DE102012103725A1

DE102012103725A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen

Info

Publication number: DE102012103725A1
Application number: DE201210103725
Authority: DE
Inventors: Josef Kozak; Edgar Jäger
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen (18) in Ultraschallbilddatensätzen, umfassend eine Ultraschallsonde (16) zum Erzeugen von Ultraschallbildsignalen bei der Untersuchung eines Patienten (12) mit Ultraschall sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (28), an die die Ultraschallbildsignale übermittelbar und von der aus den Ultraschallbildsignalen ein räumlich-zeitlicher Ultraschallbilddatensatz erstellbar ist. Um eine derartige Vorrichtung bereitzustellen, die ein verbessertes Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen (18) in Ultraschallbilddatensätzen ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie einen ersten Ultraschallbilddatensatz mit einem zweiten Ultraschallbilddatensatz vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde (16) am Patientenkörper aufgenommen wurden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (28) im ersten und im zweiten Ultraschallbilddatensatz erste Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind, in Zeitrichtung auf die ersten Signalbeiträge folgende zweite Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrungsfrei oder im Wesentlichen verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind, und Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht (26) zwischen Weichgewebe (20) und knöchernen Strukturen (18) stammend definiert. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen (18) in Ultraschallbilddatensätzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen, umfassend eine Ultraschallsonde zum Erzeugen von Ultraschallbildsignalen bei der Untersuchung eines Patienten mit Ultraschall sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung, an die die Ultraschallbildsignale übermittelbar und von der aus den Ultraschallbildsignalen ein räumlich-zeitlicher Ultraschallbilddatensatz erstellbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen, bei dem eine Datenverarbeitungseinrichtung verwendet wird, die anhand von ihr von einer Ultraschallsonde übermittelten Ultraschallbildsignalen einen räumlich-zeitlichen Ultraschallbilddatensatz erstellt.
Der intraoperative Einsatz von Ultraschall bietet gegenüber anderen bildgebenden Verfahren, insbesondere röntgengestützter Bildgebung, den Vorteil, dass er kostengünstig und auf einfachere Weise durchführbar ist und dass der Patient ebenso wie OP-Personal keiner Belastung durch ionisierende Strahlung ausgesetzt ist. Beispielsweise kann intraoperativer Ultraschall im Bereich der Orthopädie eingesetzt werden, um Knochenbrüche zu erkennen. Auch im Bereich der Implantologie ist der Einsatz von Ultraschall bekannt.
Wünschenswert beim Einsatz intraoperativen Ultraschalls ist eine nach Möglichkeit automatische Erkennung und Segmentierung von Beiträgen im Ultraschallbilddatensatz, die auf knöcherne Strukturen, eingeschlossen Grenzschichten zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen, zurückzuführen sind. Es sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die zu diesem Zweck aus den Ultraschallbilddatensätzen Ultraschallbilder im B-Mode (Brightness mode; Helligkeitsmodus) erstellen, die als Grundlage für automatisierte Bilderkennungsverfahren dienen. Die Genauigkeit dieser Vorrichtungen und Verfahren ist in der Praxis jedoch oft unzureichend, da starke Streuungen und Interferenzen des Ultraschallfeldes an Gewebe und Knochengrenzstrukturen zu einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis führen. Grenzstrukturen werden ferner oft breit und verschmiert dargestellt, was das automatische Erkennen von knöchernen Strukturen erschwert. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass die Bildqualität stark vom Winkel der Ultraschallsonde zum Patientenkörper abhängt. Um das automatische Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen zu verbessern, wurde bereits das Spektrum der hochfrequenten Ultraschallbildsignale untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass keine charakteristischen Frequenzen für knöcherne Strukturen ermittelt werden konnten, so dass die spektrale Analyse keinen zusätzlichen Aufschluss über das Vorhandensein knöcherner Strukturen in den Ultraschallbilddatensätzen liefert. Aus diesen Gründen sind bestehende Vorrichtungen und Verfahren im Ergebnis unzureichend und nur halbautomatisch durchführbar. Zwar werden dem Operateur durch Bildverarbeitung aufbereitete Ultraschallbilder auf Basis der Ultraschallbilddatensätze dargestellt, der Operateur führt die Segmentierung, nämlich das Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen, jedoch selbst durch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, die bzw. das ein verbessertes Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie einen ersten Ultraschallbilddatensatz mit einem zweiten Ultraschallbilddatensatz vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde am Patientenkörper aufgenommen wurden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung im ersten und im zweiten Ultraschallbilddatensatz erste Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind, in Zeitrichtung auf die ersten Signalbeiträge folgende zweite Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrungsfrei oder im Wesentlichen verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind, und Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammend definiert.
In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass bei der Ultraschallbildgebung als auf Reflexion beruhendem Verfahren eine Bewegung der Ultraschallsonde im Raum zu einer Änderung der Laufzeit des Ultraschalls von der Ultraschallsonde zu einer erfassten Struktur führt. Diese Laufzeitänderung ist als zeitliche Verschiebung des Ultraschallechos der Struktur im Ultraschalldatensatz sichtbar, so dass bei Vorliegen einer zeitlichen Verschiebung im Ultraschalldatensatz auf eine Bewegung der Ultraschallsonde im Raum geschlossen werden kann und umgekehrt. "Zeitlich" ist vorliegend auf die Koordinate des Ultraschallbilddatensatzes bezogen aufzufassen, die die Ausbreitungsrichtung des Ultraschallfeldes repräsentiert.
