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Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen die Scherwellen-Geschwindigkeitsmessung. Zur Erkennung von Scherwellen in Gewebe kann Ultraschall eingesetzt werden. Scherung ist eine viskoelastische Eigenschaft von Gewebe. Die Scherwellengeschwindigkeit oder die Schercharakteristika, die aus der Scherwellengeschwindigkeit hergeleitet werden, können die Diagnose unterstützen und beispielsweise Hinweise zum Gesundheitszustand von Gewebe geben.
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In der Scherwellen-Geschwindigkeitsmessung werden Schallimpulse eingesetzt, um eine interessierende Region in Weichgewebe zu erregen. Diese Erregung erzeugt Scherwellen, die an seitlich versetzten Positionen verfolgt werden. In einem Ultraschallsystem ohne Parallelempfangsvorrichtung werden diese Scherwellen verfolgt, indem eine Mehrzahl von Erregungsimpulsen ausgestrahlt wird, um sequenziell eine Mehrzahl von Scherwellen zu erzeugen und die an verschiedenen seitlich versetzten Positionen aufgezeichneten Reaktionen übereinander zu legen.
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Es können Scherwellenbilder erzeugt werden. Ein Merkmal der Scherwelle im Gewebe wird für verschiedene räumliche Positionen bestimmt. Es wird ein Bild dieses Merkmals in Abhängigkeit vom Raum erzeugt. Für die Schätzung von Scherwelleninformationen in einer großen Region wird eine große Anzahl von Sende- und Empfangsvorgängen verwendet, woraus sich eine langsame Bildwechselfrequenz ergibt. Eine Mehrzahl von Scherwellen kann sequenziell erzeugt werden, um die Scherwellengeschwindigkeit an einer oder mehreren Position(en) zu bestimmen. Die Anzahl der Sende- und Empfangsvorgänge kann verringert werden, indem als Reaktion auf jede Sendung mehrere Empfangsstrahlen gebildet werden. Allerdings ist teure oder komplexe Hardware erforderlich, um mehrere Empfangsstrahlen als Reaktion auf eine Sendung zu bilden.
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Aus der
US 2008/0200805 A1 ist eine Ableitungsmethode zum Ableiten einer Beziehung zwischen den Phasenableitungen der kriechenden Welle und der lokalen Scherwellengeschwindigkeit bekannt.
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Aus der
DE 102010018857 A1 ist ein Positions-Feedback für hochintensiven fokussierten Ultraschall bekannt.
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Aus der
DE 102009033286 A1 ist eine Scherwellenbildgebung im medizinischen diagnostischen Ultraschall bekannt. Die Bildgebung kann die Identifizierung eines Orts lenken, wobei sie die Zeit zum Bestimmen nützlicher Scherungsinformationen verringert.
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Aus der
US 2008/0249408 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines mechanischen Parameters einer Probe bekannt. Dabei werden Scherwellen, die in der Probe durch eine eingesetzte Scherwellenquelle erzeugt wurden, erfasst.
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Aus der
US 2010/0016718 A1 ist ein Verfahren zur Scherwellenabbildung in der medizinischen Ultraschalldiagnostik bekannt. Es wird dabei vorgeschlagen, den geschätzten Scherwert durch Kreuzvalidierung zu validieren, um das Konfidenzniveau des Scherwerts anzugeben. Die Schergeschwindigkeit kann relativ zu einer Skala von Schergeschwindigkeiten angezeigt werden, die einem Gewebetyp zugeordnet ist.
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Einleitend wird festgehalten, dass die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen beinhalten. Die Erzeugung einer Scherwelle mittels akustischer Energie bildet eine Pseudo-Scherwelle oder Scheinwelle, die sich in Richtung des Transducers fortpflanzt. Sendung und Empfang entlang einer einzigen Linie können verwendet werden, um die sich zum Transducer fortpflanzende Pseudo-Scherwelle zu erkennen. Die Scherwellengeschwindigkeit oder Schercharakteristik kann anhand der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit ohne Empfang entlang einer Mehrzahl von seitlich beabstandeten Abtastlinien bestimmt werden. Es kann eine einmalige Sendung zum Erzeugen der Scherwelle verwendet werden, alternativ können aber auch mehrere Sendungen zum Erzeugen von Scherwellen verwendet werden. Mit oder ohne Mehrstrahl-Empfang erlaubt die Berechnung der Scherwellengeschwindigkeit entlang einer Abtastlinie eine schnelle Bestimmung, sodass die Geschwindigkeit innerhalb eines Herzzyklus vielfach bestimmt werden kann.
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Gemäß Patentanspruch 1 wird ein Verfahren für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen bereitgestellt. Ein Transducer sendet akustische Energie in eine Fokusregion. Aufgrund der Sendung wird eine Scherwelle erzeugt. An einer Mehrzahl von Positionen entlang einer Linie, die sich vom Transducer weg erstreckt, wird eine Pseudo-Scherwelle erkannt. Die Pseudo-Scherwelle wird mit der Scherwelle gebildet. Ein Prozessor berechnet aus der Pseudo-Scherwelle, die infolge eines einmaligen Sendeereignisses und ohne Wiederholung der Sendung erkannt wurde, eine Scherwellengeschwindigkeit. In Abhängigkeit von der Scherwellengeschwindigkeit wird ein Bild angezeigt.
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Gemäß Patentanspruch 10 sind auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Speichermedium Daten enthalten, die von einem programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen beinhalten. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Verfolgen einer Welle entlang einer Linie, die im Wesentlichen parallel zu einer Abtastlinie verläuft, Bestimmen einer Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Welle entlang der Linie, Skalieren der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit mit einer Konstante und einem Sende-F-Wert, wobei ein Ergebnis der Skalierung eine Scherwellengeschwindigkeit umfasst, und Anzeigen eines Bildes in Abhängigkeit von der Scherwellengeschwindigkeit.
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Gemäß Patentanspruch 15 wird ein System für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen bereitgestellt. Ein Strahlformer ist für den Empfang entlang einer einzelnen Abtastlinie als Reaktion auf ein einzelnes Sendeereignis konfiguriert. Ein Prozessor ist dafür konfiguriert, anhand von Daten, die eine Reaktion darstellen, eine Scherwellengeschwindigkeit entlang der Abtastlinie zu schätzen. Ein Anzeigegerät dient dazu, ein Bild in Abhängigkeit von der Scherwellengeschwindigkeit auszugeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 bis 9 und 11 bis 14 zu entnehmen.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert. Keine der Informationen in diesem Abschnitt ist als Einschränkung dieser Patentansprüche aufzufassen. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert und können zu einem späteren Zeitpunkt einzeln oder in Kombination miteinander beansprucht werden.
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Komponenten und Figuren sind nicht in jedem Fall maßstabsgetreu, vielmehr wurde das Hauptaugenmerk darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Ferner bezeichnen gleiche Bezugsnummern in den Figuren einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.
