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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Das vorliegende Patentdokument beansprucht den Nutzen des Einreichungsdatums gemäß 35 U. S. C. §119(e) der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung mit der lfd. Nr. 61/799,616, eingereicht am 15. März 2013, die hiermit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen die Ultraschallbildgebung. Im Besonderen wird der Fettanteil in Gewebe unter Verwendung von Ultraschall geschätzt. Die Nichtalkoholische Fettlebererkrankung (Nonalcoholic Fatty Liver Disease, NAFLD) ist die gängigste Lebererkrankung bei amerikanischen Erwachsenen und Kindern. NAFLD ist gekennzeichnet durch eine übermäßige hepatische Fettansammlung sowie eine hepatische Fibrose. Die Magnetresonanz-Bildgebung (Magnetic Resonance Imaging, MRI) misst genau den Protonendichte-Fettanteil (Proton Density Fat Fraction, PDFF) als Biomarker für den hepatischen Fettinhalt. Allerdings ist die MRI nicht weithin verfügbar und auch teuer. Ein ultraschallbasiertes Verfahren zum Quantifizieren des Leberfetts kann die klinische Behandlung voranbringen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Einleitend umfassen die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, Anweisungen und Systeme zur Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung. Akustische Strahlungskraft wird verwendet, um eine Scherwelle in dem Gewebe von Interesse zu generieren. Dämpfung, Mittenfrequenz, Bandbreite oder andere nicht geschwindigkeitsbezogene Merkmale der Scherwelle werden berechnet und verwendet, um den Fettanteil zu schätzen.
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Bei einem ersten Aspekt wird ein Verfahren für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung bereitgestellt. Eine akustische Strahlungskraft-Erregung wird in den Patienten übertragen. Ultraschall wird verwendet, um Verlagerungen an Gewebeorten innerhalb eines Patienten als Antwort auf eine Scherwelle zu messen, die aus der akustischen Strahlungskraft-Erregung resultiert. Ein Prozessor berechnet die Dämpfung der Scherwelle aus den Verlagerungen. Der Prozessor schätzt den Fettanteil des Gewebes in Abhängigkeit von der Dämpfung der Scherwelle. Eine Angabe des Fettanteils wird angezeigt.
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Bei einem zweiten Aspekt sind auf einem nichttransitorischen computer-lesbaren Speichermedium Daten gespeichert, welche Anweisungen repräsentieren, die von einem programmierten Prozessor für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung ausgeführt werden können. Das Speichermedium umfasst Anweisungen zum Generieren einer akustischen Strahlungskraft, die auf einen Ort im Gewebe fokussiert ist, zum Messen der aus der akustischen Strahlungskraft resultierenden Scherwellenausbreitung, zum Berechnen einer anderen Eigenschaft der Scherwellenausbreitung als der Geschwindigkeit, und zum Schätzen des Fettanteils des Gewebes in Abhängigkeit von dieser Eigenschaft.
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Bei einem dritten Aspekt wird ein System für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung bereitgestellt. Ein Wandler ist so konfiguriert, dass er eine akustische Impulserregung in einen Patienten überträgt, und dieser Wandler ist ferner so konfiguriert, dass er eine Region des Patienten mit Ultraschall abtastet. Ein Empfangs-Beamformer ist so konfiguriert, dass er Daten generiert, welche die Region zu unterschiedlichen Zeiten nach der akustischen Impulserregung repräsentieren. Die Daten werden aus der Abtastung mit Ultraschall generiert. Ein Prozessor ist so konfiguriert, dass er die von einer durch die akustische Impulserregung induzierten Scherwelle verursachte Gewebeverlagerung schätzt, um eine Dämpfung, Mittenfrequenz, Bandbreite der Gewebeverlagerungen oder Kombinationen hieraus zu berechnen, und um die Fettanteilschätzung aus der Dämpfung, Mittenfrequenz, Bandbreite oder Kombinationen hieraus vorzunehmen.
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Die vorliegende Erfindung ist durch die nachfolgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt sollte als Einschränkung dieser Ansprüche verstanden werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden weiter unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen besprochen und können gegebenenfalls zu einem späteren Zeitpunkt unabhängig oder in Kombination beansprucht werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Komponenten und Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet; Schwerpunkt ist vielmehr die Darstellung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugsnummern die entsprechenden Teile in den verschiedenen Ansichten.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung;
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2 ist eine grafische Darstellung, die zwei beispielhafte Verlagerungen in Abhängigkeit von der Zeit zeigt;
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Die 3 und 4 sind grafische Darstellungen, die beispielhafte Dämpfungsberechnungen zeigen;
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5 ist eine grafische Darstellung von Spektren für die Berechnung einer Mittenfrequenz und/oder Bandbreite;
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6 zeigt eine beispielhafte Filterbank, die auf Verlagerungen angewendet wird; und
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7 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein oder mehrere durch einen akustischen Strahlungskraftimpuls (Acoustic Radiation Force Impulse, ARFI) induzierte Scherwellenausbreitungsparameter werden verwendet, um den Fettanteil von Gewebe zu schätzen. Hepatische Fettansammlungen ändern die Ausbreitung von Scherwellen in Gewebe. Durch Messen der Dämpfungsdifferenz der Scherwelle oder der Frequenzantwort (z. B. Mittenfrequenz und/oder Bandbreite) wird ein Hinweis auf das Maß oder die Menge der Fettansammlung geliefert.
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In dem nachfolgenden Beispiel wird der Fettanteil in der Leber des Patienten gemessen. Der Fettanteil wird geschätzt, um die NAFLD-Diagnose zu unterstützen. In anderen Ausführungsformen wird der Fettanteil in einem anderen Gewebe gemessen.
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1 zeigt ein Verfahren für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung. Das Verfahren wird durch das System aus 7 oder ein anderes System implementiert. Zusätzliche, andere oder weniger Handlungen können bereitgestellt werden. So stellen beispielsweise die Handlungen 36, 37 und 38 Beispiele dar. Eine, zwei, alle drei oder keine der Handlungen 36, 37 und 38 können verwendet werden. Andere Arten von zusätzlichen Informationen können verwendet werden. In einem weiteren Beispiel wird die Handlung 42 nicht durchgeführt. Der geschätzte Fettanteil wird gespeichert oder übertragen anstatt angezeigt zu werden. Die Handlungen werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge durchgeführt, können aber auch in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
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In Handlung 30 wird eine akustische Erregung in einen Patienten übertragen. Die akustische Erregung fungiert als eine Impulserregung für das Verursachen einer Verlagerung. So wird beispielsweise eine 400-Zyklen-Sendewellenform mit Leistungs- oder Spitzenamplitudenpegeln, welche ähnlich oder höher sind als B-Modus-Übertragungen für die Bildgebung von Gewebe, als ein akustischer Strahl übertragen. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Übertragung um eine Scherwellengenerierungsfolge, welche auf das Sichtfeld angewendet wird. Ein beliebiger akustischer Strahlungskraftimpuls (Acoustic Radiation Force Impulse, ARFI) oder eine Scherwellenbildgebungsfolge kann verwendet werden.
