DE102007020317A1

DE102007020317A1 - Vorrichtung und Verfahren zur 3D-Visualisierung von Strömungsflüssen

Info

Publication number: DE102007020317A1
Application number: DE102007020317A
Authority: DE
Inventors: Kjell Kristoffersen; Sevald Berg; Andreas Michael Ziegler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-03-27
Also published as: CN101156786B; JP5268280B2; US20070255138A1; CN101156786A; JP2007296333A

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen der Flusstransparenzwerte für Voxel, die den Blutfluss in einem Ultraschalldatenvolumen abbilden, umfassen das Identifizieren (202) von Geschwindigkeitswerten und Abweichungswerten für Voxel in einem Datenvolumen (16). Die Flusstransparenzwerte für die Voxel werden basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Geschwindigkeitswert berechnet (206).

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Die Anwendung bezieht sich auf und beansprucht die Priorität der vorläufigen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 60/795,550 und dem Titel „Method and Apparatus for Calculating a Flow Transparency Value" (Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen eines Flusstransparenzwertes), eingereicht am 27. April 2006, deren vollständiger Erfindungsgegenstand ausdrücklich in seiner Gesamtheit hierin enthalten ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf diagnostische Ultraschallsysteme und im Besonderen auf das Berechnen von Flusstransparenzwerten für Voxel, die den Blutfluss abbilden.
Mit den derzeit erhältlichen Ultraschallsystemen kann die Diagnostizierung sowie die Auswertung von turbulentem Blutfluss durch ein Blutgefäß eine Herausforderung darstellen. Der normale Blutfluss kann verschattet sein oder es auf andere Art und Weise erschweren, einen Teil oder den gesamten turbulenten Flussjet beim Darstellen auf einer Anzeige oder einem Monitor zu visualisieren. Die turbulenten Flussjets, die während der Mitralklappen- oder Trikuspidalklappenregurgitationen im Herzen auftreten, weisen bei Anwendung eines Farbdopplers typischerweise Geschwindigkei ten auf, die die Nyquist-Geschwindigkeit übersteigen. Aufgrund des Aliasing-Effektes könnte ein schneller Blutfluss fälschlicherweise als langsam erfasst und dargestellt und somit nicht zuverlässig gemessen werden.
Das Volumenrendering wird verwendet, um eine Reihe in eine Richtung aufeinander folgender Voxel zu visualisieren, die einen Intensitätswert und einen Transparenzwert (oder Opazitätswert) aufweisen. Der Transparenzwert wird verwendet, um zu bestimmen, wie viel Licht zurückbleibt und wie viel Licht vom Voxel reflektiert wird. Mit anderen Worten bestimmt der Transparenzwert, wie lichtundurchlässig oder lichtdurchlässig der Voxel bei der Anzeige ist.
Daher besteht Bedarf für die Berechnung des Flusstransparenzwertes, um die Bereiche des turbulenten Blutflusses besser darstellen zu können. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beabsichtigen, diesen Bedarf und weitere Aufgaben, die aus der nachstehend dargelegten Beschreibung und den Figuren deutlich werden, zu erfüllen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Berechnen der Flusstransparenzwerte für Voxel, die den Blutfluss in einem Ultraschalldatenvolumen abbilden, das Identifizieren von Geschwindigkeitswerten und Abweichungswerten für Voxel in einem Datenvolumen. Flusstransparenzwerte für die Voxel werden basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Geschwindigkeitswert berechnet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Anzeigen des Blut flusses in einem Ultraschalldatenvolumen einen Prozessor zum Identifizieren eines Abweichungswertes und eines Geschwindigkeitswertes für jeden Voxel in einem den Blutfluss umfassenden Datenvolumen. Der Prozessor berechnet einen Flusstransparenzwert für jeden Voxel basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Geschwindigkeitswert. Ein Volumenrenderingprozessor verwendet die Flusstransparenzwerte beim Volumenrendering des Datenvolumens. Eine Anzeige zeigt die auf den Flusstransparenzwerten basierenden volumengerenderten Daten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Berechnen der Flusstransparenzwerte für Voxel, die den Blutfluss in einem Ultraschalldatenvolumen abbilden, das Identifizieren eines Abweichungswertes für jeden der Voxel in einem Datenvolumen. Der Abweichungswert für jeden der Voxel wird mit einem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten verglichen. Ein Flusstransparenzwert wird für jeden der Voxel mit einer Transferfunktion berechnet, die mindestens auf dem Abweichungswert und einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten basiert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt ein Blockdiagramm eines Ultraschallsystems dar, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
