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Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich auf die Scherwellenbildgebung. Zum Erfassen einer Scherwelle in Gewebe kann Ultraschall verwendet werden.
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Die Scherung ist eine viskoelastische Eigenschaft von Gewebe. Die Scherwellengeschwindigkeit von Gewebe kann nützliche Informationen über die Gesundheit des Gewebes angeben. Es können Scherwellenbilder erzeugt werden. Eine Eigenschaft der Scherwelle in dem Gewebe wird für verschiedene räumliche Orte bestimmt. Es wird ein Bild der Eigenschaft als Funktion des Raums erzeugt. Allerdings werden eine große Anzahl von Sendungen und Empfängen verwendet, um die Scherwelleinformationen in einem großen Gebiet zu schätzen, was zu einer niedrigen Bildfolgefrequenz führt.
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Eine andere Gewebeeigenschaft oder Komponente der Viskoelastizität ist die Elastizität. Die Ultraschallbildgebung kann in einem Elastizitäts-Bildgebungsmodus arbeiten. Aus den Dokumenten
DE 600 28 952 T2 ,
DE 196 19 808 A1 ,
US 2004 / 0 013 292 A1 ,
US 4 913 157 A ,
WO 2007 / 110 669 A1 ,
US 6 558 324 B1 ,
US 2007 / 0 093 716 A1 und
SARVAZYAN, A.P. [et al.]: Shear Wave Elasticity Imaging: A New Ultrasonic Technology Of Medical Diagnostics. In: Ultrasound in Med. & Biol., Band 24, Erscheinungsjahr 1998, Heft 9, Seiten 1419 bis 1435, sind Verfahren und Systeme für die Scherwellenbildgebung bekannt. Die US-Patentveröffentlichungen
US 5 107 837 A ,
US 5 293 870 A ,
US 5 178 147 A und
US 6 508 768 B1 beschreiben Verfahren zum Erzeugen von Elastizitätsbildern unter Verwendung der relativen Gewebeverlagerung zwischen benachbarten Teilbildern. Die Gewebedeformation wird in Reaktion auf eine an das Gewebe angelegte mechanische Spannung bestimmt. Die mechanische Spannung wird von außen wie etwa durch Handdruck oder durch Schalldruck angelegt. Die Deformation oder die Deformationsrate werden erfasst, um ein Elastizitätsbild zu erzeugen. Es können Gebiete geänderter Steifheit identifiziert werden. Allerdings ist die Deformation relativ oder qualitativ. Zum Beispiel führen verschiedene Beträge der angelegten mechanischen Spannung zu verschiedenen Beträgen der Deformation. Der Betrag der angelegten mechanischen Spannung kann unbekannt sein oder schwierig genau zu bestimmen sein.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Als Einleitung enthalten die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme für die Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall. Ein Gebiet wird bildlich dargestellt, um einen Ort zu bestimmen, an dem die Schergeschwindigkeit berechnet werden soll. Die Schergeschwindigkeit für den Ort wird geschätzt. Die Bildgebung kann die Identifizierung des Orts lenken, wobei sie die Zeit zum Bestimmen nützlicher Scherungsinformationen verringert. Um den Vertrauensgrad des Scherungswerts anzugeben, wird die Schätzung der Scherung unter Verwendung einer Kreuzvalidierung validiert. Die Schergeschwindigkeit kann relativ zu einer Skale von Schergeschwindigkeiten angezeigt werden, die einem Gewebetyp wie etwa dem Gewebe für ein Organ zugeordnet sind. Der Ort auf einer Skale kann für einen Nutzer intuitiver sein. Es können irgendeines oder eine Kombination zweier oder mehrerer Merkmale verwendet werden.
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In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren für die Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall gemäß Anspruch 1 geschaffen. Ein zwei- oder dreidimensionales Gebiet eines Patienten wird mit Ultraschall bildlich dargestellt. Es wird ein Ort für die Schergeschwindigkeitsschätzung identifiziert. Der Ort befindet sich in dem zwei- oder dreidimensionalen Gebiet. An dem Ort wird die Schergeschwindigkeit geschätzt.
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In einem zweiten Aspekt sind in einem computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, die Anweisungen repräsentieren, die durch einen programmierten Prozessor zur Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall ausführbar sind. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Erhalten von Ultraschalldaten, wobei wenigstens einige der Ultraschalldaten auf eine Scherwelle reagieren, zum Schätzen einer Schergeschwindigkeit aus den Ultraschalldaten, zum Validieren der Schergeschwindigkeit als Funktion der Ultraschalldaten und zum Anzeigen der kreuzvalidierten Schergeschwindigkeit.
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In einem dritten Aspekt wird ein System für die Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall gemäß Anspruch 7 geschaffen. Ein Prozessor ist zum Schätzen einer Schergeschwindigkeit betreibbar. Eine Anzeigevorrichtung ist zum Ausgeben eines einem Gewebetyp zugeordneten Geschwindigkeitsbereichs und zum Angeben der Schergeschwindigkeit innerhalb des Bereichs betreibbar.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert, wobei nichts in diesem Abschnitt als Beschränkung dieser Ansprüche verstanden werden soll. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen diskutiert und können später unabhängig oder gemeinsam beansprucht werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendig maßstabsgerecht, wobei der Schwerpunkt stattdessen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren überall in den verschiedenen Ansichten entsprechende Teile.