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Die Übertragung wird durch Leistung, Amplitude, Timing oder andere Merkmale konfiguriert, um einen Druck auf das Gewebe auszuüben, der ausreichend groß ist, um das Gewebe an einem oder mehreren Orten zu verlagern. So wird beispielsweise ein Übertragungsfokus des Strahls in der Nähe eines unteren, mittigen Bereichs des Sichtfeldes oder der Region von Interesse (Region of Interest, ROI) positioniert, um eine Verlagerung über das gesamte Sichtfeld zu verursachen. Die Übertragung kann für verschiedene Unterregionen oder ROIs wiederholt werden.
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Die Erregung wird von einem Ultraschallwandler übertragen. Bei der Erregung handelt es sich um akustische Energie. Die akustische Energie wird fokussiert, woraus sich ein dreidimensionales Strahlenprofil ergibt. Die Erregung wird unter Verwendung eines phasengesteuerten Arrays und/oder mechanisch fokussiert. Die Erregung kann in einer Dimension unfokussiert sein, beispielsweise in der Höhendimension. Die Erregung wird in das Gewebe eines Patienten übertragen.
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Die Impulserregung generiert eine Scherwelle an einem räumlichen Ort. Dort, wo die Erregung ausreichend stark ist, wird eine Scherwelle generiert. Die Scherwelle breitet sich durch das Gewebe langsamer aus als die Längswelle sich entlang der Emissionsrichtung der akustischen Welle ausbreitet. Diese Timing-Differenz wird verwendet, um die Scherwelle von der Längswelle zu isolieren, beispielsweise durch ortsbezogene Stichprobenentnahme zu bestimmten Zeiten. Die Scherwelle breitet sich in verschiedene Richtungen aus, unter anderem in eine Richtung, die senkrecht zu der Richtung des angewendeten Drucks verläuft. Die Verlagerung der Scherwellen ist größer an Orten, die näher an dem Ort liegen, an dem die Scherwelle generiert wird. Während sich die Scherwelle in Längsrichtung bewegt, wird die Größe der Scherwelle gedämpft.
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In Handlung 32 wird eine Verlagerungsantwort auf die Scherwelle in dem Patienten erkannt. So werden beispielsweise in 2 die Verlagerungsprofile für zwei Orte demonstriert. Die Erregung verursacht eine Verlagerung des Gewebes. Eine Scherwelle wird generiert und breitet sich von der Fokalregion ausgehend aus. Während sich die Scherwelle durch das Gewebe bewegt, wird das Gewebe verlagert. Das Timing und/oder der laterale Ort werden verwendet, um die Scherwelle von anderen generierten Wellen zu unterscheiden. Längswellen oder andere Verlagerungsursachen können anstelle von Scherungen verwendet werden. Das Gewebe wird im Körper des Patienten zwangsweise verschoben.
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Die durch die Kraft oder den Druck verursachte Verlagerung wird gemessen. Die Verlagerung wird an einem oder an mehreren Orten über eine bestimmte Zeit gemessen. Die Verlagerungsmessung kann beginnen, bevor der Druck oder der Impuls endet, beispielsweise durch Verwenden einer anderen Frequenz oder Codierung. Alternativ beginnt die Verlagerungsmessung nach dem Impulsende. Da die Scherwelle, die Längswelle oder einen andere Welle, welche die Gewebeverlagerung vom Druckpunkt oder der Druckregion weg verursacht, Zeit für die Bewegung benötigt, kann die Verlagerung von einem entspannten oder teilweise angespannten Zustand bis hin zu einer maximalen Verlagerung und anschließend zu einem entspannten Zustand gemessen werden, was in 2 dargestellt ist. Ein zeitliches Verlagerungsprofil wird bestimmt. Alternativ wird die Verlagerung nur gemessen, während das Gewebe vom Maximum entspannt.
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Die Messung entspricht dem Betrag oder der Größe der Verlagerung. Das Gewebe wird in eine beliebige Richtung verschoben. Die Messung kann entlang der Richtung der größten Bewegung erfolgen. Die Größe des Bewegungsvektors wird bestimmt. Alternativ erfolgt die Messung entlang einer gegebenen Richtung, beispielsweise senkrecht zu der Abtastlinie, unabhängig davon ob das Gewebe mehr oder weniger in andere Richtungen verlagert wird.
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Die Verlagerung wird per Ultraschalluntersuchung erkannt. Ultraschalldaten werden bezogen. Zumindest einige der Ultraschalldaten stellen eine Reaktion auf die Scherwelle dar. Eine Region, beispielsweise ein Region von Interesse, ein gesamtes Sichtfeld oder eine Unterregion von Interesse wird mit Ultraschall abgetastet. Die Region wird überwacht, um die Scherwelle zu erkennen. Die Region kann eine beliebige Größe aufweisen, beispielsweise 5 mm in Lateralrichtung und 10 mm in Axialrichtung. So werden beispielsweise B-Modus-Abtastungen durchgeführt, um durch die Scherwelle verursachte Gewebeverlagerungen zu erkennen. Doppler, Farbfluss oder andere Ultraschallmodi können verwendet werden, um die Scherwelle zu überwachen.
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Für eine bestimmte Zeit wird Ultraschall an das Gewebe oder die Region von Interesse übertragen. Es kann jedes derzeit bekannte oder später entwickelte Verfahren zur Verlagerungsbildgebung verwendet werden. So werden beispielsweise Impulse mit einer Dauer von 1–5 Zyklen und einer Intensität von weniger als 720 mW/cm2 verwendet. Impulse mit anderen Intensitäten können ebenfalls verwendet werden. Die Überwachung wird für eine beliebige Anzahl von Abtastlinien durchgeführt. So werden beispielsweise vier oder acht Empfangsstrahlen als Reaktion auf jede Übertragung gebildet. Nach dem Übertragen der Erregung zum Generieren der Scherwelle werden B-Modus-Übertragungen entlang einer einzelnen Sendeabtastlinie wiederholt durchgeführt, und Empfangsvorgänge werden entlang vier oder acht angrenzenden Empfangsabtastlinien durchgeführt. In anderen Ausführungsformen wird als Reaktion auf jede Übertragung nur ein einzelner Empfangsstrahl oder eine andere Anzahl von Empfangsstrahlen gebildet. Zusätzliche Sendeabtastlinien und entsprechende Empfangsabtastlinien können verwendet werden. Eine beliebige Anzahl von Wiederholungen kann verwendet werden, beispielsweise etwa 120 mal. Einige der Ultraschalldaten, beispielsweise am Anfang oder Ende der Wiederholungen, sind unter Umständen keine Reaktion auf die Scherwelle.
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Während sich die Scherwelle durch die Abtastlinien ausbreitet, kann die B-Modus-Intensität aufgrund der Verlagerung des Gewebes variieren. Für die überwachten Abtastlinien wird eine Datenfolge bereitgestellt, die ein Zeitprofil für die aus der Scherwelle resultierenden Gewebebewegung repräsentiert. Echos oder Reflektionen von der Übertragung werden empfangen. Die Echos werden strahlgeformt, und die strahlgeformten Daten repräsentieren einen oder mehrere Orte. Um die Verlagerung zu erkennen, wird Ultraschallenergie an das zu verlagernde Gewebe übertragen, und Reflektionen dieser Energie werden empfangen. Eine beliebige Sende- und Empfangsfolge kann verwendet werden.