- 1 ist ein Ablaufdiagramm zu einer Ausführungsform eines Verfahrens für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen;
- 2 ist eine beispielhafte Darstellung einer Pseudo-Scherwelle im Zusammenhang mit einer Scherwelle;
- 3 ist eine beispielhafte grafische Darstellung eines Zeitprofils aus Informationen zu Gewebebewegungen, etwa Verschiebungen, in Abhängigkeit von der Zeit an einer Position als Reaktion auf eine Pseudo-Scherwelle;
- 4 ist ein beispielhafter Graph, der die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem F-Wert (F#) zeigt;
- 5 ist ein beispielhafter Graph, der die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit normalisiert mit F# zeigt; und
- 6 ist ein Blockdiagramm zu einer Ausführungsform eines Ultraschallsystems zur Scherwellenbildgebung.
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Die Scherwellengeschwindigkeit wird geschätzt. Informationen zur Scherwellengeschwindigkeit schnell zu gewinnen kann den klinischen Arbeitsablauf optimieren und erlaubt die Analyse kardialer Strukturen. Anhand einer einmaligen Erregung mittels Schallimpuls (ARFI) kann eine Wellengeschwindigkeit gemessen werden. Während der Sendung eines einzelnen ARFI-Erregungsimpulses werden Scherwellen in drei Dimensionen ausgelöst. Die Ausbreitung der Scherwelle weg von der Region der Erregung erzeugt eine Pseudo-Scherwelle, die sich zum Transducer hin fortpflanzt. Diese Pseudo-Scherwelle wird an einer Mehrzahl von Positionen entlang einer Abtastlinie oder sonstigen Linie, die den Transducer schneidet, gemessen. Aus diesen Messungen kann eine Scherwellengeschwindigkeit in dem betreffenden Material bestimmt werden. Obwohl es sich nicht um eine Scherwelle handelt, kann in einem linear isotropischen Medium die Scherwellengeschwindigkeit anhand der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle mittels eines einfachen Skalierungsfaktors und Normalisierung mit der Erregung F/# berechnet werden.
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1 zeigt ein Verfahren für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen. Das Verfahren wird durch das System von 6 oder ein anderes System realisiert. Zusätzliche, andere oder weniger Schritte können bereitgestellt werden. Beispielsweise wird Schritt 30 für die Bildgebung, der bei der Lokalisierung einer Region für die Schätzung der Scherung helfen soll, nicht ausgeführt. In einem weiteren Beispiel werden zusätzlich oder alternativ zum Anzeigen eines Bildes in Schritt 44 Daten zur Speicherung oder Übermittlung ausgegeben. Die Schritte werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge ausgeführt, können jedoch auch in anderer Abfolge ausgeführt werden.
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In Schritt 30 wird eine Region abgebildet. Die Region ist eine zwei- oder dreidimensionale Körperregion eines Patienten. Für die Erfassung eines Bildes eines Volumens werden die Daten zu einer planaren Darstellung oder dreidimensionalen Darstellung auf einem zweidimensionalen Anzeigegerät gerastert. Alternativ wird eine eindimensionale Region abgebildet.
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Jedes beliebige Bildgebungsverfahren kann verwendet werden. Beispielsweise wird eine Ultraschallbildgebung bereitgestellt. B-Modus, Farbfluss- (Doppler-Geschwindigkeit, -Energie und/oder -Varianz), Elastizitäts-, Impulsbildgebungs- (ARFI, Acoustic Force Radiation Imaging), harmonische Bildgebungs- oder ein anderer heute bekannter oder künftig zu entwickelnder Bildgebungs-Modus wird verwendet, um ein Bild oder eine Folge von Bildern zu erzeugen. Kombinierte Bilder unter Verwendung mehrerer Bildgebungsverfahren können bereitgestellt werden, etwa B-Modus kombiniert mit einem der anderen Verfahren.
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Die Impulsbildgebung (ARFI) erkennt Verschiebungen von Gewebe infolge von Druck, der mittels akustischer Energie auf das Gewebe ausgeübt wird. Ein Elastizitätsbild zeigt die Steifheit des Gewebes und kann so einen Hinweis auf eine Gewebeauffälligkeit liefern. B-Modus-Bilder können eine Geweberegion anders darstellen als das umgebende Gewebe und so einen Hinweis auf eine Gewebeauffälligkeit liefern. Ein Farbflussbild kann Gewebe darstellen, das eine geringere Bewegung als erwartet oder eine andere anomale Bewegung zeigt. Auch andere Bildgebungsverfahren können einen Hinweis auf eine mögliche Gewebeauffälligkeit liefern. Ein Mediziner kann über weitere Informationen verfügen, die auf eine Körperregion eines Patienten mit einer möglichen Gewebeanomalie hinweisen, etwa andere Bilder (z. B. Röntgen, Computertomographie oder Magnetresonanztomographie), Labortests oder Training.
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Eine Position für die Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit wird festgelegt. Die Position ist ein Punkt, eine Linie, ein Bereich oder ein Volumen. Es können mehrere Positionen festgelegt werden. Die Position liegt in der abzubildenden zwei- oder dreidimensionalen Region, beispielsweise wird eine Gewebeauffälligkeit in einem Bild identifiziert. Die Bildgebung unterstützt den Arbeitsablauf und hilft, den Bereich einzugrenzen, in dem die Scherwellengeschwindigkeit und andere Gewebeeigenschaften gemessen werden. Die Position kann unabhängig von der Bildgebung festgelegt werden, beispielsweise wenn Informationen für einen bestimmten Teil eines Organs gewünscht werden.
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Ein Benutzer legt die Position fest. Der Benutzer untersucht ein oder mehrere Bild(er), beispielsweise wird eine fortlaufende Bildfolge (z. B. in Echtzeit mit Abtastung) untersucht. Der Benutzer kann ein oder mehrere zuvor aufgenommene(s) Bild(er), etwa aus einem CINE-Speicher oder Bildarchiv, untersuchen. Der Benutzer gibt die Position für weitere Untersuchungen über eine Benutzerschnittstelle ein. Beispielsweise navigiert der Benutzer mit einem Zeigegerät über das Bild zu der Position einer möglichen Auffälligkeit und klickt darauf oder aktiviert die Benutzereingabevorrichtung, um die Position zu zeigen.
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Alternativ identifiziert ein Prozessor die Position automatisch anhand des Ultraschallbildes. Jedes beliebige Bildgebungs- oder Datenverarbeitungsverfahren kann verwendet werden, um die Position zu festzulegen. Beispielsweise wird ein Bild gefiltert, um eine interessierende Region zu isolieren. Als weiteres Beispiel werden Region Growing (Regionenwachstum), Border Detection (Bildranderkennung) oder andere Verfahren für sich oder in Kombination verwendet. Bei einer Ausführungsform wird ein Bild in Segmente unterteilt. Beispielsweise wird ein Elastizitätsbild in Bereiche unterteilt, die verschiedenen Intensitätsstufen zugeordnet sind. Ein Tiefpassfilter kann vor oder nach der Segmentierung angewendet werden, um Rauschen zu minimieren. Ein Segment wird als Position gewählt. Beispielsweise wird die Position gewählt, die der größten, der geringsten oder einer mittleren Intensität entspricht. Bei der Elastizitätsbildgebung kann die dunkelste Position das steifste Gewebe markieren, daher wird die dunkelste Position gewählt. Eine andere Segmentierung und Auswahl ist möglich.
