DE102016100367B4

DE102016100367B4 - Spärliche Verfolgung in Schallstrahlintensitätsimpuls-Bildgebung

Info

Publication number: DE102016100367B4
Application number: DE102016100367.0A
Authority: DE
Inventors: Yassin Labyed; David P. Duncan; Stephen J. Hsu; Seungsoo Kim; Liexiang Fan
Original assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: KR101854285B1; US10159466B2; FR3031448B1; CN105816205A; US20180153516A1; US20160199034A1; CN105816205B; DE102016100367A1; FR3031448A1; US9907539B2; KR20160086772A

Abstract

Verfahren zum spärlichen Tracking (30) bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung, wobei das Verfahren umfasst:Senden (28) eines Schallstrahlkraftimpulses mit einem Ultraschall-Scanner in Gewebe eines Patienten entlang einer ersten Linie;Tracking (30) einer Welle, die in Reaktion auf das Senden (28) erzeugt wird, mit dem Ultraschall-Scanner mit vier oder weniger Empfangsstrahlen entlang jeder von mehreren Trackinglinien, die einen Abstand zu der ersten Linie aufweisen;Bestimmen (32) einer Verschiebung für jede der Trackinglinien, wobei die Bestimmungen eine spärliche Verschiebungsabtastung der Trackinglinien umfassen;Durchführen (36) einer komprimierenden Erfassung an Daten der spärlichen Verschiebungsabtastung;Durchführen einer inversen Fouriertransformation (38) an Ergebnissen der komprimierenden Erfassung;Durchführen einer Radontransformation (40) an Ergebnissen der inversen Fouriertransformation (38);Berechnen (42) einer Geschwindigkeit der Wellenformergebnisse der Radontransformation (40) undErzeugen (44) eines Bildes der Geschwindigkeit.

Description

HINTERGRUND
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen die Schallstrahlungskraftimpuls(Acoustic Radiation Force Impulse, ARFI)-Bildgebung. Zum Beispiel kann durch Senden eines ARFI-Anregungsimpulses Ultraschall angewendet werden, um Gewebe direkt oder durch Erzeugung einer Scher- oder Longitudinalwelle zu verschieben. Die Verschiebung, die aus der Welle resultiert, die durch den Anregungsimpuls erzeugt wird, kann durch weitere Ultraschall-Abtastung oder -Tracking gemessen werden.
Um die Geschwindigkeit der erzeugten Scherwelle im Gewebe zu bestimmen, werden die Verschiebungen in Abhängigkeit von der Zeit für jede Stelle geschätzt. In Verschiebungs-Zeitprofilen wird die maximale Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit und/oder die relative Phasenverschiebung zwischen Stellen herausgefunden. Die Anzahl der Stellen, die gleichzeitig getracked werden können, hängt von der maximalen Anzahl an simultanen Empfangsstrahlen ab, die durch den Strahlformer des Systems bereitgestellt werden. Um die Größe des Trackingbereichs zu erhöhen, werden mehr simultane Empfangsstrahlen benötigt (z.B. wird ein kostspieliges, neueres System benutzt) oder es werden wiederholte ARFI-Schübe angewendet, um andere Trackingstellen abzutasten.
Anregungsimpulse werden wiederholt, um die Verschiebung an verschiedenen Stellen mit lateralem Abstand zueinander zu messen. In Abhängigkeit von der Größe des Trackingbereichs und der Anzahl der simultanen Empfangsstrahlen, die beim Tracking benutzt werden, können viele Sendungen von ARFI-Schüben erforderlich sein. Die Wiederholung von ARFI-Impulsen kann jedoch zu einer unerwünschten Wandlererwärmung führen und Verzögerungen beim Abtasten einbringen.
Die Schrift US 2013/0218001 A1 beschreibt das zur Verfügung stellen weitere Informationen zur beispielsweise Diagnose in Verbindung mit einer Scherberechnung.
KURZDARSTELLUNG
Die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen umfassen Verfahren, Befehle und Systeme zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung. Das Tracking wird spärlich durchgeführt. Die Verschiebungen werden für jede Empfangslinie nur einmal oder wenige Male gemessen. Obwohl dies dazu führen kann, dass die Informationen nicht ausreichen, um die Verschiebungsphasenänderung und/oder die maximale Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit zu messen, können die resultierenden Verschiebungsabtastungen für verschiedene Empfangslinien als Funktion der Zeit zusammen verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu schätzen, z.B. mit einer Radontransformation. Die Schätzung kann durch Anwendung einer komprimierenden Erfassung weniger anfällig für ein Rauschen aufgrund der spärlichen Verschiebungsabtastungen sein.
In einer ersten Erscheinungsform wird ein Verfahren zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung bereitgestellt. Ein Ultraschall-Scanner sendet entlang einer ersten Linie einen Schallstrahlkraftimpuls in das Gewebe eines Patienten. Der Ultraschall-Scanner tracked eine Welle, die in Reaktion auf das Senden erzeugt wird, mit vier oder weniger Empfangsstrahlen entlang jeder von mehreren Trackinglinien, die einen Abstand zu der ersten Linie aufweisen. Für jede der Trackinglinien wird die Verschiebung bestimmt. Die Verschiebungen sind eine spärliche Verschiebungsabtastung der Trackinglinien. Die spärlichen Verschiebungsabtastungen werden unter Verwendung eines Komprimierenderfassungs-Rekonstruktionsalgorithmus verarbeitet, um die signifikanten Fourierkoeffizienten der 2D-Fouriertransformation der Verschiebungsabbildung (laterale Position gg. langsame Zeit) zu erzeugen. Auf die Fourierkoeffizienten wird die inverse Fouriertransformation angewendet, um die vollständig abgetastete Verschiebungsabbildung zu rekonstruieren. Die Ergebnisse der inversen Fouriertransformation werden einer Radontransformation unterzogen. Aus Ergebnissen der Radontransformation wird eine Geschwindigkeit der Welle berechnet. Es wird ein Bild der Geschwindigkeit erzeugt.
In einer zweiten Erscheinungsform sind in einem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium Daten gespeichert, welche Befehle repräsentieren, die von einem programmierten Prozessor ausführbar sind, um ein spärliches Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung durchzuführen. Das Speichermedium umfasst Befehle zum: Messen von Verschiebungen in Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls unter Verwendung eines Ultraschall-Scanners, wobei die Verschiebungen in Abhängigkeit von der Zeit an Zufallsstellen gemessen werden; Bestimmen einer Geschwindigkeit einer Welle, die durch den einzelnen Anregungsimpuls erzeugt wird, aus den Verschiebungen; und Ausgeben der Geschwindigkeit.
In einer dritten Erscheinungsform wird ein System zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung bereitgestellt. Ein Sendestrahlformer ist dafür konfiguriert, einen Anregungsimpuls zu erzeugen, und ein Empfangsstrahlformer ist dafür konfiguriert, Verschiebungen in Reaktion auf den Anregungsimpuls spärlich zu tracken. Die spärlich getrackten Verschiebungen sind nach Empfangslinie über die Abtastzeit verteilt, so dass für jede der Empfangslinien für mehr als die Hälfte oder mehr als ein Viertel der Zeiten keine Verschiebungen bereitgestellt werden. Ein Prozessor ist dafür konfiguriert, aus den spärlich getrackten Verschiebungen die Geschwindigkeit zu schätzen. Eine Anzeigevorrichtung kann so betrieben werden, dass sie die Geschwindigkeit anzeigt.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Patentansprüche definiert und nichts in diesem Abschnitt sollte als eine Beschränkung dieser Patentansprüche angesehen werden. Weitere Erscheinungsformen und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen erörtert und können später unabhängig oder in Kombination beansprucht werden.
Figurenliste
Die Patent- oder Anmeldungsdatei enthält mindestens eine Farbzeichnung. Kopien dieser Patentschrift oder Patentanmeldungs-Offenlegung mit Farbzeichnung(en) werden vom Patentamt auf Anforderung und nach Bezahlung der entsprechenden Gebühr zur Verfügung gestellt.
Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wurde eher auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung geachtet. Außerdem sind in den Figuren überall in den verschiedenen Ansichten entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

1 veranschaulicht einen Ansatz zum vollständigen Abtasten einer Verschiebung nach Empfangslinie und Zeit;
2 ist eine beispielhafte Verteilung einer Verschiebung nach Empfangslinie und Zeit für die vollständige Abtastung der 1;
3 ist ein Ablaufplan einer Ausführungsform eines Verfahrens zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung;
4 veranschaulicht einen beispielhaften Ansatz zum spärlichen Abtasten einer Verschiebung nach Empfangslinie und Zeit;
5 veranschaulicht eine Region der Empfangslinie und einen Zeitraum zum Begrenzen der zufälligen, spärlichen Abtastung;
6 ist eine beispielhafte Verteilung der Abtastung einer spärlichen Verschiebung nach Empfangslinie und Zeit;
7 zeigt eine beispielhafte Radontransformation der 2 und 8 zeigt eine beispielhafte Radontransformation der 6;
9 zeigt ein beispielhaftes zweidimensionales Fourierspektrum der vollständigen Abtastung der 2 und
10 zeigt ein beispielhaftes zweidimensionales Fourierspektrum der spärlichen Abtastung der 4;
11 ist ein beispielhaftes zweidimensionales rekonstruiertes Fourierspektrum der spärlichen Abtastung der 4 unter Anwendung der komprimierenden Erfassung;
12 ist eine beispielhafte inverse Fouriertransformation der 11;
13 ist eine beispielhafte Radontransformation der 12;
14 ist ein Schaubild der Schergeschwindigkeit als eine Funktion einer Anzahl von Abtastungen oder der Zeit bei Anwendung einer Radontransformation an spärlichen Verschiebungen ohne komprimierende Erfassung, an spärlichen Verschiebungen mit komprimierender Erfassung und an vollständig abgetasteten Verschiebungen;
15 ist eine beispielhafte spärliche Verschiebungsabtastung in drei Dimensionen und
16 ist eine Ausführungsform eines Systems zur Erfassungssteuerung zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird ein spärliches ARFI-Tracking an Zufallsstellen mit komprimiert erfassten Geschwindigkeitsschätzung bereitgestellt. Durch intelligentes Ausbreiten der spärlichen Trackingstellen werden Verschiebungen über einen gro-ßen Bildgebungsbereich getrackt. Bei Anwendung der spärlichen Abtastung der Verschiebung können eine geringere Anzahl an simultanen Empfangsstrahlen und möglicherweise weniger Sendungen von ARFI-Schüben erforderlich sein als bei vollständiger Abtastung.
