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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die medizinische Ultraschall-Bildgebung und speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nadelvisualisierung.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Da ein Ultraschall-Bildgebungsgerät deutliche Bilder von menschlichen Blutgefäßen und Blutfluss bereitstellen kann und in Verfahren wie der kardialen invasiven Therapie als ein Positionierungs- und Hilfsmittel besonders nützlich ist, ermöglicht das Gerät dem Arzt, eine Läsionsstelle eines Patienten und jeden Fortschritt der Maßnahme auszumachen, und ist daher von entscheidender Bedeutung für den Erfolg von Operationen.
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Für Verfahren, die den Eingriff in Nerven und Blutgefäße verlangen, sind Nadelsondierung und -visualisierung von Nadelbildern in Echtzeit und von hoher Qualität von höchster Bedeutung. Es besteht daher ein Bedarf für ein Ultraschall-Bildgebungsgerät zum Anzeigen von Bildern einer sich bewegenden Nadel in Echtzeit und mit hoher Qualität.
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Zu bestehenden Nadelvisualisierungsverfahren für das Ultraschall-Bildgebungssystem zählen hauptsächlich „B-Steer”, „SteerXBeam”, „Expanded SteerXBeam” und dergleichen. Die Dokumente
US3556079 ,
US4249539 ,
US4431006 ,
US4407294 und
US4428379 offenbaren einen Ultraschallwandler in einer Nadel,
Kurohiji et al lehren ein Doppler-Verfahren mit dem Titel „Mution marking in color Doppler ultrasound needle and catheter visualization" (J Ultrasound Med, 9: 243–245, 1990),
US5095910 legt ein Nadelvisualisierungsverfahren mit dem Titel „Applying mechanical vibration to the needle combined with Doppler method” dar,
US4869259 ,
US4977897 ,
EP1132049 und andere beschreiben Verfahren zum Modifizieren von Nadeln zur Verbesserung der akustischen Reflexion, MKE entwickelt eine an der Nadelspitze angebrachte elektromagnetische Vorrichtung, Uhercik et al veröffentlicht einen Artikel mit dem Titel „Multi-resolution parallel integral projection for fast localization of a straight electrode in 3D ultrasound images” (ISBI 2008) und offenbart eine Bildanalyse auf der Basis von Amplitudeninformationen,
EP0952462 lehrt die Einstellung von Abtastwinkeln und
US6524247 offenbart ein Abtastverfahren der Nadelvisualisierung.
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Was bei den oben erwähnten Methoden typisch ist, ist das Hinzufügen eines zusätzlichen Frames zum Erkennen der Nadel (im Folgenden als Nadelframe bezeichnet) zu Frames von menschlichem Gewebe (im Folgenden als Gewebeframes bezeichnet). Zum Beispiel folgt der Anzeige von jeweils fünf Gewebeframes die Anzeige von einem Nadelframe. Die genannten Methoden können zwar die Nadelbilder in Ultraschaltbildern präsentieren, bei der Anzeige von Nadelbildern gibt es aber eine Verzögerung. Das heißt, dass der Arzt nach einer Handlung eine Zeitlang warten muss, bis eine aktuelle Position der Nadel im menschlichen Körper in den Ultraschallbildern angezeigt wird.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Das von der vorliegenden Erfindung anzugehende hauptsächliche technische Problem ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nadelvisualisierung vorzusehen, die die Nadel in Echtzeit und einheitlich anzeigen kann.
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Zum Lösen des genannten Problems sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Nadelvisualisierung vor, das die folgenden Schritte umfasst:
abwechselndes Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge,
Spatial Compounding der Framefolge und
Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes.
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Eine Vielzahl von Gewebeframes wird in einer Vielzahl von gleichmäßigen Winkeln für den gleichen anatomischen Raum erfasst.
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Jeder Nadelframe wird in einem Winkel erfasst, der größer als alle gleichmäßigen Winkel zum Erfassen der Vielzahl von Gewebeframes ist.
