DE102015116500A1

DE102015116500A1 - Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung

Info

Publication number: DE102015116500A1
Application number: DE102015116500.7A
Authority: DE
Inventors: David P. Duncan; Manoj G. Menon
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2016-03-31
Also published as: JP6207562B2; KR102014504B1; JP2016067929A; US20160089116A1; CN105455843A; US10456116B2; KR20160039138A; CN105455843B

Abstract

Es wird eine Unterdrückung (52) von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung vorgesehen, wie etwa bei der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung (60). Unter Verwendung einer Transformation oder eines anderen Verfahrens werden die Daten eines Frames von Daten entlang der Steuerungsrichtung projiziert (54). Die Projektion wird dazu benutzt, Gewichtungen zu bestimmen (56). Der Frame wird mit den projektionsbasierten Gewichtungen gewichtet (58), wodurch auf dem einen Frame basierende und nicht auf der Speicherung zusammen mit anderen Frames basierende Schatten verringert (52) oder beseitigt werden. In dem Beispiel der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung (60) kann es sein, dass ein zusammengesetzter Frame mit Teil-Frames mit unabhängig voneinander unterdrückten Schatten wenig oder keine gabelförmigen Bild-Artefakte durch Abschattungen aufweist.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft die Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung.
Ultraschall-Abschattungen werden durch schlechte Übertragung akustischer Energie oder durch hohe Reflexion von streuenden Objekten verursacht. Zum Beispiel kann dichtes Gewebe einen Schatten verursachen, der das Echo von dem Gewebe verdeckt, das vom Schallkopf durch das dichte Gewebe getrennt ist. Als weiteres Beispiel treten Abschattungen durch schlechten Kontakt des Schallkopfes auf. Die Schatten selbst erscheinen als Bereiche geringer Echogenität, die typischerweise stark mit der Übertragungsrichtung korreliert sind.
Schatten können bei verschiedenen Arten der Bildgebung auftreten, wie etwa bei der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung. Ein Teil-Frame von Daten wird erfasst, indem entlang Abtastlinien in einem Winkel relativ zum Schallkopf abgetastet wird. Ein zweiter Teil-Frame von Daten wird erfasst, indem entlang Abtastlinien in einem anderen Winkel abgetastet wird. Die Frames erfasster Daten werden zusammengesetzt und als ein Bild angezeigt. Bei der Bildgebung mit gesteuerter räumlicher Zusammensetzung erzeugen Schatten gabelähnliche Bildartefakte, da die Schatten dazu tendieren, den Mittelwert des zusammengesetzten Bildes an den Orten der Schatten zu verringern. Durch diese Verringerung können Anatomie-Informationen verloren gehen. Um Abschattungen bei gesteuerter räumlicher Zusammensetzung zu verringern, können Unterschiede zwischen Teilbildern mit gesteuerter räumlicher Zusammensetzung benutzt werden, um Schatten zu erkennen. Es kann jedoch sein, dass keine richtige räumliche Bilderfassung erzielt wird, was zu einer schlechten Erkennung von Schatten führt.
Kurze Zusammenfassung
Als Einleitung umfassen die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, computerlesbare Medien, Instruktionen und Systeme für die Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung. Unter Verwendung einer Transformation oder eines anderen Verfahrens werden die Daten eines Frames (z. B. ein Bild-Frame) entlang der Steuerungsrichtung projiziert. Die Projektion wird dazu benutzt, Gewichtungen zu bestimmen. Der Frame wird mit den projektionsbasierten Gewichtungen gewichtet, wodurch auf dem einen Frame selbst basierende Schatten verringert oder beseitigt werden. In dem Beispiel der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung kann es sein, dass ein zusammengesetztes Bild mit Teil-Frames mit unabhängig voneinander unterdrückten Schatten wenig oder keine gabelförmigen Bild-Artefakte durch Abschattungen aufweist.
In einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung vorgesehen. Es wird ein Schallkopf benutzt, um gesteuerte Teil-Frames von Daten zu erfassen. Die gesteuerten Teil-Frames von Daten repräsentieren einen Überlappungsbereich eines Patienten und reagieren auf verschiedene Bildgebungswinkel. Für die gesteuerten Teil-Frames von Daten projiziert ein Prozessor die Daten entlang der jeweiligen Bildgebungswinkel in Projektionen. Die gesteuerten Teil-Frames von Daten werden mit Kerneln gewichtet, die eine Funktion der jeweiligen Projektionen sind. Der Prozessor setzt die gewichteten Teil-Frames von Daten zusammen. Ein Bild des Überlappungsbereichs des Patienten wird aus einem Ergebnis der Zusammensetzung erzeugt.
In einem zweiten Aspekt sind in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, die Instruktionen repräsentieren, die durch einen programmierten Prozessor zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung ausgeführt werden können. Das Speichermedium enthält Instruktionen zum Steuern des räumlichen Zusammensetzens von Teil-Frames durch ein Ultraschall-System zur Ultraschall-Bildgebung; und zum Verringern von Schatten durch das Ultraschall-System in mindestens einem der Teil-Frames unabhängig von den anderen Teil-Frames.
In einem dritten Aspekt wird ein System zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung vorgesehen. Ein Beamformer ist in der Weise betriebsfähig, dass er eine Sequenz von gesteuerten Frames von Daten erfasst, die auf verschiedene Steuerungswinkel von einer im Wesentlichen gleichen Schallkopf-Position reagiert und einen Überlappungsbereich repräsentiert. Ein Prozessor ist gestaltet, die gesteuerten Teil-Frames von Daten entlang der Steuerungswinkel in Projektionsbilder zu projizieren, die gesteuerten Teil-Frames von Daten als eine Funktion der Projektionsbilder zu gewichten und aus den gewichteten gesteuerten Teil-Frames von Daten ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Ein Bildschirm ist in der Weise betriebsfähig, dass er das zusammengesetzte Bild anzeigt.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt darf als Einschränkung dieser Ansprüche genommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, der Schwerpunkt wurde stattdessen auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Ausführungsformen gelegt. Außerdem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugsnummern entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung;
2 ist eine beispielhafte Darstellung von drei gesteuerten Teil-Frames von Daten;
3 ist ein Beispiel-Ultraschallbild mit Abschattungen;
4 ist ein Beispiel-Projektionsbild, das aus dem Ultraschallbild aus 3 abgeleitet wurde;
5 ist das Beispiel des Ultraschallbildes aus 3, jedoch gewichtet unter Verwendung des Projektionsbildes aus 4;
6 ist ein Beispiel für ein gesteuert zusammengesetztes Ultraschallbild eines Phantoms mit Schatten-Artefakten aus drei Teilbildern;
7 ist das Beispiel des gesteuert zusammengesetzten Ultraschallbildes aus 6 nach der Unterdrückung von Schatten in den Teilbildern;
8 ist ein Beispiel für ein gesteuert zusammengesetztes Ultraschallbild eines Patienten mit Schatten-Artefakten aus drei Teilbildern;
9 ist das Beispiel des gesteuert zusammengesetzten Ultraschallbildes aus 8 nach der Unterdrückung von Schatten in den Teilbildern; und
10 ist ein Blockschaltbild eines Systems zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung gemäß einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Die empfangenen Bilddaten eines einzelnen Frames werden transformiert, und es wird ein Projektionsbild erzeugt, wobei die Kenntnis des Sende-Bildgebungswinkels verwendet wird. Das transformierte Projektionsbild wird dann dazu benutzt, Gewichtungen zu erzeugen. Die Kenntnis der Richtung des Sendewinkels und die entsprechenden Transformations-Projektionsbilder werden dazu benutzt, die Gewichtungen der Bilder der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung zu bestimmen. Die Gewichtungen werden dazu benutzt, die ursprünglich empfangenen Bilddaten auszugleichen. Bei diesem Verfahren ist es nicht erforderlich, Bilder zur Reduktion von Schatten zu speichern, da Schatten unterdrückt werden, indem die Originalbilder unter Verwendung ihrer jeweiligen Projektionsbilder gewichtet werden. Die Gewichtungen zur Verringerung von Schatten werden pro Frame erzeugt, sogar für die gesteuerte Zusammensetzung.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung. Die Ausführungsformen werden nachstehend im Kontext der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung beschrieben. In anderen Ausführungsformen wird eine Unterdrückung von Schatten für Bildgebungs-Modalitäten mit einem oder mehreren Frames, wie etwa B-Mode-Bildgebung, vorgesehen.