2 stellt ein Ultraschallsystem dar, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
3 stellt ein Verfahren zum Berechnen von Flusstransparenzwerten für Flussvoxel in einem Ultraschalldatenvolumen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt ein alternatives Verfahren zum Berechnen von Flusstransparenzwerten für Flussvoxel in einem Ultraschalldatenvolumen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für Flussvolumenrendering gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt Ultraschallbilder zweier unterschiedlicher Flussjets dar, die mit unterschiedlichen Transparenzstufen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
Die vorstehende Zusammenfassung sowie die nachstehende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen werden. Die Figuren stellen Diagramme der Funktionsblöcke der verschiedenen Ausführungsformen dar. Die Funktionsblöcke sind nicht notwendigerweise bezeichnend für die Trennung von Hardware und Schaltungsbauteilen. Daher können zum Beispiel ein oder mehrere der Funktionsblöcke (z. B. Prozessoren oder Speicher) in ein einzelnes Hardwarestück (z. B. ein U niversalprozessor oder ein Block- oder Direktzugriffsspeicher, eine Festplatte oder Ähnliches) implementiert sein. Gleichermaßen können die Programme unabhängige Programme, als Unterprogramm in einem Betriebssystem enthalten, Funktionen in einem installierten Bildsoftwarepaket und Ähnliches sein. Es sollte verstanden werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht auf die in den Figuren dargestellten Anordnungen und Instrumentarien begrenzt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt ein Blockdiagramm eines Ultraschallsystems 100 dar. Das Ultraschallsystem 100 umfasst einen Sender 102, der in einem Schallkopf 106 Wandler 104 antreibt, um gepulste Ultraschallsignale in einen Körper abzugeben. Es können verschiedene Geometrien verwendet werden. Zum Beispiel kann der Schallkopf 106 verwendet werden, um 2D, 3D oder 4D-Ultraschalldaten zu erfassen und kann ferner Fähigkeiten wie z. B. die 3D-Strahlensteuerung aufweisen. Es können auch andere Arten Schallköpfe 106 verwendet werden. Die Ultraschallsignale werden von den Strukturen im Körper wie z. B. Blutzellen oder Muskelgewebe rückgestreut, um Echos zu erzeugen, die zu den Wandlern 104 zurückkehren. Die Echos werden von einem Empfänger 108 empfangen. Die empfangenen Echos durchlaufen einen Strahlenbilder 110, der das Strahlenbilden durchführt und ein HF-Signal ausgibt. Der Strahlenbilder kann ebenfalls 2D-, 3D- und 4D-Ultraschalldaten verarbeiten. Anschließend durchläuft das HF-Signal einen HF-Prozessor 112. Alternativ kann der HF-Prozessor 112 einen komplexen Demodulator (nicht dargestellt) umfassen, der das HF-Signal demoduliert, um IQ-Datenpaare zu bilden, die für die Echosignale charakteristisch sind. Dann können die HF- oder IQ-Signaldaten direkt zum kurzzeitigen Speichern an den HF-/IQ-Puffer 114 gesendet werden.
Das Ultraschallsystem 100 umfasst ebenfalls einen Prozessor 116, um die erfassten Ultraschallinformationen (d. h. HF-Signaldaten oder IQ-Datenpaare) zu verarbeiten und Bilder der Ultraschallinformationen zum Darstellen auf der Anzeige 118 herzustellen. Der Prozessor 116 ist angepasst, um gemäß einer Mehrzahl auswählbarer Ultraschallarten einen oder mehrere Verarbeitungsvorgänge mit erfassten Ultraschallinformationen durchzuführen. Die erfassten Ultraschallinformationen können während einer Scansitzung, so wie die Echosignale empfangen werden, in Echtzeit verarbeitet werden. Zusätzlich oder alternativ können die Ultraschallinformationen während einer Scansitzung kurzzeitig im HF-/IQ-Puffer 114 gespeichert und in weniger als Echtzeit direkt oder im Offlinebetrieb verarbeitet werden. Eine Benutzerschnittstelle 120 erlaubt dem Benutzer, Daten einzugeben, Scanparameter einzugeben und zu ändern, auf Protokolle zuzugreifen, ihn interessierende Strukturen zu messen und Ähnliches. Die Benutzerschnittstelle 120 kann ein rotierender Knopf, ein Schalter, eine Tastatur, eine Maus, ein Touchscreen, ein Lichtstift oder eine beliebige andere Geräteschnittstelle oder ein Verfahren aus dem Stand der Technik sein.
