DE10054106A1

DE10054106A1 - EKG-gesteuerte Ultraschallbildzusammensetzung

Info

Publication number: DE10054106A1
Application number: DE10054106A
Authority: DE
Inventors: Bjorn Olstad
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2001-05-17
Also published as: JP2001170047A; US6447450B1

Abstract

Es werden ein EKG-gesteuertes Ultraschallabbildungszusammensetzungssystem und ein Verfahren zur Synthetisierung einer Filmschleife (160) eines zusammengesetzten Ultraschallbildes wie eines Herzzyklus beschrieben. Bei einem Echtzeitbetrieb kann eine Folge von Bildeinstellungen bei einer Bildwechselrate über einen Herzzyklus aufgezeichnet und in einem Filmschleifenspeicher gespeichert werden. Eine zweite Folge von Bildeinstellungen wird über einen zweiten Herzzyklus aufgezeichnet. Die Bildeinstellungen des zweiten Herzzyklus werden bildweise bezüglich der Zeit und des Orts mit den entsprechenden Bildeinstellungen aus dem Filmschleifenspeicher ausgerichtet. Die ausgerichteten Bildeinstellungen werden dann zur Ausbildung einer Folge synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert, die dann die ursprünglichen Bildeinstellungen in dem Filmschleifenspeicher ersetzen. Nachfolgende Folgen von Bildeinstellungen werden auch mit den synthetisierten Bildeinstellungen in dem Filmschleifenspeicher zur Ausbildung neuer synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert, die dann die alten synthetisierten Bildeinstellungen in dem Speicher ersetzen, usw. Die Folge der Bildeinstellungen kann für einen Beginn an einem Herzereignis wie dem R-Ereignis getriggert werden.

Description

Die zugrunde liegende Bildqualität ist ein wichtiger Aspekt einer Abtasteinrichtung zur medizinischen Ultraschallabbildung. Auf dem gesamten Gebiet besteht das konstante Bestrebung nach einer Verbesserung der Bildqualität. Allerdings bleibt die Ultraschallabbildung eine Anwendung, die sehr patientenabhängig ist. Die Ultraschallabbildung und Erfassung wichtiger pathologischer Phänomene kann fehlschlagen, wenn das Bild keine ausreichende Qualität zur Sicherstellung der Diagnose hat.

Zusätzlich zu den Bildqualitätsbeschränkungen gibt es physiologische Effekte, die die Ultraschallabbildung beeinträchtigen können. Beispielsweise können geringe Veränderungen zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen die Abbildung und die Bildqualität negativ beeinflussen. Diese Veränderungen von Herzschlag zu Herzschlag können durch viele Faktoren verursacht werden, die die Atmung, Herzfrequenzveränderungen, Doppelsystolen, frühe Erregungen und eine Anzahl anderer physiologischer Effekte beinhalten. Diese Veränderungen stellen eine Einschränkung für die Durchführung sowohl wiederholbarer als auch reproduzierbarer Messungen von aus dem Ultraschall hergeleiteten Parametern dar, wie beispielsweise Blutflussgeschwindigkeiten, Wandbewegung oder Wandverdickung.

Aufgrund der inhärenten Schwierigkeiten bei der Durchführung wiederholbarer Ultraschallmessungen wurden mehrere Messprotokolle entwickelt, in denen eine Ultraschallabbildungs-Bedienungsperson zur Wiederholung der gleichen Messung bei einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Herzschläge und zum Ermitteln des Durchschnittswerts instruiert wird. Diese Messprotokolle verbessern die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Messung, da eine Durchschnittsmessung anstelle einer Einzelmessung berichtet wird, die vielleicht keinen normalen Herzschlag darstellt.

Im Stand der Technik sind Verfahren zur temporären Verarbeitung von Ultraschalldaten zur Verringerung von Rauschen beschrieben. Diese Verfahren beinhalten aufeinanderfolgende Messungen an einem gegebenen Ort, die zur Verringerung von Rauschen kombiniert werden. Allerdings besteht das mit diesem Verfahren bei der Herzabbildung verbundene Problem darin, dass sich das abgebildete Organ bewegt. Das heißt, wenn das Herz schlägt, verändert es seinen Zustand beispielsweise bezüglich des Blutflussmusters, der Hohlraumformen, Wandbewegung und Wanddicke. Da sich das abgebildete Organ bewegt und verändert, sind einfache zeitliche Verarbeitungsverfahren ineffektiv, und die Verfahren des Standes der Technik liefern Bilder nicht akzeptabler Bildqualität. Die gleichen Beschränkungen bei der Abbildung des Herzens treffen auch bei anderen Organen und Gefäßen zu, die sich bewegen oder verändern. Viele Organe können sich beispielsweise entsprechend der Atmung oder dem Pulsieren des Blutes verändern. Wenn also eine zeitliche Verarbeitung angewendet wird, verschlechtern sich die Dynamik und die Bildqualität des abgebildeten Organs infolge der zeitlichen Mittelung.

Im Stand der Technik sind auch Verfahren zur zeitlichen Verarbeitung von Ultraschalldaten zur Erhöhung der Bildwechselfrequenz bzw. Bildwechselrate beschrieben. Beispielsweise beschreibt das U.S. Patent Nr. 5099847 von Powers et al. ein Verfahren zur Erhöhung der Anzeigebildrate eines medizinischen Ultraschallabbildungssystems. Das System erzeugt ein Triggersignal beruhend auf einem vorbestimmten Ereignis in dem Herzzyklus des Subjekts. Das System erzeugt eine erste Folge von Bildern bzw. Bildeinstellungen im Ansprechen auf ein erstes Triggersignal während eines ersten Herzzyklus und eine zweite Folge von Bildeinstellungen im Ansprechen auf ein zweites Triggersignal während eines zweiten Herzzyklus. Die Bildeinstellungen der ersten und zweiten Folge werden dann in der Reihenfolge des Auftretens in dem Herzzyklus geschachtelt, um eine Bildwechselrate zu erzeugen, die zweimal so groß wie die Abbildungsbildwechselrate ist. Das Patent von Powers betrifft somit Bildaufzeichnungen an verschiedenen Momenten in dem ersten und dem zweiten Herzzyklus zum Erhalten einer zusammengesetzten Folge von Bildern mit einer höheren Bildwechselrate. Obwohl das Powers-Patent vielleicht eine höhere Bildwechselrate liefern kann, werden die aufgereihten Bilder allerdings von verschiedenen Herzzyklen genommen. Da die Bilder aus verschiedenen Herzzyklen genommen werden, kann einer oder können mehrere der Zyklen von Artefakten beeinflusst sein, die beispielsweise durch das Atmen induziert werden. Zusätzlich kann sich die Position des Subjekts oder des Messfühlers von einem Herzzyklus zum Nächsten bewegt haben. Verschachtelte Bilder aus durch Bewegung beeinflussten Herzfolgen können eine flimmernde und ungenaue kombinierte Bildfolge liefern, die die Diagnose nachteilig beeinflussen kann.

Es besteht daher seit langem das Bedürfnis nach einem verbesserten Ultraschallabbildungssystem, das verbesserte Ultraschallbilder liefert, die die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit maximieren, insbesondere bei der Herz- und herzbeeinflussten Abbildung. Es besteht auch das Bedürfnis nach einem Ultraschallabbildungssystem, das ein klares, leicht diagnostizierbares Bild liefert, das ein genaues Bild über einen Herzzyklus darstellt, und nachteilige Abbildungseffekte wie Atmungseffekte und Bewegungseffekte minimiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend angeführte Problem zu lösen.