Wenn nur spärlich getrackte Daten verwendet werden, funktionieren herkömmliche Algorithmen für die zeitliche Spitzenverschiebung zum Schätzen der Schergeschwindigkeit schlecht. Es gibt möglicherweise nicht genug Verschiebungsabtastungen in Abhängigkeit von der Zeit für eine gegebene Stelle, um die maximale Verschiebung oder Verschiebung im Verschiebungsprofil genau zu schätzen. Bei spärlich abgetasteten Verschiebungen kann eine Radontransformations-Schergeschwindigkeitsschätzung angewendet werden, die Geschwindigkeit zu finden. Es können auch andere Steigungsberechnungen der Empfangslinie als Funktion der Zeit angewendet werden. Dennoch können immer noch Fehler in den Geschwindigkeitsschätzungen auftreten. Um die Fehler zu begrenzen, die durch das spärliche Abtasten verursacht werden, werden die spärlich getrackten Daten mit einer Rekonstruktion einer komprimierenden Erfassung kombiniert. Für Ultraschallsysteme mit einer begrenzten Kapazität simultaner Empfangsstrahle oder zum Schätzen der Geschwindigkeit in mehreren Ebenen (z.B. Azimuth- und Elevations-Abtastung) können Mehrfach-ARFI-Sendungen zum Schätzen der Geschwindigkeit verringert oder vermieden werden.
1 und 2 zeigen eine Verschiebungsabtastung bei einer herkömmlichen ARFI-Bildgebung. Für Verschiebungen, die mit einem System, das eine begrenzte Strahlformgeschwindigkeit aufweist, über eine große Region geschätzt werden, sind wiederholte ARFI-Schübe erforderlich. 1 zeigt eine Region von Interesse als gestrichelten Kasten. In dem Kasten sind vier simultane Empfangsstrahle entlang den vier Empfangslinien dargestellt. Nach dem Senden eines ARFI-Anregungsimpulses werden mehrere Abtastungen derselben vier Linien durchgeführt, um die Verschiebung der vier Stellen in Abhängigkeit von der Zeit zu tracken. Für das zeitliche Abtasten wird dieselbe Gruppe von Empfangslinien über eine Periode, wie z.B. über 7 ms, abgetastet. Mit jedem ARFI-Schub wird nur eine begrenzte Anzahl an Stellen über N langsame Abtastungen getracked. Bei der Region von Interesse der 1 werden sieben Wiederholungen des ARFI-Anregungsimpulses der folgenden Verschiebungsüberwachung an entsprechenden sieben verschiedenen Gruppen von Empfangslinien durchgeführt.
Nachdem alle Echos von den lateralen Stellen innerhalb der gewünschten Stelle erfasst worden sind, werden die Rohdaten durch ein Verschiebungsschätzungsverfahren geschickt, welches eine Verschiebung für jede der Zeiten und Stellen liefert. Das Ergebnis ist ein Verschiebungsprofil für jede Empfangslinienstelle in Abhängigkeit von der Zeit. 2 zeigt eine Darstellung der Verschiebungsinformationen. Auf der X-Achse ist die langsame Zeit oder die Abtastrate für die Verschiebung aufgetragen und auf der Y-Achse ist die laterale Position der Empfangslinie aufgetragen. Die Helligkeit oder Farbe stellt die Stärke der Verschiebung dar. Für eine gegebene Empfangslinie (z.B. Empfangslinie bei 3 mm) wird 7 ms lang eine Verschiebung gemessen. In diesem Beispiel werden jede Millisekunde etwa fünf Verschiebungen nacheinander gemessen. Da vier simultane Empfangsstrahlen verwendet werden, werden zu denselben Zeiten die Verschiebungen für vier laterale Positionen über die langsame Zeit erfasst. Für andere Empfangslinien wird die Sequenz des ARFI-Anregungsimpulses und des Verschiebungstrackings über die 7 ms wiederholt.
Beim herkömmlichen Ansatz wird für jede laterale Position die maximale Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit gefunden. Bei gegebenem Abstand vom ARFI-Fokus und gegebener Zeit der maximalen Verschiebung, die durch die Welle bewirkt wird, wird eine Geschwindigkeit der Welle berechnet, die zu dieser Stelle wandert. Für jede Stelle wird eine Geschwindigkeit bestimmt. Die Geschwindigkeiten können als räumliche Informationen oder kombiniert (z.B. gemittelt) angezeigt werden, um eine Geschwindigkeit in diesem Bereich darzustellen. In der Darstellung der 2 ist die Steigung der Linie (z.B. der Grat hoher Verschiebung) direkt proportional zu der Schergeschwindigkeitsschätzung. Dieses Verfahren der maximalen Verschiebung kann, wenngleich direkt, mehrere Trackingstellen und demzufolge viele ARFI-Schübe erforderlich machen, wie in 1 dargestellt. Das Ergebnis ist ein erhöhtes Risiko einer erhöhten Temperatur des Wandlers und des Patienten, eine längere Kühlzeit zwischen ARFI-Anregungsimpulsen und ein längeres Schätzverfahren aufgrund der Kühlzeit und/oder der vollständigen Abtastung der Verschiebung.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung. Anstatt die Verschiebung örtlich und zeitlich vollständig abzutasten, wird eine spärliche örtliche und/oder zeitliche Abtastung angewendet. Unter Anwendung einer Radontransformation, einer Linienanpassung und Steigungsberechnung oder eines anderen Verfahrens wird die Geschwindigkeit aus den spärlich abgetasteten Verschiebungen geschätzt.
Das Verfahren wird durch das System der 16 oder ein anderes System realisiert. Zum Beispiel führt ein beliebiger derzeit bekannter oder später entwickelter Ultraschall-Scanner den Schritt 26 durch. Ein Prozessor, Kontroller oder Bildprozessor des Ultraschall-Scanners führt die Schritte 34 und 44 durch. Alternativ führt ein Prozessor eines Computers oder einer Workstation, die von dem Ultraschall-Scanner getrennt oder entfernt sind, die Schritte 34 und 44 durch. Sendestrahlformer, Speicher, Detektoren und/oder andere Vorrichtungen können verwendet werden, um die Daten zu erfassen, eine oder mehrere der Schritte durchzuführen und/oder die Daten auszugeben. Der Prozessor kann die Vorrichtungen so steuern, dass sie das Verfahren der 3 durchführen.
Die nachstehend beschriebenen Schritte sind für eine Scherwellen-Geschwindigkeitsschätzung. Scherwellen wandern lateral, daher werden laterale Schätzungen bei einer gegebenen Tiefe oder einem gegebenen Tiefenbereich verwendet. In anderen Ausführungsformen wird die Geschwindigkeit einer Longitudinalwelle oder einer anderen Welle geschätzt. Die Verschiebungsabtastung kann in der Tiefe räumlich spärlich sein, anstelle von oder zusätzlich zu lateralen Richtungen. Das Verfahren zur spärlichen Verschiebungsabtastung kann zur Schätzung einer beliebigen aus einer Elastizität, einer Scherwelleneigenschaft oder einer anderen Eigenschaft einer ARFI-induzierten Welle verwendet werden. Hierin wird die Geschwindigkeit als die Eigenschaft verwendet, es können aber auch andere Eigenschaften geschätzt werden, welche Parameter für die Reaktion des Gewebes auf die akustisch induzierte Welle liefern.
Es können zusätzliche, andere oder weniger Schritte vorgesehen werden. Zum Beispiel wird das Verfahren im Schritt 44 ohne Ausgeben der Geschwindigkeit durchgeführt. Als ein anderes Beispiel stellen die Schritte 36 bis 42 eine beispielhafte Sequenz zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Schritts 34 dar. Es können andere Schritte oder Teilgruppen angewendet werden, um aus der spärlichen Verschiebungsabtastung die Geschwindigkeit zu bestimmen. Zum Beispiel ist die Radontransformation des Schritts 40 ohne die komprimierende Erfassung des Schritts 36 und die inverse Fouriertransformation des Schritts 38 vorgesehen. Als ein anderes Beispiel wird der Schritt 42 durch Linienanpassung und Steigungsberechnung ohne eine der Schritte 36 bis 40 durchgeführt. In anderen Beispielen wird auf die Verschiebungen eine Filterung oder andere Datenverarbeitung angewendet.
Die Schritte werden in der beschriebenen oder dargestellten Reihenfolge durchgeführt, können aber auch in anderen Reihenfolgen durchgeführt werden. Zum Beispiel zeigt der Schritt 28 das Senden eines einzelnen Anregungsimpulses. Der Schritt 28 und die Folgeschritte 30 und 32 können wiederholt werden, um die dünne Verteilung für eine Region von Interesse dichter zu messen oder für eine größere Region von Interesse zu messen. Diese Wiederholung erfolgt vor der Bestimmung des Schritts 34.
Im Schritt 26 misst der Ultraschall-Scanner Echos für Verschiebungen in Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls. Die Werte für mehr Stellen, als es einer Kapazität des Ultraschall-Scanners zum Bilden simultaner Empfangsstrahlen entspricht, werden in Reaktion auf den einzelnen Anregungsimpuls durch spärliches Abtasten der Verschiebungen gemessen. Durch Anwendung der spärlichen Verschiebungsmessung können Verschiebungen über eine größere laterale Region oder mehr laterale Stellen in Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls gemessen werden, als wenn eine vollständige Verschiebungsabtastung angewendet wird. Die Region kann durch wiederholte Messung in Reaktion auf einen oder mehrere Anregungsimpulse weiter ausgedehnt werden.
Die Verschiebungen werden durch Durchführen der Schritte 28 bis 32 gemessen. Im Schritt 28 wird durch den Ultraschall-Scanner ein ARFI-Schub in das Gewebe eines Patienten gesendet. Bei der Sendung handelt es sich um einen Sendestrahl, der in einer Tiefe oder einem Tiefenbereich fokussiert ist. Der ARFI-Sendestrahl wird entlang einer Sendeabtastlinie gesendet. Die Fokustiefe liegt auf der Sendeabtastlinie. 4 zeigt die ARFI-Sendung als einen Anregungsimpuls mit einer Strahlbreitendarstellung. Der schmale Abschnitt ist die Fokusregion.
