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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen die welleninduzierte Ultraschallbildgebung. Speziell können die Scherwellen-Ultraschall- und/oder die Impulsbildgebung (ARFI, Acoustic Radiation Force Imaging) optimiert werden.
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Die ARFI-Bildgebung erzeugt mithilfe von akustischer Energie eine Längswelle in Gewebe. Merkmale der Wellenausbreitung geben Hinweise auf Merkmale des Gewebes wie beispielsweise die Gewebeelastizität. Ähnlich können Informationen über die Scherwellengeschwindigkeit für eine Diagnose von Nutzen sein. Eher als eine Längswelle wird die durch akustische Energie erzeugte Scherwelle überwacht. Scherwelleninformationen können zusätzlich zur Schallimpedanz-(z. B. B-Modus) und Doppler-(z. B. Fluss-Modus)Bildgebung Merkmale von Gewebe aufzeigen. Allerdings wird die schallwelleninduzierte Bildgebung erschwert durch Einschränkungen aufgrund der Erwärmung des Transducers und des Gewebes, die zu Auszeiten während des Bildgebungsverfahrens führen. Diese schallwelleninduzierten Bildgebungsverfahren liefern aufgrund von Konfigurationsbeschränkungen ggf. weniger Informationen, als zur Verfügung stünden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Einleitend wird festgehalten, dass die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme für die adaptive Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung beinhalten. Die Werte der verschiedenen Sende- und Empfangsparameter können adaptiv festgelegt werden. Basierend auf der Rückmeldung aus der Anwendung an einem bestimmten Patienten werden die Werte derart eingestellt, dass der Signal-Rausch-Abstand, die Auszeit, die Verfolgungsgenauigkeit oder andere interessierende Parameter optimiert werden. Sendefrequenz, F-Wert, Linienabstand, Verfolgungsimpuls-Wiederholfrequenz, Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie, Druckimpulslängen- und/oder Druckimpulsamplitudenwerte können angepasst werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur adaptiven Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung bereitgestellt. Akustische Energie wird in einen Patienten übertragen. Als Reaktion auf die Schallung wird eine Welle erzeugt. Eine Körperregion des Patienten wird mittels Ultraschall abgetastet. Bei dieser Abtastung wird eine durch die Welle verursachte Verschiebung des Gewebes erkannt. Sendefrequenz, Linienabstand, F-Wert, Impulswiederholfrequenz (PRF), Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie, Amplitude der akustischen Energie, Impulslänge der akustischen Energie oder Kombinationen davon werden in Abhängigkeit von der Verschiebung angepasst.
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Gemäß einem zweiten Aspekt sind auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium Daten enthalten, die von einem programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen zur adaptiven Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung repräsentieren. Das Speichermedium enthält Anweisungen für die Impuls-(ARFI) oder Scherwellenbildgebung einer Körperregion eines Patienten und die Anpassung von Sendefrequenz, Linienabstand, F-Wert, Impulswiederholfrequenz (PRF), Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie, Amplitude der akustischen Energie, Impulslänge der akustischen Energie oder Kombinationen davon für die Bildgebung in Abhängigkeit von den Informationen aus dem Bildgebungsverfahren.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert. Keine der Informationen in diesem Abschnitt ist als Einschränkung dieser Patentansprüche aufzufassen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert und können zu einem späteren Zeitpunkt einzeln oder in Kombination miteinander beansprucht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Komponenten und Figuren sind nicht in jedem Fall maßstabsgetreu, vielmehr wurde das Hauptaugenmerk darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Ferner bezeichnen gleiche Bezugsnummern in den Figuren einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.
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1 ist ein Ablaufdiagramm zu einer Ausführungsform eines Verfahrens zur adaptiven Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung; und
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2 ist ein Blockdiagramm zu einer Ausführungsform eines Systems zur adaptiven Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Impuls-(ARFI) und Scherwellen-Bildgebungsmodus werden für den abgetasteten Gewebetyp und Patienten adaptiv optimiert. Durch die Optimierung wird die bildliche Darstellung der Elastizität oder einer anderen Eigenschaft des Gewebes verbessert, ohne das dargestellte Gewebe spezifisch zu klassifizieren. Einer oder mehrere von verschiedenen Parametern kann/können auf einen gegebenen Patienten und das untersuchte Gewebe angepasst werden. Beispielsweise werden Sendefrequenz, Linienabstand, F-Wert, Impulswiederholfrequenz (PRF), verschachtelte Impulswiederholfrequenz (Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie) und/oder Druckimpulsamplitude in der Impuls-(ARFI) oder der Scherwellenbildgebung adaptiv optimiert.
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Die Optimierung ergibt möglicherweise eine höhere Verschiebungsamplitude, Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands des Verfolgungssignals (SNR), der Bild-Homogenität und/oder eine kürzere Abkühlzeit als bei Verwendung einer für die Bildgebungsmodalität und/oder eine verallgemeinerte Anwendung üblichen Konfiguration. Die Optimierung kann das Bild selbst bei Sende- und Empfangskonfigurationen verbessern, die für einen Gewebetyp, nicht jedoch für einen gegebenen Patienten spezifisch sind.
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Die Optimierung kann auf einer einzigen Rückmeldung basieren, etwa der Einstellung eines Parameters aufgrund eines gemessenen Verschiebungswertes. Alternativ kann sich die Optimierung des Wertes oder der Werte auf die Ergebnisse wiederholter Abfragen stützen. Verschiedene Einstellungen werden untersucht. Anschließend wird ggf. eine genügende oder beste der untersuchten Einstellungen ausgewählt und verwendet. Mittels Interpolation oder Extrapolation kann ein Wert für einen Parameter berechnet werden, der von einem untersuchten Wert abweicht. Die Ergebnisse aufeinander folgender Abfragen werden interpoliert bzw. extrapoliert, um eine Einstellung auszuwählen, die von einer der in der Abfragephase verwendeten Einstellung verschieden ist.
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Die adaptive Optimierung kommt vor der Aufnahme eines einzelnen Standbildes zur Anwendung. Der Adaptionsprozess kann nach oder während der Aufnahme eines Testbildes ausgeführt werden, jedoch vor der Aufnahme eines für die Diagnose zu verwendenden Bildes. Nach der Optimierung wird das Bild für die Diagnose aufgenommen. Dabei können mehrere Bilder für die Diagnose mit denselben Einstellungen aufgenommen werden. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Optimierung während der welleninduzierten Bildgebung in Echtzeit wiederholt. In regelmäßigen Abständen, als Reaktion auf einen Auslöser oder für jedes einzelne Bild, werden die Einstellungen oder Werte für einen oder mehrere Parameter angepasst.
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1 zeigt ein Verfahren zur adaptiven Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung. Das Verfahren wird durch das System von 2 oder ein anderes System realisiert. Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Beispielsweise wird eine beliebige Kombination eines oder mehrerer der Schritte 38–48 nicht ausgeführt. In einem anderen Beispiel wird Schritt 30 nicht ausgeführt und wird eine Belastungsquelle zum Erzeugen einer Welle durch den Körper, manuell mittels eines Klopfers oder durch ein anderes Verfahren, bereitgestellt. Die Schritte werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge ausgeführt, können jedoch auch in anderer Abfolge ausgeführt werden.
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Das Verfahren wird für jede von einzelnen oder mehreren Positionen ausgeführt. Bei einer Ausführungsform wird das Verfahren für jede B-Modus- oder sonstige Abtastposition im gesamten Bildfeld oder einer interessierenden Region ausgeführt. Für die welleninduzierte Bildgebung kann eine weniger dichte oder eine dichtere Abtastung verwendet werden als für die B-Modus- oder sonstige Bildgebung.