Erfindungsgemäß wird eine Filmschleife ("cineloop") eines zusammengesetzten Ultraschallbildes, wie beispielsweise über einen Herzzyklus, synthetisiert. Gemäß einem Echtzeitbeispiel wird eine Folge von Bildern bzw. Bildeinstellungen über einen Herzzyklus aufgezeichnet und in einem Bildarray gespeichert. Eine zweite Folge von Bildeinstellungen wird über einen zweiten Herzzyklus aufgezeichnet. Die Bildeinstellungen des zweiten Herzzyklus werden dann temporär und örtlich mit den Bildeinstellungen des ersten Herzzyklus ausgerichtet. Die erste und zweite Folge von Bildeinstellungen werden dann zur Ausbildung einer Folge synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert, die dann in dem Bildarray anstelle der ersten Folge der Bildeinstellungen gespeichert werden. Nachfolgende Folgen von Bildeinstellungen werden auch mit den synthetisierten Bildeinstellungen zur Ausbildung neuer synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert. Die Folge der Bildeinstellungen kann getriggert werden, damit sie an einem Herzereignis, wie dem R-Ereignis beginnt. Den Bildeinstellungen kann auch eine Alterseigenschaft zugeordnet werden, die bei der Gewichtung der Bildeinstellung während der Kombination verwendet werden kann. Außerdem kann eine Fehlanpassungsschätzung zwischen den Bildeinstellungen bestimmt werden. Bildeinstellungen bzw. Herzzyklen mit einer hohen Fehlanpassung können nicht kombiniert werden, oder es kann alternativ nur ein Abschnitt des Herzzyklus mit der geringsten Fehlanpassung kombiniert werden. Außerdem kann eine Filmschleife beruhend auf der Standardabweichung der Bildeinstellungen aufgebaut werden, um sich nicht wiederholende Veränderungen in dem Herzzyklus anzuzeigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abbildungsfolgendarstellung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine bevorzugte Implementation des Systems zur Echtzeit-Ultraschallabbildung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 die zeitliche Anordnung eines ersten Herzzyklus und eines zweiten Herzzyklus,

Fig. 4 die örtliche Fehlanpassung zwischen zwei Bildeinstellungen; eine Bildeinstellung vom Herzschlag A und eine Bildeinstellung vom Herzschlag B,

Fig. 5 einen Vergleich bezüglich der Durchführung einer Ortsanordnung zweier Bildeinstellungen unter Verwendung kartesischer und Polarkoordinaten,

Fig. 6 ein Verfahren zur Verringerung der Anzahl der Bildeinstellungen, die zur örtlichen Anordnung aller Bildeinstellungen von zwei Herzzyklen verarbeitet werden, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 eine Beispielanwendung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Zeitbewegungs- Ultraschalldaten, wie M-Modus und PW oder CW-Doppler,

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das als Echtzeit- Ultraschallverarbeitung implementiert ist, und

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das als Verarbeitung einer aufgezeichneten Ultraschallfolge implementiert ist.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind bei einer zweidimensionalen (2-D) oder einer dreidimensionalen (3-D) Ultraschallabbildung mit beliebiger Zeitbewegung mit geringfügigen Verfeinerungen wie nachstehend beschrieben anwendbar. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele können bei einem beliebigen Abbildungsmodus angewendet werden, der vorhandene Anwendungen wie eine Gewebe/B-Modusabbildung, Farbflussabbildung, Angio-/Leistungsdopplerabbildung, Gewebebewegungs- oder Geschwindigkeitsabbildung und Überanstrengungsratenabbildung oder Zeitmodusabbildung, M- Modus oder PV oder CV-Doppler einschließen. Die Erfindung kann auch zur Abbildung vieler nicht das Herz betreffende Anwendungen verwendet werden, und kann insbesondere dort nützlich sein, wo das abgebildete Objekt ein periodisches Verhalten zeigt, das dem Herzzyklus ähnlich ist, wie beispielsweise Gefäß- und Blutflussstudien in verschiedenen Organen.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Abbildungsfolge 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Abbildungsfolgendarstellung 100 beinhaltet eine Elektrokardiographie-(EKG-)Kurve 110, drei Bilder bzw. Bildeinstellungen 120-140, ein Anordnungs- und Kombinationssystem 150 und eine Filmschleife ("cineloop") 160 bestehend aus kombinierten Bildern 170-190.

Die EKG-Kurve 110 zeigt ein EKG von drei Herzzyklen oder Herzschlägen. Die EKG-Kurve 110 enthält vier Triggerereignisse zu Zeiten t1, t2, t3 und t4. Die Triggerereignisse sind typischerweise das R-Ereignis in dem QRS-Komplex (der der ventrikulären Systole zugeordnet ist), aber es können auch andere Ereignisse wie das S-Ereignis verwendet werden. Die EKG-Kurve 110 enthält auch drei Abtastereignisse zu Zeiten T1, T2 und T3. Zu jedem Abtastereigniszeitpunkt wird bei diesem Beispiel eine zweidimensionale Bildeinstellung 120-140 des Herzens gebildet.

Die Abtastereignisse zu den Zeiten T1, T2 und T3 werden derart gewählt, dass sie das gleiche zeitliche Inkrement von den vorhergehenden Triggerereignissen zu den Zeiten t1, t2, t3 und t4 haben, sodass die gleiche Phase des Herzzyklus durch jede Bildeinstellung abgebildet wird. Das heißt, durch die Forderung T1 - t1 = T2 - t2 = T3 - t3, werden die drei Bildeinstellungen 120-140 mit der gleichen Zeitverzögerung nach dem letzten R-Ereignis in der EKG- Kurve aufgezeichnet. Die drei mit den Zeiten T1, T2 und T3 assoziierten Bildeinstellungen 120-140 werden dann durch das Anordnungs- und Kombinationssystem 150 örtlich angeordnet bzw. ausgerichtet und kombiniert, um eine einzelne Bildeinstellung 180 auszubilden, wie es nachstehend beschrieben ist. Die kombinierte Bildeinstellung 180 bildet ein einzelnes Bild einer Filmschleife 160 des gesamten Herzzyklus.

Obwohl in Fig. 1 ein einzelnes Triggerereignis pro Herzzyklus gezeigt ist, kann das Ultraschallsystem im Betrieb kontinuierlich Bildeinstellungen ausbilden. Das System kann dann für jede Bildeinstellung die entsprechende Phase des Herzzyklus bestimmen und dann Bildeinstellungen der gleichen oder ähnlichen Phasen in aufeinanderfolgender Reihenfolge zur Ausbildung von Filmschleifen- Bildeinstellungen kombinieren.

Das System kann sowohl bei lebenden Echtzeitbildern des Herzzyklus als auch bei einer aufgezeichneten Folge mit einer Vielzahl von Herzzyklen betrieben werden. Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Implementation eines Systems zur Echtzeitabbildung 200 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Fig. 2 beinhaltet eine aktuelle EKG- Kurve 210 mit einer aktuellen Bildeinstellung 215, eine gespeicherte EKG-Kurve 220 und ein Bildarray 230 aus einer Vielzahl gespeicherter Bildeinstellungen. Das Bildarray 230 beinhaltet ein ausgewähltes Bild 240, das im Allgemeinen der Herzzyklusphase der aktuellen Bildeinstellung 215 entspricht.

Das Bildarray 230 enthält eine Anzahl von Bildeinstellungen (die als Quadrate in dem Array angezeigt sind), die in der Filmschleife gespeichert sind und verschiedenen Phasen des Herzzyklus entsprechen. Die Bildeinstellungen werden mit einer so genannten Bildwechselrate ausgebildet. Die Bildwechselrate kann bis zur maximalen Systembildwechselrate gewählt werden. Die maximale Bildwechselrate hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der das zugrunde liegende Ultraschallabbildungssystem eine Bildeinstellung ausbildet, und kann sich in Abhängigkeit vom Typ des ausgebildeten Bildes verändern. Beispielsweise dauert die Ausbildung dreidimensionaler Bilder im Allgemeinen länger als die Ausbildung zweidimensionaler Bilder, und demzufolge ist die Bildwechselrate für ein dreidimensionales Abbildungssystem geringer. Das Bildarray 230 enthält Bilder, die vorzugsweise beginnend mit dem R- Ereignis erhalten werden und danach mit der entsprechenden ausgewählten Bildwechselrate erzeugt werden. Das Bildarray 230 enthält Bildeinstellungen, die einen vollständigen Herzzyklus abdecken. In Abhängigkeit vom Typ der gewünschten Ultraschallabbildung können die Bildeinstellungen zweidimensionale oder dreidimensionale Bilder von Daten, Doppler- oder Spektraldaten, M-Modusdaten oder andere Ultraschalldaten sein.

