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Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschallbildgebung. Insbesondere kann Ultraschall-Scherwellenbildgebung verbessert werden.
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Informationen über die Scherwellengeschwindigkeit können für eine Diagnose von Nutzen sein. Scherwelleninformationen zeigen ein Gewebemerkmal an, zusätzlich zu akustischer Impedanz-Bildgebung (z. B. B-Modus) und Doppler-Bildgebung (z. B. Fluss-Modus). Die Komplexität der Scherwellenausbreitung in Gewebe kann jedoch zu erheblichen Fehlern führen. Zum Beispiel kann die Scherwellengeschwindigkeit für Flüssigkeit oder flüssiges Gewebe weniger genau bestimmt werden, was scheinbar willkürliche Werte zur Folge hat.
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Einleitend sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung beinhalten. Es werden mehr Informationen als nur ein Scherwellenbild für eine Diagnose zur Verfügung gestellt. Informationen über die Qualität oder Variable, die verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Scherwelle zu bestimmen, werden ebenfalls angezeigt. Diese zusätzlichen Informationen können den Benutzer dabei unterstützen zu bestimmen, ob die Scherungsinformationen auf Gewebemerkmale oder eine unzuverlässige Berechnung der Scherwellengeschwindigkeit hinweisen.
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In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung bereitgestellt. Es werden Verschiebungen an Orten innerhalb eines Patienten in Reaktion auf eine oder mehrere Impulserregungen mit Ultraschall gemessen. Es werden Scherwellengeschwindigkeiten als Funktion der Verschiebungen für die Orte berechnet. Es werden eine Qualität jeder der Verschiebungen, eine Größe jeder der Verschiebungen und eine Scherwellenlaufzeit bestimmt. Es wird ein Scherwellengeschwindigkeitsbild angezeigt, welches die Orte darstellt. Das Scherwellengeschwindigkeitsbild ist eine Funktion der Scherwellengeschwindigkeiten. Die Qualität, die Größe und die Scherwellenlaufzeit für mindestens einen der Orte werden im Wesentlichen zu derselben Zeit angezeigt wie das Scherwellengeschwindigkeitsbild.
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In einem zweiten Aspekt sind auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, welche durch einen programmierten Prozessor ausführbare Anweisungen zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung repräsentieren. Das Speichermedium enthält Anweisungen zum Berechnen eines Scherwellenmerkmals unter Verwendung mindestens einer Variablen, Erzeugen eines Bildes des Scherwellenmerkmals und Anzeigen von Informationen, die aus der Variablen zusätzlich zu dem Scherwellenmerkmal abgeleitet wurden, mit dem Bild.
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In einem dritten Aspekt wird ein System zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung bereitgestellt. Ein Wandler ist dafür ausgebildet, eine akustische Impulserregung in einen Patienten zu übertragen, und dafür ausgebildet, einen Bereich des Patienten mit Ultraschall abzutasten. Ein Empfangsstrahlformer ist dafür ausgebildet, Daten zu erzeugen, die den Bereich zu verschiedenen Zeitpunkten nach der akustischen Impulserregung repräsentieren. Die Daten werden aus der Abtastung mit Ultraschall erzeugt. Ein Prozessor ist dafür ausgebildet, eine Gewebeverschiebung zu schätzen, die durch die akustische Impulserregung hervorgerufen wurde, ein Scherwellenbild als eine Funktion der Gewebeverschiebung zu erzeugen und eine Qualität der Gewebeverschiebung abzuleiten. Eine Anzeigevorrichtung ist dafür ausgebildet, das Scherwellenbild und eine Darstellung der Qualität der Gewebeverschiebung anzuzeigen.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt darf als eine Einschränkung dieser Ansprüche angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden weiter unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert und können später unabhängig oder in einer Kombination beansprucht werden.
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Die Komponenten und die Abbildungen sind nicht zwangsläufig maßstabgerecht; stattdessen wurde Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten durchgehend einander entsprechende Teile.
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1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung;
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2 ist eine graphische Darstellung, welche zwei beispielhafte Verschiebungen als Funktion der Zeit zeigt;
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die 3A–D sind beispielhafte Bilder für Scherwellengeschwindigkeit, Qualität, Verschiebung und Laufzeit für ein Phantom einer Zyste;
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4A zeigt beispielhafte Verschiebungsprofile für Orte in weichem Gewebe um eine Zyste herum, und 4B zeigt beispielhafte Verschiebungsprofile für Orte innerhalb der Zyste;
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die 5A–D sind beispielhafte Bilder für Scherwellengeschwindigkeit, Qualität, Verschiebung und Laufzeit für ein Phantom eines harten Einschlusses;
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6A zeigt beispielhafte Verschiebungsprofile für Orte in weichem Gewebe um den harten Einschluss herum, und 6B zeigt beispielhafte Verschiebungsprofile für Orte innerhalb des harten Einschlusses;
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7 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Anzeige von Scherungs- und anderen Informationen; und
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8 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung.
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Feste Gewebebereiche können eine genauere Messung der Scherwellengeschwindigkeit ermöglichen. Andere Arten von Bereichen, wie etwa Flüssigkeit oder flüssiges Gewebe, können eine weniger genaue Messung der Scherwellengeschwindigkeit ermöglichen. Ein interessierender Bereich (Region of Interest) kann Flüssigkeit (z. B. Blut oder Urin), Knochen und Gewebe enthalten. Gewebe kann flüssigkeitsähnliches Gewebe (d. h. flüssiges Gewebe) oder festes Gewebe sein. Zu festen Geweben gehören Muskeln, Fett, Organe oder andere Strukturen mit einem vergleichsweise elastischeren Charakter als Flüssigkeit und Knochen. Zysten oder andere Gewebestrukturen können einen hohen Flüssigkeitsgehalt aufweisen, was weniger zuverlässige Scherungsinformationen zur Folge hat.
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Wenn festes Gewebe und flüssiges Gewebe durch eine Impulskraft erregt werden, werden beide Gewebe verschoben. Die Merkmale des Verschiebungsprofils in Abhängigkeit von der Zeit können je nach Gewebetyp unterschiedlich sein. Für eine Verschiebung in festem Gewebe gilt die Scherwellengleichung, und für eine Verschiebung in flüssigem Gewebe gilt die Navier-Stokes-Gleichung. Das resultierende Verschiebungsprofil in flüssigem Gewebe zeigt ein signifikantes Rauschen, verglichen mit dem Verschiebungsprofil in festem Gewebe. Das Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise ratio, SNR) eines Echosignals trägt ebenfalls zu dem SNR des Verschiebungsprofils bei.
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Um den Benutzer dabei zu unterstützen, zwischen schlechter Scherungs-Detektion und Gewebemerkmalen zu unterscheiden, werden neben dem Scherwellenbild noch andere Informationen angezeigt. Die anderen Informationen können eine Qualität der Scherungsdaten, eine Größe der mit den Scherungsdaten verknüpften Verschiebung und/oder eine Laufzeit der Scherwelle enthalten. Diese zusätzlichen Informationen können bei der Diagnose des Gewebetyps helfen oder vermeiden, dass unzuverlässigen Scherungsdaten vertraut wird.
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1 zeigt ein Verfahren zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung. Das Verfahren ist durch das System von 8 oder ein anderes System implementiert. Außerdem können andere oder weniger Schritte vorgesehen werden. Beispielsweise stellen die Schritte 36, 38 und 42 Beispiele dar. Es können einer, zwei, alle drei oder keiner der Schritte 36, 38 und 42 verwendet werden. Es können andere Typen von zusätzlichen Informationen verwendet werden. Als ein weiteres Beispiel wird Schritt 30 nicht ausgeführt. Die Beanspruchung zur Erzeugung einer Scherwelle kann erzeugt werden, ohne einen Strahl auszusenden, zum Beispiel mit einem Klopfer. Die Schritte werden in der beschriebenen oder dargestellten Reihenfolge ausgeführt, können jedoch auch in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden.