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Die Schritte 30–33 (Schallen, Erzeugen, Abtasten und Erkennen) entsprechen der welleninduzierten Bildgebung. Akustische Energie wird verwendet, um eine Welle in einer Körperregion eines Patienten zu induzieren. Die akustische Energie ist ein Druckimpuls zum Verschieben des Gewebes. Die Körperregion wird abgetastet, um die Welle zu verfolgen bzw. zu erkennen. Die Verschiebung des Gewebes aufgrund der durch die Körperregion laufenden Welle zeigt das Vorhandensein der Welle an. Der zeitliche Verlauf im Zusammenhang mit der Verschiebung kann zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Welle herangezogen werden. Auch andere Merkmale des Gewebes können anhand der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeitsinformation bestimmt werden, etwa das Gewebemodul.
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Verschiedene Wellenarten können erzeugt und/oder verfolgt werden. Längswellen werden in der Impulsbildgebung (ARFI) verfolgt, beispielsweise Elastografie oder Belastungsbildgebung (Strain Imaging). Scherwellen werden in der Scherwellen- oder der Scherwellengeschwindigkeit-Bildgebung verfolgt.
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In Schritt 30 in 1 wird akustische Energie in einen Patienten übertragen. Die akustische Energie fungiert als Impulserregung. Beispielsweise wird eine Sendewellenform mit 400 Zyklen und Leistungs- oder Spitzenamplitudenwerten ähnlich der von B-Modus-Schallungen oder höher als diese zur bildlichen Darstellung von Geweben gesendet. Bei einer Ausführungsform ist die Schallung eine Strahlungskraftsequenz, die auf das Bildfeld angewandt wird. Jede beliebige Impulsbildgebungs-(ARFI)Sequenz kann verwendet werden. Jede beliebige Anzahl Zyklen kann verwendet werden.
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Die Schallung wird durch Leistung, Amplitude, Zeitfolge oder andere Merkmale konfiguriert, um auf das Gewebe eine genügende Belastung auszuüben, um das Gewebe an einer oder mehreren Position(en) zu verschieben. Beispielsweise wird ein Sendefokus nahe einer unteren Mitte des Bildfeldes platziert, um eine Verschiebung im gesamten Bildfeld zu bewirken. Die Schallung kann für verschiedene Teilregionen wiederholt werden.
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Die akustische Energie wird fokussiert, woraus sich ein dreidimensionales Strahlprofil ergibt. Die Erregung wird fokussiert, indem ein Phasengitter und/oder ein mechanischer Fokus verwendet wird. Die Erregung kann in einer Dimension unfokussiert sein, etwa in der Elevationsdimension. Die Erregung wird in das Gewebe eines Patienten übertragen.
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In Schritt 31 wird als Reaktion auf die Übertragung der akustischen Energie eine Welle erzeugt. Dadurch wird das Gewebe des Patienten erzwungenermaßen verschoben. Die übertragene Erregung bewirkt die Verschiebung des Gewebes. An dem Fokuspunkt bzw. der Fokusregion wird eine Längs-, Scher- oder sonstige Welle im Gewebe erzeugt. Beispielsweise wird eine Scherwelle erzeugt, die sich von der Fokusregion aus fortpflanzt. Wenn die Welle das Gewebe durchläuft, wird das Gewebe verschoben. Längswellen oder andere Ursachen für eine Verschiebung können genutzt werden.
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In Schritt 32 wird eine Körperregion des Patienten mittels Ultraschall abgetastet. Durch die Ultraschallabtastung wird die Verschiebung erkannt. Eine Körperregion, etwa eine interessierende Region, das gesamte Bildfeld oder eine interessierende Teilregion wird mit Ultraschall abgetastet. Für eine gegebene Zeit wird das Gewebe oder die interessierende Region mit Ultraschall beschallt. Verwendet werden kann jedes beliebige heute bekannte oder künftig zu entwickelnde Bildgebungsverfahren. Beispielsweise werden Impulse mit einer Dauer von 1–5 Zyklen und einer Intensität von unter 720 mW/cm2 verwendet. Es können auch Impulse mit anderer Intensität verwendet werden.
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Echos oder Reflexionen der Schallung werden empfangen. Die Echos werden strahlgeformt, und die strahlgeformten Daten repräsentieren eine oder mehrere Position(en). Zur Erkennung der Verschiebung wird in das Gewebe, das der Verschiebung unterliegt, Ultraschallenergie übertragen und werden Reflexionen dieser Energie empfangen. Jede beliebige Sende- und Empfangssequenz kann verwendet werden.
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Indem Senden und Empfangen vielfach wiederholt werden, werden Daten empfangen, die eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Körperregion zu verschiedenen Zeitpunkten repräsentieren. Die Frequenz dieser Wiederholung ist die Impulswiederholfrequenz (PRF). Senden und Empfangen werden vielfach ausgeführt, um Veränderungen aufgrund der Verschiebung festzustellen. Durch die wiederholte Abtastung mit Ultraschall wird die Lage des Gewebes zu verschiedenen Zeitpunkten festgestellt.
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Bei der Scherwellenbildgebung erzeugt eine Impulserregung eine Scherwelle an einer räumlichen Position. Wenn die Erregung ausreichend stark ist, wird eine Scherwelle erzeugt. Die Scherwelle pflanzt sich langsamer in der Schallwellen-Emissionsrichtung durch das Gewebe fort als die Längswelle. Die Scherwelle pflanzt sich in verschiedenen Richtungen fort, einschließlich einer Richtung senkrecht zu der Richtung der angewandten Belastung. Die Verschiebung der Scherwellen ist an Positionen größer, die näher an der Position liegen, an der die Scherwelle erzeugt wurde.
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Ultraschalldaten werden gewonnen. Mindestens ein Teil der Ultraschalldaten ist die Reaktion auf die Scherwelle. Eine interessierende Region wird überwacht, um die Scherwelle zu erkennen. Die interessierende Region hat eine beliebige Größe, etwa 6 mm lateral und 10 mm axial. Diese Erkennungsregion wird mittels Ultraschall überwacht. Beispielsweise werden B-Modus-Abtastungen durchgeführt, um eine von der Scherwelle verursachte Gewebeverschiebung zu erkennen. Doppler-, Farbfluss- oder ein anderer Ultraschall-Modus kann verwendet werden, um die Scherwelle zu überwachen.
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Die Überwachung erfolgt für eine beliebige Anzahl von Abtastlinien. Beispielsweise werden als Reaktion auf jede Schallung vier Empfangsstrahlen geformt. Nach der Übertragung der Erregung zum Erzeugen der Welle werden wiederholte B-Modus-Schallungen entlang einer einzelnen Abtastlinie durchgeführt und Daten entlang vier benachbarten Abtastlinien empfangen. Bei anderen Ausführungsformen wird als Reaktion auf jede Schallung nur ein einziger Empfangsstrahl oder eine andere Anzahl von Empfangsstrahlen geformt. Jede beliebige Anzahl Wiederholungen kann verwendet werden, beispielsweise etwa 120 Mal. Einige der Ultraschalldaten, etwa zu Beginn oder am Ende der Wiederholungen, stellen möglicherweise keine Reaktion auf die Scherwelle dar.
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In Schritt 33 wird die Verschiebung des Gewebes infolge der Welle durch die Abtastung erkannt. Die Echos werden mittels B-Modus- oder Doppler-Verfahren erkannt. Die Verschiebung wird anhand der Unterschiede für jede räumliche Position im Verlauf der Zeit erkannt. Beispielsweise werden anhand der empfangenen Daten die Geschwindigkeit, Varianz, Verschiebung des Intensitätsmusters (z. B. Speckle Tracking) oder andere Informationen als die Verschiebung erkannt. Bei der geschwindigkeitsbasierten, welleninduzierten Bildgebung wird ein Verschiebungsprofil der Reaktion im Patienten bestimmt. Beispielsweise werden die Verschiebungsprofile für verschiedene Positionen bestimmt.