Zu Beginn können die Bildeinstellungen des Bildarrays 230 während eines ersten Herzzyklus aufgezeichnete Bildeinstellungen sein. Während eines nachfolgenden Herzzyklus wird, da neue Bildeinstellungen erfasst werden, jede neue Bildeinstellung mit einer der vorhergehenden Bildeinstellungen in dem Bildarray 230 örtlich und zeitlich angeordnet bzw. ausgerichtet. Die neue Bildeinstellung und eine assoziierte vorhergehende Bildeinstellung aus dem Bildarray 230 werden dann zur Ausbildung einer synthetisierten Arraybildeinstellung synthetisiert, was nachstehend beschrieben wird. Die synthetisierte Arraybildeinstellung ersetzt dann die alte Bildeinstellung aus dem Bildarray. Beispielsweise wird gemäß Fig. 2 eine aktuelle Bildeinstellung 215 abgebildet. Die Phase der aktuellen Bildeinstellung 215 in dem Herzzyklus der aktuellen EKG-Kurve 210 wird beruhend auf der Zeit von dem jüngsten R-Ereignis oder einer Schätzung der Herzzyklusdauer beruhend auf der Dauer der Filmschleife bestimmt, was nachstehend beschrieben wird. Dann wird eine Bildeinstellung in dem Bildarray 230, die der gleichen Phase in dem Herzzyklus wie die aktuelle Bildeinstellung 219 entspricht, gewählt. Das ausgewählte Bild 240 wird dann mit der aktuellen Bildeinstellung 215 örtlich ausgerichtet, und die zwei Bilder werden zur Ausbildung eines synthetisierten Bildes kombiniert. Das synthetisierte Bild wird angezeigt und in dem Bildarray 230 als aktualisierte Bildeinstellung gespeichert.

Ein System zur Kombination der aktuellen Bildeinstellung 215 und der ausgewählten Bildeinstellung 240 kann auf dem System beruhen, das in dem U.S. Patent Nr. 5476095 von Olstad et al. beschrieben ist. Das Kombinationssystem kann eine starke Filterung zur Verminderung von Atmungsrauschen anwenden, das auftritt, wenn ein Patient atmet, während der Messfühler stillgehalten wird. Außerdem kann das System des Olstad Patents dazu beitragen, Geisterbilder zu vermeiden, die durch alte Bilddaten in dem Bildarray 230 verursacht werden können, die neuen Bilddaten widersprechen, nachdem ein Messfühler an einen neuen Abbildungsort bewegt wurde.

Da sich der Herzzyklus bezüglich der zeitlichen Länge von Zyklus zu Zyklus verändern kann, können in Abhängigkeit von der gewählten zeitlichen Ausrichtungsanpassung eventuell nicht alle Bilder in dem Bildarray 230 während jedes Herzzyklus aktualisiert werden. Demzufolge kann jeder Bildeinstellung in dem Bildarray 230 eine Alterseigenschaft zugeordnet werden, die der vergangenen Zeit seit der letzten Aktualisierung der Bildeinstellung entspricht. Die Bildeinstellung in dem Bildarray kann, wenn sie mit einer aktuellen Bildeinstellung kombiniert wird, derart gewichtet werden, dass ihre Gewichtung mit zunehmender Zeit seit der letzten Aktualisierung der Bildeinstellung verringert wird.

Wie vorstehend beschrieben kann zumindest eine Bildeinstellung mit einer ähnlichen Herzzyklusphase wie eine Bildeinstellung in dem Bildarray 230 zur Bildung eines einzelnen Filmschleifenbildes kombiniert werden. Mehrere Verfahren können zur Bewirkung der Herzphasen- oder Zeitausrichtung zwischen den Bildern der verschiedenen Herzzyklen angewendet werden. Fig. 3 stellt die Zeitausrichtung bzw. zeitliche Anordnung 300 eines ersten Herzzyklus 310 und eines zweiten Herzzyklus 320 dar. Wie vorstehend beschrieben beinhaltet ein erstes Beispielverfahren zur Ausrichtung der Herzzyklen 1) die Erzeugung von Bildeinstellungen über mehrere vollständige Herzzyklen, 2) die Bestimmung des Zeitindexes für das Ereignis in der EKG-Kurve, 3) die Bestimmung der Phase in dem Herzzyklus jedes Bildes beruhend auf dem zeitlichen Unterschied zwischen dem Bild und dem jüngst vergangenen R- Ereignis, und 4) die Kombination der Bilder der gleichen oder ähnlichen Herzphasen zur Ausbildung eines kombinierten Bildes. Alternativ kann eine Tonanzeige eines Herzklappenöffnens als Zeitindex anstelle des R-Ereignisses verwendet werden.

Obwohl das vorstehend angeführte Verfahren bei Herzzyklen mit grob der gleichen zeitlichen Länge gut arbeitet, kann sich in der Praxis die Länge aufeinanderfolgender Herzzyklen verändern. Allerdings müssen ähnliche Herzzyklusbilder in jedem Herzzyklus immer noch zur Ausbildung eines einzelnen Bildes in der Filmschleife ausgerichtet werden. Ein alternatives Verfahren zur Ausrichtung bzw. Anordnung von Herzzyklen verschiedener zeitlicher Längen ist das lineare Strecken der Herzzyklen. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, werden zur Durchführung der linearen Streckung mehrere Zeitpunkte (t1, t2, t3 und t4), die den verschiedenen Ereignissen in dem Herzzyklus entsprechen, in jedem Herzzyklus bestimmt. Die Zeitpunkte für den zweiten Herzzyklus 320 können dann an den ersten Herzzyklus 310 angepasst werden, und ein Umwandlungsfaktor kann bestimmt werden. Die entsprechenden Phasen in jedem Herzzyklus können dann durch Bezugnahme auf die linearen Streckungspunkte bestimmt werden. Die lineare Streckung kann insbesondere bei der klinischen Herzabbildung nützlich sein, da nicht alle Herzzyklen die gleiche Länge haben.

Die lineare Streckung kann auch als eine stückweise lineare Streckung vieler Zeitintervalle (beispielsweise t1 bis t2, t2 bis t3, und t3 bis t4 in Fig. 2) bewirkt werden. Eine stückweise lineare Streckung ist sinnvoll, da die Atriumkontraktion, die genau vor dem letzten R-Ereignis auftritt, eine bessere zeitliche Ausrichtung erfahren kann, wenn diese Periode entsprechend der Zeit zwischen der Bilderfassung und dem nächsten Triggerereignis ausgerichtet wird. Außerdem kann eine Systolen- und Diastolentrennung vorteilhaft sein, da die zeitlichen Veränderungen, die Pulsfrequenzveränderungen verursachen, hauptsächlich die Diastole beeinflussen.

Schließlich können die Herzzyklen durch die Verwendung von Kurven oder aus dem Bild hergeleitete Parameter ausgerichtet werden, die eine Funktion der Zeit sind. Diese Parameter können beispielsweise direkt mit einem Viterbialgorithmus korreliert werden, um eine optimale datenabhängige Abbildung zwischen Ereignissen und Bildern in den zwei Herzzyklen zu schätzen.

Vorzugsweise kann der Systolenabschnitt des Herzzyklus bei allen Zeitausrichtungsschemata näherungsweise derart angepasst werden, dass Bilder mit der gleichen Verzögerung von dem jüngst vergangenen Triggerereignis kombiniert werden. Auch kann die Ultraschallerfassung vorzugsweise von Triggerereignissen unabhängig sein oder kontinuierlich abbilden. Das heißt, dass ein Zittern oder eine Fehlanpassung zwischen dem R-Ereignis und der ersten erfassten Bildeinstellung vorhanden sein kann, da das R- Ereignis nicht als Triggerereignis verwendet wird. Diese Fehlanpassung liegt zwischen 0 und der zur Erfassung einer einzelnen Bildeinstellung erforderlichen Zeit. Die zeitliche Ausrichtung kann somit verbessert werden, wenn die Ultraschallerfassung abgebrochen werden kann, wenn ein Triggerereignis erfasst wird, und dann an einer festen Verzögerung nach dem Auftreten des Triggerereignis neu gestartet wird. Eine derartige getriggerte Rücksetzung der Erfassung würde selbst in Situationen mit niedrigen Bildwechselraten eine perfekte zeitliche Ausrichtung liefern.