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Das Verfahren wird für einen oder mehrere Orte durchgeführt. Bei einer Ausführungsform wird das Verfahren für alle B-Modus- oder Abtastorte in einem ganzen Sichtfeld oder nur in einem interessierenden Bereich durchgeführt. Es kann eine weniger dichte oder dichtere Abtastung zur Anwendung kommen.
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In Schritt 30 wird eine Schallerregung in einen Patienten übertragen. Die Schallerregung wirkt als eine Impulserregung zum Verursachen einer Verschiebung. Zum Beispiel wird eine 400-Zyklen-Sendewellenform mit Höhen der Leistungs- oder Peakamplitude ähnlich wie oder höher als bei B-Modus-Übertragungen zur Bildgebung von Gewebe als ein Schallstrahl gesendet. Bei einer Ausführungsform ist die Übertragung eine Scherwellen erzeugende Sequenz, die auf das Sichtfeld angewendet wird. Es kann eine beliebige Schallstrahlungskraft-Bildgebungs-(acoustic radiation force imaging, ARFI) oder Scherwellenbildgebungs-Sequenz verwendet werden.
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Die Übertragung wird hinsichtlich Leistung, Amplitude, Zeitablauf oder anderer Merkmale so gestaltet, dass sie eine Spannung an dem Gewebe verursacht, die ausreichend ist, um das Gewebe an einem oder mehreren Orten zu verschieben. Zum Beispiel wird ein Übertragungsfokus des Strahls in der Nähe einer Unterseite, eines Mittelpunkts des Sichtfeldes oder interessierenden Bereichs positioniert, um eine Verschiebung in dem gesamten Sichtfeld zu verursachen. Die Übertragung kann für verschiedene Teilbereiche wiederholt werden.
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Die Erregung wird von einem Ultraschallwandler übertragen. Die Erregung ist Schallenergie. Die Schallenergie wird fokussiert, woraus ein dreidimensionales Strahlprofil resultiert. Die Erregung wird unter Verwendung einer phasengesteuerten Anordnung (phased array) und/oder eines mechanischen Fokus fokussiert. Die Erregung kann in einer Dimension, wie etwa der Höhendimension, unfokussiert sein. Die Erregung wird in das Gewebe eines Patienten übertragen.
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Für eine Scherwellenbildgebung erzeugt die Impulserregung eine Scherwelle an einem räumlichen Ort. Dort, wo die Erregung ausreichend stark ist, wird eine Scherwelle erzeugt. Die Scherwelle breitet sich durch Gewebe langsamer aus als die Longitudinalwelle entlang der Emissionsrichtung der akustischen Wellen. Die Scherwelle breitet sich in verschiedenen Richtungen aus, darunter in einer Richtung, die zur Richtung der ausgeübten Beanspruchung senkrecht ist. Die Verschiebung der Scherwellen ist größer an Orten, die sich näher an dem Ort befinden, an welchem die Scherwelle erzeugt wird.
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In Schritt 32 wird ein Reaktions-Verschiebungsprofil in dem Patienten erfasst. Zum Beispiel sind in 2 die Verschiebungsprofile für zwei Orte dargestellt. Die Erregung verursacht eine Verschiebung des Gewebes. Eine Scherwelle wird erzeugt und breitet sich von dem fokalen Bereich ausgehend aus. Wenn die Scherwelle durch das Gewebe läuft, wird das Gewebe verschoben. Der zeitliche Ablauf und/oder der seitliche Ort werden verwendet, um die Scherwelle von anderen erzeugten Wellen zu unterscheiden. Es können Longitudinalwellen oder andere Ursachen einer Verschiebung anstelle einer Scherung verwendet werden. Das Gewebe wird gezwungen, sich in dem Patienten zu bewegen.
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Die durch die Kraft oder Beanspruchung verursachte Verschiebung wird gemessen. Die Verschiebung wird über der Zeit an einem oder mehreren Orten gemessen. Die Verschiebungsmessung kann beginnen, bevor die Beanspruchung oder der Impuls endet, etwa unter Verwendung einer anderen Frequenz oder Codierung. Alternativ dazu beginnt die Verschiebungsmessung, nachdem der Impuls endet. Da die Scher-, Longitudinal- oder andere Welle, welche die Verschiebung in von dem Punkt oder Bereich der Beanspruchung beabstandetem Gewebe verursacht, eine gewisse Laufzeit benötigt, kann die Verschiebung aus einem entspannten oder teilweise beanspruchten Zustand zu einer maximalen Verschiebung und anschließend zu einem entspannten Zustand gemessen werden, wie in 2 dargestellt. Es wird ein zeitliches Profil der Verschiebung bestimmt. Alternativ dazu wird die Verschiebung nur gemessen, während das Gewebe sich, ausgehend von dem Maximum, entspannt.
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Gegenstand der Messung ist der Betrag oder die Größe der Verschiebung. Das Gewebe wird in beliebiger Richtung bewegt. Die Messung kann entlang der Richtung der größten Bewegung vorgenommen werden. Es wird die Größe des Bewegungsvektors bestimmt. Alternativ dazu wird die Messung entlang einer gegebenen Richtung vorgenommen, wie etwa senkrecht zu der Abtastlinie (Scanlinie), unabhängig davon, ob das Gewebe in anderen Richtungen mehr oder weniger bewegt wird.
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Die Verschiebung wird mittels Ultraschallabtastung erfasst. Es werden Ultraschalldaten gewonnen. Wenigstens einige der Ultraschalldaten sind durch die Scherwelle beeinflusst. Ein Bereich, wie etwa ein interessierender Bereich, das gesamte Sichtfeld oder ein interessierender Teilbereich, wird mit Ultraschall abgetastet. Der Bereich wird überwacht, um die Scherwelle zu erfassen. Der Bereich ist von beliebiger Größe, wie etwa 6 mm in seitlicher und 10 mm in axialer Richtung. Zum Beispiel werden B-Modus-Abtastungen durchgeführt, um eine Gewebeverschiebung zu erfassen, die durch die Scherwelle verursacht wird. Es können Doppler-Modus, Farbfluss-Modus (color flow mode) und andere Ultraschallmodi verwendet werden, um eine Überwachung in Bezug auf die Scherwelle durchzuführen.
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Während eines bestimmten Zeitraums wird Ultraschall zu dem Gewebe oder dem interessierenden Bereich übertragen. Es kann eine beliebige derzeit bekannte oder in Zukunft entwickelte Verschiebungs-Bildgebung verwendet werden. Zum Beispiel werden Impulse von 1–5 Zyklen Dauer mit einer Intensität von weniger als 720 mW/cm2 verwendet. Es können auch Impulse mit anderen Intensitäten verwendet werden. Die Überwachung wird für eine beliebige Anzahl von Abtastlinien durchgeführt. Zum Beispiel werden in Reaktion auf jede Übertragung vier Empfangsstrahlen geformt. Nach dem Übertragen der Erregung zur Erzeugung der Scherwelle werden wiederholt B-Modus-Übertragungen entlang einer einzelnen Abtastlinie durchgeführt, und es erfolgt jeweils ein Empfang an vier benachbarten Abtastlinien. Bei anderen Ausführungsformen wird in Reaktion auf jede Übertragung nur ein einziger Empfangsstrahl oder eine andere Anzahl von Empfangsstrahlen gebildet. Es können zusätzliche Sende-Abtastlinien und eine oder mehrere entsprechende Empfangslinien verwendet werden. Es kann eine beliebige Anzahl von Wiederholungen verwendet werden, wie etwa ungefähr 120-mal. Einige der Ultraschalldaten, wie etwa am Anfang oder Ende der Wiederholungen, sind möglicherweise nicht von der Scherwelle beeinflusst.
