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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ultraschallbildgebungstechnik, und genauer gesagt auf ein Verfahren, Gerät und System zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der medizinischen Ultraschallbildgebung bei verschiedenen Abtasttiefen.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Bei Verfahren für die Ultraschallführung von medizinischen Instrumenten ist die Nadelvisualisierung im Ultraschallbild von höchster Wichtigkeit, damit der Kliniker eine ultraschallbildgeführte invasive Prozedur erfolgreich durchführen kann.
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Bei Nadelvisualisierungstechniken in einem medizinischen Ultraschallsystem, wie beispielsweise B-Steer, SteerXBeam und Expanded SteerXBeam, wird üblicherweise ein spezielles zusätzliches Frame mit einem festen großen Lenkwinkel verwendet, welches als “Nadelframe” bezeichnet wird und welches durch die Anwendung einer festen Ultraschall-Arbeitsfrequenz erfasst wird, so dass die Nadel visualisiert und hervorgehoben wird. Wenn die Nadelführungs-Richtung vertikal zum Lenkwinkel für den Nadelframe verläuft, wird die Nadelvisualisierung verbessert. Andernfalls verschwindet oder verblasst die Nadel im Ultraschallbild.
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Beispielsweise wird in dem US-Patentantrag Nr.
US 6524247 mit dem Titel “Method and system for ultrasound imaging of a biopsy needle”, welcher am 15. Mai 2001 von Danhua Zhao et al. angemeldet wurde, ein Verfahren zur Verbesserung der Echtzeit-Visualisierung einer Punktionsnadel vorgestellt, wobei bei dem Verfahren ein fester Abtastwinkel (oder ein Nadelframe-Lenkwinkel) verwendet wird, um einen Nadelframe zu erfassen. Der
chinesische Patentantrag Nr. 201010624654.3 mit dem Titel “Method and apparatus for enhancing needle visualization in ultrasound imaging”, welcher am 27. Dezember 2010 von Jianjun Guo et al. angemeldet wurde, stellt einen Nadelframe mit einem großen Lenkwinkel (z.B. 45º) vor und beschreibt die Erfassung einer Vielzahl von Frames durch die Abtastung mehrerer Winkel, z.B. 25º und 45º, die kombiniert werden, so dass sie einen Nadelframe ergeben, wodurch ein optimaler Effekt erzielt wird.
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Da sich Patienten in Bezug auf ihre Statur allerdings stark voneinander unterscheiden, haben dieselben Teile oder Gewebe (z.B. das Herz) bei verschiedenen Patienten unterschiedliche Abtasttiefen, und auch beim selben Patienten weisen verschiedene Teile oder Gewebe verschiedene Abtasttiefen auf. Nach dem oben dargelegten Stand der Technik wird für die Ultraschallabtastung bei verschiedenen Abtasttiefen stets ein fester Nadelframe-Lenkwinkel verwendet, unabhängig von den Tiefenunterschieden zwischen verschiedenen abgetasteten Teilen oder Geweben bei einem Patienten.
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Folglich wird, wenn der feste Nadelframe-Lenkwinkel zur Abtastung bei einem kräftig gebauten (z.B. fettleibigen) Patienten verwendet wird, die Nadel im Wesentlichen vertikal zur Haut in den Körper des Patienten eingeführt, so dass die Nadel im Wesentlichen parallel zum Ultraschallstrahl bleibt, wodurch die Nadel im Ultraschallbild verschwindet oder verblasst. Daher können die Anforderungen an die Ultraschallführung bei verschiedenen Tiefen nicht erfüllt werden, wenn der Nadelframe entsprechend dem Stand der Technik mit einem festen Nadelframe-Lenkwinkel und einer festen Ultraschall-Arbeitsfrequenz erfasst wird.
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Daher ist es notwendig, ein Verfahren, Gerät und System bereitzustellen, bei welchem die zuvor genannten Probleme und Defekte vermieden werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, Gerät und System, welches zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Abtastung bei verschiedenen Tiefen eingesetzt werden kann, was durch die Anwendung eines tiefenabhängigen Nadelframe-Lenkwinkels sowie einer tiefenabhängigen Ultraschall-Arbeitsfrequenz und Kantenschärfungsfilterung auf einen Nadelframe erfolgt.
