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Hintergrund
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Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich auf Ultraschallabtastung. Insbesondere beziehen sich die Ausführungsformen auf Abtasten für verschiedene Richtungen.
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Eine herkömmliche Ultraschalluntersuchung wird unter Verwendung eines einzigen handgehaltenen Schallkopfes durchgeführt. Der Schallkopf erfasst ebene Informationen innerhalb eines durch die Schallkopf-Konstruktion beschränkten Sichtfeldes (FOV). Es gibt viele klinische Anwendungen, einschließlich fötaler Bilddarstellung, bei der dieser Ansatz die Darstellung der gesamten zu untersuchenden Anatomie verhindert. Stattdessen sind typisch mehrere unabhängige Ansichten erforderlich, um die zu untersuchende Anatomie vollständig darzustellen. Der Ultraschalldiagnostiker bewegt den handgehaltenen Schallkopf zu verschiedenen Positionen und erfasst Daten unabhängig an jeder Position. Aus den an jeder Position erfassten Daten werden getrennte Bilder erzeugt.
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Informationen über ein Volumen können mit einem handgehaltenen Schallkopf erfasst werden. Zum Beispiel bewegt ein Wobbler-Schallkopf mechanisch ein Array zum elektronischen Abtasten in verschiedenen Ebenen. Jedoch ist das Sichtfeld ebenfalls durch die Schallkopf-Konstruktion eingeschränkt; daher wird möglicherweise nicht die gesamte zu untersuchende Anatomie dargestellt. Der Schallkopf kann zum Abtasten anderer Bereiche an anderen Stellen positioniert werden, aber Bewegungen des Fötus oder innerhalb des Bereichs können zu Schwierigkeiten beim Vergleich der Bilder aus verschiedenen Abtastungen führen.
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Kurze Zusammenfassung
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Zur Einführung enthalten die unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ein Verfahren, ein System, Anweisungen und computerlesbare Medien zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung. Eine Vielzahl von Wobbler-Arrays wird sequenziell benutzt. Um durch Bewegung verursachte Artefakte zu beschränken, ist der sequenzielle Betrieb synchronisiert. Während ein erstes Wobbler-Array abtastet, bewegt sich ein zweites Wobbler-Array oder ist aktiv. Sobald das erste Wobbler-Array eine Abtastung oder Teilabtastung abschließt, beginnt das zweite Wobbler-Array mit der Abtastung, ohne eine Einleitung des Wobbelns abzuwarten. Die Position des zweiten Arrays kann alternativ oder zusätzlich mit dem ersten Array oder dem Ende der Abtastung des ersten Arrays synchronisiert sein. Die Daten aus den verschiedenen Abtastungen können überlappende Volumina darstellen und daher kombiniert werden, um ein erweitertes Sichtfeld zu bilden.
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In einem ersten Aspekt ist ein System zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung geschaffen. Zumindest erste und zweite Wobbler-Schallköpfe sind mit einem Gestell verbunden. Das Gestell ist so gestaltet, dass es eine unabhängige Bewegung des ersten Wobbler-Schallkopfes bezüglich des zweiten Wobbler-Schallkopfes ermöglicht. Die unabhängige Bewegung besteht in Translation entlang mindestens einer ersten Dimension, Rotation um mindestens eine zweite Dimension oder Kombinationen davon, wobei die erste und die zweite Dimension verschieden oder dieselbe sind. Ein Ultraschall-Bildgebungssystem ist gestaltet, sequenziell einen inneren Bereich eines Patienten mit dem ersten Wobbler-Schallkopf und dann mit dem zweiten Wobbler-Schallkopf abzutasten. Die sequenziellen Abtastungen weisen überlappende Sichtfelder auf, sodass sich ein erstes, durch den ersten Wobbler-Schallkopf abgetastetes Volumen mit einem zweiten, durch den zweiten Wobbler-Schallkopf abgetasteten Volumen überlappt. Das Ultraschall-Bildgebungssystem ist so gestaltet, dass es ein Bild als Funktion von Daten aus der Abtastung mit dem ersten Wobbler-Schallkopf, Daten aus der Abtastung mit dem zweiten Wobbler-Schallkopf sowie einer relativen Position des ersten und des zweiten Volumens erzeugt. Ein Prozessor ist eingerichtet, ein Array des zweiten Wobbler-Schallkopfes mit der Abtastung des ersten Wobbler-Schallkopfes so zu synchronisieren, dass der zweite Wobbler zum Abtasten bereit ist, wenn die Abtastung von dem ersten Wobbler-Schallkopf zum zweiten Wobbler-Schallkopf übergeht. Eine Anzeige ist geeignet, das Bild darzustellen.
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In einem zweiten Aspekt ist ein Verfahren zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung geschaffen. Ein Patient wird mit einem ersten mechanisch bewegten Array akustisch abgetastet. Das Abtasten geschieht mindestens von einem ersten Sichtfeld des ersten mechanisch bewegten Arrays. Ein zweites mechanisch bewegtes Array wird in einem aktiven Modus ohne akustische Abtastung während der akustischen Abtastung mit dem ersten mechanisch bewegten Array betrieben. Das akustische Abtasten mit dem ersten mechanisch bewegten Array wird beendet. Der Patient wird nach dem Beenden und, während der aktive Modus noch besteht, mit dem zweiten mechanisch bewegten Array akustisch abgetastet. Das Abtasten mit dem zweiten mechanisch bewegten Array geschieht zumindest von einem zweiten Sichtfeld des mechanisch bewegten Arrays, wobei das zweite Sichtfeld verschieden vom ersten Sichtfeld ist, jedoch damit überlappt. Daten vom Abtasten mit dem ersten mechanisch bewegten Array und vom Abtasten mit dem zweiten mechanisch bewegten Array werden als Funktion einer relativen Position des ersten und des zweiten mechanisch bewegten Arrays kombiniert. Ein Bild wird als Funktion des Kombinierens erzeugt.
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In einem dritten Aspekt weist ein computerlesbares Speichermedium darauf gespeicherte Daten auf, die durch einen programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung darstellen. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum sequenziellen Abtasten mit zwei verschiedenen Schallkopf-Arrays; zum Synchronisieren der Bewegung eines ersten der beiden verschiedenen Schallkopf-Arrays mit einem Ende der Abtastzeit eines zweiten der beiden verschiedenen Schallkopf-Arrays; und Erzeugen eines Bildes als Funktion von Daten aus dem sequenziellen Abtasten mit den beiden verschiedenen Schallkopf-Arrays.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt darf als Einschränkung dieser Ansprüche aufgefasst werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nahstehend in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Komponenten und Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen wurde Gewicht auf die Erklärung der Grundgedanken der Erfindung gelegt. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Referenznummern übereinstimmende Teile in den verschiedenen Ansichten.
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1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Ultraschallsystems zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung;
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2 ist eine grafische Darstellung eines beispielhaften Gestells zum Halten der Schallköpfe des Ultraschallsystems von 1;
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3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung.
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Genaue Beschreibung der Zeichnung und der zurzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Synchronisieren von zwei oder mehr mechanischen Wobbler-Schallköpfen kann eine schnellere Erfassung ermöglichen. Ein großes Sichtfeld kann unter Verwendung von räumlichen Codierungsinformationen von jedem Schallkopf zusammengesetzt werden. Mehrere Schallköpfe mit überlappenden Sichtfeldern werden benutzt, um ein Volumen oder Flächen zusammenzusetzen, die ein erweitertes Sichtfeld darstellen.
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Die zusammengesetzten Informationen können zur Quantifizierung und/oder zur Bildgebung benutzt werden. Zum Beispiel ist Bildgebung zur Geburtshilfe vorgesehen. Eine Abtastung des gesamten Fötus kann vorgesehen werden. Ultraschalldarstellung anderer großer anatomischer Strukturen kann unter Verwendung eines Arrays von Schallköpfen vorgesehen werden. Das Array von Schallköpfen setzt sich aus unabhängig positionierten Schallköpfen mit überlappenden Sichtfeldern (FOV) zusammen. Jeder Schallkopf kann seriell oder gleichzeitig über das gesamte Array von Schallköpfen angesprochen werden, sodass ein zusammengesetztes großes Sichtfeldvolumen zusammengestellt werden kann. Das Zusammensetzen des sich ergebenden Volumens wird unter Nutzung des Wissens über die Geometrie und Orientierung des einzelnen Schallkopfes und/oder unter Verwendung von Bildverarbeitungstechniken durchgeführt.