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Indem der Sende- und Empfangsvorgang mehrfach durchgeführt wird, werden Daten, welche eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren, empfangen. Die Übertragung und der Empfang werden mehrere Male durchgeführt, um eine Änderung aufgrund einer Verlagerung festzustellen. Durch wiederholtes Abtasten mit Ultraschall wird die Gewebeposition zu unterschiedlichen Zeiten bestimmt.
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Die Verlagerung wird aus den Differenzen für jeden räumlichen Ort erkannt. So werden beispielsweise die Geschwindigkeit, die Varianz, die Verschiebung des Intensitätsmusters (z. B. Speckle-Verfolgung) oder andere Informationen aus den empfangenen Daten als Verlagerung erkannt.
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In einer Ausführungsform, bei der B-Modus-Daten zum Einsatz kommen, werden die Daten von unterschiedlichen Abtastungen in Abhängigkeit von der Zeit korreliert. Für jede Tiefe oder jeden räumlichen Ort erfolgt eine Korrelation über mehrere Tiefen oder räumliche Orte (z. B. ein Kern aus 64 Tiefen, wobei die Mittentiefe der Punkt ist, für den das Profil berechnet wurde). So wird beispielsweise ein aktueller Datensatz mehrere Male mit einem Referenzdatensatz korreliert. Der Ort einer Teilmenge von Daten, welche an einem gegebenen Ort in dem Referenzsatz zentriert sind, wird in dem aktuellen Satz identifiziert. Unterschiedliche relative Translationen und/oder Wechsel zwischen den beiden Datensätzen werden durchgeführt.
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Bei den Referenzdaten handelt es sich um einen ersten Satz von Daten oder Daten von einer anderen Abtastung. Der Referenzsatz stammt von vor dem ARFI-Impuls, kann aber auch von nach dem ARFI-Impuls stammen. Dieselben Referenzdaten werden für die gesamte Verlagerungserkennung verwendet, oder die Referenzdaten ändern sich in einem fortlaufenden oder sich bewegenden Fenster.
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Die Korrelation ist ein-, zwei- oder dreidimensional. So wird beispielsweise die Korrelation entlang einer Abtastlinie vom Wandler weg und zum Wandler hin oder entlang einer senkrecht zur Abtastlinie verlaufenden Linie verwendet. In einem anderen Beispiel erfolgt die Translation entlang zweier Achsen mit oder ohne Rotation. In wieder einem anderen Beispiel erfolgt die Translation entlang dreier Achsen mit oder ohne Rotation über drei oder weniger Achsen. Der Grad der Ähnlichkeit oder Korrelation der Daten an jeder der verschiedenen Versatzpositionen wird berechnet. Die Translation und/oder Rotation mit der größten Korrelation repräsentiert den Bewegungsvektor oder den Versatz für die Zeit, welche an die mit den Referenzdaten verglichenen aktuellen Daten gekoppelt ist.
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Jede derzeit bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Korrelation kann verwendet werden, beispielsweise Kreuzkorrelation, Musterabgleich oder Mindestsumme von absoluten Differenzen. Gewebestruktur und/oder Speckle werden korreliert. Unter Verwendung der Doppler-Erkennung leitet ein Clutter-Filter Informationen zu dem sich bewegenden Gewebe weiter. Die Geschwindigkeit des Gewebes wird von mehreren Echos abgeleitet. Die Geschwindigkeit wird verwendet, um die Verlagerung in Richtung Wandler oder vom Wandler weg zu bestimmen. Alternativ hierzu kann die relative Geschwindigkeit oder die Differenz zwischen den Geschwindigkeiten an verschiedenen Orten einen Druck oder eine Verlagerung anzeigen.
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2 zeigt zwei beispielhafte Verlagerungsprofile. Gezeigt wird die Entfernungsgröße des Bewegungsvektors über Zeit zu den Referenzdaten. Der Analysezeitraum geht über etwa 8 Millisekunden, kann aber auch länger oder kürzer sein (z. B. 12 Millisekunden bei einer Abtastrate von 4,8 kHz). Auch andere Verlagerungsprofile sind möglich. Eine beliebige Anzahl von Orten kann auf Verlagerungen gemessen werden, beispielsweise durch Messen jedes Millimeters in der 10 × 5 mm großen Region von Interesse. Die Verlagerung für jeden Ort und für jede Abtastzeit wird gemessen.
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In Handlung 33 wird die Bewegung des Wandlers relativ zu dem Patienten bei der Messung berücksichtigt. Die Scherwelle verursacht lokale Verlagerungen in einer Region von Interesse. Bei der Region von Interesse handelt es sich um einen Teilbereich eines größeren Sichtfelds. Die B-Modus-Daten oder andere Daten von dem größeren Sichtfeld oder nur die gesamte Region von Interesse können Bewegungen anzeigen, die von anderen Quellen als der Scherwelle verursacht werden. So bewirkt beispielsweise das Atmen des Patienten, dass sich der Patient oder die Region von Interesse relativ zu dem Wandler verschiebt. In einem anderen Beispiel bewirkt eine freiwillige Bewegung des Patienten oder ein Verschieben des Wandlers, dass sich die Region von Interesse relativ zu dem Wandler verschiebt.
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Durch Messen von Bewegung als Verlagerung der Region von Interesse und/oder des größeren Sichtfeldes in ein, zwei oder drei Dimensionen wird die globale Bewegung bestimmt. Dieselben Daten, die für das Messen von Scherwellenverlagerungen verwendet werden, oder Daten, welche durch verschachtelte Abtastungen erfasst werden, werden verwendet. Die Translation und/oder Rotation zwischen den Zeiten werden bestimmt. Die durch die Daten repräsentierten Orte werden verschoben, um der globalen Bewegung entgegenzuwirken. Diese Verschiebung durch Auswahl von Daten, Änderung von Koordinaten oder Wechsel von Orten repräsentiert Datenergebnisse von verschiedenen Zeiten, die mit höherer Wahrscheinlichkeit trotz der globalen Bewegung dieselben Gewebeorte repräsentieren. Alternativ wird die globale Verlagerung von jeder der lokalen oder ortsspezifischen Verlagerungsmessungen subtrahiert.
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In Handlung 34 werden ein oder mehrere Scherwellenmerkmale berechnet. Die Scherwellenmerkmale umfassen verschiedene mögliche Parameter oder Eigenschaften, beispielsweise Geschwindigkeit, Dämpfung, Mittenfrequenz oder Bandbreite. In einer Ausführungsform ist die Eigenschaft eine andere als die Geschwindigkeit. Handlung 36, 37 und 38 repräsentieren einige Beispielmerkmale. Nur ein, zwei, alle drei oder unterschiedliche Arten von Merkmalen werden berechnet.