Das Ultraschallsystem 100 kann kontinuierlich Ultraschallinformationen mit einer Bildgeschwindigkeit erfassen, die 50 Bilder pro Sekunde – die ungefähre Wahrnehmungsgeschwindigkeit des menschlichen Auges – übersteigt. Die erfassten Ultraschallinformationen werden auf der Anzeige 118 dargestellt. Die Ultraschallinformationen können als B-Modusbilder, M-Modusbilder, Datenvolumen (3D), Datenvolumen im Zeitablauf (4D) oder anderen gewünschten Darstellungen dargestellt werden. Der Benutzer kann die Benutzerschnittstelle 120 verwenden, um einen Wert in ein Flusstransparenzeinstellmodul 124 einzugeben, um die mindestens auf Abschnitte des dargestellten Bildes angewendete Transparenzstufe einzustellen, wie nachstehend erörtert.
Ein Bildpuffer 122 ist enthalten zum Speichern der aus den erfassten Ultraschallinformationen verarbeiteten Bilder, die nicht für die unmittelbare Anzeige vorgesehen sind. Vorzugsweise weist der Bildpuffer 122 ausreichend Kapazität auf, um mindestens mehrere Sekunden wertvollen Bildmaterials der Ultraschallinformationen zu speichern. Die Bilder der Ultraschallinformationen werden so gespeichert, dass sie entsprechend ihrer Reihenfolge oder Erfassungszeit leicht abgerufen werden können. Der Bildpuffer 122 kann jedes beliebige bekannte Datenspeichermedium umfassen.
2 stellt ein alternatives Ultraschallsystem. dar.
Das System umfasst einen Schallkopf 10, der mit einem Sender 12 und einem Empfänger 14 verbunden ist. Der Schallkopf 10 überträgt Ultraschallimpulse und empfängt Echos von den Strukturen im Innern eines gescannten Ultraschallvolumens 16. Der Speicher 20 speichert die Ultraschalldaten aus dem Empfänger 14, die von dem gescannten Ultraschallvolumen 16 abgeleitet sind. Das Volumen 16 kann durch verschiedene Techniken (z. B. 3D-Scannen, Echtzeit 3D-Bildgebung, 4D-Scannen, Volumenscannen, 2D-Scannen mit Lagesensoren aufweisenden Wandlern, Freihandscannen unter Verwendung einer Voxel-Korrelationstechnik, 2D- oder Matrixarray-Wandlern oder Ähnlichem) erhalten werden.
Der Schallkopf 10 kann zum Beispiel entlang eines linearen oder bogenförmigen Weges bewegt werden, während ein interessierendes Gebiet (ROI = Region Of Interest) gescannt wird. An jeder linearen oder bogenförmigen Position erhält der Schallkopf 10 Scanebenen 18. Die Scanebenen 18 werden für eine Dicke wie z. B. aus einer Gruppe oder einem Satz nebeneinander liegender Scanebenen 18 gesammelt. Die Scanebenen 18 werden in dem Speicher 20 gespeichert und dann zu einem Volumenscankonverter 42 geleitet. In einigen Ausführungsformen kann der Schallkopf 10 anstelle der Scanebenen 18 Linien erhalten und der Speicher 20 kann anstelle der Scanebenen 18 von dem Schallkopf 10 erhaltene Linien spei chern. Der Volumenscankonverter 42 kann anstelle der Scanebenen 18 von dem Schallkopf 10 erhaltene Linien speichern. Der Volumenscankonverter 42 empfängt eine Schichtdickeneinstellung aus einer Schichtdickeneinstellsteuerung 40, die die Dicke einer aus den Scanebenen 18 zu erzeugenden Schicht identifiziert. Der Volumenscankonverter 42 erzeugt eine Datenschicht aus mehreren nebeneinander liegenden Scanebenen 18. Die Zahl der nebeneinander liegenden Scanebenen 18, die erhalten werden, um jede Datenschicht zu bilden, hängt von der Dicke ab, die von der Schichtdickeneinstellsteuerung 40 ausgewählt wurde. Die Datenschicht wird in den Schichtspeicher 44 gespeichert und ein Volumenrenderingprozessor 46 greift darauf zu. Der Volumenrenderingprozessor 46 führt auf der Datenschicht ein Volumenrendering durch.
Die Ausgabe des Volumenrenderingprozessors 46 wird an den Videoprozessor 50 und die Anzeige 67 gesendet.
Die Position jedes Echosignalsamples (Voxel) ist in Form von geometrischer Genauigkeit (d. h. der Abstand von einem Voxel zum nächsten) und der Ultraschallantwort (sowie aus der Ultraschallantwort abgeleiteten Werten) definiert. Geeignete Ultraschallantworten umfassen Graustufenwerte, Farbflusswerte und Angio- oder Power-Dopplerinformationen.