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Ein Array von Schallköpfen, die überlappende Bereiche abtasten, kann zum Verringern von Körnigkeit benutzt werden. Obwohl ein gegebenes Untervolumen innerhalb des zusammengesetzten Volumens in den Sichtfeldern mehrerer einzelner Schallköpfe enthalten sein kann, kann jeder Schallkopf dieses Untervolumen aus einer unterschiedlichen Orientierung abfragen. Das Körnigkeitsmuster sowie die zum Abfragestrahl gehörige Abschwächung kann sich zwischen den Schallköpfen unterscheiden. Durch Zusammenfügen der Informationen für ein gegebenes Untervolumen von mehreren Schallköpfen können sowohl der Kontrast als auch die räumliche Auflösung verbessert werden.
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Die verschiedenen durch die Schallköpfe benutzten Abtastrichtungen können Schatten-Artefakte reduzieren. Schatten werden erzeugt, wo eine tiefe Struktur wegen einer reflektierenden oberflächlichen oder flacheren Struktur abgedunkelt wird. Ein gegebener Schallkopf stellt möglicherweise ein Untervolumen innerhalb des Sichtfeldes des Schallkopfes nicht angemessen dar. Ein weiterer Schallkopf in einer anderen Orientierung stellt dieselbe Struktur möglicherweise effektiver dar.
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Durch Synchronisieren der Abtastungen zwischen den Schallköpfen können trotz Bewegung mehrfache Ansichten erfasst werden. Bewegung kann zu Artefakten oder Schwierigkeiten beim Abgleichen von Daten aus verschiedenen Abtastungen führen (z. B. von Schallköpfen in unterschiedlichen Orientierungen oder an verschiedenen Stellen). Ein Aneinanderpassen hoher Qualität der Untervolumina kann ohne genaue räumliche Informationen über Ort und Orientierung jedes Schallkopfes schwierig sein. Die relative räumliche Position wird durch Verwenden von Sensoren auf den Schallköpfen, Sensoren auf einer Positionierungsvorrichtung (z. B. einem Roboter) und/oder Korrelation von Daten bestimmt. Datenkorrelation zum Bestimmen relativer Position kann schwierig sein, wo die Bewegung das abgetastete Gewebe verändert. Synchronisieren kann die Zeit zwischen sequenziellen Abtastungen reduzieren, was zu weniger Bewegungs-Artefakten führt.
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Die unterschiedlichen, durch den Strahl jedes Schallkopfes zurückgelegten Schallwege können zu variierenden Abschwächungspegeln, Phasenabweichungen und anderen bildbeeinflussenden Parametern führen. Um diese Variation zu berücksichtigen, kann der Beitrag jedes Schallkopfes zu überlappenden Bereichen des zusammengesetzten Volumens gewichtet werden.
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Die Schallköpfe können physisch groß und schwer sein. Ein Roboter, Trägerarm, Riemen oder andere Einrichtung kann den Benutzer bei der Positionierung oder beim Halten der Schallköpfe unterstützen.
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Das serielle oder gleichzeitige Ansteuern volumetrischer Schallköpfe geschieht mit einem Ultraschall-Bildgebungssystem. Um Frequenztrennung oder andere Codierung zum Unterscheiden von Abtastungen aus mehrfachen Arrays gleichzeitig zu vermeiden, kann sequenzielles Abtasten benutzt werden. Alternativ unterscheidet Frequenztrennung oder eine andere Codierung die Übertragungen.
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1 zeigt ein System 10 zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung. Das System 10 enthält zwei oder mehr Schallköpfe 12, 16, Ortungsvorrichtungen 14, ein Ultraschall-Bildgebungssystem 18, einen Prozessor 20, einen Speicher 22 und eine Anzeige 24. Zusätzliche, andere oder weniger Bauteile können vorgesehen sein. Zum Beispiel enthält das System 10 nicht die Ortungsvorrichtungen 14. Als weiteres Beispiel enthält das System 10 eine Anwenderschnittstelle. Bei einer Ausführungsform ist das System 10 ein medizinisches diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem. In anderen Ausführungsformen sind der Prozessor 20 und/oder der Speicher 22 Teil einer von dem Ultraschall-Bildgebungssystem 18 verschiedenen oder getrennten Workstation oder eines Computers. Die Workstation ist dem Ultraschall-Bildgebungssystem 18 benachbart oder entfernt davon.
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Die Schallköpfe 12, 16 sind Einzelelement-Schallköpfe, lineare Arrays, gekrümmte lineare Arrays, phasengesteuerte Arrays, 1,5-dimensionale Arrays, zweidimensionale Arrays, radiale Arrays, ringförmige Arrays, mehrdimensionale Arrays oder andere nicht bekannte oder später entwickelte Arrays von Elementen. Die Elemente sind piezoelektrische oder kapazitive Materialien oder Strukturen. Der Schallkopf 12 ist zur Anwendung außerhalb des Patienten geeignet, indem er ein handgehaltenes Gehäuse oder ein Gehäuse zur Montage an einem äußeren Aufbau enthält. Gezeigt sind zwei Schallköpfe 12, 16, jedoch können drei, vier oder mehr Schallköpfe 12, 16 vorgesehen sein. Verschiedene der Schallköpfe 12, 16 können denselben oder einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen, so kann etwa ein Schallkopf ein lineares Array und ein anderer ein gekrümmtes Array sein. Die Schallköpfe können gestaltet sein, ein gleiches oder ein verschieden großes Sichtfeld abzutasten. Die Bildgebungsparameter jedes Schallkopfes (Frequenz, Tiefe und andere) können auch identisch sein oder von anderen Schallköpfen abweichen.
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Bei einer Ausführungsform sind einer oder mehrere, wie etwa alle der Schallköpfe 12, 16, Wobbler-Arrays. Die Wobbler-Arrays enthalten jeweils ein Array von Schallkopf-Elementen. Das Array von Elementen kann benutzt werden, um einen Bereich abzutasten, wie etwa elektronisches Abtasten einer Ebene. Riemen, Zahnräder, Flaschenzüge, Nocken und/oder andere Vorrichtungen sind mit dem Array verbunden. Ein Motor, wie etwa ein Elektromotor, treibt die Vorrichtungen an, das Array zu bewegen. Das Array wird entlang einer Ebene oder gekrümmten Fläche versetzt und/oder gedreht. Aufgrund des Betriebs des Motors und/oder der Vorrichtung kann das Array zwischen zwei Grenzen innerhalb des Sondengehäuses vor und zurück bewegt werden, wodurch das Array gewobbelt wird. Die Grenzen können mechanisch oder elektrisch bestimmt sein.
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Jeder Schallkopf 12, 16 wandelt zum Abtasten eines Bereichs des Patientenkörpers zwischen elektrischen Signalen und Schallenergie um. Der abgetastete Bereich des Körpers ist eine Funktion der Art des Schallkopfarrays und der Position des Schallkopfes 12 bezüglich des Patienten. Zum Beispiel kann ein lineares Schallkopfarray in einem Wobbler eine Vielzahl von rechteckigen oder quadratischen ebenen Bereichen des Körpers abtasten. Als weiteres Beispiel kann ein gekrümmtes lineares Array in einem Wobbler eine Vielzahl von tortenstückförmigen Bereichen des Körpers abtasten. Es können Abtastungen benutzt werden, die anderen geometrischen Bereichen oder Formen innerhalb des Körpers entsprechen, wie etwa Vector®-Abtastungen.
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Die Ebenen weisen aufgrund der Bewegung des Arrays einen Abstand zueinander auf. Die Ebenen stellen ein Volumen des Patienten dar. Verschiedene Ebenen können durch Bewegen des Arrays abgetastet werden, wie etwa durch Drehen, Schaukeln und/oder Versetzen. Alternativ wird ein Volumen allein durch elektronisches Steuern abgetastet (z. B. Volumenabtasten mit einem zweidimensionalen Array).
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Die Wobbler können jeweils Sensoren enthalten, die eingerichtet sind, Arraypositionen zu bestimmen und damit entsprechende Positionen der Abtastebene vorzusehen. Die Position jeder planaren Abtastung wird gemessen oder ist bekannt. Zum Beispiel bestimmt ein Codierer oder anderer Sensor die Position des Arrays innerhalb seines Bewegungsbereichs, um die Position einer gegebenen Abtastebene zu bestimmen. Alternativ ist die Stromaufnahme des Motors oder eine andere Rückmeldung vorgesehen, um die Position zu bestimmen. Datendekorrelation oder andere Techniken können benutzt werden, um die Positionen von mit demselben Array erfassten Abtastebenen zu bestimmen. In einer weiteren Alternative wird die Erfassung jeder Abtastebene ausgelöst. Die Ebenen werden an festgelegten relativen Positionen erfasst. In weiteren Ausführungsformen kann die Array- oder Motorgeschwindigkeit über den Bewegungsbereich bekannt sein oder bestimmt werden. Das Geschwindigkeitsprofil, die Anzahl von Abtastungen und die Abtast-Zeiteinteilung können benutzt werden, um die Position jeder Abtastung zu bestimmen.