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Der Schritt des Spatial Compounding der Framefolge weist ferner Folgendes auf:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
Mitteln der Werte an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Alternativ weist der Schritt des Spatial Compounding der Framefolge ferner Folgendes auf:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
Auswählen eines Maximums aus Werten an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Vorzugsweise weist der Schritt des Spatial Compounding der Framefolge ferner Folgendes auf:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge,
Spatial Compounding von Gewebeframes innerhalb der Anzahl von sequentiellen Frames zum Bilden eines neuen Gewebeframes und
Auswählen von Werten an einer gleichen Position in dem Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis und dann Summieren der Werte, wobei die genannte Tiefe sich auf die Abtasttiefe einer Ultraschallsonde bezieht.
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Die genannte Anzahl von sequentiellen Frames beinhaltet eine Vielzahl von Gewebeframes und eine Vielzahl von Nadelframes.
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Alternativ beinhaltet die Anzahl von sequentiellen Frames eine Vielzahl von Gewebeframes und einen jüngsten Nadelframe.
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Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zur Nadelvisualisierung dar, die Folgendes aufweist:
eine Einrichtung zum abwechselnden Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge,
eine Einrichtung zum Spatial Compounding der Framefolge und
eine Einrichtung zum Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes.
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In der Vorrichtung wird eine Vielzahl von Gewebeframes in einer Vielzahl von gleichmäßigen Winkeln für einen gleichen anatomischen Raum erfasst.
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In der Vorrichtung wird jeder Nadelframe in einem Winkel erfasst, der größer als alle gleichmäßigen Winkel zum Erfassen der Vielzahl von Gewebeframes ist.
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Die genannte Einrichtung zum Spatial Compounding der Framefolge weist ferner Folgendes auf:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
eine Einrichtung zum Mitteln der Werte an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Alternativ weist die Einrichtung zum Spatial Compounding ferner Folgendes auf:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
eine Einrichtung zum Auswählen eines Maximums aus Werten an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Spatial Compounding ferner Folgendes auf:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge,
eine Einrichtung zum Spatial Compounding von Gewebeframes innerhalb der Anzahl von sequentiellen Frames zum Bilden eines neuen Gewebeframes und
eine Einrichtung zum Auswählen von Werten an einer gleichen Position in dem Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis und dann Summieren der Werte, wobei die genannte Tiefe sich auf die Abtasttiefe einer Ultraschallsonde bezieht.
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Die genannte Anzahl von sequentiellen Frames beinhaltet eine Vielzahl von Gewebeframes und eine Vielzahl von Nadelframes.
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Alternativ beinhaltet die Anzahl von sequentiellen Frames eine Vielzahl von Gewebeframes und einen jüngsten Nadelframe.
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Im Vergleich mit dem Stand der Technik haben das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung zur Nadelvisualisierung die folgenden Vorteile.
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Erstens erhält die vorliegende Erfindung eine Framefolge, indem sie wiederholt einen Gewebeframe gefolgt von einem Nadelframe erfasst, wobei zwischen Nadel- und Gewebeframes eine einheitliche Beabstandung erzielt wird, so dass die Echtzeit-Anzeige der Nadel realisiert wird.
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Zweitens wählt die vorliegende Erfindung Werte an einer gleichen Position in dem Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis aus, wodurch Rauschen unterdrückt und gleichzeitig die Qualität des Gewebebilds gewährleistet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird dem Fachmann beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen offensichtlicher. Dabei zeigt:
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1 ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisierung des Stands der Technik,
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2 eine Veranschaulichung einer gemäß einer Ausführungsform des Stands der Technik erhaltenen Framefolge,
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3 ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung,
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4 eine Veranschaulichung einer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhaltenen Framefolge,
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5 eine Darstellung eines gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung erfassten Gewebeframes,
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6 eine Darstellung eines gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisuerung der vorliegenden Erfindung erfassten Nadelframes und
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7 eine Darstellung einer Bildframeausgabe gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Es ist aber zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
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Zur besseren Verständlichkeit wird zunächst die technische Lösung des Stands der Technik, wie in 1 gezeigt, vorgestellt, die die folgenden Schritte aufweist:
- 1) abwechselndes Erfassen einer Vielzahl von Gewebeframes und eines Nadelframes mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge,
- 2) Spatial Compounding der Framefolge und
- 3) Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes, wobei die Vielzahl allgemein drei, z. B. drei durch Abtasten im Winkel von 0 Grad, 15 Grad bzw. –15 Grad erhaltene Gewebeframes umfasst. Dies ist selbstverständlich nur ein Beispiel und die Abtastung kann mit einem jedem beliebigen anderen Winkel durchgeführt werden.