3 stellt ein Verfahren zum Berechnen von Flusstransparenzwerten für Flussvoxel in einem Ultraschalldatenvolumen dar. Die Berechnung kann während des Scannens und Erfassen von Ultraschalldaten eines Patienten in Echtzeit oder auf Basis von im Speicher befindlichen Daten durchgeführt werden. In Schritt 200 wählt der Benutzer ein interessierendes Gebiet (ROI), das eine Anatomie wie die Mitralklappe oder die Trikuspidalklappe umfassen kann. Optional kann ROI das gesamte gescannte Datenvolumen sein. Jeder Voxel bildet Blutfluss oder Gewebe ab, wie z. B. einen Punkt an einer Arterienwand oder einer Herzklappe. Blutfluss abbildende Voxel werden hierin als Voxel oder Flussvoxel bezeichnet und Gewebe abbildende Voxel als Gewebevoxel. Jeder Flussvoxel im Datenvolumen weist zugehörige Parameter wie Abweichung, Geschwindigkeit und Amplitude auf, die zur Beschreibung und/oder Klassifizierung des Voxels verwendet werden. Die Geschwindigkeit im Farbfluss kann auch als Frequenz bezeichnet sein. Herkömmlich ist die Abweichung proportional zur Bandbreite des Doppler-Signals im Quadrat mit der Einheitsfrequenz im Quadrat oder der Geschwindigkeit im Quadrat. Die Voxel, die Blutgebiete mit großen Geschwindigkeitsgradienten enthalten, werden einen hohen Wert im Parameter Abweichung zeigen. Zusätzlich werden aufgrund eines als Laufzeiteffekt bezeichneten physikalischen Mechanismus die Voxel, die Gebiete mit hohen Geschwindigkeiten abbilden, ebenfalls eine hohe Abweichung aufweisen. Daher sind sich Geschwindigkeit und Abweichung ähnlich, so dass ein Flussvoxel mit hoher Geschwindigkeit auch eine hohe Abweichung aufweist. Die Abweichung kann auch als Bandbreite oder Turbulenz bezeichnet werden.
In Schritt 202 bestimmt der Prozessor 116 einen Abweichungswert und einen Geschwindigkeitswert für jeden Voxel im ROI. In Schritt 204 kann der Benutzer optional eine benutzerdefinierte Transparenzstufe, die als Eingabe für die Transparenzberechnungen verwendet wird, einstellen.
Diese Einstellung kann manuell durch Eingeben einer variablen Eingabe wie z. B. einer Zahl zwischen null und eins über die Benutzerschnittstelle 120 erfolgen. Alternativ kann eine benutzerdefinierte Transparenzstufe durch ein Protokoll eingestellt werden oder auf Benutzerpräferenz basieren. Typischerweise signalisiert die Eingabe null keine Transparenz (völlig lichtundurchlässig) und die Eingabe eins volle Transparenz. Die benutzerdefinierte Transparenzstufe kann angewendet werden, um die Flusstransparenzwerte für alle Voxel oder für einen Teil der Voxel zu ändern. Zum Beispiel kann die benutzerdefinierte Transparenzstufe nicht über einem vorbestimmten Schwellenwert angewendet werden, um zu verhindern, dass die Daten, die den schnellen Blutfluss darstellen, entfernt werden.
In Schritt 206 berechnet der Prozessor 116 den Flusstransparenzwert für jeden der Voxel mit einer Transferfunktion, die sowohl auf der Geschwindigkeit als auch auf der Abweichung basieren kann, unter Verwendung eines Kontinuums aus Abweichungsschwellenwerten wie z. B. Flusstransparenzwert gleich h (Abweichung, Geschwindigkeit). Mithilfe einer Transferfunktion, die den Abweichungswert umfasst, werden die Voxel mit hoher Abweichung dargestellt, die charakteristisch sind für die tatsächliche Flussgeschwindigkeit und Darstellungsprobleme aufgrund des Aliasing-Effektes eliminieren. Zusätzlich können die Voxel mit hohen Abweichungswerten auf der Anzeige 118 hervorgehoben werden. Zum Beispiel kann bei einer gegebenen Geschwindigkeit die Flusstransparenz sinken, wenn die Abweichungswerte steigen. Optional kann die Transferfunktion basierend auf einer Ausgangstransparenzstufe einen Teil oder alle Flusstransparenzwerte berechnen, welcher mindestens teilweise durch den benutzerdefinierten Transparenzwert definiert ist.
In Schritt 208 wird das Volumenrendering mithilfe der in Schritt 206 berechneten Flusstransparenzwerte durchgeführt. 5 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens für das Flussvolumenrendering dar, welches mithilfe von Hardware und/oder Software, wie zuvor in 2 erörtert, oder auch mithilfe eines Grafikprozessors oder einer Grafikkarte durchgeführt werden kann. Andere bekannte Volumenrenderingverfahren, -schritte und Ähnliches können ebenfalls verwendet werden.