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Die durch die Kraft oder Belastung verursachte Verschiebung wird gemessen. Die Verschiebung kann im Verlauf der Zeit für eine oder mehrere Position(en) gemessen werden. Die Verschiebungsmessung kann beginnen, bevor die Belastung oder der Impuls endet, etwa durch Verwenden einer anderen Frequenz oder Codierung. Alternativ beginnt die Verschiebungsmessung nach Ende des Impulses. Da die Scher-, Längs- oder sonstige Welle, die die Verschiebung in von dem Punkt oder der Region der Belastung entferntem Gewebe bewirkt, Zeit zur Ausbreitung benötigt, kann die Verschiebung von einem entspannten oder teilweise belasteten Zustand bis zu einer maximalen Verschiebung und dann zu einem entspannten Zustand gemessen werden. Alternativ wird die Verschiebung nur gemessen, während sich das Gewebe entspannt, um das Maximum zu bilden.
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Die Messung entspricht dem Betrag oder der Größe der Verschiebung. Das Gewebe wird in eine beliebige Richtung verschoben. Die Messung kann in der Richtung der stärksten Bewegung erfolgen. Die Größe des Bewegungsvektors wird bestimmt. Alternativ erfolgt die Messung in einer vorgegebenen Richtung, etwa senkrecht zur Abtastlinie, unabhängig davon, ob das Gewebe in anderen Richtungen stärker oder weniger stark verschoben wird.
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Bei einer Ausführungsform, bei der B-Modus-Daten verwendet werden, werden die Daten aus verschiedenen Abtastungen korreliert. Beispielsweise wird ein aktueller Datensatz vielfach mit einem Referenzdatensatz korreliert. Verschiedene relative Umsetzungen und/oder Drehungen zwischen den beiden Datensätzen werden durchgeführt. Die Position einer Teilmenge der Daten, die an einer gegebenen Position im Referenzdatensatz zentriert sind, wird in dem aktuellen Datensatz identifiziert.
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Die Referenz ist ein erster Datensatz oder besteht aus Daten aus einer anderen Abtastung. Für die gesamte Verschiebungserkennung wird dieselbe Referenz verwendet oder die Referenzdaten ändern sich in einem fortlaufenden oder beweglichen Fenster.
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Die Korrelation ist ein-, zwei- oder dreidimensional. Beispielsweise wird eine Korrelation entlang einer Abtastlinie vom Transducer weg und zu diesem hin verwendet. Für eine zweidimensionale Abtastung erfolgt die Umsetzung entlang zweier Achsen mit oder ohne Drehung. Bei der dreidimensionalen Abtastung erfolgt die Umsetzung entlang dreier Achsen mit oder ohne Drehung um drei oder weniger Achsen. Der Grad der Ähnlichkeit oder Korrelation der Daten an jeder der verschiedenen versetzten Positionen wird berechnet. Die Umsetzung und/oder Drehung mit einer größten Korrelation repräsentiert den Bewegungsvektor oder Versatz für die Zeit im Zusammenhang mit den aktuellen Daten beim Vergleich mit der Referenz.
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Jedes beliebige heute bekannte oder künftig zu entwickelnde Korrelationsverfahren kann verwendet werden, etwa Kreuzkorrelation, Musterabgleich oder die minimale Summe der absoluten Differenzen. Gewebestruktur und/oder Speckle sind korreliert. Bei Verwendung der Doppler-Erkennung lässt ein Clutter-Filter Informationen passieren, die mit sich bewegendem Gewebe verknüpft sind. Die Geschwindigkeit des Gewebes wird aus mehreren Echos abgeleitet. Die Geschwindigkeit dient zum Bestimmen der Verschiebung zum Transducer hin oder von diesem weg. Alternativ kann die relative Geschwindigkeit oder Differenz zwischen Geschwindigkeiten an verschiedenen Positionen eine Belastung (Strain) oder Verschiebung anzeigen.
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Während sich die Welle über die Abtastlinien fortpflanzt, kann die B-Modus-Intensität aufgrund der Verschiebung des Gewebes variieren. Für die überwachten Abtastlinien wird eine Datensequenz bereitgestellt, die ein Zeitprofil der Gewebeverschiebung aufgrund der Welle repräsentiert. Beispielsweise werden Daten einer Vielzahl von räumlichen Positionen (z. B. entlang den Abtastlinien) in Abhängigkeit von der Zeit korreliert. Jedes beliebige Elastizitäts- oder Schererkennungsverfahren kann verwendet werden. Für jede Tiefe oder räumliche Position erfolgt eine Korrelation über eine Vielzahl von Tiefen oder räumlichen Positionen (z. B. Kernel von 64 Tiefen, wobei die mittlere Tiefe der Punkt ist, für den das Profil berechnet wird). Eine zwei- oder dreidimensionale räumliche Verschiebung kann verwendet werden. Eine eindimensionale Verschiebung in einer Richtung, die von den Abtastlinien oder Strahlen verschieden ist, kann verwendet werden.
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Der räumliche Versatz mit der höchsten oder einer genügenden Korrelation zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigt den Betrag der Verschiebung an. Verschiebungen können für eine gegebene Position zu verschiedenen Zeitpunkten festgestellt werden. Das Zeitprofil für eine gegebene Position zeigt die Erkennung einer Welle an. Das Profil wird auf eine rauschfreie oder einzelne Instanz von Variation untersucht. Eine Spitze im Profil, mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung, zeigt das Durchlaufen der Wellenfront an. Die größte Verschiebung wird ausgewählt, jedoch kann auch der Durchschnittswert oder ein anderer statistischer Verschiebungswert verwendet werden. Die maximale Verschiebung an einer gegebenen Position wird erkannt. Alternativ wird ein Durchschnitts- oder ein anderer Scherwert erkannt. Bei anderen Ausführungsformen wird die Verschiebung, maximal oder nicht, zu einem gegebenen Zeitpunkt (z. B. 10 Millisekunden nach Erzeugung oder X Millisekunden pro Einheit der Entfernung von der Fokusregion) verwendet.
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Das Verschiebungsprofil kann für die Maximumberechnung geglättet oder gefiltert werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die rohe oder ungefilterte Verschiebungskurve verwendet werden. Der Maximalwert über das gesamte Profil oder einen Teil davon wird identifiziert oder ermittelt.
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Die vorstehenden Informationen beziehen sich auf eine einzelne Tiefe. Die Abtastung kann so angeordnet sein, dass ein Gatter bereitgestellt wird, das die gesamte axiale Ausdehnung der interessierenden Region abdeckt. Bei einer anderen Ausführungsform werden für jeden Empfangsstrahl Abtastwerte in verschiedenen Tiefen erfasst. Für jede axiale Tiefe sowie jede laterale Position wird ein separates Zeitprofil bereitgestellt. Jede beliebige Anzahl Tiefen kann verwendet werden, beispielsweise ca. 200 für 5 mm oder 400 für 10 mm.
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Erfasst werden Ultraschalldaten, die verschiedene Positionen in der interessierenden Region repräsentieren. Die Ultraschalldaten werden in Echtzeit bei der Abtastung erfasst oder aus einem Speicher bezogen. Für jede Position repräsentiert die Bewegungsinformation die Reaktion zu verschiedenen Zeitpunkten. Andere Abtast-, Überwachungs- oder sonstige Verfahren können verwendet werden, um die Ultraschalldaten für die Schätzung der Verschiebungsgröße zu erhalten.
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Die Geschwindigkeit der Scher- oder Längswelle kann für die verschiedenen räumlichen Positionen des Gewebes erkannt werden. Für jede Position wird die Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. Die Geschwindigkeit wird erhalten, indem eine Zeit von der Erzeugung der Welle bis zur Erkennung der Welle an einer anderen Position bestimmt wird. Zeit und Entfernung zu der betreffenden Position ergeben die Geschwindigkeit. Die Entfernung ist durch den Abstand der Abtastlinien (d. h. der Position des Sendestrahls zum Erzeugen der Welle und der Position des Empfangsstrahls zum Erkennen der Welle) zueinander bekannt. Die Zeit ist die relative Zeit von der Erzeugung bis zur Erkennung der Welle.