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Optional enthalten die Schallköpfe 12, 16 eine Ortungsvorrichtung 14. Die Ortungsvorrichtung 14 befindet sich in oder an dem Ultraschallwandler 12, 16. Zum Beispiel ist die Ortungsvorrichtung 14 an dem Schallkopf 12, 16 montiert, darin untergebracht oder als Teil seines Gehäuses ausgebildet. Signale oder Daten werden von der oder zu der Ortungsvorrichtung 14 mit Drähten im Schallkopfkabel oder drahtlos vorgesehen.
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Die Ortungsvorrichtung 14 ist ein Sensor oder ein erfasstes Objekt. Zum Beispiel enthält die Ortungsvorrichtung 14 Spulen eines magnetischen Positionssensors. Drei orthogonale Spulen sind vorgesehen. Durch sequenzielle Übertragung über Fernsenderspulen und Messen von Signalen an jeder der Sensorspulen werden der Ort und die Orientierung der Sensorspule bestimmt. Die Spulen erfassen ein durch eine weitere Vorrichtung außerhalb des Sensors erzeugtes Magnetfeld. Alternativ wird das Magnetfeld durch die Ortungsvorrichtung 14 erzeugt, und Spulen mit Abstand zur Ortungsvorrichtung 14 erfassen die Positionsinformationen des Senders.
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Die Ortungsvorrichtung 14 bestimmt den Ort der Sonde oder des Schallkopfes 12, 16, wie etwa bezüglich eines Raumes oder anderer Schallköpfe 12, 16. Die Ortungsvorrichtung 14 gibt die relativen Positionen von abgetasteten Volumina oder Ebenen an, die mit verschiedenen Schallköpfen 12, 16 erfasst sind.
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Es können andere Ortungsvorrichtungen 14 benutzt werden. Zum Beispiel gibt ein Schwerkraftsensor die Orientierung des Schallkopfes zum Erdmittelpunkt an. In anderen Beispielen ist die Ortungsvorrichtung 14 ein Beschleunigungsmesser oder Gyroskop. Es kann ein optischer Sensor benutzt werden, bei dem die Ortungsvorrichtung 14 etwa ein Muster, ein Lichtsender oder das Gehäuse des Schallkopfes 12, 16 ist. Eine Kamera bildet den Schallkopf 12 ab. Ein Prozessor bestimmt die Orientierung und/oder Position auf Grundlage des Ortes im Sichtfeld, der Verzerrung und/oder der Größe der Ortungsvorrichtung 14.
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Andere Orientierungssensoren können zum Erfassen von einem, zwei oder drei Orientierungsgraden relativ zu einem Bezug verwendet werden. Andere Positionssensoren können mit einem, zwei oder drei Graden des Positionserfassens verwendet werden. In anderen Ausführungsformen sieht ein Positions- und Orientierungssensor bis zu 6 Grade von Positions- und Orientierungsinformationen vor. Beispiele von magnetischen Positionssensoren, welche die 6 Grade von Positionsinformationen bieten, sind die Positionserfassungskatheter Ascension Flock of Birds und Biosense Webster.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Ortungsvorrichtung 14 ein faseroptischer Positionssensor, wie etwa der von Measurand, Inc. erhältliche Shapetape-Sensor. Die Orientierung und/oder Position eines Endes oder Teilbereichs des faseroptischen Positionssensors bezüglich eines anderen Endes oder Teilbereichs werden durch Messen von Licht in faseroptischen Einzelleitern bestimmt. Ein Ende oder anderer Teilbereich des faseroptischen Positionssensors wird in die Nähe eines bekannten Ortes gehalten. Das Biegen, Verdrehen oder Drehen des faseroptischen Positionssensors wird gemessen, wie etwa das Messen zu einem Zeitpunkt, nachdem der Schallkopf in der Nähe eines akustischen Fensters positioniert ist. Die relative Position des Schallkopfes bei verschiedenen akustischen Fenstern kann bestimmt werden.
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Um den Benutzer bei der Positionierung und/oder beim Halten der Schallköpfe 12, 16 zu unterstützen, kann ein Gestell 30 vorgesehen sein, wie in 2 gezeigt. Das Gestell 30 ist ein Flaschenzug, Riemen oder eine andere Vorrichtung zum aktiven oder passiven Reduzieren des Gewichts, das der Benutzer beim Halten der Schallköpfe 12, 16 tragen muss. Bei einer Ausführungsform enthält das Gestell 30 Stoßdämpfer, Motoren, Begrenzer, Pumpen oder andere Vorrichtungen. Das Gestell 30 kann Bewegung widerstehen, verriegeln, entriegeln oder Bewegung erleichtern.
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Bei einer Ausführungsform enthält das Gestell 30 einen oder mehrere Trägerarme 32. Die Trägerarme 32 weisen beliebige Form und Größe auf, so sind sie etwa Metall- oder Kunststoffrohre, -balken oder -platten. Die Trägerarme 32 sind direkt oder indirekt mit den Schallköpfen 12, 16 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist der Trägerarm 32 Teil eines Roboters oder Robot-Assistenzsystems, wie etwa der automatisierte Brustvolumenscanner ACUSON S2000 von Siemens Medical Solutions USA, Inc. Die Schallköpfe 12, 16 sind so auf demselben Trägerarm oder verschiedenen Trägerarmen 32 montiert, dass ein menschlicher Bediener während der Bildgebung keinen Teil der Schallköpfe 12, 16 halten muss. Die Trägerarme 32 können gelenkig, ausziehbar, zusammendrückbar, biegbar, drehbar oder anderweitig beweglich sein, um eine breite Vielzahl von Schallkopfpositionen bezüglich des Patienten 28 zu unterstützen. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform werden die Trägerarme 32 durch eine Hubvorrichtung oder beweglich an einer Säule gehalten. Decken-, Boden- oder Wandhalterungen können benutzt werden. Schienengeführte, feststehende, drehbare oder andere Halterungen können benutzt werden. In dem Beispiel von 2 sind vier mechanische Wobbler-Schallköpfe 12, 16 gezeigt, die zum transabdominalen fötalen Abtasten der Patientin 28 geeignet sind.
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Das Gestell 30 ist gestaltet, unabhängige Bewegung der Wobbler-Schallköpfe 12, 16 relativ zueinander zu ermöglichen. Das mechanische Gestänge ermöglicht es, dass sich mindestens ein Schallkopf 12, 16 relativ zu einem anderen der Schallköpfe 12, 16 bewegt. Die Unabhängigkeit kann in einem, zwei oder drei Translations- und/oder Rotationsgraden vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein Schallkopf 12 beweglich sein, sich mit oder ohne Begrenzungen um zwei Achsen zu drehen, ohne auch die Drehung eines weiteren der Schallköpfe 16 zu erfordern. Die verschiedenen Schallköpfe 12, 16 können um dieselbe oder verschiedene Dimensionen verschiebbar und/oder drehbar sein.
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Die Unabhängigkeit der Bewegung kann vorgesehen sein, indem sie mindestens eine separate Verbindung mit dem Trägerarm 32 aufweisen. Zum Beispiel ist jeder Schallkopf 12, 16 mit dem Gestell 30 und/oder dem Trägerarm 32 mit einem separaten Gelenk oder Arm verbunden. Verschiedene Gruppen von Schallköpfen 12, 16 können mit einem gemeinsamen Trägerarm 32 verbunden sein, der verschieden von einem Trägerarm 32 für eine weitere Gruppe der Schallköpfe 12, 16 ist. Bei einer Ausführungsform sind vier oder eine andere Anzahl von Schallköpfen 12, 16 mit einer gemeinsamen Platte oder einem anderen Trägerarm 32 verbunden. Die relative Position der Verbindungen hält die Schallköpfe 12, 16 zur leichteren Positionierung am Patienten 28 auseinander, wie etwa zum Positionieren um das Abdomen einer schwangeren Patientin.
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Jeder Schallkopf 12, 16 kann manuell oder automatisch verstellt werden, sodass die relative Position zueinander anpassbar ist. Ein Handgriff und/oder Gehäuse wird von einem Benutzer verwendet, um den Schallkopf 12, 16 manuell zu bewegen. Der Trägerarm 32, die Verbindung, das Gelenk oder das Gestell 30 können die manuelle Positionierung hemmen, unterstützen oder frei zulassen. Zum Beispiel kann der Schallkopf 12, 16 bezüglich des Trägerarms 32 verriegelt und entriegelt werden, sodass eine freie Bewegung ermöglicht ist, wenn er entriegelt ist, und eine Bewegung verhindert ist, wenn in einem verriegelten Zustand nicht ein gewisser Kraftaufwand überschritten wird. Automatische Bewegung kann durch Motoren oder Pumpen mit Führung durch den Benutzer und/oder auf Grundlage von Sensor-Rückmeldungen vorgesehen sein.
