodus schneidet die Mitte des rechten Bildes R immer
das Referenzbild, kann aber so geneigt werden, dass verschiedene
Linien des Referenzbildes geschnitten werden, als ob der Sektor
aus dem gemeinsamen Scheitelpunkt der beiden Bilder herausschwingt.
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In
der Erfindung ist die Sonde 110 mit einer Markierung versehen,
die eine gegebene Seite des Bildes angibt. Im Allgemeinen ist diese
Markierung ein physikalischer Vorsprung oder eine Farbe auf einer
Seite des Sondengehäuses. Ärzte nutzen
diese Markierung, um die Ausrichtung der Sonde mit der Ausrichtung
des Bildes auf der Anzeige in Beziehung zu setzen. Es ist üblich, die
Markierung auf dem Anzeigebildschirm anzuzeigen, wie durch den Punkt 402 in 4 gezeigt.
Der Arzt wird im Allgemeinen die Sonde mit der Sondenmarkierung
in der gleichen Position halten, so dass das Bild immer mit einer Ausrichtung
gezeigt wird, die der Arzt bevorzugt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird das zweite Bild R ebenfalls mit einer Ausrichtungsmarkierung 404 gezeigt.
Im Rotationsmodus können
die beiden Bilder beide die gleiche Ebene abbilden, wenn die Abtastung eingeleitet
wird, wobei die Markierungen in diesem Fall räumlich in einer Linie liegen.
Der Arzt kann dann die rechte Bildebene aus der gemeinsamen Anfangsausrichtung
herausdrehen. In einer konstruierten Ausführungsform ist die Anfangsbedingung
der beiden Zweiebenenbilder, dass die beiden ohne Neigung entlang
einer gemeinsamen Mittellinie ausgerichtet und um 90° zueinander
gedreht sind, wie in 7 dargestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Symbol 400 auf der Zweiebenenanzeige
dargestellt, um die relative Ausrichtung der beiden Bildebenen grafisch
anzugeben. Das Symbol 400 in 4 stellt eine
Ansicht der Bildebenen von dem Wandler-Array aus dar und hat einen Kreis 410,
der den Raum grafisch darstellt, in dem die Basis des Sektors R
rotieren kann. Der Punkt 406 entspricht dem Punkt 402 des
linken Referenzbildes L und gibt an, dass sich die Ebene des Referenzbildes
in einer horizontalen Ausrichtung jenseits des Kreises 410 mit
der Markierung auf der rechten Seite des Bildes befindet. Die Linie 412 des
Symbols gibt an, dass sich das rechte Bild R in der gleichen Ausrichtung
mit der rechten Bildmarkierung 408 (entspricht Punkt 404)
auf der rechten Seite des Bildes befindet.
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Die 5A bis 5D veranschaulichen, wie
sich das Symbol 400 sich ändert, wenn das rechte Bild
rotiert wird. Wenn das rechte Bild 30° aus der Ebene des Referenzbildes
herausgedreht wird, erscheint das Symbol 400 wie in 5a dargestellt,
in der die Linie 412 und der Punkt 408 die Ebene
des rechten Bildes nach der Drehung um dreißig Grad darstellen. Die Zahl 30 erscheint
ebenfalls unter dem Symbol. Die rechte Bildebene kann um weitere
180° gedreht
werden, wobei in diesem Fall die Linie 412 und der Markierungspunkt 408 wie
in 5B dargestellt erscheinen. Die Zahl unter dem
Symbol ändert sich
in 210, um eine 210-Grad-Ausrichtung zu der Referenzbildebene
anzugeben. Alternativ umfasst die Benutzeroberfläche des Ultraschallsystems
in der bevorzugten Ausführungsform
ein Bedienelement zur „Invertierung
des rechten Bildes".
Wenn dieses Bedienelement betätigt
wird, wird das rechte Bild sofort lateral um 180° invertiert und das Symbol wird entsprechend
von dem in 5A gezeigten Symbol zu dem in 5B gezeigten
Symbol umschalten.
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Auf ähnliche
Weise umfasst die bevorzugte Ausführungsform ein Bedienelement
zur „Invertierung
des linken Bildes",
das das linke Bild lateral invertiert. 5C veranschaulicht
das Symbol, wenn das Referenzbild invertiert wurde, wobei sich der Markierungspunkt 406 in
diesem Fall auf der linken Seite des Symbols befindet. In 5C befindet
sich das rechte Bild in einer 210-Grad-Ausrichtung zur ursprünglichen
(nicht invertierten) Position des Referenzbildes, wie durch die Linie 412 und
die Zahl unterhalb des Bildes gezeigt. In 5U wurde
das Referenzbild invertiert, wobei sich das rechte Bild in einer
30°-Ausrichtung
zur ursprünglichen
Position des linken Referenzbildes befindet.