Das Verfahren wird durch das System von 10 oder ein anderes System ausgeführt. Ein Ultraschall-Bildgebungssystem zur medizinischen Diagnose kann das Verfahren ausführen, zum Beispiel durch Verwendung eines Schallkopfes und eines Beamformers zum Abtasten des Patienten in unterschiedlichen Steuerungswinkeln, eines Detektors (z. B. B-Mode-Detektor), um Daten für Frames von Daten zu erfassen, eines Prozessors zum Unterdrücken von Schatten und zum Zusammensetzen der Teil-Frames von Daten zu einem zusammengesetzten Frame von Daten, und eines Bildschirms zum Anzeigen eines Bildes, das aus dem zusammengesetzten Frame von Daten erzeugt wurde. Es können andere Systeme verwendet werden, wie etwa ein Computer zum Empfangen von Teil-Frames und zum Ausgeben eines zusammengesetzten Frames mit verringertem Schatten.
Das Verfahren wird in der gezeigten Reihenfolge oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt. Zusätzliche, andere oder weniger Vorgänge können vorgesehen sein. Zum Beispiel wird Vorgang 56 nicht ausgeführt, wenn die Projektion in Vorgang 54 selbst die Gewichtungen des Kernels vorsieht. Als weiteres Beispiel wird Vorgang 62 nicht ausgeführt. In noch einem anderen Beispiel wird eine weitere Verarbeitung vorgesehen, wie etwa Erfassung und Abtast-Umwandlung.
In Vorgang 50 werden Teil-Frames von Daten mit Ultraschall unter Verwendung eines Schallkopfes erfasst. Die Teil-Frames von Daten weisen eine unterschiedliche räumliche Antwort auf. Die Teil-Frames von Daten werden elektrisch, mechanisch oder durch räumliches Positionieren des Schallkopfes gesteuert. Jeder oder mehrere der gesteuerten Teil-Frames von Daten werden in unterschiedlichen Steuerungswinkeln erfasst. Zum Beispiel zeigt 2 drei elektronisch gesteuerte Frames 70, 72 und 74 von Daten, die als Antwort auf drei unterschiedliche Steuerungswinkel (siehe die Strahllinie für jeden Frame 70, 72, 74) erfasst wurden, oder Abtastmuster mit einer oder mehreren Abtastlinien in einem unterschiedlichen Steuerungswinkel. Jeder der Teil-Frames von Daten überdeckt im Wesentlichen eine gleiche räumliche Ausdehnung eines Bereichs eines Objektes, indem der Schallkopf mit oder ohne absichtliches Schwanken in derselben Position gehalten wird. Eine Mehrheit, über 90% oder fast der gesamte abgetastete Bereich für jeden der Teil-Frames von Daten überlappt sich mit den abgetasteten Bereichen der anderen Teil-Frames (siehe den gestrichelten Kasten).
Einer der Teil-Frames von Daten reagiert auf mindestens einen anderen Abtastlinien-Winkel relativ zu mindestens einem Ort in dem abgetasteten Bereich als ein anderer der Teil-Frames von Daten. Für mindestens einige Orte im Patienten befinden sich die sich schneidenden Abtastlinien der verschiedenen Teil-Frames in unterschiedlichen Winkeln, mindestens für zwei der Teil-Frames. Durch Beschallen des Ortes mit Ultraschall aus verschiedenen Richtungen werden unterschiedliche räumliche Antworten vorgesehen.
In alternativen Ausführungsformen wird der Schallkopf bei der Erfassung sequenzieller Teil-Frames von Daten bewegt, wie verbunden mit der Bildgebung mit erweitertem Sichtfeld. Wo nichtlineare Abtastmuster benutzt werden, wo der Schallkopf sowohl gedreht als auch verschoben wird, oder wo mehrere Schallköpfe räumlich positioniert werden, um die Objektbilder zu erfassen, können unterschiedliche Teil-Frames von Daten Überlappungsbereiche aus verschiedenen Winkeln repräsentieren, wodurch unterschiedliche räumliche Antworten vorgesehen werden. Durch Kombinieren der Daten für die Überlappungsbereiche wird ein gesteuertes Zusammensetzen vorgesehen.
Es werden zwei oder mehr Frames von Daten erfasst, die denselben oder unterschiedliche Bereiche darstellen. Zum Beispiel sind die Abtastlinien von drei Teil-Frames von Daten jeweils mit einem unterschiedlichen Bereich oder einer unterschiedlichen Abtast-Geometrie verbunden. Die Abtastlinien können in einem beliebigen Format erfasst werden, wie linear, kurvenförmig, Sector Curved Sector, Vector^®, Curved Vector^® und Kombinationen davon. Zum Beispiel werden mit einem linearen Schallkopf erfasste Abtastlinien in drei verschiedenen Winkeln (z. B. +/–10 Grad und normal) in einem linearen oder allgemein rechteckigen oder Parallelogramm-Abtastformat für jeweils drei Teil-Frames von Daten gesteuert.
Für einen Teil-Frame von Daten entstammen die Abtastlinien unterschiedlichen Positionen auf dem Schallkopf, aber zwei oder mehr Abtastlinien können derselben Position entstammen. Bei Verwendung des linearen Formats sind die Abtastlinien parallel und in derselben Richtung relativ zu den Schnittpunkten der Abtastlinien mit den Ausgangspunkten auf dem Schallkopf. Die Mehrzahl der Abtastlinien jedes Teil-Frames zeigen in dieselbe Richtung. Als weiteres Beispiel werden unterschiedliche Winkel von der Stirnseite des Schallkopfes 14 durch eine Abtast-Scheitelposition auf oder hinter dem Schallkopf 14 für Sektor- oder Vector^®-Formate vorgesehen. Die Dichte der Abtastlinien entlang der Schallkopf-Oberfläche ist entweder gleichmäßig oder ändert sich als Funktion der Position der Abtastlinie. Die Dichte der Abtastlinien kann sich für einen Frame von Daten im Vergleich zu einem anderen Frame von Daten unterscheiden, wie etwa unterschiedliche gleichmäßige Dichten aufweisen oder Unterschiede bei der Änderung der Dichte aufweisen. Jede von verschiedenen Kombinationen von Formaten oder Variationen des Abtastzeilen-Ursprungs oder Winkels innerhalb einer einzelnen Abtastung oder zwischen Abtastungen, die zu räumlicher Vielfalt führt, kann benutzt werden.
Jeder der gesteuerten Teil-Frames von Daten entspricht unterschiedlichen Steuerungswinkeln oder räumlichen Antworten. Zum Beispiel erstreckt sich eine Mehrzahl von Abtastlinien für einen Teil-Frame von Daten in einer ersten Richtung, wie etwa 10 Grad links vom Schallkopf. Die Mehrzahl von Abtastlinien erstreckt sich für einen anderen Teil-Frame von Daten in einem Winkel von 10 Grad rechts vom Schallkopf. Die Mehrzahl von Abtastlinien verläuft für einen dritten Teil-Frame von Daten senkrecht zum Schallkopf. Mit 2, 3, 4 oder mehr Teil-Frames können andere Steuerungswinkel als plus oder minus 10 Grad und Null verwendet werden.
In einer Ausführungsform gehört ein Teil-Frame von Daten zum maximalen Steuerungswinkel, der vom Schallkopf ohne unerwünschte Grating-Lobe-Effekte (Seitenkeulen-Effekte) vorgesehen wird. Ein zweiter Teil-Frame von Daten gehört zum selben Winkel, aber in einer anderen Richtung relativ zum Schallkopf. Zusätzliche Teil-Frames von Daten, falls vorhanden, gehören zu kleineren Steuerungswinkeln. In alternativen Ausführungsformen ist der größte Steuerungswinkel kleiner als der mit dem Schallkopf maximal mögliche. Als weiteres Beispiel unterscheidet sich die Position des Abtastscheitels der Abtastlinien, wie etwa seitlich im Abstand, zwischen zwei Teil-Frames von Daten, was zu unterschiedlichen Steuerungswinkeln führt. Als noch weiteres Beispiel werden die Abtastlinien für jeden Frame von Daten gleich gesteuert, aber der Schallkopf wird um eine Achse gekippt, wie etwa die Azimut-Achse.
In einer Ausführungsform werden sowohl für den Sende- als auch den Empfangsvorgang für jeden gegebenen – Teil-Frame von Daten dieselben oder im Wesentlichen dieselben Abtastlinien verwendet. In alternativen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Abtastlinien für den Sende- und den Empfangsvorgang unterschiedlich. Zum Beispiel wird akustische Energie bei einem linearen Array entlang Abtastlinien gesendet, die senkrecht zum Schallkopf liegen, und entlang Abtastlinien in nicht rechten Winkeln empfangen. Für ein gebogenes Array wird die Energie in einem Format entlang Abtastlinien gesendet und entlang Abtastlinien in einem anderen Format, Muster oder an anderen Positionen empfangen. Als weiteres Beispiel werden dieselben Abtastlinien zum Senden für alle oder mehrere der Teil-Frames von Daten verwendet, aber es wird ein unterschiedliches elektrisches Steuern beim Empfangen jedes oder mehrerer der Teil-Frames von Daten vorgesehen.