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Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, vier, fünf oder eine beliebige Anzahl von Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe zu erfassen.
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Wie in 2 gezeigt, wird das Gewebe in dieser Ausführung mit drei gleichmäßigen Winkeln, 0 Grad, 10 Grad und –10 Grad, abgetastet, so dass die Gewebeframes (bezüglich Winkeln bezeichnet) 0, +10, –10, 0, +10, –10, ...0, +10, –10, ..., erhalten werden, wobei 0 einen Gewebeframe repräsentiert, der mit einem Winkel von 0 Grad abgetastet wurde, +10 einen Gewebeframe repräsentiert, der mit einem Ablenkungswinkel von 10 Grad abgetastet wurde, und –10 einen Gewebeframe repräsentiert, der das Ergebnis einer Abtastung mit einem Ablenkungswinkel von –10 Grad ist. In dem anatomischen Raum wird der Nadelframe durch Abtasten mit einem anderen Winkel als dem für Gewebeframes angewendeten erhalten. In dieser Ausführungsform wird für die Nadelframes ein Winkel von +20 angewendet.
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Die Framefolge in 2 umfasst F' (1), F' (2), F' (3), F' (4), F' (5), ... F' (i), .... Als Nächstes wird an jeder Anzahl von Frames Spatial Compounding durchgeführt, wobei die Anzahl 3, 4, 5 usw. sein kann. Wenn die Anzahl drei ist, wird das Spatial Compounding an F' (1), F' (2) und F' (3), dann an F' (2), F' (3) und F' (4) und danach an F' (3), F' (4) und F' (5), ... durchgeführt, so dass das Spatial Compounding nacheinander durchgeführt wird. Wenn die Anzahl vier ist, wird das Spatial Compounding an F' (1), F' (2), F' (3) und F' (4), dann an F' (2), F' (3), F' (4) und F' (5) und danach an F' (3), F' (4), F' (5) und F' (6), ... durchgeführt, so dass das Spatial Compounding nacheinander durchgeführt wird. Anschließend an das Spatial Compounding werden die sich daraus ergebenden Bildframes an ein Ultraschall-Bildgebungsgerät ausgegeben zur Anzeige für einen Arzt.
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Aus 2 ist auch ersichtlich, dass die Framefolge nacheinander einen nicht abgelenkten Gewebeframe, einen nach rechts abgelenkten Gewebeframe, einen nach links abgelenkten Gewebeframe, einen großwinkligen Nadelframe usw. umfasst. Die zeitliche Beabstandung zwischen den Frames ist äquivalent. Das heißt, dass die Frames mit einer festen zeitlichen Beabstandung erfasst werden, wie z. B. k Millisekunden wie in dieser Ausführungsform.
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Wie in 2 des Weiteren gezeigt wird, wenn davon ausgegangen wird, dass die zeitliche Beabstandung zwischen einem nicht abgelenkten Gewebeframe und einem benachbarten nach links abgelenkten Gewebeframe m ist, die zeitliche Beabstandung zwischen dem nicht abgelenkten Gewebeframe und einem am nächsten liegenden Nadelframe n ist und die zeitliche Beabstandung zwischen zwei benachbarten nicht abgelenkten Gewebeframes T ist, dann ist m = 2k, T = 4k und n = 3k.
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Von daher wäre, Ablenkungsrichtungen ignorierend, die Framerate 1/k Hz, während die Nadelframerate 1/n = 1/3k Hz ist, was in Ultraschallbildern eine Nadelanzeigeverzögerung entstehen lässt.
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Wie in 3 veranschaulicht, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Nadelvisualisierung offenbart, das Folgendes umfasst:
- 10) abwechselndes Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge,
- 20) Spatial Compounding der Framefolge,
- 30) Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes.