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Der räumliche Ort und/oder die Orientierung jedes Schallkopfes 12, 16 werden unter Verwendung der Ortungsvorrichtungen 14 bestimmt, wie etwa Robot-Positionierungssensoren oder Sensoren zum Erfassen von Translation und/oder Rotation in den zugelassenen Richtungen. Die relative Position, absolute Position und/oder Positionsveränderung können benutzt werden. Als Alternative oder zusätzlich werden die Abtastdaten korreliert, um die relative Position zu bestimmen. Zum Bestimmen des räumlichen Orts und/oder der räumlichen Orientierung können beliebige Bewegungsgrenzen der Schallköpfe 12, 16 relativ zueinander benutzt werden.
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Die Trägerarme 32 sind beweglich, um die Schallköpfe 12, 16 nahe beim Patienten 28 zu positionieren. Zum Beispiel werden eine Widerstandsvorrichtung, ein Motor oder beide benutzt, um die Schallköpfe 12, 16 nahe an ein Abdomen des Patienten 28 zu positionieren. Die Trägerarme 32 werden dann verriegelt oder in Position gehalten. Zum Beispiel kann ein Stoßdämpfer oder eine andere Widerstandsvorrichtung einen Teil der Schwerkraft aufheben, und die Bewegung in andere Richtungen ist verriegelt. Wenn die Schallköpfe 12, 16 wegbewegt werden müssen, werden die Trägerarme 32 gegen die verbleibende Schwerkraft gehoben. Während des Abtastens hält die verbleibende Schwerkraft die. Schallköpfe 12, 16 gegen den Patienten. Sobald die Trägerarme 32 positioniert sind, um die Schallköpfe 12, 16 am gewünschten Bereich des Patienten zu platzieren, können die Schallköpfe 12, 16 zu den gewünschten akustischen Fenstern bewegt werden.
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Mit Bezug auf 1 ist das Ultraschall Bildgebungssystem 18 ein medizinisches diagnostisches Ultraschall-Bildgebungssystem. Zum Beispiel enthält das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 einen Sendestrahlformer, einen Empfangsstrahlformer, einen Detektor (z. B. B-Mode und/oder Doppler) und einen Abtastwandler sowie die Anzeige 24 oder eine andere Anzeige. Das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 ist mit den Schallköpfen 12, 16 verbunden, wie etwa durch einen oder mehrere lösbare Verbinder. Sendesignale werden erzeugt und für einen ausgewählten Schallkopf 12, 16 vorgesehen. Ein Multiplexer oder eine Auswahl über Steckverbinder wählt den zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt zum Abtasten zu benutzenden Schallkopf 12, 16. Elektrische Antwortsignale werden von dem ausgewählten Schallkopf 12, 16 her empfangen und durch das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 verarbeitet. Das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 verursacht eine Abtastung eines inneren Bereichs eines Patienten mit dem Schallkopf 12, 16 und erzeugt Daten, die den Bereich als Funktion der Abtastung darstellen. Die Daten sind Strahlformerkanaldaten, strahlgeformte Daten, erfasste Daten, konvertierte Abtastdaten und/oder Bilddaten. Die Daten stellen die Anatomie des Bereichs dar, wie etwa das Herz, die Leber, den Fötus, Muskeln, Gewebe, Fluid oder andere Anatomie.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 eine Workstation oder ein Computer zum Verarbeiten von Ultraschalldaten. Ultraschalldaten werden erfasst unter Verwendung eines mit dem Schallkopf 12 verbundenen Bildgebungssystems oder eines integrierten Schallkopfes 12 und Bildgebungssystems. Die Daten auf jeder Verarbeitungsebene (z. B. Funkfrequenzdaten (z. B. Bildqualitätsdaten), strahlgeformte Daten, erfasste Daten und/oder konvertierte Abtastdaten) werden ausgegeben oder gespeichert. Zum Beispiel werden die Daten an ein Datenarchivierungssystem ausgegeben oder über ein Netzwerk an eine benachbarte oder entfernte Workstation ausgegeben. Das Ultraschall-Bildgebungssystem 18 verarbeitet die Daten weiter zur Analyse, Diagnose und/oder zum Darstellen.
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Durch Verwendung eines Multiplexers oder einer anderen Struktur und Programmierung ist das Bildgebungssystem 18 eingerichtet, einen inneren Bereich des Patienten mit den verschiedenen Schallköpfen 12, 16 sequenziell abzutasten. Signale werden zu einer gegebenen Zeit an einen der Schallköpfe 12, 16 gesendet oder von ihm empfangen. Zum Beispiel wird ein Schallkopf 12 benutzt, um ein Volumen abzutasten. Ein weiterer Schallkopf 16 wird dann benutzt, um ein weiteres Volumen abzutasten. Die Sende- und Empfangssignale werden strahlgeformt, wie es zum Abtasten mit dem Schallkopftyp 12, 16 zweckmäßig ist. Alternativ können mehr als ein Schallkopf 12, 16 zur selben Zeit ausgewählt sein und abtasten.
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Diese sequenziellen Abtastungen weisen sich überlappende Sichtfelder auf. Die Schallköpfe 12, 16 sind so positioniert, und das Abtastformat ist so gewählt, um die Sichtfelder der Schallköpfe 12, 16 sich zumindest teilweise überlappen zu lassen. Ein durch einen Schallkopf 12 abgetastetes Volumen überlappt sich mit einem durch einen weiteren Schallkopf 16 abgetasteten Volumen. Die Schallköpfe 12, 16 werden durch das Bildgebungssystem 18 seriell oder in willkürlicher Reihenfolge so angesprochen, dass einer oder mehrere der Schallköpfe 12, 16 zu einer gegebenen Zeit ein Bild erfassen. Zum Beispiel können im Falle von vier mechanischen Wobbler-Schallköpfen 12, 16 alle der Schallköpfe 12, 16 intern während ihrer gesamten Durchlaufkonfiguration wobbeln, aber nur ein Schallkopf zu einer Zeit wird zum Bildgeben benutzt. Alternativ werden nicht überlappende Sichtfelder und/oder gleichzeitiges Abtasten benutzt.
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Das Bildgebungssystem 18 erzeugt ein Bild aus den Abtastdaten. Strahlformen, Erfassen, Abtastkonvertierung und/oder Rendern werden benutzt, um jedes Bild zu erzeugen. Getrennte Bilder können für die Daten aus getrennten Schallköpfen 12, 16 erzeugt werden. Die Daten können kombiniert werden, wie etwa Kombinieren vor oder nach der Erfassung zu einem Datensatz, der ein Abtastvolumen, ein Untervolumen, eine Ebene, eine erweiterte Sichtfeldebene oder ein erweitertes Sichtfeldvolumen darstellt. Ein erweitertes Sichtfeld ist ein Sichtfeld, das größer ist, als es mit einer vollständigen Abtastung unter Verwendung eines einzelnen Schallkopfes 12, 16 an einer Position erfassbar ist.
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Bei einer Ausführungsform wird das Bild als Rendern von Daten erzeugt, die einen dreidimensionalen Bereich darstellen. Ein Datensatz wird durch Kombinieren von Daten von zwei oder mehr Schallköpfen gebildet. Der Datensatz stellt nur die sich überlappenden Bereiche oder ein erweitertes Sichtfeld dar. Sobald Volumendaten unabhängig durch alle beteiligten Schallköpfe 12, 16 erfasst sind, wird ein zusammengesetztes Volumen zusammengefügt.
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Die Abtastvolumina werden räumlich ausgerichtet (aneinandergepasst). Bei einer Ausführungsform werden die Ortungsvorrichtungen 14 zum Ausrichten der durch die Daten dargestellten Bereiche benutzt. Die Ortungsvorrichtungen 14 geben Positionen der Schallköpfe 12, 16 während jeweiliger Abtastungen an. Es können absolute oder relative Positionsinformationen benutzt werden.
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Zum Aneinanderpassen auf Datenbasis wird Kreuzkorrelation, Minimalsumme der absoluten Differenzen oder eine andere Ähnlichkeitsfunktion benutzt, um die relative Verschiebung und/oder Orientierung der Bereiche zu erkennen. Es wird die beste oder eine ausreichende Anpassung der Daten zueinander bestimmt. Die mit der Anpassung verknüpfte Translation und/oder Rotation geben die unterschiedlichen oder relativen Positionen der durch die Daten dargestellten Bereiche an. Die Anpassung richtet die Daten aus den Abtastungen für die verschiedenen Fontanellen räumlich aus.