- 1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall;
- 2 ist eine beispielhafte Veranschaulichung eines Bilds mit Schergeschwindigkeitsinformationen;
- 3 ist eine beispielhafte graphische Darstellung eines Zeitprofils von Gewebebewegungsinformationen wie etwa Verlagerungen als Funktion der Zeit an einem Ort in Reaktion auf eine Scherwelle; und
- 4 ist ein Blockschaltplan einer Ausführungsform eines Systems zur Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall. AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Schergeschwindigkeit wird geschätzt. Das schnelle Erfassen von Schergeschwindigkeitsinformationen kann den klinischen Arbeitsablauf verbessern. Die Schergeschwindigkeitsschätzung ist mit der Echtzeit-Ultraschallbildgebung integriert. Es wird eine B-Modus-, Farbcodierungs-, Elastizitäts- oder andere Bildgebung ausgeführt, um einen oder mehrere Orte zu identifizieren, für die die Schergeschwindigkeit besonders relevant sein kann. Zum Beispiel gibt die Elastizitätsbildgebung ein kleines Gebiet mit erhöhter Steifheit relativ zu anderen Gebieten an. Ein Gate oder ein interessierendes Gebiet für die Schergeschwindigkeit wird von Hand oder automatisch angeordnet. Die Schergeschwindigkeit für dieses Gebiet wird geschätzt, was Informationen für das interessierende Gebiet bereitstellt und die Verzögerung zum Erfassen der Schergeschwindigkeitsinformationen über einen größeren Bereich beschränkt.
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Wegen komplizierter Körperbewegung und Änderung der Verteilung der mechanischen Eigenschaften des Gewebes kann die Schergeschwindigkeit oder eine andere Eigenschaft selbst in einem kleinen interessierenden Gebiet fehlerhaft oder verrauscht sein. Der Scherungswert kann etwa durch Bereitstellung eines dem Scherungswert zugeordneten Vertrauensgrads validiert werden. Zum Beispiel wird ein zum Bestimmen der Schergeschwindigkeit verwendeter Datensatz in Teilsätze unterteilt. Unter Verwendung der unterteilten Teilsätze wird etwa durch Validieren mit einem Leave-one-out-Verfahren eine Kreuzvalidierung ausgeführt. Dieser Vertrauensgrad wird als ein Wert und/oder durch Auswählen, ob die Schergeschwindigkeit angezeigt werden soll, angegeben. Der Nutzer kann sich besser auf validierte Informationen stützen.
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Ein Scherungswert allein ohne spezifische Kenntnis, die den Scherungswert mit der Diagnose für verschiedene Gewebetypen in Beziehung setzt, kann wenige Informationen liefern. Die Kennzeichnung des Scherungswerts auf einer Karte, die einen einem Gewebetyp (z. B. Organ) zugeordneten Wertebereich darstellt, kann Informationen bereitstellen, die für den Nutzer intuitiver sind. Das Bezugssystem kann beim Verständnis der Bedeutung eines gegebenen Scherungswerts helfen.
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1 zeigt ein Verfahren für die Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall. Das Verfahren wird durch das System aus 4 oder durch ein anderes System implementiert. Es können zusätzliche, andere oder weniger Schritte vorgesehen sein. Zum Beispiel werden Schritte zur Hilfe beim Auffinden eines Gebiets zum Schätzen der Scherung, zum Validieren der Scherung oder zum Anzeigen der Scherung allein oder in irgendeiner Kombination ausgeführt. Die Schritte werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge ausgeführt, können aber in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden.
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In Schritt 30 wird ein Gebiet bildlich dargestellt. Das Gebiet ist ein zwei- oder dreidimensionales Gebiet eines Patienten. Zur Bildgebung eines Volumens werden die Daten zu einer planaren Darstellung oder zu einer dreidimensionalen Darstellung auf einer zweidimensionalen Anzeige gerendert. Alternativ wird ein eindimensionales Gebiet bildlich dargestellt.
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Es kann irgendein Bildgebungstyp verwendet werden. Zum Beispiel wird eine Ultraschallbildgebung bereitgestellt. Zum Erzeugen eines Bilds oder einer Folge von Bildern wird die B-Modus-, die Farbcodierungs-(Dopplergeschwindigkeit, Energie und/oder Varianz), die Elastizitäts-, die Schallkraftstrahlungs-Bildgebung, die harmonische Bildgebung oder ein anderer jetzt bekannter oder später entwickelter Bildgebungsmodus verwendet. Es können Kombinationsbilder unter Verwendung mehrerer Modi wie etwa B-Modus gemeinsam mit einem der anderen Modi bereitgestellt werden. Die Schallkraftstrahlungs-Bildgebung erfasst die Verlagerung von Gewebe in Reaktion auf einen Druck, der mit Schallenergie auf das Gewebe ausgeübt wird.
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Bei der Elastizitätsbildgebung wird eine externe Druckquelle bereitgestellt. Zum Beispiel wird ein Schallstrahlungskraftimpuls mit einem Brennpunkt an einem oder benachbart zu einem Ort gesendet. Es können andere Quellen mechanischer Spannung wie etwa eine von Hand oder intern erzeugte mechanische Spannung verwendet werden. Zum Beispiel übt ein Nutzer axial mit einem Schallwandler einen Druck aus.
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Die mechanische Spannung kann hinzugefügt oder gelöst werden. Die angelegte mechanische Spannung kann eine Impuls-, eine zyklische, eine sich wiederholende oder eine Nicht-Impuls-Spannung sein. Zum Beispiel ist der wegen der Atmung oder wegen des Herzens angelegte Druck zyklisch. Die mechanische Spannung wird als Funktion der Zeit wiederholend oder unterschiedlich angelegt. Die angelegte mechanische Spannung kann durch einen Impuls repräsentiert werden. Im Wesentlichen wird eine einzelne Druckwelle erzeugt. Der Impuls kann durch eine zyklische gepulste Signalform mit irgendeiner Anzahl von Zyklen (z. B. mehreren zehn oder hundert Zyklen) erzeugt werden. Zum Beispiel wird eine Schallstrahlungskraft als ein Impuls gesendet, um eine mechanische Spannung an das Gewebe anzulegen. Die Impulswellenfront pflanzt sich zu dem interessierenden Gebiet fort.