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Andere Verfahren können verwendet werden, um die Spitze im Profil zu erkennen. Beispielsweise wird eine Regression angewandt. Da die Wellengeschwindigkeit linear ist, kann eine robuste lineare Regression mit automatischer Ausreißererkennung die Wellengeschwindigkeit anzeigen. Die Ultraschalldaten für alle Abtastpunkte in der interessierenden Region werden für die Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit oder nach Zeit und Entfernung dargestellt. Die lineare Regression wird auf die Darstellung oder die Daten angewandt und liefert eine an die Daten angepasste Linie. Der Anstieg der Linie ergibt die Geschwindigkeit der Scherwelle.
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Verschiedene Aspekte der Schallung, Abtastung und Erkennung können kontrolliert werden. Für die verschiedenen Parameter werden Werte eingestellt. Bei einer Ausführungsform werden die Werte basierend auf einer ausgewählten Konfiguration eingestellt. Beispielsweise wählt der Benutzer Scherwellen- oder Impuls-(ARFI)Bildgebung. Als Reaktion darauf werden vordefinierte Parameter für den Betrieb des Systems geladen. Diese vordefinierten Parameter sind für alle Anwendungen dieses Bildgebungstyps oder -modus identisch. Alternativ können weitere Voreinstellungen, etwa Bildgebung der Leber oder anderer Gewebearten, für einen gegebenen Modus zur Konfiguration mit verschiedenen Werten führen.
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Beispiele für die Arten von Parametern, für die Werte eingestellt werden können, sind eine Sendefrequenz für Schritt 30, eine Sendefrequenz für Schritt 32, ein Linienabstand für Schritt 32, ein F-Wert für Schritt 30, ein F-Wert für Schritt 32, eine Impulswiederholfrequenz (PRF) für Schritt 30, eine Impulswiederholfrequenz (PRF) für Schritt 32, eine Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie für Schritt 30, eine Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie für Schritt 32, eine Amplitude der akustischen Energie (z. B. Druckimpuls) für Schritt 30 oder Kombinationen davon. Andere, zusätzliche oder weniger Parameter können mit anderen Werten eingestellt werden.
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Die Werte der Parameter können in Schritt 34 adaptiv optimiert werden. Anhand von Daten, die bei der Abtastung einer bestimmten Körperregion eines gegebenen Patienten empfangen wurden, können die Werte adaptiert werden, um die Region besser darzustellen. Statt sich auf vordefinierte Werte für eine bestimmte Abtastsituation zu verlassen, können auch ein oder mehrere Wert(e) verändert werden, um einem bestimmten Aspekt der Bildgebung Rechnung zu tragen. Eine Optimierung kann ein verbesserter Wert für ein oder mehrere Kriterien sein, auch wenn dies nicht der optimale Wert für das betreffende Kriterium ist.
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Die Anpassung erfolgt während der Impuls-(ARFI), Scherwellen- oder sonstigen welleninduzierten Bildgebung. Eine adaptive Optimierung kann erfolgen, bevor ein Standbild aufgenommen wird, oder kontinuierlich während der Echtzeit-Bildgebung. Beispielsweise werden die Werte anhand von Rückmeldungen aus der Abtastung oder der Verschiebung bestimmt, bevor dem Benutzer ein Bild für Diagnosezwecke bereitgestellt wird. Für darauffolgende Bilder werden dieselben Einstellungen verwendet, zumindest während einer gegebenen Untersuchung eines Patienten für eine Sonografiesitzung. Als weiteres Beispiel erfolgt die Anpassung kontinuierlich oder zu verschiedenen Zeitpunkten während der Untersuchung. Eine periodische oder ausgelöste Anpassung kann verwendet werden.
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Die Anpassung in Schritt 34 ist abhängig von einer beliebigen Rückmeldung, etwa der Amplitude der Daten. Bei einer Ausführungsform, die in Schritt 36 dargestellt ist, besteht die Rückmeldung aus Verschiebungsdaten oder Daten, die aus einer Verschiebung abgeleitet sind. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit aus der Verschiebungsinformation abgeleitet werden. Die Rückmeldung, etwa die Verschiebung, wird direkt verwendet. Beispielsweise wird ein Wert basierend auf dem Betrag der Verschiebung für eine Position oder Region eingestellt. Alternativ dient die Verschiebung oder eine andere Rückmeldung zum Ableiten eines Wertes. Beispielsweise wird ein Signal-Rausch-Abstand, eine Differenz der Verschiebung, eine Geschwindigkeit oder ein Schwellenwertvergleich der Verschiebung verwendet, um einen Wert einzustellen.
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Bei einer Ausführungsform wird der Signal-Rausch-Abstand der Verschiebung berechnet. Der Rauschwert kann gemessen werden, etwa durch Messen einer durchschnittlichen Verschiebung in einer Region, wenn diese nicht der akustischen Energie von Schritt 30 unterliegt. Alternativ wird der Rauschwert vorausgesetzt oder auf empirische Daten gestützt, beispielsweise wird eine Verschiebung von 1 Mikrometer oder weniger als Rauschen betrachtet.
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Der Signalpegel der Verschiebung ist die Größe der Verschiebung. Die Größe kann ein Wert entlang einer gegebenen Dimension (z. B. eindimensionale Größe) sein oder von einer Ebene oder einem Volumen (z. B. zwei- oder dreidimensionale Größe) stammen.
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Für den Signal-Rausch-Abstand wird das Signal durch das Rauschen geteilt. Wenn das Rauschen 1 Mikrometer beträgt, entspricht die Verschiebung in Mikrometern dem Signal-Rausch-Abstand. Andere Kombinationen aus Signal und Rauschen können verwendet werden. Der resultierende Signal-Rausch-Abstand kann zum Anpassen eines Parameters verwendet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird der Wellenabstand und/oder die Wellengeschwindigkeit anhand der Verschiebung berechnet. Der Wellenabstand kann eine Entfernung weg von der Fokusregion der Schallung in Schritt 30 sein, bei der die Welle oberhalb eines Schwellenwerts liegt, beispielsweise dem Hintergrundgeräusch. So kann beispielsweise die Welle eine Verschiebung des Gewebes größer als 1 Mikrometer über 4 mm verursachen, jedoch nicht mehr als 1 Mikrometer über größere Entfernungen. Die 4 mm oder andere Entfernung wird anhand der Verschiebungen für die verschiedenen Positionen gemessen. Die Geschwindigkeit kann wie vorstehend erörtert berechnet werden.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird die Auszeit für die Schallung von Schritt 30 verwendet. Die Verschiebung oder sonstige Rückmeldeinformation kann eine übermäßige Amplitude oder Länge der Schallung anzeigen. Basierend auf diesem Übermaß kann die in die Region bereitgestellte akustische Energie reduziert werden. Da Ultraschalluntersuchungen aufgrund der Temperaturen des Transducers und des Gewebes Einschränkungen unterliegen, müssen die Schallungen ggf. für einige Zeit ausgesetzt werden. Bei einer Anpassung auf Basis des Übermaßes kann die Auszeit verkürzt werden. Eine kürzere Auszeit kann kürzere Abkühlzeiten bewirken. Zusätzlich zu oder anstelle der adaptiven Optimierung zur Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands oder der Genauigkeit der Schwerwellenverfolgung kann die Abkühlzeit adaptiv optimiert werden.