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Es können vielfache Quellen der Ausrichtungsinformationen benutzt werden. Zum Beispiel werden sowohl datenbasierte als auch sensorbasierte relative Positionen und Orientierungen bestimmt. Es werden durchschnittliche Position und Orientierung benutzt. Eine Quelle kann für die Position und eine weitere Quelle für die Orientierung benutzt werden. Eine Quelle kann benutzt werden, um sicherzustellen, dass die primäre Quelle korrekt ist.
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Bei einer Ausführungsform werden durch die Ortungsvorrichtung 14 in Verbindung mit jedem Schallkopf 12, 16 anfängliche Schätzungen der relativen Position vorgesehen. Zusätzliche Genauigkeit kann durch Datenkorrelation erhalten werden. Die anfängliche Position wird benutzt, um den Suchraum zu begrenzen, einen anfänglichen Ort für die Suche vorzusehen oder schneller eine stärkste Korrelation zu bestimmen. Die Datensätze werden relativ zueinander verschoben und/oder gedreht, um eine relative Position mit einer größten Ähnlichkeit zu bestimmen.
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Nach dem Ausrichten werden die Daten kombiniert. Die Daten aus verschiedenen Abtastungen werden als Funktion der räumlichen Ausrichtung zusammengefügt. Wo Daten aus mehreren Sätzen oder unterschiedlichen Abtastungen denselben räumlichen Ort darstellen, werden die Daten kombiniert, wie etwa gemittelt. Aufgrund der unterschiedlichen Abtastformate und/oder der unterschiedlichen akustischen Fenster stellen die Daten möglicherweise im Allgemeinen denselben räumlichen Ort dar, sind jedoch nicht genau ausgerichtet. Daten aus einer oder mehreren Abtastungen können auf ein Gitternetz konvertiert oder formatiert werden, das zu einer anderen der Abtastungen gehört, oder auf ein Referenz-Gitternetz. Zum Beispiel werden die Daten, die unterschiedliche Volumina darstellen, auf ein dreidimensionales Referenz-Gitternetz interpoliert. Nach der Konversion werden Daten aus vielfachen Volumina kombiniert. Alternativ wird ein Nächste-Nachbarn-Verfahren, eine Interpolation oder ein anderer Ansatz benutzt, um die zu kombinierenden Daten zu bestimmen.
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Da die abgetasteten Volumina möglicherweise nicht identisch sind, können unterschiedliche räumliche Orte mit einer unterschiedlichen Anzahl von zu kombinierenden Werten verknüpft sein. Zum Beispiel kann ein räumlicher Ort durch einen einzigen Wert aus einer Abtastung dargestellt sein. Ein anderer räumlicher Ort kann durch zwei Werte aus zwei Abtastungen durch zwei Schallköpfe 12, 16 dargestellt sein. Ein anderer räumlicher Ort kann durch drei Werte dargestellt sein, einen von jedem von drei Schallköpfen 12, 16. Es wird eine normalisierte oder gemittelte Kombination benutzt. Filtern kann vorgesehen sein, um alle Artefakte aus dem Kombinieren unterschiedlicher Anzahlen von Werten für unterschiedliche räumliche Orte zu reduzieren.
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Die Werte werden durch Mittelung kombiniert. Andere Kombinationsfunktionen können benutzt werden, wie etwa eine Maximal- oder Minimalwertauswahl. Bei einer Ausführungsform wird eine gewichtete Mittelung benutzt. Die Werte werden vor der Mittelung gewichtet. Die Gewichtung kann vorbestimmt oder festgelegt sein. Für eine einfache Mittelung werden die Gewichte auf Grundlage der Anzahl der beisteuernden Werte festgesetzt.
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Bei einer Ausführungsform werden die Gewichte als Funktion des räumlichen Ortes, der Datenqualität oder von Kombinationen davon angepasst. Zum Beispiel können Nahfeld- oder Mittelfeldinformationen qualitativ besser sein als Fernfeld- oder Sehrnahfelddaten. Daten in der Mitte des Abtastfeldes können qualitativ besser sein als Daten, die zu größeren Ablenkwinkeln gehören. Die qualitativ besseren Daten werden schwerer gewichtet. Zum Beispiel werden Nahfelddaten schwerer gewichtet als Fernfelddaten. Wobbler-Schallköpfe können qualitativ bessere Informationen für eine Array-Orientierung als für eine andere vorsehen, wie etwa aufgrund der Bewegungsgeschwindigkeit des Arrays. Die Daten besserer Qualität können schwerer gewichtet werden.
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Die Daten können verarbeitet werden, um die Qualität oder einen Qualitätsfaktor zu bestimmen. Zum Beispiel wird der mit unterschiedlichen räumlichen Orten verknüpfte Rauschpegel bestimmt. Die Standardabweichung in einem im Allgemeinen homogenen Bereich kann einen Rauschpegel für die Abtastung oder einen Teilbereich der Abtastung angeben. Als weiteres Beispiel gibt ein Maß hoher Frequenzvariation den Rauschpegel an. In einem weiteren Beispiel wird die Stärke der Antwort ohne Zeit- oder Tiefenverstärkungskompensation mit einem Schwellpegel oder -anstieg verglichen, um einen Rauschpegel als Funktion der Tiefe zu bestimmen. Rauschpegel können für unterschiedliche Teilbereiche einer Abtastung bestimmt werden. Das Rauschen an anderen Stellen wird interpoliert. Die Qualität für einen gegebenen Wert wird durch den Rauschpegel angezeigt.
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Beim Gewichten kann eine beliebige Abweichung oder Verschiedenheit benutzt werden. Das Gewichten ist relativ, sodass sich alle Gewichtungen zu Eins summieren. Es kann ein Qualitätsunterschied zwischen Werten bestimmt und die relative Gewichtung auf Grundlage des Unterschieds festgesetzt werden. Wenn zum Beispiel zwei Werte ähnliche Qualität aufweisen, ist gleiche Gewichtung vorgesehen. Wenn die beiden Werte unterschiedliche Qualität aufweisen, ist ungleiche Gewichtung vorgesehen. Ein oder mehrere Faktoren können benutzt werden, um die Gesamtqualität zu bestimmen. Die Faktoren können unterschiedlich gewichtet werden, abhängig von der Wichtigkeit oder Zuverlässigkeit.
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Die relativen Gewichtungen der beisteuernden Abtastungen können auf Grundlage der Echogenität gewählt werden. Stärkere Gewichtung ist für Werte höherer Intensität vorgesehen. Andere Gesichtspunkte können zum Anpassen der Gewichte benutzt werden. Das Aneinanderpassen kann zum Gewichten benutzt werden. Bessere Korrelation kann darauf hinweisen, dass ähnlichere Gewichtung angemessen ist. Schlechte Korrelation kann auf stärkere Gewichtung für einen oder mehrere Datensätze hinweisen, wie etwa die dem jeweiligen Array am nächsten liegenden Daten. Bei zwei für einen gegebenen Ort beisteuernden Datenwerten wird der Datenwert aus einer Abtastung durch ein näheres Array schwerer gewichtet.
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Die Anzeige 24 ist eine Katodenstrahlröhre, ein LCD-Bildschirm, ein Projektor, ein Plasmabildschirm, ein Drucker oder eine andere Anzeige zum Darstellen zweidimensionaler Bilder oder dreidimensionaler Darstellungen. Die Anzeige 20 stellt Ultraschallbilder als Funktion der ausgegebenen Bilddaten dar. Zum Beispiel ist eine multiplanare Rekonstruktion (MPR) von zwei oder mehr Bildern vorgesehen, die orthogonale Ebenen darstellen. Als weiteres Beispiel ist eine Vielzahl von Ultraschallbildern vorgesehen, die zwei oder mehr parallele Ebenen im inneren Bereich darstellen. Volumen- oder Oberflächen-Rendern kann alternativ oder zusätzlich benutzt werden.
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Das zusammengesetzte Volumen wird zum Quantifizieren, Bildgeben und/oder Archivieren benutzt. Die Daten des zusammengesetzten Volumens können segmentiert werden, oder es kann eine Bildranderkennung angewandt werden, um Volumenwerte zu bestimmen oder mit besonderen Strukturen verknüpfte Informationen zu isolieren. Der das zusammengesetzte Volumen darstellende Datensatz kann in Form von Bilddaten ausgegeben werden. Die Bilddaten können Daten in jedem Verarbeitungsstadium sein, wie etwa vor oder nach der Erfassung. Die Bilddaten können zur Anzeige besonders formatiert sein, wie etwa Rot-, Grün-, Blau-Daten (RGB). Die Bilddaten können vor oder nach einem beliebigen Mapping sein, wie etwa Grauskalen- oder Farbmapping.