Jeder Frame von Daten wird aus Abtastwerten ausgebildet, die das Sichtfeld oder den abgetasteten Bereich darstellen. Der Frame kann für einen zwei- oder dreidimensionalen Bereich sein. Unterschiedliche Frames können auf verschachtelte Weise erfasst werden, wie etwa Erfassen nach Linien oder Gruppen von Linien für einen Frame verschachtelt mit Linien oder Gruppen von Linien für einen anderen Frame.
Einer oder mehrere, wie etwa alle der Teil-Frames können Abschattungs-Artefakte enthalten. Wenn sie zur Erzeugung eines Bildes verwendet werden, enthalten die Daten Abschattungen. 3 zeigt ein Beispiel für Abschattungen in einem Frame von Daten, der unter Verwendung eines linearen Abtastmusters erfasst wurde (d. h. alle Steuerungswinkel sind für den ganzen Frame gleich). Ultraschall von einem Schallkopf wird dazu benutzt, einen Bereich eines Phantoms oder eines Patienten abzutasten. Das Phantombild in 3, hier gezeigt mit auf Farben abgebildeten logarithmisch komprimierten oder B-Mode-Daten, zeigt die Effekte verschiedener Arten von Abschattungen. In diesem Beispiel wird der dunkelste Schatten durch ein Drahtobjekt verursacht, das an der Phantom-Oberfläche zwischen dem Phantom und dem Schallkopf platziert ist, während die anderen beiden Schatten durch nicht optimalen Kontakt des Schallkopfes mit dem Phantom verursacht werden. Luft oder anderes störendes Material verursacht eine größere Dämpfung oder Streuung als anderes weiches Gewebe, so dass Echos mit weniger oder kleinerer Intensität von hinter der Luft oder anderem störenden Material zurückkehren.
Die Schatten befinden sich entlang der Abtastzeilen oder der Steuerungsrichtung. In dem Beispiel in 3 wird ein lineares Abtastmuster benutzt, somit sind die Bildgebungs- oder Steuerungsrichtungen vertikale Linien. Der Draht und der schlechte Schallkopf-Kontakt führen zu einem verringerten Echo entlang drei vertikalen Linien oder Gruppen von Linien. Das durch Abschattung verursachte verringerte akustische Echo wird in 3 wegen der für das B-Mode-Bild benutzen Farb-Abbildung dunkler dargestellt.
In Vorgang 52 werden die Schatten verringert. Die Verringerung von Schatten wird durch ein Ultraschall-System durchgeführt, wie etwa das Ultraschall-System, das zum Erfassen der Teil-Frames in Vorgang 50 benutzt wird. Alternativ führt ein Computer, Prozessor oder eine andere Vorrichtung die Verringerung durch.
Vorgang 52 besteht aus den Vorgängen 54, 56 und 58. In Vorgang 54 wird eine Projektion von einem Frame zum Ausbilden des Kernels in Vorgang 56 vorgesehen. Die Gewichtungen, die den Kernel ausmachen, werden dazu benutzt, den Frame in Vorgang 58 zu gewichten. Zusätzliche, andere oder weniger Vorgänge können vorgesehen sein.
Die Verringerung wird für einen gegebenen Frame von Daten unabhängig durchgeführt. Die Verringerung von Schatten hängt nicht von einem anderen Frame ab. Zum Beispiel wird ein gegebener Frame nicht mit anderen Frames aufgezeichnet, um Schatten zu erkennen. Für die gesteuerte räumliche Zusammensetzung wird die Verringerung von Schatten für ein oder mehrere (z. B. alle) Teil-Frames von Daten durchgeführt. Die Verringerung wird für jeden gegebenen Teil-Frame durchgeführt, ohne andere Frames von Daten zu benutzen. Die Projektion und die Gewichtung für jeden der gesteuerten Teil-Frames von Daten werden unabhängig von den anderen Teil-Frames von Daten durchgeführt.
Im Fall der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung können durch die Hinzufügung von Schatten in den Bildern gabelähnliche Artefakte erzeugt werden, die Details verbergen und zu ablenkenden räumlichen und zeitlichen Varianz-Änderungen führen. Indem bei der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung eine Verringerung von Schatten mit unabhängigen oder einzelnen Frame-Projektionen verwendet wird, werden die Artefakte von jedem Teil-Frame verringert, indem eine Gewichtung auf jeden Teil-Frame angewendet wird. Bei Verwendung der vom Frame unabhängigen Verarbeitung hilft, wenn nur einer der Teil-Frames von Daten einen starken Schatten aufweist, die Kompensation des Schattens in diesem Frame dabei, die Daten der anderen Übertragungen während der Zusammensetzungs-Stufe zu verbessern.
In Vorgang 54 werden die Daten für einen Frame entlang des Bildwinkels oder der Bildwinkel für den Frame projiziert. Ein Prozessor führt die Projektion für einen oder mehrere Teil-Frames von Daten durch. Die Daten werden komprimiert oder die dargestellte Dimension wird verringert. Der Frame wird entlang der Steuerungs- oder Senderichtung(en), die zum Erfassen des Frames von Daten verwendet wird/werden, zusammengelegt. Wo die Projektion für unterschiedliche Teil-Frames von Daten durchgeführt wird, die für die gesteuerte räumliche Zusammensetzung zu benutzen sind, sind die Sendewinkel oder Abtastrichtungen für jeden Frame unterschiedlich. Als Folge davon ist die Projektionsrichtung unterschiedlich.
Der wichtigste Beitrag zur Abschattung ist die Projektion entlang der Übertragungsrichtung. In dem Beispiel in 3 sind die Abtastlinien, die Richtung des Sendewinkels und die Richtung des Empfangswinkels vertikal oder entlang der Tiefenausdehnung. Um Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung schnell und effizient zu kompensieren, werden die Daten des Frames projiziert, um eine Angabe der lateralen Änderung der Intensität oder entlang einer Azimut-Richtung senkrecht zur Tiefenrichtung vorzusehen.
Es kann jede Projektion benutzt werden. In einer Ausführungsform werden die Daten entlang jeder Abtastlinie oder aller Abtastlinien durch das Sichtfeld, die parallel zum oder im Sendewinkel liegen, aufsummiert. Die Summe selbst kann verwendet werden, so dass eine Summe für jede der Abtastlinien oder andere Linien in derselben Richtung wie die Abtastlinien vorgesehen wird. Alternativ wird ein Mittelwert oder eine andere Kombinations-Funktion benutzt. Das Ergebnis ist eine Summe oder ein anderer Wert für jede Linie (z. B. jede Abtastlinie), der die Änderung als eine Funktion der lateralen Richtung für das zweidimensionale Sichtfeld zeigt, das durch den Frame von Daten repräsentiert wird.
In einer anderen Ausführungsform der Projektion wird der Frame von Daten in einen k-Raum transformiert. Die Bilddaten oder der Frame von Daten wird in einen zweidimensionalen Frequenzbereich transformiert. Es kann jede Transformation benutzt werden, wie etwa eine Fourier-, zweidimensionale Fourier-, Fast-Fourier- oder Radon-Transformation. Bei Verwendung der Fourier- oder einer anderen Frequenzbereichs-Analyse suggeriert die lineare Natur der Schatten, dass das meiste der Bildenergie in Zusammenhang mit Schatten-Effekten sich entlang nur weniger Linien im k-Raum befindet, wie Linien nahe der f_x-Achse, wobei f_x eine laterale Frequenz (horizontal im Frequenzbereich) ist.
Die Verwendung der Transformation für die Projektion kann die Auswahl unterschiedlicher Daten oder Informationen erlauben. Zum Beispiel werden zusätzlich zur Auswahl von Daten auf Grundlage der Abtastzeilen Daten ausgewählt, um Störeffekte zu verringern. Es kann ein Bereich von Winkeln anstelle nur des Steuerungswinkels ausgewählt werden (z. B. +/–5 Grad um den Steuerungswinkel). Diese Auswahl kann eine Überkompensation des Schattens in größeren Tiefen verringern. Es kann jede Auswahl im Frequenzbereich benutzt werden.
