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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Diagnose-Ultraschallsystem und -verfahren mit einer automatischen Auslösung etwa für die Verwendung bei der Abbildung oder Untersuchung der Perfusion. Insbesondere wird die automatische Auslösung verwendet, um die Perfusion unter Verwendung von Kontrastmitteln zu bestimmen.
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Es wurden verschiedene Verfahren zur Abbildung mit Kontrastmitteln vorgeschlagen, um die Perfusion oder auf die Perfusion bezogene Parameter zu messen. Zum Beispiel wird ein Verfahren von Dr. Wei in „Quantification of Myocardial Blood Flow with Ultrasound-Induced Destruction of Microbubbles Administered as a Constant Venous Infusion” in Circulation, volume 97, auf den Seiten 473–487, 1998 beschrieben. Unter Verwendung eines EKG-Signals werden Bilder von Mikrobläschen durch ein Ultraschallsystem mit festen Auslöseintervallen erzeugt. Indem jedes Bild nach einem Auslöseintervall erzeugt wird, werden die Mikrobläschen zerstört. Es wird die Menge des Kontrastmittels gemessen, das während des Ausloseintervalls in einen interessanten Bereich zurückfließt, was in dem folgenden Bild wiedergegeben ist. Ein festes Auslöseintervall wird dann manuell geändert, und die Messung wird wiederholt. Auf der Basis dieser Messungen wird eine Rückflusskurve, die die Menge des in einen Bereich fließenden Kontrastmittels zeigt, als eine Funktion des Auslöseintervalls gezeichnet. Aufgrund der manuellen Änderung des Auslöseintervalls ist eine unnötig lange Zeitdauer erforderlich, um die Bilder zu erfassen und die Menge des Rückflusses des Kontrastmittels zu messen.
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Es sind andere Auslöseschemata für Abbildungskontrastmittel bekannt, wie etwa das in dem
US-Patent Nr. 5,833,613 angegeben. Eine Ultraschallausstrahlung wird durch ein EKG-Signal ausgelöst, um Kontrastmittel zu zerstören. Innerhalb desselben Herzschlags wird ein Bild zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Ausstrahlung der zerstörenden Ultraschallenergie erzeugt. Die Zeitdauer zwischen der Ausstrahlung für die Zerstörung und den Ausstrahlungen für die Abbildung wird innerhalb des Herzschlags variiert.
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Um einen Arzt beim Auslösen von Abbildungen mit Kontrastmitteln zu unterstützen, können unter Verwendung einer Ausstrahlung mit niedriger Leistung erzeugte Bilder mit auslösenden oder zerstörenden Ausstrahlungen verschachtelt werden. Diese Bilder erlauben es dem Benutzer, den Wandler in der richtigen Position relativ zu dem interessanten Bereich bei reduzierter Zerstörung der Kontrastmittel zu halten. Eine derartige Bilderfassung wird beispielsweise in dem US-Patent Nr.
US 611 912 0 A .
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US 59 57 845 betrifft Ultraschallbildgebungssysteme, die eine verbesserte Visualisierung von Kontrastmittel bereitstellen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, wobei die vorliegende Beschreibung nicht als Einschränkung dieser Ansprüche aufzufassen ist. Die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfassen ein Verfahren und ein System für die Auslösung, um die Perfusion in einem Körper festzustellen. Ein interessanter Bereich in dem Körper wird unter Verwendung von wenigstens zwei unterschiedlichen Auslöseintervallen zwischen den Bildern abgebildet. Die Bilderfassung wechselt automatisch in Reaktion auf einen Benutzerbefehl wie etwa das Drücken einer Taste von einem Auslöseintervall zum nächsten. Durch diese Automatisierung werden umständliche manuelle Änderungen der Auslöseintervalle vermieden. Die Perfusion wird auf diese Weise innerhalb einer kürzeren Zeitdauer gemessen, was die Auswirkungen von Atembewegungen und Bewegungen des Wandlers reduziert.
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Eine Variation der Auslöseintervalle erlaubt eine bequeme Bestimmung der Perfusion. Zum Beispiel werden die Auslöseintervalle von einem Herzzyklus zu zwei Herzzyklen und dann zu anderen ganzzahligen Herzzyklen variiert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein medizinisches Diagnose-Ultraschallsystem für die Auslösung zum Bestimmen der Perfusion in einem Körper angegeben. Eine Auslöseeinrichtung, die auf eine periodische Signalquelle reagiert, kann betrieben werden, um Auslösesignale auszugeben. Ein Sender überträgt Impulse in Reaktion auf die Auslösesignale. Eine Benutzerschnittstelle kann betrieben werden, um die Auslöseeingabe während einer Bilderfassungssitzung zu empfangen, wobei die Auslöseeinrichtung in Reaktion auf die Auslöseeingabe automatisch von einem ersten vorbestimmten Intervall zu einem zweiten, anderen vorbestimmten Intervall wechselt. Weiterhin ist ein dem oben beschriebenen System entsprechendes Verfahren angegeben.
