-
HINTERGRUND
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf dreidimensionale Durchflug-Darstellungen.
Insbesondere werden für
die Wiedergabe eines dreidimensionalen Durchfluges eines Volumens
Ultraschalldaten benutzt.
-
Eine
Durchflug-Technik (Fly-Through-Technik) für eine Wiedergabe macht eine
virtuelle Endoskopie verfügbar.
Der Benutzer kann besser die innere Struktur der Gefäße beurteilen
oder besser die Bereiche einer Stenose identifizieren. Color Power
Doppler Ultraschalldaten werden bei der manuellen Verfolgung für die virtuelle
Endoskopie eingesetzt. Color Dopplerdaten weisen jedoch eine schlechte
räumliche
Auflösung
auf, so dass wenige Details über
die Textur der Struktur geliefert werden. Ferner wird das benutzte
Beleuchtungsmodell typischerweise willkürlich gewählt. Als Folge zeigt die veranschaulichte strukturelle
Darstellung die Geometrie, liefert jedoch eine schlechte Textur-Darstellung.
Beispielsweise kann ein Belag in den Bildern nicht sichtbar gemacht oder
dargestellt werden.
-
In
dem US-Patent Nr. 6,443,894 werden Ultraschalldaten zum Erzeugen
eines Durchfluges benutzt. Color Doppler Informationen werden benutzt, um
eine Grenze zu identifizieren. Die Texturinformationen werden dann
aus den B-Modus-Daten durch Texturkartierung oder unter Verwendung
der Grenze wiedergegeben, um die B-Modus-Daten für eine Volumenwiedergabe zu
definieren. Wenn sich die Perspektive des Benutzers innerhalb eines
Gefäßes ändert, wird
ein neues Bild erzeugt. Es wird eine Folge von Bildern geliefert,
um die Bewegung durch ein detektiertes Gefäß unter Verwendung der Dopplerinformationen
zu simulieren.
-
Um
räumliche
Ungenauigkeiten zu vermeiden, die mit den Dopplerdaten geliefert
werden, wird eine Grenze oder es werden Flächen durch die Benutzer manuell
verfolgt. Die Volumenwiedergabe wird dann bereitgestellt auf der
Grundlage der manuell bestimmten Grenzen. Eine manuelle Verfolgung kann
zeitraubend sein.
-
Computertomographie
mit höherer
Auflösung
und eine Magnetresonanzbildgebung sind für eine virtuelle Endoskopie
verfügbar.
Eine Schwelle wird ausgewählt,
um in den CT- oder MR-Daten
mit hoher räumlicher
Auflösung
einen Hohlraum zu erzeugen oder eine Grenze zu identifizieren. Die
Perspektive oder Position des Benutzers wird innerhalb des Hohlraums
oder an einer gewünschten
Stelle relativ zur Grenze angeordnet. Es wird eine Reihe von Darstellungen
wiedergegeben, die der Navigation durch oder um die Grenze bzw.
des Hohlraums mit einer Kollisionserfassung entsprechen.
-
Dreidimensionale
oder vierdimensionale Bildgebung (beispielsweise dreidimensionale
Bildgebung als Funktion der Zeit) kann für die medizinische Diagnose,
wie in der Herz- und Geburtshilfe-Diagnose, nützlich sein. Für eine Ultraschallabbildung
kann jede Verringerung der Erfassungszeiten die Ausdehnung der drei-
oder vierdimensionalen Behandlungsweise in den oben beschriebenen
Gebieten oder anderen Gebieten wie der Gefäßdiagnose beschleunigen. Eine
verbesserte Bildqualität
und räumliche
Auflösung
sind mit Ultraschall möglich,
wie im US-Patent Nr. 6,679,843 vorgesehen (Veröffentlichungsnr. 20030236460).
-
Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Systems und eines Verfahrens
für eine
dreidimensionale Durchflug-Wiedergabe von Ultraschalldaten mit verbesserter
räumlicher
Auflösung.
-
Als
Einleitung enthalten die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
Verfahren und Systeme zum Erzeugen von dreidimensionalen Durchflug-Darstellungen
mit Ultraschalldaten. Die Darstellungen entsprechen einer Perspektive des
Beobachters innerhalb eines abgetasteten Volumens. Es werden mehrere
Durchflug-Darstellungen aufeinanderfolgend gezeigt, um eine Bewegung durch
das Innere, das Äußere oder
längs einer
Fläche
eines Gefäßes oder
eines anderen Aufbaus zu simulieren. Eine virtuelle Endoskopie,
Selektion, Überwachung
einer Plaque-Progression, Beurteilung eines Schlaganfallrisikos
für die
Chirurgie, eine Prüfung
der Geometrie und/oder Textur der Oberfläche der Gefäße oder anderer Strukturen
für eine
Krankheit in vaskulären,
gynäkologischen,
kardialen, gastrointestinalen oder anderen Anwendungen können durch
die Durchflug-Darstellung unterstützt werden. Beim Einsatz von
Durchflug-Darstellungen kann die Visualisierung von Plaques, Blutgerinnseln,
komplexen Gewebestrukturen und Texturen konzeptionell günstiger
sein.
-
Es
wird ein Volumen unter Verwendung von Ultraschalldaten mit hoher
räumlicher
Auflösung
dargestellt. Ultraschalldaten können
beispielsweise gemäß dem im
US-Patent Nr. 6,679,834 beschriebenen Verfahren oder Systemen zum
Darstellen eines Volumens gewonnen werden. Durch Modulieren von B-Modus-Daten
mit Doppler- oder Flussinformationen, kann die räumliche Auflösung oder
der Kontrast der B-Modus-Daten verbessert werden. Es wird der gleiche
Satz von Ultraschalldaten zum Identifizieren einer Grenze benutzt,
um eine perspektivische Position innerhalb des Volumens einzustellen
und aus der perspektivischen Position wiederzugeben. Die Identifikation
der Grenze und die Wiedergabe werden automatisiert oder durch einen
Prozessor ausgeführt. Es
können
Ultraschalldaten zum Erzeugen dreidimensionaler Durchflug-Darstellungen
benutzt werden, um eine virtuelle Endoskopie oder andere diagnostisch
nützliche
Ansichten der Struktur zu ermöglichen.
Virtuelle Prozesse sind nicht invasiv, für den Patienten angenehmer,
weisen wählbare
oder verschiedene Tiefen des Fokus auf, können einen Durchflug von verschiedenen
Arten der Anatomie ermöglichen
und können
als Trainingswerkzeug benutzt werden.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt wird ein Verfahren für eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung vorgesehen.
Es wird ein Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten gewonnen, der ein
Volumen darstellt. Mit einem Prozessor wird aus dem Satz der Ultraschall-B-Modus-Daten
eine Grenze identifiziert. Innerhalb des Volumens wird eine perspektivische
Position eingestellt. Die Veranschaulichung wird aus der perspektivischen
Position mit dem Satz der Ultraschall-B-Modus-Daten durchgeführt.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt wird ein System für
eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung aus
Ultraschalldaten geschaffen. Ein Speicher ist betreibbar, einen
Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten zu speichern, die ein Volumen
repräsentieren.
Ein Prozessor ist betreibbar, um eine Grenze aus dem Satz der Ultraschall-B-Modus-Daten
zu identifizieren, um eine perspektivische Position innerhalb des
Volumens einzustellen und von der perspektivischen Position aus
wiederzugeben, wobei die Wiedergabe aus dem Satz der Ultraschall-B-Modus-Daten erfolgt.
-
Gemäß einem
dritten Aspekt wird ein Verfahren für eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung aus Ultraschalldaten
geschaffen. Es werden Dopplersignale erzeugt, die ein Volu men repräsentieren.
Es werden B-Modus-Signale erzeugt, die das Volumen repräsentieren.
Es wird ein für
ein Volumen repräsentativer
Satz von Ultraschalldaten als Funktion sowohl der B-Modus- als auch der
Dopplersignale erzeugt. Die Funktion wird so ausgewählt, dass
die Teile der B-Modus-Signale, die dem stationären Gewebe zugeordnet sind,
im Wesentlichen aufrechterhalten, und Teile der B-Modus-Signale,
die dem Fluss zugeordnet sind, im Wesentlichen unterdrückt werden. Eine
Durchflug-Darstellung wird von dem Volumen mit dem Satz der Ultraschalldaten
gemacht.
-
Gemäß einem
vierten Aspekt wird ein System für
eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung aus
Ultraschalldaten geschaffen. Ein Dopplerdetektor ist so betreibbar,
dass er für
ein Volumen repräsentative
Dopplersignale erzeugt. Ein B-Modus-Detektor ist so betreibbar,
dass er für
das Volumen repräsentative
B-Modus-Signale erzeugt. Eine Kombiniervorrichtung ist so betreibbar,
dass sie einen Satz von Ultraschalldaten bildet, der repräsentativ
für das Volumen
als Funktion sowohl der Doppler- als auch der B-Modus-Signale ist.
Ein Prozessor ist betreibbar, um eine Durchflug-Darstellung des
Volumens mit dem Satz der Ultraschalldaten zu erzeugen.