Bei Verwendung der Transformation sieht eine inverse Transformation der ausgewählten Daten Informationen über das Sichtfeld vor. Zum Beispiel werden die Daten mit Bezug zur Steuerungsrichtung zurück transformiert, um ein Projektionsbild zu erzeugen. Das Projektionsbild hat dieselbe räumliche Ausdehnung wie der Teil-Frame von Daten, wird aber aus Daten der ausgewählten Merkmale ausgebildet. Die Menge an Schatten wird im Projektionsbild dargestellt. 4 zeigt ein Beispiel eines Projektionsbildes, das aus 3 unter Verwendung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation und Auswahl oder Projektion von Daten nur entlang des einzigen Winkels – des Sendewinkels – erzeugt wurde. 4 ist ein auf Farben abgebildetes Bild, das für diese Offenbarung als Graustufenbild dargestellt wird. Die Pfeile zeigen auf die Linien, die mit den starken Schatten-Artefakten verbunden sind. Andere dunkle Linien haben andere Farben und sind nicht mit Schatten verbunden. Durch die von der Transformation vorgesehene Projektion weist das Projektionsbild eine eindimensionale Qualität auf, aber expandiert oder sich erstreckend über das zweidimensionale Sichtfeld. Wo andere Daten im Frequenzbereich ausgewählt werden, kann weniger aber immer noch etwas eindimensionaler Effekt oder Aussehen vorliegen. Obwohl hier die Bezeichnung Projektions-”Bild” benutzt wird, ist dies kein angezeigtes Bild, kann es aber sein. Stattdessen ist das Projektionsbild ein Frame von Daten, der durch Projektion erzeugt wurde.
Wo die Projektion durchgeführt wird, indem aufsummiert wird ohne eine Transformation anzuwenden, ist die Projektion dann entlang der Bildwinkel in ein zweidimensionales Feld expandiert. Die Expansion tritt vor der Abbildung auf Gewichtungen auf oder als Teil der Erzeugung der Gewichtungen in Vorgang 56. Ein Projektionsbild wird aus der Projektion erzeugt, indem jede Tiefe oder jeder Bereich mit einer selben lateralen Verteilung der Projektion besetzt wird. Zum Beispiel wird durch Expansion der mittleren Projektion entlang der vertikalen Steuerungsrichtung in 3 das Projektionsbild von 4 vorgesehen. Für jede vertikale Linie wird der entsprechende Mittelwert entlang der Linie allen Orten der Linie zugewiesen.
In den Projektionsbildern wird dieselbe Intensität entlang jeder Steuerungsrichtung oder Abtastlinie vorgesehen. In anderen Ausführungsformen variiert die Intensität als Funktion der Tiefe. Zum Beispiel umfassen die im Frequenzbereich ausgewählten Daten mehr als nur den Steuerungswinkel, was eine tiefenabhängige Änderung im Projektionsbild verursacht. Als weiteres Beispiel wird das Projektionsbild geändert oder die Expansion wird so justiert, dass sich der Beitrag als Funktion der Tiefe ändert. Für Schattenquellen an der Oberfläche kann es sein, dass die tieferen Orte weniger Schatten aufweisen, so dass dem Projektionsbild als Funktion der Tiefe eine verringerte Intensität zugewiesen werden kann. Es kann die Umkehrfunktion benutzt werden.
In Vorgang 56 wird ein Kernel ausgebildet. Der Kernel ist eine Sammlung von Gewichtungen, um den Frame von Daten zu gewichten. Der Kernel weist für jeden der Abtastwerte oder räumlichen Orte, die im Teil-Frame von Daten repräsentiert werden, eine Gewichtung auf. Alternativ wird jede Gewichtung für eine Gruppe von Orten vorgesehen. Die Gewichtungen werden vor dem Zusammensetzen in Vorgang 60 angewendet oder werden als Teil des Zusammensetzens in Vorgang 60 auf den Teil-Frame angewendet.
Die Gewichtungen werden bestimmt, um das Schatten-Artefakt zu verringern. Die durch Abschattungen verursachten geringeren Intensitäten werden erhöht und/oder die nicht durch Abschattungen verursachten größeren Intensitäten werden verringert. Die Abschattungen werden verringert, indem die Intensitäten oder Werte des Frames zwischen den Schatten-Bereichen und den Nicht-Schatten-Bereichen stärker ausgeglichen werden.
Der Kernel wird aus dem Projektionsbild ausgebildet. Das zweidimensionale Feld von Projektions-Information wird dazu benutzt, die Gewichtungen zu bestimmen. Die Werte des Projektionsbildes werden auf Gewichtungen abgebildet. In einer Ausführungsform ist die zu 1, so dass das Projektionsbild selbst als Gewichtung benutzt wird. Es wird keine Abbildung benötigt, da die Werte des Projektionsbildes die Gewichtungen sind. In anderen Ausführungsformen kann jede lineare oder nichtlineare Abbildungsfunktion benutzt werden. Zum Beispiel wird der Dynamikbereich des Projektionsbildes auf einen kleineren Bereich an Gewichtungen abgebildet, wie etwa 1,0–1,5. Die Orte, die nicht mit Schatten verbunden sind, oder die größten Werte der Projektion werden auf 1,0 abgebildet. Die Orte, die mit dem stärksten Schatten verbunden sind (z. B. kleinste Intensität im Projektionsbild), werden auf 1,5 abgebildet, wodurch die Intensität erhöht wird. Andere Intensitäten im Projektionsbild werden auf Werte zwischen 1,0 und 1,5 abgebildet, wozu eine beliebige Funktion verwendet wird, wie etwa eine exponentiell abfallende Funktion. Es können andere Bereiche benutzt werden.
Die Gewichtungen des Kernels sind spezifisch für den Teil-Frame von Daten. Da die Gewichtungen aus einer Projektion des Teil-Frames bestimmt werden, werden Informationen von anderen Teil-Frames nicht benutzt. Die Gewichtungen jedes Teil-Frames werden aus den Daten des Teil-Frames abgeleitet, ohne Daten von anderen Teil-Frames zu benutzen. Die Verringerung von Schatten ist spezifisch für die Abschattungen, die in dem Teil-Frame repräsentiert werden.
In Vorgang 58 werden die Gewichtungen des Kernels auf den Frame von Daten angewendet. Die aus dem Frame abgeleiteten Gewichtungen werden wiederum auf den Frame angewendet. Die Gewichtungen sind räumlich über das Sichtfeld verteilt. Jeder Ort oder Wert im Teil-Frame wird mit der entsprechenden Gewichtung multipliziert. In anderen Ausführungsformen werden Division, Addition, Subtraktion, andere Funktionen oder Kombinationen davon benutzt, um die Gewichtungen anzuwenden. Die Anwendung der Gewichtungen verringert das Schatten-Artefakt.
5 zeigt ein Beispiel. Das Projektionsbild von 4 wird als Gewichtung benutzt. Der Frame von Daten, wie durch 3 repräsentiert, wird durch das Projektionsbild von 4 gewichtet. Das Ergebnis ist der gewichtete Frame von Daten, der in 5 dargestellt ist. Die Sichtbarkeit oder die Größe des Schatten-Artefaktes wird verringert. In diesem Beispiel wird durch die Projektion in einem einzigen Winkel der Effekt der Abschattung im Ultraschallbild stark verringert.
Die Gewichtung führt auch zu einer leichten Erhöhung des Grundrauschens in Richtung der Projektion. In größeren Tiefen, in denen in 3 die Abschattung geringer ist, wird durch die Verringerung der Abschattung ein Artefakt eingeführt. Dies kann akzeptierbar sein, oder man kann dem entgegenwirken. Durch Aufnahme von mehr Transformationsdaten in die Erzeugung des Projektionsbildes kann der Effekt verringert werden. Zum Beispiel werden Daten von einem größeren Bereich an Winkeln zur Rücktransformation in den Raumbereich gewählt. In einem anderen Beispiel werden die Ausbildung der Gewichtungen oder das Projektionsbild so verarbeitet, dass die Gewichtungen variieren, um Schatten im Nahfeld mehr und im Fernfeld weniger zu berücksichtigen. In jedem beispielhaften Ansatz ist die Gewichtung für tiefer liegende Orte entlang der Bildwinkel geringer (d. h. näher an 1,0) als für oberflächennähere Orte.
Die Gewichtung für einen Frame ist unabhängig von der Gewichtung eines anderen Frames. Die Gewichtungen können gleich oder ähnlich sein, werden aber aus den Daten des Frames abgeleitet, der gewichtet wird, und nicht aus anderen Frames. In alternativen Ausführungsformen sind die Gewichtungen eine Funktion von Informationen aus mehr als einem Frame von Daten.
In Vorgang 60 werden die gewichteten Teil-Frames von Daten zusammengesetzt. Das Gewichten und Zusammensetzen kann als Teil einer Filterung mit endlicher Impulsantwort durchgeführt werden. Der Prozessor oder das Ultraschall-System führen die Steuerung der räumlichen Zusammensetzung der Teil-Frames für die Ultraschall-Bildgebung durch. Die Teil-Frames können vor dem Zusammensetzen durch einen Tiefpass gefiltert oder anderweitig verarbeitet werden.