Des Weiteren fließt in die Erfindung der Gedanke mit ein, dass eine Änderung der Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers zu dessen Kompression oder Dehnung führt. Dies führt zu unterschiedlichen Distanzen der Ultraschallsonde zu reflektierenden Strukturen des Patientenkörpers, die als zeitliche Verschiebung der Signalbeiträge im Ultraschallbilddatensatz erkannt werden können. Bei nur leichter Kompression des Patientenkörpers zeigt sich beispielsweise, dass zwischen der Ultraschallsonde und knöchernen Strukturen liegendes Weichgewebe komprimiert wird, die knöchernen Strukturen sowie dahinter liegendes Gewebe im Raum jedoch nicht verschoben und nicht komprimiert werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung nutzt zwei Ultraschallbilddatensätze unter der Annahme, dass diese durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung mit der Ultraschallsonde an Patientenkörper gewonnen wurden. Beispielsweise wurde beim zweiten Ultraschallbilddatensatz der Druck auf den Patientenkörper gegenüber dem ersten Ultraschallbilddatensatz erhöht. Insbesondere kann die Datenverarbeitungseinrichtung bevorzugt ferner annehmen, dass die Ultraschallbilddatensätze an derselben Position am Patientenkörper aufgenommen wurden. In beiden Ultraschallbilddatensätzen ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung erste und zweite Signalbeiträge, wobei die ersten Signalbeiträge in Zeitrichtung verzerrt sind. Die Verzerrung in Zeitrichtung ergibt sich infolge einer Änderung der Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers und wird als von zwischen der Ultraschallsonde und knöchernen Strukturen liegendem Weichgewebe stammend angesehen. Diese ersten Signalbeiträge sind üblicherweise hinsichtlich ihres grundlegenden Signalverlaufs gleich, erscheinen im Ultraschallbilddatensatz aber verzerrt, insbesondere zeitlich komprimiert oder zeitlich gestreckt. In Zeitrichtung in den Ultraschallbilddatensätzen auf die ersten Signalbeiträge folgend – räumlich im Patientenkörper in größerem Abstand zur Ultraschallsonde als das vorstehend erwähnte Weichgewebe – ermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung in den Ultraschallbilddatensätzen zweite Signalbeiträge. Stellt die Datenverarbeitungseinrichtung fest, dass zweite Signalbeiträge vorliegen, die frei oder im Wesentlichen frei von zeitlichen Verzerrungen sind und die darüber hinaus in Zeitrichtung verschoben sind, wertet dies die Datenverarbeitungseinrichtung als Signalbeiträge, die von einer knöchernen Struktur und gegebenenfalls dahinter liegendem Weichgewebe stammen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass knöcherne Strukturen und dahinter liegendes Gewebe bei nur leichter Änderung der Druckbeaufschlagung nicht verschoben und nicht komprimiert oder gedehnt werden. In den Ultraschallbilddatensätzen ergeben sich die zweiten Signalbeiträge daher frei oder im Wesentlichen frei von zeitlichen Verzerrungen, aber sie erscheinen relativ zur Ultraschallsonde verschoben. Wird der Patientenkörper bei der Gewinnung des zweiten Ultraschallbilddatensatzes stärker komprimiert als bei der Gewinnung des ersten Ultraschallbilddatensatzes, erscheinen die zweiten Signalbeiträge in Richtung der Ultraschallsonde verschoben, anderenfalls als von der Ultraschallsonde weg verschoben. Durch Unterteilung der Ultraschallbilddatensätze in erste und zweite Signalbeiträge ist es der Datenverarbeitungseinrichtung möglich, einen Übergangsbereich von den ersten zu den zweiten Signalbeiträgen festzustellen, diesen als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammend zu definieren und somit Signalbeiträge knöcherner Strukturen aufzufinden. Je nach Art, Lage und Dicke der Grenzschicht zwischen dem Weichgewebe und der knöchernen Struktur kann der Übergangsbereich scharf oder räumlich ausgedehnt sein.
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die Spezifizität 1 aufweist, die den 100%igen Anteil der gefundenen knöchernen Strukturen angibt. Es ist möglich, dass keine knöcherne Struktur aufgefunden wird, es kann jedoch nicht passieren, dass eine knöcherne Struktur ermittelt wird, wenn keine Signalbeiträge knöcherner Strukturen in den Ultraschallbilddatensätzen vorhanden sind.
Es ist günstig, wenn die räumliche Information längs einer Zeilenrichtung der Ultraschallbilddatensätze vorliegt und die zeitliche Information längs einer Spaltenrichtung der Ultraschallbilddatensätze und wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den ersten Ultraschallbilddatensatz und den zweiten Ultraschallbilddatensatz spaltenweise miteinander vergleicht. Insbesondere dann, wenn die Ultraschallbilddatensätze an derselben Position am Patientenkörper aufgenommen wurden, erweist sich dies als zuverlässig für das Auffinden knöcherner Strukturen. Die zeitliche Information ist längs der Spaltenrichtung der Ultraschallbilddatensätze repräsentiert. In einander zugeordneten Spalten der Ultraschallbilddatensätze erscheinen die zweiten Signalbeiträge und die Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten zu den zweiten Signalbeiträgen als in Zeitrichtung verschoben und damit, je nach Komprimierung oder Dehnung des Patientenkörpers, weiter oben bzw. weiter unten in den Spalten.
Bevorzugt ist die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert, dass zwei oder mehr Spalten beim Vergleich zusammengefasst werden. Durch ein solches sogenanntes "Binning" wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert und dadurch das Auffinden knöcherner Strukturen erleichtert.