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert
und es sollte nichts in diesem Abschnitt als eine Begrenzung dieser
Ansprüche
angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden
in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen diskutiert und
können
später
unabhängig
oder in Kombination beansprucht werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Komponenten der Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht,
sie betonen die Prinzipien der Erfindung, statt sie nur zu erläutern. Darüber hinaus
werden Teile in den verschiedenen Ansichten, die einander entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen angegeben.
-
1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems für
eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung von Ultraschalldaten;
-
2 ist
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens für
eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung der Ultraschalldaten;
-
3 zeigt
eine perspektivische Position relativ zu einem Gefäß oder einer
schlauchförmigen Struktur
bei einer Ausführungsform;
und
-
4 ist
eine grafische Darstellung einer Ausführungsform einer dreidimensionalen
Durchflug-Darstellung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
eines Systems 10 für
eine dreidimensionale Durchflug-Darstellung
aus Ultraschalldaten. Das System 10 besitzt einen Datenerfassungsabschnitt 12,
einen Speicher 14, einen Prozessor 16, eine Benutzereingabevorrichtung 18 und
ein Display 20. Es können
zusätzliche,
andersartige oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel
wird der Datenerfassungsabschnitt 12 ohne den Speicher 14 oder
mit ihm ausgebildet. Als weiteres Beispiel sind die Benutzereingabevorrichtung 18 oder
das Display 20 nicht vorgesehen. Das System 10 ist
ein medizinisches, diagnostisches Ultraschallsystem, kann aber auch
eine Arbeitsstation, ein PC, ein Server, ein Netzwerk oder eine
andere Vorrichtung zum Erstellen dreidimensionaler Darstellungen
sein.
-
Der
Datenerfassungsabschnitt 12 umfasst einen Flussdetektor 22,
einen B-Modus-Detektor 24 und einen Kombinierer 26.
Bei einer Ausführungsform
ist der Erfassungsabschnitt 12 durch eines oder mehrere
der im US-Patent Nr. 6,679,843 beschriebenen Systeme verwirklicht.
-
Der
Flussdetektor 22 ist ein Dopplerdetektor, der betreibbar
ist, Dopplersignale zu erzeugen, die für ein Volumen repräsentativ
sind. Der B-Modus-Detektor 24 ist so betreibbar, dass er
B-Modus-Signale erzeugt,
die für
das Volumen repräsentativ
sind. Der Kombinierer 26 ist so betreibbar, dass er als
Funktion sowohl der Doppler- als auch der B-Modus-Signale einen
für das
Volumen repräsentativen
Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten bildet. Beispielsweise ist die
Funktion implementiert als eine modulierte, nicht lineare Funktion,
um im Wesentlichen Teile des B-Modus-Signals, die dem stationären Gewebe
zugeordnet sind, aufrechtzu halten und Teile der B-Modus-Signale,
die dem Fluss zugeordnet sind, im Wesentlichen zu unterdrücken. Zusätzliche,
verschiedene oder weniger Komponenten können in den anderen Ausführungsformen
vorgesehen sein.
-
B-Modus
und Dopplersignale werden unter Verwendung einer modulierten, nicht
linearen Funktion kombiniert. Das stationäre Gewebe und andere Gewebe
werden gegenüber
Stördaten
durch Unterdrückung
der B-Modus-Bildsignale hervorgehoben, wo ein Fluss vorhanden ist.
Die modulierte, nicht lineare Funktion ermöglicht eine optimierte Stördatenentfernung
in großen
Gefäßen und
eine Identifikation von kleinen Gefäßen innerhalb eines Grauskalen- oder
B-Modus-Bildes für
radiologische Anwendungen. Da Dopplerbildsignale gegenüber Artefakten der
vertikalen Strahlbreite weniger empfindlich sind als B-Modus-Bildsignale,
identifizieren die Dopplerbildsignale kleine Gefäßstrukturen mit größerer Wahrscheinlichkeit.
Diese höhere
Empfindlichkeit wird für
die B-Modus-Abbildung benutzt, um Grauskalen-Signale, die kleinere
Gefäßstrukturen
repräsentieren
hinzuzufügen
(d.h. die Intensität
zu reduzieren). Bei alternativen Ausführungsformen wird die modulierte,
nicht lineare Kombination in kardiologischen Anwendungen, wie zur
Abbildung von sich bewegenden Herzstrukturen, ausgeführt. In
weiteren alternativen Ausführungsformen
erzeugt die modulierte, nicht lineare Funktion Farbdisplayindizes.
-
Der
B-Modus-Detektor 24 enthält einen oder mehrere Prozessoren,
einen Digitalsignalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte
Schaltung, eine Analogvorrichtung, eine Digitallogikvorrichtung oder
Kombinationen hiervon zum Erfassen der Intensität oder Hüllcharakteristik eines empfangenen
Signals. Bei einer Ausführungsform
enthält
der B-Modus-Detektor 24 einen
Mischer, einen Log-Kompressor (Protokoll-Kompressor) und Steuerschaltungen für die Ausgabe
eines B-Modus-Bildsignals, welches das Gewebe darstellt. Der B-Modus-Detektor 24 konvertiert
empfangene Ultraschallsignale in detektierte und Logkomprimierte
Bildsignale.
-
Der
Dopplerdetektor 22 enthält
einen oder mehrere Prozessoren, einen digitalen Signalprozessor,
eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine Analogvorrichtung,
eine digitale Logikschaltung und Kombinationen hiervon. Bei einer
Ausführungsform
enthält
der Dopplerdetektor 22 ein Stördatenfilter, einen Ecken drehenden
Speicher (corner turning me mory) und eine Abschätzvorrichtung für Abschätzungen
der Geschwindigkeit, der Energie, der Varianz und/oder anderer auf
die Bewegung bezogener Abschätzungen.
Wenn hier der Begriff „Doppler" benutzt wird, sind
in dem Begriff „Doppler" eine Autokorrelation,
Kreuzkorrelation oder andere auf der Zeit oder Frequenz beruhende
Techniken zum Identifizieren der Bewegung oder des Flusses eingeschlossen.
Der Dopplerdetektor 22 beurteilt die Dopplersignal-Geschwindigkeits-
und -Energieparameter. Der Ecken drehende Speicher speichert strahlgeformte
Proben, bis eine ausreichende Anzahl von Signalen gesammelt worden
ist, um die Ausführung
von Dopplermessungen zu ermöglichen.
Das Stördatenfilter
enthält
ein Hochpass- oder Bandpassfilter, um wahlweise eine größere Unterdrückung von
Signalen aus stationären
oder sich langsam bewegenden Objekten, wie sie im Zusammenhang mit
Gewebebewegungen stehen, vorzusehen. Für die Dopplergewebebildgebung
wird das Stördatenfilter
umgangen oder anderweitig programmiert, um mit dem sich bewegenden
Gewebe in Zusammenhang stehende Informationen durchzulassen. Die
Dopplerparameterschätzvorrichtung
beurteilt die mittlere Geschwindigkeit und die Gesamtenergie des
Dopplersignals. Die Geschwindigkeits- und Energiesignale können begrenzt
werden, um Signale aus stationären
oder sich langsam bewegenden Objekten zu unterdrücken. Es kann entweder eine
Geschwindigkeitsschwelle, eine Energieschwelle oder es können Kombinationen
aus beiden eingesetzt werden. Die Schwellenwerte werden als Funktion
der Anwendung bestimmt. Falls jeder der Geschwindigkeits- oder Energieparameter
unterhalb einer entsprechenden Schwelle liegt, können beide Parameter, die die
selbe Stelle darstellen, unterdrückt
oder auf Null gesetzt werden. Die Benutzersteuerung der Verstärkung für ein log-detektiertes
Energiesignal wie auch einer tiefen Verstärkungsvariablen kann nach der
Abschätzung
durchgeführt
werden. Das Energiesignal wird log-komprimiert, um den Dynamikbereich
des Signals zu reduzieren. Sowohl das Geschwindigkeits- wie auch
das Energiesignal kann räumlich
gefiltert werden, um Rauschen und Signalaussetzer in Folge von Flecken
oder anderer Veränderungen
zu entfernen. Bei alternativen Ausführungsformen werden nur Geschwindigkeitsabschätzungen
oder nur Energieabschätzungen
ausgegeben.
-
Der
B-Modus-Detektor 24 und der Dopplerdetektor 22 erzeugen
B-Modus- bzw. Doppler-Bildsignale, die für den abgebildeten Bereich,
wie ein Volumen, repräsentativ
sind. Elektronische, mechanische Mittel oder Kombinationen hieraus
werden benutzt, um mehrere Ebenen oder Linien innerhalb eines Volumens
abzutasten. Die Bildsignale werden an einen oder mehrere Abtastkonverter
geliefert. Es können separate
digitale Abtastkonverter für
die B- Modus- und
für die
Dopplersignale vorgesehen werden oder es kann der gleiche Abtastkonverter
benutzt werden. Der Abtastkonverter konvertiert die Signale aus
einem akustischen Gitter in ein für die Anzeige geeignetes Rastergitter.