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Zum Bestimmen der Scherwellengeschwindigkeit oder anderer Schercharakteristika wird in Schritt 32 akustische Energie an die oder in die Nähe der Position gesendet. Die akustische Energie wird entlang einer Abtastlinie gesendet und fokussiert an einem Punkt oder in einer Region, der oder die an die festgelegte Position angrenzt oder in ihr liegt. Die Position oder ein Teil der Position kann als Fokusregion definiert werden. Ein Transducer wandelt relativ verzögerte Wellen in Schallwellen um. Die relativen Verzögerungen ergeben die Fokusregion. Durch die fokussierte akustische Energie wird eine Scherwelle erzeugt. Die akustische Energie ist ein einziger Impuls oder eine Mehrzahl (z. B. 2-10) oder Vielzahl (z. B. mehr als 10) von Impulsen, um in Schritt 34 die Scherwelle zu erzeugen.
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Bei einem Sendeereignis in Schritt 32 wird zum Erzeugen der Scherwelle in Schritt 34 nur eine Dauersendung verwendet. Die Wellen können mehrere Zyklen aufweisen. Einige Elemente der Öffnung können zu völlig unterschiedlichen Zeiten senden als andere Elemente zwecks konstruktiver Interferenz in der Fokusregion. Das Sendeereignis kann je nach Anzahl der Zyklen von kurzer oder langer Dauer sein. Das Sendeereignis beinhaltet das kontinuierliche Anwenden von akustischer Energie auf eine Fokusregion. Das Beenden und erneute Beginnen der Anwendung stellt ein weiteres Ereignis dar. Anstelle der Wiederholung des Sendeereignisses erzeugt lediglich ein einmaliges Sendeereignis eine Scherwelle, die die Erkennung der Scherwellengeschwindigkeit erlaubt. Die Sendung kann in weiteren Sendeereignissen in dieselbe oder eine andere Position oder Fokusregion wiederholt werden, um eine weitere Scherwelle zu erzeugen.
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Die akustische Energie pflanzt sich vom Transducer zur Fokusregion fort. Die akustische Energie pflanzt sich in der Regel entlang einer Abtastlinie fort. Die Abtastlinie ist die Mittellinie des Sendestrahls und erstreckt sich von einem Ausgangspunkt am Transducer (z. B. dem Mittelpunkt der Öffnung) bis zu der Fokusregion. Die Abtastlinie für den Sendestrahl kann derart positioniert sein, dass sie die Fokusregion schneidet oder in unmittelbarer Nähe an ihr vorbeiläuft, etwa indem sie über einen anderen Punkt in dem auffälligen Gewebe an ihr vorbeiläuft oder sogar an dem auffälligen Gewebe vorbeiläuft.
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Die akustische Energie wird in der Fokusregion konstruktiv kombiniert, um eine gewünschte Amplitude zu erhalten. Beispielsweise wird ein Sendeimpuls oder werden Sendeimpulse, wie sie für die Impulsbildgebung (ARFI) verwendet werden, in Schritt 32 gesendet, um die Scherwelle in Schritt 34 zu erzeugen. Es können Sendeimpulse mit niedrigerer Amplitude verwendet werden, etwa Impulse mit einer Amplitude ähnlich den Sendeimpulsen für die B-Modus-Bildgebung. Die Dauer, die in der Größenordnung des Hundertfachen der B-Modus-Impulslänge liegen kann, sorgt dafür, dass ausreichend Energie zur Erzeugung der Scherwelle gesendet wird. Amplitude und Dauer erzeugen bei einer gegebenen Größe der Fokusregion in Schritt 34 eine Scherwelle.
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Zum Erzeugen der Scherwelle im Gewebe können auch andere Belastungsquellen verwendet werden. Eine externe Druckquelle außer dem Transducer kann verwendet werden, beispielsweise ein Klopfer, der eine Scherwelle auf der Bildgebungsachse verursacht. Manuell oder intern erzeugte Belastungsquellen, die eine Scherwelle auf der Bildgebungsachse verursachen, können verwendet werden. Die Belastung kann verstärkt oder verringert werden. Die angewandte Belastung kann eine Impuls-, eine zyklische, eine wiederholte oder eine impulslose Belastung sein. Die angewandte Belastung kann durch einen Impuls dargestellt werden. Eine wesentliche einzelne Druckwelle wird erzeugt. Der Impuls kann durch eine zyklische, gepulste Welle mit einer beliebigen Anzahl Zyklen (z. B. mehrere Dutzend oder hundert Zyklen) erzeugt werden. Die daraus resultierende akustische Strahlungskraft wird als Impuls gesendet, um eine Belastung auf Gewebe anzuwenden. Die Wellenfront des Impulses breitet sich zu der interessierenden Region hin aus.
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2 zeigt das Senden der akustischen Energie entlang der Abtastlinie 60 in die Fokusregion 62. Die Scherwelle wird in der Fokusregion 62 erzeugt. Allgemein wird die Scherwelle durch zwei „V“-förmige Linien 64a und 64b dargestellt, wenn sich die Welle von der Fokusregion 62 aus ausbreitet. Die akustische Energie führt, auch wenn sie auf die Fokusregion 62 fokussiert ist, im Allgemeinen zur Erzeugung einer trichterförmigen Scherwelle.
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Die Scherwelle pflanzt sich seitlich fort wie durch die waagerechten Pfeile dargestellt, die von der Fokusregion 62 wegführen. Die Scherwelle pflanzt sich in verschiedenen Richtungen fort, einschließlich einer Richtung senkrecht zu der Richtung der angewandten Belastung, wie durch die senkrechten Pfeile dargestellt. Eine Ausbreitung in anderen Richtungen ist möglich. Mit einem linearen, eindimensionalen Array wird ein Querschnitt der sich fortpflanzenden Welle gemessen. Zusätzlich ist für ein lineares, eindimensionales Array die Elevationsbreite des Erregungsimpulses erheblich geringer als die seitliche Dimension, daher ist F/# sehr groß und ist die Pseudo-Scherwelle, die sich in dieser Dimension fortpflanzt, sehr schnell, sodass sich diese Verschiebungen sehr schnell aus unserem Gesichtsfeld herausbewegen.
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Die seitliche Fortpflanzung resultiert in den trichter- oder V-förmigen Linien 64a, 64b, die sich je länger desto weiter öffnen, wobei das „V“ die Scherwellenfronten darstellt. Entlang der Abtastlinie 60 beginnen die seitlich fortschreitenden Scherwellen des Trichters (d. h. des „V“ in zwei Dimensionen) an einer Position und bewegen sich nach und nach scheinbar auf den Transducer zu. 2 zeigt drei verschiedene Zeiten, wobei die V-Linien 64a, 64b die Abtastlinie 60 jeweils in verschiedenen Tiefen schneiden. Die Spitze der Pseudo-Scherwelle wird dabei nach und nach flacher.
