DE102016104263A1

DE102016104263A1 - Kontinuierlich ausgerichtete verbesserte Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens

Info

Publication number: DE102016104263A1
Application number: DE102016104263.3A
Authority: DE
Inventors: Steve Henderson; Bimba Rao; Ingmar Voigt; Tommaso Mansi; Anand Vinod Tatpati
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp; Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-09-15
Also published as: CN106097427A; JP6393703B2; US10194888B2; KR20160110239A; US20160262720A1; JP2016168332A

Abstract

Es wird ein Gesamtvolumen gescannt (30). Ein Teilvolumen wird mit anderen Einstellungen für Strahlformungsparameter separat gescannt (30), wodurch eine höhere Bildqualität für das Teilvolumen bei gleichzeitiger Bereitstellung von Kontext aus dem Volumen ermöglicht wird. Die interessierende Anatomie wird periodisch erfasst (32), und die Position des Teilvolumens wird verschoben (34), so dass es die interessierende Anatomie bedeckt, was eine relativ kontinuierliche Volumenbildgebung mit einer Bildgebung des Teilvolumens von verbesserter Qualität ermöglicht. Eine Verschachtelung von Volumen- und Teilvolumenschichten kann eine Optimierung der jeweiligen Bildwiederholrate und Bildqualität ermöglichen. Unterschiedliche Kombinationen (38) von Volumen- und Teilvolumendaten zur Anatomieerfassung und -anzeige können die gewünschte Bildgebung gewährleisten und gleichzeitig die regelmäßige Erfassung der Anatomie ermöglichen.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen die Volumenbildgebung mittels Ultraschall. Insbesondere wird eine Volumenbildgebung mit einem interessierenden Bereich bereitgestellt.
Bei der Ultraschallbildgebung werden wohlbekannte Kompromisse zwischen Bildwiederholrate (Framerate), Auflösung, Eindringtiefe und Kontrast angewendet. Zum Beispiel erfordert eine Erfassung von Echtzeit-Volumenbildern mit einem angemessenen Sichtfeld und einer für die Kardiologie annehmbaren Rate zwangsläufig erhebliche Abstriche bei der Bildqualität (z. B. Auflösung und/oder Kontrast) gegenüber der bestmöglichen Qualität, die mit einer niedrigeren Rate erzielt wird. In einigen Fällen ist es wünschenswert oder notwendig, ein vollständiges Sichtfeld einer größeren anatomischen Einheit wie etwa des Herzens beizubehalten, wenn ein bestimmter Teil der Anatomie innerhalb des Herzens, wie etwa eine Herzklappe, von vorrangigem Interesse ist. Dies hat eine Darstellung der speziell interessierenden Anatomie mit geringerer Qualität zur Folge.
Um die Bildqualität eines bestimmten Teils der Anatomie zu verbessern, ändert der Benutzer manuell die Position eines interessierenden Bereichs um das Zielmerkmal herum, verringert die Größe des Bereichs, der gescannt wird, so dass er nur den begrenzten interessierenden Bereich umfasst, und justiert dann Bildgebungsparameter weiter, um die Bildqualität zu verbessern. Ein solcher Prozess ist mühsam. Der Prozess erfordert außerdem Sachkenntnis und Aufmerksamkeit seitens des Benutzers, insbesondere in einem Kontext der Volumenbildgebung. Der Prozess hat ferner einen Verlust an Kontext aufgrund des verkleinerten Sichtfeldes zur Folge.
Das verkleinerte Sichtfeld ist infolge der Bewegung der Sonde relativ zu der Anatomie ausfallanfällig. Entweder die Sonde oder die Anatomie kann sich bewegen und bewirken, dass sich das interessierende Merkmal aus dem kleineren Volumen hinausbewegt und verloren geht. Die Wahrscheinlichkeit dieses Ergebnisses kann nur dadurch verringert werden, dass der interessierende Bereich auf konservative Weise größer als die interessierende Anatomie gewählt wird, um das Sichtfeld über einem gewissen vollständigen möglichen Bewegungsbereich zu halten. Die Größenzunahme des Sichtfeldes geht jedoch zwangsläufig mit Abstrichen bei der Bildwiederholrate und/oder Bildqualität innerhalb des kleineren Volumens einher.
KURZDARSTELLUNG
Einleitend ist festzustellen, dass die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren und Systeme für eine verbesserte Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens beinhalten. Es wird ein Gesamtvolumen gescannt. Ein Teilvolumen wird mit anderen Einstellungen für Strahlformungsparameter separat gescannt, wodurch eine höhere Bildqualität für das Teilvolumen bei gleichzeitiger Bereitstellung von Kontext aus dem Volumen ermöglicht wird. Die interessierende Anatomie wird periodisch erfasst, und die Position des Teilvolumens wird verschoben, so dass es die interessierende Anatomie bedeckt, was eine relativ kontinuierliche Volumenbildgebung mit einer Bildgebung des Teilvolumens von verbesserter Qualität ermöglicht. Eine Verschachtelung von Schichten (Slices) des Volumens und Teilvolumens kann eine feine Optimierung der jeweiligen Bildwiederholrate und Bildqualität ermöglichen. Unterschiedliche Kombinationen von Volumen- und Teilvolumendaten zur Anatomieerfassung und -anzeige können die gewünschte Bildgebung gewährleisten und gleichzeitig die regelmäßige Erfassung der Anatomie ermöglichen. Ein beliebiges oder mehrere dieser Merkmale können unabhängig oder in einer Kombination verwendet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens bereitgestellt. Ein Ultraschallbildgebungssystem scannt ein Volumen eines Patienten mit anderen Werten für Scaneinstellungen für das Teilvolumen des Volumens als für andere Teile des Volumens. Ein Prozessor verfolgt eine Position innerhalb des Volumens der Anatomie. Für das Verfolgen werden Daten verwendet, die aus dem Scanvorgang resultieren. Auf der Basis der Verfolgung ändert der Prozessor einen Ort des Teilvolumens innerhalb des Volumens derart, dass sich die Anatomie in dem Teilvolumen befindet. Der Scanvorgang wird mit dem geänderten Ort wiederholt. Aus den Daten des Scanvorgangs und der Wiederholung des Scanvorgangs werden nacheinander ein erstes bzw. ein zweites Bild erzeugt.