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Wie zu sehen ist, umfasst die gemäß dem Verfahren zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung gebildete Framefolge einen Gewebeframe, einen Nadelframe, einen Gewebeframe, einen Nadelframe .... Ablenkungsrichtungen ignorierend, gleicht die zeitliche Beabstandung zwischen zwei einander am nächsten liegenden Nadelframes der zeitlichen Beabstandung zwischen zwei einander am nächsten liegenden Gewebeframes und daher ist die Framerate für Gewebeframes gleich der für Nadelframes, wodurch die bei Verfahren zur Nadelvisualisierung vom Stand der Technik gefundene Nadelframeverzögerung eliminiert wird.
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In der Ausführungsform wird eine Vielzahl von Gewebeframes in einer Vielzahl von gleichmäßigen Winkel für einen gleichen anatomischen Raum erfasst und dann durch Compounding bearbeitet, so dass Bildrauschen unterdrückt werden kann.
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In der Ausführungsform wird jeder Nadelframe in einem Winkel erfasst, der größer als alle gleichmäßigen Winkel zur Erfassung von Gewebeframes ist. Alternativ wird bevorzugt, dass der Winkel für den Nadelframe etwa lotrecht zu einem Penetrationswinkel der Nadel ist, so dass ein hochwertiges Bild der Nadel erhalten werden kann.
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Die oben erwähnten Winkel beziehen sich alle auf Winkel entlang einer gleichen Abtastrichtung.
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Zum Beispiel wird ein gleicher anatomischer Raum (d. h. eine gleiche Position in einem menschlichen Körper) mit drei gleichmäßigen Winkeln entlang einer gleichen Abtastrichtung abgetastet, wie z. B. 0 Grad, +10 Grad, –10 Grad, um Gewebeframes zu erhalten. Oder ein gleicher anatomischer Raum wird mit fünf gleichmäßigen Winkeln abgetastet, wie z. B. 0 Grad, +10 Grad, –10 Grad, +15 Grad, –15 Grad, um Gewebeframes zu erhalten. Die Anzahl der gleichmäßigen Winkel und der Grad der gleichmäßigen Winkel sind entsprechend den Umständen frei wählbar.
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In der Ausführungsform weist Schritt 20) ferner Folgendes auf:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
Mitteln der Werte an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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In einer alternativen Ausführungsform kann Schritt 20) ferner Folgendes aufweisen:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
Auswählen eines Maximums aus Werten an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Die Aufgabe von Schritt 20) ist hauptsächlich das Entfernen von Rauschen. Was Spatial Compounding betrifft, so gibt es bereits eine Vielzahl bekannter Verfahren.
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Um zu vermeiden, dass das resultierende Bild übermäßig verbessert wird, kann eine allmähliche Verbesserung entlang der Tiefe angewendet werden, wobei die Tiefe sich auf die Abtasttiefe der Ultraschallsonde bezieht. Schritt 20) kann auch wie folgt implementiert werden:
Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge,
Spatial Compounding von Gewebeframes innerhalb der Anzahl von sequentiellen Frames zum Bilden eines neuen Gewebeframes und
Auswählen von Werten an einer gleichen Position in einem Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis und dann Summieren der Werte.
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Wie zu sehen ist, wird zunächst Spatial Compounding an Gewebeframes innerhalb einer gewissen Anzahl von sequentiellen Frames durchgeführt, um einen neuen Gewebeframe zu bilden. Als Nächstes werden Werte von Pixelpunkten an einer gleichen Position in einem Nadelframe und dem Gewebeframe gemäß einem Verhältnis ausgewählt. Zum Beispiel kann bei einer Tiefe von 1 bis 2 cm ein Verhältnis von 3:7 gelten. Das heißt, es werden 30% eines Wertes eines Pixelpunktes an einer gleichen Position eines Nadelframes und 70% eines Wertes eines Pixelpunktes an der gleichen Position des neuen Gewebeframes ausgewählt und dann summiert. Das Verhältnis von 3:7 ist nur veranschaulichend und es können andere Verhältnisse angewendet werden.
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„Mit der Tiefe zunehmend” bedeutet, dass, wenn die Tiefe auf 3 cm steigt, sollte das Verhältnis zwischen Werten an einer gleichen Position in einem Nadelframe und einem Gewebeframe größer als das Verhältnis im Fall einer Tiefe von 1 bis 2 cm sein. Wenn beispielsweise für die Tiefe von 2 cm ein Verhältnis von 3:7 angewendet wird, muss das Verhältnis im Fall einer Tiefe von 3 cm größer als 3:7 sein, z. B. ein Verhältnis von 4:6, usw.