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Bei der vorliegenden Erfindung kommen die folgenden technischen Lösungen zum Einsatz.
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erbringt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung, wobei das Verfahren umfasst: einen Einstellschritt zur Einstellung einer Abtasttiefe, die der Tiefe des Teils oder Zielgewebes im Körper eines Patienten entspricht; und einen Bestimmungsschritt zur automatischen Bestimmung eines Nadelframe-Lenkwinkels und einer Ultraschall-Arbeitsfrequenz zur Nadelframeerfassung auf der Grundlage der Abtasttiefe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung ferner einen Verbesserungsschritt zur Durchführung von Kantenschärfungsfilterung bei einem erfassten Nadelframe.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Filterkernel zur Durchführung des Verbesserungsschritts auf den bestimmten Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung abgestimmt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein von Null verschiedener Koeffizient entlang einer Nadelrichtung in dem Filterkernel definiert, der mit dem Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung übereinstimmt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Zuge der Durchführung des Bestimmungsschrittes auf der Grundlage der Abtasttiefe ein vordefinierter Nadelframe-Lenkwinkel und eine vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz in einer vorgespeicherten Tabelle als Nadelframe-Lenkwinkel und Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung gesucht.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die vorgespeicherte Tabelle eine Vielzahl von vordefinierten Tiefenwerten, sowie eine Vielzahl von vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkeln und eine Vielzahl von vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenzen, welche jeweils jedem der Vielzahl der vordefinierten Tiefenwerten entsprechen.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden im Zuge der Ausführung des Bestimmungsschrittes der vordefinierte Nadelframe-Lenkwinkel und die vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, welche einer der Vielzahl der vordefinierten Tiefenwerte entsprechen, welcher gleich der Abtasttiefe ist oder nahe an dieser liegt, als Nadelframe-Lenkwinkel und Ultraschall-Arbeitsfrequenz zur Nadelframeerfassung bestimmt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung umso kleiner und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung umso höher, je geringer die Abtasttiefe ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung umso größer und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung umso niedriger, je größer die Abtasttiefe ist.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert die vorliegende Erfindung ein Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung, wobei das Gerät umfasst: ein Einstellmodul zur Einstellung einer Abtasttiefe, die einer Tiefe des Zielteils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten entspricht; und ein Bestimmungsmodul zur automatischen Bestimmung eines Nadelframe-Lenkwinkels und einer Ultraschall-Arbeitsfrequenz zur Nadelframeerfassung auf der Grundlage der Abtasttiefe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung ferner ein Verbesserungsmodul zur Durchführung von Kantenschärfungsfilterung an einem erfassten Nadelframe.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Filterkernel, welcher von dem Verbesserungsmodul verwendet wird, auf den bestimmten Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung abgestimmt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein von Null verschiedener Koeffizient entlang einer Nadelrichtung in dem Filterkernel definiert, der auf den Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung abgestimmt ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Bestimmungsmodul so konfiguriert, dass es in einer vorgespeicherten Tabelle nach einem vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und einer vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenz, welche der Abtasttiefe entsprechen, als dem Nadelframe-Lenkwinkel und der Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung sucht.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die vorgespeicherte Tabelle eine Vielzahl von vordefinierten Tiefenwerten, und eine Vielzahl von vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkeln und eine Vielzahl von vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenzen, die jeweils jedem der Vielzahl der vordefinierten Tiefenwerte entsprechen.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Bestimmungsmodul ferner so konfiguriert, dass es den vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und die vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, die einem der Vielzahl von vordefinierten Tiefenwerten entsprechen, welcher gleich der Abtasttiefe ist oder nahe an dieser liegt, als den Nadelframe-Lenkwinkel und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung bestimmt.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung umso kleiner und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung umso höher, je geringer die Abtasttiefe ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung umso größer und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung umso niedriger, je größer die Abtasttiefe ist.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung ferner einen Speicher zur Speicherung der Tabelle oder kommuniziert mit einem solchen.
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Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert die vorliegende Erfindung ein Ultraschallbildgebungssystem, welches ein Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.