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Die Rückmeldung bzw. die aus der Rückmeldung abgeleiteten Daten werden direkt für die Einstellung des Wertes verwendet. Eine Verweistabelle oder Berechnung (z. B. die Verwendung der Rückmeldung als Variable in einer Funktion) dient zur Bestimmung des Wertes. Beispielsweise ergibt ein durchschnittlicher Signal-Rausch-Abstand oberhalb eins Schwellenwerts einen Wert X, wohingegen der durchschnittliche Signal-Rausch-Abstand zwischen dem Schwellenwert und einem weiteren Schwellenwert einen Wert Y ergibt. Jede Auflösung (z. B. von binär auf drei oder mehr Bereiche) der Werteinstellung kann verwendet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird der Wert basierend auf einer Vielzahl von Abtastwerten eingestellt. Die Schritte Einschallen, Erzeugen, Abtasten und Erkennen 30–33 werden mit anderen Einstellungen oder Werten für einen oder mehrere Parameter wiederholt. Die Rückmeldung, etwa Wellenamplitude, Verschiebungsamplitude, minimale Abkühlzeit, Wellengeschwindigkeit oder Kombinationen davon, werden für jede Wiederholung erhalten. Die Einstellung oder der Wert, die/der dem genügenden oder optimalen Ergebnis zugeordnet ist, wird ausgewählt. Beispielsweise werden fünf verschiedene Werte verwendet. Von diesen fünf sorgt der vierte Wert dafür, dass die Verschiebungsgröße ein gewünschtes Niveau hat (z. B. oberhalb des Hintergrundgeräuschs, aber unterhalb des Übermaß-Wertes). Basierend auf den iterativen Einstellungen für die Bildgebung wird der Wert ausgewählt.
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Der Wert kann interpoliert oder extrapoliert werden. In dem oben vorgestellten Beispiel mit fünf getesteten Werten kann eine Kurve zu den Rückmeldeergebnissen passen. Die Kurve kann einen Optimalwert anzeigen, der von jedem der fünf Testwerte verschieden ist, etwa einen Wert zwischen dem dritten und dem vierten Wert.
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Der Wert kann auf einem oder mehreren Kriterien basieren. Beispielsweise wird der Signal-Rausch-Abstand verwendet, um die Sendefrequenz einzustellen. In einem anderen Beispiel werden sowohl die Sendeamplitude als auch die Geschwindigkeit verwendet, um die Impulswiederholfrequenz (PRF) und die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie einzustellen.
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Die Anpassung kann für jeden Parameter fortlaufend erfolgen. Alternativ wird auf Grundlage der Rückmeldung zu einer beliebigen gegebenen Zeit mehr als ein Wert geändert. Die Anpassung kann iterativ erfolgen, um eine Kombination von Werten für verschiedene Parameter zu erhalten. Jede beliebige Matrix oder andere Lösung für den iterativen Ansatz kann verwendet werden.
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Die Schritte 38–48 geben einige Beispiele für eine Anpassung. In Schritt 38 wird die Sendefrequenz an die Bildgebung einer gegebenen Körperregion eines Patienten angepasst. Die Schallung in Schritt 30 wird mit verschiedenen Frequenzen wiederholt. Alternativ wird ein Breitband-(z. B. Chirp-)Signal mit weniger oder ohne Wiederholungen bereitgestellt. Die der höchsten oder größten Größe der Verschiebung zugeordnete Sendefrequenz wird für die weitere Verwendung ausgewählt. Die Druckimpuls-Sendefrequenz wird adaptiv optimiert, indem nacheinander mehrere verschiedene Druckimpulse mit verschiedenen Sendefrequenzen gesendet werden und festgestellt wird, welche Sendefrequenz in den interessierenden Tiefen die größte Verschiebung oder Wellenamplitude erzeugt. Für das Breitbandsignal kann eine Fourier-Analyse der Verschiebung oder anderer charakteristischer Veränderungen des Verschiebungsprofils im Verlauf der Zeit auf eine bestimmte Frequenz hinweisen, die der größten Reaktion zugeordnet ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird die für die Abtastung in Schritt 32 verwendete Sende- und/oder Empfangsfrequenz angepasst. Die Abtastung wird mit verschiedenen Abtastfrequenzen wiederholt, etwa verschiedenen Verfolgungsimpulsfrequenzen (z. B. 1,5–4,5 MHz in 1-MHz-Schritten). Die Sende- und/oder Empfangsfrequenz ist für jede Wiederholung im Zusammenhang mit den verschiedenen Schallungen in Schritt 30 verschieden. Innerhalb der Wiederholungen zur Abtastung als Reaktion auf ein und dieselbe Welle ist die Frequenz jedoch immer gleich. Eine gegebene Wiederholung kann mehrere Abtastungen umfassen, etwa im Zusammenhang mit dem Erkennen der Welle nach jeder Schallung in Schritt 30. Dieselbe Frequenz wird für die Abtastung und Erkennung nach einer gegebenen Schallung in Schritt 30 verwendet, wird jedoch für darauffolgende Abtast- und Erkennungsvorgänge nach einer weiteren Schallung in Schritt 30 geändert. Alternativ wird die Sende- und/oder Empfangsfrequenz der Abtastung in Schritt 32 für verschiedene Abtastlinien oder für verschiedene Rahmen (regionale Abtastungen) geändert, jedoch als Reaktion auf dieselbe Welle (Schallung in Schritt 30).
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Für die Anpassung der Abtastfrequenz werden die Verschiebungen für jede Wiederholung erkannt. Die Signal-Rausch-Abstände der Verschiebungen werden berechnet. Die einem optimalen, etwa einem höchsten oder genügenden, Signal-Rausch-Abstand zugeordnete Abtastfrequenz wird für darauffolgende Abtastungen ausgewählt. Die ausgewählte Frequenz kann extrapoliert oder interpoliert werden, basierend auf den Signal-Rausch-Abständen anderer Abtastfrequenzen.
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In Schritt 40 wird der Linienabstand angepasst. Der Linienabstand ist die Dichte oder laterale Ausdehnung der Empfangs-Abtastlinien in der Abtastung von Schritt 32. Beispielsweise werden Abtastwerte entlang 4 oder 16 Linien empfangen als Reaktion auf eine gegebene Abtastschallung, wobei die Linien 1 mm, 2 mm oder in einem anderen Abstand voneinander entfernt liegen. Als weiteres Beispiel werden nur 3 oder 13 Abtastlinien zum Empfang verwendet, wobei die durch die Abtastung abzudeckende Entfernung geringer ist. Bei anderen Ausführungsformen ist der Linienabstand die Dichte der Abstände zwischen Regionen oder die Dichte der Fokusregionen der Schallung von Schritt 30.
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Bei einer Ausführungsform wird der Linienabstand in Abhängigkeit von der Wellengeschwindigkeit angepasst. Die Wellengeschwindigkeit wird anhand der Verschiebung berechnet. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist der Linienabstand geringer oder liegen die Abtastlinien näher beieinander. Wellen, die sich mit größerer Geschwindigkeit fortpflanzen, sind ggf. besser zu verfolgen, wenn die Fenstergröße erhöht oder die räumliche Auflösung verringert wird. Ein weniger dichter Linienabstand kann eine zu starke Erwärmung des Umformers (Transducer) und/oder des Gewebes verringern oder vermeiden.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann der Linienabstand für die Impulsbildgebung (ARFI) adaptiv optimiert werden, indem nacheinander Bilder oder Daten unter Verwendung verschiedener Linienabstände erfasst werden. Eine räumliche Varianz wird anhand der Verschiebungsinformationen berechnet. Der Linienabstand, der mit dem geringsten Betrag der räumlichen Varianz in der Verschiebung verknüpft ist, kann die beste Einförmigkeit ergeben.
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In noch einer weiteren Ausführungsform wird der Linienabstand für einen lateralen Abstand eingestellt. Der Grad der Verschiebung an einem gegebenen Punkt oder der Bereich von Positionen, für die die Verschiebung oberhalb eines Schwellenwertes (z. B. dem Hintergrundgeräusch oder einem Wert größer als Rauschen) liegt, zeigt eine räumliche Ausdehnung, bis zu der eine Erkennung erwartet werden kann. Der laterale Abstand der Linien wird basierend auf der lateralen Ausdehnung eingestellt, bis zu der die Welle erkannt werden kann. Beispielsweise können der Verfolgungsimpuls-Linienabstand oder die Anzahl der Linien für die Scherwellenbildgebung adaptiv optimiert werden, indem mehrere Impulse verwendet werden, um die größte erzielbare laterale Entfernung zur Scherwellenverfolgung zu bestimmen, und dann die nachfolgenden Verfolgungslinien innerhalb dieser Maximalentfernung eingestellt werden.