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Im Fall einer Tiefe von 5 cm oder mehr wird nur der Wert des Nadelframes angewendet, während der Wert des Gewebeframes ignoriert wird. Das heißt, der Wert für den entsprechenden Pixelpunkt des Nadelframes wird bei 100 Prozent genommen, so dass eine niedrigere Verbesserung erhalten wird.
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Alternativ beinhaltet die Anzahl von sequentiellen Frames eine Vielzahl von Gewebeframes und eine Vielzahl von Nadelframes. Die Nadel in dem durch Spatial Compounding einer Anzahl von Gewebeframes und einer Anzahl von Nadelframes in einer Folge erhaltenen Bildframe ist oft nicht deutlich genug. Von daher kann Spatial Compounding auch an einer Vielzahl von Gewebeframes und einem jüngsten Nadelframe durchgeführt werden, so dass der Nadelframe in dem Bildframe deutlich sichtbar ist.
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Das Verfahren zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung wird unten beispielhaft an einem invasiven Eingriff an den Nerven ausführlich beschrieben.
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4 zeigt eine gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung erhaltene Framefolge. In dieser Ausführungsform werden Gewebeframes durch Abtasten mit drei gleichmäßigen Winkeln, 0 Grad, +10 Grad, –10 Grad, erhalten, Nadelframes werden durch Abtasten mit einem abgelenkten Winkel von 20 Grad erhalten. In der Ausführungsform ist die zeitliche Beabstandung zwischen zwei Frameerfassungen als k bezeichnet und die anfängliche Erfassungszeit mit 0.
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Wie in 4 offensichtlich ist, umfasst die Framefolge F(1), F(2), F(3), F(4), F(5), ... F(i), ..., wobei F(1) einen mit einem Winkel von 0 Grad und zu einem Zeitpunkt 0 erfassten Gewebeframe repräsentiert, F(2) ein mit einem abgelenkten Winkel von 20 Grad an einem Zeitpunkt k erfasster Nadelframe ist, F(3) ein mit einem Winkel von +10 Grad und an einem Zeitpunkt 2k erfasster Gewebeframe ist, F(4) ein mit einem abgelenkten Winkel von 20 Grad an einem Zeitpunkt 3k erfasster Nadelframe ist, F(5) ein mit einem Winkel von –10 Grad und an einem Zeitpunkt 4k erfasster Gewebeframe ist, F(6) ein mit einem abgelenkten Winkel von 20 Grad zu einem Zeitpunkt 5k erfasster Nadelframe ist, F(7) ein mit einem Winkel von 0 Grad und zu einem Zeitpunkt 6k erfasster Gewebeframe ist, .... Die zeitliche Beabstandung von der Erfassung des Gewebeframes mit 0 Grad bis zur nächsten Gewebeframeerfassung mit 0 Grad kann ein Zeitabschnitt T genannt werden, der in der vorliegenden Erfindung gleich 6k ist.
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5 stellt einen erfassten Gewebeframe dar, der mit 0 Grad an einem ersten Zeitpunkt erfasst wurde, während 6 einen mit einem sehr großen Winkel an einem zweiten Zeitpunkt abgetasteten Nadelframe zeigt. Da der Penetrationswinkel der Nadel groß ist, enthält der Gewebeframe keine Informationen bezüglich der Nadel. Beim Nadelframe ist, da der Abtastwinkel etwa lotrecht zum Penetrationswinkel der Nadel ist, im Nadelframe ein Nadelbild ziemlich guter Qualität zu sehen.