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In dem Verfahren, Gerät und System gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind der Nadelframe-Lenkwinkel und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung und der Filterkernel zur Verbesserung der Kantenfilterung des erfassten Nadelframes beide abhängig von der Abtasttiefe, welche der Tiefe des Teils oder des Zielgewebes in dem Körper eines Patienten entspricht. Wenn sich die Abtasttiefe entsprechend der Tiefe des Teils oder des Zielgewebes im Körper des Patienten verändert, werden der bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel und die bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung automatisch angepasst, und die Kantenschärfungsfilterung, die von der Abtasttiefe abhängig ist, wird bei dem erfassten Nadelframe durchgeführt, wodurch verbesserte Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung für die Abtastung bei verschiedenen Tiefen ohne Mitwirken des Benutzers erreicht wird, so dass eine Verbesserung des Arbeitsflusses bei der Nadelführung in der Ultraschallbildgebung ermöglicht und Latenzzeit eingespart wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden spezifisch unter Bezugnahme auf die Figuren und im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben. In den Figuren werden dieselben oder ähnliche Elemente mit denselben Referenzziffern bezeichnet. Für die Figuren gilt:
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1 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein schematisches Diagramm, in welchem ein Fall illustriert wird, in dem das Verfahren aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine geringe Tiefe angewendet wird;
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3 ist ein schematisches Diagramm, in welchem ein Fall illustriert wird, in dem das Verfahren aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine größere Tiefe angewendet wird;
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4 illustriert eine Kernelkonfiguration eines Kantenschärfungsfilters, wenn der Nadelframe-Lenkwinkel 30º beträgt;
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5 illustriert eine Kernelkonfiguration eines Kantenschärfungsfilters, wenn der Nadelframe-Lenkwinkel 45º beträgt;
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6 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
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7 ist ein schematisches Diagramm, welches ein anderes Gerät zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
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8A illustriert einen Nadelframe, der gemäß dem Stand der Technik in Anwendungen mit geringen Tiefen erfasst wurde;
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8B illustriert einen Nadelframe, der gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung in Anwendungen mit geringen Tiefen erfasst wurde;
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9A illustriert einen Nadelframe, der gemäß dem Stand der Technik in Anwendungen mit größeren Tiefen erfasst wurde; und
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9B illustriert einen Nadelframe, der gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung in Anwendungen mit größeren Tiefen erfasst wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei vielen medizinischen Anwendungen wird Ultraschallführung von medizinischen Instrumenten, wie beispielsweise einer Nadel, benötigt, um verschiedene invasive medizinische Instrumente zu einem Teil oder Zielgewebe innerhalb des Körpers eines Patienten zu leiten. Um die Nadel sicher und verlässlich zu dem Teil oder Zielgewebe zu leiten, muss die Visualisierung der Nadel in dem Ultraschallbild verbessert werden.
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Bei einer Nadel handelt es sich um ein stark reflektierendes Objekt. Wenn der Abtastwinkel vertikal oder im Wesentlichen vertikal zum Nadelwinkel verläuft, ist die Nadelvisualisierung in dem Ultraschallbild bemerkenswert. Bei konventionellen medizinischen Bildgebungstechniken wird ein Nadelframe verwendet, um die Visualisierung der Nadel in dem Ultraschallbild zu verbessern. Normalerweise wird ein fester großer Lenkwinkel und eine feste Ultraschall-Arbeitsfrequenz verwendet, um einen Nadelframe zu erfassen. In Falle einer Umsetzung von medizinischer Ultraschall-Instrumentenführung bei verschiedenen Patienten bleiben Parameter wie Nadelframe-Lenkwinkel, Ultraschall-Arbeitsfrequenz und Filtereinstellungen unverändert, wenn die Tiefe des Teils oder Zielgewebes im Körper des Patienten sich verändert, wodurch die verbesserte Visualisierung der Nadel in dem Ultraschallbild beeinflusst wird.
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Daher sind gemäß der Technik, welche in der vorliegenden Erfindung vorgestellt wird, Parameter wie Nadelframe-Lenkwinkel, Ultraschall-Arbeitsfrequenz und/oder Filtereinstellungen so konfiguriert, dass sie abhängig von der Abtasttiefe sind, welche der Tiefe des Teils oder Zielgewebes im Körper des Patienten entsprechen. Mit anderen Worten variieren gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Nadelframe-Lenkwinkel und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung entsprechend der Abtasttiefe, die sich je nach der Tiefe des Teils oder Zielgewebes im Körper des Patienten verändert.