Das in Schritt 200 aus 3 identifizierte Gewebevolumen und/oder ROI wird eingegeben und z. B. von dem Volumenscankonverter 42 in mehrere Schichten geteilt. Es werden die Voxel identifiziert, die das Gewebevolumen 250 sowie das Flussvolumen 252 abbilden. Das Flussvolumen 252 umfasst Daten wie z. B. die Geschwindigkeits- und die Abweichungswerte für die den Blutfluss abbildenden Voxel.
Eine Flussarbitrationstabelle 256 stellt eine vorbestimmte Transferfunktion oder Verweistabelle dar, die einen Flussarbitrationswert berechnet, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob der Flussvoxel oder der Gewebevoxel gerendert ist. Die Flussarbitrationstabelle 256 kann eine, zwei oder mehrere Dimensionen aufweisen und Werte wie Geschwindigkeit, Abweichung, Leistung und Ähnliches aufweisen. Beim Bilden der Flussarbitrationstabelle 256 kennen auch andere Werte verwendet werden. Als Beispiel können die Geschwindigkeits- und/oder Abweichungskomponenten der Flussvoxel im Flussvolumen 252, wie in Schritt 202 in 3 bestimmt, von der Flussarbitrationstabelle 256 verwendet werden, um den Flussarbitrationswert zu berechnen. Der Flussarbitrationswert und der Intensitätswert des Gewebevoxels können dann verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Flussvoxel oder der Gewebevoxel gerendert ist.
Beim Rendern 254 werden die entsprechenden Flussvoxel und Gewebevoxel jeder Schicht geladen. Jede der Schichten wird von dem Volumenrenderingprozessor 46 gerendert 260 und mit dem Ergebnis des vorherigen Renderingschrittes zusammengefügt 262. Eine Flusstransparenztabelle 258 kann in dem Flusstransparenzeinstellmodul 124 (1) gespeichert sein und nimmt die variable Eingabe des Benutzers über die Benutzerschnittstelle 120 und/oder verdefinierte und benutzerdefinierte Transparenzstufen an. Die Transparenzwerte in der Flusstransparenztabelle 258 werden während des Schichtenzusammenfügens 262 angewendet. Das Volumenrendering 264 kann alle zusammengefügten Schichten zu einem einzigen Rendering zum Darstellen auf der Anzeige 118 zusammenfügen.
Mit Rückbezug auf 3 stellt in Schritt 210 der Prozessor 116 die volumengerenderten Bilder auf der Anzeige 118 dar, basierend auf mindestens den Flusstransparenzwerten, die den dargestellten Transparenzstufen entsprechen. Optional kann der Benutzer die benutzerdefinierte Transparenzstufe (Schritt 204) ändern, um die Transparenzstufe für einige oder alle Flussvoxel zu erhöhen oder zu verringern.
Dann berechnet der Prozessor 116 neue Transparenzwerte (Schritt 206), wird das Volumenrendering durchgeführt (Schritt 208) und werden die Bilder dargestellt (Schritt 210).
4 stellt ein alternatives Verfahren zum Berechnen von Flusstransparenzwerten für Flussvoxel in einem Ultraschalldatenvolumen dar. Die Verfahren aus 3 und 4 gleichen sich in mehreren Schritten, die mit gleichen Ziffern gekennzeichnet sind. In Schritt 200 wählt der Benutzer ein interessierendes Gebiet (ROI) aus. In Schritt 202 bestimmt der Prozessor 116 einen Abweichungswert und einen Geschwindigkeitswert für jeden Voxel in ROI. In Schritt 204 kann der Benutzer optional die benutzerdefinierte Transparenzstufe einstellen, die als Eingabe für die Transparenzberechnungen verwendet wird, oder kann der Prozessor 116 auf einen voreingestellten Transparenzstufenwert zugreifen.
In Schritt 212 vergleicht der Prozessor 116 den Abweichungswert für jeden Voxel mit einem oder mehreren Abweichungsschwellenwerten. In einer Ausführungsform werden die Voxel, wenn ein einziger Abweichungsschwellenwert verwendet wird, in zwei Voxelteilmengen geteilt, wobei eine erste Voxelteilmenge unter dem Abweichungsschwellenwert und eine zweite Teilmenge über dem Abweichungsschwellenwert liegt. Beispielsweise kann der Abweichungsschwellenwert ein vorbestimmter Wert sein, über dem die Werte der Dopplerabweichung als hoch angesehen werden. Zum Beispiel kann der Abweichungsschwellenwert auf einem Bruchteil der Nyquist-Geschwindigkeit im Quadrat basieren. Optional kann der Benutzer ein oder mehrere Abweichungsschwellenwerte einstellen und/oder definieren.