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Die Scherwelle pflanzt sich langsamer in der Schallwellen-Emissionsrichtung durch das Gewebe fort als die Längswelle. Die Pseudo-Scherwelle, die sich scheinbar entlang der Abtastlinie 60 fortpflanzt, läuft schneller als die Scherwelle, jedoch steht ihre Geschwindigkeit in Relation zur Scherwellengeschwindigkeit. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit wird mit 1/F# skaliert, d. h., wenn F# >1, dann breitet sich die Pseudo-Scherwelle schneller aus. Wenn F# <1, dann ist die Pseudo-Scherwelle langsamer.
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Diese Pseudo-Scherwelle wird in Schritt 36 erkannt. Die Pseudo-Scherwelle wird an einer oder mehreren Positionen im Wesentlichen entlang der Abtastlinie 60 erkannt. „Im Wesentlichen“ trägt Abweichungen oder anderen Ungenauigkeiten der Ultraschallabtastung Rechnung. Für die Erkennung kann auch eine andere Linie als die Abtastlinie 60 verwendet werden. Beispielsweise verläuft die für die Erkennung verwendete Linie im Wesentlichen parallel, jedoch in einem Abstand oder diese schneidend in einem Winkel von nicht null Grad zur Abtastlinie 60, entlang der die akustische Energie in Schritt 32 gesendet wird. Die für die Erkennung verwendete Linie schneidet den Transducer, kann jedoch auch in einem Winkel verlaufen, in dem sie den Transducer nicht schneidet.
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Die Pseudo-Scherwelle wird durch Erkennung an einer oder mehreren Position(en) verfolgt. Bei einer Ausführungsform wird die Pseudo-Scherwelle an einer Mehrzahl von Positionen entlang der Linie erkannt, beispielsweise an drei Positionen. Mehr oder weniger Positionen können verwendet werden. Die Positionen befinden sich in verschiedenen Tiefen bezogen auf die Fokusregion, sodass sie in einem Abstand zwischen der Fokusregion und dem Transducer angeordnet sind und gleichzeitig innerhalb der Gewebeauffälligkeit oder der interessierenden Region liegen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Positionen kann eine Entfernung zwischen zwei Positionen in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt werden. Es kann eine beliebige Anzahl von Tiefen verwendet werden, beispielsweise etwa 200 für 5 mm oder 400 für 10 mm. Zusätzliche Positionen können für Redundanz sorgen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit von der Fokusregion zu nur einer einzigen Position bestimmt.
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Die Pseudo-Scherwelle pflanzt sich scheinbar zum Transducer oder entlang der Linie fort. Die Überwachung erfolgt mithilfe einer Mehrzahl von Sende- und Empfangsvorgängen entlang der Line, um die Pseudo-Scherwelle zu verfolgen. Die Sendungen dienen lediglich der Überwachung und erzeugen keine Scherwelle bzw. werden nicht verwendet, um eine Scherwelle zu erzeugen, die verfolgt wird.
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Für die Erkennung werden Ultraschalldaten gewonnen. Mindestens ein Teil der Ultraschalldaten ist die Reaktion auf die Pseudo-Scherwelle. B-Modus-Daten werden entlang der Linie zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Stattdessen kann auch das Doppler-, Farbfluss- oder ein anderes Ultraschall-Bildgebungsverfahren für die Überwachung eingesetzt werden.
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Die Überwachung erfolgt für genau die eine Linie, kann jedoch zu Redundanzzwecken oder zur Durchschnittswertbildung aus den Ergebnissen entlang zusätzlicher Linien durchgeführt werden. Beispielsweise werden als Reaktion auf jede Sendung zur Überwachung vier Empfangsstrahlen geformt. Nach dem Senden des Schallimpulses zum Erzeugen der Scherwelle werden wiederholt B-Modus-Sendungen entlang einer einzelnen Abtastlinie durchgeführt und Daten entlang vier benachbarten Abtastlinien empfangen. Jede beliebige Anzahl Wiederholungen kann verwendet werden, beispielsweise etwa 120 Mal. Einige der Ultraschalldaten, etwa zu Beginn oder am Ende der Wiederholungen, stellen möglicherweise keine Reaktion auf die Pseudo-Scherwelle dar. In Systemen ohne Mehrstrahl-Fähigkeit, aber ebenso auch in Systemen mit Mehrstrahl-Fähigkeit kann nur eine einzige Abtastlinie für die Überwachung verwendet werden.
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Während sich die Pseudo-Scherwelle entlang der Linie fortpflanzt, kann die B-Modus-Intensität schwanken. Diese Intensitätsschwankungen können zum Erkennen der Pseudo-Scherwelle genutzt werden. Die Schwankungen können auf eine Verschiebung von Gewebe zurückzuführen sein, die durch die Pseudo-Scherwelle verursacht wurde.
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Die Verschiebung kann auf direkterem Weg erkannt werden. Bei einer Ausführungsform wird für die Erkennung ein Zeitprofil der Verschiebung an der Position verwendet. Es wird eine Datensequenz bereitgestellt, die ein Zeitprofil der Gewebeverschiebung aufgrund der Scherwelle repräsentiert. Beispielsweise werden Daten einer Mehrzahl von räumlichen Positionen (z. B. entlang der Abtastlinie) in Abhängigkeit von der Zeit korreliert. Die Verschiebung kann anhand von Gewebedaten, beispielsweise B-Modus-Ultraschalldaten, gemessen werden. Korrelation, Kreuzkorrelation, minimale Summe der absoluten Differenzen oder ein anderes Maß für Ähnlichkeit wird verwendet, um die Verschiebung zwischen Abtastungen zu bestimmen. Die Verschiebungen werden in einer, zwei oder drei Dimensionen bestimmt. Für jede Tiefe oder räumliche Position erfolgt eine Korrelation über eine Mehrzahl von Tiefen oder räumlichen Positionen (z. B. Kernel von 64 Tiefen, wobei die mittlere Tiefe der Punkt ist, für den das Profil berechnet wird). Der räumliche Versatz mit der höchsten oder einer genügenden Korrelation zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigt den Betrag der Verschiebung an. Die Verschiebung wird für jede der Tiefen zu verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Für jede Position wird die Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt. 3 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Verschiebung im Verlauf der Zeit für eine Position. Durch Überwachen der Verschiebung im Verlauf der Zeit kann der Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem die Pseudo-Scherwelle an der Position eintrifft, ihren Scheitelpunkt erreicht oder auswandert.
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Da die Überwachung entlang einer Abtastlinie oder einer den Transducer schneidenden Linie erfolgt, können dieselben Daten, die die Linie im Verlauf der Zeit repräsentieren, auch zum Überwachen der verschiedenen Tiefen verwendet werden. Um eine größere Region oder mehr Linien zu überwachen, werden als Reaktion auf den Sendestrahl für die Überwachung zusätzliche Empfangsstrahlen geformt. Alternativ wird eine zweite Scherwelle erzeugt und werden die Sendestrahlen und Empfangsstrahlen in einer anderen Entfernung von dem Punkt der Scherwellenerzeugung bereitgestellt. Für jeden Empfangsstrahl oder jede Abtastlinie wird ein Zeitprofil mit Bewegungsinformationen für eine oder mehrere Tiefe(n) bereitgestellt. Sendungen entlang verschiedener Abtastlinien zur Überwachung derselben Scherwelle werden bei der Erstellung des Zeitprofils vermieden, um eine höhere zeitliche Auflösung zu erzielen, jedoch kann eine Verschachtelung oder Verschiebung der Abtastpositionen vorgesehen werden.