Die abtastungskonvertierten Bildsignale werden durch eine Kombiniervorrichtung 26 ausgegeben.
Alternativ werden die Signale in ein dreidimensionales Gitter mit
oder ohne Abtastungsumwandlung konvertiert. Die Umwandlung in das dreidimensionale
Gitter erfolgt vor oder nach der Kombiniervorrichtung 26.
Bei einer weiteren Alternative werden Darstellungen aus Daten der
Abtastebene oder anderen empfangenen Daten ohne Umwandlung in ein
dreidimensionales Gitter erstellt.
-
Die
Kombiniervorrichtung 26 enthält einen oder mehrere digitale
Signalprozessoren, allgemeine Prozessoren, Steuerprozessoren, anwendungsspezifische
integrierte Schaltungen, Analogvorrichtungen, digitale Logikvorrichtungen
und Kombinationen hieraus. Die Verwendung eines Prozessors zum Ausführen der
Kombination erlaubt ein flexibles Programmieren oder Ausführen der
Kombinationsfunktion oder anderer Datenmanipulationen. Bei alternativen
Ausführungsformen
ist die Kombiniervorrichtung 26 vor dem Abtastkonverter
angeordnet. In weiteren alternativen Ausführungsformen ist die Kombiniervorrichtung 26 als
Teil einer weiteren Komponente, wie des Abtastkonverters, implementiert.
-
Bei
einer Ausführungsform
enthält
die Kombiniervorrichtung 26 eine Nachschlagtabelle und
einen zugeordneten Videospeicher und Multiplexer. Tabellenausgestaltungen
und weitere Systeme sind beispielsweise im US-Patent Nr. 5,961,460
beschrieben. In alternativen Ausführungsformen sind ein Farbzuordnungsspeicher
und eine zugeordnete Steuerkonstruktion vorgesehen. Zum Beispiel
gibt der Abtastkonverter einen Mehrfachbitpixelcode aus, der eine
Kombination aus B-Modus- und Dopplerbildsignalen darstellt. Der
Pixelcode wird dann in einer Graustufen- oder einer nicht Graustufen-Farbe
unter Verwendung einer Farbaufzeichnung aufgezeichnet, die die kombinierende
Funktion beinhaltet. Nachschlagtabellen oder Farbaufzeichnungsstrukturen
erlauben die Implementation irgendeiner der verschiedenen möglichen
Kombinationsfunktionen.
-
Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform
enthält
die Kombiniervorrichtung 26 eine Mischschaltung. Bei einer
Ausführungsform
ist die Mischschaltung eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung,
die mit der Abtastkonverterschaltung als ein Teil eines Signal verarbeitenden
Pfades integriert ist. Eine Vielzahl getrennter Vorrichtungen implementiert
die Kombinationsfunktion. Zum Beispiel ist eine Vielzahl von Multiplexern
zum selektiven Weiterleiten von B-Modus- und Dopplerbildsignalen
und Gewichten zu verschiedenen Multiplizierern vorgesehen. Addierer,
Verzögerungsglieder
oder Speicherpuffer oder andere Vorrichtungen können ebenfalls zum Implementieren
einer affinen Transformation oder einer modulierten, nicht linearen
Kombinationsfunktion enthalten sein. Zum Beispiel kann ein Multiplizierer zum
Gewichten eines normalisierten Dopplerbildsignals vorgesehen sein.
Das gewichtete Dopplerbildsignal wird dann mit dem Dopplerbildsignal
durch den Multiplizierer multipliziert, um das Dopplerbildsignal als
eine Funktion des Dopplerbildsignals zu modulieren. Alternativ wird
das B-Modus-Bildsignal als eine Funktion des B-Modus-Bildsignals
moduliert. Ein anderer Multiplizierer multipliziert die Ausgangsgröße des Dopplersignalmultiplizierers
mit dem B-Modus-Bildsignal.
Bei alternativen Ausführungsformen wird
an Stelle eines Multiplizierers ein Addierer benutzt, um die Ausgangsgröße des Dopplermultiplizierers
mit dem B-Modus-Bildsignal aufzusummieren. Die Mischschaltung gibt
einen Wert aus, der einer Graustufenintensität entspricht: Die der Mischschaltung
zugeordnete Schaltungsanordnung kann ein Programmieren zulassen,
sieht aber wahrscheinlich eine geringere Programmierfähigkeit
vor als wenn die Kombiniervorrichtung 26 bei einem Prozessor
implementiert wird.
-
Die
Kombiniervorrichtung 26 ist so betreibbar, dass sie individuelle
Displayindizes, die für
den abgebildeten Bereich repräsentativ
sind, als eine modulierte, nicht lineare oder andere Funktion von
sowohl den Doppler- als auch den B-Modus-Bildsignalen berechnet
bzw. erzeugt. Bei einer Ausführungsform
hebt die modulierte, nicht lineare Funktion Teile des B-Modus-Bildsignals,
die dem stationären
Gewebe zugeordnet sind hervor oder erhält sie aufrecht und unterdrückt im Wesentlichen
Teile des B-Modus-Bildsignals, die dem Fluss zugeordnet ist. Die hier
verwendeten Begriffe „Hervorheben" oder „Aufrechterhalten" schließen das
Passieren von nicht abgeänderten
Signalen oder die nur eine minimale Reduktion relativ zu den unterdrückten Signalen
aufweisen, ein. Zum Beispiel wird ein B-Modus-Bildsignal hervorgehoben
oder aufrechterhalten, wenn es mit einer 0,75-fachen oder größeren Gewichtung
multipliziert wird. Der Begriff Unterdrückung wird hier benutzt, um
eine relative Reduktion darzustellen, wie das Multiplizieren eines
B-Modus-Bildsignals mit einer 0,75-fachen oder einer geringeren
Gewichtung. „Im
Wesentlichen" steht
für den
Bereich der Möglichkeiten
für eine Hervorhebung
und eine Unterdrückung
und für
elektrische oder mechanische Ausführungsvariationen.
-
Für eine Kombination
wird eines der Doppler- und B-Modus-Bildsignale als Funktion des
gleichen oder des anderen der B-Modus- bzw. Dopplerbildsignale moduliert.
Zum Beispiel wird das Dopplerbildsignal gewichtet oder durch ein
Gewicht multipliziert. Das Gewicht kann adaptiv, wie die Auswahl
des Gewichtes als Funktion des gleichen der Doppler- oder B-Modus-Bildsignale
sein. Zusätzlich
oder alternativ wird eines der Doppler- oder B-Modus-Bildsignale als Funktion
des anderen der Doppler- bzw. B-Modus-Bildsignale moduliert. Zum
Beispiel wird das B-Modus-Bildsignal mit dem gewichteten Dopplerbildsignal
multipliziert. Die Modulation wird dann als Multiplikationsfunktion
ausgeführt.
Bei alternativen Ausführungsformen
werden lineare oder andere Funktionen zum Kombinieren der Doppler-
und B-Modus-Bildsignale
implementiert.
-
Das
durch die Kombiniervorrichtung 26 ausgegebene Bildsignal
wird an das Display 20, eine weitere Verarbeitungsvorrichtung
und/oder den Speicher 14 geliefert. Das Bildsignal enthält ein Grauwertstufen-,
Gewebe- oder B-Modus-Bild. Bei alternativen Ausführungsformen enthält das durch
die Kombiniervorrichtung 26 ausgegebene Bildsignal ein
Farb-, ein RGB- oder
ein YUV-Signal. Das kombinierte Signal kann ferner mit einem Doppler-
oder einem anderen Signal überlagert
sein oder kann ein B-Modus- oder ein anderes Signal überlagern.
Zum Beispiel gibt die Kombiniervorrichtung 26 Bildsignale
aus, die die Gewebestruktur als ein B-Modus-Bild repräsentieren. Es wird dann dem
kombinierten Bildsignal ein Dopplerfarbbild überlagert.
-
In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
werden Modulations-B-Modus-Daten als Funktion des Flusses oder Dopplerdaten
geliefert, es können
aber andere Ausführungsformen
zum Liefern von Ultraschall mit hoher Auflösung verwendet werden. Zum
Beispiel wird eine harmonische Bildgebung (harmonic imaging) benutzt,
um die räumliche
Auflösung
der erworbenen B-Modus-Daten zu erhöhen. Als weiteres Beispiel
wird eine Hochfrequenz-Fundamentalbildgebung
(high frequency fundamental imaging) benutzt. Obwohl bei einer Ausführungsform
Daten hoher Auflösung
als B-Modus-Daten geliefert werden, können andere Arten von Daten
hoher Auflösung,
wie Dopplerultraschalldaten mit hoher Auflösung geliefert werden. Es kann
eine räumliche
Filterung oder auch keine vorgesehen sein. Der Kontrast zwischen
Pixeln und zwischen Datenproben kann vergrößert werden, um räumliche
Daten hoher Auflösung
zu liefern. Ein B-Modus-Detektor 24 alleine, ein Kontrastmitteldetektor,
ein Detektor von harmonischen Reaktionen aus dem Gewebe, eine Vielzahl von
Filtern, die für
unterschiedliche Bandbreiten vorgesehen sind und eine Kombination
von Signalen aus diesen Filtern, Sendewellenformern, Empfangswellenformern,
eine Übertragung
aus anderen Quellen von Ultraschalldaten, Kombinationen hiervon und/oder
andere Komponenten können
den Erfassungsabschnitt 12 bilden. Der Abschnitt 12 ist
betreibbar, Daten zu erfassen, die ein Volumen darstellen, wie eine
Vielzahl von Datenframes, die verschiedene Abtastebenen innerhalb
eines Volumens repräsentieren,
verschiedene Abtastlinien innerhalb eines Volumens oder Daten, die
auf andere Weise beabstandet durch das Volumen, längs oder
abseits des dreidimensionalen Gittermusters verlaufen.