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Es wird die Reaktion von Gewebe entlang Sende- oder Empfangsstrahlen erfasst. Es kann die Doppler- oder B-Modus-Abtastung verwendet werden. Die Ultraschallbildgebung wird ausgeführt, bevor, während und/oder nachdem die mechanische Spannung angelegt wird. In Reaktion auf das Senden des Ultraschalls werden Ultraschalldaten empfangen. Die Sendungen und Empfänge werden für einen einzelnen räumlichen Ort (z. B. für den Brennpunkt der angelegten mechanischen Spannung), entlang einer Linie, über einen Bereich oder über ein Volumen ausgeführt. Für jeden räumlichen Ort wird eine Folge von Sendungen und Empfängen bereitgestellt.
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Es wird die Verlagerung von Gewebe entlang Abtastlinien als Funktion der Zeit bestimmt. Die Verlagerung kann aus Gewebedaten wie etwa B-Modus-Ultraschalldaten gemessen werden. Zum Bestimmen der Verlagerung zwischen den Abtastungen werden Korrelation, Kreuzkorrelation, die minimale Summe der absoluten Differenzen oder ein anderes Ähnlichkeitsmaß verwendet. Die Verlagerungen werden entlang einer, zweier oder dreier Dimensionen bestimmt. In einer Ausführungsform werden eines oder mehrere der in den US-Patentveröffentlichungen
US 5 107 837 A ,
US 5 293 870 A ,
US 5 178 147 A ,
US 6 508 768 B1 oder
US 6 558 324 B1 , deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind, offenbarten Verfahren oder Systeme verwendet, um Elastizitätsdatenrahmen oder -bilder als Deformationsinformationen zu erzeugen. Es können andere Verfahren zum Messen der Deformation mit oder ohne Bestimmung der Verlagerung von Gewebe in Reaktion auf das Anlegen oder Ändern einer mechanischen Spannung verwendet werden. Die Verlagerung kann durch Bestimmen der Gewebegeschwindigkeit und/oder -beschleunigung gemessen werden.
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Auf der Grundlage einer (z. B. Geschwindigkeit), zweier (B-Modus-Korrelation) oder mehrerer (z. B. mittlere Verlagerung) Abtastungen wird ein Deformationsfeld bestimmt. Das Deformationsfeld stellt die Deformation an den verschiedenen Orten dar. In anderen Ausführungsformen kann ein Verlagerungsfeld oder ein Deformationsratenfeld verwendet werden. Zur Darstellung der Deformation oder Verlagerung können andere Messwerte wie etwa die Geschwindigkeit verwendet werden.
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Das Elastizitätsbild gibt die Steifheit des Gewebes an und kann so eine Angabe von anomalem Gewebe bereitstellen. B-Modus-Bilder können ein Gewebegebiet anders als umgebendes Gewebe zeigen, was mögliches anomales Gewebe angibt. Ein Farbverlaufsbild kann Gewebe angeben, das weniger Bewegung als erwartet oder einer anderen anomalen Bewegung zugeordnet ist. Andere Bildgebungsmodi können eine Angabe von möglichem anomalem Gewebe bereitstellen. Ein Fachmann auf medizinischem Gebiet kann andere Informationen, die einen einer möglichen Anomalie zugeordneten Ort in dem Patienten angeben, wie etwa andere Bilder (z. B. Röntgen-, Computertomographie- oder Kernresonanzbilder), Labortests oder Schulung, besitzen.
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In Schritt 32 wird ein Ort für die Schergeschwindigkeitsschätzung identifiziert. Der Ort befindet sich in dem zwei- oder dreidimensionalen Gebiet, das bildlich dargestellt wird. Der Ort kann unabhängig von der Bildgebung, wie etwa gewünschte Informationen für einen spezifischen Teil eines Organs, identifiziert werden. In anderen Ausführungsformen wird der Ort in einem oder in mehreren der Bilder aus der Bildgebung aus Schritt 30 identifiziert. 2 zeigt eine zweidimensionale Sektorabtastung. Das Bild aus der Abtastung zeigt in dem abgetasteten Gebiet ein Organ. In dem durch das Bild dargestellten Organ wird ein Ort 54 identifiziert. Die Bildgebung aus Schritt 30 stellt Informationen zum Identifizieren eines Orts, für den weitere Informationen gewünscht sind, wie etwa zum Identifizieren des Orts eines möglicherweise anomalen Gewebes, bereit. Die Bildgebung hilft beim Arbeitsablauf und unterstützt beim Beschränken des Bereichs, für den die Schergeschwindigkeit oder eine andere Gewebeeigenschaft gemessen werden soll.
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Der Ort ist ein Punkt, eine Linie, ein Bereich oder ein Volumen. Es kann mehr als ein Ort identifiziert werden. Es wird ein Gebiet des Patienten bildlich dargestellt und in Schritt 32 ein interessierendes Gebiet innerhalb des Gebiets identifiziert.
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Ein Nutzer identifiziert den Ort. Der Nutzer untersucht eines oder mehrere Bilder wie etwa eine andauernde Folge von Bildern, die (z. B. in Echtzeit mit der Abtastung) angezeigt werden, während die Bilder erfasst werden. Der Nutzer kann eines oder mehrere zuvor erfasste Bilder wie etwa aus einem CINE-Speicher oder aus einem Bildarchiv untersuchen. Der Nutzer gibt mit einer Nutzerschnittstelle den Ort für die weitere Untersuchung ein. Zum Beispiel navigiert der Nutzer einen Zeiger über das Bild zu dem Ort einer möglichen Anomalie und klickt daraufhin bzw. aktiviert die Nutzereingabe zur Angabe des Orts.