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Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein medizinisches Diagnose-Ultraschallsystem zum Ausstrahlen von Impulsen angegeben, um die Perfusion in einem Körper während einer Bilderfassungssitzung zu bestimmen. Eine Auslöseeinrichtung, die auf eine EKG-Signalquelle reagiert, kann betrieben werden, um Auslösesignale auszugeben. Eine Sender strahlt Impulse in Reaktion auf die Auslösesignale aus. Während der Bilderfassungssitzung wechselt die Auslöseeinrichtung automatisch von einem ersten vorbestimmten ganzzahligen Herzzyklusintervall zwischen den Auslösesignalen zu einem zweiten vorbestimmten ganzzahligen Herzzyklusintervall, wobei das erste oder das zweite vorbestimmte Herzzyklusintervall eine größere Anzahl von Herzzyklen aufweist als das andere.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des medizinischen Diagnose-Ultraschallsystems zum Auslösen für die Bestimmung der Perfusion in einem Körper.
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2 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Betriebs des Systems von 1 darstellt.
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3 ist eine graphische Wiedergabe einer bevorzugten Ausführungsform eines Auslöseschemas.
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4 ist eine graphische Wiedergabe einer anderen bevorzugten Ausführungsform eines Auslöseschemas.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Bilderfassung mit unterschiedlichen Auslöseintervallen ermöglicht die Bestimmung der Perfusion. Ein Ultraschallsystem erfasst automatisch Bilder, die durch die unterschiedlichen Auslöseintervalle voneinander beabstandet sind. Zum Beispiel werden zwei Bilder erfasst, die durch ein Intervall von einem Herzschlag voneinander getrennt sind, worauf zwei Bilder erfasst werden, die durch ein Intervall von zwei Herzschlägen voneinander getrennt sind. Das Wechseln zwischen den Auslöseintervallen erfolgt automatisch. Zum Beispiel ist das System programmiert, um zwischen den Intervallen zu wechseln, nachdem eine bestimmte Anzahl von Bildern erfasst wurden oder eine Benutzereingabe mit Steuerinformation für das Auslösen etwa durch das Drucken einer Taste eingegeben wurde. Der Benutzer prüft dass die erfassten Bilder und/oder das System berechnet einen Perfusionsparameter aus der erfassten Information.
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Das automatische Wechseln erlaubt die Verwendung von unterschiedlichen Auslöseintervallen während einer Bilderfassungssitzung, ohne dass die Bilderfassung unterbrochen werden muss, um das Auslöseintervall manuell zu ändern. Auf diese Weise wird eine einfache und schnelle Bestimmung des Perfusionsparameters ermöglicht. Der Perfusionsparameter kann aufgrund der Verwendung von mehrfachen ganzzahligen Herzzyklen als Auslöseintervallen genauer erfasst werden. In Abhängigkeit von den verwendeten Auslöseintervallen kann ein Patient das Atmen kurzzeitig aussetzen, während die gesamte Information zum Bestimmen des Perfusionsparameters erfasst wird, um die relative Bewegung zwischen dem Wandler und dem interessanten Bereich zu minimieren. Weiterhin erlauben derartige Techniken eine Wiederholung und einfachere Quantifizierung durch ein Ultraschallsystem oder eine andere Quantifizierungssoftware.
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In den Zeichnungen zeigt 1 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines medizinischen Diagnose-Ultraschall-Bilderfassungssystem 10, das eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Das System 10 umfasst einen Periodischsignalgenerator 12, eine Auslöseeinrichtung 14, eine Benutzerschnittstelle 16, einen Ausstrahlungsstrahlbilder 18, einen Wandler 20, einen Empfangsstrahlbilder 22, einen Signalprozessor 24, eine Anzeigeeinrichtung 26 und einen CINE-Speicher 28. Es können weitere oder weniger Komponenten in dem System 10 vorgesehen sein. Beispielsweise kann das System 10 keinen CINE-Speicher 28 umfassen. Sowohl analoge als auch digitale Systeme sind geeignet. Die von der Acuson Corporation unter den Markennamen 128 XP, Aspen und Sequoia vertriebenen Ultraschallsysteme können modifiziert werden, um die vorliegende Erfindung zu implementieren. Das Sequoia-Ultraschall-Bilderfassungssystem wird beispielsweise in den folgenden US-Patenten des Anmelders der vorliegenden Erfindung beschrieben, die hier unter Bezugnahme eingeschlossen sind: 5,549,111; 5,551,433; 5,555,534; 5,570,691; 5,581,517; und 5,617,862. Es können jedoch auch Ultraschallsysteme von anderen Herstellern verwendet werden, um die vorliegende Erfindung zu implementieren.
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Der Periodischsignalgenerator 12 umfasst Hardware und/oder Software zum Erzeugen eines periodischen Signals und ist etwa eine EKG-Einrichtung, welche die R-Welle und andere Teile eines EKG-Signals erkennt, ein Systemtakt oder Timer, eine Einrichtung zum Überwachen des Atmungszyklus oder eine andere Einrichtung zum Überwachen von periodischen Funktionen. In alternativen Ausführungsformen umfasst der Periodischsignalgenerator 12 Hardware und/oder Software zum Überwachen einer Kombination aus Signalen, um etwa den Herzzyklus relativ zu dem Atmungszyklus zu überwachen. Der Periodischsignalgenerator 12 gibt ein Signal aus, das einen Teil einer Periode wiedergibt, oder ein Signal, das die Varianz eines Parameters während der Periode wiedergibt.
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Die Auslöseeinrichtung
14 spricht auf die Ausgabe des Periodischsignalgenerators
12 an und spricht optional auf die Benutzerschnittstelle
16 an. Die Auslöseeinrichtung
14 umfasst einen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen ASIC, dedizierte Hardware oder andere Einrichtungen zum Überwachen der Ausgabe des Periodischsignalgenerators sowie zum entsprechenden Erzeugen von Auslösesignalen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Auslöseeinrichtung
14 eine Ausstrahlungsstrahlbilder-Steuereinrichtung wie sie etwa in den
US-Patenten 5,581,517 und
5,675,554 angegeben wird. Als weiteres Beispiel umfasst die Auslöseeinrichtung
14 eine Steuereinrichtung des Systems
10 wie etwa einen allgemeinen Prozessor, der in Übereinstimmung mit einer Softwaresteuerung betrieben wird.