Von Vorteil ist es, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Ultraschallbilddatensätze aus den Ultraschallbildsignalen erstellt und dass sie die Ultraschallbildsignale beim Vergleich des ersten Ultraschallbilddatensatzes mit dem zweiten Ultraschallbilddatensatz untersucht. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann auf diese Weise die von der Ultraschallsonde bereitgestellten hochfrequenten (HF/RF-)Ultraschallbildsignale direkt analysieren und auf das Vorhandensein der ersten und/oder der zweiten Signalbeiträge sowie der Signalbeiträge aus dem Übergangsbereich untersuchen. Dies erweist sich in der Praxis als zuverlässiger als ein Vergleich von Ultraschallbilddatensätzen, der auf einer B-mode-Darstellung (Brightness mode; Helligkeitsmodus) beruht. Anders als bei B-mode-Ultraschallbilddatensätzen können dadurch auch Frequenz und Phase der Signalverläufe der ersten und/oder zweiten Signalbeiträge von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgewertet werden.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Hinweiseinrichtung, mit der Hinweise an einen Benutzer ausgebbar sind, einen ersten Ultraschallbilddatensatz zu registrieren sowie einen zweiten Ultraschallbilddatensatz und die Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers vor dem Registrieren des zweiten Ultraschallbilddatensatzes zu verändern. Die Hinweiseinrichtung ist beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung, an der die Ultraschallbilder darstellbar sind.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Hinweis ausgebbar ist, die Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers vor dem Registrieren des zweiten Ultraschallbilddatensatzes zu steigern. Dies führt, wie erwähnt, dazu, dass Weichgewebe zwischen der Ultraschallsonde und knöchernen Strukturen komprimiert wird und zweite Signalbeiträge von knöchernen Strukturen sowie gegebenenfalls dahinter liegendem Weichgewebe in Richtung auf die Ultraschallsonde zeitlich verschoben in den Ultraschallbilddatensätzen sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Hinweis ausgebbar ist, die Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers vor dem Registrieren des zweiten Ultraschallbilddatensatzes zu verringern. Dies führt dazu, dass Weichgewebe zwischen der Ultraschallsonde und knöchernen Strukturen gedehnt wird und die zweiten Signalbeiträge von knöchernen Strukturen sowie gegebenenfalls dahinter liegendem Weichgewebe als in zeitlicher Richtung von der Ultraschallsonde weg verschoben in den Ultraschallbilddatensätzen sind.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung eine Betätigungseinrichtung umfasst, durch deren Betätigung der erste Ultraschallbilddatensatz und/oder der zweite Ultraschallbilddatensatz registriert werden. Die Betätigungseinrichtung kann ein Bedienelement umfassen, beispielsweise einer Tastatur, einer Maus oder eines Fußschalters, durch dessen Betätigung die Ultraschallbilddatensätze registriert werden.
Günstig ist es, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Änderung der Reflektivität für Ultraschall von knöchernen Strukturen im Vergleich zu Weichgewebe beim Vergleich des ersten und zweiten Ultraschallbilddatensatzes miteinander berücksichtigt. In diese vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung fließt der Gedanke mit ein, dass die Reflektivität für Ultraschall knöcherner Strukturen diejenige von Weichgewebe üblicherweise deutlich übersteigt. Durch Miteinbeziehung der Reflektivität, auf die anhand der Ultraschallbilddatensätze geschlossen werden kann, können knöcherne Strukturen zuverlässiger aufgefunden werden.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Ultraschallbilddatensatz miteinander vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde am Patientenkörper aufgenommen wurden, kann vorgesehen sein, dass die vorstehend erläuterte Einbeziehung der Änderung der Reflektivität für Ultraschall von knöchernen Strukturen im Vergleich zu Weichgewebe beim Vergleich des ersten und zweiten Ultraschallbilddatensatzes miteinander berücksichtigt wird, ohne dass, wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ersten und zweiten Signalbeiträge ermittelt werden. Eine derartige Vorrichtung kann eine eigene Erfindung darstellen.
Von Vorteil ist es, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung in Signalabschnitte unterteilt, deren aufeinander folgende jeweils hinsichtlich ihrer spektralen Intensität verglichen werden und unter der Voraussetzung, dass die Differenz der spektralen Intensität aufeinander folgender Signalabschnitte einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, Signalbeiträge in diesen Signalabschnitten als Übergangssignalbeiträge ansieht, die möglicherweise auf eine Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen zurückgehen, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung entsprechendes für den zweiten Ultraschallbilddatensatz vornimmt, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung ermittelt, ob die anhand des ersten Ultraschallbilddatensatzes und des zweiten Ultraschallbilddatensatzes infrage kommenden Übergangssignalbeiträge in Zeitrichtung relativ zueinander verschoben sind, und bejahendenfalls die Übergangssignalbeiträge als auf eine Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen zurückgehend ansieht. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann den ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung analysieren und in einzelne Signalabschnitte unterteilen. Beispielsweise ist es möglich, einzelne Spalten oder eine Mehrzahl zusammengefasster Spalten des Ultraschallbilddatensatzes zu analysieren. Aufeinander folgende, insbesondere unmittelbar aufeinander folgende Signalabschnitte werden hinsichtlich ihrer spektralen Intensität verglichen. Zu diesem Zweck können die Signale innerhalb der Signalabschnitte von der Datenverarbeitungseinrichtung einer Fourier-Transformation unterzogen werden und die jeweiligen Spektren ausgewertet werden. Beispielsweise wird das jeweilige Spektrum an oder im Bereich der zentralen Ultraschallfrequenz der Ultraschallsonde untersucht. Stellt die Datenverarbeitungseinrichtung fest, dass die miteinander verglichenen spektralen Intensitäten einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert übersteigen, wertet sie dies als Hinweis darauf, dass in den Signalabschnitten Übergangssignalbeiträge vorhanden sind, die auf eine Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen zurückgehen können. Üblicherweise weist die knöcherne Struktur, wie erwähnt, eine hohe Reflektivität für Ultraschall auf, während in Bezug auf die Ultraschallsonde vor der knöchernen Struktur liegendes Weichgewebe eine geringere Reflektivität aufweist. In Bezug auf die Ultraschallsonde hinter der knöchernen Struktur liegendes Gewebe liefert infolge der hohen Reflektivität der knöchernen Struktur üblicherweise eher geringe Signalbeiträge. Eine entsprechende Analyse nimmt die Datenverarbeitungseinrichtung beim zweiten Ultraschallbilddatensatz vor. Anschließend kann die Datenverarbeitungseinrichtung ermitteln, ob die Übergangssignalbeiträge zwischen den Ultraschallbilddatensätzen in Zeitrichtung relativ zueinander verschoben sind. Bejahendenfalls sieht sie die Übergangssignalbeiträge als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöcherner Struktur stammend an.