Eine Matrix von Elementen in einem Ultraschallwandler sendet den ARFI-Strahl, umgewandelt aus elektrischen Wellenformen. Die Schallenergie wird an das Gewebe in einem Patienten gesendet. Die Schallwellenform wird gesendet, um eine Scher-, Longitudinal- oder andere Welle als mechanische Spannung zu erzeugen, um Gewebe zu verschieben. Die Anregung ist ein Ultraschall-Anregungsimpuls. Die Schallenergie ist so fokussiert, dass ausreichend Energie aufgebracht wird, um die Erzeugung von einer oder mehreren Wellen zu bewirken, die von der Fokusstelle aus durch das Gewebe wandern. Die Schallwellenform kann selbst das Gewebe verschieben. Es können auch andere Quellen für mechanische Spannung verwendet werden.
Die Scherwelle oder -wellen werden an der Fokusregion erzeugt und pflanzen sich lateral, axial und/oder in andere Richtungen von der Fokusregion aus fort. Die Wellen können in mehrere Richtungen wandern. Die Wellen verringern ihre Amplitude, wenn die Wellen durch das Gewebe wandern.
Um die Welle zu erzeugen, sind Anregungen mit hoher Amplitude oder Energie erwünscht. Zum Beispiel weist die Anregung an jeder der Fokusstellen und/oder im Sichtfeld einen mechanischen Index von nahezu, jedoch nicht mehr als 1,9 auf. Um konservativ zu sein und Sondenschwankungen zu berücksichtigen, kann ein mechanischer Index von 1,7 oder eine andere Stufe als Obergrenze verwendet werden. Es können auch höhere (z.B. ein MI von mehr als 1,9) oder niedrigere Energien verwendet werden.
Der Anregungsimpuls wird mit Wellenformen gesendet, die eine beliebige Anzahl an Perioden aufweisen. In einer Ausführungsform weisen eine, die meisten oder alle Wellenformen für ein Sendeereignis 100 bis 2.000 Perioden auf. Die Anzahl der Perioden beträgt mehrere zehn, hunderte, tausende oder mehr für die Dauerstrich-Sendewellenformen, die auf die Elemente der Matrix für den Anregungsimpuls. Anders als bei Bildgebungsimpulsen, welche 1 bis 5 Perioden aufweisen, weist der ARFI-Anregungsimpuls eine höhere Anzahl an Perioden auf, um ausreichend mechanische Spannung zu erzeugen, um die Welle zum Verschieben von Gewebe mit einer Amplitude zu verursachen, die ausreichend ist, um erfasst zu werden.
Im Schritt 30 wird die erzeugte Welle getracked. Die Welle wird in Reaktion auf die ARFI-Sendung erzeugt. Die Gewebereaktion ist eine Funktion der Welle, die durch den ARFI-Strahl und die Gewebeeigenschaften erzeugt wird. Die Welle wird an beliebigen Stellen getracked. Für eine Scherwelle wird die Welle an lateral beabstandeten Stellen einer gleichen Tiefe oder eines gleichen Tiefenbereichs getracked. Beim Tracking werden die Ergebnisse der Welle erfasst, anstatt dass speziell identifiziert wird, wo sich die Welle zu einer gegebenen Zeit befindet.
Das Tracking wird durch Ultraschall-Abtastung durchgeführt. Zum Tracking wird eine B-Mode- oder eine andere Abtastung entlang einer oder mehreren Empfangslinien durchgeführt. Die Verschiebung zeigt die Welle an, z.B. zeigt keine Verschiebung die Abwesenheit der Welle an und eine Verschiebung zeigt einen Gewebeeffekt an, der durch die Welle bewirkt ist. Wenn die Welle eine gegebene Stelle passiert, wird das Gewebe in einem Maß oder um eine Strecke verschoben, welche(s) sich zu einem Spitzenmaß erhöht und dann abnimmt, wenn das Gewebe wieder zur Ruhe kommt. Durch das Tracking können die Effekte der Welle in jeder Stufe (d.h. keine Welle, zunehmende Verschiebung) Maximum oder abnehmende Verschiebung) erfasst werden.
Das Gewebe wird mehrere Male abgetastet, um die Verschiebung zu bestimmen, z.B. wird eine Region mindestens zweimal abgetastet. Um die Verschiebung in einem Mal zu bestimmen, wird ein Abtastecho mit einem Referenzwert verglichen. Die Verschiebung wird als die Differenz oder Versetzung zwischen der Referenzabtastung (ersten Abtastung) und einer späteren Abtastung (Verschiebungsabtastung) bereitgestellt. Das Gewebe wird unter Verwendung einer beliebigen Bildgebungsmodalität abgetastet, mit welcher während der Reaktion des Gewebes auf die Anregungswellenform, z.B. während des Anwendens oder nach dem Anwenden des ARFI-Anregungsimpulses, auf eine Verschiebung abgetastet werden kann.
Für die Ultraschallabtastung wird die Welle an Stellen in Nachbarschaft zu der Fokusregion des ARFI-Anregungsimpulses und/oder in einem Abstand davon erfasst. 4 zeigt die zu trackende Region als gestrichelte Region. Die Verschiebungen werden an verschiedenen Empfangslinien abgetastet, von denen acht als parallele vertikale Linien dargestellt sind. Es können auch nichtparallele und/oder nichtvertikale Empfangslinien verwendet werden. Es kann eine beliebige Anzahl an lateralen Stellen verwendet werden, z.B. achtundzwanzig.
Um die Verschiebung zu erfassen, wird Ultraschallenergie zu dem Gewebe gesendet, das ausgelenkt wird, und Reflexionen der Energie werden empfangen. Um eine Gewebereaktion auf Wellen in einer Region von Interesse zu erfassen, werden Sendungen zu der Region vorgenommen und in der Region wird eine Erfassung durchgeführt. Diese anderen Sendungen dienen der Erfassung der Wellen oder der Verschiebung, anstatt die Welle oder die Auslenkung zu bewirken. Die Sendungen zur Erfassung können eine niedrigere Energie und/oder kurze Impulse (z.B. 1 bis 5 Trägerperioden) aufweisen.
Die Sendungen zur Erfassung können zum gleichzeitigen Formen von Empfangsabtastungen entlang von mehreren Abtastlinien (z.B. gleichzeitigen Formen von Empfangsstrahlen entlang vier oder mehreren Empfangslinien) entlang mindestens einer Dimension, z.B. lateral, ein breiteres Strahlprofil aufweisen. Empfangsstrahlformer weisen begrenzte Kapazitäten zum simultanen Formen von Empfangsstrahlen auf, z.B. ein Vielfaches von Zwei oder mehr. Zum Beispiel können nur vier oder weniger simultane Empfangsstrahlen zum Tracking geformt werden. 4 zeigt zwei Gruppen solcher Empfangslinien. Die Trackingsendungen und entsprechenden Empfangsstrahlen werden nacheinander zu den zwei verschiedenen Gruppen von Stellen, die in 4 dargestellt sind, und möglicherweise zu anderen Stellen vorgenommen. Einige Strahlformer weisen beim Tracking möglicherweise nur die Kapazität für zwei oder einen Empfangsstrahl je Sendestrahl auf. Für ein gegebenes Empfangsereignis (d.h. Empfangen von Echos in Reaktion auf eine gegebene Sendung zum Tracking) werden N Empfangsstrahlen geformt.
Um die Welle zu erfassen, wird eine Region von Interesse überwacht. Die Region von Interesse weist eine beliebige Größe auf. Zum Beispiel wird die Welle bei der ARFI-Bildgebung entlang verschiedenen Tiefen von einer oder mehreren Linien erfasst. Als ein anderes Beispiel werden die Verschiebungen bei der Scherwellen-Bildgebung an jeder von mehreren Stellen mit lateralem Abstand für eine begrenzte Tiefe getracked.
Beim vollständigen Abtasten werden das Senden und das Empfangen zum Erfassen oder Tracking mehrere Male für jede Empfangslinie durchgeführt, um eine Veränderung aufgrund einer Verschiebung in Abhängigkeit von der Zeit zu bestimmen. Es kann eine beliebige Sende- und Empfangssequenz verwendet werden. Zum spärlichen Abtasten ist die Anzahl der Abtastungen für eine gegebene Abtastlinie oder Gruppe von simultanen Empfangsstrahlen in Zeit und/oder raum begrenzt. Zum Beispiel wird eine Referenzabtastung aller Empfangslinien in der Region von Interesse vor der ARFI-Sendung des Schritts 28 durchgeführt. Nach der ARFI-Sendung des Schritts 28 werden N verschiedene Trackinggruppen oder Gruppen von simultanen Empfangslinien verwendet. N ist ein Vielfaches von zwei oder mehr der Anzahl simultaner Empfangsstrahlen, zu welchen der Empfangsstrahlformer fähig ist. In dem Beispiel der 4 ist der Empfangsstrahlformer zu vier simultanen Empfangsstrahlen fähig. Die Region von Interesse stellt in einer gewünschten Auflösung acht oder mehr Stellen zum Tracking mit lateralem Abstand bereit, z.B. zum Tracking an 28 Empfangslinien. Die Tracking- oder Empfangsoperation erfolgt für mehr als vier der Empfangslinien in Reaktion auf eine gegebene ARFI-Sendung. Als ein Ergebnis ist die zeitliche Abtastung auf eine Verschiebung an einer gegebenen Stelle kürzer, da mindestens ein Sende- und Empfangsereignis zum Tracking an einer anderen Stelle erfolgt, die sich nicht in der Strahlgruppe oder Strahlzahlkapazität des Empfangsstrahlformers befindet. Durch Tracking für alle lateralen Stellen oder eine Teilgruppe von lateralen Stellen, das größer ist als eine Simultankapazität des Strahlformers, sind die resultierenden Abtastungen für die Verschiebungsberechnung spärlich in Zeit und/oder Ort. Jede Stelle wird seltener abgetastet. Zum Beispiel wird jede Stelle nur einmal außer einer Referenzabtastung abgetastet. In anderen Beispielen wird jede Stelle zweimal oder häufiger abgetastet, aber weniger als die Hälfte, weniger als ¾, weniger als ¼ oder eine andere Rate der Anzahl der Tracking-Sende/Empfangs-Ereignisse, die über die langsame Zeitperiode (z.B. über 7 ms) möglich sind.