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Alternativ identifiziert ein Prozessor automatisch den Ort aus der Ultraschallbildgebung. Zum Identifizieren des Orts kann irgendeine Bildverarbeitung verwendet werden. Zum Beispiel wird ein Bild gefiltert, um ein interessierendes Gebiet zu isolieren. Als ein weiteres Beispiel werden Gebietswachstum, Grenzenerfassung oder andere Techniken allein oder zusammen verwendet. In einer Ausführungsform wird ein Bild segmentiert. Zum Beispiel wird ein Elastizitätsbild in Bereiche unterteilt, die verschiedenen Intensitätspegeln zugeordnet sind. Zum Minimieren von Rauschen kann vor oder nach der Segmentierung ein Tiefpassfilter angewendet werden. Ein Segment wird als der Ort ausgewählt. Zum Beispiel wird der Ort ausgewählt, der der hellsten, dunkelsten oder mittleren Intensität entspricht. Für die Elastizitätsbildgebung kann der dunkelste Ort das steifste Gewebe angeben, sodass der dunkelste Ort ausgewählt wird. Es können eine andere Segmentierung und Auswahl verwendet werden.
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In Schritt 34 werden Ultraschalldaten erhalten. Wenigstens einige der Ultraschalldaten reagieren auf eine Scherwelle. Eine Scherwelle wird durch konzentrierte Schallenergie erzeugt. Zum Beispiel wird Schallenergie entlang einer Abtastlinie gesendet und an einem Punkt oder in einem Gebiet, der/das zu dem identifizierten Ort benachbart ist oder in ihm liegt, konzentriert. Die Schallenergie ist ein einzelner Impuls oder sind einige Impulse zum Erzeugen einer Scherwelle. Die Scherwelle pflanzt sich durch das Gewebe entlang der Schallwellenemissionsrichtung langsamer als die Längswelle fort. Die Scherwelle pflanzt sich in verschiedenen Richtungen einschließlich einer Richtung senkrecht zur Richtung der angelegten mechanischen Spannung fort.
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Um die Scherwelle zu erfassen, wird ein interessierendes Gebiet an dem Ort überwacht. Das interessierende Gebiet hat irgendeine Größe wie etwa 6 mm lateral und 10 mm axial. Das Gebiet wird durch Ultraschall überwacht. Zum Beispiel werden B-Modus-Abtastungen ausgeführt, um eine durch die Scherwelle veranlasste Gewebeverlagerung zu erfassen. Zum Überwachen der Scherwelle kann der Doppler-, der Farbcodierungs- oder ein anderer Ultraschallmodus verwendet werden.
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Die Überwachung wird für irgendeine Anzahl von Abtastlinien ausgeführt. Zum Beispiel werden in Reaktion auf jede Sendung vier Empfangsstrahlen ausgebildet. Nach Senden der Schallkraft zum Erzeugen der Scherwelle werden wiederholt entlang einer einzelnen Abtastlinie B-Modus-Sendungen und entlang vierer benachbarter Abtastlinien Empfänge ausgeführt. Es kann irgendeine Anzahl von Wiederholungen wie etwa 120-mal verwendet werden. Einige der Ultraschalldaten wie etwa der Anfang oder das Ende der Wiederholungen brauchen keine Reaktion auf die Scherwelle zu sein. In anderen Ausführungsformen werden in Reaktion auf jede Sendung nur ein einzelner Empfangsstrahl oder andere Anzahlen von Empfangsstrahlen ausgebildet.
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Während sich die Scherwelle durch die Abtastlinien fortpflanzt, kann sich die B-Modus-Intensität ändern. Für die überwachten Abtastlinien wird eine Folge von Daten bereitgestellt, die ein Zeitprofil der sich aus der Scherwelle ergebenden Gewebebewegung darstellt. Zum Beispiel werden Daten von mehreren räumlichen Orten (z. B. entlang der Abtastlinien) als Funktion der Zeit korreliert. Es kann irgendeine Elastizitätserfassung verwendet werden. Für jede Tiefe oder für jeden räumlichen Ort wird eine Korrelation über mehrere Tiefen oder räumliche Orte (z. B. Kern von 64 Tiefen mit einer Zentrumstiefe, die der Punkt ist, für den das Profil berechnet wird) ausgeführt. Der räumliche Versatz mit der höchsten oder einer ausreichenden Korrelation zu einem gegebenen Zeitpunkt gibt den Betrag der Verlagerung an. Zwischen den Zeitpunkten wird die Verlagerung für die verschiedenen Tiefen bestimmt. Für jeden Ort wird die Verlagerung als Funktion der Zeit bestimmt. Es kann eine zwei- oder dreidimensionale Verlagerung im Raum verwendet werden. Es kann eine eindimensionale Verlagerung entlang einer anderen Richtung als die der Abtastlinien oder -strahlen verwendet werden.
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Zum Überwachen eines größeren Gebiets werden in Reaktion auf den Überwachungssendestrahl zusätzliche Empfangsstrahlen ausgebildet. Alternativ wird eine andere Scherwelle erzeugt und werden die Sendestrahlen und die Empfangsstrahlen in einer anderen Entfernung von dem Scherwellenerzeugungspunkt bereitgestellt. In dem obigen 6 mm x 10 mm-Beispiel können 36 Empfangsabtastlinien bereitgestellt werden. Bei vier Empfangsstrahlen pro Sendestrahl wird der Prozess neunmal für einen anderen lateralen Abstand wiederholt. Für jeden Empfangsstrahlenort wird ein Zeitprofil der Bewegungsinformationen bereitgestellt, das durch die Ultraschalldaten dargestellt wird. Sendungen entlang verschiedener Abtastlinien zum Überwachen einer selben Scherwelle werden während der Ausbildung des zeitlichen Profils vermieden, um eine höhere zeitliche Auflösung bereitzustellen, während verschachtelte oder sich verschiebende Abtastpositionen bereitgestellt werden können.