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In Schritt 42 wird der Wert des F-Werts angepasst. Der F-Wert wird durch die Größe der Öffnung, den Abstand der Elemente, die Apodisation, das Verzögerungs-/Phasenprofil oder andere Eigenschaften bestimmt, die den Betrag oder die Größe des Fokus ändern. Der F-Wert für das Einschallen des Druckimpulses oder der Belastung in Schritt 30 wird eingestellt.
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Der F-Wert wird in Abhängigkeit von der Verschiebung angepasst. Ein stärkerer Fokus wird für eine geringere Verschiebung bereitgestellt und ein geringerer Fokus wird für eine größere Verschiebung bereitgestellt. Ein stärkerer Fokus kann zu einer größeren Verschiebung, jedoch einer kleineren Region führen, für die in Schritt 31 die Welle erzeugt wird. Dies kann die Reichweite der Welle ändern. Für harte oder steife Gewebe oder Strukturen kann ein stärkerer Fokus erwünscht sein. Für weicheres oder elastischeres Gewebe mit größerer Dämpfung kann ein geringerer Fokus, jedoch mit entsprechend größerer Region der Wellenerzeugung wünschenswert sein.
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Der absolute Wert einer gemessenen Verschiebung kann verwendet werden, um den F-Wert zu bestimmen, etwa durch eine Verweistabelle. Alternativ werden die Schritte 30–33 für verschiedene F-Werteinstellungen der akustischen Energie von Schritt 30 wiederholt. Gewählt wird der F-Wert, der einer erwünschten, höchsten oder genügenden Verschiebung zugeordnet ist.
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In Schritt 44 wird die Impulswiederholfrequenz (PRF) angepasst. Hier wird eingestellt, wie häufig die Abtastung von Schritt 32 ausgeführt wird. Beispielsweise wird die Impulswiederholfrequenz (PRF) der Scherwellenverfolgung adaptiv optimiert. Die Impulswiederholfrequenz (PRF) für die Abtastung von Längswellen kann adaptiv optimiert werden.
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Die Impulswiederholfrequenz (PRF) wird auf Basis der maximalen Wellengeschwindigkeit angepasst. Die maximale Wellengeschwindigkeit ist eine höchste Geschwindigkeit in der abgetasteten Region. Verschiebungen und Zeitwerte für verschiedene Abtastpunkte werden erfasst und dazu verwendet, die maximale Geschwindigkeit zu bestimmen. Die maximale Wellengeschwindigkeit diktiert eine Abtastfrequenz für angemessene Informationen. Die Impulswiederholfrequenz (PRF) liegt bei der Nyquist-Frequenz oder höher. Die Nyquist-Frequenz wird anhand der maximalen Geschwindigkeit berechnet. Ausgewählt wird diejenige Impulswiederholfrequenz (PRF), die die maximale Geschwindigkeit angemessen erfasst. Bei alternativen Ausführungsformen werden verschiedene Impulswiederholfrequenzen ausprobiert und wird die niedrigste Impulswiederholfrequenz (PRF) ausgewählt, bei der kein Aliasing auftritt.
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In Schritt 46 wird die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie angepasst. Wenn die maximale Impulswiederholfrequenz (PRF) aufgrund der Rundlaufzeit des Verfolgungsimpulses nicht erreicht werden kann, können verschachtelte Druckimpulse und zeitversetzte Verfolgungsimpulse mit einer maximal zulässigen oder anderen, niedrigeren Impulswiederholfrequenz (PRF) verwendet werden. Um die Abtastfrequenz zu erhöhen, wird die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie angepasst. Beispielsweise wird eine Region abgetastet, um die Welle zu verfolgen. Aufgrund der Tiefe und der maximalen Geschwindigkeit kann möglicherweise keine ausreichende Anzahl von Abtastungen für eine gegebene Welle erfasst werden. Die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie wird erhöht, indem eine Wiederholung der Schritte 30–33 für dieselbe Region erfolgt. Eine Wiederholung erfasst Abtastwerte für die Region entlang den Empfangslinien mit einem ersten Zeitversatz von der Schallung in Schritt 30 (z. B. alle 10 Millisekunden beginnend 5 Millisekunden nach dem Beginn oder Ende der Schallung in Schritt 30). In einer weiteren Wiederholung werden Abtastwerte für dieselbe Region entlang denselben Empfangslinien, jedoch mit einem anderen Zeitversatz von einer nachfolgenden Schallung in Schritt 30 (z. B. alle 10 Millisekunden beginnend 10 Millisekunden nach der Schallung in Schritt 30) erfasst. Die in den verschiedenen Wiederholungen erfassten Daten werden miteinander verschachtelt, um eine Erfassung mit der höheren Frequenz zu repräsentieren.
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Die Anzahl der Wiederholungen oder die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie wird basierend auf der maximalen Geschwindigkeit eingestellt. Wenn die maximale Geschwindigkeit eine nicht realisierbare Impulswiederholfrequenz (PRF) ergibt, wird die Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie erhöht, um Daten mit der gewünschten oder einer besseren Impulswiederholfrequenz (PRF) bereitzustellen, die jedoch durch die Wiederholung gewonnen wurden. Durch die Anpassung der Anzahl Abtastungen pro Abtastlinie kann ggf. eine bessere Bildgebung oder Erkennung von Scher- oder sonstigen Wellen mit hoher Geschwindigkeit und/oder Wellenerkennung in größeren Tiefen erzielt werden.
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Um eine größere Region zu überwachen, werden als Reaktion auf den Sendestrahl für die Überwachung zusätzliche Empfangsstrahlen geformt (z. B. durch Ändern des Linienabstands). Alternativ wird eine zweite Welle erzeugt und werden die Sendestrahlen und Empfangsstrahlen in einer anderen Entfernung von dem Punkt der Wellenerzeugung bereitgestellt. In dem obigen Beispiel von 6 mm × 10 mm können 36 Empfangsabtastlinien bereitgestellt werden. An vier Empfangsstrahlen pro Sendestrahl wird der Prozess für verschiedene laterale Abstände neunmal wiederholt. Für jede Empfangsstrahlposition wird ein Zeitprofil mit Bewegungsinformationen bereitgestellt, das durch die Ultraschalldaten repräsentiert wird. Schallungen entlang verschiedener Abtastlinien zur Überwachung derselben Welle werden bei der Erstellung des Zeitprofils vermieden, um eine höhere zeitliche Auflösung zu erzielen, jedoch kann eine Verschachtelung oder Verschiebung der Abtastpositionen vorgesehen werden.
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In Schritt 48 wird die Amplitude der akustischen Energie der Schallung von Schritt 30 angepasst. Das Einschallen, Erzeugen, Abtasten und Erkennen der Schritte 30–33 werden mit verschiedenen Amplituden der akustischen Energie von Schritt 30 wiederholt. Die verschiedenen Amplituden bewirken verschiedene Wellenamplituden und entsprechend große Verschiebungen in einer gegebenen Entfernung. Die Sendeamplitude des Druckimpulses wird adaptiv optimiert, indem nacheinander Druckimpulse mit verschiedenen Sendeamplituden ausgestrahlt werden.