-
Der
Speicher 14 ist ein RAM, ein ROM, ein Harddrive, ein entfernbarer
Medienspeicher, eine digitale Videodisk, eine Kompaktdisk, ein magnetischer Medienpuffer,
besteht aus Kombinationen hiervon oder aus anderen bekannten oder
später
entwickelten Vorrichtungen zum Speichern von Ultraschalldaten. Eine
Kommunikationsvorrichtung, die in der Lage ist Ultraschalldaten über Draht-
oder drahtlose Netzwerke zum Speicher, Prozessorcache oder zu einer
anderen Kommunikationsvorrichtung zu senden, die nicht Teil des
beschriebenen Systems 10 ist, kann den Speicher ebenfalls
bilden. Bei einer Ausführungsform
ist der Speicher 14 als kinematographischer Speicher (CINE-Speicher)
konfiguriert, es können
aber auch andere Speicherformate vorgesehen werden. Der Speicher 14 ist
betreibbar, einen Satz Ultraschalldaten, wie B-Modus-Daten, die
ein Volumen repräsentieren,
zu speichern. Die Daten werden gespeichert als individuelle Proben,
Frames oder Daten darstellende Ebenen, Abtastlinien oder andere Datenformate.
Die Daten können
in einem Polarkoordinatenformat oder in einem karthesischen Koordinatenformat
vor oder nach einer Umwandlung in ein dreidimensionales Gitter sein.
Im Speicher 14 können
zusätzliche
Informationen, wie zusätzliche
Sätze von
Daten gespeichert werden, die das gleiche oder verschiedene Volumen
repräsentieren.
Es können auch
Datensätze,
die das Volumen zu verschiedenen Zeiten repräsentieren, gespeichert werden.
-
Der
Prozessor 16 ist ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor,
ein Digitalsignalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte
Schaltung, ein Feld programmierbares Gate-Array, eine Digitalschaltung, eine Analogschaltung,
er enthält
Kombinationen hiervon oder eine andere bekannte oder später entwickelte
Vorrichtung zur Verarbeitung von Daten. Bei einer Ausführungsform
ist der Prozessor 16 eine einzige Vorrichtung, der Prozessor 16 enthält aber
bei anderen Ausführungsformen
eine Vielzahl von über
das System 10 verteilten Vorrichtungen. Die gleiche Komponente
oder verschiedene Komponenten des Prozessors 10 können verschiedene
Funktionen implementieren. Zum Beispiel ist der Prozessor 16 so
betreibbar, dass er eine Grenze aus einem Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten
oder anderer Daten identifiziert. Der Prozessor 16 ist
auch betreibbar, eine perspektivische Position innerhalb des Volumens
einzustellen und aus der perspektivischen Position wiederzugeben.
Bei einer Ausführungsform werden
die gleichen Daten benutzt zum Identifizieren der Grenze wie ein
Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten zur Wiedergabe einer Durchflug-Darstellung
benutzt wird. Bei alternativen Ausführungsformen werden zur Identifizierung
einer Grenze andere Daten als für
die Darstellung benutzt.
-
Der
Prozessor 16 ist ein 3 D-Bildprozessor auf einem einzigen
entfernt stehenden Computer für eine
Rekonstruktion in Realzeit oder verzögert und eine Wiedergabe in
einer Ausführungsform.
Alternativ werden innerhalb eines Ultraschallerfassungssystems ein
Bordcomputer und/oder separate Prozessoren oder Computer benutzt.
Der Prozessor 16 ist ein Intel Pentium PC (400 + MHz) oder
ein SGI (O2 oder Oktan zum Beispiel) für die Zusammenarbeit
mit dem Speicher 14. Der Speicher 14 ist groß, wie in
der Größe von 128
MB, 256 MB oder einem größeren RAM. Bilddatenframes
können
vor der Übertragung
unter Verwendung einer geeigneten Komprimiertechnik, wie JPEG, komprimiert
werden. Nachdem die Bilddaten empfangen worden sind, werden sie
dekomprimiert. Zum Beispiel wird eine 3 D-Wiedergabe auf einer entfernten
Workstation durchgeführt.
Somit kann die Wiedergabe und Anzeige einer dreidimensionalen Darstellung
entweder während
der Bildgebungssitzung oder nach der Bildgebungssitzung sein.
-
Der
Prozessor 16 kann Software benutzen, um die 3 D-Darstellung
auf der Grundlage der oben diskutierten Eingangsinformationen zu
konstruieren. Für
die 3 D-Rekonstruktion sind verschiedene kommerziell erhältliche
Softwareprodukte und Vorrichtungen verfügbar. Zum Beispiel wird der
von Siemens Medical Solutions erhältliche 3 D-Betrachter eingesetzt,
wie er für
die Computertomographie oder die Magnetresonanzbildgebung benutzt
wird. Andere Rekonstruktions- und Wiedergabesoftware für irgendeine
Bildgebungsmodalität
kann benutzt werden. Zum Beispiel bietet TomTec GmbH (Unterschleißheim, Deutschland)
Software und mechanische Vorrichtungen speziell für 3 D-Ultraschall
an. Die Software ist in der Lage eine 3 D-Rekonstruktion auf der
Grundlage mehrerer verschiedener Abtastformate, wie Rotations- und Freihandabtastung,
zu liefern. Life Imaging System Inc. (London, Ontario, Kanada) liefern
ebenfalls Software und mechanische Abtastvorrichtungen für 3 D-Ultraschall.
VayTek Inc. (Fairfield, Iowa) erzeugt eine Wiedergabesoftware für 3 D-volumetrische
regelmäßig beabstandete,
orthogonale Gitterdaten. Als ein weiteres Beispiel bietet Advanced
Visual Systems Inc. (Waltham, NA) ein AVS 5 Softwarepaket zum Konstruieren
und Wiedergeben von 3 D-Darstellungen aus der Vielzahl von Bilddatenframes.
Alternativ wird die Software für
die Rekonstruktion der 3 D-Darstellung für das oben beschriebene System 10 speziell
geschrieben. Es wird eine Standardsprache, wie C oder C + + bei
Windows NT® (Microsoft)
und ein Grafikanwendungsprogrammierinterface (beispielsweise Open
GL® (Silicon
Graphics Inc.)) benutzt. Es können
auch andere Sprachen, Programme und Computer benutzt werden.
-
Der
Prozessor ist so betreibbar, dass er innerhalb des Volumens einen
Hohlraum identifiziert und die perspektivische Position innerhalb
des Hohlraumes einstellt. Der Prozessor 16 detektiert eine Grenze
bzw. gibt ein Bild als Funktion der Grenze wieder. Für eine virtuelle
Endoskopie repräsentieren Ultraschalldaten
eine Struktur, wie ein Blutgefäß, eine
Herzkammer, eine Grenzfläche
zwischen Flüssigkeit
und Gewebe, eine Grenzfläche
zwischen verschiedenen Geweben oder andere identifizierbare Grenzflächen. Der
Prozessor 16 bestimmt die Grenze so, dass ein Abschnitt
aus einem Gefäß aus Frames
von Ultraschalldaten dargestellt wird. Die Grenze wird mit B-Modus-Ultraschalldaten
detektiert, die mit Dopplerdaten moduliert oder nicht moduliert
sind.
-
Es
wird ein oder es werden mehrere verschiedene Verfahren zum Bestimmen
der Grenze benutzt. Bei einer Ausführungsform wird die Grenze
als Funktion einer Schwelle bestimmt. Eine Schwelle wird bei den
Frames der Daten oder dem 3 D-Gitter der Daten angewandt. Alle Stellen,
die Datenwerten entsprechen, welche einen Schwellenwert von oben nach
unten oder umgekehrt überschreiten,
stellen die Grenze dar. Zum Beispiel wird eine geschlossene Struktur,
wie ein Gefäß, im Schnitt
abgebildet. Das Gravitationszentrum der umschlossenen Struktur, welche
durch den Rahmen der Daten dargestellt wird, wird bestimmt. Bei
verschiedenen Winkeln vom Gravitationszentrum aus, wie alle 10°, wird die
erste räumliche
Stelle als ein Grenzpunkt ausgewählt,
wo Daten den Schwellwert überschreiten.