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Während sich die Scherwelle durch die Abtastlinien ausbreitet, kann die B-Modus-Intensität aufgrund einer Verschiebung des Gewebes variieren. Für die überwachten Abtastlinien wird eine Folge von Daten bereitgestellt, welche ein Zeitprofil der Gewebebewegung repräsentieren, die aus der Scherwelle resultiert. Es werden Echos oder Reflexionen von der Übertragung empfangen. Die Echos werden strahlgeformt (beamformed), und die strahlgeformten Daten repräsentieren einen oder mehrere Orte. Um die Verschiebung zu erfassen, wird Ultraschallenergie auf das einer Verschiebung unterliegende Gewebe übertragen, und es werden Reflexionen der Energie empfangen. Es kann eine beliebige Übertragungs- und Empfangssequenz verwendet werden.
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Indem die Übertragung und der Empfang mehrere Male durchgeführt werden, werden Daten empfangen, welche einen ein-, zwei- oder dreidimensionalen Bereich zu verschiedenen Zeitpunkten repräsentieren. Die Übertragung und der Empfang werden mehrere Male durchgeführt, um eine Änderung infolge einer Verschiebung zu bestimmen. Durch wiederholtes Abtasten mit Ultraschall wird die Position von Gewebe zu unterschiedlichen Zeitpunkten bestimmt.
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Die Echos werden unter Verwendung von B-Modus- oder Doppler-Detektion erfasst. Die Verschiebung wird aus den Differenzen für jeden räumlichen Ort erfasst. Zum Beispiel werden die Geschwindigkeit, die Streuung, die Verschiebung im Intensitätsmuster (z. B. Speckle Tracking (Musterverfolgung)) oder andere Informationen aus den empfangenen Daten als die Verschiebung erfasst.
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Bei einer Ausführungsform, bei der B-Modus-Daten verwendet werden, sind die Daten von verschiedenen Abtastungen als Funktion der Zeit korreliert. Es kann eine beliebige Elastizitätserfassung angewendet werden. Für jede Tiefe oder jeden räumlichen Ort wird eine Korrelation über mehrere Tiefen oder räumliche Orte (z. B. Kern von 64 Tiefen mit einer Mittelpunktstiefe, die der Punkt ist, für den das Profil berechnet wird) durchgeführt. Zum Beispiel wird eine aktuelle Menge von Daten mehrere Male mit einer Referenzmenge von Daten korreliert. Der Ort einer Teilmenge von Daten, die an einem gegebenen Ort in der Referenzmenge zentriert ist, wird in der aktuellen Menge identifiziert. Es werden verschiedene Translationen und/oder Rotationen zwischen den beiden Datenmengen durchgeführt.
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Die Referenz ist eine erste Menge von Daten, oder es sind Daten von einer anderen Abtastung. Es wird dieselbe Referenz für die gesamte Verschiebungsdetektion verwendet, oder die Referenzdaten ändern sich in einem laufenden oder sich bewegenden Fenster.
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Die Korrelation ist ein-, zwei- oder dreidimensional. Zum Beispiel wird die Korrelation entlang einer Abtastlinie vom Wandler weg und zu ihm oder entlang einer Linie, die zu der Abtastlinie senkrecht ist, verwendet. Als weiteres Beispiel wird die Translation entlang zweier Achsen mit oder ohne Rotation durchgeführt. In einem anderen Beispiel wird die Translation entlang von drei Achsen mit oder ohne Rotation um drei oder weniger Achsen durchgeführt. Es wird der Grad der Ähnlichkeit oder Korrelation der Daten an jeder der verschiedenen versetzten Positionen berechnet. Die Translation und/oder Rotation mit einer größten Korrelation stellt den Bewegungsvektor oder Versatz (Offset) für den Zeitpunkt dar, der mit den aktuellen Daten, die mit der Referenz verglichen werden, verknüpft ist.
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Es kann eine beliebige derzeit bekannte oder in Zukunft entwickelte Korrelation verwendet werden, wie etwa Kreuzkorrelation, Pattern Matching (Musterabgleich) oder die minimale Summe der absoluten Differenzen. Gewebestruktur und/oder Speckle werden korreliert. Bei Verwendung von Doppler-Detektion lässt ein Clutter-Filter Informationen passieren, die mit sich bewegendem Gewebe verknüpft sind. Die Geschwindigkeit des Gewebes wird aus mehreren Echos abgeleitet. Die Geschwindigkeit wird verwendet, um die Verschiebung zu dem Wandler hin oder von ihm weg zu bestimmen. Alternativ dazu kann die relative Geschwindigkeit oder Differenz zwischen Geschwindigkeiten an verschiedenen Orten eine Deformation (Strain) oder Verschiebung anzeigen.
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2 zeigt zwei beispielhafte Verschiebungsprofile. Es ist die Größe des Bewegungsvektors als Abstand von den Referenzdaten über der Zeit dargestellt. Der Analysezeitraum erstreckt sich über etwa 8 Millisekunden, kann jedoch auch länger oder kürzer sein. Andere Verschiebungsprofile sind möglich.
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Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; in Schritt 34 werden ein oder mehrere Scherwellenmerkmale berechnet. Zu den Scherwellenmerkmalen kann die Geschwindigkeit der Scherwelle gehören. Das Scherwellenmerkmal kann ein Schermodul oder ein anderes Merkmal des Gewebes sein, das aus der Scherwelle abgeleitet wird.
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Um das Scherwellenmerkmal zu bestimmen, können eine oder mehrere Variable verwendet werden. Zum Beispiel wird die Scherwellengeschwindigkeit anhand der Verschiebung erfasst. Die Verschiebung ist eine Variable. Wo eine Verschiebung über der Zeit bestimmt wird, wird eine maximale Verschiebung oder andere Größe der Verschiebung berechnet. Die Größe der Verschiebung ist eine Variable. Die Verschiebung und der Abstand können verwendet werden, um eine Laufzeit der Scherwelle von einem fokalen Bereich zu dem Ort, welcher überwacht wird, zu bestimmen. Die Laufzeit ist eine Variable. Der Abstand ist eine Variable. Es können auch andere Variable verwendet werden, wie etwa die Intensität der akustischen Reflexion (acoustic return), die verwendet wird, um die Verschiebung zu bestimmen.
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Es können auch andere Werte als das Scherwellenmerkmal aus der Variablen abgeleitet werden. Zum Beispiel wird eine Qualität aus dem Verschiebungsprofil, der Größe und/oder einem Merkmal der Ultraschalldaten, die zur Bestimmung der Verschiebung verwendet werden, bestimmt.
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Es wird die Größe der durch die Scherwelle verursachten Verschiebung bestimmt. Die Verschiebung kann in weichem Gewebe größer und in steifem oder hartem Gewebe geringer sein. Die Größe kann aus einer gegebenen Zeit auf der Basis eines Abstands von dem fokalen Bereich zu dem überwachten Ort bestimmt werden. Alternativ dazu kann die Größe aus dem Verschiebungsprofil über der Zeit abgeleitet werden, wie etwa indem in Schritt 36 eine maximale Verschiebung identifiziert wird. Die maximale Verschiebung wird für die Größe der Verschiebung bestimmt. Die maximale Verschiebung wird aus dem Verschiebungsprofil berechnet. Es wird der Peak oder höchste Betrag der Bewegung oder die Größe der Verlagerung durch das Gewebe entlang einer Linie, innerhalb einer Ebene oder innerhalb eines Volumens berechnet. Die geglättete oder gefilterte Verschiebungskurve wird zur Berechnung des Maximums verwendet. Bei anderen Ausführungsformen kann die rohe oder ungefilterte Verschiebungskurve verwendet werden. Es wird der maximale Wert über dem gesamten Profil oder einem Abschnitt desselben identifiziert oder bestimmt. In dem Beispiel von 2 tritt die maximale Verschiebung von 1,45 Mikrometern für einen Ort bei etwa 0,9 Millisekunden auf, und die maximale Verschiebung von 1,65 Mikrometern tritt für den anderen Ort bei etwa 1,2 Millisekunden auf.