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Ein Prozessor führt die Berechnung durch. Die Verlagerungsinformation wird verwendet, um die Eigenschaft ohne Benutzereingabe zu bestimmen. Sobald die Verlagerungen erfasst worden sind, berechnet der Prozessor automatisch die Eigenschaft für jeden Ort und/oder für jede Zeit.
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Die Scherwelleneigenschaft wird aus den Verlagerungen erkannt. Die Verlagerungen über Zeit und/oder Raum werden verwendet. In einer Ausführungsform werden die Verlagerungen für unterschiedliche Tiefen kombiniert, so dass die Verlagerungen in Azimutrichtung oder entlang der Ausbreitungsrichtung der Scherwelle beabstandet werden. So werden beispielsweise die Verlagerungen für eine gegebene Abtastlinie oder einen lateralen Ort über Tiefe gemittelt. Alternativ zur Durchschnittsermittlung wird ein Maximum oder ein anderes Auswahlkriterium verwendet, um die Verlagerung für einen gegebenen lateralen Ort zu bestimmen.
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In Handlung 36 wird eine Dämpfungseigenschaft der Scherwellenausbreitung aus den Verlagerungen berechnet. Die maximale Verlagerung über Zeit für jeden Ort wird gefunden. Die Scherwellengrößen (Spitzenwerte) an mehreren Orten entlang der Ausbreitungsrichtung werden berechnet und verwendet, um die Dämpfung abzuleiten. Es können auch andere Dämpfungsmessungen verwendet werden.
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Die durch die Scherwelle verursachte Größe der Verlagerung wird bestimmt. Die Größe kann von dem Verlagerungsprofil über Zeit abgeleitet werden, beispielsweise durch Identifizieren einer maximalen Verlagerung. Die Größe der maximalen Verlagerung wird bestimmt. Die maximale Verlagerung wird aus dem Verlagerungsprofil berechnet. Die Spitze oder höchste Bewegungsmenge oder Verschiebungsgröße seitens des Gewebes entlang einer Linie, innerhalb einer Ebene, oder innerhalb eines dreidimensionalen Raumbereichs wird für die Spitze berechnet. Die geglättete oder gefilterte Verlagerungskurve wird für die Berechnung des Maximums verwendet. In anderen Ausführungsformen kann die Rohkurve oder die ungefilterte Verlagerungskurve verwendet werden. Der Maximalwert über das gesamte Profil oder einen Teil des Profils wird identifiziert oder bestimmt. In dem Beispiel aus 2 erfolgt die maximale Verlagerung von 1,45 Mikrometern bei etwa 0,9 Millisekunden für einen Ort, und die maximale Verlagerung von 1,65 Mikrometern erfolgt bei etwa 1,2 Millisekunden für den anderen Ort. Alternativ kann die Größe von einer gegebenen Zeit auf Basis einer Entfernung zwischen der Fokalregion und dem überwachten Ort stammen.
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Das zeitliche Profil für einen gegebenen Ort zeigt die Erkennung der Scherwelle an dem besagten Ort an. Das Profil wird auf eine rauschfreie oder einzelne Abweichungsinstanz untersucht. Eine Spitze in dem Profil, mit oder ohne zeitliche Tiefpassfilterung, zeigt das Passieren der Scherwellenfront an. Die größte Verlagerung wird ausgewählt, aber auch der Durchschnitt, eine erste rauschfreie Verlagerung oder andere Verlagerungskenngrößen können verwendet werden, um das Passieren anzugeben.
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In anderen Ausführungsformen wird die Energie oder Leistung für jeden Ort berechnet und verwendet, um die Dämpfung abzuleiten. Die Leistung der Verlagerung entspricht dem Quadratwert der Größe. Die Energie der Verlagerung entspricht dem Integralwert über Zeit. Die Größe, Energie und/oder Leistung der Verlagerung kann verwendet werden.
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Die Dämpfung ist durch die Steigung der Maxima der Verlagerungen über jeden der Orte gegeben. Um die Dämpfung zu berechnen, werden die Verhältnisse angrenzender maximaler Größen berechnet. Die 3 und 4 zeigen eine Beispiellinie über die Maxima von Gewebebewegungen zum Anzeigen der Dämpfung für jede der unterschiedlichen Schmalbankkomponenten der Verlagerungen. Jede Kurve repräsentiert eine Erkennungsposition in Ausbreitungsrichtung. Alternativ werden die Verhältnisse nicht angrenzender maximaler Größen berechnet (z. B. Verhältnisse von einer Referenz zu jedem der Orte). Die Logarithmen der Verhältnisse stellen die Dämpfungen bereit. Eine durchschnittliche Dämpfung über die azimutal beabstandeten Orte kann verwendet werden. Alternativ wird die Dämpfung an jedem Ort getrennt verwendet. Es können auch andere Dämpfungsberechnungen verwendet werden.
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In Handlung 37 werden die Mittenfrequenz, die Bandbreite oder die Mittenfrequenz und Bandbreite der Verlagerungen berechnet. Diese Spektralmerkmale stammen von der durch Verlagerungen repräsentierten Scherwellenausbreitung. Für jeden Ort wird eine Fourier-Transformation der Verlagerung in Abhängigkeit von Zeit bestimmt. Aus dem resultierenden Spektrum wird eine Mittenfrequenz und/oder eine Bandbreite berechnet. Ein beliebiges Maß für Mittenfrequenzen oder Bandbreiten kann verwendet werden. So kann es sich bei der Mittenfrequenz beispielsweise um die Frequenz handeln, die dem Spitzenwert des Leistungsspektrums entspricht, und bei der Bandbreite kann es sich um einen Frequenzbereich oder eine Differenz über einen Bereich mit 3 dB oder einen anderen Wert unterhalb der Leistungsspektrumsspitze handeln oder es kann ein Wert (z. B. 2/3) des Bereichs unter der Spektrumskurve integriert werden. 5 zeigt Beispielspektren mit einer horizontalen Linie, die für den 3 dB tiefer liegenden Ort in einem Spektrum eingezeichnet ist. Die Spitzen werden für die Mittenfrequenz gezeigt. Die Mittenfrequenz kann auch als mittlerer oder gewichteter Wert in dem Frequenzbandbreitenbereich berechnet werden. Jedes Spektrum stammt von einer Erkennungsposition in Ausbreitungsrichtung.
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Die Mittenfrequenz und/oder die Bandbreite der Scherwelle werden für jeden Ort bereitgestellt. Die Mittenfrequenzen und/oder Bandbreiten können für jeden Ort getrennt verwendet werden. Alternativ werden die Mittenfrequenzen und/oder Bandbreiten für die ROI kombiniert. So werden beispielsweise die durchschnittliche oder mittlere Mittenfrequenz und Bandbreite für die ROI berechnet. Es können auch andere Kombinationen verwendet werden.
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In Handlung 38 wird die Dispersion der Scherwelle aus den Verlagerungen berechnet. Die Dispersion ist ein Maß für die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz. Ein beliebiges Dispersionsmaß kann verwendet werden, beispielsweise eine Ableitung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz oder der Steigung einer Ausgleichsgerade (z. B. lineare Regressionsanpassung) für die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz.