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1 illustriert ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in der Figur gezeigt, wird in Schritt 102 die Abtasttiefe entsprechend der Tiefe des Teils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten eingestellt. Wenn beispielsweise ein Kliniker die Tiefe des Teils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten auf ungefähr 10 cm einschätzt, kann er oder sie über eine Schnittstelle eine Abtasttiefe von ungefähr 15 cm einstellen, so dass das Teil oder Zielgewebe sich in einer ungefähr zentralen Position des erfassten Geweberahmens und Nadelframes befindet. Auf diesem Gebiet fachkundigen Personen wird bewusst sein, dass die oben genannten Daten lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken.
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In Schritt
104 werden ausgehend von der in Schritt
102 eingestellten Abtasttiefe, die der Tiefe des Teils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten entspricht, automatisch den Nadelframe-Lenkwinkel und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung bestimmt. Beispielsweise kann in der vorgespeicherten Tabelle nach einem vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und einer vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenz, welche der eingestellten Abtasttiefe entsprechen, als dem bevorzugten Nadelframe-Lenkwinkel und der bevorzugten Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung gesucht werden. Die vorgespeicherte Tabelle kann eine Vielzahl von Abtast-Tiefenwerten umfassen, wobei jeder einem bevorzugten vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und einer bevorzugten vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenz entspricht. Tabelle 1 zeigt eine exemplarische Auflistung in Tabellenform.
| Abtasttiefe (cm) | Nadelframe-Lenkwinkel (º) | Ultraschall-Arbeitsfrequenz (MHz) |
| ... | ... | ... |
| 1.0 | 15.0 | 15.0 |
| 2.0 | 20.0 | 13.0 |
| 3.0 | ... | ... |
| 4.0 | 30.0 | 10.0 |
| 5.0 | ... | ... |
| 6.0 | 40.0 | 8.0 |
| ... | ... | ... |
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Tabelle 1 liefert auf anschauliche Weise eine Vielzahl von Kombinationen von Abtast-Tiefenwerten, vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkeln und vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenzen. Auf diesem Gebiet fachkundigen Personen wird bewusst sein, dass die verschiedenen Kombinationen der drei Parameter, wie sie in der Tabelle aufgelistet werden, lediglich Demonstrationszwecken dienen und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken. Beispielsweise wird eine auf diesem Gebiet fachkundige Personen sich darüber im Klaren sein, dass obwohl die Abtast-Tiefenwerte in der Tabelle mit einer Schrittlänge von 1,0 cm zunehmen, die Tiefenwerte tatsächlich mit einer beliebigen geeigneten Schrittlänge (z.B. 0,5 cm, 0,1 cm) zunehmen können. Der vordefinierte Nadelframe-Lenkwinkel und die vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, die einem gegebenen Tiefenwert entsprechen, hängen von den Attributen der relevanten Komponenten (z.B. einer Sonde) in dem Ultraschallbildgebungssystem ab. Der bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel und die bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, die jedem der Tiefenwerte in Tabelle 1 entsprechen, können durch Versuche und/oder Simulationen bestimmt werden.
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Normalerweise ist der entsprechende bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel umso kleiner und die entsprechende bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz umso höher, je kleiner der Abtast-Tiefenwert ist; umgekehrt ist der entsprechende bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel umso größer und die entsprechende bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz umso tiefer, je größer der Abtast-Tiefenwert ist.
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Sofern der Tiefenwert, welcher der in Schritt 102 eingestellten Abtasttiefe entspricht, welche gleich der Tiefe des Teils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten ist, nicht in der Tabelle zu finden ist, ist in Schritt 104 der vordefinierte Nadelframe-Lenkwinkel und die vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, welche dem Tiefenwert entsprechen, der nahe an der in der Tabelle festgesetzten Abtasttiefe ist, als der Nadelframe-Lenkwinkel und die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung zu bestimmen.