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Andere Verfahren zur Erkennung der Pseudo-Scherwelle mit oder ohne Bestimmung der Verschiebung des Gewebes können verwendet werden. Die Pseudo-Scherwelle kann gemessen werden, indem die Gewebegeschwindigkeit und/oder die Beschleunigung gemessen wird. Jedes beliebige Elastizitäts- oder Belastungserkennungsverfahren kann verwendet werden.
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Korrelationsverzögerung, maximale Energie, maximaler Anstieg oder andere Informationen können aus den Ultraschalldaten errechnet werden, um die Pseudo-Scherwelle zu erkennen.
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Das Erkennen der Pseudo-Scherwelle dient dazu, den zeitlichen Verlauf der Welle durch die Positionen zu bestimmen. Unter Verwendung der Verschiebung zeigt das Zeitprofil für eine gegebene Position die Erkennung der Scherwelle an. Das Profil wird auf eine rauschfreie oder Instanz von Variation untersucht. Eine Spitze oder andere Position im Profil, mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung, zeigt das Durchlaufen der Pseudo-Scherwellenfront an.
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In Schritt 38 wird die Scherwellengeschwindigkeit anhand der erkannten Pseudo-Scherwelle berechnet. Ein Prozessor berechnet die Scherwellengeschwindigkeit aus der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle, die sich entlang der Linie fortpflanzt. In Schritt 40 wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit berechnet. In Schritt 42 wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit skaliert, woraus sich die Scherwellengeschwindigkeit ergibt.
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Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle und die daraus resultierende Scherwellengeschwindigkeit werden in den Schritten 40 und 38 als Reaktion auf ein einzelnes Sendeereignis bestimmt. Die Position der Pseudo-Scherwelle zu verschiedenen Zeitpunkten wird als Reaktion auf eine lediglich einmalige Sendung zum Erzeugen der Scherwelle bestimmt. Weitere Sendungen zu Überwachungszwecken werden verwendet, um die Pseudo-Scherwelle zu lokalisieren. Die Sendung von Schritt 32 zum Erzeugen der Scherwelle erfolgt einmalig, jedoch kann die Scherwellengeschwindigkeit selbst mit Messungen entlang nur einer Linie erkannt werden. Die Sendung zum Erzeugen der Scherwelle kann nicht wiederholt werden, solange noch eine Scherwellengeschwindigkeit für die Position bestimmt wird. Die Berechnungen werden als Reaktion auf eine einmalige Sendung zum Erzeugen der Scherwelle durchgeführt. Bei alternativen Ausführungsformen wird die Sendung von Schritt 32 wiederholt, beispielsweise wird sie entlang derselben Linie wiederholt, um die Geschwindigkeit zu ermitteln oder um mehrere Geschwindigkeiten von mehreren Scherwellen zu ermitteln.
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In Schritt 40 wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit entlang der Linie berechnet. Eine Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle, die sich entlang der Linie fortpflanzt, wird ermittelt. Bei einer Ausführungsform wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit auf Grundlage des zeitlichen Verlaufs der Pseudo-Scherwelle bestimmt. Die Zeitpunkte, zu denen die Pseudo-Scherwelle an verschiedenen Positionen erkannt wird, und die Länge bzw. Entfernung zwischen den Positionen werden verwendet, um die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit zu berechnen. Beispielsweise wird ein Geschwindigkeitswert anhand der Laufzeit der Spitze zu jeder räumlichen Position bestimmt. Als weiteres Beispiel wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit erhalten, indem eine Zeit von der Erzeugung der Scherwelle bis zur Erkennung der Pseudo-Scherwelle an einer Position in einem Abstand von der Fokusregion bestimmt wird. Zeit und Entfernung zu der betreffenden Position ergeben die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit. Die Entfernung ist aus der Abtastung der Abtastlinien (d. h. der Position entlang der Abtastlinie oder des Strahls) bekannt. Die Zeit ist anhand der relativen Zeit zwischen der Erzeugung und der Erkennung der Pseudo-Scherwelle oder zwischen der Erkennung der Pseudo-Scherwelle an verschiedenen Positionen bekannt. Die relevante Zeit wird von der Systemuhr oder einer anderen Zeitquelle angezeigt.
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Andere Verfahren können verwendet werden, um die Spitze in dem Profil in Schritt 36 zu erkennen und/oder die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit in Schritt 40 zu schätzen. Beispielsweise wird eine Regression angewandt. Da die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit linear ist, kann eine robuste lineare Regression mit automatischer Ausreißererkennung die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit in Schritt 40 anzeigen. Die Ultraschalldaten für alle Abtastpunkte entlang der Linie werden für die Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit oder nach Zeit und Entfernung dargestellt. Die lineare Regression wird auf die Darstellung oder die Daten angewandt und liefert eine an die Daten angepasste Linie. Der Anstieg der Linie ergibt die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit.
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Andere Ansätze können verwendet werden. Beispielsweise werden die Daten verschiedener Zeitpunkte korreliert, um die durch die Pseudo-Scherwelle verursachte Verschiebung im Gewebe zu erkennen. Als weiteres Beispiel wird ein Merkmal aus den Zeitprofilen extrahiert. Die Singulärwertzerlegung kann verwendet werden. Es wird eine Korrelation zwischen den verschiedenen Zeitprofilen durchgeführt. Die Verzögerung, die den verschiedenen Entfernungen für die verschiedenen Zeitprofile zugeordnet ist, ergibt die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit. Alternativ kann eine Wavelet-Analyse durchgeführt werden. Eine Wavelet-Transformation wird auf die Zeitprofile angewandt, um eine Spitze zu identifizieren, die der Pseudo-Scherwelle entspricht.
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In Schritt 42 wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit skaliert, um die Scherwellengeschwindigkeit zu bestimmen. Verschiedene Sende-F-Werte (F#) zur Erzeugung der Scherwelle können unterschiedliche Pseudo-Scherwellengeschwindigkeiten ergeben. Durch Normalisierung für F# kann eine Gewichtung angewandt werden, um die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle in eine Scherwellengeschwindigkeit umzuwandeln.
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F# wird für das Senden von Schritt 32 bestimmt. F# ist die Tiefe zur Fokusregion geteilt durch die Öffnungsweite. F# wird anhand der Strahlformungsparameter bestimmt. F# kann vorbestimmt und gespeichert oder auf Basis einer aktuellen Konfiguration oder Verwendung bestimmt werden.