Die aus den Herzzyklen nach der zeitlichen Ausrichtung ausgewählte Bildeinstellung muss nicht unbedingt perfekt bildelementweise mit einer Bildeinstellung aus dem Bildarray 230 übereinstimmen. Die örtliche Fehlanpassung kann durch mehrere Faktoren verursacht werden, wie der Atmung, Messfühlerbewegung durch den Bediener, usw. Fig. 4 stellt eine örtliche Fehlanpassung zwischen zwei Bildeinstellungen, einer Bildeinstellung vom Herzschlag A 410 und einer Bildeinstellung vom Herzschlag B 420, dar. Wenn die zwei Bildeinstellungen 410, 420 zur Ausbildung eines kombinierten Bildes 430 überlagert werden, ist die örtliche Fehlanpassung klar ersichtlich. Die örtliche Fehlanpassung kann verringert werden, wenn eines der Bilder mit einer Verschiebung in der X- und Y-Richtung bewegt wird, bevor die Bilder zur Ausbildung eines Bildes in der Filmschleife kombiniert werden. Mehrere Algorithmen zur automatischen Ausrichtung von Bildern sind bekannt. Eine Möglichkeit besteht in der Auswahl der X- und Y- Verschiebungen, die den quadratischen Fehler zwischen den Bildern minimieren. Dabei ist es vorteilhaft, die Fehlerberechnung selbst bei Farbanwendungen auf dem Gewebebild beruhen zu lassen, wenn die Gewebekomponente mehr robuste geometrische Informationen trägt. Anpassungsalgorithmen gibt es in der Literatur auch für komplexere Bildkrümmungsmodelle, wie eine kombinierte Translations-Rotationstransformation und sich lokal veränderte Transformationen.

Außerdem werden rohe Ultraschallinformationen üblicherweise in vielen Ultraschall-Abtasteinrichtungen intern im Polarkoordinatenformat dargestellt. Das Polarkoordinatenformat stellt das Bild als Funktion der Reichweite und des lateralen Winkels dar. Das Polarkoordinatenformat kann daher eine nützliche Darstellung für die Implementation effektiver Ortsausrichtungsalgorithmen sein.

Fig. 5 zeigt den Vergleich 500 der Durchführung einer Ortsausrichtung von zwei Bildern unter Verwendung kartesischer und Polarkoordinaten. Fig. 5 beinhaltet einen Polarkoordinatenherzschlag A 510, einen Polarkoordinatenherzschlag B 520, einen kartesischen Koordinatenherzschlag A 530 und einen kartesischen Koordinatenherzschlag B 540. Die Umwandlung von der Polargeometrie in die kartesische oder rechteckige Geometrie wird im Allgemeinen als Abtastwandlung bezeichnet. Anstelle der Durchführung der Ortausrichtung zur Herleitung der X- und Y-Verschiebungen in den kartesischen Bildern kann eine Ortsausrichtung im Polarbereich zum Herleiten von Reichweiten- und lateralen Verschiebungen durchgeführt werden. Aufgrund der Unterschiede der Darstellungen im kartesischen und Polarbereich und dem gewählten Ortsanpassungsverfahren müssen die resultierenden kartesischen und Polar- Ortsausrichtungen nicht unbedingt identisch sein. Während der kartesische Bereich für einige Abbildungsformate wünschenswerter sein kann, kann die Verarbeitung im Polarbereich möglicherweise eine genauere Ortsausrichtung bei einigen Abbildungsformaten liefern. Beispielsweise bei der Abbildung von Apikalherzansichten kann die Verarbeitung im Polarbereich bevorzugt werden.

Fig. 6 zeigt ein Verfahren 600 zur Verringerung der Anzahl an Bildeinstellungen, die zur örtlichen Ausrichtung aller Bildeinstellungen von zwei Herzzyklen verarbeitet werden. Der Herzzyklus A 610 beinhaltet drei Bildeinstellungen A1, A2 und A3. Die Bildeinstellungen A1, A2 und A3 werden bevorzugt bei oder nahe signifikanter Herzereignisse in den Herzzyklen abgebildet, wie bei dem R-Ereignis und dem S- Ereignis. Der Herzzyklus B 610 beinhaltet auch drei Bildeinstellungen B1, B2 und B3, die bevorzugt Bilder bei oder nahe signifikanter Herzereignisse sind. Die örtliche Fehlausrichtung verändert sich nicht schnell von Bild zu Bild über den Herzzyklus. Daher können durch die örtliche Ausrichtung von Bildeinstellungen in den zwei Herzzyklen 610, 620 an den Herzereignissen auch die örtlichen Ausrichtungen für die verbleibenden Bildeinstellungen in den zwei Herzzyklen 610, 620 bestimmt werden. Wurde beispielsweise die Ortsausrichtung für die zwei Herzzyklen einmal am R-Ereignis und möglicherweise für das Ende der Systole bestimmt, können die bestimmten Ortsausrichtungen zur Erzeugung von Ortstranslationsparametern für die örtliche Ausrichtung aller Bildeinstellungen in den zwei Herzzyklen 610, 620 verwendet werden. Die für die ausgewählten Bilder bestimmten Ortsausrichtungsparameter können beispielsweise im Zeitbereich interpoliert werden, um Ortsausrichtungsparameter für alle Bildeinstellungen zu bestimmen. Die Interpolation der Ortsausrichtung für alle Bildeinstellungen kann in weitaus kürzerer Zeit als die Durchführung der tatsächlichen Ortsausrichtung für alle Bildeinstellungen durchgeführt werden.

Die Erfindung kann sowohl bei einer lebenden Echtzeitabbildung als auch bei der Aufzeichnung einer Ultraschallfolgenabbildung angewendet werden. Zur Durchführung der aufgezeichneten Ultraschallfolgenabbildung wird eine Bildfolge von normalerweise 3-10 Sekunden aufgezeichnet, während der der Ultraschallmessfühler an einer einzigen Position bleibt. Die Herzzyklen der aufgezeichneten Bildfolge können dann analysiert und verarbeitet werden. Alternativ dazu kann der Benutzer die Anzahl der in der Bildfolge aufzuzeichnenden Herzzyklen bestimmen. Bei der klinischen Anwendung wird der Patient normalerweise instruiert, auszuatmen und zu warten. Hat der Patient das Ausatmen beendet, bildet das System mehrere Herzzyklen ab und hört dann mit der Abbildung auf, und an diesem Punkt beginnt der Patient wieder normal zu atmen. Die eingefangenen Herzzyklen werden dann typischerweise verarbeitet und analysiert.

Vorzugsweise sind die Herzzyklen, die zur Bildung der Filmschleife synthetisiert werden, typische Herzzyklen und nicht irregulär oder atypisch. Irreguläre oder atypische Herzzyklen können den diagnostischen Wert der Filmschleife umkippen und bieten normalerweise wenig Einsicht in den Zustand des Herzens während des Herzzyklus. Wird somit ein Herzzyklus als atypischer Herzzyklus bestimmt, wird er nicht in die Filmschleife aufgenommen. Ein Herzzyklus kann auf vielerlei Arten als atypisch bestimmt werden. Beispielsweise können große Schwankungen der Pulsfrequenz, große Schwankungen bei der Atmung oder eine schlechte Übereinstimmung der Bilddaten in einer Bildeinstellung jeweils dazu führen, dass der Herzzyklus als atypisch beurteilt wird und demzufolge nicht in die Filmschleife aufgenommen wird.

Treten große Schwankungen der Pulsfrequenz zwischen zwei Herzzyklen auf, ist die zeitliche Ausrichtung der Herzzyklen aus vielerlei Gründen schwierig. Da beispielsweise die Bildeinstellungen mit einer konstanten Rate aufgezeichnet werden, kann ein typischer Herzzyklus zehn Bildeinstellungen haben, während ein Herzzyklus bei hoher Pulsfrequenz lediglich fünf haben kann, was die zeitliche Ausrichtung bzw. Anordnung stark komplizieren kann. Außerdem kann bei einem Herzzyklus mit hoher Pulsfrequenz die Zeitverschiebung einer Bildeinstellung von einem Herzereignis verglichen mit der Gesamtzeit des Herzzyklus bedeutsam sein.

Große Schwankungen bei der Atmung können die Ortsausrichtung der Bildeinstellungen zwischen den Herzzyklen beeinflussen. Beispielsweise kann sich die Tiefe im Körper eines bestimmten Herzmerkmals unterscheiden, wenn die Patientenlunge voll erweitert ist, verglichen mit dem Fall, wenn die Lunge nicht erweitert ist. Schwankungen in der Atmung können durch die Anweisung an den Patienten minimiert werden, dass er seine Atmung während der Abbildung steuern soll. Außerdem können Atmungseffekte aus einem EKG-Signal als Tiefpasskomponente des EKG-Signals bestimmt werden.