Die Teil-Frames umfassen Daten, die spezielle Orte repräsentieren. Wo die Frames von Daten dieselben Orte oder Gitter darstellen, werden die Werte von jedem Frame, die einen gegebenen Ort repräsentieren, zusammengesetzt. In einer Ausführungsform werden erfasste und durch Abtasten gewandelte Frames von Daten zusammengesetzt. Da durch Abtasten gewandelte Informationen benutzt werden, liegen die Daten jedes der Teil-Frames im selben Format und Gittermuster oder räumlicher Ortsabtastung vor. Wo die Frames von Daten ein Abtasten entlang verschiedener Gitter repräsentieren, wird ein nächster Nachbar oder eine Interpolation benutzt, um die zum Zusammensetzen benutzten Werte auszuwählen oder zu berechnen. Wenn die Daten vor der Abtast-Umwandlung zusammengesetzt werden, werden Interpolation, Extrapolation oder andere Prozesse benutzt, um alle Daten zusammenzusetzen, die benachbarte oder ähnliche, aber nicht identische räumliche Orte repräsentieren.
Das Zusammensetzen ist für jeden Ort. Die Frames von Daten repräsentieren dieselben Orte in mindestens dem Überlappungsbereich. Jeder der Teil-Frames wird für räumliche Orte zusammengesetzt, die die Anzeige oder den Überlappungsbereich repräsentieren. Unterschiedliche Orte können mit unterschiedlichen Anzahlen von Frames und entsprechenden Werten verbunden werden. Zum Beispiel wird ein Bild erzeugt, das mehr als den Überlappungsbereich darstellt. Wegen der Steuerung repräsentieren weniger Teil-Frames Orte außerhalb des Überlappungsbereichs aller Teil-Frames. Jede Anzahl von Teil-Frames kann benutzt werden, um den Wert für einen gegebenen Ort zu bestimmen, wie etwa alle Frames für den Überlappungsbereich und weniger als alle für andere Orte.
Es können eine lineare Kombination und eine nichtlineare Kombination benutzt werden. Zum Beispiel wird eine Maximum-Auswahl angewendet. In einem anderen Beispiel wird ein Mittelwert angewendet. Es kann eine gewichtete Mittelwertbildung verwendet werden, wie etwa das Hervorheben eines Teil-Frames gegenüber anderen wegen des Steuerungswinkels oder wegen einer Bewegung zwischen Teil-Frames. Durch den Mittelwert kann die mit Störungen verbundene Varianz verringert werden. Es können andere lineare oder nichtlineare Verfahren benutzt werden.
Für ein räumlich zusammengesetztes Bild wird eine einzige Zusammensetzung durchgeführt. Es kann eine Sequenz von Bildern erzeugt werden. In Vorgang 50 werden neue Teil-Frames erfasst. Jede Zusammensetzung ist von unterschiedlichen Teil-Frames als eine andere Zusammensetzung. Die Teil-Frames können unterschiedlich sein, indem ein sich bewegendes Fenster benutzt wird, so dass ein gegebener Teil-Frame in einer Vielzahl von Zusammensetzungen benutzt wird. Die Verringerung von Schatten wird einmal für jeden Teil-Frame durchgeführt. Da der Teil-Frame selbst sich nicht ändert, wird für jedes Zusammensetzen dieselbe Gewichtung zur Verringerung von Schatten auf den Frame angewendet. Für jedes Zusammensetzen kann derselbe gewichtete Teil-Frame verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Information nach Bedarf auch für zuvor benutzte Frames neu berechnet werden. Alternativ wird jeder Teil-Frame für eine Zusammensetzung erfasst und nicht in anderen Zusammensetzungen benutzt. Der zusammengesetzte Frame wird von der Zusammensetzung ausgegeben.
In Vorgang 62 wird ein Bild des Überlappungsbereichs des Patienten erzeugt. Der Prozessor oder Bildschirm-Prozessor benutzt den zusammengesetzten Frame von Daten, der durch Zusammensetzen der gewichteten Teil-Frames von Daten ausgebildet wird, um ein Bild zu erzeugen. Der zusammengesetzte Frame von Werten, die die Orte im Patienten repräsentieren, wird dazu benutzt, Bildpunkt- oder Bild-Werte zu bestimmen. Die zusammengesetzten Werte werden auf Bildschirm-Werte abgebildet. Die Abtast-Umwandlung, wenn nicht zuvor durchgeführt, kann diesen zusammengesetzten Frame von Daten auf den Bildschirm formatieren.
Es wird ein gesteuertes räumlich zusammengesetztes Bild erzeugt. Das Bild ist vom Überlappungsbereich, kann aber andere Orte umfassen. Das Bild ist ein räumlich zusammengesetztes Bild, das aus kombinierten Ansichten erzeugt wird. Es kann eine weitere Verarbeitung benutzt werden, wie etwa räumliches und/oder zeitliches Filtern des zusammengesetzten Frame von Daten. Das Bild stellt den Patienten dar und zeigt zum Beispiel unterschiedliche Gewebe und andere Strukturen.
Der Schatten in dem Bild kann durch die auf der Projektion basierende Gewichtung verringert oder beseitigt werden. Indem die Abschattung entlang der Steuerungsrichtung berücksichtigt wird, wird jede Anatomie in dem Signal an den Orten des Schattens verstärkt und der Schatten wird verringert. Das resultierende Bild kann nützliche Informationen über den Patienten liefern, die auf andere Weise nicht verfügbar sind oder auf andere Weise viel schwieriger zu erkennen sind.
Die 6 und 7 zeigen Bilder von der gesteuerten Zusammensetzung unter Verwendung von drei Teil-Frames mit linearer Steuerung mit +15, 0, –15 Grad. Die Bilder sind von einem Gewebe imitierenden Phantom, wobei Schatten unter Verwendung eines Drahtobjektes an der Oberfläche des Phantoms erzeugt wird. In 6 werden die Teil-Frames ohne Verringerung von Schatten kombiniert. Der Schatten von jedem Teil-Frame entlang der entsprechenden Steuerungsrichtung ist im Bild aus dem zusammengesetzten Frame von Daten sichtbar. In 7 wird eine Verringerung von Schatten individuell oder getrennt für jeden Teil-Frame angewendet. Die Schatten in dem zusammengesetzten Bild werden verringert oder beseitigt.
Die 8 und 9 zeigen Bilder von der gesteuerten räumlichen Zusammensetzung unter Verwendung von drei Teil-Frames mit linearer Steuerung mit +15, 0, –15 Grad. Die Bilder sind von einer Brust. Die Brustwarze verursacht im Allgemeinen Abschattungen, und die Bilder sind von einem üblichen Abtastort einer Ebene mit einer Brustwarze. Wie in 8 gezeigt, das keine Verringerung von Schatten umfasst, weist dieser Abtastbereich oft Abschattungen auf und erfordert es, dass der Ultraschalluntersucher verschiedene Abtastverfahren benutzt, um die Anatomie hinter der Brustwarze darzustellen. Bei Verwendung des Prototypen zur Verringerung von Schatten und wie in 9 gezeigt, wird die Information hinter der Brustwarze von den Übertragungen in anderen Winkeln hervorgehoben, was es dem Anwender erlaubt, den Bereich abzutasten, ohne das Abtastverfahren wesentlich zu ändern.
10 zeigt ein System 10 zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung. Das System 10 ist ein medizinisches Diagnose-Ultraschallsystem. In einer Ausführungsform ist das System 10 ein automatisiertes Brustvolumen-Abtastsystem mit einem oder mehreren Schallköpfen 14 zur Bilddarstellung der Brust. Die Bilddarstellung der Brust leidet sowohl darunter, dass die dichte Brustwarze Abschattungen verursacht, als auch unter Kontaktproblemen für den Schallkopf 14, was Abschattungen verursacht. Es können Schallköpfe 14 zur Bildgebung anderer Orte mit oder ohne Kontaktprobleme benutzt werden. In alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ganz oder teilweise eine Workstation oder ein Computer zur Verarbeitung oder Darstellung medizinischer Bilder.