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Das Zeitprofil für einen gegebenen Ort zeigt die Erfassung der Scherwelle an. Das Profil wird im Hinblick auf eine nicht rauschbedingte Änderung oder einen einzelnen Fall von Änderung untersucht. Ein Peak in dem Profil, mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung, zeigt den Durchgang der Scherwellenfront an. Es wird die größte Verschiebung ausgewählt, es kann jedoch auch die mittlere Verschiebung, die nicht rauschbedingte Anfangsverschiebung oder eine andere statistische Kenngröße der Verschiebung verwendet werden, um den Durchgang anzuzeigen.
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In Schritt 38 wird eine Scherwellenlaufzeit als eine Funktion der Verschiebungen berechnet. Es wird die Zeit oder Dauer bestimmt, welche die Scherwelle benötigt, um sich vom Ausgangspunkt (d. h. dem fokalen Bereich, von dem sie ausgesendet wird) zu dem Ort auszubreiten. Die maximale Verschiebung oder ein anderer Teil des Verschiebungsprofils gibt die Ankunftszeit der Scherwelle an. Anhand des Zeitablaufs von der Erzeugung der Scherwelle bis zur Ankunft wird die Laufzeit berechnet. Die Zeit ist aus dem zeitlichen Abstand zwischen Erzeugung und Erfassung der Scherwelle bekannt. Die Laufzeit kann nichtlinear sein.
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Die Geschwindigkeit der Scherwelle wird aus den zeitlichen Informationen berechnet. Die Laufzeit ist die zu der Geschwindigkeit inverse Größe. Unter Verwendung der Entfernung und der Laufzeit wird die Geschwindigkeit berechnet. Die Entfernung ist aus dem Abtastlinienabstand bekannt (d. h. der Sendestrahlposition zum Erzeugen der Scherwelle und der Empfangsstrahlposition zum Erfassen der Scherwelle).
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Es können auch andere Verfahren angewendet werden, um den Peak in dem Profil und die entsprechende Zeit und Geschwindigkeit zu erfassen. Zum Beispiel wird eine Regression angewendet. Da die Scherwellengeschwindigkeit linear ist, kann durch eine robuste lineare Regression mit automatisierter Erkennung von Ausreißern die Scherwellengeschwindigkeit ermittelt werden. Die Ultraschalldaten für sämtliche Abtastpunkte in dem interessierenden Bereich werden für die Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit oder nach Zeit und Entfernung grafisch dargestellt. Die lineare Regression wird auf das Diagramm oder die Daten angewendet, was die Anpassung einer Geraden an die Daten liefert. Aus dem Anstieg der Geraden ergibt sich die Scherwellengeschwindigkeit.
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In Schritt 42 wird eine Qualität bestimmt. Die Qualität wird aus den Ultraschalldaten berechnet, die zur Bestimmung der Verschiebung verwendet werden, aus dem Verschiebungsprofil, aus der Größe und/oder aus irgendeiner anderen Quelle, die mit dem Erfassen der Scherwelle und Berechnen des Scherwellenmerkmals verknüpft ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Qualität als eine Funktion der Größe, des Signal-Rausch-Verhältnisses (signal-to-noise ratio, SNR) der Verschiebung über der Zeit und des Signal-Rausch-Verhältnisses des Ultraschallsignals berechnet. Es kann auch eine beliebige Funktion, welche diese Eingangsgrößen kombiniert, verwendet werden.
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Es wird das SNR des Verschiebungsprofils bestimmt. Es wird das SNR der Verschiebung über der Zeit oder als eine Funktion der Zeit bestimmt, indem das Rauschen aus dem Profil identifiziert wird. Das Rauschen kann auf eine beliebige Weise identifiziert werden, etwa indem Hochfrequenzkomponenten des Profils ausgewählt werden. Es kann eine Fourier-Transformation verwendet werden, um das Hochfrequenzrauschen zu bestimmen.
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Bei einer Ausführungsform wird zum Identifizieren des Rauschens das Verschiebungsprofil gefiltert. Es wird ein Tiefpassfilter, wie etwa ein Butterworth-Filter, auf das Profil angewendet (d. h. zeitliche Filterung). Das Filter ist ein Filter mit unendlicher Impulsantwort (infinite impulse response filter, IIR-Filter) oder ein Filter mit endlicher Impulsantwort (finite impulse response filter, FIR-Filter). Die gefilterte Verschiebung über der Zeit wird von der Verschiebung über der Zeit vor der Filterung subtrahiert. Die Differenz stellt das Rauschen dar.
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Bei einer anderen Ausführungsform werden der Rauschpegel und der Signalpegel aus dem Verschiebungsprofil berechnet. Die Rauschinformation wird quantifiziert. Es wird das quadratische Mittel (root mean square, RMS) des Rauschsignals berechnet, um den Rauschpegel darzustellen. Es können auch andere Berechnungen angewendet werden, wie etwa ein Mittelwert der absoluten Beträge der Peaks. Es wird der Signalpegel berechnet. Bei einer Ausführungsform wird der Signalpegel durch die Fläche unter dem gefilterten Verschiebungsprofil dargestellt. Es wird das Integral der gefilterten Verschiebung berechnet. Es können auch andere Maße für den Signalpegel verwendet werden. Das SNR wird ermittelt, indem das Signal (z. B. das Integral der gefilterten Verschiebung) durch das Rauschen (z. B. das quadratische Mittel des Rauschens) dividiert wird. Es können auch andere Funktionen verwendet werden, einschließlich anderer Variabler.
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Das SNR des Ultraschallsignals kann für die Qualität bestimmt werden. Das SNR des Ultraschallsignals kann als Verhältnis zwischen der Stärke des Empfangssignals mit und ohne Übertragung zum Abtasten berechnet werden. Es können auch andere Vorgehensweisen zur Bestimmung des SNR des Signals angewendet werden.
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Zu den weiteren möglichen Indikatoren der Qualität gehört ein Grad der Korrelation. Es kann ein ”De-Korrelationskoeffizient” als 1 minus normierter Korrelationskoeffizient der Echosignale, die vor und nach der Impulserregung erfasst wurden, berechnet werden.
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Ein anderer möglicher Indikator ist eine statistische Kenngröße der Ultraschalldaten. Zum Beispiel wird der Mittelwert der B-Modus-Informationen für einen Ort über demselben Zeitraum, der für das Verschiebungsprofil verwendet wird, berechnet. Stattdessen oder zusätzlich können auch statistische Kenngrößen höherer Ordnung berechnet werden. Eine beliebige statistische Kenngröße oder ein anderer Parameter kann verwendet werden, um die Qualität anzugeben. Die statistische Kenngröße kann eine räumliche und/oder zeitliche Kenngröße sein.
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Es kann ein Parameter für die Qualität verwendet werden. Zum Beispiel zeigt eine geringe Größe eine schlechte Qualität an, während eine große Größe eine bessere Qualität anzeigt. Als weiteres Beispiel zeigt ein niedriges SNR der Ultraschalldaten oder des Verschiebungsprofils Scherwelleninformationen von besserer Qualität an.
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Bei einer Ausführungsform werden mehrere Parameter für Qualität verwendet, wie etwa indem das SNR der Verschiebung und die Größe verwendet werden, mit oder ohne SNR der Daten.