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In einem optionalen Verbesserungsschritt
106 wird an dem erfassten Nadelframe eine Kantenschärfungsfilterung durchgeführt. In dem
chinesischen Patentantrag Nr. 201010624654.3 mit dem Titel “Method and apparatus for enhancing needle visualization in ultrasound imaging”, welcher am 27. Dezember 2010 von Jianjun Guo et al. angemeldet wurde, wird ein Verfahren zur Anwendung einer Kantenschärfungsfilterungs-Technik mittels eines Kantenschärfungsfilters bei dem erfassten Nadelframe vorgeschlagen. Die Inhalte dieses Patentantrags sind hier in ihrer Gesamtheit als Referenz eingeschlossen.
4 illustriert eine Kernelkonfiguration eines Kantenschärfungsfilters, wenn der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung 30º beträgt.
5 illustriert eine Kernelkonfiguration eines Kantenschärfungsfilters, wenn der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung 45º beträgt. Wie in den Figuren gezeigt, ist der Kantenschärfungs-Filterkernel auf den Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung abgestimmt. Das bedeutet, dass ein von Null verschiedener Koeffizient entlang der Nadelrichtung in dem Kantenschärfungs-Filterkernel definiert wird, wobei der von Null verschiedene Koeffizient beispielsweise 1 betragen kann, jedoch nicht auf 1 beschränkt ist.
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Wie oben erwähnt, ist bei der Durchführung der Kantenschärfungsfilterung an dem erfassten Nadelframe der Kantenschärfungs-Filterkernel gemäß dem Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung konfiguriert, welcher in Schritt 104 bestimmt worden ist, und der resultierende Kantenschärfungs-Filterkernel wird dann mit dem erfassten Nadelframe korreliert (gefaltet), wodurch das Nadelsignal in dem Nadelframe verbessert und andere Gewebesignale und Bildfehler in dem Nadelframe unterdrückt werden. Da außerdem der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung von der Abtasttiefe abhängig ist, welche der Tiefe des Teils oder Zielgewebes im Körper des Patienten entspricht, steht der Kantenschärfungs-Filterkernel, der gemäß dem Nadelframe-Lenkwinkel konfiguriert ist, ebenfalls mit der Abtasttiefe im Zusammenhang, und kann dadurch ein geminderten Erkennungsgrad für flacher positionierte Nadeln liefern, die in 4 gezeigt werden, sowie ein höheren Erkennungsgrad für tieferliegende Nadeln liefern, die in 5 gezeigt werden.
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Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten in Kombination mit 2–3 weiter erklärt.
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2 illustriert einen Fall der Anwendung für eine geringe Tiefe (z.B. bei kleinen oder schlanken Patienten, oder einem In-vivo-Teil oder -Zielgewebe, das nahe an der Haut des Patienten liegt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform liegt das Teil oder Zielgewebe ungefähr 1,0 cm tief im Körper eines Patienten. Entsprechend kann die Abtasttiefe auf ungefähr 2,0 cm eingestellt werden. Für Anwendungen mit geringer Tiefe sind das Teil oder Zielgewebe und die Nadel normalerweise in einem flacher liegenden Bereich eines Ultraschallbildes lokalisiert. In diesem Fall wird der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung als ein kleiner Winkel konfiguriert, wodurch die Nadelvisualisierung in dem Ultraschallbild verbessert und die Gesamtultraschallbildqualität erhöht werden kann. In dieser Ausführungsform wird der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung auf 20,0º eingestellt. Unterdessen wird eine höhere Ultraschall-Arbeitsfrequenz verwendet, um die Ultraschallbild-Auflösung und Nadeldarstellung in solchen Anwendungen mit geringer Tiefe zu erhöhen. In dieser Ausführungsform wird die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung auf höhere 13,0 MHz eingestellt.
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3 illustriert einen Fall der Anwendung für eine größere Tiefe (z.B. bei kräftig gebauten oder fettleibigen Patienten, oder bei einem In-vivo-Teil oder -Zielgewebe, das weiter von der Haut des Patienten entfernt liegt) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform liegt das Teil oder Zielgewebe ungefähr 2,0 cm tief im Körper eines Patienten. Entsprechend kann die Abtasttiefe auf ungefähr 4,0 cm eingestellt werden. Bei Anwendungen mit größerer Tiefe ist das Teil oder Zielgewebe und die Nadel, die sich in einem tieferen Bereich des Ultraschallbildes befinden, von Interesse für einen Kliniker. In diesem Fall ist die Nadelführung sehr steil und hat einen großen Winkel. Daher sollte der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung als großer Winkel konfiguriert werden, um die von der Nadel kommende Ultraschallsignalrefektion zu verbessern. In dieser Ausführungsform wird der Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung auf 30,0º eingestellt.