Das spärliche Tracking beschleunigt das Verfahren durch Zusammenstellen von Informationen für mehr Stellen, als von einem gegebenen Strahlformer mit vollständiger Abtastung überwacht werden könnten. Es wird mit derselben Dichte von Abtastungsstellen, aber geringerer zeitlicher Auflösung an jeder Stelle, mehr oder die gesamte Region von Interesse überwacht. Zum Beispiel ist der Empfangsstrahlformer zu N simultanen Empfangsstrahlen fähig (z.B. 4). Die Schallechos für N Verschiebungen werden je Empfangsereignis für N Trackinglinien gemessen. Diese Messung wird für andere Gruppen von N Trackinglinien wiederholt, anstatt für dieselbe Gruppe von Trackinglinien, zumindest einmal oder mehrmals während des Durchgangs der Welle, die in Reaktion auf eine gegebene ARFI-Sendung erzeugt wird. In Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls werden XN Empfangslinien gemessen, wobei X zwei oder mehr ist. Anstatt in Reaktion auf einen Anregungsimpuls nur dieselben N Linien zu messen, werden alle oder XN Linien gemessen, was zu weniger Abtastungen für jede laterale Stelle führt. Akustische Antworten zum Messen von Verschiebungen werden für zumindest einige der Empfangslinien bei der vollständigen Abtastung, bei mehr als der Hälfte der vollständigen Abtastung oder sogar mehr als einmal während des Durchgangs der Scherwelle nicht gemessen. In Abhängigkeit vom Abtastmuster gibt es für eine oder mehrere der Stellen möglicherweise keine Messungen der Verschiebung, die während des Durchgangs der Welle durchgeführt werden.
Es kann ein beliebiges Abtastmuster verwendet werden, welches die spärlichen Messungen liefert. Zum Beispiel werden die lateralen Stellen in Gruppen von N von links nach rechts oder umgekehrt gemessen. 4 zeigt eine Abtastung für jede von zwei verschiedenen Gruppen von N Linien (z.B. 4 simultane Empfangsstrahlen). Anstatt für jeden ARFI-Anregungsimpuls die Abtastung entlang denselben Linien zu wiederholen, erfolgt die Abtastung für einen gegebenen ARFI-Anregungsimpuls entlang verschiedenen Empfangslinien in Abhängigkeit von der Zeit. Dieses Muster kann wiederholt werden, wenn die Zeit ausreicht. Alternativ wird jede Gruppe von N lateralen Stellen mehr als einmal gemessen, bevor es mit der nächsten Gruppe weitergeht. Es können auch komplexere Muster verwendet werden, z.B. häufigeres Messen entlang einigen Linien oder lateralen Stellen (z.B. näher an dem ARFI-Fokus) und/oder Messen auf der Basis der erwarteten Fortpflanzung der Welle.
In einer Ausführungsform ist das Abtastmuster der Empfangslinien oder lateralen Stellen zufällig. Die langsamen Abtastungen sind entlang den Empfangslinien in der Region von Interesse zufällig angeordnet. Die Verschiebungen werden in Abhängigkeit von der Zeit an zufälligen Stellen gemessen. Das Tracking mit den Empfangsstrahlen ist nach dem Zufallsprinzip entlang den Trackinglinien verteilt.
Die zufällige Anordnung ist eine von N Gruppen benachbarter Empfangslinien. Alternativ wird jede laterale Stelle zufällig ohne Gruppierung zu N Gruppen abgetastet, z.B. durch gleichzeitiges Empfangen von Echos entlang N Linien, welche benachbart sein können oder nicht, aufgrund der zufälligen Anordnung und Wiederholung entlang anderen zufällig zugewiesenen Linien. Die zufällige Zuweisung kann spontan erfolgen, oder während die Abtastung stattfindet. Alternativ wird die zufällige Zuweisung einmal durchgeführt und wird für jede Realisierung benutzt. Es wird eine vorgegebene zufällig zugewiesene Abtastung angewendet. In alternativen Ausführungsformen wird eine nichtzufällige Zuweisung angewendet.
Die zufällige Zuweisung für die spärliche Abtastung der Verschiebungen beschleunigt die Geschwindigkeitsschätzung aufgrund der Spärlichkeit. Durch die Zufälligkeit kann besser für eine Geschwindigkeitsschätzung bei Anwendung einer Radontransformation oder einer anderen winkelbasierten Schätzung gesorgt werden. Die lateralen Trackingstellen werden zufällig zum Tracking aus einem einzelnen ARFI-Schub zugewiesen (d.h., alle langsamen ,Abtastungen' während eines einzelnen Schubs sind lateral in Pseudozufallsform verteilt).
Für entweder zufällige Abtastung oder Abtastung nach Muster können die lateralen Stellen, die zu einer beliebigen gegebenen Zeit abgetastet werden, begrenzt sein. Zum Beispiel wird eine Pseudozufallsabtastung bereitgestellt. Die Trackingstrahlstellen für jede langsame Zeit werden nach dem Zufallsprinzip unterabgetastet, wobei eine gleichmäßige Verteilung verwendet wird, sind aber auch derart beschränkt, dass sie innerhalb eines „Kegels“ möglicher Schergeschwindigkeit liegen. Die Schergeschwindigkeit, die in weichem Gewebe oder in einem Bereich verschiedener Gewebe vorliegen kann, ist begrenzt. Der Kegel wird durch die minimale und maximale mögliche Schergeschwindigkeit definiert. Die Abtastung ist derart beschränkt, dass sie innerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs erfolgt. Die Geschwindigkeit wird relativ zu der Zeit von der Erzeugung der Scherwelle durch den ARFI auf den Abstand einer lateralen Stelle abgebildet. 5 zeigt einen Kegel (z.B. zwei rote Linien), welche die minimale Zeit zum Erreichen jeder Stelle und die maximale Zeit zum Erreichen jeder Stelle darstellen. Dieser Kegel ist auf der vollständigen Abtastung der 2 dargestellt, ist aber auch auf eine spärliche Abtastung anwendbar. Die Abtastung ist derart begrenzt, dass sie innerhalb dieses Kegels wahrscheinlicher Scherung erfolgt. Bei jeder Verschiebung außerhalb des Kegels handelt es sich wahrscheinlich um Rauschen statt um Scherung. Die Trackingabtastungen erfolgen über einen Bereich von Zeiten, zu denen die gewünschte Wellenform (z.B. Scherwelle) durch das Gewebe gelangen kann.
Der Kegel kann auf der Grundlage eines geeigneten menschlichen Gewebes definiert sein. Alternativ basiert der Kegel auf einer Anwendung. Zum Beispiel kann eine Leberanwendung einen anderen Bereich oder Kegel liefern als eine Muskelanwendung, da die Scherung in den verschiedenen Geweben und/oder Typen von Läsionen, die sich in jenen Geweben finden, mit verschiedenen Geschwindigkeiten wandert. Bei einem gegebenen Gewebe oder einer gegebenen Anwendung wird der Bereich von Stellen als eine Funktion der Zeit eingestellt, zu welcher die Welle passieren würde.
6 zeigt Ergebnisse der zufälligen Abtastung mit einem Empfangsstrahlformer, der nur zu einem Strahl zu einer Zeit fähig ist. Die Abtastung ist durch den Möglichkeitskegel beschränkt, ist aber ansonsten innerhalb dieser Grenzen zufällig. Das Zufallsformat kann als eines gewählt werden, welches gleichmäßiger verteilt ist als andere Zufallsformate. Für jede Abtastzeit nach einem einzelnen ARFI-Schub wird nur eine laterale Stelle abgetastet, aufgrund einer Beschränkung des Strahlformers auf einen Strahl je Ereignis oder einer Verwendung des Strahlformers mit einem Strahl je Ereignis. Für die lateralen Stellen von 2,5 mm bis 7 mm vom ARFI-Fokus kann aufgrund der Zufälligkeit eine beliebige Anzahl an Abtastungen vorgesehen sein. In dem Beispiel der 6 werden die meisten der lateralen Stellen nur zu einer Zeit abgetastet. Einige werden zu zwei Zeiten abgetastet (z.B. 5 mm und 6,16 mm), einige zu drei Zeiten (z.B. 6 mm und 6,6 mm), einige zu vier Zeiten (z.B. 6,66 mm und 6,82 mm) und einige gar nicht (z.B. 2,66 mm und 4,5 mm). Die zunehmende Anzahl der Abtastungen für Stellen, die weiter entfernt sind, liegt an dem Kegel oder der auseinander laufenden Form der Beschränkung, welche die weiter entfernten Stellen über einen größeren Zeitbereich für Abtastungen verfügbar macht.
Wenn man 2 mit 6 vergleicht, werden für die spärliche Abtastung der 6 viel weniger Abtastungen erhalten. In 2 gibt es 28 laterale Stellen, die während der 7 ms jeweils 33-mal vollständig abgetastet werden, was für 924 Abtastungen der Empfangsechos beim Tracking sorgt. Für die spärliche Abtastung der 6 gibt es 33 Abtastungen, eine für jede Zeit. In anderen Ausführungsformen kann es mehr oder weniger Abtastungen geben. Zum Beispiel kann es durch die Durchführung einer parallelen Empfangsstrahlformung mit vier simultanen Strahlen 132 Abtastungen mit vier Abtastungen für jede Zeit geben. 132 sind immer noch deutlich weniger als die 924 Abtastungen und es wird immer noch ein Tracking über den größeren Bereich in Reaktion auf einen ARFI-Anregungsimpuls statt auf sieben ermöglicht.
6 zeigt eine Abtastung in zwei Dimensionen, laterale Position (z.B. Azimuth) und Zeit. In anderen Ausführungsformen ist eine Abtastung über weitere Dimensionen vorgesehen. Zum Beispiel sind die Abtastlinien sowohl azimuthal als auch in der Elevation in Bezug auf den Wandler verteilt. Als ein anderes Beispiel wird das Verfahren auch in verschiedenen Tiefen wiederholt, wodurch eine vierdimensionale Abtastung bereitgestellt wird (z.B. Azimuth, Elevation, Tiefe und Zeit).
Zurückkehrend zu 3, werden dort die Abtastungen verwendet, um im Schritt 32 die Verschiebung zu bestimmen. Es wird die Verschiebung an jeder der Stellen für jede Zeit bestimmt, für welche ein Echo abgetastet wurde. Für die Scherwellen-Bildgebung wird die Verschiebung in der Tiefe oder dem Tiefenbereich entlang jeder Trackinglinie bestimmt.