Wurden die Bildeinstellungen zweier Herzzyklen zeitlich und örtlich ausgerichtet, kann eine Schätzeinrichtung zur Erzeugung einer Schätzung der zeitlichen und örtlichen Fehlanpassung zwischen den zwei Herzzyklen angewendet werden. Die Schätzeinrichtung kann einen Fehlanpassungsschätzwert beispielsweise als Summe des quadratischen Fehlers zwischen jedem Paar zeitlich ausgerichteter Bildeinstellungen bestimmen. Herzzyklen mit einem hohen Fehlanpassungsschätzwert werden als atypische Herzzyklen bestimmt und von der Filmschleife ausgeschlossen. Wird alternativ die Filmschleife aus aufgezeichneten Herzzyklen konstruiert, können die Herzzyklen mit dem geringsten Fehlanpassungsschätzwert zur Ausbildung der Filmschleife ausgewählt werden. Beispielsweise kann die Filmschleife unter Verwendung der Hälfte der verfügbaren Herzzyklen ausgebildet werden, eben den ausgewählten Herzzyklen mit dem niedrigsten Fehlanpassungsschätzwert. Außerdem kann die Fehlanpassungsschätzung vor der örtlichen Ausrichtung durchgeführt werden. Ist der Fehlanpassungsschätzwert groß, wird der Herzzyklus nicht in die Filmschleife aufgenommen, und die tatsächliche Ortsausrichtung des Herzzyklus muss nicht durchgeführt werden.

Außerdem können die zur Aufnahme in die Filmschleife ausgewählten Herzzyklen beruhend auf dem Fehlanpassungsschätzwert gewichtet werden, wenn sie in die Filmschleife aufgenommen werden. Beispielsweise können Herzzyklen mit einem großen Fehlanpassungsschätzwert geringer gewichtet werden, und Herzzyklen mit einem geringen Fehlanpassungsschätzwert können stärker gewichtet werden. Außerdem können die Herzzyklen insbesondere dann, wenn eine Echtzeitabbildung durchgeführt wird, bezüglich ihres Alters gewichtet werden. Somit können jüngere Herzzyklen eine höhere Gewichtung erfahren, und ältere Herzzyklen können eine niedrigere Gewichtung erfahren.

Alternativ dazu kann der Fehlanpassung die Standardabweichung der Bildeinstellungen in dem Herzzyklus anstelle der Summe des quadratischen Fehlers zugrunde gelegt werden. Die Aufnahme von Bildeinstellungen beruhend auf der Standardabweichung liefert eine Einsicht in den Inhalt der Informationen, die beseitigt werden, wenn mehrere Bildeinstellungen zur Ausbildung einer Bildeinstellung in der Filmschleife synthetisiert werden. Unter Verwendung der Fehlanpassung beruhend auf der Standardabweichung kann eine Filmschleife zur Visualisierung dieser Informationen aufgebaut werden. Mathematische Mittel und Definitionen sind zur Quantifizierung dieser Informationen in der Literatur vorhanden. Beispielsweise kann eine Hauptanteilanalyse zur systematischen Trennung der Herzschläge in lineare Kombinationen mit orthogonalem Informationsinhalt verwendet werden.

Die Filmschleife, die unter Verwendung der Standardabweichung vom Mittelwert gebildet wird, ist eine bildweise Anzeige der Schwankungen des Herzzyklus eines sich vollständig wiederholenden Verhaltens. Bei der Gewebegeschwindigkeitsabbildung können die Unterschiede als Varianz ausgedrückt werden, und die resultierenden Bilder können Werte enthalten, die proportional zur kinetischen Energie in der lokalen sich nicht wiederholenden Bewegung sind. Informationen bezüglich der Varianz aus dem sich wiederholenden Verhalten können bei der Diagnose mehrerer Zustände wie beispielsweise Herzrhythmus- und elektrophysiologischen Krankheiten nützlich sein. Außerdem kann es erwünscht sein, die Gewebegeschwindigkeits- oder Überanstrengungsschätzwertdifferenz zwischen einem einzigen Herzschlag und dem Mittelwert für eine Anzahl aufeinanderfolgender Herzschläge zur Erzeugung der Anzeige einer frühen Erregung in einem einzigen Herzschlag zu erzeugen.

Wurde jede Bildeinstellung in den Herzzyklen zeitlich und örtlich ausgerichtet, wird die Filmschleife erzeugt. Die Filmschleife wird durch die Kombination der Bildeinstellungen bildelementweise zur Ausbildung eines einzigen resultierenden Filmschleifenbildes ausgebildet. Somit kann jedes Bildelement in der Filmschleifenbildeinstellung die Ultraschalldaten von jeder ausgewählten Bildeinstellung der ausgewählten Herzzyklen widerspiegeln. Außerdem können wie vorstehend angeführt die Daten in einer bestimmten Bildeinstellung bei der Ausbildung der Bildelemente der Filmschleifenbildeinstellung gewichtet werden.

Die Ultraschallinformationen in den Bildeinstellungen können anhand der Filmschleifenbildeinstellung unter Verwendung verschiedener bekannter Synthetisierverfahren kombiniert werden. Beispielsweise können Spitzenwerterfassungs-, Mittelwert- und Medianfilter mit oder ohne Gewichtung angewendet werden. Des Weiteren kann die Effizienz der Kombination der Bildeinstellungen zur Ausbildung der Filmschleife durch mehrere Systeme verbessert werden: 1) Verarbeitung unter Verwendung der nicht logarithmisch komprimierten Daten des Ultraschallsignals anstelle der logarithmisch komprimierten Daten, 2) Verarbeitung unter Verwendung der einzelnen Ultraschallmerkmale wie der Gewebeintensität, Angio oder Geschwindigkeit und dann Neumischen der RGB-Bilder aus den verarbeiteten Versionen anstelle der Anwendung der Verarbeitung bei den ursprünglichen RGB-Bildern, 3) Verarbeitung unter Verwendung von Korrelationskoeffizienten anstatt Geschwindigkeiten, die beispielsweise das Gewicht eines Geschwindigkeitsschätzwerts in einem turbulenten Fluss mit einer hohen Bandbreite verringern, 4) Verarbeitung unter Verwendung einer Spitzenwerterfassung, die beispielsweise Bereiche mit einem turbulenten Fluss hervorheben kann. Die Verarbeitung unter Verwendung der Spitzenwerterfassung kann Strahlen hervorheben, die durch undichte Stellen in den Herzklappen verursacht werden, und derartige Strahlen können in einer Filmschleife auffallender gemacht werden.

Fig. 7 zeigt eine Beispielanwendung der Erfindung bei Zeitbewegungs-Ultraschalldaten, wie M-Modus- und PW- oder CW-Doppler-Daten. Fig. 7 beinhaltet eine Abbildungsfolgendarstellung 700, die eine EKG-Kurve 710, ein erfasstes nahezu kontinuierliches Ultraschallbild 720, ein Kombinationssystem 750, und eine Filmschleife 760 enthält. Wie Fig. 1 zeigt die EGK-Kurve 710 ein EKG aus drei Herzzyklen bzw. Herzschlägen. Die EKG-Kurve 710 beinhaltet auch vier Triggerereignisse zu den Zeiten t1, t2, t3 und t4, typischerweise das R-Ereignis in dem QRS- Komplex. Es können aber auch andere Ereignisse wie das S- Ereignis verwendet werden. Die EKG-Kurve 710 enthält auch drei Abtastereignisse zu den Zeiten T1, T2 und T3. Ein Zeitbewegungs-Ultraschallbild des Herzens wird zu jeder Abtastereigniszeit T1-T3 erhalten. Wie vorstehend beschrieben werden die Abtastereignisse zu den Zeiten T1, T2 und T3 derart ausgewählt, dass sie das gleiche zeitliche Inkrement von den vorhergehenden Triggerereignissen zu den Zeiten t1, t2, t3 und t4 haben, sodass die gleiche Phase des Herzzyklus durch jede Bildeinstellung abgebildet wird. Die drei mit den Zeiten T1, T2 und T3 verbundenen Bildeinstellungen (jede ist in diesem Fall beispielsweise durch eine Reihe von M-Modus-Daten oder Doppler-Daten dargestellt) werden dann durch das Ausrichtungs- bzw. Anordnungs- und Kombinationssystem 750 zur Ausbildung einer einzigen Bildeinstellung einer Filmschleife 760 des gesamten Herzzyklus örtlich ausgerichtet und kombiniert.

Das System in Fig. 7 unterscheidet sich von dem System in Fig. 1 in mehreren Punkten. In dem System in Fig. 7 kann die zeitliche Ausrichtung ähnlich wie bei dem zweidimensionalen Abbildungsbeispiel in Fig. 1 bewirkt werden. Allerdings können alternativ die tatsächlichen Bilddaten in der M-Modus- oder Doppleranzeige zur Durchführung der automatischen Zeitausrichtung beispielsweise mit einer Viterbi-basierten Korrelationseinrichtung verwendet werden.