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Die Konstante für die Zuordnung der normalisierten Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit zu einer Scherwellengeschwindigkeit wird experimentell ermittelt. 4 zeigt einen Graphen der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit in Abhängigkeit von F#. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeiten werden von Phantomen mit bekannten Scherwellengeschwindigkeiten gewonnen. 5 stellt die Normalisierung der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeiten mit F# dar. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit für jedes der Phantome ist für verschiedene F-Werte (F#) stabil. Schwankungen der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit können zunehmen, wenn die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit aufgrund verschiedener Faktoren zunimmt, etwa das Definieren eines Fensters für die Erkennung von einer oder mehreren Position(en), die relativ zum Optimum versetzt ist/sind, oder ungenaue Time-to-Peak-Erkennung. Durch Positionierung des Abtastfensters zur Erkennung der Pseudo-Scherwelle und Mittelwertbildung oder Verwendung anderer Prozesse zur Erkennung der Scherwelle kann die Schwankung geringer ausfallen. Diese Beispiele ergeben eine quantifizierbare Konstante, durch die die normalisierte Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit zu der Scherwellengeschwindigkeit in Bezug gesetzt wird. In den Beispielen der 4 und 5 betragen die durchschnittlichen, mit F# normalisierten Scherwellengeschwindigkeiten für jedes Phantom (in aufsteigender Reihenfolge) 1,4, 2,2, 3,1 und 4,9 m/s. Die tatsächlichen, kalibrierten Scherwellengeschwindigkeiten für die Phantome betragen 1,32, 1,82, 2,28 und 3,38 m/s. Somit wird zum Berechnen der tatsächlichen Scherwellengeschwindigkeit anhand der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit ein durchschnittlicher Skalierungsfaktor von 1,26 verwendet. Andere Skalierungsfaktoren können bereitgestellt werden.
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Bei alternativen Ausführungsformen wird der Skalierungsfaktor durch Modellierung bestimmt. Alternativ können In-vivo-Studien verwendet werden. Andere Phantome können verwendet werden. Kombinationen von verschiedenen Experimenten und/oder Modellierung können verwendet werden, um den Skalierungsfaktor zu bestimmen. Eine analytische Funktion kann abgeleitet werden, um den Skalierungsfaktor zu bestimmen. Diese Funktion kann als Eingangsvariablen den F-Wert (F#) und/oder die Weite der Erregungsöffnung umfassen.
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In Schritt 42 wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit mit dem Skalierungsfaktor skaliert. Die Geschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle wird mit der Konstante und einem Umkehrwert von F# skaliert. Durch Normalisierung mit F# und Gewichtung mit der Konstante wird die Scherwellengeschwindigkeit anhand der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit bestimmt. Die Berechnung wird dargestellt als: Vshear = Vonaxis * K /(F#), wobei K die Konstante (z. B. 1,26), Vshear die Scherwellengeschwindigkeit und Vonaxis die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit bezeichnet.
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Die Scherwellengeschwindigkeit wird anhand einer einzelnen Erregung zur Erzeugung der Scherwelle berechnet. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle wird auf der Sendeachse oder einer anderen Linie anstatt zwischen zwei seitlich beabstandeten Abtastlinien bestimmt. Die Scherwellengeschwindigkeit kann mittels einer einzelnen, eine Scherwelle erzeugenden Sendung und Überwachung entlang einer einzelnen Linie berechnet werden. Hierdurch erübrigt sich die Verwendung mehrerer Scherwellen zur Berechnung des Schermoduls. Der Patient wird so weniger Schallimpulsen mit hoher Amplitude ausgesetzt.
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Es wird eine einzelne Scherwellengeschwindigkeit berechnet. Zusätzliche Scherwellengeschwindigkeiten können entlang derselben Linie oder entlang verschiedener Linien bestimmt werden. Zusätzliche Scherwellengeschwindigkeiten können als Reaktion auf dieselbe Scherwelle oder als Reaktion auf andere Scherwellen bestimmt werden. Für eine interessierende Region kann eine Mehrzahl von Scherwellengeschwindigkeiten berechnet werden. Die Ergebnisse können gemittelt oder in anderer Weise kombiniert werden. Beispielsweise wird auf zehn oder eine andere Anzahl von Untermengen die lineare Regression angewandt. Jede Untermenge enthält Daten für verschiedene Tiefenbereiche, sodass jede Untermenge etwa Daten für zwanzig verschiedene Tiefen enthält. Die Scherwellengeschwindigkeit wird für jede Untermenge bestimmt. Verwendet wird die durchschnittliche Scherwellengeschwindigkeit. Eine Varianz oder andere statistische Informationen kann/können von den verschiedenen Scherwellengeschwindigkeiten abgeleitet werden. Alternativ kann eine räumliche Darstellung der Varianz in der Scherwellengeschwindigkeit innerhalb der interessierenden Region bereitgestellt werden.
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Die Scherwellengeschwindigkeit kann für die Diagnose oder Bildgebung verwendet werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird anhand der Scherwellengeschwindigkeit ein Schermodul oder ein anderes Charakteristikum berechnet.
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In Schritt 44 wird ein Bild angezeigt. Das Bild ist abhängig von der Scherwellengeschwindigkeit. Beispielsweise enthält das Bild Text, der die Scherwellengeschwindigkeit oder ein anderes Schercharakteristikum, die/das anhand der Scherwellengeschwindigkeit berechnet wurde, angibt. Die Scherwellengeschwindigkeit kann auf einer anatomischen Darstellung oder ohne die anatomische Darstellung angezeigt werden. Anstelle eines Zahlenwertes kann eine bildliche Darstellung der Scherwellengeschwindigkeit verwendet werden, etwa durch Zuordnung einer Farbe oder eine anderweitige Modulation der Bildpunkte in der interessierenden Region in Abhängigkeit von der Scherwellengeschwindigkeit. Beispielsweise wird einer hohen Geschwindigkeit ein intensiverer Rotton zugeordnet als einer niedrigeren Geschwindigkeit. Scherwelleninformationen wie die Scherwellengeschwindigkeit können bezogen auf eine Darstellung der Abtastung des Patienten, etwa ein Ultraschallbild, angezeigt werden. Die interessierende Region kann mit farbiger oder anderer Kodierung der Scherwellengeschwindigkeit für die angezeigte Region dargestellt werden. Für eine oder mehrere Position(en) kann jeweils ein Marker angezeigt werden. Die Scherwellengeschwindigkeit wird als Blasenanzeige oder Text in Bezug auf den Marker angegeben.
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Die Scherwellengeschwindigkeit kann bezogen auf einen Bereich von Scherwellengeschwindigkeiten zusammen mit weiteren oder ohne weitere Informationen zur Scherwellengeschwindigkeit angegeben werden. Beispielsweise wird ein Balken, eine Linie, ein Graph oder eine andere Darstellung eines Bereichs von Scherwellengeschwindigkeiten angezeigt. Der Bereich kann für Gewebe oder für einen spezifischen Gewebetyp gelten. Beispielsweise bezeichnet der Benutzer oder identifiziert ein Prozessor den Gewebetyp, für den die Scherwellengeschwindigkeit gemessen werden soll. Für diesen Gewebetyp wird ein Bereich normaler und nicht normaler Geschwindigkeiten ausgegeben. Der Bereich gibt normale oder nicht normale Geschwindigkeiten an oder nicht. Die geschätzte Scherwellengeschwindigkeit wird in dem Bereich angezeigt, beispielsweise in Form eines Pfeils oder einer sonstigen Anzeige des geschätzten Scherwellengeschwindigkeitsbereichs. Die relative Position kann für einen Benutzer intuitiver sein.
