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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ultraschallbildgebungssystem
und insbesondere auf eine Mehrfunktionsaufnahmetechnik in einem medizinischen
Ultraschallbildgebungssystem.
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Technologischer Hintergrund
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Traditionelle
Ultraschallscanner unterstützen verschiedene
Arten von Sonden, wie etwa Konvex-Array-, Mikro-Konvex-Array-, Linear-Array-
und Sektorsonden. Jeder Sondentyp kann für spezielle klinische Anwendungen
benutzt werden. Üblicherweise
wird eine Konvex-Array- bzw. Konvexsonde vorzugsweise für Bauchscanns
verwendet, während eine
Linear-Array- bzw. Linearsonde vorzugsweise für Scanns von oberflächlichen
Bereichen (wie etwa der Brustdrüse,
der Schilddrüse
etc.) und eine Sektorsonde vorzugsweise für ein schmales akustisches Fenster
(wie etwa des Herzens) verwendet wird. Abgesehen von einigen Spezialzweckscannern
decken die meisten Ultraschallscanner Mehrbereichsanwendungen unter
Verwendung unterschiedlicher Sonden ab, doch dies verlangt von einem
Bediener den Wechsel der Sonden während der Operation zur Durchführung von
Aufnahmen verschiedener Teile des Körpers. Zum Beispiel weist ein
Ultraschallscanner vom Konsolentyp immer zwei oder mehr Sondenanschlüsse auf
und unterstützt
ein elektromechanisches Umschalten, während ein Ultraschallscanner vom
kompakten Typ üblicherweise
nur einen Sondenanschluss aufweist. Wenn ein Bediener zur Aufnahme
eines anderen Bereiches übergehen
muss, muss er die gegenwärtig
verwendete Sonde abnehmen und die in dem nächsten Schritt zu verwendende
Sonde anschließen.
Darüber
hinaus wird der Gebrauch mehr als einer Sonde die Desinfektionsschritte
während
einer Operation vermehren, was Zeit vergeudet, die in der Notaufnahme
sehr kostbar ist. Abgesehen davon sind mehr Kabel und Elemente nicht einfach
im Gebrauch, insbesondere in der Notaufnahme, im Operationssaal
oder Krankenwagen.
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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem, das
in einem medizinischen Bildgebungssystem angewandt wird, das eine
Sonde zur Durchführung
von Scanns von mehr als zwei Arten verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem, das aufweist:
eine Scannbildgebungseinheit mit einer Sendeeinheit, einer Empfangseinheit
und einer Linear-Array-Sonde oder einer Konvex-Array-Sonde mit einem
bestimmten Auslenkungswinkel; eine Steuerungseinheit zum Steuern
der Scannbildgebungseinheit zur Durchführung eines normalen Linearscanns und
des zusätzlichen
Sektorscanns oder zur Durchführung
des normalen Konvexscanns und des zusätzlichen Sektorscanns; eine
Bildverarbeitungseinheit zum Verarbeiten von Bildsignalen, die von
der Scannbildgebungseinheit erzeugt worden sind, zum Verarbeiten
derselben in Bilddaten, die einem Ultraschallbild entsprechen; und
eine Anzeigeeinheit zum Erzeugen eines Ultraschallbildes, das den
Bilddaten entspricht.
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Bei
dem Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Sektorscann ein normaler Sektorscann oder ein
zusätzlicher
Sektorscann sein.
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Bei
dem Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Linear-Array-Sonde und eine Konvex-Array-Sonde
mit einem Auslenkungswinkel von mehr als 25° so konstruiert oder ausgewählt, dass
die Linear-Array-Sonde
und die Konvex-Array-Sonde eine bestimmte Wirkung beim Sektorscann
erzielen und der bevorzugte Auslenkungswinkel zwischen 30 und 45° beträgt.
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Das
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält weiterhin
eine Bedienungseinheit, in die von einem Bediener ein Befehl an
die Steuerungseinheit zum Durchführen
des normalen Scanns oder des zusätzlichen
Sektorscanns eingegeben wird.
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Bei
dem Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Bedienungseinheit in der Steuerungseinheit angeordnet,
wobei die Bedienungseinheit ein Knopf, ein sprachgesteuerter Schalter,
ein Touch Panel oder eine Taste auf einer Tastatur sein kann.