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Die obige Diskussion betrifft eine Tiefe. Die Abtastung kann so eingerichtet werden, dass sie ein Gate bereitstellt, das den gesamten axialen Umfang des interessierenden Gebiets bedeckt. In einer anderen Ausführungsform werden für jeden Empfangsstrahl Abtastwerte in mehreren Tiefen erhalten. Es wird für jede axiale Tiefe sowie für jeden lateralen Ort ein separates Zeitprofil bereitgestellt. Es können irgendeine Anzahl von Tiefen wie etwa 200 für 5 mm oder 400 für 10 mm verwendet werden.
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Es werden Ultraschalldaten erhalten, die verschiedene Orte in dem interessierenden Gebiet darstellen. Die Ultraschalldaten werden in Echtzeit mit der Abtastung erhalten oder werden aus einem Speicher erhalten. Die Bewegungsinformationen stellen für jeden Ort die Reaktion zu verschiedenen Zeiten war, was ein zeitliches Profil bereitstellt. Es können eine andere Abtastung, eine andere Überwachung oder andere Techniken verwendet werden, um Ultraschalldaten zum Schätzen der Schergeschwindigkeit zu erhalten.
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In Schritt 36 wird die Schergeschwindigkeit an dem Ort geschätzt. Es können andere Gewebeeigenschaften geschätzt werden. Die Schergeschwindigkeit wird aus den in Schritt 34 erhaltenen Ultraschalldaten geschätzt. Die Schergeschwindigkeit wird durch Bestimmung einer Zeit von der Erzeugung der Scherwelle bis zur Erfassung der Scherwelle an einem anderen Ort erhalten. Die Zeit und die Entfernung zu dem Ort bestimmen die Geschwindigkeit. Die Entfernung ist aus dem Abtastlinienabstand (d. h. aus der Sendestrahlenposition zum Erzeugen der Scherwelle und aus der Empfangsstrahlenposition zum Erfassen der Scherwelle) bekannt. Die Zeit ist aus der relativen Zeit zwischen der Erzeugung und der Erfassung der Scherwelle bekannt.
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Das zeitliche Profil für einen gegebenen Ort gibt die Erfassung der Scherwelle an. 3 zeigt ein beispielhaftes zeitliches Profil. Das Profil wird auf eine Nicht-Rausch- oder Einzelinstanz der Variation untersucht. Eine Spitze in dem Profil mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung gibt den Durchgang der Scherwellenfront an.
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Zum Erfassen der Spitze in dem Profil können andere Techniken verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Regression angewendet werden. Da die Scherwellengeschwindigkeit linear ist, kann eine robuste lineare Regression mit automatischer Ausreißererfassung die Scherwellengeschwindigkeit angeben. Die Ultraschalldaten für alle Abtastpunkte in dem interessierenden Gebiet werden für die Entfernung als Funktion der Zeit oder nach Zeit und Entfernung graphisch dargestellt. Auf die graphische Darstellung oder auf die Daten wird die lineare Regression angewendet, was eine Ausgleichsgerade für die Daten bereitstellt. Die Steigung der Linie gibt die Scherwellengeschwindigkeit an.
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Es können andere Methoden verwendet werden. Zum Beispiel werden Daten von verschiedenen Zeiten korreliert, um die durch die Scherwelle verursachte Verschiebung des Gewebes zu erfassen. Als ein weiteres Beispiel wird aus den zeitlichen Profilen ein Merkmal extrahiert. Es kann eine Hauptkomponentenzerlegung verwendet werden. Es wird eine Korrelation zwischen den verschiedenen zeitlichen Profilen ausgeführt. Das den verschiedenen Entfernungen für die verschiedenen zeitlichen Profile zugeordnete Nacheilen liefert die Geschwindigkeit. Alternativ kann eine Wavelet-Analyse ausgeführt werden. Auf die zeitlichen Profile wird eine Wavelet-Transformation angewendet, um eine der Scherwelle entsprechende Spitze zu identifizieren. Aus der Laufzeit der Spitze bis zu jedem räumlichen Ort wird ein Geschwindigkeitswert identifiziert.
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Alle Spitzenlaufzeitdaten von dem gesamten interessierenden Gebiet können, etwa in einer linearen Regression, zusammen verwendet werden. Es kann nur eine Teilmenge der Daten verwendet werden wie etwa die Verwendung von Daten für eine Tiefe für eine Merkmalsextraktion oder Regression. Es wird eine einzelne Schergeschwindigkeit berechnet. Es können mehrere Schergeschwindigkeiten für das interessierende Gebiet berechnet werden. Die Ergebnisse können gemittelt oder auf andere Weise kombiniert werden. Zum Beispiel wird eine lineare Regression auf zehn oder auf eine andere Anzahl von Teilmengen angewendet. Jede Teilmenge enthält Daten für andere Tiefenbereiche, etwa enthält jede Teilmenge Daten für zwanzig verschiedene Tiefen. Für jede Teilmenge wird die Schergeschwindigkeit bestimmt. Es wird die mittlere Schergeschwindigkeit verwendet. Aus den verschiedenen Schergeschwindigkeiten können eine Varianz oder andere statistische Informationen abgeleitet werden. Alternativ kann eine räumliche Darstellung der Scherwellengeschwindigkeitsvarianz innerhalb des interessierenden Gebiets bereitgestellt werden.