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Die Scherwellengeschwindigkeit oder ein von der Scherwellengeschwindigkeit abgeleitetes Modul kann angezeigt werden. Die Scherwelleninformationen werden für eine beliebige Anwendung genutzt, beispielsweise die kardiologische Bildgebung. Angesichts der schnellen Veränderungen der Position und der Belastung des Herzens oder anderer kardialer Strukturen im Verlauf des Herzzyklus kann eine schnelle Bestimmung der Scherwellengeschwindigkeit zu verschiedenen Zeitpunkten nützlich sein. Mittels einer einmaligen Sendung zum Erzeugen der Scherwelle und Überwachung entlang einer einzigen Linie für jede gegebene Scherwellengeschwindigkeit kann die Scherwellengeschwindigkeit innerhalb nur eines Herzzyklus vielfach bestimmt werden. Sendung, Erzeugung, Erkennung und Berechnung von 1 können während des Zyklus wiederholt werden, um die Scherwellengeschwindigkeit zu verschiedenen Zeitpunkten zu bestimmen. Da lediglich eine Abtastlinie benötigt wird, können Ultraschallsysteme eingesetzt werden, die den Mehrstrahl-Empfang nicht unterstützen.
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6 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen. Das System 10 realisiert das Verfahren gemäß 1 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sendestrahlformer 12, einen Transducer 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, ein Anzeigegerät 20 und einen Speicher 22. Außerdem können andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Beispielsweise wird für die manuelle oder gestützte Auswahl von Anzeigekarten, der zu bestimmenden Gewebeeigenschaften oder der interessierenden Region oder für sonstige Bedienschritte eine Benutzereingabevorrichtung bereitgestellt. Das System 10 ist ein Ultraschallbildgebungssystem für die medizinische Diagnose. Bei alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Personal-Computer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung, die sich an demselben Standort befindet oder über ein Netzwerk verteilt ist, für die Bildgebung in Echtzeit oder nach der Aufnahme, sodass es möglicherweise die Strahlformer 12, 16 und den Transducer 14 nicht umfasst.
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Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschall-Transducer, Speicher, Impulsgeber, analoger Schaltkreis, digitaler Schaltkreis oder eine Kombination davon. Der Sendestrahlformer 12 kann dafür eingesetzt werden, Wellenformen für eine Mehrzahl von Kanälen mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasenabgleich zu erzeugen. Beim Senden von Ultraschallwellen von dem Transducer 14 als Reaktion auf die erzeugten Wellen werden ein oder mehrere Strahlen geformt, etwa ein einzelner Strahl zum Erzeugen einer Scherwelle. Eine Folge von Sendestrahlen wird erzeugt, um eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Das Sektor-, Vector®-, lineare oder ein anderes Abtastformat kann verwendet werden. Dieselbe Region wird mehrmals abgetastet. Für die Fluss- oder Doppler-Bildgebung und für die Belastungsbildgebung (Strain Imaging) wird eine Folge von Abtastungen verwendet. Bei der Doppler-Bildgebung und der Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit kann die Folge mehrere Strahlen entlang derselben Abtastlinie umfassen, mit oder ohne auch entlang weiterer Abtastlinien zu senden. Für die Belastungsbildgebung kann Scan- oder Frame-Verschachtelung (Interleaving) verwendet werden (d. h., die gesamte Region wird abgetastet, bevor erneut abgetastet wird). Bei alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 12 eine ebene Welle oder divergierende Welle für eine schnellere Abtastung.
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Die Sendestrahlen werden mit unterschiedlichen Energiestufen oder Amplituden geformt. Die Amplitude des Sendestrahls wird über Verstärker für jeden Kanal und/oder die Weite der Öffnung geregelt. Ein Sendestrahl zum Erzeugen einer Scherwelle und/oder für die Belastungsbildgebung kann eine größere Amplitude aufweisen als für die Bildgebung oder Überwachung der Pseudo-Scherwelle.
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Der Transducer 14 ist ein 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionales Array aus piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Der Transducer 14 enthält eine Mehrzahl von Elementen zur Umwandlung zwischen akustischer und elektrischer Energie. Empfangssignale werden in Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Transducers 14 auftrifft. Die Elemente stehen mit Kanälen des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16 in Verbindung.
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Der Empfangsstrahlformer 16 enthält eine Mehrzahl von Kanälen mit Verstärkern, Verzögerungsgliedern und/oder Phasendrehern und ein oder mehrere Summierglieder. Jeder Kanal steht mit einem oder mehreren Transducer-Elementen in Verbindung. Der Empfangsstrahlformer 16 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation an, um in Reaktion auf eine Sendung einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu formen. Eine dynamische Fokussierung kann vorgesehen werden. Die verzögerten und apodisierten Signale von den verschiedenen Kanälen werden summiert. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zur Erzeugung von Abtastwerten mithilfe der Fourier- und anderer Transformationen.
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Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter enthalten, etwa ein Filter zum Isolieren von Informationen bei einer zweiten Harmonischen oder einem anderen Frequenzband relativ zu dem Sendefrequenzband (z. B. der Grundfrequenz). Solche Informationen können mit größerer Wahrscheinlichkeit erwünschte Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen enthalten. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und ein Filter oder ein Addierglied. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen bei einem gewünschten Frequenzband, wie etwa einer zweiten Harmonischen, einer kubischen Grundschwingung (Cubic Fundamental) oder einem anderen Frequenzband zu isolieren.
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Der Empfangsstrahlformer 16 gibt bezüglich des Strahls summierte Daten aus, die räumliche Positionen repräsentieren. Ausgegeben werden Daten für eine einzelne Position, Positionen entlang einer Linie, Positionen für eine Fläche oder Positionen für ein Volumen. Die Daten können für verschiedene Zwecke bestimmt sein. Beispielsweise werden für B-Modus- oder Gewebedaten andere Abtastungen durchgeführt als für die Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit. Mittels B-Modus oder eines anderen Bildgebungsverfahrens gewonnene Daten können für die Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit verwendet werden. Für die Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit ist bei einer Ausführungsform der Empfangsstrahlformer 16 für den Empfang entlang einer einzelnen Linie, etwa einer gemeinsamen Sende- und Empfangs-Abtastlinie, die sich vom Mittelpunkt der Öffnung zu einer Fokusregion der Sendung erstreckt, konfiguriert. Der Empfangsstrahlformer 16 empfängt Signale und gibt Daten für die Überwachung entlang der Abtastlinie nach einem und als Reaktion auf ein Sendeereignis zum Erzeugen der Scherwelle aus.