Die Grenzpunkte werden verbunden, durch einen Tiefpass gefiltert
oder in anderer Weise benutzt, um die Grenze zu bilden. Dieser Prozesses
wird für
jeden Rahmen der Daten wiederholt, um die Grenze in drei Dimensionen
zu identifizieren.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
wird die Grenze als Funktion des maximalen Gradienten bestimmt.
Die Datenframes oder Daten in dem 3 D-Gitter werden längs jeder
Dimension gefiltert. Nach dem Filtern der Daten wird die Ableitung
zwischen räumlichen
Stellen bestimmt. Die Ableitung repräsentiert den Gradienten zwischen
benachbarten Punkten. Der maximale Gradient repräsentiert die Grenze. Weitere
Ausführungsformen,
wie sie beispielsweise im US-Patent
6,443,894 beschrieben sind, können zum
Identifizieren des Hohlraums oder einer anderen Grenze benutzt werden.
-
Die
perspektivische Position wird innerhalb des Volumens relativ zur
Grenze oder zum Hohlraum platziert. Zum Beispiel zeigt 3 ein
Platzieren der perspektivischen Position 52 innerhalb eines
durch das Gefäß 50 gebildeten
Hohlraums. Die perspektivische Position 52 wird durch den
Prozessor 16 automatisch platziert oder in Reaktion auf
die Benutzereingabe. Obwohl die perspektivische Position als innerhalb
des Gefäßes 50 liegend
dargestellt ist, kann sie auch außerhalb des Gefäßes 50 liegen.
-
Der
Prozessor 16 ist so betreibbar, dass er mit dem Satz Ultraschalldaten
eine Durchflug-Darstellung
des Volumens wiedergibt. Die Wiedergabe erfolgt aus der perspektivischen
Position, wie aus einer Position innerhalb eines Hohlraums in dem
Volumen. Eine einzige Durchflug-Darstellung liefert ein Bild, das
das Volumen darstellt, wie es aus der Sicht innerhalb des Volumens
wahrgenommen wird. Zum Beispiel zeigt 4 die Abbildung 60 einer
Durchflug-Darstellung
des Gefäßes 50 (3),
die aus der in 3 dargestellten perspektivischen
Position 52, erstellt worden ist. Der Ring 62,
der für
diese Beschreibung hervorgehoben bzw. gezeigt ist, entspricht der
Grenze, die die perspektivische Position 52 längs einer
Ebene umgibt. Die für
diese Beschreibung hervorgehobenen bzw. gezeigten Gitterlinien 64,
entsprechen der von der perspektivischen Position 52 aus
projizierten Grenze,. Die B-Modus- oder anderen -Ultraschalldaten,
die für
die Wiedergabe benutzt werden, liefern die beobachteten Flächen oder
die Textur der Grenze und für
Bereiche jenseits der Grenze. Die Flächen oder die Textur werden durch
Wiedergeben von Daten an der Grenze für die Pixel ohne Flächenwiedergabe
bzw. Strukturabbildung geliefert. Bei alternativen Ausführungsformen kann
eine oder es können
beide, die Oberflächen Wiedergabe
oder die Texturabbildung, benutzt werden. Die hervorgehobenen Linien
werden in der Abbildung nicht geliefert, können hier aber vorgesehen werden.
-
Der
Prozessor 16 gibt das Volumen der Durchflug-Darstellung
als Funktion der Grenze wieder. Die Grenze wird benutzt, um die
für die
Volumenwiedergabe benutzten Daten auszuwählen. Zum Beispiel werden für die Volumenwiedergabe
Daten benutzt, die die räumlichen
Stellen an einer Grenze oder zwischen zwei Grenzen repräsentieren.
Ein Datensatz, der gefiltert wurde, um Flussdaten zu entfernen,
Gewebedaten jedoch aufrechtzuerhalten, liefert eine Grenzdetektion
durch bloße
Wiedergabe. Einmal ausgewählt,
werden die Daten zu einem Volumen in einer von verschiedenen Möglichkeiten
gemacht, wie Alpha-Mischung (alpha blending), Projektion mit maximaler
Intensität
oder minimaler Intensität.
Alternativ werden die Daten an der Grenze ohne weitere Mischung
verwendet. Das Volumen wird aus einer Benutzerperspektive innerhalb
einer umschlossenen Struktur oder außerhalb der Struktur wiedergegeben.
Basierend (1) auf einem Bereich von Beobachtungswinkeln, wie 120°, und den
Inkrementalwerten zwischen jedem Beobachtungswinkel, wie 1 °, oder (2)
einer Anzahl von verschiedenen Benutzerperspektiven längs einer
3 D-Kurve, werden dreidimensionale Projektionen bestimmt. Jede Projektion entspricht
perspektivischen Positionsbeobachtungswinkeln, die nach außen strahlen.
Die 3 D-Datenproben werden für
jeden Beobachtungswinkel ausgewählt
oder längs
der Sichtlinien oder „in" das 3 D-Gitter oder
Volumen summiert. Somit wird ein Wert für jeden Bereich in einer Beobachtungsrichtung
bestimmt.
-
Für eine Alpha-Mischung
wird jede 3 D-Datenprobe einer Gewichtung unterworfen. Die Gewichtungswerte
werden ausgewählt,
um nahe Objekte hervorzuheben. So wird eine Wahrnehmung von vorderen
und hinteren Bereichen erzeugt. Bei einer alternativen Ausführungsform
entsprechen die Gewichte den jedem Voxel (Volumenelement) als Funktion
der Da ten zugeordneten Deckfähigkeitswerte. Alpha-Mischung
erlaubt eine Betrachtung der inneren Objekte bezogen auf die umgebenden
Objekte. Statt einer Alpha-Mischung können Maximum-, Minimum oder
andere Funktionen benutzt werden. Für eine Maximum- oder Minimumintensitätsprojektion werden
die Maximum- bzw. Minimum-3-D-Datenproben an Stelle einer Summierung
längs der
jeweiligen Linie benutzt. Andere Betrachtungstechniken können eingesetzt
werden.
-
Durch
Wiedergeben einer Vielzahl von Durchflug-Darstellungen in sequentieller
Reihenfolge liefert der Prozessor 16 Betrachtungen der
Grenze oder des Volumens aus unterschiedlichen Richtungen und/oder
verschiedenen perspektivischen Positionen innerhalb des Volumens.
Zum Beispiel gibt der Prozessor 16 eine Vielzahl von Durchflug-Darstellungen
wieder, die verschiedene Teile eines Gefäßes oder einer Kammer darstellen.
Als ein weiteres Beispiel gibt der Prozessor eine Vielzahl von Durchflug-Darstellungen
wieder, die wenigstens einen Teil einer virtuellen Endoskopie darstellen.
Die perspektivische Position wird innerhalb oder längs einer
Grenze bewegt, um das Durchfliegen wenigstens eines Teils des Volumens
nachzubilden. Bei einer Ausführungsform
werden Änderungen
in den Sichtwinkeln oder in der perspektivischen Position als Teil
der Programmierung des Prozessors 16 automatisiert. Alternativ
steuert der Benutzer die Änderungen.
-
Die
Benutzereingabevorrichtung 18 ist ein Trackball, eine Maus,
es sind zugeordnete Tasten, Software gesteuerte Tasten, ein Touchscreen,
ein Joystick oder andere Eingabevorrichtungen. Die dem Benutzer
gezeigte Perspektive wird in Abhängigkeit von
der Benutzereingabevorrichtung 18 gesteuert. Der Benutzer ändert die
perspektivische Position für die
Wiedergabe durch Auswählen
einer visuellen Position. Positionsänderungen werden dem Benutzer durch Ändern der
angezeigten Wiedergabe gezeigt. Zum Beispiel tritt, abhängig von
der Eingabe des Benutzers, die Sicht des Benutzers einer Durchflug-Darstellung
in ein Gefäß ein, verlässt es oder
bewegt sich längs
eines Gefäßes, des
Herzens oder einer anderen Grenze. Der Benutzer kann die Bewegung
aushalten, zoomen, oder die Beobachtungswinkel drehen, um verschiedene
Teile der Grenze, wie eines Gefäßes oder
einer Herzkammerwand oder einer Klappe, zu untersuchen. Die visuellen
Positionen für
die Wiedergabe werden ausgewählt,
um die Geometrie und/oder die Textur der wiedergegebenen Grenze
zu untersuchen. Zum Beispiel veranlasst der Benutzer das System 10,
um eine Reihe von Abbildungen der Halsschlagader zu erzeugen. Die Bilderreihe
entspricht der Bewegung der visuellen Position längs eines Pfades durch die
Struktur. Der Benutzer veranlasst die Bewegungsperspektive in der
Nähe eines
Wahrscheinlichkeitsbereiches einer Stenose an der Grenze zu stoppen.
Durch Überprüfen der
wiedergegebenen Grenze können
Plaque oder andere Abnormalitäten
detektiert werden.