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Ein
Vorteil der gemeinsamen Anzeige der Zweiebenenbilder und des Symbols
besteht darin, dass beim Speichern der auf dem Anzeigebildschirm dargestellten
Bilder das Symbol ebenfalls ohne weiteren Aufwand seitens des Sonographen
gespeichert wird. Während
einer späteren Überprüfung der
Bilder durch einen Arzt wird die Ausrichtung der beiden Bildebenen
auf der Anzeige oder in dem Bildschirmausdruck angezeigt. Die Bildschirmanzeige
kann entweder als Hardcopy oder elektronisch gespeichert werden,
und kann abgerufen und eingesehen werden, um den Patienten später wieder
mit der gleichen Zweiebenenbildausrichtung abtasten zu können.
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Es
kann wünschenswert
sein, dass das Symbol 400 grafisch den Bereich des Rotationskreises 410 angibt,
der 0° bis
180° entspricht,
und der Teil, der 181° bis
359° entspricht,
in numerischer Schreibweise unter dem Symbol angezeigt wird. Dies
kann erfolgen, indem sichtbar unterscheidbare Graphiken für die untere
und die obere Hälfte
des Kreises 410 verwendet werden. Zum Beispiel könnte die
untere Hälfte
des Kreises 410 mit einer helleren oder breiteren Linie
angezeigt werden als die obere Hälfte,
oder sie könnte
gepunktet oder gestrichelt sein, während die obere Hälfte mit
einer durchgezogenen Linie gezeichnet wird. Alternativ könnten die
untere und die obere Hälfte
unterschiedlich gefärbt
sein, blau und grün
zum Beispiel, wobei sich die Farbe der numerischen Schreibweise
entsprechend mit der Änderung des
Drehwinkels der rechten Ebene R ändert.
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6 zeigt
den Anzeigebildschirm bei Betrieb im "Neigungsmodus". In diesem Modus ist die Ebene des
linken Bildes L wieder fest in Bezug auf die Ebene des Wandler-Arrays,
und das rechte Bild R kann von einer Seite des Referenzbildes zu
der anderen geneigt werden, als ob es aus dem gemeinsamen Scheitelpunkt
der beiden Bilder herausschwingt. In einer konstruierten Ausführungsform
sind die beiden Ebenen in der lateralen (rotationsbezogenen) räumlichen
Dimension immer 90° zueinander
ausgerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform schneidet die Mittellinie
des rechten Bildsektors R immer das Referenzbild, aber bei einer
Linie des linken Sektors, die durch den Benutzer gewählt wird.
Ein Symbol 600 gibt die relative Ausrichtung der beiden Bildebenen
an. In dem Symbol 600 stellt der kleine graphische Sektor 602 die
feste Position des linken Referenzbildes dar. Eine Cursorlinie 604 stellt
das rechte Bild „hochkant" von der Seite gesehen dar.
In diesem Beispiel ist die rechte Bildebene 30° aus einer nominalen Ausrichtung
geneigt, in der die Mittellinien der beiden Bilder in einer Linie
liegen, was einer 0°-Referenzausrichtung
entspricht. In der nominalen (anfänglichen) Ausrichtung ist die
Cursorlinie in dem Symbol 600 vertikal ausgerichtet.
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Als
eine Alternative zu dem Symbol 600 kann die Cursorlinie 604 über dem
Referenzbild L angezeigt werden. Der Benutzer kann ein Bedienelement betätigen, um
die Neigung der rechten Ebene R zu verändern, oder die Cursorlinie
von einer Seite des Bildes R zu der anderen ziehen, um die Neigung
der rechten Ebene zu verändern.
Andere Cursoranzeigetypen als eine Linie, zum Beispiel Punkte oder
Zeiger, können
ebenfalls für
den Cursor 604 verwendet werden.
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Der
Neigungsmodus ist insbesondere von Nutzen, um longitudinale Studien
von Infarkten durchzuführen.