Die Verschiebung wird aus den Ultraschall-Abtastdaten berechnet. Das Gewebe bewegt sich zwischen zwei Abtastungen. Vor der ARFI-Sendung des Schritts 28, und/oder nachdem die erzeugte Welle die Stelle passiert hat, wird eine Referenzabtastung durchgeführt. Die Daten der Probenabtastung oder der Referenzabtastung sind in einer, zwei oder drei Dimensionen relativ zu den Daten in der anderen Abtastung versetzt oder verschoben. Für jede mögliche Relativposition wird ein Ähnlichkeitsmaß für Daten um eine Stelle herum berechnet. Das Ähnlichkeitsmaß wird über eine Korrelation bestimmt, z.B. eine Kreuzkorrelation. Es kann eine Minimalsumme absoluter Differenzen oder eine andere Funktion verwendet werden. Die räumliche Versetzung mit der höchsten oder einer ausreichenden Korrelation zeigt die Stärke der Verschiebung für eine gegebene Stelle an. In anderen Ausführungsformen wird eine Phasenverschiebung von Daten berechnet, die von verschiedenen Zeiten empfangen werden. Die Phasenverschiebung zeigt die Stärke der Verschiebung an. In wiederum anderen Ausführungsformen werden Daten korreliert, welche eine (z.B. axiale) Linie zu verschiedenen Zeiten repräsentieren, um für jede von mehreren Tiefen entlang der Linie eine Verschiebung zu bestimmen.
Ein einzelner ARFI-Anregungsimpuls wird verwendet, um Verschiebungen für alle Stellen zu schätzen. 6 zeigt eine Schätzung aller Stellen in einer 2,5mm-7mm-Region von Interesse in einer gegebenen Tiefe. Der Anregungsimpuls und das Tracking können für verschiedene Tiefen wiederholt werden. Um eine größere laterale Region zu überwachen, werden Anregungsimpulse und Tracking für andere Stellen wiederholt.
6 zeigt die Verschiebungen als Farbe für die verschiedenen Stellen und Zeiten. Der blaue Hintergrund steht für Stellen und Zeiten ohne jede Abtastung, also keine entsprechende Verschiebung. Die Farbe der anderen Stellen zeigt eine Stärke der Verschiebung an. Aufgrund dessen, dass der zeitliche Ablauf der Abtastung nicht speziell für eine unbekannte Zeit maximaler Verschiebung ausgelegt ist, können die abgetasteten Verschiebungen zu einer maximalen Verschiebung gehören, die durch die Welle bewirkt wird, die das Gewebe passiert, oder nicht. Aufgrund der spärlichen Abtastung wird nicht für alle Stellen ein Verschiebungsprofil mit vollständiger, ¾ oder sogar halber Auflösung als eine Funktion der Zeit bereitgestellt. In 6 werden die spärliche Verschiebungen als eine für jeden Empfangsstrahl mit N Verschiebungen je Empfangsereignis bereitgestellt (d.h. in 6, N = 1). Da das Verschiebungsprofil als eine Funktion der Zeit für jede Stelle eine niedrige Auflösung aufweist (z.B. 0 bis 4 Abtastungen in dem Beispiel der 4), ist eine Verwendung des Verschiebungsprofils in Abhängigkeit von der Zeit zum Berechnen der Geschwindigkeit für diese Stelle unzuverlässig.
Im Schritt 34 der 3 wird die Geschwindigkeit der Welle bestimmt, die durch den einzelnen oder wenige Anregungsimpulse erzeugt wird. Die Geschwindigkeit wird aus den Verschiebungen bestimmt. Die Geschwindigkeit ist an jeder gegebenen Stelle ohne Identifikation der maximalen Verschiebung zu bestimmen. Die Stärken der Verschiebungen werden für alle Trackinglinien oder entsprechende laterale Stellen ohne spezielles Identifizieren (z.B. ohne dass ein Prozessor diese berechnet) einer Zeit maximaler Verschiebung bestimmt. Geschwindigkeitsschätzungen mit den unterabgetasteten Verschiebungen werden nicht mit herkömmlichen Zeitspitzen-Schätzverfahren durchgeführt, sondern es wird stattdessen ein Transformationsverfahren angewendet.
In einer Ausführungsform ist die Transformation eine Radontransformation. Die Radontransformation wird auf die Verschiebungsdaten angewendet, z.B. wie in 6 dargestellt. Die Radontransformation projiziert die Daten entlang Linien in verschiedenen Winkeln. Der Projektionswinkel mit der höchsten Intensität entlang dem Winkel zeigt die Welle an. 7 zeigt ein Radontransformations-Sinogramm der vollständigen Abtastung der 2. 8 zeigt das Radontransformations-Sinogramm der spärlichen Abtastung der 6. Auf der X-Achse ist der Projektionswinkel aufgetragen. Für die Projektion wird eine Summierung der Verschiebungen orthogonal zu dem Winkel durchgeführt, was zu einer Linie von Verschiebungsstärken entlang dem Projektionswinkel führt. Auf der Y-Achse ist die projizierte oder summierte Verschiebung entlang der Orthogonalen aufgetragen. Jede vertikale Linie der X-Achse repräsentiert die Serienprojektion von Verschiebungen orthogonal zu diesem Winkel. Die Geschwindigkeit wird aus dem Winkel ermittelt. Der Winkel repräsentiert einen Abstand als eine Funktion der Zeit der Welle. Es können auch andere Transformationen angewendet werden.
In anderen Ausführungsformen wird eine Linienanpassung durchgeführt (z.B. Methode der kleinsten Quadrate). Eine gerade Linie wird an die Verschiebungen als eine Funktion der Zeit angepasst, z.B. wird die Linie an 6 angepasst. Die Anpassung kann durch die Stärke der Verschiebungen gewichtet werden. Die Verschiebungsstärken können vor dem gewichteten Anpassen an die Verschiebungen angepasst werden, um die Wellendämpfung als eine Funktion des Abstands zu berücksichtigen. Wenn sie angepasst ist, stellt die Linie eine Steigung oder einen Winkel bereit, welche(r) verwendet wird, um die Geschwindigkeit zu berechnen.
Wie sowohl in 7 als auch in 8 dargestellt, kann, obwohl die Projektionsbilder qualitativ ähnlich sind, die Spitzenintensitäts-Winkelschätzung in dem unterabgetasteten Bild der 8 für mehr Rauschen anfällig sein, da durch die verringerte Anzahl an Abtastungen gewöhnlich die Projektionsspitze verbreitert wird und das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-to-Noise-Ratio, SNR) der Gesamtverschiebung aufgrund niedrigerer Signalhöhen verringert wird. Um diese Probleme zu verringern, können die Verschiebungen gefiltert oder auf andere Weise verarbeitet werden. 3 zeigt einen beispielhaften Ansatz zur Verringerung von Fehlern aufgrund von Unterabtastung. Die Schritte 36 und 38 werden vor der Durchführung der Radontransformation im Schritt 40 und dem Berechnen der Geschwindigkeit im Schritt 42 durchgeführt. Außerdem können andere oder weniger Schritte angewendet werden. Zum Beispiel werden die Schritte 40 und 42 ohne die Schritte 36 und 38 durchgeführt. Als ein anderes Beispiel wird der Schritt 42 ohne den Schritt 40 durchgeführt.
Im Schritt 36 wird eine komprimierende Erfassung an den spärlich abgetasteten Verschiebungen durchgeführt. Die in 6 dargestellten Daten oder eine andere spärliche Abtastung von Verschiebungen in werden bzw. wird einer komprimierenden Erfassung unterzogen. Um das SNR der Schergeschwindigkeitsschätzungen aus den unterabgetasteten Verschiebungen zu verbessern, wird ein Ansatz einer komprimierenden Erfassung verwendet, wobei Fourier-Knappheit der langsamen Verschiebungen angenommen wird.
Es kann eine beliebige Wiederherstellung eines komprimierenden Erfassungssignals angewendet werden. In einer Ausführungsform wird eine orthogonale Übereinstimmungsverfolgung (Orthogonal Matching Pursuit) angewendet. Eine orthogonale Übereinstimmungsverfolgung ist ein Wiederherstellungsalgorithmus des Greedy-Typs, bei welchem nur die signifikantesten Fourierkoeffizienten aus dem unterabgetasteten Spektrum wiederhergestellt werden. Die Anzahl der wiederherzustellenden Koeffizienten ist vorgegeben oder wird vom Benutzer ausgewählt. Die spärliche Verschiebungsabtastung wird komprimiert erfasst, um ein Fourierspektrum zu rekonstruieren.
In Bezug auf 9 bis 11 wird ein Beispiel für eine komprimierende Erfassung erläutert. 9 zeigt ein zweidimensionales Fourierspektrum der vollständig abgetasteten Verschiebungen als eine Funktion der Zeit der 2. 10 zeigt das zweidimensionale Fourierspektrum der spärlich abgetasteten Verschiebungen der 6. Durch Anwendung einer komprimierenden Erfassung der spärlich abgetasteten Verschiebungen der 6 entsteht das Fourierspektrum der 11. 11 ist ein zweidimensionales Fourierspektrum, das unter Anwendung einer komprimierenden Erfassung rekonstruiert wurde. Ein großer Teil des Rauschens aufgrund der spärlichen Abtastung ist verringert oder eliminiert (vergleiche 10 und 11).
Im Schritt 38 wird das rekonstruierte Fourierspektrum einer inversen Fouriertransformation unterzogen. Die Ergebnisse oder die Ausgabe der komprimierenden Erfassung werden aus der Frequenzdomäne in den Ort als eine Funktion der Langsamzeitdomäne transformiert. Zum Beispiel zeigt 12 eine beispielhafte inverse Fouriertransformation des Fourierspektrums der 11. Das Ergebnis weist drei parallele starke Grate auf. Drei Grate statt einem Grat ist das Ergebnis von Diskontinuitäten in dem 2D-Fourierspektrum, aber die Radontransformation, die Linienanpassung oder eine andere Wellenerfassung kann immer noch funktionieren. In anderen Beispielen tritt nur ein Grat oder eine andere Anzahl an Graten auf. Das Spektrum kann vor der inversen Fouriertransformation geglättet werden, um einen einzelnen Grat bereitzustellen.
Im Schritt 40 wird die Radontransformation auf die Ausgabe oder die Ergebnisse der inversen Fouriertransformation angewendet. 13 zeigt das Radontransformations-Sinogramm. Im Vergleich mit 8 ist die Intensität fokussierter. Die Rauscheffekte aufgrund des spärlichen Abtastens der Verschiebungen sind reduziert. Es können auch andere Transformationen oder Winkelidentifikationsansätze angewendet werden.