Das System 10 sieht gesteuerte räumliche Zusammensetzung, B-Mode, Flow Mode, Harmonic Mode, M-Mode oder andere Abtastverfahren vor. In der nachstehend erörterten Ausführungsform wird der gesteuerte räumliche Zusammensetzungs-Modus verwendet. Ähnliche Komponenten, wie etwa bei Verwendung derselben Komponenten ohne den Zusammensetzungs-Prozessor 22 für den B-Modus, können anderen Modi mit Unterdrückung von Schatten vorsehen. Das System 10 umfasst einen Sende-Beamformer 12, den Schallkopf 14, einen Empfangs-Beamformer 16, einen Detektor 18, einen Abtastwandler 20, den Zusammensetzungs-Prozessor 22, einen Bildschirm 24 und einen Speicher 26. Andere, weniger oder zusätzliche Komponenten können vorgesehen sein. Zum Beispiel realisiert eine Offline-Workstation den Zusammensetzungs-Prozessor 22 und den Bildschirm 24 ohne die zusätzlichen Komponenten zur Ultraschall-Erfassung.
Der Schallkopf 14 umfasst ein ein- oder mehrdimensionales Array aus piezoelektrischen, keramischen oder mikroelektromechanischen Elementen. In einer Ausführungsform ist der Schallkopf 14 ein eindimensionales Array aus Elementen, wie etwa Vector^®, linear, Sektor, kurvenförmig oder andere bekannte oder später entwickelte Abtastformate. Zum Scannen der Brust kann das Array auf ein Tablett montiert sein, was eine automatische Verschiebung des Arrays erlaubt, um ein Volumen der Brust zu scannen. Das Array von Elementen weist eine Wellenlänge, eine halbe Wellenlänge oder eine andere Abtastfrequenz auf. Eine Abtastung mit Elementen halber Wellenlänge ermöglicht größere Steuerungswinkel und sieht eine größere räumliche Diversität zur Verringerung von Flecken durch Zusammensetzen vor. Der Schallkopf 14 ist geeignet, ihn außerhalb oder innerhalb des Patienten zu benutzen, wie etwa ein Hand-Schallkopf, ein Katheter-Schallkopf oder ein Endocavitär-Schallkopf. Es können mehrere räumlich verteilte Schallköpfe oder sogar Abtastsysteme verwendet werden.
Die Sende- und/oder Empfangs-Beamformer 12, 16 arbeiten als ein Beamformer. Der Beamformer ist in der Weise betriebsfähig, elektronisch oder mechanisch gesteuerte Teil-Frames von Daten zu erfassen, die auf verschiedene Steuerungswinkel von einer im Wesentlichen gleichen Schallkopf-Position reagieren. Es werden dieselben Abtastmuster mit unterschiedlichen Steuerungswinkeln oder verschiedene Abtastmuster, die zu unterschiedlichen Steuerungswinkeln führen, benutzt. Zwischen zwei unterschiedlichen Abtastungen können sich eine oder mehrere Abtastlinien in einem gleichen Winkel von einem gleichen Ursprung erstrecken, aber andere Abtastlinien werden in anderen Winkeln gesteuert, um Teilbilder vorzusehen, die auf verschiedene Steuerungswinkel reagieren. Für einen gegebenen Ursprung kann sich mindestens eine Abtastlinie zwischen den Abtastungen für zwei Teil-Frames von Daten in einem anderen Winkel befinden. Alle oder eine Mehrzahl der Abtastlinien können für verschiedene Frames unterschiedlich gesteuert sein.
Die Teil-Frames von Daten repräsentieren verschiedene Überlappungsbereiche oder denselben Bereich eines Patienten. Der Schallkopf 14 wird im Wesentlichen in Position gehalten, um die Teil-Frames von Daten zu erfassen. Der Ausdruck ”Im Wesentlichen” wird benutzt, um unbeabsichtigte Bewegungen der Person, die das Array festhält, Atmen oder andere vom Patienten verursachte Bewegungen, sowie weitere unbeabsichtigte Bewegungen in Zusammenhang mit der Verwendung eines Schallkopfes, der nicht in einer festen Position bezüglich eines fixierten Patienten montiert ist, zu berücksichtigen.
Beim Sende-Beamformer 12 handelt es sich um ein oder mehrere Signalform-Generatoren zur Erzeugung einer Vielzahl von Signalformen, die an die verschiedenen Elemente des Schallkopfes 14 angelegt werden. Durch Anwendung von relativen Verzögerungen und Apodisationen auf jede der Signalformen während des Sendens werden eine Richtung der Abtastlinie und der Ursprung von der Stirnfläche des Schallkopfes 14 gesteuert. Die Verzögerungen werden durch Zeitsteuerung der Erzeugung der Signalformen oder durch getrennte Verzögerungskomponenten angewendet. Die Apodisation wird durch Steuerung der Amplitude der erzeugten Signalformen oder durch getrennte Verstärker vorgesehen. Um einen Bereich eines Patienten abzutasten, wird akustische Energie sequenziell entlang jeder aus einer Vielzahl von Abtastlinien gesendet. In alternativen Ausführungsformen wird akustische Energie entlang zwei oder mehr Abtastlinien gleichzeitig oder entlang einer Ebene oder einem Volumen während eines einzelnen Sendeereignisses gesendet.
Der Empfangs-Beamformer 16 umfasst Verzögerungen und Verstärker für jedes der Elemente in der Empfangs-Apertur. Die Empfangssignale von den Elementen werden relativ verzögert und apodisiert, um eine Abtastlinien-Fokussierung ähnlich dem Sende-Beamformer 12 vorzusehen, können aber entlang Abtastlinien anders fokussiert sein als die entsprechende Sende-Abtastlinie. Die verzögerten und apodisierten Signale werden mit einem digitalen oder analogen Addierer aufsummiert, um Abtastwerte oder Signale zu erzeugen, die räumliche Orte entlang der Abtastlinie repräsentieren. Unter Verwendung von dynamischem Fokussieren werden die Verzögerungen und Apodisationen, die während eines gegebenen Empfangsereignisses oder für eine einzelne Abtastlinie angewendet werden, als Funktion der Zeit geändert. Signale, die eine einzelne Abtastlinie repräsentieren, werden in einem Empfangsereignis erhalten, aber Signale für zwei oder mehr Abtastlinien können in einem einzigen Empfangsereignis erhalten werden. Ein Teil-Frame von Daten wird erfasst, indem mit dem Beamformer über ein komplettes Muster abgetastet wird. In alternativen Ausführungsformen wird eine Fourier-Transformation oder eine andere Verarbeitung dazu benutzt, einen Teil-Frame von Daten auszubilden, indem als Antwort auf ein einzelnes Senden empfangen wird.
Der Detektor 18 umfasst einen B-Mode-Detektor, einen Doppler-Detektor oder einen anderen Detektor. Der Detektor 18 misst Intensität, Geschwindigkeit, Energie, Varianz oder andere Kennwerte der Signale für jeden Ort im Teil-Frame von Daten.
Der Abtastwandler 20 umfasst einen Prozessor, ein Filter, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis oder eine andere analoge oder digitale Vorrichtung zum Formatieren der gemessenen Daten von einem Abtastzeilen-Format (z. B. Polarkoordinaten-Format) in ein Bildschirm-Format oder ein Format in kartesischen Koordinaten. Der Abtastwandler 20 gibt jeden Teil-Frame von Daten in einem Bildschirm-Format aus. Die Teil-Frames können Werte für Orte umfassen, die Bereiche außerhalb des Anzeigebereichs repräsentieren.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 umfasst einen oder mehrere Speicher, Prozessoren, Steuerungsprozessoren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise, FPGA (Field Programmable Gate Arrays), Filter, Multiplexer, Puffer, Multiplizierer, Addierer, Umsetzungstabellen oder Kombinationen davon. In einer Ausführungsform umfasst der Zusammensetzungs-Prozessor 22 einen Personal-Computer, ein Motherboard, eine getrennte Schaltkreis-Platine oder andere Prozessoren, die einem Ultraschall-System hinzugefügt sind, um eine Bildverarbeitung unter Verwendung von Datenübertragungen zu und von der Ultraschallbild-Erzeugungs-Pipeline oder dem Verarbeitungs-Pfad (d. h. Empfangs-Beamformer 16, Detektor 18, Abtastwandler 20 und Bildschirm 24) durchzuführen. In anderen Ausführungsformen ist der Zusammensetzungs-Prozessor 22 Teil der Bilderzeugungs-Pipeline.