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In einer Ausführungsform werden die Verlagerungsdaten in Abhängigkeit von der Zeit gefiltert. Dieselben Daten werden mit unterschiedlichen Durchlassbereichen gefiltert. Um beispielsweise eine Scherwellendispersion zu erhalten, wird eine Filterbank mit zehn oder einer anderen Anzahl von Mittenfrequenzen, welche in einem Bereich, beispielsweise von 50 bis 275 Hz, gleichmäßig verteilt sind, auf die Verlagerungsdaten der Scherwelle angewendet. Bei den Filtern handelt es sich um temporäre Filter, so dass der Prozess für jeden Ort getrennt wiederholt wird. 6 repräsentiert diesen Filterbankansatz, bei dem jede Kurve eine Erkennungsposition in Ausbreitungsrichtung repräsentiert. In diesem Beispiel weist jeder Filter eine Bandbreite von 32 Hz auf, in Inkrementen von 11,25 Hz zwischen 50 Hz bis 275 Hz unter Verwendung eines elliptischen Filters zweiter Ordnung mit einer Welligkeit von 0,5 dB und einer Stoppbanddämpfung von 40 dB. Es können auch andere Filter verwendet werden.
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Die gefilterten Verlagerungsdaten für jeden Durchlassbereich werden verwendet, um die Schergeschwindigkeit zu schätzen. So zeigt beispielsweise die maximal gefilterte Verlagerung das Passieren der Scherwelle an. Für den Ort wird die Zeit oder die Dauer bestimmt, welche die Scherwelle benötigt, um sich von dem Ursprung (z. B. der Sendefokalregion) zu dem Ort zu bewegen. Die maximale Verlagerung oder ein anderer Teil des Verlagerungsprofils zeigt die Ankunftszeit der Scherwelle an. Unter Verwendung des Timings von der Generierung der Scherwelle bis zur Ankunft wird die Reisezeit berechnet. Die Zeit ist von der relativen Zeit zwischen der Generierung und der Erkennung der Scherwelle her bekannt. Die Reisezeit kann nichtlinear sein.
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Die Geschwindigkeit der Scherwelle wird aus den Timing-Informationen berechnet. Die Reisezeit ist der Umkehrwert der Geschwindigkeit. Unter Verwendung der Entfernung und der Reisezeit wird die Geschwindigkeit berechnet. Die Entfernung ist bekannt aus dem Abtastlinienabstand (d. h. der Sendestrahlposition für das Generieren der Scherwelle und der Empfangsstrahlposition für das Erkennen der Scherwelle).
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Andere Techniken können verwendet werden, um die Spitze in dem Profil sowie die entsprechende Zeit und Geschwindigkeit zu erkennen. So wird beispielsweise eine Regression angewendet. Da die Scherwellengeschwindigkeit linear ist, kann eine robuste lineare Regression mit automatischer Ausreißererkennung die Scherwellengeschwindigkeit anzeigen. Die Ultraschalldaten für alle Abtastpunkte in der Region von Interesse werden für die Entfernung in Abhängigkeit von der Zeit oder nach Zeit und Abstand eingezeichnet. Die lineare Regression wird auf den Plot oder die Daten angewendet, wodurch eine Ausgleichsgerade für die Daten bereitgestellt wird. Die Steigung der Linie zeigt die Scherwellengeschwindigkeit an.
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Da Geschwindigkeiten für unterschiedliche Frequenzbänder bereitgestellt werden, wird die Dispersion der Schergeschwindigkeit nach Frequenz bereitgestellt. Eine Ableitung oder ein anderes Merkmal dieser Dispersionskurve oder -linie zeigt die Dispersion an.
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In Handlung 40 wird der Fettanteil für das Gewebe geschätzt. Der Fettanteil ist abhängig von der berechneten Eigenschaft der Scherwelle. Eine beliebige Funktion kann verwendet werden. In einer Ausführungsform wird eine experimentell bestimmte Beziehung zwischen der Eigenschaft und dem Fettanteil verwendet. Auf Basis des MRI-PDFF und/oder von Leberbiopsie-Messungen wird der tatsächliche Wert des Fettanteils in der Leber bestimmt. Die Beziehung einer per Ultraschall gemessenen Scherwelleneigenschaft (z. B. Dämpfung) zu dem tatsächlichen Fettanteil wird bestimmt. Die Beziehung wird verwendet, um den Fettanteil auf Basis der Eigenschaft in nachfolgenden Messungen zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen wird eine theoretische oder manuell eingestellte Funktion verwendet.
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Der Prozessor berechnet einen Wert für den Fettanteil für jeden Ort und/oder für die ROI. Unter Verwendung einer Nachschlagetabelle wird die Eigenschaft auf einen Wert des Fettanteils abgebildet. Eine andere Abbildungsweise kann verwendet werden, beispielsweise das Berechnen des Fettanteils unter Verwendung der Eigenschaft in einer die Beziehung darstellenden Kurve. Statistiken, eine maschinell erlernte Funktion, unscharfe Logik oder andere Abbildungsweisen können verwendet werden.
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Jede der Eigenschaften kann alleine verwendet werden, um den Fettanteil zu schätzen. So kann beispielsweise die Dämpfung verwendet werden, um den Fettanteil zu schätzen. Mittenfrequenz, Bandbreite oder beide können verwendet werden, um den Fettanteil zu schätzen. Ein beliebiges Merkmal einer Kurve oder ein anderes Maß können verwendet werden.
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Eine Kombination von Eigenschaften kann verwendet werden. So wird beispielsweise der aus zwei oder mehr Eigenschaften getrennt geschätzte Fettanteil gemittelt. In einem anderen Beispiel ist die Abbildung des Fettanteils von den zwei oder mehr Eigenschaften abhängig.
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Es können auch andere Werte als der Fettanteil geschätzt werden. So kann beispielsweise der Grad der Fibrose in der Leber geschätzt werden. Eine Geschwindigkeit oder ein Geschwindigkeitsmerkmal in Abhängigkeit vom Ort kann die Fibrosemenge anzeigen. In einem anderen Beispiel kann eine Kombinationen von Eigenschaften der Scherwelle, beispielsweise Geschwindigkeit und Dämpfung, verwendet werden, um das Fett und den Grad der Fibrose zu schätzen. Beide Eigenschaften werden verwendet, um Fett und Fibrose zu schätzen. Eine iterative Lösung kann bereitgestellt werden, bei der Fett und Fibrose in Beziehung zueinander stehen.
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In Handlung 42 wird ein Bild des Fettanteils generiert. Ein Wert, der den geschätzten Fettanteil repräsentiert, wird auf einem Bildschirm angezeigt. Alternativ oder zusätzlich wird eine den geschätzten Fettanteil repräsentierende Grafik (z. B. eine Kurve oder ein Symbol) angezeigt. Ein Verweis auf eine Skala oder andere Verweise können angezeigt werden. In anderen Ausführungsformen wird der Fettanteil in Abhängigkeit vom Ort nach Farbe, Helligkeit, Farbton, Leuchtdichte oder einer anderen Modulation von Anzeigewerten in einer zweidimensionalen Darstellung angezeigt.