Im Schritt 42 wird aus den Ergebnissen oder der Ausgabe der Radontransformation die Geschwindigkeit berechnet. Es wird der Winkel mit der maximalen Intensität in dem Radontransformations-Sinogramm identifiziert. Der Winkel zeigt die Trackinglinie oder die laterale Stelle als eine Funktion der Zeit an. Die Steigung dieses Winkels ist proportional zu der Geschwindigkeit. Als Geschwindigkeit wird die Steigung selbst verwendet oder die Geschwindigkeit wird aus der Steigung berechnet.
14 zeigt einen Vergleich der Schergeschwindigkeitsberechnung auf der Basis einer Radontransformation der vollständig abgetasteten Verschiebungen, auf der Basis einer Radontransformation der spärlich abgetasteten Verschiebungen ohne komprimierende Erfassung und auf der Basis einer Radontransformation der spärlich abgetasteten Verschiebungen mit komprimierender Erfassung. Die Geschwindigkeiten des vollständigen Trackings weisen die niedrigsten Schwankungen auf. Die Abtastnummer auf der X-Achse ist für andere Datensätze von anderen Stellen der Phantomdarstellung, um die Schwankungen zu zeigen. Die Schergeschwindigkeit aus der Radontransformation von spärlich abgetasteten Verschiebungen ohne komprimierende Erfassung weist die größten Schwankungen auf. Die komprimierende Erfassung verringert die Schwankungen in der geschätzten Schergeschwindigkeit. In dem Beispiel der 14 weist die Geschwindigkeit aus der vollständigen Abtastung einen Mittelwert von 1,2495 m/s mit einer Standardabweichung von 0,0306 auf. Die Geschwindigkeit der spärlichen Abtastung ohne komprimierende Erfassung weist einen Mittelwert von 1,2228 m/s mit einer Standardabweichung von 0,1903 auf. Die Geschwindigkeit der spärlichen Abtastung mit komprimierender Erfassung weist einen Mittelwert von 1,2059 m/s mit einer Standardabweichung von 0,0814 auf. Die komprimierende Erfassung reduziert die Schwankungen der Schätzungen.
Es können andere Eigenschaften als die Geschwindigkeit berechnet werden und/oder die Geschwindigkeit kann verwendet werden, um eine weitere Eigenschaft zu berechnen. Zum Beispiel wird ein Schubmodul oder eine andere Elastizitätseigenschaft berechnet.
Die Geschwindigkeit kann aus Abtastungen entlang verschiedener lateraler Stellen in einer Linie berechnet werden, z.B. Stellen mit azimuthalem Abstand in einer Tiefe. In anderen Ausführungsformen werden die Verschiebungen an lateralen Stellen sowohl im Azimuth als auch in der Elevation in einer Tiefe abgetastet. 15 zeigt ein Volumen, das aus Abtastungsstellen in zwei Raumdimensionen (z.B. Azimuth und Elevation in Bezug auf den Wandler) und in der Zeit (z.B. langsame Zeit) gebildet wird. Die Trackinglinien weisen Abstände in Azimuth und Elevation auf. Die Trackinglinien werden nach dem Zufallsprinzip abgetastet oder es wird ein anderer spärlichen Abtastungsansatz angewendet. 15 zeigt keine Verschiebungsabtastung als blaues Hintergrundniveau und die spärlich erhaltenen Verschiebungsabtastungen als andere Farben.
Die hinzugefügte Dimension der Trackingverteilung kann zu einer viel höheren Anzahl an Trackinglinien führen. Als ein Ergebnis kann ein gegebener Strahlformer weniger in der Lage sein, ohne ARFI-Wiederholung, Wandlererwärmung und/oder Patientenerwärmung vollständig abzutasten. Sogar Strahlformer, welche gleichzeitig mehrere zehn Empfangsstrahlen (z.B. 32 oder 64 simultane Empfangsstrahlen) formen können, können möglicherweise nicht vollständig abtasten. Zum Abtasten eines großen Volumens können eine spärliche Abtastung und eine entsprechende Geschwindigkeitsschätzung angewendet werden. Im Vergleich zu einer vollständigen Abtastung kann die spärliche Abtastung Aufnahmezeiten verringern und liefert dabei immer noch gute Schätzungen der Schergeschwindigkeit.
Im Schritt 44 der 3 wird die Geschwindigkeit ausgegeben. Die Ausgabe erfolgt zu einem Speicher, über ein Netzwerk oder auf einer Anzeigevorrichtung. Für die Anzeige wird die Geschwindigkeit oder die andere Eigenschaft der Welle als ein Wert in Zahlen und/oder Buchstaben (z.B. „2,0 m/s“) angezeigt. Alternativ wird eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit oder der Eigenschaft verwendet, z.B. ein Zeiger auf einer Skala oder ein Balkendiagramm. Die Geschwindigkeit kann als eine Farbe oder ein anderes indiziertes Symbol angezeigt werden.
In einer Ausführungsform wird eine einzelne Geschwindigkeit bestimmt. Ein Benutzer positioniert einen Zeiger auf einem Bild. In Reaktion darauf gibt der Ultraschall-Scanner eine für diesen Punkt berechnete Geschwindigkeit aus (z.B. wird der Punkt für den ARFI-Fokus benutzt und die Geschwindigkeit für eine kleine Region in der Nähe des Punkts oder um den Punkt herum wird berechnet). In anderen Ausführungsformen wird mehr als eine Geschwindigkeit ausgegeben. Es wird die Geschwindigkeit an verschiedenen Stellen herausgefunden. Zum Beispiel wird eine Kurve angepasst und die Steigung der Kurve an verschiedenen Stellen repräsentiert die verschiedenen Geschwindigkeiten. Als ein anderes Beispiel werden für verschiedene Stellen verschiedene Messungen vorgenommen.
Ein Bild der Geschwindigkeit ist eine Anzeige einer einzelnen Geschwindigkeit oder eine Anzeige mehrerer Geschwindigkeiten. Für Geschwindigkeiten, die an verschiedenen Stellen gemessen werden, kann das Bild eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Darstellung der Geschwindigkeit oder der Eigenschaft als eine Funktion des Raums oder des Orts umfassen. Zum Beispiel wird die Schergeschwindigkeit überall in einer Region angezeigt. Die Schergeschwindigkeitswerte modulieren die Farbe für Pixel in einer Region in einem Grauwertskala-modulierten B-Mode-Bild. Das Bild kann Verschiebungsinformationen, z.B. die Scherung oder Module (z.B. die Schubmodule), für verschiedene Stellen darstellen. Das Anzeigeraster kann ein anderes als das Abtastraster und/oder das Raster sein, für welches Verschiebungen berechnet werden. Die Farbe, die Helligkeit, die Leuchtstärke, die Schattierung oder eine andere Eigenschaft von Pixeln wird als eine Funktion der Informationen moduliert, die aus den Verschiebungen abgeleitet werden.
16 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zum spärlichen Tracking bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung Durch Ultraschall wird eine Gewebeverschiebung erzeugt, z.B. durch Erzeugung einer Scher- oder Longitudinalwelle, und Abtastdaten in Reaktion darauf, dass das Gewebe auf die Verschiebung reagiert, werden verwendet, um die Geschwindigkeit oder eine andere Eigenschaft der Welle in dem Gewebe zu bestimmen. Um die Abtastung zu beschleunigen und/oder die Erwärmung zu verringern, kann die Gewebereaktion spärlich abgetastet werden. In Reaktion auf einen gegebenen ARFI-Anregungsimpuls werden (z.B. um einen Faktor 2, 3, 4, 5 oder mehr) mehr laterale Stellen abgetastet, als es simultane Empfangsstrahlen gibt.
Das System 10 ist ein diagnostisches medizinisches Ultraschall-Bildgebungssystem. In alternativen Ausführungsformen ist das System 10 ein PersonalComputer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Einrichtung an einer gleichen Stelle oder über ein Netzwerk verteilt, für eine Echtzeit-Bildgebung oder eine Bildgebung nach der Erfassung.
Das System 10 realisiert das Verfahren der 3 oder andere Verfahren. Das System 10 umfasst einen Sendestrahlformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, eine Anzeigevorrichtung 20 und einen Speicher 22. Es können zusätzliche, andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel ist eine Benutzereingabe für manuelle oder unterstützte Kennzeichnung einer Region von Interesse vorgesehen, für welche Informationen zu erhalten sind.
Bei dem Sendestrahlformer 12 handelt es sich um einen Ultraschallsender, einen Speicher, einen Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen dieser. Der Sendestrahlformer 12 ist dafür konfiguriert, Wellenformen für mehrere Kanäle mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasen zu erzeugen. Die Wellenformen werden erzeugt und mit einem beliebigen zeitlichen Ablauf oder einer beliebigen Impulswiederholungsfrequenz auf eine Matrix des Wandlers 14 angewendet. Zum Beispiel erzeugt der Sendestrahlformer 12 einen Anregungsimpuls zum Berechnen der Geschwindigkeit in einer Region von Interesse und erzeugt entsprechende Sendungen zum Tracking resultierender Verschiebungen mit Ultraschall.
Der Sendestrahlformer 12 verbindet mit dem Wandler 14, z.B. über einen Sende/Empfangs-Schalter. Nach dem Senden von Schallwellen aus dem Wandler 14 in Reaktion auf die erzeugten Wellen werden während eines gegebenen Sendeereignisses ein oder mehrere Strahlen geformt. Die Strahlen sind Anregungsimpulse und/oder Trackingstrahlen. Zum Abtasten der Gewebeverschiebung wird eine Sequenz von Sendestrahlen erzeugt, um eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Region abzutasten. Sektor-, Vector®-, lineare oder andere Abtastformate können verwendet werden. Das Abtasten durch den Sendestrahlformer 12 erfolgt nach dem Senden des Anregungsimpulses, kann aber vor dem Senden des Anregungsimpulses ein Abtasten auf Referenzrahmen umfassen, die beim Tracking verwendet werden. Sowohl zum Abtasten als auch zum Verschieben von Gewebe werden dieselben Elemente des Wandlers 14 benutzt, es können aber auch unterschiedliche Elemente, Wandler und/oder Strahlformer benutzt werden. Für Abtastlinien beim Tracking kann ein beliebiges Muster verwendet werden, z.B. ein Zufallsmuster, welches zu der Zufalls-Empfangsabtastung passt.