Vorteilhafterweise werden die Signalabschnitt zeitlich möglichst klein gewählt, um die zeitliche Auflösung des Verfahrens zu steigern.
Günstigerweise ist die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert, dass sie die Verschiebung in Zeitrichtung der anhand des ersten Ultraschallbilddatensatzes und des zweiten Ultraschallbilddatensatzes ermittelten Übergangssignalbeiträge auf Übereinstimmung mit der Verschiebung in Zeitrichtung der zweiten Signalbeiträge zwischen dem ersten Ultraschallbilddatensatz und dem zweiten Ultraschallbilddatensatz überprüft. Auf diese Weise können die Verschiebungen der Übergangssignalbeiträge und der zweiten Signalbeiträge hinsichtlich ihrer Plausibilität überprüft werden. Stimmen die zeitlichen Verschiebungen innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Intervalls überein, ist dies ein deutlicher Hinweis darauf, dass eine Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöcherner Struktur vorliegt.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Vorrichtung ein mit der Datenverarbeitungseinrichtung gekoppeltes Navigationssystem umfasst, mit dem eine Bewegung der Ultraschallsonde im Raum erfassbar ist, und wenn die Bewegung der Ultraschallsonde bei Änderung der Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers in den Vergleich der Ultraschallbilddatensätze einbezogen wird, indem die Bewegung der Ultraschallsonde als Such- und/oder Vergleichsparameter für die Verschiebung der zweiten Signalbeiträge in Zeitrichtung und/oder die Verschiebung der Übergangssignalbeiträge in Zeitrichtung berücksichtigt wird. Bei einer Änderung der Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers, bei der knöcherne Strukturen selbst nicht im Raum bewegt werden, kann aus der Bewegung der Ultraschallsonde eine zeitliche Verschiebung errechnet werden, die aus einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammende Signalbeiträge in den Ultraschallbilddatensätzen aufweisen sollten. Dies ermöglicht es, die errechnete zeitliche Verschiebung als Suchparameter oder als Kontrollparameter heranzuziehen, um die Verschiebung der zweiten Signalbeiträge und/oder die Verschiebung der Übergangssignalbeiträge in Zeitrichtung zu ermitteln und/oder zu kontrollieren.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Anzeigeeinrichtung umfasst, an der die Datenverarbeitungseinrichtung die Ultraschallbilddatensätze als Ultraschallbilder darstellt.
Günstig ist es, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie Signalbeiträge knöcherner Strukturen im Ultraschallbild markiert. Beispielsweise markiert die Datenverarbeitungseinrichtung Signalbeiträge von Grenzschichten im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen und/oder Übergangssignalbeiträge im Bereich von Signalabschnitten, deren spektrale Intensitäten eine Differenz aufweisen, die einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
Wie bereits erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren. Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Datenverarbeitungseinrichtung einen ersten Ultraschallbilddatensatz mit einem zweiten Ultraschallbilddatensatz vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde am Patientenkörper aufgenommen wurden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung im ersten und im zweiten Ultraschallbilddatensatz erste Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind, in Zeitrichtung auf die ersten Signalbeiträge folgende zweite Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrungsfrei oder im Wesentlichen verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind, und Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammend definiert.
Mit einem derartigen Verfahren können die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläuterten Vorteile, auf die hiermit verwiesen wird, erzielt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich durch die jeweiligen Merkmale der vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Durchführung einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, sowie einen mit Ultraschall untersuchten Patienten;
2: eine schematische Ansicht einer Ultraschallsonde der Vorrichtung aus 1 bei der Untersuchung des Patienten;
3: eine Darstellung entsprechend 2, wobei der Patientenkörper mit der Ultraschallsonde komprimiert wird;
4: ein B-Mode-Ultraschallbild, gewonnen bei der Untersuchung gemäß 2 und
5: ein B-Mode-Ultraschallbild, gewonnen bei der Untersuchung gemäß 3.
1 in zeigt in perspektivischer Darstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen.
In 1 ist ferner ein auf einem Untersuchungstisch liegender Patient 12 dargestellt, dessen Oberschenkel 14 mit einer Ultraschallsonde (nachfolgende Sonde) 16 der Vorrichtung 10 untersucht wird. Der Oberschenkel 14 weist einen in den 2 und 3 schematisch dargestellten Oberschenkelknochen 18 auf sowie Weichgewebe 20, insbesondere Muskelgewebe, zwischen diesem und der Ultraschallsonde 16. In den 2 und 3 sind schematisch unterschiedliche Grenzschichten 22 bis 25 zwischen unterschiedlichen Arten von Weichgewebe 20 dargestellt. Der Oberschenkelknochen 18 grenzt seinerseits an einer Grenzschicht 26 an das Weichgewebe 20 an.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung in Gestalt eines Computers 28, an die die Sonde 16 in an sich bekannter Weise mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Signalleitung verbunden ist. Weiter weist die Vorrichtung 10 eine Anzeigeeinrichtung auf in Gestalt eines Bildschirmes 30, der mit dem Computer 28 verbunden und von diesem ansteuerbar ist. Der Bildschirm 30 bildet zugleich eine Hinweiseinrichtung zum Ausgeben von Hinweisen des Computers 28 aus. Eine mit dem Computer 28 verbundene Betätigungseinrichtung der Vorrichtung 10 umfasst eine Tastatur 32, eine Maus 34 und einen Fußschalter 36. Diese stellen jeweils für sich Betätigungselemente dar, über die ein Benutzer in an sich bekannter Weise Eingaben am Computer 28 vornehmen kann.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein chirurgisches Navigationssystem 38, das eine Nachweiseinrichtung 40 und eine Markiereinrichtung 42 aufweist. Die Nachweiseinrichtung 40 ist ausgestaltet als Stereokamera, die mit dem Computer 28 gekoppelt ist und zum Empfang, gegebenenfalls auch zum Aussenden, elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist, insbesondere Infrarotstrahlung. Die Markiereinrichtung 42 ist mit der Sonde 16 verbunden und weist Markierelemente 44 auf, mit denen vorliegend elektromagnetische Strahlung, insbesondere Ultraschallstrahlung, ausgesandt werden kann, die von der Nachweiseinrichtung 40 erfasst werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Markierelemente 44 passiv ausgebildet sind und von der Nachweiseinrichtung 40 emittierte elektromagnetische Strahlung reflektieren, die von dieser wieder detektiert werden kann.