In dem Beispiel von 4 werden ein bis N Abweichungsschwellenwerte verwendet und somit die Abweichungswerte mit dem ersten bis N-ten Abweichungsschwellenwert verglichen. Wenn der Abweichungswert für einen speziellen Voxel unter einem ersten Abweichungsschwellenwert liegt, wird das Verfahren mit Schritt 214 fortgesetzt. In Schritt 214 berechnet der Prozessor 116 einen Flusstransparenzwert für die Voxel mit einer ersten Transferfunktion. Die erste Transferfunktion kann einen oder mehrere Parameter als Basis für den Flusstransparenzwert aufweisen, wie z. B. den Absolutwert des Geschwindigkeitswertes und die benutzerdefinierte Transparenzstufe. Zum Beispiel kann eine eindimensionale Transferfunktion zur Berechnung des Flusstransparenzwertes die Geschwindigkeit des Voxel verwenden. Ein erster Voxel mit einer relativ geringen Geschwindigkeit kann einen höheren Transparenzwert aufweisen und ist somit im Vergleich zu einem zweiten Voxel mit einer relativ höheren Geschwindigkeit, die in einem geringeren Transparenzwert und einer weniger transparenten Darstellung auf der Anzeige 118 resultiert, transparenter.
Mit Rückbezug auf Schritt 212 wird, wenn der Abweichungswert für den speziellen Voxel über dem ersten Abweichungsschwellenwert und unter einem zweiten Abweichungsschwellenwert liegt, das Verfahren mit Schritt 216 fortgesetzt. Der Prozessor 116 berechnet den Flusstransparenzwert für den Voxel mit einer zweiten Transferfunktion, die sich von der ersten Transferfunktion unterscheidet. Der Prozessor 116 kann den Flusstransparenzwert mit einer eindimensionalen Transferfunktion berechnen zum Beispiel mithilfe des Absolutwertes der Geschwindigkeit oder mit einer zweidimensionalen Transferfunktion mithilfe sowohl des Abweichungswertes als auch des Geschwindigkeitswertes (oder Frequenz) für den speziellen Voxel, wie z. B. Flusstransparenzwert gleich h (Abweichung, Geschwindigkeit).
Mit Rückbezug auf Schritt 212 wird, wenn der Abweichungswert für den speziellen Voxel über dem N-ten Abweichungsschwellenwert liegt, das Verfahren mit Schritt 218 fortgesetzt. Zwischen dem zweiten und N-ten Abweichungsschwellenwert können zusätzliche Abweichungsschwellenwerte verwendet werden. Der Prozessor 116 berechnet den Flusstransparenzwert für den Voxel mit einer N+1 Transferfunktion, die sich von der ersten und zweiten Transferfunktion unterscheiden kann, sowie jeder anderen zwischengeschalteten Transferfunktion.
In einer Ausführungsform kann jede der Transferfunktionen eine relativ flache Kurve erzeugen, und jedem Voxel mit einem Abweichungswert in einem bestimmten Bereich des Abweichungswertes einen ähnlichen oder denselben Flusstransparenzwert zuweisen. Alternativ kann die Transferfunktion eine Kurve erzeugen, wobei den Voxeln mit einer geringeren Abweichung in dem ausgewiesenen Bereich ein relativ hoher Flusstransparenzwert zugewiesen wird und Voxeln mit einer höheren Abweichung ein relativ niedriger Flusstransparenzwert zugewiesen wird.
In Schritt 208 wird das Volumenrendering mithilfe der in den Schritten 214, 216 und 218 berechneten Flusstransparenzwerte durchgeführt. In Schritt 210 stellt der Prozessor 116 die volumengerenderten Bilder auf der Anzeige 118 dar, basierend mindestens auf den Flusstransparenzwerten, die den dargestellten Transparenzstufen entsprechen. Optional kann der Benutzer eine andere benutzerdefinierte Transparenzstufe (Schritt 214) eingeben. Der Prozessor 116 berech net dann neue Transparenzwerte (Schritte 214, 216 und 218), führt das Volumenrendering durch (Schritt 208) und stellt die Bilder dar (Schritt 210).