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Die Druckimpulsamplitude, die einen angemessenen Signal-Rausch-Abstand erzeugt, wird bestimmt. „Angemessen” kann oberhalb einer Grenze, jedoch unterhalb einer anderen Grenze bedeuten. Wenn die Sendespannung verringert wird, kann dies die Abkühlzeit zwischen den Aufnahmen verkürzen. Alternativ wird eine Verschiebung ohne Wiederholung bestimmt und wird die Amplitude basierend auf der Verschiebung, welche oberhalb oder unterhalb eines erwünschten Verschiebungsbereichs liegt, bestimmt.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird die Impulslänge des Druckimpulses oder die eingeschallte akustische Energie in Schritt 30 angepasst. Längere Impulse bewirken in der Regel einen stärkeren Druck oder eine stärkere Belastung. Durch längere Impulse kann eine größere Verschiebung bewirkt werden, zumindest entlang einem Bereich möglicher Impulslängen. Die längeren Impulse entsprechen einer größeren Anzahl von Zyklen, etwa 100 Zyklen anstelle von 50 Zyklen. Die größere Länge kann zu einer stärkeren Erwärmung und/oder einer längeren Abkühlzeit führen. Die Impulslänge kann an den Betrag der Verschiebung angepasst werden, sodass eine genügende, jedoch nicht übermäßige Verschiebung bereitgestellt wird.
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Kombinationen von beliebigen zwei oder mehr der Schritte 38–48 können vorgesehen werden. Die Kombinationen der verschiedenen möglichen Werte können iterativ bestimmt werden. Verschiedene Kombinationen werden ausprobiert und die Tendenzen in der Rückmeldung können analysiert werden, um eine nächste mögliche Kombination zu bestimmen. Alternativ wird der Wert für jeden Parameter der Reihe nach bestimmt. Jedem Parameter kann eine Priorität zugewiesen werden, sodass der Parameter zuerst oder zuletzt angepasst wird.
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In Schritt 50 wird eine welleninduzierte Bildgebung durchgeführt. Die Bildgebung erfolgt basierend auf den optimierten Parameterwerten. Unter Verwendung der optimierten Parameterwerte zusammen mit oder ohne andere vordefinierte Werte oder benutzerdefinierte Werte werden die Schritte 30–33 wiederholt, um die Welleninformation zu bestimmen, etwa die Geschwindigkeit, die Verschiebung oder Gewebeeigenschaften (z. B. Gewebemodul). Erzeugt wird ein Bild oder eine Bildfolge, um die Welleninformation darzustellen. Jedes beliebige Scherwellen- oder Impuls-(ARFI)Bildgebungsverfahren kann verwendet werden.
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Die Welleninformation wird für eine Farbüberlagerung oder eine andere Modulation der Anzeigewerte verwendet. Farbe, Helligkeit, Luminanz, Farbton oder andere Merkmale werden in Abhängigkeit von der Verschiebung moduliert. Beispielsweise wird die Welleninformation über oder mit den B-Modus-Informationen angezeigt. Die Verschiebungsdaten liegen in einem Anzeigeformat vor oder können in ein Anzeigeformat umgewandelt werden. Die Verschiebungsdaten sind Graustufen- oder Farbdaten, können jedoch Daten vor der Abbildung mit einer Graustufen- oder Farbskala sein. Die Informationen können linear oder nichtlinear auf die Anzeigewerte abgebildet werden.
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Das Bild repräsentiert die Verschiebungsinformationen, etwa die Scherung oder Moduli (z. B. die Schermoduli), für die verschiedenen Positionen. Wo die Werte für alle Rasterpunkte in einer interessierenden Region oder einem Bildfeld bestimmt werden, repräsentieren die Bildpunkte der Anzeige die Welleninformation für die betreffende Region. Das Anzeigeraster kann von dem Abtastraster und/oder dem Raster, für das Verschiebungen berechnet werden, verschieden sein. Abtastumwandlung, Auswahl des nächsten Nachbarn, Interpolation und/oder Extrapolation können verwendet werden, um die Auflösung der Welleninformation an die Auflösung der Anzeige anzupassen.
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Das Bild kann weitere Daten enthalten. Beispielsweise sind B-Modus- oder andere Daten enthalten, die Gewebe, Flüssigkeiten oder Kontrastmittel in derselben Region repräsentieren. Die Verschiebungsdaten werden für eine Verschachtelung der oder eine Kombination mit den anderen Daten verwendet. Die anderen Daten helfen dem Benutzer, die Position des Strahls relativ zu dem zu untersuchenden Gewebe zu bestimmen.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur adaptiven Optimierung der welleninduzierten Bildgebung. Das System 10 realisiert das Verfahren gemäß 1 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sendestrahlformer 12, einen Transducer 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeigevorrichtung 20 und einen Speicher 22. Außerdem können andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Beispielsweise wird für die Interaktion des Benutzers mit dem System eine Benutzereingabevorrichtung bereitgestellt.
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Das System 10 ist ein Ultraschallbildgebungssystem für die medizinische Diagnose. Bei alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Personal-Computer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung, die sich an demselben Standort befindet oder über ein Netzwerk verteilt ist, für die Bildgebung in Echtzeit oder nach der Aufnahme.
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Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, Speicher, Impulsgeber, analoger Schaltkreis, digitaler Schaltkreis oder eine Kombination davon. Der Sendestrahlformer 12 kann dafür eingesetzt werden, Wellenformen für eine Vielzahl von Kanälen mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasenabgleich zu erzeugen. Beim Senden von Ultraschallwellen von dem Transducer 14 als Reaktion auf die erzeugten Wellenformen werden ein oder mehrere Empfangsstrahlen geformt. Eine Folge von Sendestrahlen wird erzeugt, um eine zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Das Sektor-, Vector®-, lineare oder ein anderes Abtastformat kann verwendet werden. Dieselbe Region wird mehrmals abgetastet. Für die Fluss- oder Doppler-Bildgebung und für die welleninduzierte Bildgebung wird eine Folge von Abtastungen verwendet. Bei der Doppler-Bildgebung kann die Folge mehrere Strahlen entlang derselben Abtastlinie umfassen, bevor eine benachbarte Abtastlinie abgetastet wird. Für die welleninduzierte Bildgebung kann Scan- oder Frame-Verschachtelung (Interleaving) verwendet werden (d. h. die gesamte Region wird abgetastet, bevor erneut abgetastet wird). Bei alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 12 eine ebene Welle oder divergierende Welle für eine schnellere Abtastung.
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Derselbe Sendestrahlformer 12 erzeugt Impulserregungen oder elektrische Wellenformen, um akustische Energie zu erzeugen, die eine Verschiebung bewirkt. Bei alternativen Ausführungsformen wird ein anderer Sendestrahlformer bereitgestellt, um die Impulserregung zu erzeugen. Der Sendestrahlformer 12 veranlasst den Transducer 14, hochintensive, fokussierte Ultraschallwellen zu erzeugen.
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Der Transducer 14 ist ein Array zur Erzeugung von akustischer Energie aus elektrischen Wellenformen. Bei einem Array fokussieren relative Verzögerungen die akustische Energie. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht einer Übertragung von akustischer Energie durch verschiedene Elemente zu einer bei den gegebenen Verzögerungen im Wesentlichen gleichen Zeit. Das Sendeereignis stellt einen Impuls aus Ultraschallenergie bereit, um das Gewebe zu verschieben. Der Impuls ist eine Impulserregung. Die Impulserregung beinhaltet Wellenformen mit einer Vielzahl von Zyklen (z. B. 500 Zyklen), jedoch erfolgt dies in relativ kurzer Zeit, um eine Gewebeverschiebung über eine längere Zeit zu bewirken.
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Der Transducer 14 ist ein 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionales Array aus piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Der Transducer 14 enthält eine Vielzahl von Elementen zur Umwandlung zwischen akustischer und elektrischer Energie. Empfangssignale werden in Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Transducers 14 auftrifft. Die Elemente stehen mit Kanälen des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16 in Verbindung. Alternativ wird ein Einzelelement mit mechanischem Fokus verwendet.