Mittels des Navigationssystems 38 ist es in an sich bekannter Weise möglich, eine Bewegung der Sonde 16 im Raum zu erfassen, dem Computer 28 ein diesbezügliches Signal bereitzustellen, so dass dieser translatorische und/oder rotatorische Bewegungen der Sonde 16 errechnen kann.
Bei der Untersuchung des Patienten 12 emittiert die Sonde 16 in bekannter Weise Ultraschall, der vom Weichgewebe 20 und vom Oberschenkelknochen 18 reflektiert und von der Sonde 16 wieder erfasst wird. Die Laufzeit zwischen dem reflektierten und dem erfassten Ultraschall ist ein Maß für den Abstand der den Ultraschall jeweils reflektierenden Struktur von der Sonde 16, und umgekehrt führt ein sich ändernder Abstand der Sonde 16 von einer reflektierenden Struktur zu einer Änderung der Laufzeit des erfassten Ultraschalls. Quer zur Emissionsrichtung von Ultraschall weist die Sonde 16 in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Sendern und Empfängern auf, die in Kombination nebeneinander die räumliche Information des Untersuchungsgegenstandes quer zur Emissionsrichtung bereitstellen.
Ultraschallbildsignale werden dem Computer 28 von der Sonde 16 über die Signalleitung bereitgestellt und liegen als hochfrequente Ultraschallbildsignale vor (sogenannte HF- oder RF-Rohdaten). Anhand der Ultraschallbildsignale kann der Computer 28 einen Ultraschallbilddatensatz erzeugen. Der Computer 28 benutzt hierfür vorliegend direkt die hochfrequenten Ultraschallbildsignale, die in einem HF-Datenarray vorliegen, das in der Zeichnung selbst nicht gezeigt ist. In diesem Datenarray ist längs Zeilenrichtung die räumliche Information quer zur Emissionsrichtung des Ultraschalls repräsentiert und längs Spaltenrichtung die zeitliche Information, die sich aus der Laufzeit zwischen ausgesandtem und empfangenem Ultraschall ergibt. Diese zeitliche Information kann, wie erwähnt, von der Datenverarbeitungseinrichtung als räumliche Information dargestellt werden. Der Abstand einer reflektierenden Struktur von der Sonde 16 ist umso größer, je größer die Laufzeit des reflektierten Ultraschalls ist. Üblicherweise werden unmittelbar an die Sonde 16 grenzende Strukturen oben im Datenarray dargestellt.
Anhand der Ultraschallbilddatensätze kann der Computer 28 Ultraschallbilder 46 und 50 am Bildschirm 30 darstellen. Das Ultraschallbild 46 liegt, anders als die üblicherweise wenig anschaulichen HF-Rohdaten, im sogenannten B-Mode vor (Brightness mode). Stark reflektierende Strukturen und Grenzschichten werden heller dargestellt als weniger stark reflektierende Strukturen und Grenzschichten (4 und 5).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, dessen Ablauf nachfolgend erläutert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum erleichterten Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in den Ultraschallbilddatensätzen, wobei der Verfahrensablauf anhand der aus ihnen erzeugten, anschaulicheren B-Mode-Ultraschallbildern 46 erläutert wird.
Das Verfahren sieht die Registrierung von zwei Ultraschallbilddatensätzen vor. Bei der Registrierung eines ersten Ultraschallbilddatensatzes wird am Bildschirm 30 ein Hinweis an den Operateur ausgegeben, den Oberschenkel 14 mit Ultraschall zu untersuchen. Unter Betätigung eines der Bedienelemente (Tastatur 32, Maus 34, Fußschalter 36) wird ein Ultraschallbilddatensatz gewonnen, der sich aus den HF-Ultraschallbildsignalen der Sonde 16 zusammensetzt. Die Positionierung der Sonde 16 am Oberschenkel 14 ist in 2 dargestellt, und 4 zeigt das entsprechende Ultraschallbild 46, das anhand des gewonnenen Ultraschallbilddatensatzes am Bildschirm 30 angezeigt wird. Darin sind die Bilder der Grenzschichten 22 bis 26, an denen sich die Reflektivität für Ultraschall infolge von strukturellen Änderungen im Weichgewebe 20 bzw. an der Grenzschicht 26 zum Oberschenkelknochen 18 ändert, ebenfalls dargestellt und aus Gründen der Übersichtlichkeit mit demselben Bezugszeichen belegt. Aufgrund der hohen Reflektivität der Grenzschicht 26 zwischen Weichgewebe 20 und Oberschenkelknochen 18 liefert die Grenzschicht 26, und damit die der Sonde 16 zugewandte Seite der knöchernen Struktur des Oberschenkelknochens 18, einen großen Signalbeitrag zum Ultraschallbild 46. Entsprechendes gilt für den nicht gezeigten, dem Ultraschallbild 46 zugrunde liegenden Ultraschallbilddatensatz.