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Der Prozessor 20 ist ein Prozessor oder besteht, allgemeiner gesagt, aus mehreren Prozessoren, digitalen Signalprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, Field Programmable Gate Arrays, Controllern, analogen Schaltkreisen, digitalen Schaltkreisen, Servern, Kombinationen davon, Netzwerk oder anderen logischen Vorrichtungen zum Steuern der Schallköpfe 12, 16 und/oder entsprechenden Abtastungen. Es wird eine einzelne Vorrichtung benutzt, aber parallele oder sequenzielle verteilte Verarbeitung kann benutzt werden. Bei einer Ausführungsform ist der Prozessor 20 ein Systemcontroller des Ultraschall-Bildgebungssystems 18. Der Prozessor 20 empfängt Eingaben von einer beliebigen Ortungsvorrichtung 14, den Schallköpfen 12, 16 und/oder dem Ultraschall-Bildgebungssystem 18.
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Der Prozessor 20 synchronisiert das Array aus einem oder mehreren Wobbler-Schallköpfen 12, 16 mit der Abtastung eines anderen Wobbler-Schallkopfes 12, 16. Während ein erster Schallkopf 12 abtastet, werden ein oder mehrere andere Schallköpfe 16 synchronisiert, um Übergangsvorgänge zwischen Abtastungen zu reduzieren. Die anderen Schallköpfe 16 werden mit demselben oder einem anderen Schallkopf 12, 16 synchronisiert. Die anderen Schallköpfe 16 werden so synchronisiert, dass der Schallkopf 16 zum Abtasten bereit ist, wenn die Abtastung von dem aktuell abtastenden Schallkopf 12 zum wartenden Schallkopf 16 übergeht. Der wartende Schallkopf 16 wird mit dem aktuell abtastenden Schallkopf 12, einer Array-Position des aktuell abtastenden Schallkopfes 12, einer Endzeit der Abtastung durch den aktuell abtastenden Schallkopf 12, einer End-Abtastebenenposition des aktuell abtastenden Schallkopfes 12 oder einem anderen Aspekt der aktuellen Abtastung oder des Schallkopfes 12 synchronisiert.
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Die wartenden Schallköpfe 16 werden zur optimalen Erfassungsgeschwindigkeit oder zum Erhöhen der Erfassungsgeschwindigkeit synchronisiert. Zum Beispiel befinden sich, während ein erster Schallkopf 12 ein Bild erfasst (aktiver Modus), drei weitere Schallköpfe 16 im Standby-Modus. Wenn der erste Schallkopf 12 einen Bildgebungs-Durchlauf über sein Sichtfeld abschließt, wird der erste Schallkopf 12 in den Standby-Modus versetzt, und ein zweiter Schallkopf 16 wird aktiv und beginnt unmittelbar oder mit geringer Verzögerung mit der Bildgebung. Die Synchronisierung sieht das Array des nachfolgenden Schallkopfes 16 an einem gewünschten Ort vor, bei einer gewünschten Bewegungsgeschwindigkeit oder bei einem gewünschten Aktivitätsniveau. Zum Beispiel sieht die Synchronisierung das Array an einer Ursprungsposition bezüglich eines Durchlaufbereichs vor. Jeder der Schallköpfe wird seriell so angesprochen, dass die Bildgebungsinformationen nur von einem einzigen Schallkopf zu einer gegebenen Zeit erhalten werden, aber die Schallköpfe befinden sich im Standby-Modus, um eine reduzierte Übergangszeit zu ermöglichen. Ein großes Sichtfeld mit Bewegung kann abgetastet werden, jedoch mit weniger Artefakten.
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Die Synchronisierung ist durch Steuern des Schallkopfes 12, 16 vorgesehen. Zum Beispiel wird der Wobbler eingeschaltet. Das Array des zweiten Wobbler-Schallkopfes 16 wird mit der Abtastung des ersten Wobbler-Schallkopfes 12 durch Aktivieren des zweiten Wobbler-Schallkopfes 16 vor dem Übergang der Abtastung vom ersten Wobbler-Schallkopf 12 zum zweiten Wobbler-Schallkopf 16 synchronisiert. Zu einem gegebenen Zeitpunkt befindet sich jeder Schallkopf 12, 16 im aktiven, Standby- oder deaktivierten Modus. Der aktive Modus besteht, wenn der Schallkopf 12 ein Bild erzeugt oder abtastet, sodass akustischer Inhalt durch den Schallkopf 12 gesendet und/oder empfangen und an das Bildgebungssystem 18 in Echtzeit übertragen wird. Der Standby-Modus wird verwendet, während der Schallkopf 16 keinen akustischen Inhalt sendet oder empfängt, aber bereit ist, dies sofort oder mit geringer Verzögerung zu tun. Im Falle eines mechanischen Wobbler-Schallkopfes 12, 16 ist das Array bereits auf Geschwindigkeit oder in Bewegung („wobbelt”), sendet jedoch keine akustischen Impulse. Die Zeit, um auf Geschwindigkeit zu kommen, ist durch die Synchronisierung reduziert oder beseitigt.
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Als weiteres Beispiel beruht die Synchronisierung auf der Array-Position. Ein wartendes Array eines Wobblers ist so positioniert, dass es sich beim Übergang der Abtastung von einem anderen Schallkopf 12 zum wartenden Schallkopf 16 an einer bestimmten Position in einem Durchlauf befindet. Zum Beispiel ist die Bewegung des Arrays zeitlich so festgelegt, dass es sich zum Zeitpunkt des Beginns der Abtastung an der Grenze oder in der Mitte einer Bewegungs- oder Wobbeldurchlaufs befindet. Statt dass abgewartet wird, dass sich das Array zum gewünschten Ort bewegt, nachdem eine Abtastung mit einem anderen Array abgeschlossen ist, ist zeitlich so festgelegt, dass sich das wartende Array beim Übergang nahe bei oder an dem Ort befindet. Es kann jeder gewünschte Array-Ort benutzt werden, wie etwa ein Ort, der dem Ende einer vorherigen Abtastung entspricht. Die Positionierung kann erreicht werden durch Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Arrays und/oder der Startzeit des Bewegens des Arrays.
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Bei einer gegebenen Situation können ein oder mehrere Schallköpfe 12, 16 unbenutzt sein. Diese Schallköpfe 12, 16 können deaktiviert oder im Standby, aber nicht im Gebrauch sein. Um Geräusche oder unerwünschte Schwingungen zu vermeiden, wird ein deaktivierter Modus benutzt, wo das Array. Die elektrischen Bauteile (z. B. ein Motor) des deaktivierten Schallkopfes sind inaktiv oder ohne Stromversorgung. Alternativ kann der deaktivierte Modus benutzt werden, wo ein oder mehrere Schallköpfe 12, 16 in der Abtastsequenz vor dem aktuellen Schallkopf 12, 16 zu benutzen sind. Sobald die Einsatzzeit des aktuellen Schallkopfes 12, 16 näher ist, wird der Schallkopf 12, 16 als Teil der Synchronisierung vom deaktivierten Modus in einen Standby-Modus gebracht.
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Der Speicher 22 ist ein Band, magnetisch, optisch, eine Festplatte, ein RAM, ein Puffer oder ein anderer Speicher. Der Speicher 22 speichert die Daten aus den verschiedenen Abtastungen und/oder die Daten des zusammengesetzten Volumens.
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Der Speicher 14 ist zusätzlich oder alternativ ein computerlesbares Speichermedium mit Verarbeitungsanweisungen. Daten, die Anweisungen darstellen, die durch den programmierten Prozessor 20 und/oder das Bildgebungssystem 18 ausführbar sind, sind zum Synchronisieren der Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung vorgesehen. Die Anweisungen zum Umsetzen der hierin beschriebenen Prozesse, Verfahren und/oder Technik sind auf computerlesbaren Speichermedien oder Speichern, wie etwa einem Cache, Puffer, RAM, Wechselmedium, Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien vorgesehen.
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Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren veranschaulichten oder hier beschriebenen Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben werden als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Instruktionen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ des Instruktionssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltkreise, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Anweisungen auf einer Wechsel-Speichermedien-Einrichtung gespeichert, um von lokalen oder entfernten Systemen gelesen werden zu können. In anderen Ausführungsbeispielen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort gespeichert, um sie über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen zu übertragen. In noch anderen Ausführungsbeispielen sind die Anweisungen in einem bestimmten Computer, einer CPU, GPU oder einem System gespeichert.