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Die durch die Auslöseeinrichtung 14 erzeugten Auslösesignale umfassen einen Steuerbefehl, eine Änderung in einem Signal, einen Impuls oder ein anderes Signal, das den Beginn einer Sequenz für das Senden und Empfangen von akustischer Energie angibt. Die Auslösesignale sind durch Intervalle voneinander getrennt. Vorzugsweise weisen die Intervalle eine vorbestimmte Länge auf. Unter „vorbestimmten Intervallen” sind hier allgemein Intervalle, die in Abhängigkeit von anderen Eingaben während der Bilderfassung bestimmt werden, vor der Bilderfassung programmierte Intervalle und andere Intervalle zu verstehen, die nicht von geringfügigen physiologischen Änderungen wie etwa der natürlichen Varianz des Herzzyklus abhängig sind.
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Die Auslöseeinrichtung 14 kann betrieben werden, um Auslösesignale zu erzeugen, die durch wenigstens zwei unterschiedliche Intervalle getrennt sind. Vorzugsweise sind wenigstens drei unterschiedliche Auslöseintervalle wie etwa ein 1-Zyklus-Intervall, ein 2-Zyklus-Intervall, ein 4-Zyklus-Intervall und ein 8-Zyklus-Intervall vorgesehen. Es können auch andere Schemata verwendet werden, in denen wenigstens zwei unterschiedliche Intervalle vorgesehen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Differenz zwischen den zwei Intervallen eine ganzzahlige Funktion des Herzzyklus, wobei etwa ein Intervall einem Herzzyklus entspricht und ein zweites Intervall zwei Herzzyklen entspricht. Alternativ hierzu können die Intervalle als eine Funktion eines Bruchteils eines periodischen Zyklus aufeinander bezogen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die unterschiedlichen Intervalle zeitlich gesteuert, um ein positives Inkrement zwischen Auslösesignalen vorzusehen (z. B. vom kürzesten zum längsten).
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Die Auslösesignale werden verwendet, um die Erfassung von einem oder mehreren Bildern einzuleiten. Beispielsweise werden zwei oder mehr Auslösesignale, die durch ein Intervall von einem Herzzyklus voneinander getrennt sind, aufeinander folgend erzeugt, was eine sequentielle Erfassung von zwei oder mehr entsprechenden Bildern zur Folge hat, die jeweils durch einen Herzzyklus voneinander getrennt sind. Die Auslöseeinrichtung 14 wechselt dann automatisch zu der Erzeugung von Auslösesignalen, die durch ein anderes Intervall wie etwa zwei Herzzyklen voneinander getrennt sind. Es können verschiedene Auslöseschemata verwendet werden, wobei etwa eine unterschiedliche Anzahl von Auslösesignalen erzeugt werden, die durch wenigstens, zwei unterschiedliche Intervalle voneinander getrennt sind (z. B. drei Auslösesignale, die durch einen Herzzyklus getrennt sind, worauf zwei Auslösesignale folgen, die durch zwei Herzzyklen getrennt sind). Ein Intervall kann ein oder mehrere Male verwendet werden, um etwa Auslösesignale am Beginn einer Sequenz um einen Herzzyklus und am Ende einer Sequenz um einen Herzzyklus zu trennen.
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Die Auslöseeinrichtung 14 spricht auch auf die Benutzerschnittstelle 16 an. Unter „Ansprechen” ist hier allgemein eine Situation zu verstehen, in der ein erstes Element seinen Betrieb in Reaktion auf ein durch ein zweites Element erzeugtes Signal entweder direkt oder indirekt ändert. Deshalb wird gesagt, dass das erste Element auf das zweite Element anspricht, wenn das erste Element direkt auf ein Ausgabesignal des zweiten Elements reagiert. Entsprechend spricht das erste Element auf das zweite Element auch dann an, wenn Zwischenelemente oder Prozessoren ein Signal des zweiten Elements ändern oder modifizieren, bevor dieses als Eingabe an dem ersten Element angelegt wird.
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Die Benutzerschnittstelle 16 umfasst eine Tastatur, eine Maus, einen Berührungsbildschirm und assoziierte Hard- und Software, einen Trackball, dedizierte Tasten, ein Sprachaktivierungssystem oder andere Einrichtungen zum Empfangen der Eingabe von dem Benutzer. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Auslöseeinrichtung 14 in Reaktion auf die Eingabe von der Benutzerschnittstelle 16 programmiert. Beispielsweise werden verschiedene Aspekte des Auslöseschemas durch den Benutzer programmiert: dazu gehören etwa ein bzw. mehrere verschiedene Intervalle oder ein bzw. mehrere Teile des periodischen Signals, die gezählt oder in anderer Weise verwendet werden, um die Auslösesignale zu initiieren, die Reihenfolge, in der die unterschiedlichen Intervalle verwendet werden, die Anzahl der durch jedes Intervall getrennten Auslösesignale und andere Aspekte des Auslöseschemas. Der Benutzer programmiert diese verschiedenen Aspekte, indem er einen Parameter für jeden einzelnen Aspekt wählt oder indem er aus zwei oder mehr Auslöseschemata wählt, die alle Aspekte des Schemas angeben. In alternativen Ausführungsformen wird das System 10 durch eine Softwareprogrammierung oder durch Hardwareeinrichtungen programmiert, um ein besonderes Schema zu implementieren, wobei der Benutzer lediglich eine ausgelöste Bilderfassung für die Untersuchung der Perfusion wählt.