Bei dem Wandler 14 handelt es sich um eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder 2-dimensionale Matrix piezoelektrischer oder kapazitiver Membranelemente. Der Wandler 14 umfasst mehrere Elemente zum Wandeln zwischen Schallenergie und elektrischer Energie. Zum Beispiel ist der Wandler eine eindimensionale PZT-Matrix mit etwa 64 bis 256 Elementen.
Der Wandler 14 ist mit dem Sendestrahlformer 12 verbunden, um elektrische Wellenformen in Schallwellenformen umzuformen, und ist mit dem Empfangsstrahlformer 16 verbunden, um Schallechos in elektrische Signale umzuformen. Der Wandler 14 sendet den Anregungsimpuls und Trackingstrahlen. Die Wellenformen sind auf eine Geweberegion oder -stelle von Interesse in dem Patienten fokussiert. Die Schallwellenformen werden in Reaktion auf das Anwenden der elektrischen Wellenformen auf die Wandlerelemente erzeugt. Zum Abtasten mit Ultraschall zum Erfassen einer Verschiebung sendet der Wandler 14 Schallenergie und empfängt Echos. Die Empfangssignale werden in Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, welche auf die Elemente des Wandlers 14 treffen.
Der Empfangsstrahlformer 16 umfasst mehrere Kanäle mit Verstärkern, Verzögerungsgliedern und/oder Phasendrehern und einem oder mehreren Summiergliedern. Jeder Kanal verbindet mit einem oder mehreren Wandlerelementen. Der Empfangsstrahlformer 16 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder eine Apodisierung an, um in Reaktion auf jede Sendung zum Erfassen einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu bilden. Es kann eine dynamische Fokussierung für den Empfang vorgesehen sein. Wo nur eine Tiefe oder ein Tiefenbereich von Interesse ist, kann eine dynamische Fokussierung vorgesehen sein oder nicht. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt unter Verwendung der empfangenen Schallsignale Daten aus, welche räumliche Stellen repräsentieren. Relative Verzögerungen und/oder Phasenbildung und Summierung von Signalen aus verschiedenen Elementen führen zu einer Strahlformung. In alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zum Erzeugen von Abtastungen unter Anwendung von Fourier- oder anderen Transformationen.
Für eine parallele Empfangsstrahlformung ist der Empfangsstrahlformer 16 dafür konfiguriert, eine oder mehrere zusätzliche Gruppen von Kanälen und ein entsprechendes Summierglied oder entsprechende Summierglieder einzubeziehen. In jedem Kanal werden relative Verzögerungen und/oder eine Phasenbildung angewendet, um mit dem Summierglied einen Strahl zu formen. Der Empfangsstrahlformer 16 kann eine beliebige Anzahl N von Gruppen von Kanälen und Summiergliedern aufweisen, z.B. N = 1 bis 8, um eine entsprechende Anzahl an Strahlen gleichzeitig oder in Reaktion auf einen gleichen Tracking-Sendestrahl zu formen.
Der Empfangsstrahlformer 16 kann einen Filter umfassen, z.B. einen Filter zum Isolieren von Informationen an einem zweiten harmonischen oder einem anderen Frequenzband in Bezug auf das Sendefrequenzband. Solche Informationen können wahrscheinlicher ein gewünschtes Gewebe, Kontrastmittel- und/oder Fließinformationen umfassen.
Der Empfangsstrahlformer 16 gibt summierte Strahldaten aus, welche räumliche Stellen repräsentieren. Es werden Daten für eine einzelne Stelle, Stellen entlang einer Linie, Stellen für einen Bereich oder Stellen für ein Volumen ausgegeben. Die Daten können verschiedenen Zwecken dienen. Zum Beispiel werden für B-Mode- oder Gewebeerfassung andere Abtastungen durchgeführt als für Scher- oder Longitudinalwellenerfassung. Alternativ werden die B-Mode-Daten auch verwendet, um eine Verschiebung zu bestimmen, die durch eine Scher- oder Longitudinalwelle verursacht wird.
Der Empfangsstrahlformer 16 ist dafür konfiguriert, Verschiebungen in Reaktion auf einen Anregungsimpuls spärlich zu tracken. Die vom Wandler 14 empfangenen Echos werden in Strahlform zu Datenabtastungen geformt. Die Abtastungen können zum Schätzen von Verschiebungen verwendet werden. Der Empfangsstrahlformer 16 ist dafür konfiguriert, spärlich zu tracken, indem Empfangsstrahlen für eine spärliche Abtastung in Zeit und/oder Ort geformt werden, um zu jenen Zeiten oder an jenen Orten Verschiebungen zu schätzen. Die spärlich getrackten Messungen für Verschiebungen sind nach Empfangslinie über die Abtastzeit verteilt, so dass in Reaktion auf einen gegebenen Anregungsimpuls für jede der Empfangslinien für mehr als die Hälfte der Abtastzeiten keine Verschiebungen bereitgestellt werden. Anstatt an jeder Stelle über eine gleiche Zeitdauer vollständig abzutasten, werden zu einer gegebenen Zeit weniger als die Hälfte der Stellen abgetastet, z.B. nur 1 % bis 25 % der Stellen. Wo eine parallele Empfangsstrahlformung angewendet wird, ist der Empfangsstrahlformer 16 dafür konfiguriert, zu jeder der Abtastzeiten N der Verschiebungen zu messen, wobei die Empfangslinien für die Verschiebungen nach dem Zufallsprinzip über XN der Empfangslinien angeordnet sind, wobei X für Zwei oder mehr steht.
Der Prozessor 18 oder eine separate Strahlformersteuerung konfiguriert die Strahlformer 12, 16. Durch Laden von Werten in Register oder eine Tabelle, die für den Betrieb verwendet wird, werden die Werte von Erfassungsparametern eingestellt, die von den Strahlformern 12, 16 für die ARFI-Bildgebung verwendet werden. Es kann eine beliebige Steuerungsstruktur oder ein beliebiges Steuerungsformat verwendet werden, um die ARFI-Bildgebungssequenz einzurichten. Es wird bewirkt, dass die Strahlformer 12, 16 Daten für die ARFI-Bildgebung in einer Rahmenrate und/oder mit einer Auflösung erfassen. Andere Werte eines oder mehrerer Erfassungsparameter können zu einer anderen Rahmenrate und/oder Auflösung führen.
Bei dem Prozessor 18 handelt es sich um einen B-Mode-Detektor, einen Doppler-Detektor, einen Impulswellen-Doppler-Detektor, einen Korrelationsprozessor, einen Fouriertransformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen allgemeinen Prozessor, einen Steuerprozessor, einen Bildprozessor, ein feldprogrammierbares Gate Array, einen Digitalsignalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder später entwickelte Einheit zum Erfassen und Verarbeiten von Informationen aus Ultraschallabtastungen in Strahlform.
In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 18 einen oder mehrere Detektoren und einen separaten Prozessor. Bei dem separaten Prozessor handelt es sich um einen Steuerprozessor, einen allgemeinen Prozessor, einen Digitalsignalprozessor, eine Graphikverarbeitungseinheit, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate Array, ein Netzwerk, einen Server, eine Gruppe von Prozessoren, einen Datenpfad, Kombinationen davon oder eine andere derzeit bekannte oder später entwickelte Einheit zum Bestimmen einer Verschiebung und/oder Berechnen einer Geschwindigkeit aus Verschiebungen. Der Prozessor 18 ist durch Software und/oder Hardware dafür konfiguriert, die Schritte auszuführen.
In einer Ausführungsform zur ARFI-Bildgebung schätzt der Prozessor 18 die Gewebeverschiebung für jede laterale Stelle nicht, einmal oder mehrfach entsprechend der spärlichen Abtastung. Die Datenausgabe durch den Empfangsstrahlformer 16 wird verwendet, um die Verschiebung zu verschiedenen Zeiten für verschiedene Stellen zu bestimmen, aber spärlich. Die Verschiebungen werden für verschiedene Stellen zu verschiedenen Zeiten in Bezug auf den ARFI-Anregungsimpuls geschätzt, statt jede Stelle zu jeder Zeit. Die Verschiebungen können durch Korrelieren oder Bestimmen eines Ähnlichkeitsniveaus zwischen Referenzdaten und erhaltenen Daten auf andere Weise erhalten werden, um das Gewebe zu einer Zeit darzustellen.
Der Prozessor 18 ist dafür konfiguriert, aus den Verschiebungen des Gewebes an verschiedenen Stellen in Abhängigkeit von der Zeit Gewebeeigenschaften zu berechnen. Zum Beispiel wird aus den Verschiebungen eine Schergeschwindigkeit berechnet. In einem anderen Beispiel berechnet der Prozessor 18 die Viskosität und/oder den Elastizitätsmodul. Der Prozessor 18 kann andere Eigenschaften berechnen, z.B. die mechanische Spannung oder die Elastizität.
Der Prozessor 18 ist dafür konfiguriert, aus der spärlichen Abtastung der Verschiebungen die Geschwindigkeit oder eine andere Eigenschaft zu schätzen. Zum Beispiel wird eine Steigung einer Linie erfasster Verschiebungen als eine Funktion der Zeit gefunden. Es kann eine Linienanpassung angewendet werden. In einer Ausführungsform wird eine Radontransformation angewendet. Die Steigung stellt den Abstand als eine Funktion der Zeit bereit, wodurch man die Geschwindigkeit erhält. Der Prozessor 18 kann dafür konfiguriert sein, Rauschen, das durch die spärliche Abtastung verursacht wird, in der Geschwindigkeitsschätzung zu reduzieren. Zum Beispiel führt der Prozessor 18 eine komprimierende Erfassung an den spärlichen Verschiebungen durch, unterzieht die Ausgabe der komprimierenden Erfassung einer inversen Fouriertransformation und schätzt dann die Geschwindigkeit aus dem Winkel des Maximums in dem Radontransformations-Sinogramm. Der Prozessor 18 kann die Geschwindigkeit in Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls schätzen, der mehr laterale Stellen aufweist, als der Empfangsstrahlformer 16 gleichzeitig abtasten kann. Zum Beispiel kann die Region um einen Faktor 2, 3, 4, 5 oder mehr mehr Stellen aufweisen als die Anzahl simultaner Empfangsstrahlen, wo die Stellen in Reaktion auf einen Anregungsimpuls abgetastet werden. In anderen Ausführungsformen werden die spärliche Abtastung und die Geschwindigkeitsschätzung unter Verwendung mehrerer Anregungsimpulse durchgeführt, aber mit spärlicher Abtastung.