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Beschränkt durch den Öffnungswinkel von Sondenelementen im Ultraschallbildgebungssystem, wird ein großer Nadelframe-Lenkwinkel beträchtliches Rauschen und Bildfehler für den erfassten Nadelframe mit sich bringen. Daher wird in Anwendungen mit größerer Tiefe eine niedrige Ultraschall-Arbeitsfrequenz angewendet, um den Hauptzipfel der Bündelungsfunktion eines Ultraschallfelds zu erweitern, wodurch Rauschen und Bildfehler in dem Nadelframe reduziert werden. In dieser Ausführungsform wird die Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung auf niedriger als 10,0 MHz eingestellt. Außerdem wird im Falle einer größeren Tiefe durch eine niedrigere Ultraschall-Arbeitsfrequenz auch die Ultraschall-Penetration zum Teil oder Zielgewebe und der Nadel hin, welche sich in einer tieferen Position in dem Körper eines Patienten befinden, bei In-vivo-Geweben erhöht und dadurch die Nadelvisualisierung in dem Ultraschallbild weiter verbessert.
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6 illustriert ein Modularisierungs-Blockdiagramm eines Geräts 600 zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Gerät 600 umfasst ein Einstellmodul 602 zur Einstellung einer Abtasttiefe, die der Tiefe des Teils oder Zielgewebes in dem Körper eines Patienten entspricht; und ein Bestimmungsmodul 604 zur automatischen Bestimmung des bevorzugten Nadelframe-Lenkwinkels und der bevorzugten Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung auf der Grundlage der eingestellten Abtasttiefe. Je geringer die eingestellte Abtasttiefe, desto kleiner der bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung und desto höher die bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung. Je größer die eingestellte Abtasttiefe, desto größer der bevorzugte Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung und desto niedriger die bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung.
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Das Bestimmungsmodul 604 ist so konfiguriert, dass es in einer Tabelle, die von einem Speicher 608 gespeichert wird, nach einem vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und einer vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenz, welche der eingestellten Abtasttiefe entsprechen, als dem Nadelframe-Lenkwinkel und der Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung sucht. Insbesondere ist das Bestimmungsmodul 604 so konfiguriert, dass es den vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkel und die vordefinierte Ultraschall-Arbeitsfrequenz, die dem Tiefenwert entsprechen, welcher gleich der Abtasttiefe ist oder nahe an dieser liegt, als den bevorzugten Nadelframe-Lenkwinkel und die bevorzugte Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung benutzt.
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Das Gerät 600 umfasst optional ein Verbesserungsmodul 606 zur Durchführung von Kantenschärfungsfilterung an dem erfassten Nadelframe, wobei ein von Null verschiedener Koeffizient, der z.B. 1 betragen kann, aber nicht auf 1 beschränkt ist, entlang der Nadelrichtung in einem Filterkernel definiert wird, der auf den bevorzugten Nadelframe-Lenkwinkel für die Nadelframeerfassung abgestimmt ist.
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Das Gerät 600 kann ferner einen Speicher 608 zur Speicherung einer Tabelle, welche für die Bestimmung des bevorzugten Nadelframe-Lenkwinkels und der bevorzugten Ultraschall-Arbeitsfrequenz für die Nadelframeerfassung auf der Grundlage der eingestellten Abtasttiefe notwendig ist, umfassen oder mit einem solchen kommunizieren. Die Tabelle umfasst eine Vielzahl von vordefinierten Tiefenwerten sowie eine Vielzahl von vordefinierten Nadelframe-Lenkwinkeln und eine Vielzahl von vordefinierten Ultraschall-Arbeitsfrequenzen, die jeweils jedem der Vielzahl der vordefinierten Tiefenwerten entsprechen.