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Der Fettanteil wird alleine oder mit anderen Scherwelleninformationen angegeben. So wird beispielsweise eine Scherwellenbildgebung durchgeführt. Die Scherwellengeschwindigkeit, der Modulus oder andere Informationen, die aus der Gewebereaktion auf eine Scherwelle bestimmt werden, werden angezeigt. Eine beliebige Scherwellenbildgebung kann verwendet werden. Das angezeigte Bild repräsentiert Scherwelleninformationen für die Region von Interesse oder für die gesamte Bildgebungsregion. In den Fällen, in denen beispielsweise die Schergeschwindigkeitswerte für alle Rasterpunkte in einer Region von Interesse oder einem Sichtfeld bestimmt werden, repräsentieren die Pixel der Anzeige die Scherwellengeschwindigkeiten für die betreffende Region. Das Anzeigeraster kann von dem Abtastraster und/oder dem Raster, für das Verlagerungen berechnet werden, differieren.
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Die Scherwelleninformationen werden für eine Farbüberlagerung oder eine andere Modulation von Anzeigewerten verwendet. Farbe, Helligkeit, Leuchtdichte, Farbton oder andere Anzeigemerkmale werden in Abhängigkeit von dem Scherwellenmerkmal, beispielsweise der Scherwellengeschwindigkeit moduliert. Das Bild repräsentiert eine zwei- oder dreidimensionale Region von Orten. Die Scherdaten liegen in einem Anzeigeformat vor oder können im Rahmen der Abtastung in ein Anzeigeformat umgewandelt werden.
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Bei den Scherdaten handelt es sich um Farb- oder Graustufendaten; es kann sich aber auch um Daten vor dem Abbilden mit einer Grau- oder Farbskala handeln. Die Informationen können linear oder nichtlinear auf die Anzeigewerte abgebildet werden.
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Das Bild kann andere Daten beinhalten. So werden beispielsweise Scherwelleninformationen über oder mit B-Modus-Informationen angezeigt. B-Modus-Daten oder andere Daten, welche Gewebe, ein Fluid oder Kontrastmittel in derselben Region repräsentieren, können eingeschlossen werden, beispielsweise beim Anzeigen von B-Modus-Daten für beliebige Orte mit einer Scherwellengeschwindigkeit unterhalb eines Schwellwerts oder mit schlechter Qualität. Die anderen Daten unterstützen den Benutzer beim Bestimmen des Ortes der Scherinformationen. In anderen Ausführungsformen wird das Scherwellenmerkmal als ein Bild ohne andere Daten angezeigt.
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Der zusätzliche Fettanteil wird im Wesentlichen gleichzeitig mit der Scherwellenbildgebung angezeigt. Im Wesentlichen berücksichtigt die visuelle Wahrnehmung der Ansicht. Das Anzeigen von zwei Bildern in Folge mit ausreichender Frequenz kann es dem Betrachter ermöglichen, die Bilder so wahrzunehmen als würden sie zur gleichen Zeit angezeigt.
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Ein beliebiges Format für eine im Wesentlichen gleichzeitige Anzeige kann verwendet werden. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Scherwellenbild um ein zweidimensionales Bild. Der Fettanteil liegt in Form von Text, einer Grafik, einem zweidimensionalen Bild oder als anderer Indikator für die Werte der Fettanteilschätzung vor. Ein Cursor oder eine andere Ortsauswahl kann relativ zu dem Scherbild positioniert werden. Der Cursor zeigt die Auswahl eines an die Scherwellengeschwindigkeitsinformationen gekoppelten Ortes an.
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So wählt der Benutzer beispielsweise ein Pixel, das an eine innere Region einer Verletzung, einer Zyste, einer Einlagerung oder einer anderen Struktur gekoppelt ist. Der Fettanteil für den gewählten Ort wird dann als ein Wert, als ein Zeiger entlang einer Skala oder als eine andere Angabe angezeigt.
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In einer anderen Ausführungsform werden Scherwellen- und Fettanteilbilder im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt. So wird beispielsweise eine Anzeige mit zwei Bildschirmbereichen verwendet. Das Scherwellenbild (z. B. die Scherwellengeschwindigkeit) wird in einem Bereich des Bildschirms angezeigt. Der Fettanteil in Abhängigkeit von dem Ort wird in einem anderen Bereich des Bildschirms angezeigt. Der Benutzer kann die verschiedenen Bilder auf dem Bildschirm zur Diagnose sichten. Die zusätzlichen Informationen helfen bei der Benutzerdiagnose der Region.
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7 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung. Das System 10 implementiert das Verfahren aus 1 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sende-Beamformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangs-Beamformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeige 20 und einen Speicher 22. Gegebenenfalls werden zusätzliche, andere oder weniger Komponenten bereitgestellt. So wird beispielsweise eine Benutzereingabe für die Benutzerinteraktion mit dem System bereitgestellt.
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Bei dem System 10 handelt es sich um ein Ultraschall-Bildgebungssystem für die medizinische Diagnose. In alternativen Ausführungsformen handelt es sich bei dem System 10 um einen Personalcomputer, einen Arbeitsplatzrechner, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung an demselben Standort oder eine über ein Netzwerk verteilte Anordnung für die Echtzeit-Bildgebung oder die Bildgebung nach Erfassung.
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Bei dem Sende-Beamformer 12 handelt es sich um einen Ultraschallsender, einen Speicher, einen Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen derselben. Der Sende-Beamformer 12 kann eingesetzt werden, um Wellenformen für mehrere Kanäle mit unterschiedlichen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasen zu generieren. Bei Übertragung von akustischen Wellen von dem Wandler 14 als Reaktion auf die generierten elektrischen Wellenformen werden ein oder mehrere Strahlen gebildet. Eine Folge von Sendestrahlen wird generiert, um eine zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Sektorabtastung, Vector®-Abtastung, lineare Abtastung oder andere Abtastformate können verwendet werden. Dieselbe Region wird mehrfach abgetastet. Bei der Flussbildgebung oder der Doppler-Bildgebung und bei der Scherwellenbildgebung wird eine Folge von Abtastungen entlang derselben Linie oder Linien verwendet. Bei der Doppler-Bildgebung kann die Folge mehrere Strahlen entlang derselben Abtastlinie umfassen, bevor eine angrenzende Abtastlinie abgetastet wird. Bei der Scherwellenbildgebung kann eine Abtast- oder Rahmenverschachtelung verwendet werden (d. h. vor dem erneuten Abtasten wird die gesamte Region abgetastet). Eine Linien- oder Liniengruppenverschachtelung kann verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen generiert der Sende-Beamformer 12 eine ebene Welle oder eine divergierende Welle, um eine schnellere Abtastung zu erzielen.