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Falls die maximale Verschiebung niedrig ist, liegt möglicherweise eine geringe Qualität vor. Für eine niedrige maximale Verschiebung wird die Qualität als niedrig zugewiesen. Für niedrigeres SNR und höhere Verschiebung kann die Qualität als niedrig oder als eine mittlere Qualität zugewiesen werden. Für andere Kombinationen der zwei Parameter wird die Qualität als gut zugewiesen. Es können auch andere Funktionen verwendet werden. Zum Beispiel unterscheidet sowohl für das SNR als auch für die Größe der Verschiebung ein Schwellenwert zwischen guter und schlechter Qualität. Falls beide gut sind, ist die Qualität gut. Falls beide schlecht sind, ist die Qualität schlecht. Falls eine Kombination aus einem guten und einem schlechten Parameter vorliegt, ist die Qualität schlecht oder mittelmäßig. Es kann eine beliebige Anzahl von Qualitätsunterscheidungen verwendet werden, wie etwa binär, drei Niveaus oder mehr Niveaus.
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Die Qualitätsfunktion basiert auf Versuchen, einer mathematischen Funktion, statistischen Kenngrößen oder anderen Informationen. Zum Beispiel wird Fuzzy-Logik verwendet, um die Qualität zu bestimmen. Bei diesem Verfahren wird eine Zugehörigkeitsfunktion (membership function) für jeden Parameter empirisch definiert (z. B. SNR, maximale Verschiebung), und die Ausgänge jeder Zugehörigkeitsfunktion werden bei gegebenen Eingangsparametern an einem Ort addiert, um die Wahrscheinlichkeit von Qualität zu erzeugen. Der maximale Wert der Summe entspricht der zuzuweisenden Qualität. Als ein weiteres Beispiel wird Maschinenlernen aus einer Sammlung von Trainingsmustern oder Daten mit bekannter Grundwahrheit (ground truth) hinsichtlich der Qualität verwendet, um statistische Kenngrößen oder eine Matrixfunktion für Qualität zu bestimmen. Eine Wahrscheinlichkeitsfunktion gibt die Wahrscheinlichkeit jeder Qualität für einen gegebenen Ort an, und es wird die Qualität mit der höchsten Wahrscheinlichkeit ausgewählt. Die Qualitätsbestimmung wird unter Verwendung einer Nachschlagtabelle, Fuzzy-Logik-Funktion, programmierten Funktion oder Matrixfunktion durchgeführt.
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Die Qualität für jeden Ort stützt sich auf Daten für den betreffenden Ort und nicht auf Daten für andere Orte. Bei alternativen Ausführungsformen kann eine räumliche Filterung oder können Informationen von benachbarten Orten verwendet werden, um die Qualität für einen gegebenen Ort zu klassifizieren.
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Die 3B und 5B stellen Qualität in zwei Beispielen dar. Die Qualität wird über einem Bereich von Werten bestimmt, wie etwa indem die Qualität auf 64 verschiedene Werte abgebildet wird. Die 3A und 5A sind Scherwellengeschwindigkeitsbilder für eine Zyste mit einer flüssigen Gewebemitte bzw. einem harten Einschluss. Ein äußerer Bereich 50 enthält weiches Gewebe. Die 4A und 6A zeigen die Verschiebungsprofile für zwei Orte in dem äußeren Bereich 50. Der innere Bereich 52 von 3A enthält flüssiges Gewebe. Das Schwarz des inneren Bereiches 52 kann anzeigen, dass keine Scherwelle erfasst wird. Der innere Bereich 52 von 5A enthält hartes Gewebe. Die 4B und 6B zeigen die Verschiebungsprofile für zwei Orte in dem inneren Bereich 52 für die Zyste bzw. den harten Einschluss. Die Verschiebung von 4B ist verrauscht und weist eine ungewöhnlich große Verschiebung auf. Die Qualität ist auf ein niedriges Niveau abgebildet. Die Verschiebung von 6B hat aufgrund des harten Gewebes, welches die Scherwellen dämpft, eine geringe Größe, ist jedoch nicht relativ verrauscht. Die nicht verrauschte Verschiebung mit geringerer Größe wird auf einen mittleren Qualitätsbereich abgebildet.
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Die Scherwellengeschwindigkeit und/oder Qualität werden für die verschiedenen räumlichen Orte des Gewebes berechnet. Die 3A und 5A zeigen einen rechteckigen interessierenden Bereich, in welchem die Scherwellengeschwindigkeit berechnet wird. Das Verschiebungsprofil und Merkmale für das Verschiebungsprofil werden für jeden Ort in dem Bereich bestimmt. Die Wiederholung verwendet dieselbe oder eine andere Übertragung in Schritt 30. Wenn der interessierende Bereich ausreichend klein ist, wird ein einziger Impuls verwendet. Die Verschiebung an verschiedenen Orten wird unter Verwendung eines Fensters bestimmt, das auf jedem der Orte zentriert wird. Für jeden Ort wird das Fenster oder der Kern über dem Ort zentriert. Die Daten, welche räumliche Orte innerhalb des Fensters repräsentieren, werden für die Korrelation verwendet. Die Verschiebung wird für jeden Ort getrennt bestimmt. Bei anderen Ausführungsformen wird der Übertragungsschritt 30 wiederholt. Verschiebungen für einen oder mehrere interessierende Bereiche oder eine Teilmenge desselben werden in Reaktion auf jede Übertragung von Schritt 30 bestimmt.
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In einem Beispiel eines interessierenden Bereiches von 6 mm × 10 mm können 36 Empfangs-Abtastlinien vorgesehen sein. An vier Empfangsstrahlen pro Sendestrahl wird der Vorgang für unterschiedliche seitliche Abstände neunmal wiederholt. Für jede Empfangsstrahl-Position wird ein Zeitprofil von Bewegungsinformationen bereitgestellt, das durch die Ultraschalldaten repräsentiert wird. Übertragungen entlang unterschiedlicher Abtastlinien zur Überwachung ein und derselben Scherwelle werden während der Bildung des Zeitprofils vermieden, um eine höhere zeitliche Auflösung zu gewährleisten; es können jedoch verschachtelte oder sich verschiebende Abtastpositionen vorgesehen sein. Schmalere interessierende Bereiche können eine Erfassung der Verschiebung mit weniger Wiederholungen des Sendens der Erregungs-Wellenform von Schritt 30 ermöglichen. In Abhängigkeit von der Anzahl der Empfangsstrahlen, die gebildet werden können, und der Probendichte können keine, eine oder mehrere Wiederholungen verwendet werden.
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Die obige Erörterung bezieht sich auf eine bestimmte Tiefe. Das Sampling kann so gestaltet sein, dass ein ”Tor” vorgesehen wird, das die gesamte axiale Ausdehnung des interessierenden Bereiches abdeckt. Bei einer anderen Ausführungsform werden für jeden Empfangsstrahl Samples in mehreren Tiefen gewonnen. Für jede axiale Tiefe sowie seitliche Position wird ein separates Zeitprofil bereitgestellt. Es kann eine beliebige Anzahl von Tiefen verwendet werden, wie etwa 200 für 5 mm oder 400 für 10 mm.
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Es kann ein vollständiges Sampling (Abtastung), wie etwa ein Sampling der Verschiebung an jeder B-Modus-Abtaststelle, angewendet werden. Es kann ein umfangreicheres oder weniger umfangreiches (z. B. weniger dichtes) Sampling der Verschiebung, verglichen mit dem B-Modus-Abtastraster, verwendet werden.
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In Schritt 40 wird ein Bild des Scherwellenmerkmals erzeugt. Es wird eine Scherwellenbildgebung durchgeführt. Es werden die Scherwellengeschwindigkeit, der Schermodul oder andere Informationen, die aus der Gewebereaktion auf eine Scherwelle bestimmt werden, angezeigt. Es kann eine beliebige Scherwellenbildgebung verwendet werden. Das angezeigte Bild stellt Scherwelleninformationen für den interessierenden Bereich oder den gesamten Bildgebungsbereich dar. Zum Beispiel wenn die Geschwindigkeitswerte für sämtliche Rasterpunkte in einem interessierenden Bereich oder Sichtfeld bestimmt werden, repräsentieren die Pixel der Anzeige die Scherwellengeschwindigkeiten für den betreffenden Bereich. Das Anzeigeraster kann von dem Abtastraster und/oder dem Raster, für welches Verschiebungen berechnet werden, verschieden sein.