Unter Verwendung von Hardware, Software oder Kombinationen davon ist der Zusammensetzungs-Prozessor 22 gestaltet, Schatten zu verringern, die in einem oder mehreren Frames von Daten dargestellt sind. Jeder Frame von Daten, wie etwa jeder Teil-Frame von Daten für die gesteuerte räumliche Zusammensetzung, wird individuell verarbeitet, oder es werden nur Abtastdaten für diesen Frame verwendet, um Schatten in dem Frame zu verringern.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 ist gestaltet, die Daten des Frame zu projizieren, um entlang einer Dimension oder entlang der Steuerungsrichtung(en), die zur Erfassung des Frame benutzt werden, die Verringerung durchzuführen. Die Sende- oder Empfangs-Abtastlinien oder Linien mit demselben Format werden in der Projektion benutzt. Daten entlang jeder der Linien werden kombiniert, um ein zweidimensionales Datenfeld auf eine Dimension zu reduzieren. In einer Ausführungsform ist die Projektion eine Summe entlang der Steuerungswinkel. Die Summe kann alleine oder für einen Mittelwert benutzt werden. Da die Projektion benutzt wird, um einen Frame von Daten, der Orte in zwei Dimensionen repräsentiert, zu gewichten, wird die Projektion in ein zweidimensionales Feld von Gewichtungen expandiert. Zum Beispiel wird der Mittelwert oder die Summe entlang jeder Abtastlinie als Gewichtung für alle Orte entlang der entsprechenden Abtastlinie kopiert.
In einer anderen Ausführungsform ist der Zusammensetzungs-Prozessor 22 gestaltet, die Projektion mit einer zweidimensionalen Fourier-Transformation oder einer anderen Transformation durchzuführen. Der Frame von Daten wird in den Frequenzbereich transformiert. Im k-Raum werden Daten ausgewählt, um das Projektionsbild auszubilden. Zum Beispiel werden Daten entlang einer lateralen Frequenzachse, die dem Steuerungswinkel oder Bereichen von Winkeln um den Steuerungswinkel entspricht, ausgewählt. Durch Anwenden der inversen Transformation auf die ausgewählten Daten erzeugt der Zusammensetzungs-Prozessor 22 ein zweidimensionales Projektionsbild oder Feld von Gewichtungen.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 erzeugt die Gewichtungen aus der eindimensionalen Projektion oder dem Projektionsbild. Die Gewichtungen werden einem Bereich von Werten, der linear auf den Werten des Projektionsbildes beruht, gleichgesetzt oder auf ihn abgebildet. In anderen Ausführungsformen wird eine nichtlineare Beziehung zwischen Projektions-Stärke und Gewichtungen benutzt. Unter Verwendung einer Umsetzungstabelle oder von Berechnungen bestimmt der Zusammensetzungs-Prozessor 22 die Gewichtung für jeden Ort, der durch den Frame von Daten dargestellt wird.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 kann Daten für die inverse Transformation auswählen, jede Projektion verarbeiten und/oder die Gewichtungen verarbeiten. Zum Beispiel werden die Gewichtungen oder die Projektion vor der Expansion tiefpassgefiltert. Als weiteres Beispiel werden Daten im Frequenzbereich ausgewählt oder die Gewichtungen werden geändert, um die Gewichtung als Funktion der Tiefe oder entlang des Steuerungswinkels zu ändern.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 gewichtet den Frame von Daten. Die Gewichtungen werden so festgesetzt, dass der Schattenbereich bezüglich des nicht abgeschatteten Bereichs verstärkt wird. Die Orte entlang Steuerungswinkeln, die mit geringerer Intensität verbunden sind, werden durch die Gewichtungen verstärkt. Andere Orte werden gleich behalten, können aber verstärkt oder auf einen kleineren Wert als die Schatten-Orte abgeschwächt werden. Die Gewichtungen werden durch Multiplikation angewendet, aber Addition, Division, Subtraktion oder andere Funktionen können benutzt werden. Die Gewichtungen oder die Anwendung der Gewichtungen können begrenzt sein, wie etwa Anwenden keiner Gewichtungen oder der Gewichtung von 1,0 für jede Gewichtung oder jeden Wert des Projektionsbildes innerhalb eines Prozentsatzes oder Bereichs um eine mittlere Gewichtung der Größe für den Frame. Gewichtungen oder Größen über der Schwellwert-Differenz vom Mittelwert sind wahrscheinlicher mit Schatten verbunden, werden somit ohne Normierung auf 1,0 angewendet.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 ist gestaltet, aus den gewichteten gesteuerten Frames von Daten ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 ist gestaltet, einen oder mehrere Teil-Frames von Daten, die mindestens einen gleichen Bereich repräsentieren für die Anzeige zu kombinieren oder zusammenzusetzen. Zum Beispiel weist der Zusammensetzungs-Prozessor 22 einen Speicher und einen Multiplizierer für jeden der Teil-Frames zur Gewichtung und einen Addierer auf, der mit jedem der Multiplizierer verbunden ist, um Signale zu kombinieren, die einen gegebenen räumlichen Ort von jedem der Teil-Frames von Daten in einem Format eines Filters mit endlicher Impulsantwort repräsentieren. Lineare oder nichtlineare Kombinationen von Teil-Frames von Daten können vorgesehen werden, wie etwa Mittelwertbildung oder Auswahl eines maximalen Signals. Die resultierenden zusammengesetzten Daten werden dazu benutzt, das Bild zu erzeugen.
Der Zusammensetzungs-Prozessor 22 ist gestaltet, erfasste und durch Abtasten gewandelte Daten zu kombinieren. In alternativen Ausführungsformen ist der Zusammensetzungs-Prozessor 22 zwischen dem Detektor 18 und dem Abtastwandler 20 positioniert, um erfasste, aber nicht durch Abtasten gewandelte Daten zu kombinieren, vor einem logarithmischen Komprimierer des Detektors 18 positioniert, um nicht komprimierte Information zu kombinieren, oder vor dem Detektor 18 positioniert. Jede von verschiedenen Ausführungsformen zum Kombinieren mehrerer Daten, die denselben Bereich repräsentieren, oder zum Kombinieren von Teil-Frames von Daten kann benutzt werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Zusammensetzungs-Prozessor 22 eine Bildanzeige-Ebene oder einen Speicher für jeden der Teil-Frames, wie etwa sechs Anzeige-Ebenen. Jede Anzeige-Ebene weist Vordergrund- und Hintergrund-Seiten aus, um das gleichzeitige Schreiben in den Speicher zuzulassen, während aus dem Speicher gelesen wird, es können aber auch andere Speicherstrukturen vorgesehen sein. Der Speicher speichert Informationen für jeden räumlichen Ort, wie etwa Flow-Mode- oder Doppler-Mode-Parameterdaten, B-Mode-Daten, Informationen einer Farb-Schwenk-Box und Informationen über die Anzeigebereichs-Grenze. Ein Filter, das auf verschiedene Multiplizierer-Koeffizienten reagiert, kombiniert die Teil-Frames unter Verwendung verschiedener Funktionen auf der Grundlage des Beitrags (d. h. der Gewichtung). Eine Umsetzungstabelle sieht die verschiedenen Gewichtungs-Koeffizienten für die Multiplizierer vor, oder die Gewichtungen werden berechnet. Unterschiedliche Koeffizienten können auch vorgesehen werden, um unterschiedliche Anzahlen von Teil-Frames zu kombinieren.
Die Instruktionen zur Realisierung der oben erläuterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium vorgesehen, oder in Speichern 26, wie etwa einem Cache-Speicher, RAM, Wechselspeicher, einer Festplatte oder einem anderen computerlesbaren Speichermedium. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren gezeigten oder hier beschriebenen Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben werden als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Instruktionen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Vorgänge oder Aufgaben sind unabhängig vom speziellen Instruktionssatz, Speichermedium, Prozessor oder von einer Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltkreise, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die alleine oder zusammen arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, parallele Verarbeitung und dergleichen umfassen.
In einer Ausführungsform sind die Instruktionen auf einer Wechseldatenträger-Vorrichtung gespeichert, um durch lokale oder entfernte Systeme gelesen zu werden. In anderen Ausführungsformen sind die Instruktionen an einem entfernten Ort gespeichert, um über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen übertragen zu werden. In noch anderen Ausführungsformen sind die Instruktionen in einem gegebenen Computer, einer CPU, GPU oder einem System gespeichert.