Angenommen, die Herzabbildung eines Patienten zeigt eine abnormale
Herzwandbewegung in der Nähe
der Papillarmuskelspitzen. Mit herkömmlicher 2D-Bildgebung kann
der Arzt versuchen, die Infarktwand abzubilden, indem er erst ein
Bild des Papillarmuskels in einer Langachsenansicht des Herzens
erfasst und dann die Sonde um neunzig Grad dreht, um den Infarktort
in einer Kurzachsenansicht abzubilden. Wenn die Sonde (und damit
die Bildebene) jedoch nicht präzise
gedreht wird, kann der Arzt den Infarktort übersehen. Mit dem Zweiebenenneigungsmodus
kann der Arzt die Sonde bewegen, bis der Papillarmuskel in dem Referenzbild
in einer Langachsenansicht angezeigt wird, dann kann er die Cursorlinie 604 neigen,
um auf die Papillarmuskelspitzen in dem Langachsenreferenzbild zu
zeigen oder sie zu überlagern
und dadurch den Infarktort in dem geneigten rechten Bild R in einer
Kurzachsenansicht zur Ansicht zu bringen. Wenn sich der Arzt den gleichen
Abschnitt der Herzwand drei oder sechs Monate später in einer longitudinalen
Studie als Kurzachsenansicht ansehen möchte, kann der Vorgang des
Abbildens des Papillarmuskels in einer Langachsenansicht in dem
linken Bild, des Weisens mit dem Neigungscursor 604 in
die gleiche Neigung und des Ansehens der Infarktregion in einer
Kurzachsenansicht in dem rechten Bild präzise wiederholt werden, wodurch
die diagnostische Effizienz der longitudinalen Studie verbessert
wird.
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7 zeigt
zwei Zweiebenenbilder im Rotationsmodus. Das Symbol zwischen den
beiden Bildern in der Mitte des Bildschirms zeigt, dass die rechte
Bildebene um neunzig Grad aus der Ausrichtung mit der linken Referenzbildebene
gedreht wurde. Die Markierungspunkte sind in dem Symbol und auf
der rechten Seite der Scheitelpunkte der beiden Sektorbilder klar
zu sehen. Zur Vervollständigung
einer Herzstudie wird das EKG- Signal
ebenfalls unter den Zweiebenenbildern angezeigt.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Erfassung
der beiden Bilder, weil nur zwei Ebenen einer volumetrischen Region
abgebildet werden, schnell genug erfolgen kann, so dass die zwei
Bilder beide Echtzeitultraschallbilder bei einer relativ hohen Bildwechselfrequenz
der Anzeige sein können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Ultraschallsystem nur
ein herkömmliches
zweidimensionales Bildgebungssystem zu sein braucht. Wie 3 zeigt,
kann das Anzeige-Teilsystem zur Zweiebenenbildgebung ein herkömmliches
zweidimensionales Bildverarbeitungs-Teilsystem sein, was bedeutet,
dass die Zweiebenenbildgebung gemäß der vorliegenden Erfindung
mit den derzeit den Ärzten
zur Verfügung
stehenden zweidimensionalen Ultraschallsystemen durchgeführt werden
kann. Die Abtasteinheit und das Anzeige-Teilsystem aus 3 erfordern
keine einzigartigen 3D-Fähigkeiten,
um das in 7 dargestellte Zweiebenenbild
zu erzeugen.
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Der
Neigungsmodus und der Rotationsmodus können kombiniert werden, so
dass der Benutzer in die Lage versetzt wird, sich Zweiebenenbilder
anzusehen, die sowohl zueinander geneigt als auch gedreht sind.
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1
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- T/R switch – Sende-/Empfangsschalter
- A/D – Analaog-Digital-Umsetzer
- Beamformer – Strahlformer
- Digital filter – Digitaler
Filter
- User interface – Benutzeroberfläche
- Transmit frequency control – Sendefrequenzsteuerung
- Central controller – zentrale
Steuereinheit
- Wts – Gewichte
- Dec. – Dezimation
- B mode processor – B-Mode-Prozessor
- Display – Anzeige
- Persist. – Persistenz
- Video processor – Videoprozessor
- Contrast signal detector – Kontrastsignaldetektor
- 3D image memory – 3D-Bildspeicher
- 3D image rendering – 3D-Bildwiedergabe
- Vel. – Geschwindigkeit
- Pwr. – Leistung
- Doppler processor – Doppler-Prozessor
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3
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- μ BF – Mikrostrahlformer
- Preamp TGC – Vorverstärker- und
TGC-Schaltung
- A/D – Analog-Digital-Umsetzer
- Beamform Controller – Strahlformer-Steuereinheit
- User control – Benutzersteuerung
- Beamformer – Strahlformer
- Image processor – Bildprozessor
- Display – Anzeige
- Image memory – Bildspeicher
- Graphics generator – Graphikgenerator
- Scan conv. – Bildrasterwandler
- Cine memory – Cine-Speicher
- Image line processor – Bildlinienprozessor