6 stellt Ultraschallbilder zweier unterschiedlicher Flussjets dar, die mit unterschiedlichen Transparenzstufen dargestellt werden. Das erste, zweite und dritte Bild 300, 302 und 304 stellen das Volumenrendering eines ersten turbulenten Flussjets 306 mit verschiedenen Transparenzsteuerungsstufen dar, wie auf Anzeige 118 dargestellt. Bei Anwendung des Farbflusses wird Farbe zur Darstellung der Flussaspekte verwendet. Rot und blau können den Fluss zum und weg vom Schallkopf 106 anzeigen, während grün Turbulenz anzeigt. In dem ersten Bild 300 wird weniger Transparenz (wie z. B. eine Transparenz von null oder von annähernd null) entweder automatisch durch den Prozessor 116 oder durch die benutzerdefinierte Transparenzstufe angewendet. Der erste turbulente Flussjet 306 ist teilweise umgeben von und verschattet durch einen langsamen Fluss im Atrium und/oder Ventrikel und somit wird weniger vom ersten turbulenten Flussjet 306 auf der Anzeige 118 dargestellt. Die richtige Größe des turbulenten Flussjets 306 ist vom Benutzer nicht zu erkennen oder zu messen.
In dem zweiten Bild 302 gibt der Benutzer eine höhere benutzerdefinierte Transparenzstufe (z. B. den Wert 0,5) ein, um eine höhere Transparenzstufe auf das Flusstransparenzeinstellmodul 124 anzuwenden. Es wird ein größerer Teil des langsamen Blutflusses transparent gestaltet und somit im Vergleich zu dem ersten Bild 300 ein größerer Teil des ersten turbulenten Flussjets 306 angezeigt. In dem dritten Bild 304 wird eine entsprechend höhere Transparenzstufe, wie z. B. der Wert 1 oder ungefähr 1, angewendet, was den Großteil der dargestellten Voxel, die den langsamen Blutfluss kennzeichnen und den ersten turbulenten Flussjet 306 verschatten, entfernt oder transparent gestaltet.
Das vierte, fünfte und sechste Bild 308, 310 und 312 stellen das Volumenrendering eines zweiten turbulenten Flussjets 314 in verschiedenen Stufen der Transparenzsteuerung dar. Mit einer niedrigen in dem vierten Bild 308 angewendeten Transparenzstufe wird der zweite turbulente Flussjet 314 größtenteils durch den umgebenden langsamen Geschwindigkeitsfluss verschattet. Das fünfte Bild 310 weist eine höhere Transparenzstufe auf und somit ist im Vergleich zu dem vierten Bild 308 ein größerer Teil des zweiten turbulenten Flussjets 314 erkennbar. Ein noch höherer Transparenzwert wird in dem sechsten Bild 312 angewendet und somit wird der zweite turbulente Flussjet 314 leicht durch den Benutzer sichtbar gemacht.
Ein technischer Effekt ist die Verwendung der zu den Ultraschalldaten oder Voxeln gehörigen Abweichungsdaten, um die Transparenz des speziellen Voxels auf einer Anzeige zu berechnen. In einer Ausführungsform können die Flusstransparenzwerte für jeden Voxel mit einer Transferfunktion, basierend sowohl auf Geschwindigkeit als auch Abweichung, unter Verwendung eines Kontinuums aus Abweichungsschwellenwerten berechnet werden. In einer anderen Ausführungsform können die Flusstransparenzwerte mithilfe einer oder mehrerer Transferfunktionen verbunden mit einem oder mehreren Abweichungsschwellenwerten berechnet werden. Die Transferfunktionen können sich voneinander unterscheiden und können Abweichungswerte und/oder Geschwindigkeitswerte verwenden. Der Blutfluss mit hoher Abweichung und/oder hoher Geschwindigkeit wird mit geringerer Transparenz dargestellt als der Blutfluss mit geringer Abweichung und/oder geringer Geschwindigkeit. Ein Benutzer kann die dargestellte Transparenzstufe ändern, um die Transparenz aller oder eines Teils der Voxel einzustellen.
Während die Erfindung hinsichtlich verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen im Sinne und Anwendungsbereich der Patentansprüche praktiziert werden kann.