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Während einer Bilderfassungssitzung erzeugt die Benutzerschnittstelle 16 in einer Ausführungsform Auslösesteuersignale. Die Auslösesteuersignale geben eine Änderung in dem Auslöseschema an, um etwa von einem Intervall zu einem anderen Intervall zwischen den Auslösesignalen zu wechseln. In Reaktion darauf, wechselt die Auslöseeinrichtung 14 automatisch von der Erzeugung von Auslösesignalen, die durch ein erstes Intervall getrennt werden, zu Auslösesignalen, die durch ein zweites Intervall getrennt werden. Durch das Drücken einer Taste oder einer anderen Einrichtung auf der Benutzerschnittstelle 16 gibt der Benutzer an, dass zwischen den vorbestimmten Intervallen gewechselt werden soll.
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In alternativen Ausführungsformen wechselt die Auslöseeinrichtung 14 automatisch und ohne Auslösesteuerungseingabe aus der Benutzerschnittstelle 16 von einem Intervall zu einem anderen Intervall. In wiederum anderen Ausführungsformen ist die Auslöseeinrichtung 14 programmiert, um automatisch und ohne Eingabe aus der Benutzerschnittstelle 16 zwischen Intervallen zu wechseln, wobei jedoch eine Auslösesteuerungseingabe von der Benutzerschnittstelle 16 empfangen werden kann, welche die Programmierung außer Kraft setzt; die Auslösesteuereingabe kann dabei auch verwendet werden, um automatisch zwischen Intervallen eines ersten Teilsatzes zu wechseln, während die Vorprogrammierung der Auslöseeinrichtung 14 verwendet werden kann, um zwischen Intervallen eines anderen Teilsatzes zu wechseln. Unabhängig von dem Mechanismus für das automatische Wechseln zwischen Intervallen wechselt die Auslöseeinrichtung 14 automatisch zwischen vorbestimmten Intervallen, ohne dass eine manuell Auswahl des Intervalls während der Bilderfassungssitzung erforderlich ist. Unter „Bilderfassungssitzung” ist hier das Ausstrahlen und Empfangen von akustischer Energie für die Bilderfassung ohne manuelle Änderung der Bilderfassungsparameter einschließlich der vorbestimmten Intervalle zwischen den Bildern zu verstehen. Der Benutzer muss die Erfassung der Bilder nicht unterbrechen, um das Intervall zwischen den Auslösesignalen zu wechseln.
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In Reaktion auf die Auslösesignale erzeugt der Ausstrahlungsstrahlformer
18 Ausstrahlungswellenformen für die Bilderfassung. Der Ausstrahlungsstrahlformer
18 umfasst einen Signalerzeuger, einen Impulserzeuger, einen Impulsformer, ein Filter oder eine andere dedizierte Hardware zum Erzeugen von Ausstrahlungswellenformen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ausstrahlungsstrahlformer
18 den in dem
US-Patent 5,675,554 angegebenen Ausstrahlungsstrahlformer, dessen Beschreibung hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Es können auch andere Ausstrahlungsstrahlformer wie etwa Sender auf kommerziell erhältlichen Ultraschallsystemen verwendet werden. Der Ausstrahlungsstrahlformer
18 umfasst digitale Komponenten, analoge Komponenten oder eine Kombination aus denselben.
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Der Ausstrahlungsstrahlformer
18 erzeugt Ausstrahlungswellenformen, die bei einer Grundfrequenz zentriert sind. Die Spektralform, die Bandbreite und/oder die Ausstrahlungsleistung sowie die anderen Eigenschaften der Ausstrahlungswellenform werden durch den Ausstrahlungsstrahlformer
18 gesteuert. Beispielsweise werden für den Empfang von Signalen bei Harmonischen der Grundfrequenz Ausstrahlungswellenformen erzeugt, um die Energie an oder nahe den Harmonischen der Grundfrequenz zu minimieren oder zu beseitigen. In dieser Ausführungsform liegt der Energiepegel bei der Harmonischen der Grundfrequenz für jede Ausstrahlungswellenform vorzugsweise wenigstens 6 dB bzw. wenigstens 12 oder 20 dB und vorzugsweise wenigstens 30 dB unterhalb des Energiepegels der Grundfrequenz. In einem weiteren Beispiel wird eine schmale Bandbreite für die Zerstörung der Kontrastmittel gewählt. Entsprechend werden höhere Leistungen für eine größere Zerstörung von Kontrastmitteln und umgekehrt niedrigere Leistungen für eine Reduktion der Zerstörung der Kontrastmittel verwendet. Beispielsweise wird eine Ausstrahlungswelle mit niedriger Leistung erzeugt, um eine Bilderfassung zwischen ausgelösten und Kontrastmitteln zerstörenden Bildern vorzusehen. In einem weiteren Beispiel werden Ausstrahlungswellenformen mit hoher Leistung und schmaler Bandbreite erzeugt, um Kontrastmittel ohne eine folgende Erzeugung eines Bildes zu zerstören. Siehe z. B. das US-Patent Nr.