Weiter sieht das Verfahren vor, dass ein zweiter Ultraschallbilddatensatz registriert wird, wobei sich die Beaufschlagung des Oberschenkels 14 mit Druck durch die Sonde 16 ändert. Der Computer 28 gibt auf dem Bildschirm 30 einen entsprechenden Hinweis an den Operateur aus, den Oberschenkel 14 mit der Sonde 16 mit erhöhtem Druck zu beaufschlagen und dadurch zu komprimieren. Eine entsprechende Komprimierung des Oberschenkels 14, bei der die Sonde 16, wie durch einen Pfeil 48 symbolisiert, in Richtung des Oberschenkelknochens 18 bewegt wird, ist in 3 dargestellt. Durch erneute Betätigung eines der Bedienelemente (Tastatur 32, Maus 34 oder Fußschalter 36) kann ein zweiter Ultraschallbilddatensatz auf Basis der HF-Ultraschallbildsignale vom Computer 28 erstellt werden und als Ultraschallbild 50 am Bildschirm 30 dargestellt werden. Auch im Ultraschallbild 50 sind die Grenzschichten 22 bis 26 zwischen verschiedenen Abschnitten des Weichgewebes 20 bzw. zwischen dem Weichgewebe 20 und dem Oberschenkelknochen 18 zu sehen.
Die Bewegung der Sonde 16 im Raum, vorliegend eine translatorische Bewegung 52, kann mittels des Navigationssystems 38 erfasst werden und dem Computer 28 bereitgestellt werden. Die Bewegung 52 ist derart, dass die Position der Sonde 16 relativ zum Oberschenkel 14 unverändert bleibt und die Sonde 16 nur längs des emittierten Ultraschalls bewegt wird.
Es zeigt sich, dass bei einer nur leichten Komprimierung des Weichgewebes 20 keine Verschiebung des Oberschenkelknochens 18 im Raum erfolgt. Der Oberschenkelknochen 18 sowie hinter diesem liegende Bereiche des Oberschenkels 14, insbesondere Weichgewebe hinter dem Oberschenkelknochen 18 (nicht gezeigt) sind ortsfest. Stattdessen wird mit der Sonde 16 nur das Weichgewebe 20 zwischen der Sonde 16 und dem Oberschenkelknochen 18 komprimiert. Dies hat zur Folge, dass im auf dem zweiten Ultraschallbilddatensatz beruhenden Ultraschallbild 50 Signalbeiträge vom Weichgewebe 20 gegenüber dem Ultraschallbild 46 komprimiert (gestaucht) erscheinen. Darüber hinaus ist ein Signalbeitrag von der Grenzschicht 26 zwischen Weichgewebe 20 und Oberschenkelknochen 18 in Richtung der oberhalb des oberen Randes des Ultraschallbildes 50 angeordneten Sonde 16 verschoben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Sonde 16 in Richtung auf den Oberschenkelknochen 18 bei der Kompression des Weichgewebes 20 bewegt. Die Verschiebung 54 der Grenzschicht 26 zwischen den Ultraschallbildern 46 und 50 entspricht der Bewegung 52 der Sonde 16 bei der Kompression des Oberschenkels 14.
Der Computer 28 kann die den Ultraschallbildern 46 und 50 zugrundeliegenden Ultraschallbilddatensätze folgendermaßen auswerten, um Signalbeiträge knöcherner Strukturen insbesondere an der Grenzschicht 26 aufzufinden:
Der Computer 28 vergleicht die Ultraschallbilddatensätze unter der Annahme, dass beide durch Komprimierung des Oberschenkels 14 an derselben Position aufgenommen wurden und ermittelt in beiden Ultraschallbilddatensätzen erste Signalbeiträge, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind. Dabei kann der Computer 28 diejenigen Signalbeiträge ermitteln, die in den Ultraschallbildern 46 und 50 oberhalb der Grenzschicht 26 dargestellt sind. Die zeitliche Verzerrung, insbesondere die Kompression, bei ansonsten konstanter Grundform ergibt sich durch die Kompression des Weichgewebes 20, wodurch die Grenzschichten 22 bis 25 näher aneinander rücken. Während die Darstellung in den Ultraschallbildern 46 und 50 gemäß den 4 und 5 wie im Falle des Körpers gemäß den 2 und 3 räumlich ist, erscheinen die ersten Signalbeiträge in den entsprechenden Ultraschallbilddatensätzen durch zeitliche Verzerrung, da diese aus den hochfrequenten HF-Ultraschallbildsignalen aufgebaut sind.
Des Weiteren ermittelt der Computer 28 in den Ultraschallbilddatensätzen zweite Signalbeiträge, die in Zeitrichtung verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind. Dies erlaubt es dem Computer 28, die Signalbeiträge zu ermitteln, die sich in den Ultraschallbildern 46 und 50 nach unten an die Grenzschicht 26 anschließen. Diese zweiten Signalbeiträge sind zeitlich nicht verzerrt, da keine Komprimierung des ortsfesten Oberschenkelknochens 18 sowie des dahinter liegenden ortsfesten Weichgewebes erfolgt. Die Verschiebung dieser zweiten Signalbeiträge kann der Computer 28 beispielsweise aus der Verschiebung der Grenzschicht 26 in den Ultraschallbilddatensätzen ermitteln.
Auf diese Weise kann der Computer 28 Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammend ermitteln kann. Dies entspricht der Grenzschicht 26 zwischen Weichgewebe 20 und dem Oberschenkelknochen 18.
Zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses kann der Computer 28 eine Mehrzahl von Spalten der Ultraschallbilddatensätze zusammenfassen. Dies ist in den 4 und 5 schematisch anhand der aus den Ultraschallbilddatensätzen erzeugten Ultraschallbilder 46 und 50 dargestellt. Beispielsweise definiert der Computer 28 ein durch gestrichelte Linien symbolisiertes Fenster 58, das eine Mehrzahl von nebeneinander liegenden Spalten in den Ultraschallbilddatensätzen umfasst. Daten aus innerhalb des Fensters 58 liegenden Spalten können integriert werden und dadurch das Auffinden der ersten und der zweiten Signalbeiträge erleichtern. Das entsprechende räumliche Fenster 58, das sich durch einen Ausschnitt des von der Sonde 16 emittierten Ultraschallfeldes ergibt, ist in den 2 und 3 dargestellt.
Beim Ermitteln und Auffinden der Grenzschicht 26 in den Ultraschallbilddatensätzen kann der Computer 28 die Bewegung 52 der Sonde 16 als Such- und/oder Kontrollparameter berücksichtigen. Da bekannt ist, wie weit die Sonde 16 bei der Kompression des Weichgewebes 20 bewegt ist, kann der Computer 28 errechnen, wie weit in Zeitrichtung verzerrungsfreie zweite Signalbeiträge in Richtung der Sonde 16 in den Ultraschallbilddatensätzen verschoben sein sollten (dies entspricht der Verschiebung 54 in den Ultraschallbildern 46 und 50). Der Computer 28 kann die erwartete Verschiebung daher bei der Analyse der Ultraschallbilddatensätze berücksichtigen. Umgekehrt kann, sofern in Zeitrichtung verzerrungsfreie zweite Signalbeiträge gefunden wurden, die dabei ermittelte zeitliche Verschiebung in Beziehung zur mittels des Navigationssystems 38 ermittelten Bewegung 52 gesetzt werden und hinsichtlich ihrer Plausibilität überprüft werden.
Darüber hinaus kann der Computer 28 die Änderung der Reflektivität für Ultraschall für knöcherne Strukturen im Vergleich zu Weichgewebe beim Vergleich der Ultraschallbilddatensätze berücksichtigen. Beispielsweise kann der Computer 28 die Ultraschallbilddatensätze in zeitlich aufeinander folgende Signalabschnitte einteilen. Entsprechende Signalabschnitte sind in aus den Ultraschallbilddatensätzen erzeugten Ultraschallbildern 46 und 50 durch strichpunktierte Linien voneinander abgetrennt und mit Bezugszeichen 60 belegt. Die Signalabschnitte 60 können in den Ultraschallbilddatensätzen von nur einer Spalte oder einer Mehrzahl von zusammengefassten Spalten gebildet werden.
Der Computer 28 kann in den Ultraschallbilddatensätzen aufeinander folgende Signalabschnitte 60 hinsichtlich ihrer spektralen Intensität überprüfen. Beispielsweise können die HF-Ultraschallbildsignale einer Fourier-Transformation unterzogen werden. Wenn die spektrale Intensität aufeinander folgender und insbesondere unmittelbar aufeinander folgender Signalabschnitte 60 einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, kann dies der Computer 28 als Hinweis darauf werten, dass in diesen Signalabschnitten 60 Übergangssignalbeiträge enthalten sind, die möglicherweise auf eine Grenzschicht 26 zwischen Weichgewebe 20 und Oberschenkelknochen 18 zurückgehen. Da die Reflektivität von Ultraschall des Oberschenkelknochens 18 relativ groß ist, ist die spektrale Intensität von Signalabschnitten 60 hinter dem Oberschenkelknochen 18 deutlich geringer als im Signalabschnitt 60, der Beiträge aus der Grenzschicht 26 umfasst.
Die Untersuchungen hinsichtlich der spektralen Intensität können bei beiden Ultraschallbilddatensätzen vorgenommen werden. Sofern der Computer 28 feststellt, dass die infrage kommenden Übergangssignalbeiträge in den HF-Ultraschallbildsignalen zeitlich verschoben sind, sieht er die Übergangssignalbeiträge als auf die Grenzschicht 26 zurückgehend an. Die zeitliche Verschiebung zwischen diesen Übergangssignalbeiträgen kann ebenfalls unter Berücksichtigung der ermittelten Bewegung 52 der Sonde 16 hinsichtlich ihrer Plausibilität überprüft werden, und/oder die die Bewegung 52 kann beim Auffinden der Übergangssignalbeiträge als Suchparameter berücksichtigt werden.
Dem Operateur können die aufgefundenen und auf knöcherne Strukturen zurückgehenden Signalbeiträge in den Ultraschallbildern 46 und 50 am Bildschirm 30 angezeigt werden. Beispielsweise können die Signalbeiträge farbig hervorgehoben werden.
Vorstehende Ausführungen zeigen, dass durch Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung Signalbeiträge knöcherner Strukturen, insbesondere von Grenzschichten knöcherner Strukturen mit Weichgewebe, bei Untersuchungen des Patienten 12 auf zuverlässige und einfache Weise aufgefunden werden können. Die Vorrichtung 10 und das Verfahren bieten sich daher zum intraoperativen Einsatz an, insbesondere im Bereich der Orthopädie oder der Implantologie, um die Belastung des Patienten 12 mit ansonsten eingesetzter ionisierender Strahlung zur Auffindung von knöchernen Strukturen zu reduzieren.
Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass die Ermittlungen und Berechnungen des Computers 28 direkt an den Ultraschallbilddatensätzen vorgenommen werden und die B-Mode-Darstellungen der auf diesen beruhenden Ultraschallbilder 46 und 50 der 4 bzw. 5 nur dem besseren Verständnis der Funktionsweise der Vorrichtung 10 und des Verfahrens dienen.