10: Schallkopf
12: Sender
14: Empfänger
16: Volumen
18: Scanebenen
20: Speicher
40: Schichtdickeneinstellsteuerung
42: Volumenscankonverter
44: Schichtspeicher
46: Volumenrenderingprozessor
50: Videoprozessor
67: Anzeige
100: Ultraschallsystem
102: Sender
104: Wandler
106: Schallkopf
108: Empfänger
110: Strahlenbilder
112: HF-Prozessor
114: HF-/IQ-Puffer
116: Prozessor
118: Anzeige
120: Benutzerschnittstelle
122: Bildpuffer
124: Flusstransparenzeinstellmodul
200: Schritt
202: Schritt
204: Schritt
206: Schritt
208: Schritt
210: Schritt
212: Schritt
214: Schritt
216: Schritt
218: Schritt
250: Gewebevolumen
252: Flussvolumen
254: s gerendert
256: Flussarbitrationstabelle
258: Flusstransparenztabelle
260: Schichtrendering
262: Schichtenzusammenfügen
264: Volumenrendering
300: Erstes Bild
302: Zweites Bild
304: Drittes Bild
306: Erster turbulenter Flussjet
308: Viertes Bild
310: Fünftes Bild
312: Sechstes Bild
314: Zweiter turbulenter Flussjet

Claims

Verfahren zum Berechnen von Flusstransparenzwerten für Voxel, die den Blutfluss in einem Ultraschalldatenvolumen abbilden, umfassend: das Identifizieren (202) von Geschwindigkeitswerten und Abweichungswerten für Voxel in einem Datenvolumen (16); und das Berechnen (206) von Flusstransparenzwerten für die Voxel basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Geschwindigkeitswert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Voxel ferner einen ersten Voxel umfassen und der Berechnungsschritt ferner umfasst: das Vergleichen des Abweichungswertes für den ersten Voxel mit einem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten; und das Auswählen einer Transferfunktion zum Berechnen des Flusstransparenzwertes für den ersten Voxel basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert des ersten Voxels und dem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnungsschritt ferner umfasst: das Vergleichen (212) der Abweichungswerte für die Voxel mit einem Abweichungsschwellenwert; das Berechnen (214) der Flusstransparenzwerte für die Voxel, deren Abweichungswerte unter dem Abweichungsschwellenwert liegen, mit einer ersten Transferfunktion; und das Berechnen (216, 218) der Flusstransparenzwerte für die Voxel, deren Abweichungswerte über dem Abweichungsschwellenwert liegen, mit mindestens einer Transferfunktion, die sich von der ersten Transferfunktion unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: das Vergleichen (212) der Abweichungswerte für die Voxel mit mindestens einem Abweichungsschwellenwert basierend auf mindestens einer vorbestimmten Frequenzrate, einer Nyquist-Frequenz und einer variablen Eingabe; und das Berechnen (214, 216, 218) der Flusstransparenzwerte basierend auf einer Beziehung zwischen den Abweichungswerten und mindestens einem Abweichungsschwellenwert.
Vorrichtung zum Darstellen des Blutflusses in einem Ultraschalldatenvolumen, umfassend: einen Prozessor (116) zum Identifizieren (202) eines Abweichungswertes und eines Geschwindigkeitswertes für jeden Voxel in einem den Blutfluss umfassenden Datenvolumen, den Prozessor (116) zum Berechnen (206) eines Flusstransparenzwertes für jeden der Voxel basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert und dem Geschwindigkeitswert; einen Volumenrenderingprozessor (46), der die Flusstransparenzwerte während des Renderings (264) des Datenvolumens (16) verwendet; und eine Anzeige (118) zum Darstellen (210) der basierend auf den Flusstransparenzwerten volumengerenderten Daten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (116) den Abweichungswert für einen ersten Voxel mit einem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten vergleicht (212), der Prozessor (116) eine Transferfunktion zum Berechnen (214, 216, 218) des Flusstransparenzwertes für den ersten Voxel basierend auf einer Beziehung zwischen dem Abweichungswert des ersten Voxels und dem Kontinuum aus Abweichungsschwellenwerten auswählt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (116) einen ersten Abweichungswert für einen ersten Voxel mit N Abweichungsschwellenwerten vergleicht (212), der Prozessor (116) den Flusstransparenzwert für den ersten Voxel mit einer Transferfunktion basierend auf der Beziehung zwischen dem ersten Abweichungswert und den N Abweichungsschwellenwerten berechnet (214, 216, 218).
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst: eine Benutzerschnittstelle (120); und ein Flusstransparenzeinstellmodul (124), das eine benutzerdefinierte Transparenzstufe von der Benutzerschnittstelle (120) annimmt, den Prozessor (116), der ferner den Flusstransparenzwert für mindestens einen Teil der Voxel basierend auf der benutzerdefinierten Transparenzstufe berechnet (206).
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (116) ferner das Berechnen 206 der Flusstransparenzwerte mit mindestens einer Transferfunktion umfasst, um Flusstransparenzwerte zum Darstellen (210) der Voxel zu erzeugen, die im Vergleich zu den Voxeln mit einem verhältnismäßig geringeren Abweichungswert einen verhältnismäßig höheren Abweichungswert bei geringer Transparenz auf der Anzeige (118) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die ferner das Definieren eines Abweichungsschwellenwertes basierend auf mindestens einer vorbestimmten Frequenzrate, einer Nyquist-Frequenz und eines benutzerdefinierten Eingabewertes umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (118) die Voxel darstellt (210), deren Abweichungswert bei geringerer Transparenz über dem Abweichungsschwellenwert liegt, im Vergleich zu den Voxeln, deren Abweichungswert unter dem Abweichungsschwellenwert liegt.