US 6340348 B1 mit dem Titel „Contrast Agent Imaging With Destruction Pulses in Diagnostic Medical Ultrasound”, dessen Beschreibung hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Es können auch Ausstrahlungsstrahlformer
18 verwendet werden, die keine, weniger oder zusätziche Eigenschaften der Ausstrahlungswellenform steuern können.
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Der Ausstrahlungsstrahlformer 18 beginnt unmittelbar in Reaktion auf das Auslösesignal mit der Erzeugung der Ausstrahlungswellenform. In alternativen Ausführungsformen beginnt der Ausstrahlungsstrahlformer 18 eine Abwärtszählung oder implementiert auf andere Weise eine Verzögerung zwischen dem Empfang des Auslösesignals und der Ausgabe der Ausstrahlungswellenform.
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Die Ausstrahlungswellenformen werden an den Wandler 20 gegeben. Der Wandler 20 erzeugt eine akustische Energie in Reaktion auf die Ausstrahlungswellenformen. Der Wandler 20 wandelt außerdem die reflektierte akustische Energie in elektrische Signale um. Die elektrischen Signale werden zu dem Empfangswellenformer 22 gegeben.
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Der Empfangswellenformer
22 umfast Puffer, Summierer, Filter, ASICs, Digitalsignalprozessoren, Prozessoren und andere Einrichtungen zum Verzögern und Summieren der verschiedenen Signale aus dem Wandler
20. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Empfangsstrahlformer
22 den in dem
US-Patent Nr. 5,555,534 angegebenen Strahlformer. Es können auch Empfangsstrahlformer
22 verwendet werden, die in kommerziellen Systemen eingesetzt werden. Der Empfangsstrahlformer
22 erzeugt Daten, die eine Linie durch einen interessanten Beeich wiedergeben: etwa gleich- und gegenphasige (I/Q) Daten oder Hochfrequenzdaten (RF).
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In einer Ausführungsform umfasst der Empfangsstrahlformer 22 Filter zum selektiven Herausfiltern von der Grundausstrahlungsfrequenzen oder der Harmonischen der Grundausstrahlungsfrequenz. Für die Abbildung der Harmonischen entfernt oder minimiert das Filter die Energien, die mit der Bandbreite der Grundfrequenz assoziiert sind. Vorzugsweise werden für die weitere Verarbeitung Signale verwendet, die mit einer harmonischen Frequenz wie etwa der zweiten Harmonischen assoziiert sind. In einer anderen Ausführungsform wird die Energie in den Grundfrequenzen unabhängig von einer Filterung für die weitere Verarbeitung verwendet.
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Die durch den Empfangsstrahlenformer 22 ausgegebenen Signale werden an den Signalprozessor 24 ausgegeben. Der Signalprozessor 24 umfasst einen oder mehrere Digitalsignalprozessoren, allgemeine Prozessoren, ASICs oder andere dedizierte Hardware zum Erfassen von Information aus den empfangenen Signalen. Beispielsweise sind ein Doppler-Prozessor und/oder ein B-Modus-Prozessor sowie optionale Raum- und Zeitfilter zum Feststellen und Filtern der Daten vorgesehen. Der Signalprozessor 24 erzeugt akustische Daten durch die Feststellung in einem dieser Modi. Unter „akustischen Daten” sind hier auch durch den Empfangsstrahlenformer ausgegebene Daten oder Daten in verschiedenen Verarbeitungsstufen vor und nach der Feststellung zu verstehen, wie etwa Daten vor der Abtastumwandlung oder Bilddaten nach der Abtastumwandlung (z. B. Ultraschallbilder).
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Signalprozessor 24 einen oder mehrere Prozessoren, Puffer, Addierer, Multiplizierer oder andere dedizierte Hardware zum Vergleichen von akustischen Daten für verschiedene Bilder. Beispielsweise werden B-Modus-Intensitäten oder Doppler-Energien über einem Schwellwertpegel für jedes Bild summiert oder gemittelt. Auf der Basis einer Änderung in der Summe oder dem Durchschnitt in Abhängigkeit von dem Intervall zwischen den Auslösesignalen wird ein Parameter berechnet, der die Perfusion wiedergibt. Ein Vergleich wird auch vorgesehen, indem die Summen oder Durchschnitte als eine Funktion des Auslöseintervalls auf der Anzeigeeinrichtung 26 aufgetragen werden. Andere zur Bestimmung der Quantitäten verwendete Funktionen und Daten wie etwa die oben von Wei angegebenen Berechnungen können verwendet werden, um Angaben zu der Perfusion zu machen.
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Eine andere Einrichtung zum Vergleichen von akustischen Daten zur Angabe der Perfusion ist die Anzeigeeinrichtung 26. Die Anzeigeeinrichtung 26 umfasst einen Monitor, ein LCD oder eine andere Bilddarstellungseinrichtung sowie einen Abtastungsumwandler oder andere Prozessoren zum Erzeugen eines Bildes aus den akustischen Daten. Für den Vergleich wird jedes mit einem Auslösesignal assoziierte Bild sequentiell angezeigt. Dadurch wird in jedem Bild eine Perfusionsmenge des Kontrastmittels in das Gewebe subjektiv dargestellt. Die Differenzen zwischen den in Reaktion auf unterschiedliche Auslöseintervalle erfassten Bildern geben auch Perfusionseigenschaften wieder.