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Ein
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
einen zusätzlichen
Sektorscann oder einen zusätzlichen
erweiterten Sektorscann auf einer normalen Linear-Array-Sonde oder
Konvex-Array-Sonde, um die Schaffung von zwei Sichtfeldern (FOV
für Field
of View) eines Ultraschallbildes auf einer Linear-Array-Sonde oder
einer Konvex-Array-Sonde zu ermöglichen.
Obwohl der zusätzliche
Sektorscann oder der erweiterte Sektorscann, der von dem Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird, nicht die genaue Wirkung einer einzigen
Sektorscannsonde erzielen kann, spart er jedoch besonders in einem
Notfall in der Notaufnahme kostbare Zeit, indem er z. B. die Anzahl
der Sondenwechsel durch einen Arzt verringert, wenn Bedarf an einem
Scann der Bauch- und Herzbereiche be steht, und darüber hinaus
liefert er eine bessere Bildqualität verglichen mit dem Gebrauch
von gegenwärtig
einer einzigen Linear-Array- oder Konvex-Array-Sonde zur Aufnahme
von zwei Arten von Körperbereichen.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1a, 1b und 1c stellen
drei Arten von Linear-Array-Sonden
aus dem Stand der Technik dar, die jeweils unterschiedliche Scannsequenzen
erzeugen;
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Die 2a und 2b stellen
zwei Arten von Konvex-Array-Sonden
aus Stand der Technik dar, die jeweils unterschiedliche Scannsequenzen
erzeugen;
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3 ist
ein Blockdiagramm des Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystems
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 stellt
den Verarbeitungsvorgang einer Scannsequenz dar, die von der Sendeeinheit
des Ultraschallbildgebungssystems über eine Sonde ausgesandt wird.
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5 stellt
den Verarbeitungsvorgang des Empfangens einer Scannsequenz mit einer
Sonde durch die Empfangseinheit des Ultraschallbildgebungssystems
dar;
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6 stellt
einen einfachen Vorgang des Erzeugens eines Linearbildes durch das
lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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7 stellt
einen einfachen Vorgang des Erzeugens eines Sektorbildes durch das
lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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8a ist
eine Darstellung der Erzeugung eines Sektorscanns durch das lineare
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
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8b ist
eine Darstellung der Erzeugung eines Sektorscanns durch das konvexe
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9a ist
eine Darstellung der Erzeugung einer erweiterten Sektorscannsequenz
durch das lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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9b ist
eine Darstellung der Erzeugung einer erweiterten Sektorscannsequenz
durch das konvexe Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Spezielle Art der Ausführung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird in dem folgenden Text weiterhin durch
eine bestimmte Art der Ausführung
der Erfindung genau beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung
jedoch nicht auf diese Art beschränkt ist.
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Bei üblichen
Linear-Array-Sonden, wie sie in den 1a, 1b und 1c gezeigt
sind, können verschiedene
Linear-Array-Sonden
gemäß den Anforderungen
bei der Konstruktion jeweils unterschiedliche Richtcharakteristiken,
d. h. Auslenkungswinkel anderer Strahlen bezogen auf den zentralen Strahl
der Linear-Array-Sonde
aufweisen. Die in den 1a und 1c gezeigte
Linear-Array-Sonde ist eine ideale Linear-Array-Sonde, die einen
Auslenkungswinkel von 0 aufweist, während die in 1b gezeigte
Linear-Array-Sonde einen bestimmten Auslenkungswinkel aufweist.
Bei der tatsächlichen
Anwendung wird der Auslenkungswinkel so klein wie möglich, normalerweise
innerhalb von 25° gehalten, um
die lineare Scannwirkung einer Linear-Array-Sonde sicherzustellen. Die Wirkung eines
Sektorscanns unter Verwendung einer derartigen Linear-Array-Sonde
ist ungünstig.
Um einer Linear-Array-Sonde die Durchführung eines geeigneten Sektorscanns zu
ermöglichen,
um die Anzahl der Sondenwechsel bzw. -umschaltungen und der Desinfektionsschritte in
der Notaufnahme, dem Operationssaal oder dem Krankenwagen zu verringern,
konstruiert oder wählt die
vorliegende Erfindung die gegenwärtige
Linear-Array-Sonde mit einem Auslenkungswinkel von mehr als 25°, z. B. zwischen
30° und
60°, vorzugsweise
zwischen 35° und
45°, neu,
so dass die Linear-Array-Sonde sowohl einen Linearscann als auch einen
Sektorscann durchführen
kann.