-
Das
Display 20 ist ein CRT, LCD, OLED, Plasmaschirm, Projektor,
eine Kombination hieraus oder es sind andere jetzt bekannte oder
später
entwickelte Anzeigevorrichtungen. Das Display 20 ist so betreibbar,
dass es eine oder mehrere Durchflug-Darstellungen anzeigt. Zum Beispiel
liefert eine Folge von Abbildungen eine virtuelle Endoskopie. Die
Abbildungen sind Durchflug-Darstellungen, die durch den Prozessor 16 wiedergegeben
werden.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
eines Verfahrens für
eine dreidimensionale Durchflug-Wiedergabe. Das Verfahren wird unter
Verwendung des oben beschriebenen Systems 10 oder eines
hiervon verschiedenen Systems ausgeführt. Zusätzliche, verschiedene oder
weniger Vorgänge
können
in der gleichen oder in einer anderen Reihenfolge, als in 2 gezeigt,
vorgesehen werden. Zum Beispiel werden Ultraschalldaten im Schritt 30 ohne
die Kombination des Schrittes 32 gewonnen. Als weiteres
Beispiel werden die kombinierten Daten des Schritts 32 nur für die Grenzendetektion
oder nur für
die Wiedergabe benutzt, wobei verschiedene Typen von Daten für das andere,
Grenzdetektion oder Wiedergabe, verwendet werden. Bei einem weiteren
Beispiel wird die perspektivische Position in Schritt 36 vor
der Identifizierung der Grenze in Schritt 34 eingestellt.
-
In
Schritt 30 wird ein Satz von Ultraschalldaten, wie B-Modus-Daten,
die ein Volumen repräsentieren,
gewonnen. Der Satz von Ultraschalldaten hat irgendein Format, wie
es für
die Wiedergabe in einer Erfassungsanordnung oder in einer zweidimensionalen
Abbildungsanordnung rekonstruiert wird. Der Ultraschalldatensatz
wird aus einer einzigen Art von Daten gebildet, kann aber auch verschiedene
Arten von Daten, wie B-Modus- und Dopplerdaten enthalten. Der Datensatz
repräsentiert
das Volumen zu im Wesentlichen einem einzigen Zeitpunkt, kann das Volumen
aber auch als Funktion der Zeit darstellen. Bei einer Ausführungsform
repräsentiert
der Satz der Ultraschall-B-Modus-Daten das Volumen zu verschiedenen
Zeiten, die mit einem Herzzyklus synchronisiert sind. Die verschiedenen
Zeiten entsprechen den verschiede nen Phasen des Zyklus oder der gleichen
Phase verschiedener Zyklen. Die Daten werden aus einem Speicher,
einer Datenübertragung oder
in Realzeit aus einem Erfassungssystem erhalten.
-
In
Schritt 32 werden B-Modus-Signale mit Fluss- oder Dopplersignalen
kombiniert, um die räumliche
Auflösung
und/oder den Kontrast zu vergrößern. Es
werden B-Modus- und Dopplersignale, die für das Volumen repräsentativ
sind, erzeugt und erfasst. Die B-Modus-Abbildungssignale weisen eine harmonische
Information, eine fundamentale Information, eine räumlich gefilterte
Information, eine zeitlich gefilterte Information, eine in der Intensität nicht verarbeitete
Information oder andere das Gewebe darstellende Signale auf. Die
Dopplerbildsignale sind Geschwindigkeits-, Energie-, Varianz- oder
andere Flussabschätzungen
für verschiedene
räumliche Stellen.
Die Abschätzungen
werden unter Anwendung einer Filterung, Begrenzung oder anderer
Prozesse verarbeitet oder werden unverarbeitet, wie durch einen
Dopplerabschätzer,
ausgegeben. Die Kombination kann in einem abtastungskonvertierten oder
in einem zweidimensionalen Bildgebungserfassungsformat oder nach
der Rekonstruktion der Daten zu einem 3 D-Gitter oder einem anderen
Format erfolgen.
-
Ein
Satz von für
das Volumen repräsentativen
Ultraschall-B-Modus-Daten wird auf der Grundlage der Kombination
mit den Dopplersignalen erzeugt. Die B-Modus-Signale werden als
eine modulierte, nicht lineare Funktion sowohl der Doppler- als
auch der B-Modus-Signale erzeugt. Zum Beispiel hält die nicht lineare Funktion
im Wesentlichen Teile der B-Modus-Signale, die dem stationären Gewebe
zugeordnet sind, aufrecht und unterdrückt im Wesentlichen Teile der
B-Modus-Signale, die dem Fluss zugeordnet sind. Das Dopplerbildsignal
wird begrenzt, um dem Gewebe und dem Fluss zugeordnete Dopplerbildsignale
zu identifizieren. Zum Beispiel wird die Anwendung spezieller Geschwindigkeits-
und/oder Energieschwellen angewandt. Die erhaltenen Daten eines
einzigen Typs der Abschätzung,
wie der Geschwindigkeit oder der Energie, werden ausgegeben. Bei
alternativen Ausführungsformen
werden mehrere Typen von Dopplerabschätzungen ausgegeben.
-
Die
B-Modus- und Dopplerbildsignale werden kombiniert, um individuelle,
für das
Volumen repräsentative
Daten zu erzeugen. Zum Beispiel werden, unter Verwendung einer modulierten,
nicht linearen Funktion, sowohl der Doppler- als auch der B-Modus-Bildsignale,
ein B-Modus-Bildsignal und ein Dopplerbildsignal, die die selbe
räumliche
Stelle repräsentie ren,
kombiniert. Es können
verschiedene Kombinationsfunktionen ausgeführt werden. Bei einer Ausführungsform
wird ein B-Modus- oder Graustufensignal ausgegeben gemäß der Funktion: Bout =
Bin(1 – α·f(D)), (1)wobei Bout das kombinierte Ausgangssignal oder die Anzeigeinformation
bedeutet, Bin das B-Modus-Bildsignal oder die B-Modus-Helligkeit
ist, D das originale Dopplersignal ist, f eine Abbildungsfunktion
ist, die so normalisiert ist, dass sie innerhalb des Bereichs 0
bis 1 liegt, und a ein Gewicht ist, das steuert, wie stark die Dopplerinformation
die Gewebehelligkeit beeinflusst, wenn sich die Flussenergie oder
-geschwindigkeit ändert.
Diese Kombination stellt sich auf einen Color-Flash-Artefakt ein
oder vermeidet ihn und entfernt aus dem B-Modus-Bildsignal Artefakte der Elevationstrahlbreite.
In der obigen Gleichung (1) ist das B-Modus-Bildsignal mit dem Dopplerbildsignal
moduliert. Bei alternativen Ausführungsformen
ist das Dopplerbildsignal durch das B-Modus-Bildsignal moduliert.
-
Der
Zweck der Funktion f ist es, das Dopplersignal hervorzuheben und/oder
einen starken und/oder schwachen Fluss abzuschwächen, um dem B-Modus-Signal
ein natürliche
Aussehen zu verschaffen. Zum Beispiel ist in einer Nierenabbildung, in
der sowohl Bögen
als auch eine Arterie vorliegt, das Dopplersignal in der Arterie
sehr stark, in den Bögen
jedoch sehr schwach. Ohne irgendeine Abbildungsfunktion, die ein
bedeutsames Blending (Vermischung) der Bögen vorsieht, kann die Arterie überzeichnet
sein. Wenn andererseits die Arterie durch Blending natürlicher
dargestellt werden soll, kann das Blending der Bögen zu schwach sein, um sichtbare
Effekte aufzuweisen. Durch Anwendung einer nicht linearen Übertragungsabbildung,
zum Beispiel einer logarithmischen Kompression können die schwachen Bögen hervorgehoben
werden, während der
Arterienfluss abgeschwächt
werden kann, wodurch ein besserer Ausgleich zwischen den beiden erzeugt
werden kann. Schließlich
wird das Dopplerbildsignal durch Teilen des Dopplerbildsignals mittels des
maximalen Dopplerwertes, wie eines 255-Wertes, normalisiert. Es können auch
andere Normalisierungsfunktionen benutzt werden. Obwohl eine Normalisierung
auf eine Einheit dargestellt ist, können andere Normalisierungsfunktionen
angewandt werden, die zu verschiedenen Bereichen führen, wie
Bereichen mit ei nem Maximalwert oberhalb oder unterhalb 1. Bei alternativen
Ausführungsformen
wird das B-Modus-Bildsignal
normalisiert.
-
Das
Gewicht, α,
moduliert das Dopplerbildsignal. Das Gewicht ist als Funktion eines
Wertes ausgelegt. Irgendwelche verschiedene Werte können benutzt
werden, wie B-Modus- oder
Dopplerbildsignale. Zum Beispiel adaptiert das Gewicht als Funktion
eines Dopplerbildsignals Modulation oder Multiplikation beim Dopplerbildsignal.
Wenn beispielsweise das Dopplerbildsignal zunimmt, nimmt das Gewicht ab.