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Ein oder mehrere Module in dem Gerät 600, wie es in 6 gezeigt wird, können mittels Software, Hardware, Firmware oder einer/mehreren Kombination(en) von diesen implementiert werden.
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7 ist ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Gerät 700 zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Wie in der Figur gezeigt, umfasst das Gerät 700 eine Verarbeitungseinheit 702, wie beispielsweise MCU, DSP oder CPU. Die Verarbeitungseinheit 702 kann eine oder mehrere Einheiten zur Durchführung von verschiedenen Schritten des Verfahrens aus 1 umfassen. Das Gerät 700 kann ferner einen Speicher 704 zur Speicherung der oben erwähnten Tabelle umfassen oder mit einem solchen kommunizieren. Das Gerät 700 umfasst optional eine Schnittstelle 706 zur Eingabe einer eingestellten Abtasttiefe und erfassten Nadelbilddaten; sowie eine Ausgabeeinheit 708 zur Ausgabe von verarbeiteten Nadelbilddaten.
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Das Gerät 600 oder 700 zur Verbesserung der Nadelvisualisierung in der Ultraschallbildgebung gemäß den oben genannten Ausführungsformen kann mittels Software, Hardware, Firmware der einer/mehreren Kombination(en) von diesen in verschiedenen Ultraschallbildgebungssystemen implementiert werden, was von auf diesem Gebiet fachkundigen Personen leicht erreicht werden kann und daher mit Hinblick auf die Prägnanz nicht näher ausgeführt wird.
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8A illustriert ein Nadelverbesserungsbild, welches gemäß dem Stand der Technik bei Anwendungen in geringen Tiefen erfasst worden ist; und 8B illustriert ein Nadelverbesserungsbild, das gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung bei Anwendungen in geringen Tiefen erfasst worden ist. Bei Anwendungen in geringen Tiefen wird die Abtasttiefe auf 2 cm eingestellt. Wie in den Figuren gezeigt, ist die Nadelvisualisierung, die gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung erreicht wird, im Vergleich zum Nadelverbesserungsbild, das gemäß dem Stand der Technik gewonnen wurde, erheblich verbessert.
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9A illustriert ein Nadelverbesserungsbild, welches gemäß dem Stand der Technik bei Anwendungen in größeren Tiefen erfasst wurde; und 9B illustriert ein Nadelverbesserungsbild, das gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung bei Anwendungen in größeren Tiefen erfasst wurde. Bei Anwendungen in größeren Tiefen wird die Abtasttiefe auf 6 cm eingestellt. Wie in den Figuren gezeigt, ist die Nadelvisualisierung, die gemäß der Technik der vorliegenden Erfindung erreicht wird, im Vergleich zum Nadelverbesserungsbild, welches gemäß dem Stand der Technik erreicht wurde, erheblich verbessert.
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Oben wurde eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben, indem auf spezifische bevorzugte Ausführungsformen verwiesen wurde. Allerdings sollten spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie auf die Beschreibung beschränkt sind. Auf diesem Gebiet fachkundige Personen werden sich darüber im Klaren sein, dass verschiedene Modifikationen, äquivalente Ersetzungen und Veränderungen an der vorliegenden Darstellung vorgenommen werden können. Beispielsweise kann die Funktion erreicht werden, indem ein Schritt oder Modul in den obengenannten Ausführungsformen in zwei oder mehrere Schritte oder Module aufgeteilt wird; oder die Funktionen von zwei oder mehr Schritten oder Modulen in den obengenannten Ausführungsformen können umgekehrt innerhalb eines einzigen Schrittes oder Moduls erzielt werden. Vorausgesetzt, dass die Veränderungen nicht von der Wesensart der vorliegenden Darlegung abweichen, sollten sie dahingehend aufgefasst werden, dass sie sich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung befinden. Außerdem sind einige Begriffe der Beschreibung und der Ansprüche der vorliegenden Anwendung nicht einschränkender, sondern beschreibender Natur. Zusätzlich beziehen sich die Formulierungen “eine Ausführungsform”, “eine andere Ausführungsform” etc., welche oben oft verwendet werden, auf verschiedene Ausführungsformen und können definitiv ganz oder teilweise in einer Ausführungsform enthalten sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6524247 [0004]
- CN 201010624654 [0004, 0051]