Claims

Vorrichtung (10) zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen (18) in Ultraschallbilddatensätzen, umfassend eine Ultraschallsonde (16) zum Erzeugen von Ultraschallbildsignalen bei der Untersuchung eines Patienten (12) mit Ultraschall sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung (28), an die die Ultraschallbildsignale übermittelbar und von der aus den Ultraschallbildsignalen ein räumlich-zeitlicher Ultraschallbilddatensatz erstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie einen ersten Ultraschallbilddatensatz mit einem zweiten Ultraschallbilddatensatz vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde (16) am Patientenkörper aufgenommen wurden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (28) im ersten und im zweiten Ultraschallbilddatensatz – erste Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind, – in Zeitrichtung auf die ersten Signalbeiträge folgende zweite Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrungsfrei oder im Wesentlichen verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind, und Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht (26) zwischen Weichgewebe (20) und knöchernen Strukturen (18) stammend definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Information längs einer Zeilenrichtung der Ultraschallbilddatensätze vorliegt und die zeitliche Information längs einer Spaltenrichtung der Ultraschallbilddatensätze und dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den ersten Ultraschallbilddatensatz und den zweiten Ultraschallbilddatensatz spaltenweise miteinander vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass zwei oder mehr Spalten beim Vergleich zusammengefasst werden.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Ultraschallbilddatensätze aus den Ultraschallbildsignalen erstellt und dass sie die Ultraschallbildsignale beim Vergleich des ersten Ultraschallbilddatensatzes mit dem zweiten Ultraschallbilddatensatz untersucht.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Hinweiseinrichtung (30) umfasst, mit der Hinweise an einen Benutzer ausgebbar sind, einen ersten Ultraschallbilddatensatz zu registrieren sowie einen zweiten Ultraschallbilddatensatz und die Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers vor dem Registrieren des zweiten Ultraschallbilddatensatzes zu verändern.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinweis ausgebbar ist, die Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers vor dem Registrieren des zweiten Ultraschallbilddatensatzes zu steigern.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Betätigungseinrichtung umfasst, durch deren Betätigung der erste Ultraschallbilddatensatz und/oder der zweite Ultraschallbilddatensatz registriert werden.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Änderung der Reflektivität für Ultraschall von knöchernen Strukturen (18) im Vergleich zu Weichgewebe (20) beim Vergleich des ersten und zweiten Ultraschallbilddatensatzes miteinander berücksichtigt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, – dass sie den ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung in Signalabschnitte (60) unterteilt, deren aufeinander folgende jeweils hinsichtlich ihrer spektralen Intensität verglichen werden und unter der Voraussetzung, dass die Differenz der spektralen Intensität aufeinander folgender Signalabschnitte (60) einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, – Signalbeiträge in diesen Signalabschnitten (60) als Übergangssignalbeiträge ansieht, die möglicherweise auf eine Grenzschicht (26) zwischen Weichgewebe (20) und knöchernen Strukturen (18) zurückgehen, – dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) entsprechendes für den zweiten Ultraschallbilddatensatz vornimmt, – dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) ermittelt, ob die anhand des ersten Ultraschallbilddatensatzes und des zweiten Ultraschallbilddatensatzes infrage kommenden Übergangssignalbeiträge in Zeitrichtung relativ zueinander verschoben sind, und bejahendenfalls die Übergangssignalbeiträge als auf eine Grenzschicht (26) zwischen Weichgewebe (20) und knöchernen Strukturen (18) zurückgehend ansieht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Verschiebung in Zeitrichtung der anhand des ersten Ultraschallbilddatensatzes und des zweiten Ultraschallbilddatensatzes ermittelten Übergangssignalbeiträge auf Übereinstimmung mit der Verschiebung in Zeitrichtung der zweiten Signalbeiträge zwischen dem ersten Ultraschallbilddatensatz und dem zweiten Ultraschallbilddatensatz überprüft.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein mit der Datenverarbeitungseinrichtung (28) gekoppeltes Navigationssystem (38) umfasst, mit eine Bewegung der Ultraschallsonde (16) im Raum erfassbar ist, und dass die Bewegung der Ultraschallsonde (16) bei Änderung der Druckbeaufschlagung des Patientenkörpers in den Vergleich der Ultraschallbilddatensätze einbezogen wird, indem die Bewegung der Ultraschallsonde (16) als Such- und/oder Vergleichsparameter für die Verschiebung der zweiten Signalbeiträge in Zeitrichtung und/oder die Verschiebung der Übergangssignalbeiträge in Zeitrichtung berücksichtigt wird.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine Anzeigeeinrichtung (30) umfasst, an der die Datenverarbeitungseinrichtung (28) die Ultraschallbilddatensätze als Ultraschallbilder (46, 50) darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (28) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie Signalbeiträge knöcherner Strukturen (18) im Ultraschallbild (46, 50) markiert.
Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen knöcherner Strukturen in Ultraschallbilddatensätzen, bei dem eine Datenverarbeitungseinrichtung verwendet wird, die anhand von ihr von einer Ultraschallsonde übermittelten Ultraschallbildsignalen einen räumlich-zeitlichen Ultraschallbilddatensatz erstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung einen ersten Ultraschallbilddatensatz mit einem zweiten Ultraschallbilddatensatz vergleicht unter der Annahme, dass beide Ultraschallbilddatensätze mit unterschiedlicher Druckbeaufschlagung durch die Ultraschallsonde am Patientenkörper aufgenommen wurden, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung im ersten und im zweiten Ultraschallbilddatensatz – erste Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrt sind, – in Zeitrichtung auf die ersten Signalbeiträge folgende zweite Signalbeiträge ermittelt, die im zweiten Ultraschallbilddatensatz relativ zum ersten Ultraschallbilddatensatz in Zeitrichtung verzerrungsfrei oder im Wesentlichen verzerrungsfrei und in Zeitrichtung verschoben sind, und Signalbeiträge im Übergangsbereich von den ersten Signalbeiträgen zu den zweiten Signalbeiträgen als von einer Grenzschicht zwischen Weichgewebe und knöchernen Strukturen stammend definiert.