Bei alternativen Ausführungsformen
sind komplexere funktionelle Beziehungen zwischen dem Dopplerbildsignal
und dem Gewicht vorgesehen. Zum Beispiel werden anwendungsspezifische
Funktionen benutzt. Im Allgemeinen ist der Gewichtswert ebenfalls niedrig,
wo der Dopplerwert niedrig ist, um zu vermeiden, dass Flash-Artefakte
in die B-Modus-Information moduliert werden. Bei einer Ausführungsform nimmt
der Gewichtswert linear mit Vergrößerungen im Energiewert bis
zu einem bestimmten Punkt zu und dann wird der selbe Gewichtswert
für Mittelbereichsenergiewerte
benutzt. Für
höhere
Energiewerte wird ein anderer, z.B. ein niedrigerer Gewichtswert benutzt.
Es können
verschiedene funktionelle Endpunkte und Ausgangspunkte vorgesehen
werden, wie auch verschiedene funktionelle Beziehungen. Das Gewicht
ist ein Wert zwischen 0 und 1, es können aber andere Bereiche vorgesehen
werden. Das Gewicht steuert effektiv die Empfindlichkeit. Bei einer Ausführungsform
für starke
Flusssignale, wie sie einem großen
Gefäß zugeordnet
sind, wird das Gewicht als hoher Wert ausgewählt, so dass das B-Modus-Bildsignal,
welches eine Störung
darstellt, entfernt wird. Für
Bildgebungsanwendungen, die kleinen Gefäßen zugeordnet sind, kann im
Hinblick auf ein mehr erwünschtes
bzw. erwartetes Aussehen ein kleinerer Gewichtswert für hohe Dopplerbildsignale benutzt
werden.
-
Das
erhaltene gewichtete oder modulierte Dopplerbildsignal moduliert
dann das B-Modus-Bildsignal.
Durch Multiplizieren des Gewichtes mit dem Dopplerbildsignal und
Subtrahieren des Ergebnisses von 1, werden niedrige Dopplerwerte
mit einer geringen Einflussnahme auf das B-Modus-Bildsignal erzeugt,
die zu einer Verbesserung des B-Modus-Bildsignals führen. Für hohe Werte
des Dopplerbildsignals wird sogar für B-Modus-Signale eines hohen Wertes
das B-Modus-Bildsignal reduziert oder unterdrückt. Liegt zum Beispiel ein
starker Fluss vor, wird das Gewicht als hoch oder nahe dem Einheitswert liegend
ausgewählt.
Als Folge hiervon wird das B-Modus-Bildsignal mittels eines im Wesentlichen O-Wertes
multipliziert oder moduliert, was zu Anzeigeinformationen führt, die
die Abwesenheit eines Signals repräsentieren, wie die einem Gefäß zugeordnete
Farbe schwarz. Liegt ein schwacher Fluss vor, wie er einem Flash
zugeordnet ist, wird das Gewebesignal aufrechterhalten oder nur
geringfügig
relativ zur den übrigen
Gewebesignalen reduziert. Es könnte
auch eine normale Dopplerverstärkung
benutzt werden. Eine normale Dopplerverstärkung kann nicht vom Flusssignal
abhängig
sein, sondern kann die Empfindlichkeit gleichmäßiger erhöhen/verringern.
-
Die
oben beschriebene modulierte, nicht lineare Funktion hält im Wesentlichen
eine geringe Einflussnahme auf den Teil des B-Modus-Bildsignals aufrecht,
der dem stationären
Gewebe zugeordnet ist und unterdrückt im Wesentlichen Teile des
B-Modus-Bildsignals, welches dem Fluss zugeordnet ist (d.h. hebt
das stationäre
Gewebebildsignal gegenüber
dem dem Fluss zugeordneten B-Modus-Bildsignal hervor). Das Begrenzen,
Störsignal-Filtern und/oder
andere Prozesse zum Entfernen von dem Gewebe zugeordneten Dopplerbildsignalen
verhindern eine unerwünschte
Veränderung
der stationären
Gewebesignale. Die oben angegebene Kombinationsfunktion unterdrückt im Wesentlichen
die mit dem Gewebe zusammenhängenden
Dopplerbildsignale, die als niedrige oder im Wesentlichen mit Null bewertete
Dopplersignale vorliegen. Als Folge hiervon unterdrückt die
Kombination im Wesentlichen die mit kleinen Gefäßstellen verbundenen B-Modus-Bildsignale
dort, wo die B-Modus-Bildsignale ein Gewebesignal in einer kleinen
Gefäßstelle
anzeigen. Der erhaltene niedrige Wert oder der die Abwesenheit des
Signal anzeigende Wert identifiziert mit größerer Wahrscheinlichkeit das
kleine Gefäß in dem
erhaltenen B-Modus-Bild. Im Allgemeinen werden B-Modus-Bildsignale
unterdrückt,
die Dopplerbildsignalen zugeordnet sind, welche Werte innerhalb
etwa eines oberen Drittels des Bereiches der möglichen Dopplerbildsignale
aufweisen. Andere Unterdrückungsbereiche,
wie eine obere Hälfte,
können
auf der Grundlage der adaptiven Gewichtung benutzt werden. Der Ausdruck „etwa" wird benutzt, um
die allmähliche Änderung
in der normalisierenden Gewichtungsfunktion in Betracht zu ziehen,
mit der das B-Modus-Bildsignal moduliert wird. Unter Verwendung
der obigen Kombinationsfunktion werden Elevations-Artefakte im B-Modus-Bildsignal
im Wesentlichen als Funktion des Dopplerbildsignals unterdrückt.
-
Die
Ausgabe der oben diskutierten Kombinationsfunktion wird für eine Graustufenabbildung
benutzt oder als Graustufenwert generiert. Zum Beispiel wird die
obige Kombinationsfunktion für
eine radiologische Bildgebung von im Wesentlichen des stationären Gewebes
be nutzt. Der Ausdruck „Im
Wesentlichen" wird
benutzt, um eine Gewebebewegung in Folge des zyklischen Blutflusses,
des Atmens, der Patientenbewegung oder anderer langsamer Bewegungen
zu berücksichtigen.
Durch Multiplizieren des B-Modus-Bildsignals mit dem gewichteten
Dopplerbildsignals werden Störungen
und Artefakte entfernt. Ein höheres
B-Modus-Bildsignal wird erzeugt, wo das Dopplerbildsignal niedrig
ist. Das erhaltenen radiologische Bild identifiziert kleine Gefäße besser und
entfernt Störungen
aus großen
Gefäßen.
-
Bei
weiteren alternativen Ausführungsformen
wird die Kombination zum Erzeugen nur eines B-Modus-Bildes oder
nur eines Dopplerbildes wiederholt. Zum Beispiel werden B-Modus-
und Dopplerbildsignale kombiniert, um ein B-Modus-Ausgangssignal
zu erzeugen. Das B-Modus-Ausgangssignal wird
dann als B-Modus-Eingangssignal zum Kombinieren mit dem Dopplerbildsignal
benutzt, um ein weiteres B-Modus-Ausgangssignal zu erzeugen.
-
Es
sind andere Formen der Kombinationsfunktion möglich. Zum Beispiel wird ein
B-Fluss- oder Graustufenausgangssignal,
das sowohl das Gewebe wie auch den Flüssigkeitsfluss darstellt unter
Verwendung der folgenden Kombinationsfunktion geliefert: Bout = Bin + αD.
-
Das
Gewicht, α,
ist entweder konstant oder adaptiv. Bei einer Ausführungsform
ist das Gewicht adaptiv als Funktion des Dopplerbildsignals, D,
oder des B-Modus-Bildsignals, Bin. Das Gewicht
liegt innerhalb des Bereichs von 0 bis 1. Das Dopplersignal D ist
nicht normalisiert, kann aber normalisiert werden. Das Doppler-Bildsignal
wird mit dem Gewicht moduliert oder multipliziert. Das gewichtete
Dopplerbildsignal und ein B-Modus-Bildsignal werden dann addiert.
Bei alternativen Ausführungsformen
wird beim B-Modus-Bildsignal die gleiche Gewichtung oder es wird
eine verschiedene Gewichtung vorgenommen. Ein Graustufen- oder B-Modus-Ausgangssignal
wird zur Darstellung von sowohl dem Fluss wie auch dem Gewebe geliefert.
Die adaptive Kombination liefert eine gute Auflösung, Empfindlichkeit und Eindringung
durch eine sanfte Mischung der Dopplerinformation mit der B-Modus-Information.
Diese B-Modus-Flussabbildung kann für verschiedene Anwendungsfälle, wie
für bildgebende
Kontrastmittel, benutzt werden. Bei alternativen Ausführungsformen enthalten
die aus der Aufsummierungskombinationsfunktion resultierenden Display-Indizes
eine Farbinformation. Bei einer Ausführungsform ist α = 0,5. Dieser
konstante Wert liefert einen ausreichenden Kontrast für das Flusssignal
gegenüber
dem umgebenden Gewebe ohne die gewünschte Information zu entfernen.
-
In
Schritt 34 wird mit einem Prozessor aus dem erfassten Satz
von Ultraschalldaten, wie B-Modus-Daten, eine Grenze identifiziert.