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In alternativen Ausführungsformen werden zwei oder mehr Bilder, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden, gleichzeitig angezeigt. Der Benutzer bestimmt subjektiv die Perfusionsmenge oder eine andere Perfusionseigenschaft, indem er die zwei Bilder vergleicht, wobei etwa ein Bild, das mit einem Intervall von einem einzelnen Herzzyklus assoziiert ist, mit einem Bild verglichen wird, das mit einem Intervall von zwei Herzzyklen assoziiert ist. In einer Ausführungsform werden alle Bilder, die mit einem gemeinsamen Auslöseintervall assoziiert sind, gemittelt und neben einem Durchschnitt von mit unterschiedlichen Intervallen assoziieren Bildern angezeigt. Es können auch andere Bilderfassungsschemata einschließlich der sequentielle oder gleichzeitigen Anzeige im B-Modus, M-Modus-, Doppler-Modus oder in anderen Anzeigemodi bzw. Kombination derselben verwendet werden.
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Die gleichzeitige Anzeige für den Vergleich wird bevorzugt, um die myokardiale Perfusion zu untersuchen, weil Echokardiographiegeräte besser in der Lage sind, Artefakte von der Perfusion zu unterscheiden, wenn seitlich benachbarte Bilder präsentiert werden. Alle Quantitäten und assoziierten Kurven werden vorzugsweise während der Bilderfassungssitzung in Echtzeit angezeigt, können aber auch nach der Bilderfassungssitzung angezeigt werden.
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Die akustischen Daten werden auch in dem CINE-Speicher 28 gespeichert. Der CINE-Speicher 28 umfasst einen Puffer, RAM oder eine andere Speichereinrichtung, die betrieben werden kann, um die erfassten Bilder neu zu erzeugen, um etwa später eine sequentielle oder gleichzeitige Erzeugung von Bildern vorzusehen. Alternativ hierzu oder zusätzlich wird ein Band, eine Diskette oder eine andere transportable Speichereinrichtung vorgesehen, um die akustischen Daten oder die erzeugten Bilder für die spätere Darstellung oder Quantifizierung zu speichern.
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In 2 ist eine Ausführung eines Prozesses zum Auslösen für die Bestimmung der Perfusion in einem Körper gezeigt. In Schritt 40 werden wenigstens zwei unterschiedliche Auslöseintervalle in dem System 10 programmiert. Der Benutzer wählt eine Anzahl von Perioden für jedes Intervall und/oder eine Verzögerung für jedes Intervall aus. Beispielsweise wählt der Benutzer eine oder mehrere EKG-R-Wellen und eine ausreichende Verzögerung aus, um das Auslösesignal in dem systolischen Teil des Herzzyklus zu platzieren. Die Auswahl wird für jedes Intervall vorgenommen, indem etwa jeweils eine unterschiedliche ganze Zahl von Herzzyklen für jedes Intervall und eine gleiche oder unterschiedliche Verzögerung gewählt wird. In alternativen Ausführungsformen wird nur eine Verzögerung oder nur eine Anzahl von Zyklen ausgewählt. Der Benutzer wählt auch die Anzahl der Erfassungen d. h. die Anzahl der Bilder aus, die unter Verwendung eines bestimmten Intervalls erfasst werden. In alternativen Ausführungsformen wählt das System 10 die verschiedenen Intervalle und assoziierten Parameter unter Verwendung von vorprogrammierten Informationen wie etwa auf der Basis einer bestimmten Abbildungsanwendung aus. In weiteren Ausführungsformen wählt der Benutzer zwischen zwei oder mehr vorprogrammierten Auslösesequenzen.
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In Schritt 42 wird die Bilderfassung bei einem ersten Intervall ausgelöst. Auf der Basis von beispielsweise einem Initiierungssignal (z. B. einer Auslöseeingabe) von der Benutzerschnittstelle 16 oder einer vorprogrammierten Verzögerung nach einem bestimmten Bild zählt ein Zähler die Zyklen oder die Zeitdauer vor der Erfassung eines ersten Bildes. Vorzugsweise ist die Zeitdauer oder die Anzahl der Zyklen gleich oder länger als ein erstes Intervall. Eine ausgewählte Anzahl von Bildern wird dann separat durch das erste Intervall erfasst. Wenn das Intervall ganzzahlige Zyklen umfasst, werden die Auslösesignale für jede gannzahlige Anzahl von Zyklen vorgesehen. Vorzugsweise werden alle Bilder bzw. alle assoziierten akustischen Daten nach der Initiierung der Auslösesequenz gespeichert. Beispielsweise wird ein Video- oder Bildpuffer, ein CINE-Speicher oder ein DIMAQ-Formatbild gespeichert.
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In Schritt 44 wechselt das Erzeugen von Auslösesignalen mit dem ersten Intervall automatisch zu dem Erzeugen von Auslösesignalen mit dem zweiten Intervall. Wie weiter oben erläutert, erfolgt der automatische Wechsel in Reaktion auf Auslösesteuersignale aus der Benutzerschnittstelle 16 oder auf eine Vorprogrammierung des Systems 10. Beispielsweise wechselt das System 10 automatisch von einem Intervall zu einem anderen Intervall, nachdem eine vorbestimmte oder ausgewählte Anzahl von Bilder erfasst wurden oder eine Taste gedrückt wurde.
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In Schritt 46 werden die Erfassung der Bilder und die assoziierten Ausstrahlungen mit einem zweiten Intervall ausgelöst. In einer Ausführungsform sind das erste und das zweite Intervall beides ganzzahlige Herzzyklen, wie etwa ein erstes Intervall von einem Herzzyklus und ein zweites Intervall von zwei Herzzyklen. Eine Menge oder andere Eigenschaft wird als eine Funktion der akustischen Daten oder Bilder bestimmt, die mit den zwei unterschiedlichen Auslösesignalintervallen erfasst werden.