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Als Nächstes wird Spatial Compounding nacheinander an den Framefolgen durchgeführt, die jeweils sechs aufeinanderfolgende Frames umfassen können. Zum Beispiel werden zunächst F(1), F(2), F(3), F(4), F(5) und F(6) mit Spatial Compounding bearbeitet, dann werden F(2), F(3), F(4), F(5), F(6) und F(7) mit Spatial Compounding bearbeitet usw. Das heißt, dass es unter den sechs aufeinanderfolgenden Frames für jedes Spatial Compounding drei Gewebeframes und drei Nadelframes gibt. Die drei Nadelframes werden aber mit dem gleichen abgelenkten Winkel, aber zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Bei Compounding dieser drei Nadelframes kommt es zu Tailing. Daher werden in der vorliegenden Erfindung die zwei zuerst erfassten Nadelframes verworfen und nur der jüngste Nadelframe zurückbehalten. Von daher sind es vier Frames, die mit Spatial Compounding bearbeitet werden. Wenn sie nach Winkeln gezeigt wird, sieht die Folge so aus: 0, +10, –10, +20; +10, –10, +20, 0; ...; 0, +10, –10, +20; .... Die Folge kann auch als F(1), F(3), F(5), F(6); F(3), F(5), F(6), F(7); ..., ausgedrückt werden.
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In der vorliegenden Erfindung wird Mitteln angewendet. Das heißt, Werte an einer gleichen Position in F(1), F(3), F(5), F(6) werden gemittelt, um einen Bildframe zu erhalten, der dann ausgegeben wird, wonach Werte an einer gleichen Position in F(3), F(5), F(6), F(7) gemittelt werden, um einen weiteren Bildframe zu erhalten, der dann ausgegeben wird, ..., so dass das Mitteln nacheinander durchgeführt wird. 7 ist eine Darstellung einer erfassten Bildframeausgabe nach Spatial Compounding, wobei die Anzeige der Nadel in dem Gewebe ohne Beeinträchtigung der Gewebebilder verbessert ist.
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Tabelle 1 unten zeigt die Testergebnisse für den Stand der Technik und die vorliegende Erfindung. „Datenrate” in der ersten Reihe betrifft die Datenaktualisierungsgeschwindigkeit für die Frontend-Abtastung des Ultraschallsystems, während die zweite Reihe die tatsächliche Bearbeitungsgeschwindigkeit am hinteren Ende des Systems bietet. Die dritte und vierte Reihe geben die Testdaten für die vorliegende Erfindung bzw. den Stand der Technik bei einer gleichen Datenrate an. Die fünfte Reihe stellt das Verhältnis zwischen den Nadelframe-Auffrischungsraten der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik bereit. Wie ersichtlich ist, verbessert sich die Auffrischungsrate von Nadelframes durch die vorliegende Erfindung bedeutend. Wenn die Datenrate 15 Frames/Sekunde oder 20 Frames/Sekunde ist, beträgt die Nadelframe-Auffrischungsrate für die vorliegende Erfindung 1,86 oder 1,97 mal so viel wie die des Stands der Technik; wenn die Datenrate 25, 30 oder 36 beträgt, ist die Nadelframe-Auffrischungsrate für die vorliegende Erfindung zweimal so groß wie die des Stands der Technik.
| Datenrate (Frames/Sekunde) | 15 | 20 | 25 | 30 | 36 |
| Framerate (Frames/Sekunde) | 11 | 13 | 16 | 20 | 20 |
| Verfahren zur Nadel-visualisierung der vorliegenden Erfindung | Gesamtframes-Aktualisierung/Minute | 667 | 813 | 971 | 1254 | 1211 |
| Nadelframes-Aktualisierung/Minute | 358 | 470 | 590 | 713 | 844 |
| Nadelframerate/Sekunde | 5,97 | 7,83 | 8,44 | 11,88 | 14,07 |
| Verfahren vom Stand der Technik | Gesamtframes-Aktualisierung/Minute | 624 | 816 | 975 | 1325 | 1215 |
| Nadelframes-Aktualisierung/Minute | 180 | 240 | 296 | 360 | 424 |
| Nadelframerate/Sekunde | 3,00 | 4,00 | 4,93 | 6,00 | 7,04 |
| Vergleich zwischen der vorliegenden Erfindung und | 1,86 | 1,97 | 2,00 | 2,09 | 2,00 |
| dem Stand der Technik (das Verhältnis der vorliegenden Erfindung zum Stand der Technik) | | | | | |
Tabelle 1
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Nadelvisualisierung für ein Ultraschall-Bildgebungsgerät vorgesehen, wobei die genannte Vorrichtung Folgendes aufweist:
eine Einrichtung zum abwechselnden Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge,
eine Einrichtung zum Spatial Compounding der Framefolge und
eine Einrichtung zum Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes.