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3 zeigt ein Verfahren zum Synchronisieren von Mehrrichtungs-Ultraschallabtastung. Die Vorgänge von 3 werden durch das System 10 von 1 oder ein anderes System umgesetzt. Die Vorgänge werden mit der Unterstützung des Gestells 30 von 2 oder ohne diese umgesetzt. Die Vorgänge werden in der gezeigten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge durchgeführt. Außerdem können zusätzliche, andere oder weniger Vorgänge durchgeführt werden. Zum Beispiel könnten die Vorgänge 40, 42, 52 und/oder 54 nicht benutzt werden. Als weiteres Beispiel sind für andere Schallköpfe zusätzliche Synchronisierungsvorgänge 48 vorgesehen. Jeder Schallkopf führt sequenziell die Vorgänge 44 und 46 durch, während andere Schallköpfe den Vorgang 48 durchführen.
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Im Vorgang 40 werden zwei oder mehr Arrays gehalten. Die Halterung ist ein Riemen, Roboter oder ein anderer Trägeraufbau. Die Halterung verbindet direkt oder indirekt die beiden Sonden für die Arrays miteinander. Die Halterung kann bewegt werden, um alle Arrays zu bewegen. Zum Beispiel wird ein Trägeraufbau durch einen Ultraschalldiagnostiker benutzt. Die Arrays werden zusammen durch den Benutzer nahe beim Patienten positioniert. Der Benutzer übt Kraft auf die Arraysonden und/oder den Trägeraufbau aus. Der Benutzer positioniert den Trägeraufbau. Die Arrays werden nahe beim Patienten positioniert, wie etwa über oder gegen ein Abdomen des Patienten. Während des Positionierens hält der Trägeraufbau im Allgemeinen das Gleichgewicht mit der Schwerkraft. Der Benutzer übt Kraft aus, um dieses Gleichgewicht oder andere Reibung zu überwinden. In alternativen Ausführungsformen positioniert durch Motoren oder andere Quellen als der Benutzer ausgeübte Kraft den Trägeraufbau.
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Der Ultraschallkopf-Trägeraufbau kann verriegelt werden. Bremsen werden angelegt, wie etwa mechanische Begrenzer, die positioniert sind, um Bewegung zu verhindern. Der Benutzer aktiviert einen Schalter. Als Reaktion bringt eine Steuervorrichtung die Bremsen zum Ansprechen. Zum Beispiel positionieren Servo- oder Schrittmotoren Bremsbeläge gegen eine Oberfläche, lassen Getriebesperren greifen, blockieren Gelenkmotoren, passen Stifte ein oder führen eine andere Funktion durch, um das Gestell 30 zu verriegeln. Alternativ zieht der Benutzer manuell eine oder mehrere Bremsen an. In anderen Ausführungsformen ist das Verriegeln nicht vorgesehen. Stattdessen wird ein Gleichgewicht genutzt. Der Widerstand gegen die Schwerkraft oder andere Bewegung hält den Trägeraufbau ausreichend an der Stelle.
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Bei einer Ausführungsform werden zwei oder mehr verschiedene Arrays separat von einem gemeinsamen Trägerarm gehalten. Getrennte Verbindungen der Sondengehäuse mit dem gemeinsamen Trägerarm sind vorgesehen. Der gemeinsame Trägerarm wird nahe beim Patienten so positioniert, dass sich die Sondengehäuse und entsprechenden Arrays nahe beim und/oder gegen den Patienten befinden.
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Im Vorgang 42 werden eins oder mehrere der Arrays weiter bewegt. Das Sondengehäuse des Arrays wird in die Nähe des Patienten bewegt. Zum Beispiel wird ein Gelenk oder Ausleger entriegelt. Die Sonde wird dann verschoben und/oder gedreht, um ein akustisches Fenster für das Array gegen die Haut oder das Gel auf der Haut des Patienten zu setzen. Das Gelenk oder der Ausleger wird dann verriegelt oder in Position gelassen. Das Verfahren wird für alle Sondengehäuse wiederholt, die zu benutzen sind, aber nicht korrekt gegen den Patienten gesetzt sind. Positionieren des Sondengehäuses positioniert das Array, zumindest teilweise, zum Abtasten des Patienten.
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Die Arrays werden unabhängig voneinander positioniert. Die Position einer Sonde kann teilweise von der Position einer anderen Sonde abhängen. Zum Beispiel sind die Sonden mit demselben Gestell oder Trägerarm verbunden und damit zusammen beweglich. Die Sonden sind entlang mindestens einem Freiheitsgrad unabhängig beweglich, zumindest innerhalb eines durch die Verbindung zugelassenen Bereichs. Die Sonde und das Array sind unabhängig von anderen Sonden und Arrays, indem sie getrennt beweglich sind oder beweglich sind, während andere nicht bewegt werden. Die unabhängige Bewegung erlaubt die Positionierung der Arrays an den gewünschten akustischen Fenstern von Patienten unterschiedlicher Größen oder Formen.
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In einem Beispiel liegt eine schwangere Patientin in Rückenlage auf einem Bett. Die Arrays auf dem gemeinsamen Trägerarm 32 werden gesenkt, sodass einer oder mehrere der Schallköpfe 12, 16 in Kontakt mit dem Abdomen der Patientin ist. Jeder Schallkopf 12, 16 wird unabhängig positioniert zum optimalen Überlappen und Abdecken des maximal erreichbaren zusammengesetzten fötalen Volumens.
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Im Vorgang 44 wird eins der Arrays zum Abtasten benutzt. Für ein Wobbler-Array wird das Array gestartet, indem das Array mechanisch in Schwingung versetzt wird. Sende- und Empfangssignale werden benutzt, um das Abtasten von dem sich bewegenden Array aus elektronisch zu lenken. Jede Art von Abtasten kann benutzt werden, wie etwa planare oder Volumenabtastung. Für die planare Abtastung werden vielfache Ebenen sequenziell abgetastet. Der Schallkopf kann geschaukelt, gedreht, verschoben oder anderweitig bewegt werden, um die verschiedenen Ebenen von demselben akustischen Fenster aus abzutasten. Zum Beispiel werden senkrechte Ebenen durch Drehen des Schallkopfes oder der Apertur abgetastet. Alternativ wird eine einzige Ebene abgetastet.
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Das Abtasten kann für den B-Mode, Color Flow Mode, Tissue Harmonic Mode, Kontrastmittelmodus oder andere jetzt bekannte oder später entwickelte Ultraschall-Bildgebungsmodi erfolgen. Kombinationen von Modi können benutzt werden, wie etwa Abtasten für B-Mode- und Dopplermodus-Daten. Beliebige Ultraschall-Abtastformate können benutzt werden, wie etwa lineare, Sektor- oder Vector®-Abtastung. Durch Verwenden von Strahlformen oder anderen Verfahren werden Daten erfasst, die den abgetasteten Bereich darstellen.
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Das Abtasten erfolgt für ein Sichtfeld. Ein Patient wird in einem Ausmaß akustisch abgetastet, das durch das Array vorgesehen ist, und/oder wie es durch die Sende- und Empfangsstrahlformung festgelegt ist. Der laterale Bereich (Elevation und Azimut) wird durch Strahlformen eingestellt und ist durch Größe und Form des Arrays begrenzt.
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Bei einem Wobbler-Schallkopf kann die Geschwindigkeit der mechanischen Bewegung des Arrays und/oder die physische Grenze der Bewegung die Größe des abgetasteten Volumens begrenzen. Das Array tastet an verschiedenen Positionen entlang eines Durchlaufs ab.
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Der Patient wird sequenziell mit verschiedenen Schallkopfarrays abgetastet. Jedes Array tastet ein anderes Volumen ab. Die Volumina können sich überlappen oder nicht. Das Abtasten erfolgt von unterschiedlichen akustischen Fenstern aus. Beliebige zwei oder mehr verschiedene akustische Fenster können verwendet werden.
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Während ein Array in Vorgang 44 abtastet, werden in Vorgang 46 ein oder mehr andere Arrays mit dem abtastenden Array synchronisiert. Die Synchronisierung ist vorgesehen durch Betrieb, Bewegung des Arrays in der Sonde, Arraygeschwindigkeit, Arrayposition oder andere Steuerungen des wartenden Arrays auf Grundlage der Abtastzeitsteuerung, Betrieb und/oder Position des aktuell abtastenden Arrays. Weitere Funktionen können zum Synchronisieren benutzt werden. Zum Beispiel werden Vorspannungen an ein wartendes CMUT-Array (kapazitiver mikromechanischer Ultraschallwandler) angelegt.