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Bei
normalen Konvex-Array-Sonden, wie sie in den 2a und 2b gezeigt
sind, können
verschiedene Konvex-Array-Sonden
unterschiedliche Richtcharakteristiken gemäß den Anforderungen bei der
Konstruktion, d. h. dem Auslenkungswinkel der anderen Strahlen bezogen
auf den zentralen Strahl der Konvex-Array-Sonde, aufweisen. Die in 2a gezeigte
Konvex-Array-Sonde
weist einen kleineren Auslenkungswinkel als die in 2b gezeigte
Konvex-Array-Sonde auf. Die vorliegende Erfindung kann eine Konvex-Array-Sonde
mit einem geeigneten Auslenkungswinkel zum Durchführen eines
Sektorscanns an einer Konvex-Array-Sonde
auswählen.
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3 ist
ein Blockdiagramm des Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 3 gezeigt, enthält das Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Scannbildgebungseinheit, die eine Sendeeinheit 4,
eine Empfangseinheit 6 und eine Ultraschallsonde 2 enthält, wobei
die Ultraschallsonde 2 eine Linear-Array-Sonde oder eine
Konvex-Array-Sonde mit einem bestimmten Auslenkungswinkel ist; eine
Steuerungseinheit 18 zum Steuern der Scannbildgebungseinheit
zum Durch führen
eines normalen Linearscanns und eines zusätzlichen Sektorscanns oder
zum Durchführen
eines normalen Konvexscanns und eines zusätzlichen Sektorscanns; eine
Bildverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines Bildsignals, das
von der Scannbildgebungseinheit erzeugt wird, um es in Bilddaten
umzuwandeln, die einem Ultraschallbild entsprechen; und eine Anzeigeeinheit 12 zum
Anzeigen eines Ultraschallbildes, das den Bilddaten entspricht.
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Bei
dem Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
die Bildverarbeitungseinheit eine Verarbeitungseinheit 8 und eine
Scannwandlungseinheit 10, wobei die Bildverarbeitungseinheit
bei Bedarf weiterhin eine Puffereinheit enthält. Weil die grundsätzliche
Funktion und der Betrieb dieser Einheiten Fachleuten wohlbekannt sind,
wird hier keine detaillierte Einführung gegeben.
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Abgesehen
davon kann das in 3 gezeigte Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
weiterhin eine Bedienungseinheit 20 für einen Bediener zur Eingabe
eines Befehls an die Steuerungseinheit 18 enthalten, um
die Steuerungseinheit 18 zur Durchführung der gewünschten
Steuerung zu veranlassen. Die Bedienungseinheit 20 kann
innerhalb der Steuerungseinheit 18 oder unabhängig von
der Steuerungseinheit 18 angeordnet sein. Die Bedienungseinheit
kann z. B. eine Taste auf der von dem Bediener betätigten Tastatur
oder ein Knopf, eine sprachgesteuerter Schalter oder ein Touch Panel
sein.
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Bei
dem in 3 gezeigten Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
kann der Sektorscann ein normaler Sektorscann oder ein erweiterter Sektorscann
sein. 9a ist eine Darstellung des
zusätzlichen
erweiterten Sektorscanns, der von dem linearen Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem erzeugt
wird; 9b ist eine Darstellung des
zusätzlichen
er weiterten Sektorscanns, der von dem konvexen Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
erzeugt wird.
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Bei
dem in 3 gezeigten Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
wird eine gegenwärtige
Linear-Array-Sonde oder eine gegenwärtige Konvex-Array-Sonde mit
einem großen
Auslenkungswinkel nach den Erfordernissen ausgewählt, oder eine Linear-Array-Sonde
oder eine Konvex-Array-Sonde mit einem großen Auslenkungswinkel wird nach
den Erfordernissen neu konstruiert, um eine Linear-Array-Sonde,
die normalerweise eine lineare Scannsequenz erzeugt, oder eine Konvex-Array-Sonde,
die normalerweise eine konvexe Scannsequenz erzeugt, einen zusätzliche
Sektorscann oder einen erweiterten Sektorscann erzeugen zu lassen,
so dass die Sonde nicht nur einen normalen Linearscann oder einen
normalen Konvexscann unterstützt,
sondern auch einen zusätzlichen
Sektorscann oder einen zusätzlichen
erweiterten Sektorscann unterstützt.
Der Auslenkungswinkel der Linear-Array-Sonde und der Konvex-Array-Sonde
ist größer als
25°, vorzugsweise
zwischen 30 und 45°.