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In der genannten Vorrichtung wird eine Vielzahl von Gewebeframes in einer Vielzahl von gleichmäßigen Winkeln für einen gleichen anatomischen Raum erfasst.
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In der genannten Vorrichtung wird jeder Nadelframe in einem Winkel erfasst, der größer als alle gleichmäßigen Winkel zum Erfassen der Vielzahl von Gewebeframes ist.
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Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Spatial Compounding in einer Lösung ferner Folgendes auf:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
eine Einrichtung zum Mitteln der Werte an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Vorzugsweise kann die Einrichtung zum Spatial Compounding in einer weiteren Lösung Folgendes aufweisen:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge und
eine Einrichtung zum Auswählen eines Maximums aus Werten an einer gleichen Position in der Anzahl von sequentiellen Frames.
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Vorzugsweise kann die Einrichtung zum Spatial Compounding ferner Folgendes aufweisen:
eine Einrichtung zum Auswählen einer Anzahl von sequentiellen Frames nacheinander innerhalb der Framefolge,
eine Einrichtung zum Spatial Compounding von Gewebeframes innerhalb der Anzahl von sequentiellen Frames zum Bilden eines neuen Gewebeframes und
eine Einrichtung zum Auswählen von Werten an einer gleichen Position in dem Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis und Summieren der Werte, wobei die genannte Tiefe sich auf die Abtasttiefe einer Ultraschallsonde bezieht.
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Die genannte Anzahl von sequentiellen Frames beinhaltet eine Vielzahl von Gewebeframes und eine Vielzahl von Nadelframes.
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Alternativ kann die genannte Anzahl von sequentiellen Frames eine Vielzahl von Gewebeframes und wenigstens einen Nadelframe beinhalten.
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Da die Vorrichtung zur Nadelvisualisierung der Erfindung dem vorliegenden Verfahren zur Nadelvisualisierung entspricht, wird die Vorrichtung im Folgenden nicht näher ausgeführt.
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Zusammenfassend: die vorliegende Erfindung erhält eine Framesequenz durch wiederholtes Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe, so dass zwischen Nadelframes und Gewebeframes eine einheitliche Beabstandung erzielt wird, und die Echtzeitanzeige der Nadel wird realisiert.
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Darüber hinaus wählt die vorliegende Erfindung Werte an einer gleichen Position im Nadelframe und dem neuen Gewebeframe gemäß einem mit der Tiefe zunehmenden Verhältnis, so dass Rauschen unterdrückt wird und gleichzeitig die Qualität von Gewebebildern gewährleistet wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde oben zwar in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, fachkundige Personen werden aber verstehen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen, wobei diese Änderungen, Modifikationen und Ersetzungen alle in den von den angehängten Ansprüchen definierten Sinn und Umfang fallen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nadelvisualisierung vor. Das Verfahren zur Nadelvisualisierung der vorliegenden Erfindung umfasst das abwechselnde Erfassen eines Gewebeframes gefolgt von einem Nadelframe mit einer gewissen zeitlichen Beabstandung zum Bilden einer Framefolge, Spatial Compounding der Framefolge und Ausgeben eines sich aus dem Spatial Compounding ergebenden Bildframes; die Vorrichtung zur Nadelvisualisierung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zum Erfassen, eine Einrichtung zum Spatial Compounding und eine Einrichtung zum Ausgeben auf. Da die vorliegende Erfindung wiederholt einen Gewebeframe gefolgt von einem Nadelframe erfasst, um eine Framefolge zu bilden, wird zwischen Nadelframes und Gewebeframes eine einheitliche Beabstandung erzielt, so dass die Echtzeitanzeige der Nadel realisiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3556079 [0004]
- US 4249539 [0004]
- US 4431006 [0004]
- US 4407294 [0004]
- US 4428379 [0004]
- US 5095910 [0004]
- US 4869259 [0004]
- US 4977897 [0004]
- EP 1132049 [0004]
- EP 0952462 [0004]
- US 6524247 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Kurohiji et al lehren ein Doppler-Verfahren mit dem Titel „Mution marking in color Doppler ultrasound needle and catheter visualization” (J Ultrasound Med, 9: 243–245, 1990 [0004]