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Derselbe Sende-Beamformer 12 generiert Impulserregungen oder elektrische Wellenformen für das Erzeugen von akustischer Energie, um eine Verlagerung zu verursachen. Elektrische Wellenformen für akustische Strahlungskraftimpulse werden generiert. In alternativen Ausführungsformen wird ein anderer Sende-Beamformer für das Generieren der Impulserregung bereitgestellt. Der Sende-Beamformer 12 bewirkt, dass der Wandler 14 Druckimpulse oder akustische Strahlungskraftimpulse generiert.
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Bei dem Wandler 14 handelt es sich um ein Array für das Generieren akustischer Energie aus elektrischen Wellenformen. Bei einem Array fokussieren relative Verzögerungen die akustische Energie. Ein gegebenes Sendeereignis entspricht der Übertragung von akustischer Energie durch verschiedene Elemente zu einer aufgrund der Verzögerungen im Wesentlichen identischen Zeit. Das Sendeereignis stellt einen Impuls aus Ultraschallenergie für das Verlagern des Gewebes bereit. Bei dem Impuls handelt es sich um eine Impulserregung oder einen Verfolgungsimpuls. Die Impulserregung umfasst Wellenformen mit vielen Zyklen (z. B. 500 Zyklen), aber das erfolgt in einer relativ kurzen Zeit, um eine Gewebeverlagerung über eine längere Zeit zu verursachen. Bei einem Verfolgungsimpuls kann es sich um eine B-Modus-Übertragung handeln, beispielsweise unter Verwendung von 1–5 Zyklen. Die Verfolgungsimpulse werden verwendet, um eine Region eines Patienten abzutasten.
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Bei dem Wandler 14 handelt es sich um ein 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionales Array von piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Der Wandler 14 umfasst mehrere Elemente für das Umwandeln zwischen akustischer und elektrischer Energie. Empfangssignale werden als Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) generiert, welche auf die Elemente des Wandlers 14 trifft. Die Elemente sind mit Kanälen des Sende-Beamformers 12 und des Empfangs-Beamformers 16 verbunden. Alternativ wird ein einzelnes Element mit mechanischer Fokussierung verwendet.
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Der Empfangs-Beamformer 16 umfasst mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungen, und/oder Phasendrehern sowie einen oder mehrere Summer. Jeder Kanal ist mit einem oder mehreren Wandlerelementen verbunden. Der Empfangs-Beamformer 16 ist durch Hardware oder Software so konfiguriert, dass er relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation anwendet, um einen oder mehrere Empfangsstrahlen als Reaktion auf jede Bildgebungs- oder Verfolgungsübertragung zu bilden. Der Empfangsbetrieb erfolgt unter Umständen nicht für Echos von der Impulserregung, welche verwendet wird, um Gewebe zu verlagern. Der Empfangs-Beamformer 16 gibt unter Verwendung der Empfangssignale Daten aus, welche räumliche Orte repräsentieren. Relative Verzögerungen und/oder Phasen und die Summierung von Signalen von verschiedenen Elementen stellen die Strahlformung bereit. In alternativen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Empfangs-Beamformer 16 um einen Prozessor für das Generieren von Stichproben unter Verwendung des Fourier-Verfahrens oder anderer Transformationsverfahren.
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Der Empfangs-Beamformer 16 kann einen Filter umfassen, beispielsweise einen Filter zum Isolieren von Informationen in einem zweiten harmonischen Frequenzband oder einem anderen Frequenzband relativ zu dem Übertragungsfrequenzband. Solche Informationen können mit höherer Wahrscheinlichkeit die gewünschten Gewebe-, Kontrastmittel- und/oder Flussinformationen enthalten. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Empfangs-Beamformer 16 einen Speicher oder Puffer und einen Filter oder Addierer. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen in einem gewünschten Frequenzband zu isolieren, beispielsweise einem zweiten harmonischen Frequenzband, einem kubischen Grundfrequenzband oder einem anderen Frequenzband.
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In Koordination mit dem Sende-Beamformer 12 generiert der Empfangs-Beamformer 16 Daten, welche die Region zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren. Nach der akustischen Impulserregung generiert der Empfangs-Beamformer 16 Strahlen, welche Orte entlang mehrerer Linien zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren. Durch Abtasten der Region von Interesse mit Ultraschall werden Daten (z. B. strahlgeformte Stichproben) generiert. Durch Wiederholen des Abtastvorgangs werden Ultraschalldaten, welche die Region zu unterschiedlichen Zeiten nach der Impulserregung repräsentieren, erfasst.
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Der Empfangs-Beamformer 16 gibt strahlensummierte Daten aus, welche räumliche Orte repräsentieren. Daten für einen einzelnen Ort, mehrere Orte entlang einer Linie, mehrere Orte für einen Bereich oder mehrere Orte für einen dreidimensionalen Raumbereich werden ausgegeben. Eine dynamische Fokussierung kann bereitgestellt werden. Die Daten können verschiedenen Zwecken dienen. So werden beispielsweise andere Abtastungen für B-Modus-Daten oder Gewebedaten durchgeführt als für Verlagerungen. Alternativ können die B-Modus-Daten auch verwendet werden, um eine Verlagerung zu bestimmen. In einem weiteren Beispiel werden Daten für die Fettanteilschätzung und die Scherwellenbildgebung mit einer Reihe von gemeinsamen Abtastungen erfasst, und die B-Modus- oder Doppler-Abtastung wird getrennt oder unter Verwendung einiger derselben Daten durchgeführt.
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Bei dem Prozessor 18 handelt es sich um einen B-Modus-Detektor, einen Doppler-Detektor, einen gepulsten Doppler-Detektor, einen Korrelationsprozessor, einen Fourier-Transformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen allgemeinen Prozessor, einen Steuerprozessor, einen Bildprozessor, ein feldprogrammierbares Gate-Array, einen digitalen Signalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen derselben oder andere bereits bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Geräte für das Erkennen und Verarbeiten von Informationen zur Anzeige von strahlgeformten Ultraschallstichproben. In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen getrennten Prozessor. Bei dem getrennten Prozessor handelt es sich um einen Steuerprozessor, einen allgemeinen Prozessor, einen digitalen Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, ein Netzwerk, einen Server, eine Gruppe von Prozessoren, einen Datenpfad, Kombinationen derselben oder andere bereits bekannte oder zu einem späteren Zeitpunkt entwickelte Geräte für das Bestimmen von Verlagerungen, das Identifizieren der Größe einer Verlagerung, das Berechnen der Reisezeit, das Berechnen der Scherwellengeschwindigkeit, das Berechnen von einer oder mehreren anderen Eigenschaften der Scherwellenausbreitung und/oder das Schätzen des Fettanteils. So wird beispielsweise der getrennte Prozessor durch Hardware und/oder Software so konfiguriert, dass er eine beliebige Kombination von einer oder mehreren der in 1 gezeigten Handlungen durchführt.