Abgesehen davon sind ein digitaler Strahlformer in der Empfangseinheit 6 und
der Scannwandlungseinheit 10 ebenso wie die Anzeigeeinheit 12 auch
dazu ausgelegt, die beiden Typen von Scanns zu unterstützen.
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Darüber hinaus
sollte hervorgehoben werden, dass die Kombination der in 3 gezeigten Einheiten
nur ein Ausführungsbeispiel
ist. Die vorliegende Erfindung kann nach den tatsächlichen
Erfordernissen auch andere Kombinationen aufweisen oder Einheiten
als getrennte unabhängige
Komponenten anordnen. Mit einem Wort fällt jede Kombination, Anordnung
und Abwandlung dieser Komponenten, die den Zweck der vorliegenden
Erfindung erfüllen
kann, in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
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4 stellt
das Grundprinzip des Sendebereiches des linearen Ultraschallbildgebungssystems dar;
und 5 stellt das Grundprinzip des Empfangsbereiches
des linearen Ultraschallbildgebungssystems dar. Die Ultraschallaussendung
und der Ultraschallempfang nutzen das Überlagerungs- und Interferenzprinzip
von Schallfeldern. Normalerweise sind, wie in 4 gezeigt,
mehrere Gruppen von Ultraschallwandlern in einer Linear-Array-Sonde
in einer geradlinigen Reihe angeordnet, wobei die Steuerungseinheit 18 den
Strahlformer in der Sendeeinheit 4 zum Aussenden von Ultraschallwellen
ansteuert, wobei die Verzögerungen
der Ultraschallwellen durch die zugehörige Verzögerungslinie eingestellt werden, bevor
die Ultraschallwellen das Wandlerarray erreichen, wobei die verzögerten Ultraschallwellen
die Gruppen von Wandlern kontinuierlich nacheinander anregen, so
dass die Ultraschallwellen, die von den Arrayelementen in den Gruppen
von Wandlern ausgesandt werden, sich im Raum zur Bildung des gewünschten
fokussierten und/oder abgelenkten Scannbündels überlagern und dieses synthetisieren. Nach
dem Scannen des zu untersuchenden Teils bzw. Bereiches erzeugt das
Scannbündel
ein Echosignal, das von dem Wandlerarray empfangen wird, wie es
in 5 gezeigt ist. Das Wandlerarray sendet das empfangene
Echosignal an die Empfangseinheit 6, in der die Verzögerung des
entsprechenden Echosignals durch eine Verzögerungslinie eingestellt wird, um
parallele Ultraschallstrahlen zu bilden, und das Echosignal wird
durch die Synthetisierung verstärkt. Wenn
eine Gruppe von Wandlern das Echo vollständig empfangen hat, beginnt
die nächste
benachbarte Wandlergruppe zu arbeiten. Die in der Empfangseinheit 6 empfangenen
Echosignale werden an die Verarbeitungseinheit 8 und die
Scannwandlungseinheit 10 übertragen und nach der Verarbeitung
und Scannwandlung zu Bilddaten des Ultraschallbildes umgewandelt,
wobei das Ultraschallbild danach auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt
wird. Dabei können
die in den 4 und 5 gezeigten
Verzögerungslinien
analog oder digi tal sein, wobei die digitale Verzögerungslinie
weitgehend eingesetzt wird, weil sie flexibel, genau und einfach
durch einen Computer zu steuern ist.
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Das
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
sendet und empfängt
Pulse entlang der Sektorscannrichtung unter Verwendung einer neuen
Scannsequenz, die den Strahlformer steuert; und danach ergeben die Scannwandlungseinheit
und die Anzeigeeinheit die Echoinformationen auf der Grundlage der
geometrischen Anordnung des Sektors als ein Bild wider.
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Die
vorliegende Erfindung ist so beschrieben, dass sie ein lineares
Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem in dem folgenden Text
als Beispiel verwendet: 8a ist
eine Darstellung des zusätzlichen
Sektorscanns, der von dem linearen Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird. Das lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
hat eine in 3 gezeigte Struktur, die einen
normalen linearen Scann und einen zusätzlichen Sektorscann ausführen kann.