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Die Scherwelleninformationen werden für eine Farbüberlagerung oder andere Modulation von Anzeigewerten verwendet. Die Farbe, Helligkeit, Leuchtdichte, der Farbton oder ein anderes Anzeigemerkmal wird in Abhängigkeit von dem Scherwellenmerkmal, wie etwa der Scherwellengeschwindigkeit, moduliert. Das Bild stellt einen zwei- oder dreidimensionalen Bereich von Orten dar. Die Scherungsdaten liegen in einem Anzeigeformat vor oder können in ein Anzeigeformat umgewandelt (scan converted) werden. Die Scherungsdaten sind Farbskalen- oder Grauskalendaten, können jedoch auch Daten vor der Abbildung mit einer Grauskala oder Farbskala sein. Die Informationen können linear oder nichtlinear auf die Anzeigewerte abgebildet werden.
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Das Bild kann auch andere Daten enthalten. Zu Beispiel werden Scherwelleninformationen über oder mit B-Modus-Informationen angezeigt. Es können B-Modus- oder andere Daten, welche Gewebe, Flüssigkeit oder Kontrastmittel in demselben Bereich repräsentieren, enthalten sein; so können etwa B-Modus-Daten für beliebige Orte mit einer Scherwellengeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwertes oder mit schlechter Qualität angezeigt werden. Die anderen Daten unterstützen den Benutzer beim Bestimmen des Ortes der Scherwelleninformationen. Bei anderen Ausführungsformen wird das Scherwellenmerkmal als ein Bild ohne andere Daten angezeigt.
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In Schritt 44 werden andere Informationen angezeigt. Die anderen Informationen sind oder sind abgeleitet aus einer oder mehreren Variablen, die verwendet werden, um das Scherwellenmerkmal des Scherwellenbildes von Schritt 40 zu bestimmen. Zum Beispiel wird in Schritt 40 die Scherwellengeschwindigkeit in einem zweidimensionalen interessierenden Bereich angezeigt. In Schritt 44 werden die Verschiebung, die maximale Verschiebung, die Laufzeit und/oder die Qualität von Schritt 42 angezeigt. Die Qualität kann aus einer oder mehreren Variablen abgeleitet sein, wie etwa indem die Qualität auf der Verschiebung basiert (z. B. Maximum und Signal-Rausch-Verhältnis).
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Die zusätzlichen Informationen werden für eine oder mehrere der Variablen oder Abweichungen von den Variablen angezeigt. Bei einer Ausführungsform werden zusätzliche Informationen für zwei, drei oder mehr Variable oder Abweichungen der Variablen angezeigt. Zum Beispiel werden die Informationen zu Qualität, maximaler Verschiebung und Laufzeit angezeigt.
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Das Scherwellenmerkmal und die zusätzlichen Informationen werden im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt. Der Begriff ”gleichzeitig” bezieht sich auf die visuelle Wahrnehmung der Ansicht. Ein aufeinander folgendes Anzeigen von zwei Bildern mit ausreichend hoher Frequenz kann dem Betrachter ermöglichen, die Bilder so wahrzunehmen, als ob sie gleichzeitig angezeigt würden.
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Es kann ein beliebiges Format für die im Wesentlichen gleichzeitige Anzeige verwendet werden. In einem Beispiel ist das Scherwellenbild von Schritt 40 ein zweidimensionales Bild. Die zusätzlichen Informationen sind Text, ein Diagramm, ein zweidimensionales Bild oder ein anderer Indikator der Werte der Informationen.
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7 zeigt ein beispielhaftes Format. Auf dem Bildschirm wird ein B-Modus-Bild 60 angezeigt. Das Scherwellenbild 62 wird ebenfalls auf dem Bildschirm angezeigt. Bei anderen Ausführungsformen sind die Scherwelleninformationen eine farbige Überlagerung auf dem B-Modus-Bild 60 anstelle eines separaten Bildes, oder sie werden ohne das B-Modus-Bild 60 angezeigt. Ein Cursor 64 oder anderer Positionsanzeiger ist relativ zu einem der Bilder 60, 62 oder zu beiden positioniert. Der Cursor zeigt die Auswahl eines Ortes an, der mit Informationen über die Scherwellengeschwindigkeit verknüpft ist. Zum Beispiel wählt der Benutzer ein Pixel aus, das einem inneren Bereich einer Läsion, einer Zyste, eines Einschlusses oder einer anderen Struktur zugeordnet ist.
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Die anderen Informationen werden durch eine oder mehrere Skalen 66 dargestellt. Jede Skala ist ein Bereich von Werten für einen gegebenen Typ von Informationen. Zum Beispiel ist eine Skala 66 für die Laufzeit, eine andere Skala 66 für die maximale Verschiebung und eine andere Skala 66 für die Qualität vorgesehen. Es können mehr oder weniger Skalen vorgesehen sein. Jede Skala 66 entspricht einer Reihe von Werten, die durch Zahlen, Graustufen oder Farben angegeben sind. Die Reihe ist für den Typ von Informationen geeignet, die durch die Skala dargestellt werden.
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Ein Zeiger 68 zeigt Werte, die dem Cursor 64 oder anderen ausgewählten Ort zugeordnet sind. Der Zeiger 68 zeigt den Punkt innerhalb des Bereiches der Skala 66 für einen gegebenen Ort. Durch Auswählen eines Ortes oder Positionieren des Cursors wird der Zeiger 68 für jede Skala 66 dementsprechend positioniert. Die Qualität, maximale Verschiebung, Laufzeit oder andere Information für den Ort wird verwendet, um die Position des Zeigers 68 zu bestimmen. Der Zeiger 68 zeigt den Wert für die Information, der mit dem ausgewählten Ort verknüpft ist.
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Wenn sich der Ort ändert oder andere Orte ausgewählt werden, wird der Zeiger 68 dementsprechend entlang der Skala 66 positioniert. Durch Positionieren des Cursors 64 oder Auswählen anderer Orte werden dem Benutzer Informationen zusätzlich zu dem Scherwellenmerkmal zur Verfügung gestellt. Die zusätzlichen Informationen, wie etwa die Qualität, können zur Unterstützung bei der Diagnose verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen wird anstelle der Skalen 66 und Zeiger 68 Text angezeigt.
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Die 3A–D und 5A–D zeigen ein anderes beispielhaftes Format. Die Variable oder aus einer Variablen abgeleitete Information wird als ein zweidimensionales Bild angezeigt. Die zusätzlichen Informationen für denselben Bereich wie das Scherwellenbild werden mit derselben oder einer anderen Auflösung für Orte angezeigt, die über zwei räumliche Dimensionen verteilt sind.
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Die Bilder werden im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt. Zum Beispiel wird eine Vierfach-Bildanzeige verwendet. Das Scherwellenbild (z. B. Scherwellengeschwindigkeit in den 3A und 5A) wird in einem Bereich des Bildschirms angezeigt. Die zusätzlichen Informationen werden in einem oder mehreren anderen Bereichen des Bildschirms angezeigt. In den Beispielen der 3A–D und 5A–D werden zweidimensionale Bilder für Qualität (3B und 5B), Laufzeit (3C und 5C) und maximale Verschiebung (3D und 5D) angezeigt.
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Der Benutzer kann die verschiedenen Bilder auf dem Bildschirm für Diagnose betrachten. Zum Beispiel erklärt die in 3B dargestellte niedrige Qualität am Mittelpunkt der Zyste den schwarzen Bereich bei der Geschwindigkeit in 3A. Die entsprechende Streuung bei der Laufzeit und das ringförmige Erscheinungsbild bei der Verschiebung weisen auf flüssiges Gewebe hin. Dagegen zeigt 5B eine gute Qualität im inneren Abschnitt sowie eine konsistente Laufzeit (5C) und Verschiebung (5D). Die zusätzlichen Informationen helfen dem Benutzer bei der Diagnose des Bereiches als eines harten Einschlusses.