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In Schritt 38 wird die Schergeschwindigkeit validiert. Die Schergeschwindigkeit wird unter Verwendung der Ultraschalldaten validiert, die auch zum Schätzen der Schergeschwindigkeit verwendet werden. Es wird eine Kreuzvalidierung verwendet. Eine Leave-one-out-Kreuzvalidierung kann den Vertrauensgrad für die geschätzte Geschwindigkeit angeben. In einer Ausführungsform werden die Ultraschalldaten in Teilmengen gruppiert. Es kann irgendeine Anzahl von Gruppen wie etwa zehn Teilmengen bereitgestellt werden. Die Daten, die in eine gegebene Gruppe aufgenommen werden sollen, können gemäß dem Ort sein, wobei etwa jede Teilmenge verschiedenen Tiefen und/oder lateralen Orten zugeordnet wird. Die Schergeschwindigkeit wird aus verschiedenen Gruppen von Teilmengen geschätzt, wobei etwa neun Schergeschwindigkeitsschätzwerte bestimmt werden, die jeweils dem Auslassen einer anderen der zehn Teilmengen zugeordnet sind. Die Varianz oder Korrelation der Schergeschwindigkeiten gibt einen Vertrauensgrad an. Eine niedrigere Varianz oder höhere Korrelation gibt ein höheres Vertrauen an. Die Verteilung der Schergeschwindigkeiten kann das Vertrauen angeben, wie etwa die meisten oder ein höherer Prozentsatz der geschätzten Schergeschwindigkeiten ähnliche Werte aufweisen, trotzdem einige wenige sehr verschiedene Werte aufweisen.
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Zum Beispiel wird ein Kreuzvalidierungsverfahren dadurch angewendet, dass Teilmengendaten einer Tiefe ausgelassen werden. Alle Spitzenlaufzeitdaten mit Ausnahme derer in einer Tiefe werden in der linearen Regression verwendet, um eine Schergeschwindigkeit zu erzeugen. Dieser Scherungswert wird daraufhin in einer Korrelationskoeffizientenberechnung für die ausgeschlossenen Tiefendaten verwendet, um einen Vertrauensgrad zu ergeben. Dieses Verfahren wird auf jede Tiefe angewendet, um Vertrauensgrade in zehn oder mehr oder weniger Tiefen abzuleiten. Die Vertrauensgrade werden von hoch nach niedrig klassifiziert, und die Datensätze mit einem Vertrauensgrad über einem bestimmten vorgegebenen Schwellenwert, z. B. 75 %, werden zusammen verwendet, um eine End-Schergeschwindigkeit zu erzeugen.
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In einem anderen Beispiel der Validierung von den Ultraschalldaten wird der Vertrauensgrad als eine Funktion des Fehlers beim Schätzen bestimmt. Zum Beispiel wird ein Fehler als Teil der linearen Regression geliefert. Der Fehler repräsentiert die Variation der Daten. Ein höherer Fehler kann einen weniger zuverlässigen Schergeschwindigkeitsschätzwert angeben. Es kann eine andere Validierung unter Verwendung der Daten verwendet werden.
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Falls die Schergeschwindigkeit ausreichend gültig ist, werden die Schergeschwindigkeitsinformationen für den Nutzer oder für eine Ausgabe bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich wird mit der Schergeschwindigkeit ein Vertrauensgrad ausgegeben.
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In Schritt 40 werden Scherungsinformationen angezeigt. Es können irgendwelche Scherungsinformationen angezeigt werden. Zum Beispiel wird die Schergeschwindigkeit angezeigt. 2 zeigt einen Schergeschwindigkeitswert von 1,41 m/s, der benachbart zu einem Bild angezeigt wird. Die Schergeschwindigkeit betrifft das interessierende Gebiet 54. Die Geschwindigkeit kann in dem Bild oder ohne das Bild angezeigt werden. Anstelle einer tatsächlichen Zahl kann eine Darstellung der Schergeschwindigkeit wie etwa die Bildgebung einer Farbe oder eine andere Modulation der Pixel in dem interessierenden Gebiet 54 als Funktion der Schergeschwindigkeit verwendet werden. Zum Beispiel wird eine hohe Geschwindigkeit auf ein helleres Rot als eine niedrigere Geschwindigkeit abgebildet.
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Die Schergeschwindigkeit kann relativ zu einem Bereich von Schergeschwindigkeiten mit oder ohne andere Schergeschwindigkeitsinformationen angegeben werden. Zum Beispiel werden ein Balken, eine Linie, ein Graph oder eine andere Darstellung eines Bereichs von Schergeschwindigkeiten angezeigt. Der Bereich kann ein Gewebe betreffen oder kann spezifisch für einen Gewebetyp sein. Zum Beispiel identifizieren die Nutzereingaben oder ein Prozessor den Gewebetyp, für den die Geschwindigkeit gemessen wird. Für diesen Gewebetyp wird ein Bereich normaler und anomaler Geschwindigkeiten ausgegeben. Der Bereich gibt normale oder anomale Geschwindigkeiten an oder gibt sie nicht an. Die geschätzte Schergeschwindigkeit ist an dem Bereich wie etwa als ein Pfeil oder als ein anderer Indikator des geschätzten Schergeschwindigkeitsbereichs gezeigt. Die relative Position kann für einen Nutzer intuitiver sein.
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Die Schergeschwindigkeit wird validiert. Es kann eine Angabe der Validierung ausgegeben werden. Für eine binäre Angabe gibt die Ausgabe der Schergeschwindigkeit die Validierung an. Mit der Schergeschwindigkeit können ein Vertrauensgrad, ein Prozentsatz, ein Fehler oder andere Validierungsinformationen ausgegeben werden. Zum Beispiel wird mit der Schergeschwindigkeit ein Vertrauensgradhinweissymbol oder -text ausgegeben.