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Der Empfangsstrahlformer 16 enthält eine Vielzahl von Kanälen mit Verstärkern, Verzögerungsgliedern und/oder Phasendrehern und ein oder mehrere Summierglieder. Jeder Kanal steht mit einem oder mehreren Transducer-Elementen in Verbindung. Der Empfangsstrahlformer 16 ist durch Hardware oder Software dafür konfiguriert, relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation anzuwenden, um in Reaktion auf jede Bildgebungsübertragung einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu formen. Eine Empfangsoperation erfolgt ggf. nicht für Echos der Impulserregung, die zum Verschieben des Gewebes verwendet wurde. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt unter Verwendung der Empfangssignale Daten aus, die räumliche Positionen repräsentieren. Relative Verzögerungen und/oder Phasenabgleich und Summierung von Signalen von unterschiedlichen Elementen bewirken die Strahlformung. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zur Erzeugung von Abtastwerten mithilfe der Fourier- und anderer Transformationen.
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Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter enthalten, etwa ein Filter zum Isolieren von Informationen bei einem zweiten harmonischen oder anderen Frequenzband relativ zu dem Sendefrequenzband. Solche Informationen können mit größerer Wahrscheinlichkeit erwünschte Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen enthalten. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und ein Filter oder ein Addierglied. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen bei einem gewünschten Frequenzband, wie etwa einer zweiten Harmonischen, einer kubischen Grundschwingung (Cubic Fundamental) oder einem anderen Frequenzband zu isolieren. Der Empfangsstrahlformer 16 kann Informationen bei der Grundschwingung oder bei Sendefrequenzen isolieren.
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In Koordination mit dem Sendestrahlformer 12 erzeugt der Empfangsstrahlformer 16 Daten, die die Region zu verschiedenen Zeitpunkten repräsentieren. Nach der Erregung durch einen akustischen Impuls erzeugt der Empfangsstrahlformer 16 Strahlen, die verschiedene Linien oder Positionen zu verschiedenen Zeitpunkten repräsentieren. Durch Abtasten der interessierenden Region mit Ultraschall werden Daten (z. B. strahlgeformte Abtastwerte) erzeugt.
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Der Empfangsstrahlformer 16 gibt bezüglich des Strahls summierte Daten aus, die räumliche Positionen repräsentieren. Daten für eine einzelne Position, Positionen entlang einer Linie, Positionen für eine Fläche oder Positionen für ein Volumen werden ausgegeben. Eine dynamische Fokussierung kann vorgesehen werden. Die Daten können für verschiedene Zwecke bestimmt sein. Beispielsweise werden für B-Modus- oder Gewebedaten andere Abtastungen durchgeführt als für Verschiebung. Alternativ dazu werden die B-Modus-Daten auch verwendet, um eine Verschiebung zu bestimmen. Als weiteres Beispiel werden Daten für die verschiebungsbasierte Klassifizierung und welleninduzierte Bildgebung mit einer Reihe gemeinsamer Abtastungen durchgeführt und B-Modus- oder Doppler-Abtastung wird separat oder mithilfe einiger derselben Daten durchgeführt.
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Der Prozessor 18 ist ein B-Modus-Detektor, Doppler-Detektor, Pulsed-Wave-Doppler-Detektor, Korrelationsprozessor, Prozessor für Fouriertransformationen, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, eine feldprogrammierbare Gatterlogik (Gate-Array), ein digitaler Signalprozessor, ein analoger Schaltkreis, ein digitaler Schaltkreis, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Vorrichtung zum Erkennen und Verarbeiten von Informationen zur Anzeige aus strahlgeformten Ultraschall-Abtastwerten. Bei einer Ausführungsform enthält der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen separaten Prozessor. Der separate Prozessor ist ein Steuerungsprozessor, allgemeiner Prozessor, digitaler Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine feldprogrammierbare Gatterlogik (Gate Array), ein Netzwerk, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren, ein Datenweg, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung und Berechnen von Verschiebungsprofileigenschaften. Beispielsweise ist der separate Prozessor durch Hardware und/oder Software dafür konfiguriert, eine beliebige Kombination eines oder mehrerer der Schritte, die in 1 dargestellt sind, auszuführen.
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Der Prozessor 18 ist dafür konfiguriert, Gewebeverschiebungen zu schätzen, die durch die Erregung mit einem akustischen Impuls induziert sind. Mittels Korrelation, Verfolgung, Bewegungserkennung oder eines anderen Verfahrens zur Verschiebungsmessung wird der Betrag der Verschiebung in der Position des Gewebes geschätzt. Die Schätzung erfolgt mehrmals innerhalb eines Zeitraums, der sich beispielsweise von einem Zeitpunkt vor der Gewebeverschiebung aufgrund des Impulses bis zu einem Zeitpunkt, nachdem das Gewebe größtenteils oder vollständig in einen entspannten Zustand zurückgekehrt ist (z. B. sich von der durch die Impulserregung verursachten Belastung erholt hat), erstreckt.
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Der Prozessor 18 kann mindestens einen Parameter ableiten, der eine Eigenschaft des Gewebes und/oder der Verschiebung beschreibt. Beispielsweise wird der Signal-Rausch-Abstand der Verschiebung abgeleitet. Als weiteres Beispiel wird die maximal mögliche Verschiebung der Verschiebung und/oder Geschwindigkeit abgeleitet. Der Prozessor 18 kann weitere Parameter berechnen, etwa eine Entfernung, eine Abkühl- oder eine Auszeit. Anhand der Verschiebung oder anderer erkannter Informationen werden die Werte eines oder mehrerer Parameter von dem Prozessor 18 oder einem anderen Controller bestimmt. Jeder Sende-, Empfangs- oder Abtastparameter kann auf Basis von Rückmeldungen an die abgetastete Region angepasst werden.
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Der Prozessor 18 kann dafür konfiguriert sein, das Gewebe in der Region zu klassifizieren. Gewebe kann flüssiges Gewebe oder festes Gewebe sein. Die Klassifizierung kann zwischen Gewebearten, zwischen Gewebe und Flüssigkeit oder zwischen Gewebearten und einer oder mehreren anderen Klasse(n) erfolgen. Bei einer Ausführungsform klassifiziert der Prozessor 18 das Material an einer Position als Flüssigkeit/flüssiges Gewebe, festes Gewebe und andere/nicht bestimmbar.
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Der Prozessor 18 arbeitet nach Anweisungen, die im Speicher 22 oder einem anderen Speicher für die adaptive Bildoptimierung in der welleninduzierten Ultraschallbildgebung gespeichert sind. Der Prozessor 18 ist dafür programmiert, Rückmeldungen für die Anpassung der Scherwellen- oder Impuls-(ARFI)Bildgebung zu liefern. Der Speicher 22 ist ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zur Implementierung der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder in Speichern bereitgestellt, etwa einem Cache, Puffer, RAM, Wechselspeichermedien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Abbildungen dargestellt oder hier beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ von Befehlssatz, Speichermedium, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Microcode und Ähnliches ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Desgleichen können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und Ähnliches umfassen. Bei einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einem Wechselspeichermedium zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, GPU oder eines Systems gespeichert.
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Die Anzeigevorrichtung 20 ist eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), ein Projektor, eine Plasmaanzeige oder eine andere Anzeigevorrichtung zum Anzeigen zweidimensionaler Bilder oder dreidimensionaler Darstellungen. Die Anzeige 20 wird durch den Prozessor 18 oder eine andere Vorrichtung durch Eingabe der als Bild anzuzeigenden Signale konfiguriert. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt ein Bild, das Scher-, Elastizitäts- oder andere Welleninformationen für verschiedene Positionen in einer interessierenden Region oder einem vollständigen Bild repräsentiert.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangegangene detaillierte Beschreibung als der Veranschaulichung dienend und nicht als einschränkend angesehen wird, und es wird klargestellt, dass die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, den Rahmen dieser Erfindung definieren.