Der Bildschirm 24 ist ein Röhrenmonitor, Flachbildschirm, Flüssigkristall-Bildschirm, Projektions-Bildschirm oder ein anderer Bildschirm zur Anzeige des zusammengesetzten Ultraschallbildes. Während des Auffrischens des Bildschirms werden die Teil-Frames gelesen, eine Projektion oder ein Projektionsbild ausgebildet, Gewichtungen aus dem Projektionsbild oder der Projektion bestimmt, die Teil-Frames gewichtet und die gewichteten Teil-Frames zusammengesetzt, um das Bild auf dem Bildschirm 24 zu erzeugen. Für jeden Teil-Frame von Daten werden Anzeige-Ebenen-Speicher benutzt. Der resultierende Frame von Daten ist ein zusammengesetztes Bild, das auf Teil-Frames von Daten reagiert. Verschiedene Orte weisen Werte von verschiedenen Teil-Frames oder von mehreren oder allen Teil-Frames auf. Das Format des Anzeigebildes oder der Anzeigebereich ist trapezförmig, trapezähnlich, rechtwinklig, Sektor, kreisförmig, Vector^® oder weist eine andere Form auf. Das zusammengesetzte Bild wird in Echtzeit aktualisiert, wie zum Beispiel Aktualisieren des zusammengesetzten Bildes, wenn jeder neue Teil-Frame von Daten erfasst wird, und ein vorheriger Teil-Frame von Daten wird aus einem vorherigen zusammengesetzten Bild entfernt oder wird aus einem Puffer entfernt, um das nächste zusammengesetzte Bild zusammenzusetzen. Alternativ wird das Zusammensetzen in Echtzeit vorgesehen, indem verschiedene Sätze von Teil-Frames von Daten zusammengesetzt werden, wobei kein oder wenige Teil-Frames für jeden Satz gemeinsam benutzt werden. In noch anderen alternativen Ausführungsformen werden Offline- oder Nicht-Echtzeit-Zusammensetzen vorgesehen.
Der Bildschirm 24 ist in der Weise betriebsfähig, dass er ein zusammengesetztes Bild anzeigt, das auf die Teil-Frames von Daten reagiert. Das zusammengesetzte Bild verringert Flecken und hält dabei das Signal-Rausch-Verhältnis aufrecht. Der kombinierte Frame von Daten wird als das zusammengesetzte Bild angezeigt. Teil-Frames von Daten können benutzt werden, Bilder ohne Zusammensetzen zu erzeugen.
In einer alternativen Ausführungsform wird Zusammensetzen bei drei- oder vierdimensionaler Bildgebung durchgeführt. Teil-Frames von Daten werden mit unterschiedlichen lateralen sowie Höhen-Steuerungswinkeln erfasst. Die Projektionen entlang der Steuerungswinkel werden dazu benutzt, ein dreidimensionales Gewichtungs-Feld zur Gewichtung der Teil-Frames zu erzeugen.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Obwohl die Beschreibung hier Beispiele für gesteuerte räumliche Zusammensetzung vorsieht, können andere Zusammensetzungen, wie Zeit- oder Frequenz-Zusammensetzung alternativ oder zusätzlich benutzt werden. Die Steuerung kann relativ zum Schallkopf (z. B. Beamformer-Steuerung) und/oder relativ zum abgetasteten Ort (z. B. Beschallen mit Ultraschall aus verschiedenen Richtungen mit oder ohne Beamformer-Steuerung) sein. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorangehende detaillierte Beschreibung als Beispiel und nicht als Einschränkung betrachtet wird, und dass es selbstverständlich ist, dass die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente den Erfindungsgedanken und den Umfang dieser Erfindung festlegen.

Claims

Verfahren zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen (50) mit einem Schallkopf von gesteuerten Teil-Frames von Daten, wobei die gesteuerten Teil-Frames von Daten einen Überlappungsbereich eines Patienten repräsentieren und auf verschiedene Bildgebungswinkel reagieren; Projizieren (54) der Daten entlang der jeweiligen Bildgebungswinkel in Projektionen für die gesteuerten Teil-Frames von Daten durch einen Prozessor; räumliches Gewichten (58) der gesteuerten Teil-Frames von Daten mit Kerneln, die eine Funktion der jeweiligen Projektionen sind; Zusammensetzen (60) der gewichteten Teil-Frames von Daten durch den Prozessor; und Erzeugen (62) eines Bildes des Überlappungsbereichs des Patienten aus einem Ergebnis der Zusammensetzung (60).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Erfassen (50) das Abtasten entlang Abtastlinien umfasst, wobei eine Mehrzahl der Abtastlinien für jeden gesteuerten Teil-Frame von Daten sich im selben Winkel zum Schallkopf befindet, und der Winkel für die verschiedenen gesteuerten Teil-Frames von Daten unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Projizieren (54) ein Aufsummieren der Daten der gesteuerten Teil-Frames von Daten entlang der Bildgebungswinkel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Projizieren (54) und Gewichten (58) ein Projizieren (54) und Gewichten (58) jedes der gesteuerten Teil-Frames von Daten unabhängig voneinander umfasst.
Verfahren aus Anspruch 1, wobei Projizieren (54) ein Transformieren in einen k-Raum umfasst.
Verfahren aus Anspruch 5, wobei Projizieren (54) ein Anwenden einer Fourier-Transformation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Expandieren der Projektion entlang der Bildgebungswinkel in ein zweidimensionales Feld; und Ausbilden (56) des Kernels aus dem zweidimensionalen Feld.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Gewichten (58) ein Gewichten (58) in einem geringeren Umfang für tiefer liegende Orte entlang der Bildgebungswinkel umfasst als für oberflächennähere Orte.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Erzeugen von Projektions-Bildern aus den Projektionen; und Ausbilden (56) der Transformations-Projektions-Bilder in die Kernel.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Erzeugen ein Erzeugen mit einem Bereich von Frequenzen umfasst, so dass der Kernel sich entlang der Bildgebungswinkel mit der Tiefe ändert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Ausbilden ein Abbilden der Transformations-Projektions-Bilder auf Gewichtungen umfasst, die die Kernel ausbilden, wobei die Abbildung eine lineare oder nichtlineare Beziehung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Gewichten (58) ein Gewichten (58) mit dem Kernel umfasst, der Gewichtungen umfasst, die für jeden Ort der Frames von Daten festgesetzt sind.
Verfahren aus Anspruch 1, wobei Erzeugen (62) des Bildes ein Erzeugen eines Bildes mit gesteuerter räumlicher Zusammensetzung umfasst.
In einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium, in dem Daten gespeichert sind, die Instruktionen repräsentieren, die durch einen programmierten Prozessor zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung ausgeführt werden können, umfasst das Speichermedium Instruktionen zum: gesteuerten räumlichen Zusammensetzen (60) von Teil-Frames durch ein Ultraschall-System zur Ultraschall-Bildgebung; und Verringern (52) von Schatten durch das Ultraschall-System in mindestens einem der Teil-Frames unabhängig von den anderen Teil-Frames.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14, wobei Verringern (52) von Schatten umfasst: Projizieren (54) entlang Sendewinkel-Richtungen in den Teil-Frames, wobei jeder der Teil-Frames unterschiedliche Sendewinkel-Richtungen aufweist als andere der Teil-Frames; Bestimmen (56) von Gewichtungen für räumliche Orte der Teil-Frames aus Ergebnissen des Projizierens (54) für die jeweiligen Teil-Frames; und Gewichten (58) der Teil-Frames vor dem Zusammensetzen (60) mit den Gewichtungen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14, wobei Verringern (52) von Schatten umfasst: Transformieren (54) der Teil-Frames in einen zweidimensionalen Frequenzbereich; Bestimmen (56) von Teil-Frame-Gewichtungen für das Zusammensetzen (60) aus Ergebnissen des Transformierens.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14, wobei unabhängiges Verringern (52) von Schatten es umfasst, Gewichtungen für jeden der Teil-Frames zu bestimmen, wobei Daten des jeweiligen Teil-Frames ohne Informationen von anderen der Teil-Frames verwendet werden.
System zur Unterdrückung von Schatten bei der Ultraschall-Bildgebung, wobei das System umfasst: einen Beamformer (16), der in der Weise betriebsfähig ist, dass er einen Frame von Daten als Reaktion auf einen oder mehrere Steuerungswinkel erfasst; einen Prozessor (22), der gestaltet ist, den Frame von Daten entlang des/der Steuerungswinkel(s) in ein Projektionsbild zu projizieren, den Frame von Daten als eine Funktion des Projektionsbildes zu gewichten, und aus dem gewichteten Frame von Daten ein Bild zu erzeugen; und einen Bildschirm (24), der in der Weise betriebsfähig ist, dass er das Bild anzeigt.
System nach Anspruch 18, wobei der Prozessor (22) gestaltet ist, mit einer zweidimensionalen Fourier-Transformation das sich in einem Frequenzbereich befindende Projektionsbild entlang lateralen Frequenzachsen, die dem/den Steuerungswinkel(n) entsprechen, zu projizieren.
System nach Anspruch 18, wobei der Prozessor (22) gestaltet ist, durch Summieren entlang dem Steuerungswinkel oder der Steuerungswinkel zu projizieren und gestaltet ist, das Projektionsbild für die räumlichen Orte des Frames von Daten auszubilden, indem entlang dem oder der Steuerungswinkel Ergebnisse der Aufsummation expandiert werden, wobei das Aufsummieren und Expandieren für den Frame von Daten unabhängig von anderen Frames von Daten ist.