Zum Beispiel wird mit den Ultraschalldaten automatisch ein Hohlraum
identifiziert. Ein Teil der gesamten Grenze innerhalb des Volumens
wird identifiziert. Durch automatisches Identifizieren der Grenze
mit einem Prozessor wird ein Nachverfolgen (Tracing) von interessierenden
Bereichen oder Grenzen durch den Benutzer vermieden. Der Benutzer
kann eine Schwelle oder andere Parameter eingeben, die für die automatische
Detektion oder Identifikation einer Grenze benutzt werden. Bei anderen
Ausführungsformen ändert der
Benutzer eine automatisch detektierte Grenze oder gibt die Grenze
direkt manuell ein. Ein Teil der Grenze kann manuell eingegeben
werden und dann unter Verwendung von automatisierten Prozessen verfeinert
werden. Bei einer Ausführungsform werden
sämtliche
Grenzen, die mit einem ausreichenden Gradienten oder einer anderen
Charakteristik innerhalb des Volumens in Verbindung stehen, identifiziert.
Alternativ wird die Grenze als Funktion einer perspektivischen Position
identifiziert. Die perspektivische Position wird innerhalb eines
Hohlraums oder eines anderen Bereiches des Volumens platziert. Die
Stelle und der Datenwert aller Daten längs verschiedener Beobachtungswinkel
aus der perspektivischen Position, die einen Schwellenwert der Änderung überschreiten,
wenn z.B. von niedrigen zu hohen Werten gegangen wird, werden als
Grenze identifiziert.
-
Die
Durchflug-Darstellungen des Volumens werden mit den erfassten Ultraschalldaten
wiedergegeben. In Schritt 36 wird die perspektivische Position innerhalb
des Volumens für
die Wiedergabe und/oder Grenzdetektion eingestellt. Bei einer Ausführungsform
wählt der
Benutzer innerhalb eines zweidimensionalen Bildes oder einer dreidimensionalen
Wiedergabe des Volumens eine perspektivische Position aus. Zum Beispiel
wählt der
Benutzer, unter Verwendung einer Eingabevorrichtung, auf der Grundlage
einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Bilddarstellung anfängliche
Start- und Stop-Positionen aus, um die gewünschte Startposition (beispielsweise
das Ende eines Pfeils) und die gewünschte Anfangsrichtung des
Weges (beispielsweise die Richtung, in die der Pfeil zeigt) anzuzeigen.
Außerdem kann
die Länge
des Pfeils so ausgebildet werden, dass sie die gewünschte Anfangsgeschwindigkeit
repräsentiert, mit
der sich die Wiedergabevorrichtung durch das Volumen „bewegt". Es können verschiedene
Benutzeroptionen verfügbar
sein, wie Start, Stopp, Richtung, Geschwindigkeit des Durchflugs, umgekehrter
Durchflug, Drehen, Zoomen, Tiefe des Beobachtungsfeldes, Entsprechung
normaler 2 D- oder 3 D-Bilder, Eintauchanzeige, virtuelle Realitätsanzeige
und stereoskopische Anzeige. Es sind verschiedene zusätzliche
oder weniger Benutzereingaben und/oder Wechselbeziehungen möglich. Alternativ
positioniert ein Prozessor automatisch die perspektivische Position
an einer vorbestimmten Stelle innerhalb des Volumens oder an einer
mit einer speziellen Charakteristik im Zusammenhang stehenden Stelle,
wie einer mit dem Fluss oder anderen Indikationen eines Gefäßes oder
eines Hohlraums in Zusammenhang stehenden Stelle.
-
In
Schritt 38 wird die Durchflug-Darstellung aus der perspektivischen
Position wiedergegeben. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Wiedergabe mit
den gleichen Ultraschalldaten, die zum Identifizieren der Grenze
benutzt werden, wie dem gleichen Satz von Ultraschall-B-Modus-Daten.
Die Verwendung der gleichen Daten vermeidet Abtastverzögerungen,
die mit der Erfassung verschiedener Typen von Daten verbunden sind,
ferner Verarbeitungsverzögerungen,
die mit dem Rekonstruieren und Wiedergeben verschiedener Typen von
Daten verbunden sind und/oder Verarbeitungsverzögerung, die im Zusammenhang
mit dem Kombinieren von Daten durch ein dreidimensionales Volumen
hindurch stehen. Bei der Ausführungsform,
bei der die Kombination von Schritt 32 benutzt wird oder
andere Daten mit hoher räumlicher
Auflösung
benutzt werden, kann eine klarere Gefäß- oder Grenzdetektion die Folge
sein. Eine höhere
räumliche
Auflösung
erlaubt eine einfachere Segmentierung, wie die Verwendung einer
Schwellen- oder Maximal-Gradientendetektion einer
Grenze. Unter Verwendung von Dopplerdaten vor der Identifizierung
einer Grenze können
die Dopplerdaten als ein zweidimensionaler Bildgebungsprozess, unter
Verwendung einer Interpolation zur Rekonstruktion verschiedener
Arten von Daten zu einem dreidimensionalen Gitter, für die Wiedergabe
angewandt werden. Die vergrößerte räumliche Auflösung kann
eine genauere Wand-Ortsbestimmung und Geometrie ermöglichen.
Wo Ultraschall-B-Modus-Daten als Satz der Ultraschalldaten benutzt
werden, liegen reduzierte Flash-Artefakte vor.
-
Es
kann irgendeine der verschiedenen Wiedergabetechniken benutzt werden.
Unter Verwendung von Ultraschall-B-Modus-Daten können eine dreidimensionale
Wiedergabe unter Verwendung von Alpha-Blending, eine Maximal-Projektion,
eine Minimal-Projektion oder andere Projektionstechniken vorgesehen
werden, die frei von einer Flächen-
oder Texturwiedergabe sind. Die B-Modus-Daten liefern die Darstellung
der Textur oder Fläche,
ohne dass Daten auf einer speziellen Grenze abgebildet werden müssen. Die
der identifizierten Grenze zugeordneten Daten werden für die Wiedergabe
benutzt. Eine Projektionswiedergabe längs verschiedener Beobachtungswinkel
kann computermäßig effizienter
sein als wenn sie durch eine Flächenwiedergabe
oder eine andere Texturabbildung geliefert würde. Alternativ werden eine
Flächenwiedergabe
und/oder Texturabbildung benutzt.
-
Für pulsierende
Ziele erfolgt die Wiedergabe als eine Funktion der Zeit, die ein
Gefäß in einer
bestimmten Herzphase darstellt oder das Gefäß über eine Vielzahl von Herzphasen
darstellt. Ein Ausblenden wird benutzt, um die Erfassung der Ultraschalldaten
aus dem Patienten zu triggern. Um die dreidimensionale Bildgebung
zu verbessern werden nur Bilder, die ausgewählten Abschnitten des ECG-Zyklus,
des Atemzyklus oder beiden entsprechen, benutzt. Beim ECG-Ausblenden
wird ein Fenster mit einer festen Zeitdauer nach dem ECG-Impulsmaximum ausgewählt. Beim
Atemzyklusausblenden ist es oft am einfachsten den Patienten zu
bitten, seinen oder ihren Atem für
die kurze Dauer einer Ultraschallabtastung anzuhalten. Alternativ
kann die Brustbewegung unter Verwendung eines Verschiebungssensors
aufgezeichnet werden und die Daten können für einen Abschnitt des Atemzyklus
ausgewählt
werden. Bei einer weiteren Alternative kann die Temperatur der Luft
in den Nasenlöchern
des Patienten detektiert werden. Als eine Alternative zum Ausblenden
können
Daten, die eine besondere Phase des Zyklus darstellen, ausgewählt und
benutzt werden.
-
Bei
anderen Ausführungsformen
werden Daten, die verschiedene Phasen des Zyklus repräsentieren,
benutzt, um eine Folge von Bildern zu erzeugen, die die Änderungen
im abgebildeten Volumen als Funktion der Zeit und des Zyklus zeigen.
Datenframes aus verschiedenen Punkten im Herzzyklus oder einem anderen
Zyklus werden erhalten. Die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt wiedergegebenen Bilder
entsprechen dem geeigneten Abschnitt des Zyklus. Die Grenze und
die Wiedergabe werden für jede
Zeit innerhalb des Zyklus getrennt ausgeführt. Wenn der Benutzer die
die Struktur repräsentierenden
Bilder betrachtet, ändert
sich die Struktur als Funktion der Zeit.
-
Durch
sequentielles Wiedergeben einer Vielzahl von Durchflug-Darstellungen
von verschiedenen Teilen des Volumen, der Grenze, des Gefäßes oder der
Kammer, wird eine virtuelle Endoskopie geschaffen. Die perspektivische
Position wird entweder in Reaktion auf die Eingabe des Benutzers
oder automatisch eingestellt. Für
eine automatische Einstellung wird die perspektivische Position
zu einer Stelle mit einer ähnlichen
Entfernung und einem ähnlichen Winkel
relativ zur Grenze verändert,
wie durch Verwendung eines Kollisionsverhinderungsalgorithmus. Die
perspektivische Position bewegt sich längs einer Achse eines Gefäßes, um
verschiedene Positionen einer Kammer oder längs einer oder mehrerer Achsen
auf einer Grenzfläche.