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8 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur Visualisierung von zugehörigen Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung. Das System 10 implementiert das Verfahren von 1 oder andere Verfahren. Das System 10 enthält einen Sendestrahlfomer 12, einen Wandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeigevorrichtung 20 und einen Speicher 22. Es können andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel ist eine Benutzereingabe für eine Interaktion des Benutzers mit dem System vorgesehen.
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Das System 10 ist ein medizinisches diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem. Bei alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein Personalcomputer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung, die sich an ein und demselben Ort befindet oder über ein Netzwerk verteilt ist, zur Bildgebung in Echtzeit oder nach der Erfassung.
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Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, Speicher, Impulserzeuger, eine Analogschaltung, eine Digitalschaltung oder Kombinationen davon. Der Sendestrahlformer 12 ist in der Lage, Wellenformen für eine Vielzahl von Kanälen mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phaseneinstellungen zu erzeugen. Bei Übertragung akustischer Wellen vom Wandler 14 in Reaktion auf die erzeugten elektrischen Wellenformen werden ein oder mehrere Strahlen geformt. Es wird eine Folge von Sendestrahlen erzeugt, um einen zwei- oder dreidimensionalen Bereich abzutasten. Es können Sektor-, Vector®-, lineare oder andere Abtastformate verwendet werden. Derselbe Bereich wird mehrmals abgetastet. Für die Fluss-Bildgebung (Flow Imaging) oder Doppler-Bildgebung und für die Scherwellenbildgebung (Shear Imaging) wird eine Folge von Abtastungen entlang derselben Linie oder denselben Linien verwendet. Bei der Doppler-Bildgebung kann die Folge mehrere Strahlen entlang ein und derselben Abtastlinie enthalten, bevor eine benachbarte Abtastlinie abgetastet wird. Für die Scherwellenbildgebung kann eine Abtastungs- oder Teilbildverschachtelung verwendet werden (d. h. Abtasten des gesamten Bereiches, bevor erneut abgetastet wird). Es kann Linien- oder Liniengruppen-Verschachtelung verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen erzeugt der Sendestrahlformer 12 eine ebene Welle oder divergierende Welle für ein schnelleres Abtasten.
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Derselbe Sendestrahlformer 12 erzeugt Impulserregungen oder elektrische Wellenformen zum Erzeugen von Schallenergie, um eine Verschiebung zu verursachen. Bei alternativen Ausführungsformen ist ein anderer Sendestrahlformer vorgesehen, um die Impulserregung zu erzeugen. Der Sendestrahlformer 12 bewirkt, dass der Wandler 14 Schubimpulse oder akustische Kurzimpulse (acoustic radiation force pulses) erzeugt.
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Der Wandler 14 ist eine Anordnung zur Erzeugung von Schallenergie aus elektrischen Wellenformen. Für eine Anordnung fokussieren relative Verzögerungen die Schallenergie. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht einer Übertragung von Schallenergie durch verschiedene Elemente zu einer im Wesentlichen gleichen Zeit in Anbetracht der Verzögerungen. Das Sendeereignis liefert einen Impuls von Ultraschallenergie zum Verschieben des Gewebes. Der Impuls ist eine Impulserregung oder ein Tracking-Impuls (Verfolgungs-Impuls). Impulserregung beinhaltet Wellenformen mit vielen Zyklen (z. B. 500 Zyklen); dies geschieht jedoch in einer relativ kurzen Zeit, um eine Gewebeverschiebung über eine lange Zeit zu verursachen. Ein Tracking-Impuls kann B-Modus-Übertragung sein, etwa unter Verwendung von 1–5 Zyklen. Die Tracking-Impulse werden verwendet, um einen Bereich eines Patienten abzutasten.
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Der Wandler 14 ist eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionale Anordnung piezoelektrischer oder kapazitiver Membranelemente. Der Wandler 14 enthält eine Vielzahl von Elementen zum Wandeln zwischen Schallenergie und elektrischer Energie. Empfangssignale werden in Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Wandlers 14 auftrifft. Die Elemente sind mit Kanälen des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16 verbunden. Alternativ dazu wird ein einziges Element mit einem mechanischen Fokus verwendet.
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Der Empfangsstrahlformer 16 enthält mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasendrehern und ein oder mehrere Summierglieder. Jeder Kanal ist mit einem oder mehreren Wandlerelementen verbunden. Der Empfangsstrahlformer 16 ist durch Hardware oder Software dafür ausgebildet, relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation anzuwenden, um in Reaktion auf jede Bildgebungs- oder Tracking-Übertragung einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu bilden. Ein Empfangsvorgang findet möglicherweise nicht für Echos von der Impulserregung statt, die verwendet wird, um Gewebe zu verschieben. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt unter Verwendung der Empfangssignale Daten aus, welche räumliche Positionen repräsentieren. Relative Verzögerungen und/oder Phaseneinstellung und Summierung von Signalen von unterschiedlichen Elementen bewirken die Strahlformung. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zur Erzeugung von Samples unter Anwendung von Fourier- und anderen Transformationen.
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Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter enthalten, wie etwa ein Filter zum Isolieren von Informationen bei einem zweiten harmonischen oder anderen Frequenzband relativ zu dem Sendefrequenzband. Solche Informationen enthalten möglicherweise mit größerer Wahrscheinlichkeit gewünschte Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen. 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 zu isolieren, wie etwa einem zweiten harmonischen, räumlichen Grund-(Cubic Fundamental) oder anderen Frequenzband.
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In Koordination mit dem Sendestrahlformer 12 erzeugt der Empfangsstrahlformer 16 Daten, welche den Bereich zu verschiedenen Zeitpunkten repräsentieren. Nach der akustischen Impulserregung erzeugt der Empfangsstrahlformer 16 Strahlen, welche verschiedene Linien oder Orte zu unterschiedlichen Zeitpunkten repräsentieren. Durch Abtasten des interessierenden Bereiches mit Ultraschall werden Daten (z. B. strahlgeformte Samples) erzeugt. Durch Wiederholen der Abtastung werden Ultraschalldaten erfasst, welche den Bereich zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Impulserregung repräsentieren.
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Der Empfangsstrahlformer 16 gibt bezüglich des Strahls summierte Daten aus, die räumliche Orte repräsentieren. Es werden die Daten für einen einzelnen Ort, für die Orte entlang einer Linie, für die Orte für einen Bereich oder für die Orte für ein Volumen ausgegeben. Es kann eine dynamische Fokussierung vorgesehen sein. Die Daten können für verschiedene Zwecke dienen. Zum Beispiel werden für B-Modus- oder Gewebedaten andere Abtastungen als für eine Verschiebung durchgeführt. Alternativ dazu werden die B-Modus-Daten auch verwendet, um die Verschiebung zu bestimmen. Als ein weiteres Beispiel werden Daten für eine auf der Verschiebung basierende Klassifikation verwendet, und die Scherwellenbildgebung wird mit einer Reihe von gemeinsam benutzten Scans durchgeführt, und B-Modus- oder Doppler-Abtastung wird separat oder unter Verwendung einiger von denselben Daten durchgeführt.
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Der Prozessor 18 ist ein B-Modus-Detektor, ein Dopplerdetektor, ein Impulswellen-(Pulsed-Wave-)Dopplerdetektor, ein Korrelationsprozessor, ein Prozessor für Fourier-Transformationen, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, eine feldprogrammierbare Gatterlogik (FPGA, Field Programmable Gate Array), ein Digitalsignalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder in Zukunft entwickelte Vorrichtung zum Erfassen und Verarbeiten von Informationen zur Anzeige von strahlgeformten Ultraschall-Samples. Bei einer Ausführungsform enthält der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen separaten Prozessor. Der separate Prozessor ist ein Steuerungsprozessor, ein allgemeiner Prozessor, ein Digitalsignalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, eine feldprogrammierbare Gatterlogik, ein Netzwerk, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren, ein Datenweg, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder in Zukunft entwickelte Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung, Identifizieren der Größe der Verschiebung, Berechnen der Laufzeit und Berechnen der Scherwellengeschwindigkeit. Zum Beispiel ist der separate Prozessor durch Hardware und/oder Software dafür ausgebildet, eine beliebige Kombination eines oder mehrerer der Schritte auszuführen, die in 1 dargestellt sind.