Außerdem kann im System in Fig. 7 die Ortsausrichtung abgesehen von Reichweitenverschiebungen bei der M-Modus- Abbildung unmöglich sein. Zur Durchführung der Ortsausrichtung kann die Ultraschallsignalerfassung modifiziert werden, damit sie eine Vielzahl von M-Modus- Geraden oder viele in Frage kommende Dopplerbereiche enthält. Wurde das System derart modifiziert, dass es eine Vielzahl von in Frage kommenden Bereichen enthält, können die in Frage kommenden Bereiche örtlich verglichen und ausgerichtet werden. Auch die Filmschleifenauswahl-, - gewichtungs-, und Durchschnittsbildungsverfahren, die vorstehend für die zweidimensionale Abbildung beschrieben wurden, können bei dem Zeitbewegungssystem in Fig. 7 angewendet werden. Das Spitzenwerterfassungsverfahren kann insbesondere beim Kombinieren der Dopplerdaten nützlich sein.

Die vorstehend für die zweidimensionale Abbildung beschriebenen Verfahren können im Wesentlichen direkt bei der dreidimensionalen Abbildung mit wenigen Modifikationen angewendet werden. Zuerst kann die Ortsausrichtung in 3- Dimensionen zusätzlich zu den 2-Dimensionen durchgeführt werden. Zum Zweiten hat ein dreidimensionales System typischerweise eine geringere Bildwechselrate als ein zweidimensionales System. Somit steigt die Bedeutung der Implementation einer EKG-Triggerrücksetzung der Bilderfassung zum Erhalten der dreidimensionalen Bildeinstellungen mit guter zeitlicher Ausrichtung.

Die bei einer Echtzeitanwendung ausgeführten Verarbeitungsschritte sind in dem Ablaufdiagramm 800 in Fig. 8 gezeigt. Zuerst wird im Schritt 805 der Typ der durchzuführenden Ultraschallabbildung vom Benutzer bestimmt. Dann wird im Schritt 810 die maximale Bildwechselrate bzw. Bildwechselfrequenz für das bestimmte Ultraschallsystem, das den bestimmten Typ der Ultraschallabbildung durchführt, bestimmt, und die gewünschte Bildwechselrate (kleiner oder gleich der maximalen Wechselrate) wird gewählt. Alternativ dazu kann die Bildwechselrate aus zuvor aufgezeichneten Daten gelesen werden. Dann wird in Schritt 815 ein Bildarray initialisiert oder auf andere Art und Weise aufgebaut, wie beispielsweise in einem Computerspeicher. In Schritt 820 beginnt die Abbildung des ersten Herzzyklus. Wie alle abgebildeten Herzzyklen wird der erste Herzzyklus bevorzugt an einem Herzereignis wie dem R-Ereignis getriggert. Dann wird in Schritt 825 das Bildarray mit den Bildeinstellungen des ersten Herzzyklus aufgefüllt.

Wird beispielsweise ein R-Ereignis getriggert, führt das Ultraschallsystem eine Folge von Ultraschallabtastungen zweidimensionaler oder dreidimensionaler Bereiche des Patienten durch. Die 2-D- bzw. 3-D-Ultraschallabtastungen werden zur Ausbildung von 2-D- oder 3-D-Bildern mit einem oder mehreren Arten von Ultraschalldaten, wie B-Modus- Daten, Farbflussdaten, Leistungsdopplerdaten, M-Modus-Daten und dergleichen, verarbeitet und optional abtastgewandelt. Die 2-D- oder 3-Bilder werden im Filmschleifenspeicher in einer zeitlichen Beziehung zueinander zur Ausbildung einer 2-D- oder 3-D-Folge gespeichert. Die 2-D- oder 3-D-Folge veranschaulicht den Gewebe- und/oder Blutfluss und/oder Zustand an einer Folge von Zeitpunkten durch einen Herzzyklus, wie wenn das Herz über einen PQRST-Komplex hinweg kontrahiert und expandiert.

Für jeden aufeinanderfolgenden Herzzyklus wird die Abbildung des Herzzyklus am ausgewählten Herzereignis in Schritt 830 getriggert. Für jede Bildeinstellung jedes aufeinanderfolgenden Herzzyklus führt das System die Schritte 835 bis 870 durch. Zuerst wird in Schritt 835 die Herzphase der Bildeinstellung möglicherweise durch die Bestimmung der Zeit seit dem als Trigger für den Herzzyklus gewählten R-Ereignis bestimmt, und es wird ein zugehöriges Bild in dem Array bestimmt. Das zugehörige Bild kann als Bild in dem Array mit der ähnlichsten Herzphase bezüglich der aktuellen Bildeinstellung bestimmt werden. Dann wird in Schritt 855 das aktuelle Bild optional mit der Bildeinstellung aus dem Bildarray örtlich ausgerichtet, die in Schritt 835 gewählt wurde. Die örtliche Ausrichtung ist optional, verbessert aber das Ergebnis, wenn das Bild des Herzens sich zwischen den Herzzyklen verschoben hat. Dann werden in Schritt 860 die örtlich und zeitlich ausgerichtete aktuelle Bildeinstellung und die Arraybildeinstellung zur Ausbildung einer synthetisierten Bildeinstellung kombiniert. Die Bilder können wie vorstehend beschrieben gewichtet werden. Dann kann in Schritt 865 die synthetisierte Bildeinstellung optional für eine Echtzeitbetrachtung angezeigt werden. Schließlich wird in Schritt 870 das synthetisierte Bild in dem Bildarray anstelle der ursprünglichen Arraybildeinstellung gespeichert.

Die Verarbeitung einer aufgezeichneten Folge einer Vielzahl von Herzzyklen von Ultraschallbildern ist im Ablaufdiagramm 900 in Fig. 9 gezeigt. Zuerst wird in Schritt 905 die Art der durchzuführenden Ultraschallabbildung durch den Benutzer wie in Fig. 8 bestimmt. Dann wird in Schritt 910 die maximale Bildwechselrate für das bestimmte Ultraschallsystem, das die bestimmte Art der Ultraschallabbildung durchführt, bestimmt, und die gewünschte Bildwechselrate (kleiner oder gleich der maximalen Bildwechselrate) wird gewählt. Dann werden in Schritt 915 die Ultraschallherzbilder aufgezeichnet. Bei einer klinischen Anwendung wird der Patient typischerweise dazu instruiert, auszuatmen und zu warten. Hat der Patient ausgeatmet, bildet das System mehrere Herzzyklen ab, und hört dann mit der Abbildung auf, und an diesem Punkt beginnt der Patient wieder normal zu atmen. Die erfassten Herzzyklen werden dann typischerweise verarbeitet und analysiert.

Für jeden Herzzyklus wird die Ultraschallabbildung am ausgewählten Herzereignis wie vorstehend beschrieben getriggert. Dann finden die Schritte 920 bis 935 für jede Bildeinstellung in jedem Herzzyklus statt. Zuerst wird die Herzphase der Bildeinstellung in Schritt 920 bestimmt, möglicherweise durch die Bestimmung der Zeit seit dem ausgewählten R-Ereignis als Trigger für den Herzzyklus. In Schritt 925 wird das zugehörige Bild in dem Array identifiziert. Das zugehörige Bild kann als Bild in dem Array mit der ähnlichsten Herzphase bezüglich der aktuellen Bildeinstellung bestimmt werden. Die aktuelle Bildeinstellung kann auch zeitlich ausgerichtet werden, beispielsweise durch lineare Streckung wie vorstehend beschrieben. Dann wird in Schritt 930 die aktuelle Bildeinstellung optional örtlich ausgerichtet. Dann wird in Schritt 935 der Fehlanpassungsschätzwert für die aktuelle Bildeinstellung optional bestimmt. Wurde ein Fehlanpassungsschätzwert für jede Bildeinstellung in einem Herzzyklus bestimmt, kann der Fehlanpassungsschätzwert für den gesamten Herzzyklus in Schritt 940 optional bestimmt werden. Dann werden in Schritt 945 die zur Ausbildung der Filmschleife zu synthetisierenden Herzzyklen ausgewählt. Die ausgewählten Herzzyklen können beispielsweise die Zyklen mit der niedrigsten Fehlanpassung sein. Alternativ kann eine ausgewählte Anzahl (wie 3 oder 7) der jüngst aufgezeichneten Zyklen ausgewählt werden. Die Anzahl der aufzunehmenden Herzzyklen kann extern durch einen Benutzer ausgewählt werden. Dann werden für jede in die Filmschleife aufzunehmende Bildeinstellung die entsprechenden Bildeinstellungen jedes ausgewählten Herzzyklus zur Ausbildung einer synthetisierten Bildeinstellung in dem Bildarray der Filmschleife in Schritt 950 synthetisiert. Schließlich wird in Schritt 955 die synthetisierte Bildeinstellung in dem Bildarray gespeichert. Wurden alle Bildeinstellungen in dem Bildarray gespeichert, ist die Filmschleife vollständig.