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1 und 3 zeigen eine Ausführungsform eines bevorzugten Auslöseschemas. Eine Impulsfolge 50 mit periodischen Signalen, die den R-Wellenteil eines Herzzyklus wiedergeben, wird durch die Periodischsignalquelle 12 ausgegeben. Die Impulsfolge 50 umfasst einen Impuls 52 bei jeder R-Welle.
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Unter der Impulsfolge 50 von 3 sind Schrittnummern 1 bis 8 in Entsprechung zu den Schrittes des Auslöseschemas angegeben. In Schritt 1 wird die Bilderfassung für 10 oder mehr Herzzyklen ausgesetzt. Vorzugsweise werden alle Ultraschallausstrahlungen unterbrochen, wobei jedoch eine niedrige Leistung oder eine andere Energie auftreten kann, welche die Kontrastmittel nicht zerstört oder minimal beeinflusst. Nach 10 oder mehr Herzschlägen wird eine Ultraschallenergie ausgestrahlt, um in Schritt 2 ein Bild zu erzeugen. Vorzugsweise werden die Ultraschallausstrahlungen mit einer hohen Leistung durchgeführt, um die Kontrastmittel im gesamten abgebildeten interessanten Bereich zu zerstören. Die Ausstrahlung und das assoziierte Bild werden synchronisiert, damit sie zu einem spezifischen Zeitpunkt nach dem R-Wellenimpuls 52 auftreten. Der spezifische Zeitpunkt wird vorzugsweise derart gewählt, das er innerhalb der Systole liegt. Vorzugsweise werden alle ausgelösten Ausstrahlungen und assoziierten Bilder im gleichen Teil der Herzschlags erzeugt. In Schritt 3 erzeugt die Auslöseeinrichtung 14 das nächste Auslösesignal nach einem Herzzyklus. In Schritt 4 werden Ausstrahlungen und assoziierten Bilder erzeugt. Die gleichen oder andere Sendewellenformen können für die Ausstrahlung in Schritt 2 verwendet werden. Das resultierende Bild gibt die Menge der Perfusion des Kontrastmittels nach einem Herzschlag in dem interessanten Bereich an. Die Auslöseeinrichtung 14 wechselt automatisch zu einem Intervall von zwei Herzzyklen und wartet in Schritt 5 zwei Herzzyklen. In Schritt 6 werden Ausstrahlungen und assoziierte Bilder erzeugt, um die Perfusion nach zwei Herzzyklen zu zeigen. Die Auslöseeinrichtung 14 wechselt in Schritt 7 automatisch zu einem Intervall von vier Herzzyklen. Nachdem vier Herzzyklen gewartet wurde, werden in Schritt 8 Ausstrahlungen und assoziierte Bilder erzeugt. Das resultierende Bild zeigt die Perfusionsmenge nach vier Herzzyklen. Vorzugsweise werden alle mit dieser Ausführungsform assoziierten Ausstrahlungen mit einer hohen Leistung und mit einer hohen Dichte von Abtastungszeilen vorgesehen, um die Kontrastmittel destruktiv abzubilden.
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4 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Auslöseschemas, das Ausstrahlungen zur Zerstörung der Kontrastmittel ohne Erzeugung von entsprechenden Bildern umfasst. Es ist eine Impulsfolge 60 mit Impulsen 62 gezeigt, die das Auftreten einer R-Welle wiedergeben. In Schritt 1 werden die Bilderfassungen und die assoziierten Ausstrahlungen für 10 oder mehr Herzzyklen ausgesetzt (z. B. für 10 oder mehr Impulse 62). In Schritt 2 wird Ultraschallenergie ausgestrahlt und Reflexionen empfangen, um Kontrastmittel festzustellen und abzubilden. Die Ausstrahlungen für die Bilderfassung können mit niedriger oder hoher Leistung vorgenommen werden. Die Ausstrahlung wird derart synchronisiert, dass sie zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der R-Welle erfolgt, wobei sie vorzugsweise derart gewählt wird, dass sie in der Systole liegt. Es können auch andere Verzögerungen oder keine Verzögerung nach dem Impuls 62 gewählt werden. Unmittelbar nach der Ausstrahlung und dem Empfang für die Bilderfassung wird Ultraschallenergie ausgestrahlt, um restliche Kontrastmittel zu zerstören. Vorzugsweise sind die zerstörenden Ausstrahlungen Signale mit hoher Leistung und schmaler Bandbreite. In Schritt 3 werden die Ausstrahlungen oder wenigstens die für Kontrastmittel zerstörenden Ausstrahlungen für ein Intervall von einem Herzzyklus ausgesetzt. In Schritt 4 werden die Ausstrahlungen von Schritt 2 in umgekehrter Reihenfolge wiederholt. Die Ausstrahlung des zerstörenden Strahls geht der Ausstrahlung des Strahls für die Bilderfassung voraus. Das resultierende Bild gibt Gewebe und im wesentlichen kein Kontrastmittel wieder. In Schritt 5 gibt die Auslöseeinrichtung 14 Auslösesignale aus, die weiterhin um einen Herzzyklus voneinander getrennt sind. In Schritt 6 werden Ausstrahlungen für die Bilderfassung erzeugt, auf die dann Ausstrahlungen für die Zerstörung der Kontrastmittel folgen. Das resultierende Bild zeigt die Perfusionsmenge bzw. den Rückfluss des Kontrastmittels nach einem Herzzyklus. In Schritt 7 wechselt die Auslöseeinrichtung 14 automatisch zu einem Intervall von zwei Herzzyklen. In Schritt 8 folgen auf die Ausstrahlungen für die Bilderfassung dann Ausstrahlungen für die Zerstörung. Das resultierende Bild gibt eine Perfusion oder einen Rückfluss des Kotrastmittels nach zwei Herzschlägen wieder. In Schritt 9 wechselt die Auslöseeinrichtung 14 automatisch dazu, Auslösesignale auszugeben, die durch ein Intervall von vier Herzzyklen voneinander getrennt sind. In Schritt 10 werden Ausstrahlungen erzeugt, die erstens mit der Bilderfassung und zweitens mit der Zerstörung von Kontrastmitteln assoziiert sind. Das resultierende Bild gibt die Menge des Rückflusses oder der Perfusion von Kontrastmitteln nach vier Herzzyklen wieder.