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Die Scherungsinformationen können eine Angabe des Orts enthalten. 2 zeigt ein Beispiel, in dem eine Angabemarke das interessierende Gebiet 54 zeigt, für das die Schergeschwindigkeit geschätzt wird. Die Marke befindet sich in einem Bild, das das abgetastete Gebiet darstellt. Das Bild kann dem Nutzer beim Verständnis der relativen Anatomie helfen und/oder weitere Informationen über das interessierende Gebiet oder den Gewebezustand bereitstellen. Das Bild kann statisch sein oder für eine Echtzeitbildgebung ununterbrochen aktualisiert werden.
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4 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 für die Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall. Das System 10 implementiert das Verfahren aus 1 oder andere Verfahren. Das System 10 enthält einen Sendestrahlformer 12, einen Schallwandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeige 20 und einen Speicher 22. Es können zusätzliche, andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel ist eine Nutzereingabe für die manuelle oder unterstützte Auswahl von Anzeigekarten, von zu bestimmenden Gewebeeigenschaften, für die Auswahl des interessierenden Gebiets oder eine andere Steuerung vorgesehen. Das System 10 ist ein medizinisches diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem. In alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Personal Computer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung an demselben Ort oder verteilt über ein Netz für die Echtzeitbildgebung oder für die Bildgebung nach der Erfassung, sodass es die Strahlformer 12, 16 und den Schallwandler 14 nicht zu enthalten braucht.
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Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, Speicher, Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen davon. Der Sendestrahlformer 12 ist zum Erzeugen von Signalformen für mehrere Kanäle mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasenlagen betreibbar. Bei der Sendung von Schallwellen von dem Schallwandler 14 werden in Reaktion auf die erzeugten Wellen einer oder mehrere Strahlen ausgebildet. Es wird eine Folge von Sendestrahlen erzeugt, um ein zwei- oder dreidimensionales Gebiet abzutasten. Es können Sektor-, Vector®-, lineare oder andere Abtastformate verwendet werden. Dasselbe Gebiet wird mehrmals abgetastet. Für die Fluss- oder Dopplerbildgebung und für die Deformationsbildgebung wird eine Folge von Abtastungen verwendet. Bei der Dopplerbildgebung und bei der Schergeschwindigkeitsschätzung kann die Folge mehrere Strahlen entlang einer selben Abtastlinie enthalten, bevor eine benachbarte Abtastlinie abgetastet wird. Für die Deformationsbildgebung kann eine Abtastungs- oder Teilbildverschachtelung verwendet werden (d. h. Abtasten des gesamten Gebiets, bevor erneut abgetastet wird). In alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 12 für die schnellere Abtastung eine ebene Welle oder eine divergierende Welle.
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Die Sendestrahlen werden mit verschiedenen Energie- oder Amplitudenpegeln gebildet. Verstärker für jeden Kanal und/oder für jede Aperturgröße steuern die Amplitude des gesendeten Strahls. Die Sendestrahlen zum Erzeugen einer Scherwelle und/oder zur Deformationsbildgebung können höhere Amplituden als die zum Bildgeben oder Überwachen für die Scherwelle aufweisen.
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Der Schallwandler 14 ist eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionale Anordnung piezoelektrischer oder kapazitiver Membranelemente. Der Schallwandler 14 enthält mehrere Elemente zum Wandeln zwischen Schallenergie und elektrischer Energie. Die Empfangssignale werden in Reaktion auf die Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Schallwandlers auftrifft. Die Elemente sind mit Kanälen des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16 verbunden.
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Der Empfangsstrahlformer 16 enthält mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasendrehern und einem oder mehreren Summiergliedern. Jeder Kanal ist mit einem oder mit mehreren Schallwandlerelementen verbunden. Der Empfangsstrahlformer 16 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation an, um in Reaktion auf eine Sendung einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu bilden. In alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zum Erzeugen von Abtastwerten unter Verwendung von Fourier- oder anderen Transformationen.
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Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter wie etwa ein Filter zum Isolieren von Informationen bei einer zweiten Harmonischen oder bei einem anderen Frequenzband relativ zu dem Sendefrequenzband enthalten. Diese Informationen können wahrscheinlicher gewünschte Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen enthalten. In einer anderen Ausführungsform enthält der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und ein Filter oder einen Addierer. Um Informationen bei einem gewünschten Frequenzband wie etwa bei einer zweiten Harmonischen, bei einer kubischen Grundschwingung (cubic fundamental) oder bei einem anderen Band zu isolieren, werden zwei oder mehr Empfangsstrahlen kombiniert.
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Der Empfangsstrahlformer 16 gibt summierte Strahldaten aus, die räumliche Orte repräsentieren. Es werden die Daten für einen einzelnen Ort, für die Orte entlang einer Linie, für die Orte für einen Bereich oder für die Orte für ein Volumen ausgegeben. Es kann eine dynamische Fokussierung vorgesehen sein. Die Daten können für verschiedene Zwecke dienen. Zum Beispiel werden für B-Modus- oder Gewebedaten andere Abtastungen als für die Scherwellengeschwindigkeitsschätzung ausgeführt. Die für den B-Modus oder für eine andere Bildgebung empfangenen Daten können für die Schätzung der Schergeschwindigkeit verwendet werden.
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Der Prozessor 18 ist ein B-Modus-Detektor, ein Dopplerdetektor, ein Impulswellen-Dopplerdetektor, ein Korrelationsprozessor, ein Fouriertransformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, eine vom Nutzer programmierbare logische Anordnung (FPGA, Field Programmable Gate Array), ein Digitalsignalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, ein Netz, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren, ein Datenweg, Kombinationen davon oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von Informationen zur Anzeige von strahlgeformten Ultraschallabtastwerten. In einer Ausführungsform enthält der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen getrennten Prozessor. Der Prozessor 18 ist zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit, zum Validieren des Schätzwerts und/oder zum Koordinieren der Anzeige von Informationen betreibbar. Der Prozessor 18 führt z. B. irgendeine Kombination eines oder mehrerer der in 1 gezeigten Schritte aus.