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Der Prozessor 18 ist dafür ausgebildet, eine Gewebeverschiebung zu schätzen, die durch die akustische Impulserregung hervorgerufen wurde. Unter Verwendung von Korrelation, Tracking (Verfolgung), Bewegungserfassung oder einer anderen Verschiebungsmessung wird der Betrag der Verlagerung der Position des Gewebes geschätzt. Die Schätzung wird mehrere Male im Verlaufe eines Zeitraums durchgeführt, etwa ab einem Zeitpunkt vor der Bewegung des Gewebes infolge des Impulses bis zu einem Zeitpunkt, nachdem das Gewebe weitgehend oder vollständig in einen entspannten Zustand zurückgekehrt ist (z. B. sich von der Beanspruchung erholt hat, die durch die Impulserregung verursacht wurde).
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Der Prozessor 18 ist dafür ausgebildet, mindestens einen Parameter abzuleiten, der ein Merkmal eines Profils der Gewebeverschiebung beschreibt. Zum Beispiel wird das Signal-Rausch-Verhältnis des Verschiebungsprofils abgeleitet. Als ein weiteres Beispiel wird die maximale Verschiebung des Verschiebungsprofils abgeleitet. Der Prozessor 18 kann auch andere Parameter berechnen, wie etwa eine statistische Kenngröße oder das Signal-Rausch-Verhältnis der Daten in Abhängigkeit von Zeit, Raum oder Zeit und Raum. Zum Beispiel wird ein mittlerer B-Modus-Wert oder Wert der akustischen Impedanz über der Zeit und/oder über dem Raum für jeden Ort berechnet.
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Der Prozessor 18 ist dafür ausgebildet, ein Scherwellenmerkmal zu berechnen, wie etwa die Scherwellengeschwindigkeit oder den Schermodul. Es wird die maximale oder eine andere Verschiebung verwendet, um eine Laufzeit der Scherwelle zu bestimmen. Die Geschwindigkeit wird unter Verwendung der Entfernung und der Laufzeit berechnet. Die Geschwindigkeit wird für eine beliebige Anzahl von Orten bestimmt.
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Der Prozessor 18 kann dafür ausgebildet sein, eine Qualität der Scherwellenbildgebung in dem Bereich zu bestimmen. Das Gewebe kann flüssiges Gewebe oder festes Gewebe sein. Die Qualität kann angeben, bis zu welchem Grad die Scherwelleninformationen vertrauenswürdig oder genau sind. Die Qualität basiert auf mindestens einem Parameter. Zum Beispiel basiert die Qualität auf Werten für ein oder mehrere Merkmale des Verschiebungsprofils. Das Signal-Rausch-Verhältnis und die maximale Verschiebung sind zwei solche Merkmale. Es können auch andere Informationen, wie etwa eine statistische Kenngröße anderer Daten, in dem Qualitätsparameter verwendet werden.
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Der Prozessor 18 implementiert Fuzzy-Logik, eine Wahrscheinlichkeitsfunktion, eine Nachschlagtabelle oder einen anderen Prozess. Die Eingabemerkmale (z. B. Merkmale des Verschiebungsprofils) werden auf den Prozess angewendet, um die Qualität an verschiedenen Orten zu bestimmen.
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Der Prozessor 18 ist dafür ausgebildet, ein oder mehrere Bilder zu erzeugen. Zum Beispiel wird ein Scherwellengeschwindigkeitsbild erzeugt. Das Scherwellengeschwindigkeitsbild wird als eine Überlagerung oder ein interessierender Bereich innerhalb eines B-Modus-Bildes dargestellt, wie in den 3A und 5A dargestellt ist. Die Scherwellengeschwindigkeit moduliert die Farbe an Orten in dem interessierenden Bereich. Dort, wo die Scherwellengeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwertes liegt oder eine ausreichend geringe Qualität aufweist, können B-Modus-Informationen ohne Modulation durch die Scherwellengeschwindigkeit angezeigt werden.
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Es können auch andere Bilder nacheinander oder im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt werden. Zum Beispiel werden ein Qualitätsbild, ein Bild der maximalen Verschiebung und/oder ein Laufzeitbild gleichzeitig mit der Scherwellengeschwindigkeit angezeigt. Jedes von ihnen wird als eine farbige Überlagerung (Color Overlay) in dem interessierenden Bereich in B-Modus-Bildern erzeugt, wie etwa in den 3B–D und 5B–D dargestellt ist.
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Der Prozessor 18 kann dafür ausgebildet sein, noch andere Anzeigen zu erzeugen. Zum Beispiel wird das Scherwellengeschwindigkeitsbild neben einem Diagramm, Text oder graphischen Indikatoren von Werten der Qualität, der Verschiebung, der Laufzeit oder einer anderen Variablen, die mit den Scherwellenmessungen zusammenhängt, angezeigt. 7 zeigt ein Beispiel. Die Informationen zusätzlich zu der Scherwellengeschwindigkeit werden für einen oder mehrere Orte des interessierenden Bereiches dargestellt, ohne dass sie in einer separaten zwei- oder dreidimensionalen Darstellung erscheinen.
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Der Prozessor 18 arbeitet nach in dem Speicher 22 oder einem anderen Speicher gespeicherten Anweisungen zur Visualisierung zugehöriger Informationen bei der Ultraschall-Scherwellenbildgebung. Der Speicher 22 ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zur Implementierung der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder in Speichern bereitgestellt, wie etwa in einem Cache, einem Puffer, einem RAM, auf einem Wechselspeichermedium, auf einer Festplatte oder einem anderen computerlesbaren Speichermedium. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Figuren 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 ein Multiprocessing, Multitasking, eine Parallelverarbeitung und Ähnliches enthalten. Bei einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einem Wechselspeichermedium zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, GPU oder eines Systems gespeichert.
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Die Anzeigevorrichtung 20 ist eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), ein Projektor, eine Plasmaanzeige oder eine andere Anzeigevorrichtung zum Anzeigen zweidimensionaler Bilder oder dreidimensionaler Darstellungen. Die zweidimensionalen Bilder stellen eine räumliche Verteilung in einer Fläche dar. Die dreidimensionalen Darstellungen werden aus Daten gerendert, die eine räumliche Verteilung in einem Volumen darstellen. Die Anzeigevorrichtung 20 wird durch den Prozessor 18 oder eine andere Vorrichtung durch Eingabe der als ein Bild anzuzeigenden Signale konfiguriert. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt ein Bild an, welches die Scherung für verschiedene Orte in einem interessierenden Bereich oder einem ganzen Bild darstellt. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt Informationen über eine oder mehrere Variable an, die verwendet werden, um Scherwellengeschwindigkeit oder Schermodul zu bestimmen, oder die damit zusammenhängen, wie etwa Verschiebung, maximale Verschiebung, Abklingen der Verschiebung, Signal-Rausch-Verhältnis der Verschiebung, Signal-Rausch-Verhältnis von Daten, die zum Ableiten der Verschiebung verwendet werden, andere statistische Kenngrößen des Verschiebungsprofils, Laufzeit, Streuung der Laufzeit oder Qualität. Die zusätzlichen Informationen können der Unterstützung der Diagnose dienen oder helfen, die Vertrauenswürdigkeit der Scherwelleninformationen zu beurteilen.
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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 der Grundgedanke und der Schutzbereich dieser Erfindung durch die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, definiert sind.