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Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er eine durch die akustische Impulserregung induzierte Gewebeverlagerung schätzt. Unter Verwendung von Korrelation, Verfolgung, Bewegungserkennung oder anderen Verlagerungsmessungen wird der Wert der Positionsverschiebung des Gewebes geschätzt. Die Schätzung wird über einen bestimmten Zeitraum mehrfach durchgeführt, beispielsweise ab dem Zeitpunkt vor der Gewebebewegung aufgrund des Impulses bis zu dem Zeitpunkt, nachdem das Gewebe überwiegend oder vollständig in den entspannten Zustand zurückgekehrt ist (z. B. wenn sich das Gewebe von dem durch die Impulserregung verursachten Druck erholt hat).
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Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er ein Scherwellenmerkmal berechnet, beispielsweise die Dämpfung, die Mittenfrequenz, die Bandbreite und/oder die Dispersion der Scherwelle. Die Dämpfung, die Mittenfrequenz, die Bandbreite oder Kombinationen derselben werden aus den Gewebeverlagerungen berechnet. So wird beispielsweise die Dämpfung aus der Steigung der Verteilung einer maximalen Größe der Scherwelle entlang einer Ausbreitungsrichtung berechnet. Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er die maximale Verlagerung des Verlagerungsprofils findet. In einem anderen Beispiel werden die Mittenfrequenz und die Bandbreite aus einem Spektrum der Gewebeverlagerungen über Zeit für jeden von mehreren Orten berechnet. Der Prozessor 18 wendet eine Fourier-Transformation auf die Verlagerungen über Zeit an. In wieder einem anderen Beispiel können eine Filterbank oder ein Speicher und programmierbarer Filter durch den Prozessor 18 implementiert oder mit dem Prozessor 18 verwendet werden, um ein Merkmal der Schergeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz zu bestimmen.
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Der Prozessor 18 bestimmt die Fettanteilschätzung aus der Dämpfung, der Mittenfrequenz, der Bandbreite oder einer anderen Eigenschaft der Scherwelle oder Kombinationen derselben. So wird beispielsweise die Dämpfung verwendet, um einen Fettanteil auf Basis einer empirisch bestimmten Beziehung aufzusuchen. Die Dämpfung kann eine 83- bis 85-prozentige Korrelation mit MRI-basierten Messungen des Fettanteils aufweisen. In gleicher Weise kann die Bandbreite eine etwa 75-prozentige Korrelation mit MRI-basierten Messungen des Fettanteils aufweisen. Es können auch größere oder kleinere Korrelationen bereitgestellt werden.
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Die Scherwellengeschwindigkeit und/oder der Modulus können zusätzlich berechnet werden. Bei der Geschwindigkeit wird das Maximum oder eine andere Verlagerung verwendet, um eine Reisezeit der Scherwelle zu bestimmen. Die Geschwindigkeit wird unter Verwendung der Entfernung und der Reisezeit berechnet. Die Geschwindigkeit wird für eine beliebige Anzahl von Orten bestimmt.
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Der Prozessor 18 ist so konfiguriert, dass er ein oder mehrere Bilder generiert. So wird beispielsweise ein Bild für die Scherwellengeschwindigkeit generiert. Das Bild für die Scherwellengeschwindigkeit wird als Überlagerung oder Region von Interesse innerhalb eines B-Modus-Bildes dargestellt. Die Scherwellengeschwindigkeit moduliert die Farbe an Orten in der Region von Interesse. In den Fällen, in denen die Scherwellengeschwindigkeit unterhalb eines Schwellwerts liegt, können die B-Modus-Informationen ohne Modulation durch die Scherwellengeschwindigkeit angezeigt werden.
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Andere Informationen werden in das Bild aufgenommen oder der Reihe nach oder im Wesentlichen gleichzeitig angezeigt. So wird beispielsweise ein Bild der Fettanteilschätzung zur gleichen Zeit angezeigt wie die Scherwellengeschwindigkeit. Jedes dieser Bilder wird als Farbüberlagerung in der Region von Interesse in B-Modus-Bildern generiert. Die Geschwindigkeit und der Fettanteil können als einzelne Überlagerung auf einem B-Modus-Bild kombiniert werden. Alternativ kann der Fettanteil als Text oder als numerischer Wert neben oder als Überlagerung auf einem Bild für die B-Modus- oder Scherwellenbildgebung angezeigt werden. Der Prozessor 18 kann so konfiguriert werden, dass er andere Anzeigen generiert. So wird beispielsweise das Bild für die Scherwellengeschwindigkeit neben einer Grafik, dem Text oder grafischen Indikatoren des Fettanteils und/oder des Grades des Fibrose angezeigt. Die Informationen werden zusätzlich zu der Scherwellengeschwindigkeit für einen oder mehrere Orte der Region von Interesse dargestellt, ohne dass dies in einer getrennten zwei- oder dreidimensionalen Darstellung erfolgt.
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Der Prozessor 18 arbeitet gemäß Anweisungen, welche in dem Speicher 22 oder in einem anderen Speicher für die Fettanteilschätzung anhand der Scherwellenausbreitung gespeichert sind. Bei dem Speicher 22 handelt es sich um ein nichttransitorisches computer-lesbares Speichermedium. Die Befehle für das Implementieren der hier besprochenen Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf computer-lesbaren Speichermedien oder auf Speichern bereitgestellt, beispielsweise einem Cache-Speicher, einem Pufferspeicher, einem RAM-Speicher, Wechselmedien, einem Festplattenlaufwerk oder anderen computer-lesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren dargestellten oder hierin beschriebenen Funktionen, Handlungen oder Aufgaben werden als Antwort auf einen oder mehrere Befehlssätze ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Handlungen oder Aufgaben sind unabhängig von der jeweiligen Art von Befehlssatz, Speichermedien, Prozessor oder Verarbeitungsstrategie und können von Software, Hardware, integrierten Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, sei es im alleinigen oder im kombinierten Betrieb. In gleicher Weise können die Verarbeitungsstrategien eine Simultanverarbeitung, einen Mehrprozessbetrieb, eine Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform werden die Befehle auf einem Wechselmediengerät für das Auslesen durch lokale oder nichtlokale Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen werden die Anweisungen an einem entfernten Standort für die Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. In wieder anderen Ausführungsformen werden die Anweisungen in einem gegebenen Computer, einer CPU, einer GPU oder einem System gespeichert.
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Bei der Anzeige 20 handelt es sich um eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), einen Projektor, eine Plasmaanzeige oder eine andere Anzeige für das Anzeigen von zweidimensionalen Bildern oder dreidimensionalen Darstellungen. Die zweidimensionalen Bilder stellen eine räumliche Verteilung in einem Bereich dar. Die dreidimensionalen Darstellungen werden auf Basis von Daten ausgegeben, welche die räumliche Verteilung in einem dreidimensionalen Raumbereich repräsentieren. Die Anzeige 20 wird durch den Prozessor 18 oder ein anderes Gerät durch Eingabe der als ein Bild anzuzeigenden Signale konfiguriert. Die Anzeige 20 zeigt ein Bild an, welches die Scherung für verschiedene Orte in einer Region von Interesse oder ein gesamtes Bild darstellt. Die Anzeige 20 zeigt Informationen zum Fettanteil an.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung vorstehend durch Verweise auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wird, sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangehende ausführliche Beschreibung eher erläuternd als einschränkend angesehen wird, und es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, den Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung definieren sollen.