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Der Prozessor 18 ist ein B-Modus-Detektor, Doppler-Detektor, Pulsed-Wave-Doppler-Detektor, Korrelationsprozessor, Prozessor für Fouriertransformationen, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, eine Grafikverarbeitungseinheit, eine feldprogrammierbare Gatterlogik (Gate-Array), ein digitaler Signalprozessor, ein analoger Schaltkreis, ein digitaler Schaltkreis, ein Netzwerk, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren oder eine Kombination davon oder eine andere derzeit bekannte oder künftig zu entwickelnde Vorrichtung zum Erkennen und Verarbeiten von Informationen zur Berechnung der Scherwellengeschwindigkeit aus strahlgeformten Ultraschall-Abtastwerten. Bei einer Ausführungsform enthält der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen separaten Prozessor. Der Prozessor 18 kann dazu verwendet werden, die Scherwellengeschwindigkeit zu schätzen. Beispielsweise führt der Prozessor 18 eine beliebige Kombination eines oder mehrerer der Schritte in 1 aus.
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Der Prozessor 18 schätzt die Scherwellengeschwindigkeit durch Erkennen einer Zeit, die die Pseudo-Scherwelle benötigt, um eine Entfernung entlang einer Linie oder zum Transducer hin zurückzulegen. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle wird anhand von Daten geschätzt, die die Rückmeldung entlang der Linie darstellen. Eine Mehrzahl von Schätzwerten kann bereitgestellt werden und/oder Daten verschiedener Positionen können für eine Schätzung verwendet werden.
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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle wird durch den Prozessor 18 geschätzt. Lineare Regression, Korrelation, Hauptkomponentenextraktion, Wavelet-Transformationen, Verschiebungserkennung oder andere Schätzverfahren können zum Schätzen der Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle verwendet werden. Von dem Prozessor 18 kann eine beliebige oder keine Validierung der Schätzung durchgeführt werden.
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Der Prozessor 18 wandelt die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit in eine Scherwellengeschwindigkeit um. Dazu kann eine beliebige Umwandlungsfunktion verwendet werden. Die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit der Pseudo-Scherwelle wird mithilfe einer Verweistabelle oder durch Verwenden einer mathematischen Beziehung in die Scherwellengeschwindigkeit umgewandelt. Bei einer Ausführungsform wird die Scherwellengeschwindigkeit geschätzt, indem die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit einem Sende-F-Wert gewichtet wird. Beispielsweise wird die Pseudo-Scherwellengeschwindigkeit mit F# normalisiert und mit einer Konstante multipliziert. Andere Funktionen können verwendet werden. Ein Ergebnis der Gewichtung ist die Scherwellengeschwindigkeit. Die Scherwellengeschwindigkeit wird ohne seitliche Abtastung oder Verfolgung der seitlichen Bewegung der Scherwelle berechnet.
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Bei einer Ausführungsform implementiert der Prozessor 18 einen Klassifikator. Durch Programmierung oder maschinelles Lernen unterscheidet der Klassifikator zwischen erkranktem und nicht erkranktem Gewebe. Der Klassifikator ist spezifisch für einen Gewebetyp, berücksichtigt den Gewebetyp oder ist allgemeingültig für den Gewebetyp. Der Klassifikator bewertet den Erkrankungsgrad zumindest teilweise basierend auf der Scherwellengeschwindigkeit. Es kann ein beliebiges Scoring-System verwendet werden, beispielsweise ein einzelner Schwellenwert. Wenn die Geschwindigkeit für einen gegebenen Gewebetyp über oder unter dem Schwellenwert liegt, ist das Gewebe erkrankt. Ein komplexeres Scoring-Schema kann verwendet werden, etwa im Zusammenhang mit klinischen Studien, die zumindest teilweise basierend auf der Scherwellengeschwindigkeit zwischen verschiedenen Stadien oder Arten von Erkrankung unterscheiden. Das Bewertungsergebnis (z. B. Stufe 1-5) kann ausgegeben werden.
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Der Prozessor 18 erzeugt Anzeigedaten, beispielsweise Überlagerungsgrafiken oder Bilder. Die Anzeigedaten haben ein beliebiges Format, etwa Werte vor der Zuordnung, Graustufen oder Farbwerte, Rot-Grün-Blau (RGB) -Werte, Scandaten, Anzeigedaten oder Daten eines kartesischen Koordinatensystems oder andere Daten. Der Prozessor 18 gibt für das Anzeigegerät 20 geeignete Daten aus.
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Die Anzeigedaten ergeben ein Bild. Das Bild kann ein Scanbild oder Informationen, die den Patienten darstellen, etwa ein Ultraschallbild, umfassen. Das Bild kann Text enthalten. Das Bild wird in Abhängigkeit von der Scherwellengeschwindigkeit erzeugt. Die Scherwellengeschwindigkeit kann im Bild als Text neben oder über dem Ultraschallbild angezeigt werden. Die Scherwellengeschwindigkeit kann als Balken, Graph oder Textwert mit weiteren Textinformationen oder allein angezeigt werden. Die Schergeschwindigkeit kann als Farbe, Überlagerung oder eine andere Modulation des Ultraschallbildes angezeigt werden.
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Der Prozessor 18 arbeitet nach Anweisungen, die im Speicher 22 oder einem anderen Speicher enthalten sind. Der Prozessor 18 ist für die Scherwellenbildgebung in medizinisch-diagnostischen Ultraschallanwendungen programmiert. Der Speicher 22 ist ein computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zur Implementierung der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder in Speichern bereitgestellt, etwa einem Cache, Puffer, RAM, Wechselspeichermedien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Abbildungen dargestellt oder hier beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ von Befehlssatz, Speichermedium, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Microcode und Ähnliches ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Desgleichen können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und Ähnliches umfassen. Bei einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einem Wechselspeichermedium zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, GPU oder eines Systems gespeichert.
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Das Anzeigegerät 20 ist eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), ein Projektor, eine Plasmaanzeige, ein Drucker oder ein anderes Anzeigegerät zum Anzeigen eines Bildes mit Informationen zur Scherwellengeschwindigkeit, Grafiken, einer Benutzerschnittstelle, zweidimensionalen Bildern oder dreidimensionalen Darstellungen. Das Anzeigegerät 20 zeigt Ultraschallbilder, die Scherwellengeschwindigkeit und/oder andere Informationen an. Die angezeigten Informationen sind in einem Bericht oder einer Bildschirmpräsentation enthalten.
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Bei einer Ausführungsform gibt das Anzeigegerät 20 ein Bild einer Körperregion des Patienten aus, etwa ein zweidimensionales Elastizitäts-, Doppler-Gewebe- oder B-Modus-Bild. Das Bild kann eine positionsbezogene Anzeige der Scherwellengeschwindigkeit enthalten. Die Position in Bezug auf das abzubildende Gewebe, für die die Schergeschwindigkeit berechnet wird, wird angezeigt. Die Scherwellengeschwindigkeit bzw. das Modul wird auf oder neben dem Bild der Region dargestellt. Andere Bilder können angezeigt werden.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangegangene detaillierte Beschreibung als der Veranschaulichung dienend und nicht als einschränkend angesehen wird, und es wird klargestellt, dass die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, den Rahmen dieser Erfindung definieren.