Der Prozessor 18 erzeugt Bild- oder Anzeigewerte, die von der Eigenschaft auf die Anzeigevorrichtung 20 abgebildet werden, und gibt diese aus. Zum Beispiel wird die Geschwindigkeit, der Schubmodul oder ein anderer Wert bestimmt. Dem Benutzer wird ein Text oder eine numerische Anzeige der Eigenschaft angezeigt. Es kann ein Schaubild der Eigenschaft in Abhängigkeit von der Zeit angezeigt werden.
In einer Ausführungsform wird die Eigenschaft als eine Funktion des Orts angezeigt. Werte, Schaubilder und/oder Gewebedarstellungen können unter Verwendung der Geschwindigkeit an verschiedenen Stellen angezeigt werden. Für eine Darstellung des Gewebes moduliert die Stärke der Gewebeeigenschaft die Farbe, die Schattierung, die Helligkeit und/oder eine andere Anzeigeeigenschaft für verschiedene Pixel, die eine Geweberegion repräsentieren. Der Prozessor 18 bestimmt einen Pixelwert (z.B. RGB) oder einen Skalarwert, der in einen Pixelwert umgeformt wird. Das Bild wird als die Skalar- oder Pixelwerte erzeugt. Das Bild kann an einen Videoprozessor, eine Verweistabelle oder direkt an die Anzeigevorrichtung 20 ausgegeben werden.
Die Anzeigevorrichtung 20 ist ein Röhrenbildschirm, ein LCD-Bildschirm, ein Monitor, ein Plasmabildschirm, ein Projektor, ein Drucker oder eine andere Einheit zum Anzeigen eines Bildes oder einer Sequenz von Bildern. Es kann eine beliebige derzeit bekannte oder später entwickelte Anzeigevorrichtung 20 verwendet werden. Die Anzeigevorrichtung 20 ist so u betreiben, dass ein Bild oder eine Sequenz von Bildern angezeigt wird. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt zweidimensionale Bilder oder dreidimensionale Darstellungen an. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt ein oder mehrere Bilder an, welche die Gewebeeigenschaft oder andere Informationen repräsentieren, die aus den Verschiebungen abgeleitet werden. Als ein Beispiel wird eine Geschwindigkeit angezeigt, die zu einer Stelle gehört, die auf einem zweidimensionalen Bild oder einer dreidimensionalen B-Mode-Darstellung angezeigt wird. Alternativ oder zusätzlich ist das Bild ein Schaubild.
Der Prozessor 18, der Empfangsstrahlformer 16 und der Sendestrahlformer 12 arbeiten nach Befehlen, die im Speicher 22 oder einem anderen Speicher gespeichert sind. Die Befehle konfigurieren das System zur Durchführung der Schritte der 3. Die Befehle konfigurieren den Prozessor 18, den Empfangsstrahlformer 16 und/oder den Sendestrahlformer 12 für den Betrieb, indem sie in eine Steuereinheit geladen werden, indem sie bewirken, dass eine Wertetabelle (z.B. Elastizitäts-Bildgebungssequenz) geladen wird, und/oder indem sie ausgeführt werden. Der Sendestrahlformer 12 wird durch die Befehle dafür konfiguriert, die Erzeugung eines Anregungsstrahls und von Trackingstrahlen zu bewirken. Der Empfangsstrahlformer 16 wird durch die Befehle dafür konfiguriert, Daten zum Tracking zu erfassen. Der Prozessor 18 ist dafür konfiguriert, Verschiebungen zu schätzen und aus spärlichen Verschiebungen die Geschwindigkeit zu bestimmen.
Der Speicher 22 ist ein computerlesbares nichtflüchtiges Speichermedium. Die Befehle zum Realisieren der Prozesse, Verfahren und/oder Techniken, die hierin erörtert werden, werden auf den computerlesbaren Speichermedien oder Speichern bereitgestellt, z.B. einem Cache, einem Puffer, einem RAM, entnehmbaren Medien, einer Festplatte oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Figuren veranschaulicht oder hierin beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Befehlen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von dem speziellen Typ des Befehlssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, welche allein oder in Kombination betrieben werden. In ähnlicher Weise können Verarbeitungsstrategien Mehrprozessorbetrieb, Mehrprogrammbetrieb, parallele Verarbeitung und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform sind die Befehle auf einer entnehmbaren Medieneinheit zum Auslesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen sind die Befehle an einer entfernten Stelle zur Übertragung über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. In wiederum anderen Ausführungsformen sind die Befehle innerhalb eines gegebenen Computers, einer CPU, einer GPU oder eines Systems gespeichert.
Obwohl die Erfindung vorstehend in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die vorstehende detaillierte Beschreibung soll daher als beispielhaft und nicht als beschränkend angesehen werden und es versteht sich, dass die Idee und der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Patentansprüche einschließlich aller Äquivalente definiert sein sollen.

Claims

Verfahren zum spärlichen Tracking (30) bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung, wobei das Verfahren umfasst: Senden (28) eines Schallstrahlkraftimpulses mit einem Ultraschall-Scanner in Gewebe eines Patienten entlang einer ersten Linie; Tracking (30) einer Welle, die in Reaktion auf das Senden (28) erzeugt wird, mit dem Ultraschall-Scanner mit vier oder weniger Empfangsstrahlen entlang jeder von mehreren Trackinglinien, die einen Abstand zu der ersten Linie aufweisen; Bestimmen (32) einer Verschiebung für jede der Trackinglinien, wobei die Bestimmungen eine spärliche Verschiebungsabtastung der Trackinglinien umfassen; Durchführen (36) einer komprimierenden Erfassung an Daten der spärlichen Verschiebungsabtastung; Durchführen einer inversen Fouriertransformation (38) an Ergebnissen der komprimierenden Erfassung; Durchführen einer Radontransformation (40) an Ergebnissen der inversen Fouriertransformation (38); Berechnen (42) einer Geschwindigkeit der Wellenformergebnisse der Radontransformation (40) und Erzeugen (44) eines Bildes der Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Senden (28) ein Senden (28) des Schallstrahlkraftimpulses fokussiert in einer Tiefe entlang der ersten Linie umfasst und wobei das Tracking (30) ein Tracking (30) der Welle in der Tiefe auf den Trackinglinien umfasst, wobei die Welle eine Scherwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tracking (30) ein Tracking (30) umfasst, wobei die Empfangsstrahlen zeitlich nach dem Zufallsprinzip entlang den Trackinglinien verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tracking (30) ein Tracking (30) über N der Trackinglinien umfasst, wobei N ein Vielfaches von zwei oder mehr einer Zahl einer simultanen Empfangsstrahlkapazität des Ultraschall-Scanners ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen (32) ein Bestimmen (32) eines Maßes einer Verschiebung von Gewebe gegenüber einer Referenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tracking (30) ein Tracking (30) mit simultaner paralleler Empfangsstrahlformung mit N simultanen Empfangsstrahlen je Empfangsereignis umfasst und wobei das Bestimmen (32) ein Bestimmen (32) der Verschiebungen mit einer Verschiebung je Empfangsstrahl und N Verschiebungen je Empfangsereignis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen (32) ein Bestimmen (32) von Stärken der Verschiebungen ohne spezielle Identifikation einer maximalen Verschiebung auf irgendeiner der Trackinglinien umfasst.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Daten gespeichert sind, die Befehle repräsentieren, die von einem programmierten Prozessor (18) zum spärlichen Tracking (30) bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung ausführbar sind, wobei das Speichermedium Befehle umfasst zum: Messen (26) von Verschiebungen in Reaktion auf einen einzelnen Anregungsimpuls unter Verwendung eines Ultraschall-Scanners, wobei die Verschiebungen an zufälligen Stellen in Abhängigkeit von der Zeit gemessen werden; Bestimmen (34) einer Geschwindigkeit einer Welle, die durch den einzelnen Anregungsimpuls erzeugt wird, aus den Verschiebungen und Ausgeben (44) der Geschwindigkeit, wobei eine komprimierende Erfassung (36) an Daten der spärlichen Verschiebungsabtastung durchgeführt ist, wobei eine inverse Fouriertransformation (38) an Ergebnissen der komprimierenden Erfassung durchgeführt ist, wobei eine Radontransformation (40) an Ergebnissen der inversen Fouriertransformation (38) durchgeführt ist.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 8, wobei das Messen (26) ein Messen (26) von N Verschiebungen je Empfangsereignis für N Trackinglinien und ein Wiederholen der Messung (26) für andere Gruppen von N der Trackinglinien umfasst.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 8, wobei die zufälligen Stellen innerhalb einer begrenzenden Region der Trackinglinien und einer Zeit von dem Anregungsimpuls liegen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 8, wobei das Ausgeben (44) ein Anzeigen eines Werts der Geschwindigkeit für eine vom Benutzer ausgewählte Stelle umfasst.
System zum spärlichen Tracking (30) bei der Schallstrahlkraftimpuls-Bildgebung, wobei das System umfasst: einen Sendestrahlformer (12), der dafür konfiguriert ist, einen Anregungsimpuls zu erzeugen; einen Empfangsstrahlformer (16), der dafür konfiguriert ist, spärliche Verschiebungen in Reaktion auf den Anregungsimpuls zu tracken, wobei die spärlich getrackten Verschiebungen nach Empfangslinien entlang derer eine Abtastung durchgeführt wird über die Abtastzeit verteilt sind, so dass für jede der Empfangslinien für mehr als die Hälfte der Zeiten keine Verschiebungen bereitgestellt werden; einen Prozessor (18), der dafür konfiguriert ist, aus den spärlich abgetasteten Verschiebungen eine Geschwindigkeit zu schätzen; und eine Anzeigevorrichtung (20), welche so zu betreiben ist, dass sie die Geschwindigkeit anzeigt, wobei eine komprimierende Erfassung (36) an Daten der spärlichen Verschiebungsabtastung durchgeführt ist, wobei eine inverse Fouriertransformation (38) an Ergebnissen der komprimierenden Erfassung durchgeführt ist, wobei eine Radontransformation (40) an Ergebnissen der inversen Fouriertransformation (38) durchgeführt ist.
System nach Anspruch 12, wobei der Prozessor (18) dafür konfiguriert ist, die Geschwindigkeit mit komprimierender Erfassung zu schätzen.