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Bei einer Ausführungsform wird ein wartendes mechanisch bewegtes Array in einem Standby-Modus betrieben. Das Array wird in Schwingung versetzt, gedreht, verschoben oder anderweitig bewegt, während das aktuelle Array abtastet. Zum Beispiel wird das wartende Array während des Wartens gewobbelt. Die Funktion kann während einer gesamten Zeit geschehen, in der das aktuelle Array abtastet, oder zu einer beliebigen Zeit vor dem Beenden der Abtastung durch das aktuelle Array starten.
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Das wartende Array wird ohne akustisches Abtasten betrieben. Zum Beispiel werden das nächste oder andere wartende Arrays gewobbelt, während sie nicht abtasten.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Bewegung synchronisiert. Die Bewegung des wartenden Arrays wird mit dem aktuellen Array oder der aktuellen Abtastung synchronisiert. Zum Beispiel wird die Bewegung des wartenden Arrays mit einem Ende der Abtastzeit des aktuellen Arrays synchronisiert. Eine Startposition des wartenden Arrays wird festgelegt. Die Startposition kann ein Ende des Durchlaufs (z. B. die weiteste Auslenkung der Translation oder des Wobbelns), die Mitte oder eine andere Position sein. Das wartende Array wird so betrieben, dass das wartende Array an der Startposition ist oder sich ihr nähert, wenn das aktuell abtastende Array die Abtastung beendet (d. h. am Endzeitpunkt der vorhergehenden Abtastung). Die Synchronisierung kann vorgesehen sein durch Erhöhen oder Verringern einer Geschwindigkeit des wartenden Arrays und/oder durch Wahl der Startzeit der Bewegung des wartenden Arrays vor dem Abtasten mit dem wartenden Array.
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Im Vorgang 48 schließt das aktuell abtastende Array die Abtastung ab. Der Abschluss kann derjenige eines Unterbereichs des Abtastbereichs des aktuellen Arrays sein. Zum Beispiel ist das aktuelle Array in der Lage, 100 Ebenen mit Abstand voneinander abzutasten. Nach dem Abtasten einer oder mehrerer, aber nicht aller der Ebenen wird das Abtasten beendet, bis das aktuelle Array das nächste Mal an der Reihe ist. Frame- oder Framegruppen-Verschachtelung zwischen den verschiedenen Arrays kann aufgrund der Synchronisierung benutzt werden. Der Abschluss kann derjenige einer oder mehrerer vollständiger Abtastungen sein. Zum Beispiel tastet das aktuelle Array alle 100 Ebenen einmal oder mehrmals ab, bevor es aufhört.
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Nach dem Abschluss hört das aktuelle Array mit der Abtastung auf. Das Array wird nicht mehr für den akustischen Sende- und Empfangsbetrieb benutzt. Das aktuelle Array kann sich weiter bewegen, wie etwa mit einem wartenden Array oder einem zuvor wartenden und jetzt abtastenden Array synchronisiert werden. Das Abtasten durch alle Arrays kann jedes Array mehrere Male durchlaufen, wie etwa bei der Echtzeit- oder fortlaufenden Abtastung. Alternativ wird das aktuelle Array nach Beenden der Abtastung deaktiviert. Das aktuelle Array kann wieder zum Abtasten benutzt werden, wie etwa in Standby versetzt werden, wenn es zweckmäßig ist, es mit einem anderen Array zu synchronisieren. Das aktuelle Array wird möglicherweise für ein gegebenes Bild, eine Bildgebungssitzung und/oder einen Patienten nicht wieder benutzt.
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Im Vorgang 50 tastet ein wartendes, synchronisiertes Array nach Beenden des Abtastens durch das vorherige Array ab. Das wartende Array wird mit dem vorhergehenden Array oder der Abtastung durch das vorhergehende Array synchronisiert; daher ist die Zeit zwischen dem Beenden des Abtastens mit dem vorhergehenden Array und dem Beginn des akustischen Abtastens mit dem wartenden Array geringer, als wenn das wartende Array gestartet oder auf Geschwindigkeit gebracht werden müsste. Da sich das wartende Array im Standby-Modus befindet, bewegt sich das Array bereits, ist bereits auf einer gewünschten Geschwindigkeit ist bereits an einer gewünschten Position oder nähert sich einer gewünschten Position oder Kombinationen davon.
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Das Abtasten geschieht, wie oben für Vorgang 44 beschrieben. Dasselbe oder ein unterschiedliches Abtastformat wird benutzt. Da ein anderes Array benutzt wird, ist der Abtastbereich oder das Sichtfeld unterschiedlich. Der Abtastbereich ist eine Ebene oder ein Volumen. Der Abtastbereich ist von dem Abtastbereich des vorhergehenden und/oder nachfolgenden abtastenden Arrays vollständig getrennt oder überlappt sich damit. Zum Beispiel überlappt sich ein durch ein nachfolgendes Array abgetastetes Volumen mit einem durch ein aktuelles und/oder vorhergehendes Array abgetasteten Volumen. Jedes Sichtfeld kann sich mit allen anderen Sichtfeldern überlappen. Alternativ können sich ein oder mehrere Sichtfelder mit einigen, aber nicht allen der anderen Sichtfelder überlappen.
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Die Vorgänge 46, 48 und 50 können wiederholt werden. Die Vorgänge können wiederholt werden, wo es drei oder mehr Arrays gibt. Das Übergehen von einem zweiten Array zu einem dritten Array wiederholt die Vorgänge. Die Vorgänge können wiederholt werden, wo die Abtastungen durch dieselben Arrays wiederholt werden. Zum Beispiel geht die Abtastung von einem zweiten Array zurück zu einem ersten Array über. Das erste Array wird mit der Abtastung oder Array-Position des zweiten Arrays synchronisiert.
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Im Vorgang 52 werden Daten aus verschiedenen Abtastungen kombiniert. Die Daten für die Sichtfelder von den verschiedenen Arrays werden zu einem Datensatz kombiniert, der ein erweitertes Sichtfeld darstellt. Die relativen Positionen der Sichtfelder werden durch Datenkorrelation bestimmt, wo sich die Felder überlappen. Wo sich die Abtastung nicht überlappt, werden die erfassten Positionen der verschiedenen Arrays benutzt. Sowohl Array-Positionen als auch Datenkorrelation können zum Abgleichen der Daten benutzt werden. Die relative Position der Sichtfelder wird bestimmt. Die abgeglichenen Daten werden durch Mitteln, gewichtetes Mitteln oder eine andere Funktion kombiniert. In alternativen Ausführungsformen werden Daten nicht kombiniert. Separate Bilder werden gebildet und kombiniert. In anderen Ausführungsformen erfolgt keine Kombination. Es werden separate Bilder und/oder Quantifizierung aus separaten Datensätzen benutzt.
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In Vorgang 54 wird ein Bild erzeugt. Das Bild wird aus dem kombinierten Datensatz erzeugt. Alternativ wird das Bild als Kombination von Bildern erzeugt, die aus verschiedenen Datensätzen erzeugt wurden. Aus sequenziellem Abtasten durch verschiedene Arrays erfasste Daten werden benutzt, um ein Bild zu erzeugen. Zum Beispiel wird ein Bild mit erweitertem Sichtfeld ohne absichtliche Bewegung der Schallköpfe erzeugt. Das erweiterte Sichtfeld kann sich über einen ganzen Untersuchungsbereich über das Vermögen eines einzelnen Arrays hinaus erstrecken, wie etwa über einen gesamten Fötus. Bei anderen Ausführungsformen ist das Bild kein erweitertes Sichtfeld, sondern enthält eine Aufbereitung aus verschiedenen Blickrichtungen, wodurch Körnigkeit und Abschattung reduziert wird.
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Das Bild kann als zweidimensionales Bild aus Daten erzeugt werden, die eine Ebene darstellen. Ein Bild von einer willkürlichen Ebene kann aus den zusammengesetzten Daten erzeugt werden, die ein Volumen darstellen, wie etwa eine multiplanare Rekonstruktion. Alternativ werden ein oder mehrere zweidimensionale Bilder entlang einer Abtastebene erzeugt. Das Bild kann als Rendern eines dreidimensionalen Bereichs erzeugt werden. Es kann Oberflächen- oder Projektionsrendern benutzt werden. Das Rendern wird aus Daten erzeugt, die zusammengesetzte Volumina, ein Untervolumen, einen überlappenden Bereich, ein einzelnes Abtastvolumen oder eine Ebene darstellen.
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Während die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die obige detaillierte Beschreibung als erläuternd und nicht als Einschränkung betrachtet wird, und dass verstanden wird, dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente sind, die bezwecken, den Erfindungsgedanken und den Umfang dieser Erfindung zu definieren.