Wenn gewünscht
wird, dass das lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem ein
normales lineares Bild erzeugt, betätigt ein Bediener die Bedienungseinheit 20,
um die Steuerungseinheit 18 zur Steuerung der Sendeeinheit 4 zum
Senden normaler linearer Sequenzen, wie sie in 6 gezeigt
sind, einer ersten Scannlinie 0, einer zweiten Scannlinie 1, ...,
einer (n + 1)-ten Scannlinie n, die zueinander parallel sind, und
zum Steuern der Empfangseinheit 6 zum Empfangen der parallelen
linearen Scannliniensequenzen zu veranlassen, die von dem Wandlerarray
der Linear-Array-Sonde 2 zurückgeliefert werden und danach
von der Verarbeitungseinheit 8 verarbeitet und in der Scannwandlungseinheit 10 scanngewandelt
werden, wobei danach ein Linearbild auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt
wird. Wenn gewünscht
wird, dass die Mehr funktions-Linear-Array-Sonde ein Sektorbild erzeugt,
betätigt
der Bediener die Bedienungseinheit 20 in der Weise, dass
die Steuerungseinheit 18 die Sendeeinheit 4 zum
Aussenden von Sektorsequenzen, wie sie in 7 gezeigt
sind, einer ersten Scannlinie 0',
einer zweiten Scannlinie 1',
..., einer (n + 1)-ten Scannlinie n mit einem bestimmten Auslenkungswinkel
ansteuert, nämlich
eine Sektorscannliniensequenz mit einem bestimmten Auslenkungswinkel
erzeugt und die Empfangseinheit 6 zum Empfangen der Sektorscannliniensequenz
ansteuert, die von dem Wandlerarray der Linear-Array-Sonde 2 zurückgeliefert wird,
die danach von der Verarbeitungseinheit 8 verarbeitet und
in der Scannwandlungseinheit 10 scanngewandelt wird, wobei
danach ein Sektorbild auf der Anzeigeeinheit 12 angezeigt
wird.
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Aus
den 6 und 7 ist ersichtlich, dass das
lineare Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen Scann von zwei verschiedenen Sichtfeldern
bzw. FOV erzeugen kann, wobei einer ein relativ schmaler normaler
linearer (in 6 gezeigter) Scann ist, der
bei der Erfassung von oberflächlichen
Bereichen verwendet werden kann, während der andere ein relativ
breiter (in 7 gezeigter) Sektorscann ist,
der bei einem Sektorscann schmaler akustischer Fenster (wie etwa
des Herzens) verwendet werden kann.
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In ähnlicher
Weise kann ein konvexes Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung geschaffen werden, das einen normalen Konvexscann und
einen zusätzlichen Sektorscann
ausführen
kann. 8b zeigt eine Darstellung eines
Sektorscannarrays, das von dem konvexen Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wird.
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Auf
der Grundlage dieser Konzepte der vorliegenden Erfindung können ein
Sektorscann und ein Konvexscann auch auf einer Linear-Array-Sonde durchgeführt werden,
und ein Linearscann und ein Sektorscann können auf einer Konvex-Array-Sonde durchgeführt werden.
Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Benutzung
einer Sonde zur Realisierung von zwei Typen von Scanns beschränkt ist.
Es können
auch mehr als zwei Scanntypen realisiert werden, wenn dies erforderlich
ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Mehrfunktions-Ultraschallbildgebungssystem,
das zwei Sichtfelder eines Ultraschallbildes auf einer Linear-Array-Sonde
oder einer Konvex-Array-Sonde
bereitstellt, indem ein zusätzlicher
Sektorscann oder ein zusätzlicher
erweiterter Sektorscann auf einer normalen Linear-Array-Sonde oder
Konvex-Array-Sonde ermöglicht
wird. Durch die Nutzung der vorliegenden Erfindung kann in Notfällen kostbare
Zeit in der Notaufnahme gespart werden, z. B. indem die Zahl der
Sondenwechsel in dem Falle verringert wird, dass der Arzt sowohl
Bauch- als auch Herz scannen muss. Im Vergleich zu dem Gebrauch
einer Linear-Array-Sonde oder einer Konvex-Array-Sonde zum Scannen
beider Bereiche (z. B. Bauch und Herz) im Stand der Technik, kann
die vorliegende Erfindung eine bessere Bildqualität liefern.
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Die
obige Beschreibung ist nur eine spezielle Form der Ausführung der
vorliegenden Erfindung. Es sollte hervorgehoben werden, dass Fachleute
Verbesserungen, Überarbeitungen
und Abwandlungen vornehmen können,
ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese
Verbesserungen, Überarbeitungen
und Abwandlungen sollen alle als in den Schutzbereich der vorliegenden
Anmeldung fallend angesehen werden.