Obwohl bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel das Herz abgebildet wird, ist die Erfindung nicht auf das Herz beschränkt und kann bei der Abbildung vieler Merkmale nützlich sein, insbesondere dort, wo das abgebildete Merkmal ein periodisches Verhalten zeigt, das dem Herzzyklus folgt, wie beispielsweise Gefäß- und Blutflussstudien in verschiedenen Organen. Die Erfindung kann auch bei einem beliebigen Abbildungsmodus angewendet werden, einschließlich vorhandener Anwendungen wie der Gewebe/B-Modus-Abbildung, Farbflussabbildung, Angio- /Leistungsdopplerabbildung, Gewebebewegungs- bzw. Geschwindigkeitsabbildung und Überbeanspruchungsratenabbildung oder Zeitmodusabbildung, M-Modus- oder PV- oder CV-Dopplerabbildung oder anderer Ultraschallabbildungsmodi.

Wie vorstehend beschrieben kombiniert die Erfindung entsprechende Momente in den verschiedenen Herzzyklen zur Ausbildung einer Filmschleife anstelle einer Kombination aufeinanderfolgender Messungen, die verschiedene Momente im Herzzyklus darstellen. Außerdem sind erfindungsgemäß verschiedene Bilder des Herzzyklus im Allgemeinen bezüglich des Ultraschallabbildungssystems unkorreliert. Die der tatsächlichen Herzbewegung entsprechenden aufgezeichneten Daten können bei der Verarbeitung aufgrund der sich wiederholenden Bewegung des Herzens korreliert werden. Allerdings bleibt der Rauschinhalt der Ultraschallbilder, wie Sprenkelmuster, unkorreliert. Die Kombination von Ultraschallbildern mit einem nichtkorrelierten Rauschinhalt kann den Gesamtrauschinhalt merklich verringern und ein verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis liefern. Die Erfindung liefert eine starke Rauschunterdrückung ohne Verschlechterung der Dynamik des abgebildeten Organs.

Fig. 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Ultraschallvorrichtung 1000, die die Erfindung beinhaltet. Die Ultraschallvorrichtung 1000 enthält eine Ultraschallerfassungseinrichtung 1010, eine Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung 1020, eine Kombinationsverarbeitungseinrichtung 1030, eine Speicherverarbeitungseinrichtung 1040 und einen Speicher 1050. Im Betrieb erfasst die Ultraschallerfassungseinrichtung 1010 zumindest eine erste Folge von Bildeinstellungen und eine zweite Folge von Bildeinstellungen. Wie vorstehend beschrieben kann die erste Folge der Bildeinstellungen einfach ohne Verarbeitung der Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung 1020, der Kombinationsverarbeitungseinrichtung 1030 und der Speicherverarbeitungseinrichtung 1040 zu dem Speicher 1050 laufen, wo sie gespeichert wird. Ist die zweite Folge der Ultraschallbildeinstellungen erfasst, wird jede Bildeinstellung wie sie erfasst ist von der Ultraschallerfassungseinrichtung 1010 zur Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung 1020 geschickt. Die Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung 1020 ruft von dem Speicher 1050 eine Bildeinstellung mit einer ähnlichen Herzzyklusphase wie vorstehend beschrieben ab. Die Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung 1020 richtet dann die erfasste Bildeinstellung und die abgerufene Bildeinstellung sowohl örtlich als auch zeitlich aus und führt beide Bilder der Kombinationsverarbeitungseinrichtung 1030 zu. Die Kombinationsverarbeitungseinrichtung 1030 kombiniert die zwei ausgerichteten Bildeinstellungen zur Ausbildung einer synthetisierten Bildeinstellung und führt die synthetisierte Bildeinstellung der Speicherverarbeitungseinrichtung 1040 zu. Die Speicherverarbeitungseinrichtung 1040 speichert die synthetisierte Bildeinstellung dann in dem Speicher 1050.

Es werden ein EKG-gesteuertes Ultraschallabbildungs zusammensetzungssystem und ein Verfahren zur Synthetisierung einer Filmschleife eines zusammengesetzten Ultraschallbildes wie eines Herzzyklus beschrieben. Bei einem Echtzeitbetrieb kann eine Folge von Bildeinstellungen bei einer Bildwechselrate über einen Herzzyklus aufgezeichnet und in einem Filmschleifenspeicher gespeichert werden. Eine zweite Folge von Bildeinstellungen wird über einen zweiten Herzzyklus aufgezeichnet. Die Bildeinstellungen des zweiten Herzzyklus werden bildweise bezüglich der Zeit und des Orts mit den entsprechenden Bildeinstellungen aus dem Filmschleifenspeicher ausgerichtet. Die ausgerichteten Bildeinstellungen werden dann zur Ausbildung einer Folge synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert, die dann die ursprünglichen Bildeinstellungen in dem Filmschleifenspeicher ersetzen. Nachfolgende Folgen von Bildeinstellungen werden auch mit den synthetisierten Bildeinstellungen in dem Filmschleifenspeicher zur Ausbildung neuer synthetisierter Bildeinstellungen kombiniert, die dann die alten synthetisierten Bildeinstellungen in dem Speicher ersetzen, usw. Die Folge der Bildeinstellungen kann für einen Beginn an einem Herzereignis wie dem R-Ereignis getriggert werden.

Claims

1. Ultraschallabbildungssystem (1000) zur Synthetisierung einer Filmschleife zusammengesetzter Ultraschallbilder, mit
einer Ultraschallerfassungseinrichtung (1010) zur Erfassung zumindest einer ersten und zweiten Folge von Bildeinstellungen,
einem Speicher (1020) zur Speicherung zumindest einer Folge von Bildeinstellungen,
einer Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung (1030) zur Bestimmung von Phasen der Bildeinstellungen der ersten und zweiten Folge der Bildeinstellungen und zum Identifizieren zugehöriger Einstellungen in der ersten und zweiten Folge,
einer Kombinationsverarbeitungseinrichtung (1040) zur Kombination zugehöriger Bildeinstellungen aus der ersten und zweiten Folge der Bildeinstellungen zur Ausbildung einer kombinierten Bildeinstellung, und
einer Speicherverarbeitungseinrichtung (1050) zur Speicherung kombinierter Bildeinstellungen in dem Speicher.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallerfassungseinrichtung (1010) an einem ausgewählten physiologischen Ereignis getriggert wird.

3. System nach Anspruch 1, wobei das physiologische Ereignis das R-Ereignis des Herzzyklus ist.

4. System nach Anspruch 1, wobei ferner eine zeitliche und/oder örtliche Ausrichtung der Bildeinstellungen der ersten und zweiten Folge der Bildeinstellungen durchgeführt wird.

5. System nach Anspruch 1, wobei die Ultraschallbildeinstellungen Herzbildeinstellungen sind und in Echtzeit angezeigt werden, bevor sie gespeichert werden.

6. System nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Ultraschallbildeinstellungen des Bildarrays mit einer Alterseigenschaft beruhend auf der Zeit versehen wird, die seit der Speicherung der Bildeinstellung in dem Bildarray vergangen ist.

7. System nach Anspruch 6, wobei die Kombinationsverarbeitungseinrichtung (1030) die Alterseigenschaft als Gewichtungsfaktor bei der Kombination der ausgerichteten Bildeinstellungen einbezieht.

8. System nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung (1020) eine lineare Streckung zur zeitlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen durchführt.

9. System nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung (1020) eine örtliche Ausrichtung durch Minimieren des quadratischen Fehlers zwischen den Bildeinstellungen durchführt.

10. System nach Anspruch 1, wobei die Ausrichtungsverarbeitungseinrichtung (1020) eine örtliche Ausrichtung für alle Bildeinstellungen in einer Folge von Bildeinstellungen beruhend auf einer örtlichen Ausrichtung von weniger als allen Bildeinstellungen in der Folge der Bildeinstellungen interpoliert.

11. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer atypischen Bildeinstellungsfolge und zum Ausschließen dieser atypischen Bildeinstellungsfolge von der Kombination.

12. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Fehlanpassungsverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Fehlanpassungsschätzwerts beruhend auf der Fehlanpassung zwischen der zeitlichen und/oder örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen der unterschiedlichen Folgen.

13. System nach Anspruch 12, wobei die Fehlanpassungsverarbeitungseinrichtung Bildeinstellungsfolgen mit einem Fehlanpassungsschätzwert über einem vorbestimmten Niveau von der Kombination ausschließt.

14. System nach Anspruch 12, wobei die Fehlanpassungsverarbeitungseinrichtung einen Bruchteil der Bildeinstellungsfolge mit größeren Fehlanpassungsschätzwerten von der Kombination ausschließt.

15. System nach Anspruch 12, wobei die Fehlanpassung auf die Standardabweichung zwischen der zeitlichen und/örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen verschiedener Folgen gestützt wird.

16. Verfahren zum Synthetisieren einer Folge zusammengesetzter Ultraschallbilder, mit den Schritten
Ausbilden (815) eines Bildarrays im Speicher, wobei das Bildarray eine Folge von Bildeinstellungen aufweist,
Initialisieren (825) einer ersten Folge von Bildeinstellungen in dem Speicher aus erfassten Ultraschallsignalen eines ersten Herzzyklus,
Erfassen (835) einer Bildeinstellung eines nachfolgenden Herzzyklus,
Bestimmen (835) der Herzphase der Bildeinstellung, Zuordnen (835) einer entsprechenden Bildeinstellung in dem Array zu der Bildeinstellung,
Kombinieren (860) der erfassten Einstellung und der zugeordneten Arrayeinstellung zur Ausbildung einer synthetisierten Bildeinstellung und
Speichern (870) der Folge synthetisierter Bildeinstellungen in dem Bildarray.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Folge der Bildeinstellungen und die zweite Folge der Bildeinstellungen an einem ausgewählten physiologischen Ereignis getriggert werden (830).

18. Verfahren nach Anspruch 16, mit dem weiteren Schritt
Bestimmen (810) einer maximalen Bildwechselrate beruhend auf der Art der durchzuführenden Ultraschallabbildung und/oder dem bestimmten die Abbildung durchführenden Ultraschallsystem und
Bestimmen der Anzahl von Bildeinstellungen in dem Bildarray, sodass sie kleiner oder gleich der durch die maximale Bildwechselrate erlaubten Anzahl an Bildeinstellungen ist.

19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ultraschallbildeinstellungen Herzbildeinstellungen sind und in Echtzeit angezeigt werden (865).

20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei zumindest eine der Ultraschallbildeinstellungen des Bildarrays mit einer Alterseigenschaft beruhend auf der Zeit versehen wird, die seit der Speicherung der Bildeinstellung in dem Bildarray vergangen ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Kombinationsschritt (860) die Alterseigenschaft als Gewichtungsfaktor bei der Kombination der ausgerichteten Bildeinstellungen einbezieht.

22. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Zuordnungsschritt (835) ferner die Durchführung einer linearen Streckung zur zeitlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit dem Schritt örtliches Ausrichten (855) der erfassten Bildeinstellung mit einer entsprechenden Bildeinstellung in dem Array, wobei der Ausrichtungsschritt (855) ferner die Durchführung einer örtlichen Ausrichtung durch Minimieren des quadratischen Fehlers zwischen den Bildeinstellungen enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Ausrichtungsschritt (855) ferner eine Interpolation einer örtlichen Ausrichtung für alle Bildeinstellungen in einer Folge von Bildeinstellungen beruhend auf einer örtlichen Ausrichtung von weniger als allen Bildeinstellungen in der Folge der Bildeinstellungen enthält.

25. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit dem Schritt Erfassen einer atypischen Bildeinstellungsfolge und Ausschließen der atypischen Bildeinstellungsfolge von der Kombination.

26. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit dem Schritt Erzeugen eines Fehlanpassungsschätzwerts beruhend auf der Fehlanpassung zwischen der zeitlichen und/oder örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen verschiedener Folgen.

27. Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit dem Schritt Ausschließen einer Bildeinstellungsfolge mit einem Fehlanpassungsschätzwert über einem vorbestimmten Niveau von der Kombination.

28. Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit dem Schritt Ausschließen eines Bruchteils der Bildeinstellungsfolge mit größeren Fehlanpassungsschätzwerten von der Kombination.

29. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Fehlanpassung auf der Standardabweichung zwischen der zeitlichen und/örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen verschiedener Folgen beruht.

30. Verfahren zum Synthetisieren einer Folge zusammengesetzter Ultraschallbilder, mit den Schritten
Aufzeichnen (915) zumindest einer ersten und einer zweiten Folge von Bildeinstellungen aus erfassten Ultraschallsignalen,
Bestimmen (920) entsprechender Herzphasen in einem Herzzyklus für eine Vielzahl von Bildeinstellungen zumindest einer Folge,
Auswählen (945) von zumindest zwei Bildeinstellungen der ersten und der zweiten Folge,
Kombinieren (950) der zumindest zwei Bildeinstellungen zur Ausbildung einer synthetisierten Bildeinstellung und
Speichern (955) der synthetisierten Bildeinstellung in einem Bildarray.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Aufzeichnung (915) der Folgen der Bildeinstellungen an einem ausgewählten physiologischen Ereignis getriggert wird.

32. Verfahren nach Anspruch 30, ferner mit den Schritten
Bestimmen (910) einer maximalen Bildwechselrate beruhend auf der Art der durchzuführenden Ultraschallabbildung und/oder dem bestimmten die Abbildung durchführenden Ultraschallsystem und
Bestimmen der Anzahl der Bildeinstellungen in dem Bildarray, so dass sie kleiner oder gleich der durch die maximale Bildwechselrate erlaubten Anzahl der Bildeinstellungen ist.

33. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Ultraschallbildeinstellungen Herzbildeinstellungen sind und in Echtzeit angezeigt werden.

34. Verfahren nach Anspruch 30, wobei zumindest eine der Ultraschallbildeinstellungen des Bildarrays mit einer Alterseigenschaft beruhend auf der Zeit versehen wird, die seit der Speicherung der Bildeinstellung in dem Bildarray vergangen ist.

35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei der Kombinationsschritt (950) des Weiteren die Alterseigenschaft als Gewichtungsfaktor bei der Kombination ausgerichteter Bildeinstellungen einbezieht.

36. Verfahren nach Anspruch 30, ferner mit der Durchführung einer zeitlichen Ausrichtung, die eine lineare Streckung zur zeitlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen umfasst.

37. Verfahren nach Anspruch 30, ferner mit der Bestimmung einer zeitlichen Ausrichtung (925) und/oder einer örtlichen Ausrichtung (930) und/oder einer Fehlanpassung (935) für eine Vielzahl von Bildeinstellungen zumindest einer Folge.

38. Verfahren nach Anspruch 37, wobei die Ortsausrichtung (930) ferner eine Interpolation einer Ortseinrichtung für alle Bildeinstellungen in einer Folge von Bildeinstellungen beruhend auf einer örtlichen Ausrichtung von weniger als allen Bildeinstellungen in der Folge der Bildeinstellungen umfasst.

39. Verfahren nach Anspruch 30, ferner mit dem Schritt Erfassen einer atypischen Bildeinstellungsfolge und Ausschließen der atypischen Bildeinstellfolge von der Kombination.

40. Verfahren nach Anspruch 37, ferner mit dem Schritt Erzeugen eines Fehlanpassungsschätzwerts (935) beruhend auf der Fehlanpassung zwischen der zeitlichen und/oder örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen verschiedener Folgen.

41. Verfahren nach Anspruch 40, mit dem weiteren Schritt Ausschließen einer Bildeinstellungsfolge mit einem Fehlanpassungsschätzwert über einem vorbestimmten Niveau von der Kombination.

42. Verfahren nach Anspruch 40, ferner mit dem Schritt Ausschließen eines Bruchteils der Bildeinstellungsfolge mit größeren Fehlanpassungsschätzwerten von der Kombination.

43. Verfahren nach Anspruch 40, wobei die Fehlanpassung (935) auf der Standardabweichung zwischen der zeitlichen und/oder örtlichen Ausrichtung der Bildeinstellungen verschiedener Folgen beruht.

44. Verfahren nach Anspruch 37, ferner mit dem Schritt Durchführen einer Ortsausrichtung (930) durch Minimieren des quadratischen Fehlers zwischen den Bildeinstellungen.