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Die unter Verwendung der Schemata von 3 oder 4 erfassten Bilder werden vorzugsweise gleichzeitig angezeigt. In alternativen Ausführungsformen können mehr als eine Ausstrahlung und assoziierte mehrfache Bilder in Reaktion auf ein einfaches Intervall erfasst werden. In anderen Ausführungsformen variieren die Teilzyklusverzogerungen, die mit jedem Intervall assoziiert sind, als Funktion des Intervalls. Auf diese Weise wird in Abhängigkeit von dem Intervall ein Bild erstellt, das jeweils einen anderen Teil des Herzzyklus wiedergibt. In weiteren Ausführungsformen wird eine Sequenz von Bildern mit der gleichen Trennung von gannzahligen Herzzyklen, aber einer anderen Verzögerung verwendet, um andere Teile des Herzzyklus abzubilden. Danach wird die Verzögerung nach einer anderen Anzahl von ganzzahligen Herzzyklen wiederum verändert.
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Es können ausgelöste oder nicht ausgelöste Ausstrahlungen mit niedriger Leistung für die Bilderfassung vorgesehen werden, wobei die Kontrastmittel nicht oder minimal zerstört werden. Vorzugsweise werden diese Ausstrahlungen erzeugt, um die Zerstörung des Kontrastmittels zu minimieren, wie in dem US-Patent Nr.,
US 6110120 A angegeben, dessen Beschreibung hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Diese Ausstrahlungen mit niedriger Leistung können verwendet werden, um eine Bildausrichtung oder Bildposition während einer Bilderfassungssitzung zur Bestimmung der Perfusion beizubehalten. In einer Ausführungsform führt das System eine Grundbilderfassung mit niedriger Leistung durch, wenn das System keine ausgelösten Bilder erzeugt (d. h. es wird eine Positionsbilderfassung zwischen den ausgelösten Bildern durchgeführt). Diese Ausrichtungs- oder Positionsbilder werden vorzugsweise mit einer ausreichenden Frequenz erfasst, um Echtzeitbilder zu erzeugen; sie werden ausgesetzt, wenn ein ausgelöstes Bild erfasst wird. Der Bediener kann auf eine Bewegung des Patienten reagieren, um eine konstante Bildebenenposition zu erhalten und auf diese Weise die Genauigkeit der Vergleiche zwischen den ausgelösten Bildern zu verbessern. Vorzugsweise werden diese Ausstrahlungen mit niedriger Energie zeitlich abgestimmt, so dass sie an bestimmten Punkten während des Auslöseintervalls erfasst werden. In einer Ausführungsform werden die Ausstrahlungen für eine Periode nach der mit der Auslösung assoziierten Ausstrahlung mit hoher Energie ausgesetzt. In alternativen Ausführungsformen erzeugt das System
10 keine zusätzlichen Ausstrahlungen als diejenigen, die mit den Auslösesignalen assoziiert sind.
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Die Erfindung wurde mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben, wobei jedoch verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird. Zum Beispiel können verschiedene Auslöseschemata durch Tests und in Abhängigkeit von verschiedenen Bilderzeugungsanwendungen entwickelt werden. Die hier beschriebenen Techniken können für derartige Auslöseschemata verwendet werden.
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Es ist deshalb beabsichtigt, dass die vorstehende ausführliche Beschreibung als eine beispielhafte Darstellung von bevorzugten Ausführungsformen und nicht als Definition der Erfindung betrachtet wird. Der Erfindungsumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche einschließlich aller Aquivalente definiert.
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Bezugszeichenliste
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zu Fig. 1
- 12
- Periodischsignalquelle
- 14
- Auslöseeinrichtung
- 16
- Benutzerschnittstelle
- 18
- Ausstrahlungsstrahlformer
- 20
- Wandler
- 22
- Empfangsstrahlenformer
- 24
- Signalprozessor
- 26
- Anzeige
- 28
- Zeilenspeicher
zu Fig. 2 - 40
- Programmieren der Intervalle
- 42
- Auslösen zum Zeitintervall
- 44
- Automatisches Wechseln zum zweiten Intervall
- 46
- Auslösen zum zweiten Intervall
zu Fig. 3 - a
- R-Wellen
- b
- Zerstörerische Bilder
- c
- Schrittnummer
zu Fig. 4 - a
- R-Wellen
- b
- Zerstörung (D)
- c
- Feststellung (I)
- d
- Schrittnummer