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Der Prozessor 18 schätzt die Schergeschwindigkeit durch Erfassen einer Zeit, die die Scherwelle braucht, um über eine Strecke zu laufen. Es können mehrere Schätzungen vorgesehen sein und/oder für eine Schätzung Daten von verschiedenen Orten verwendet werden. Es können lineare Regression, Korrelation, Hauptkomponentenextraktion, Wavelet-Transformationen oder andere Schätztechniken verwendet werden. Durch den Prozessor 18 kann irgendeine oder keine Validierung des Schätzwerts ausgeführt werden.
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In einer Ausführungsform implementiert der Prozessor 18 einen Klassifikator. Der Klassifikator unterscheidet durch Programmierung oder maschinelles Lernen zwischen erkranktem und nicht erkranktem Gewebe. Der Klassifikator ist spezifisch für einen Gewebetyp, berücksichtigt den Gewebetyp oder ist generisch für den Gewebetyp. Der Klassifikator klassifiziert den Erkrankungsgrad wenigstens teilweise auf der Grundlage der Schergeschwindigkeit. Es kann irgendein Klassifizierungssystem wie etwa ein einzelner Schwellenwert verwendet werden. Falls die Geschwindigkeit für einen gegebenen Gewebetyp über oder unter dem Schwellenwert liegt, ist das Gewebe erkrankt. Es kann eine komplexere Klassifizierung verwendet werden, wie etwa im Zusammenhang mit klinischen Studien, die zwischen Phasen oder Typen einer Erkrankung wenigstens teilweise auf der Grundlage der Schergeschwindigkeit unterscheiden. Das Klassifizierungsergebnis (z. B. Grad 1-5) kann ausgegeben werden.
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Der Prozessor 18 erzeugt Anzeigedaten wie etwa Graphik-Overlays und Bilder. Die Anzeigedaten haben irgendein Format wie etwa Werte vor der Bildgebung, Graustufen- oder Farbbildgebungswerte, Rot-Grün-Blau-Werte (RGB-Werte), Abtastformatdaten, Anzeigedaten oder Daten im kartesischen Koordinatenformat oder andere Daten. Der Prozessor 18 gibt für die Anzeigevorrichtung 20 geeignete Daten aus.
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Der Prozessor 18 arbeitet gemäß Anweisungen, die in dem Speicher 22 oder in einem anderen Speicher gespeichert sind. Der Prozessor 18 ist zur Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall programmiert. Der Speicher 22 ist ein computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zum Implementieren der hier diskutierten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf den computerlesbaren Speichermedien oder in Speichern wie etwa einem Cache, einem Puffer, einem RAM, Wechselspeichermedien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien bereitgestellt. Computerlesbare Speichermedien enthalten verschieden Typen flüchtiger und nicht flüchtiger Speichermedien. Die in den Figuren veranschaulichten oder hier beschriebenen Funktionen, Schritte oder Aufgaben werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf den computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von dem besonderen Typ des Anweisungssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen, die allein oder zusammen arbeiten, ausgeführt werden. Die Verarbeitungsstrategien können gleichfalls Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen enthalten. In einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einer Wechselspeichermedienvorrichtung zum Lesen durch lokale oder ferne Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem fernen Ort zur Übertragung über ein Computernetz oder über Telephonleitungen gespeichert. In abermals anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen in einem gegebenen Computer, in einer gegebenen CPU, in einer gegebenen GPU oder in einem gegebenen System gespeichert.
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Die Anzeigevorrichtung 20 ist eine CRT-, LCD-, Projektor-, Plasma-, Drucker- oder andere Anzeige zum Anzeigen der Schergeschwindigkeit, von Graphik, einer Nutzerschnittstelle, einer Validierungsangabe, zweidimensionaler Bilder oder dreidimensionaler Darstellungen. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt Ultraschallbilder, die Schergeschwindigkeit und/oder andere Informationen an. Die angezeigten Informationen befinden sich in einem Bericht oder in einer Bildschirmdarstellung.
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Die Anzeigevorrichtung 20 ist zum Ausgeben eines einem Gewebetyp zugeordneten Geschwindigkeitsbereichs betreibbar und gibt die geschätzte Schergeschwindigkeit innerhalb des Bereichs an. Die Anzeigevorrichtung 20 empfängt von dem Prozessor 18 die Graphikinformationen für diese Ausgabe. Die Anzeigevorrichtung 20 erzeugt eine visuelle Darstellung der Graphik wie etwa die Balken- oder eine andere Bereichsskale Außerdem wird eine Angabe der geschätzten Schergeschwindigkeit in Bezug auf den Bereich wie etwa eine Pfeil-, eine Farb-, eine Balken-, eine Text- oder eine andere Graphik erzeugt, die zu dem Bereich benachbart, ihm überlagert, mit ihm kombiniert oder ihm zugeordnet ist.
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Die Anzeigevorrichtung 20 gibt ein Bild eines Gebiets des Patienten wie etwa ein zweidimensionales Elastizitäts-, Dopplergewebe- oder B-Modus-Bild aus. Das Bild enthält einen Ortsanzeiger für die Schergeschwindigkeit. Der Ort ist relativ zu dem bildlich dargestellten Gewebe gezeigt, für das die Schergeschwindigkeit berechnet wird. Die Schergeschwindigkeit wird an dem oder benachbart zu dem Bild des Gebiets bereitgestellt.
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Obgleich die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden ist, können selbstverständlich viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Somit soll die vorstehende ausführliche Beschreibung eher als veranschaulichend als als beschränkend betrachtet werden und sind der Erfindungsgedanke und der Umfang dieser Erfindung selbstverständlich durch die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente definiert.