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens bereitgestellt. Ein Wandler ist mit dem Sende- und dem Empfangsstrahlformer verbindbar. Eine Strahlformer-Steuereinheit ist dafür ausgelegt zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer: ein Volumen eines Patienten scannen, wobei das Volumen mehrere Volumenbereiche beinhaltet, die während des Scans des Volumens nacheinander gescannt werden; ein Teilvolumen des Volumens scannen, wobei das Teilvolumen mehrere Teilvolumenbereiche beinhaltet, die während des Scans des Teilvolumens nacheinander gescannt werden; und den Scan der Volumenbereiche mit dem Scan der Teilvolumenbereiche so verschachteln, dass wenigstens einer der Volumenbereiche gescannt wird, bevor alle Teilvolumenbereiche gescannt sind, und wenigstens einer der Teilvolumenbereiche gescannt wird, bevor alle Volumenbereiche gescannt sind. Ein Bildprozessor ist dafür ausgelegt, ein Bild des Patienten unter Verwendung von Daten vom Scan des Volumens und von Daten vom Scan des Teilvolumens zu erzeugen. Ein Display ist dafür ausgelegt, das Bild anzuzeigen.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens bereitgestellt. Es wird ein Volumen gescannt. Ein Teilvolumen des Volumens wird mit einer höheren Bildwiederholrate, einer höheren Auflösung, einem höheren Kontrast oder Kombinationen davon gescannt. Daten vom Scanvorgang des Volumens werden mit Daten vom Scanvorgang des Teilvolumens kombiniert. Anhand der kombinierten Daten wird eine Messung durchgeführt. Die Daten vom Scanvorgang des Volumens und die Daten vom Scanvorgang des Teilvolumens werden an einen dreidimensionalen Renderer übergeben. Der dreidimensionale Renderer erzeugt ein Bild, wobei die Daten des Hauptvolumens anders als die Daten des Teilvolumens gerendert werden.
Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert, und nichts im vorliegenden Abschnitt darf als Einschränkung dieser Ansprüche aufgefasst werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unten in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen offenbart und können später unabhängig oder in einer Kombination beansprucht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Komponenten und die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei die Betonung stattdessen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. Weiterhin bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten durchgehend einander entsprechende Teile.
1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens;
2 zeigt eine Ausführungsform eines verschachtelten Scanvorgangs eines Volumens und eines Teilvolumens;
3 zeigt eine beispielhafte Gewichtung für das Mischen (Blending) von Teilvolumendaten mit Volumendaten.
4 zeigt eine Ausführungsform verschiedener Pfade und Verwendungen für Daten von einem Volumen und einem Teilvolumen; und
5 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird eine automatisierte, kontinuierliche ausgerichtete verbesserte Bildgebung eines Teilvolumens bereitgestellt. Eine verbesserte Bildqualität eines das Ziel darstellenden Teils der Anatomie wird auf eine Weise gewährleistet, die trotzdem mit der Bildgebung des größeren Bereichs um die Anatomie herum kompatibel ist. Während eine verbesserte Bildgebung des Teilvolumens in Kombination mit der Bildgebung des vollständigen Volumens bereitgestellt wird, resultiert ein praktischer und weitgehend transparenter Arbeitsablauf. Der Benutzer konfiguriert lediglich das System für die Volumenbildgebung für eine bestimmte Anatomie, und das Bildgebungssystem liefert dem Endbenutzer sowohl Kontext (z. B. das vollständige Volumen) als auch Informationen von hoher Qualität (z. B. das Teilvolumen). Es wird eine Kombination von automatisierter kontinuierlicher anatomischer Erfassung mit der verbesserten Live-Volumenbildgebung bereitgestellt. Es tritt kaum eine oder keine Abweichung von einer normalen Benutzererfahrung oder einem normalen Messungsablauf auf, außer dass eine verbesserte Bildgebung der Anatomie erfolgt.
Das Teilvolumen wird während des Live-Scannings kontinuierlich um ein automatisch erfasstes anatomisches Merkmal herum ausgerichtet, mit verbessertem Scanvorgang in dem Teilvolumen, um eine ausgezeichnete Bildgebung des Merkmals zu erzielen. Die Ausrichtung des Teilvolumens ist ein automatisch im Hintergrund ablaufender Prozess, der durch Voreinstellung gesteuert wird und keine speziellen Interaktionen mit dem Benutzer erfordert. Die Erfassung der Bewegung der Anatomie kann verwendet werden, um den zukünftigen Ort der Anatomie vorherzusagen, um den Ort des Teilvolumens während des Live-Scannings einzustellen.
Die Scanvorgänge des Volumens und des Teilvolumens können schichtweise miteinander verschachtelt werden, was gegenüber einer Verschachtelung eines Scans des vollständigen Volumens mit einem Scan des vollständigen Teilvolumens einen verfeinerten Kompromiss von Bildwiederholrate und Bildqualität ermöglicht. Die Verschachtelung der Scanvorgänge des Teilvolumens und des Hauptvolumens kann auf der Basis von Azimut-Durchläufen (Azimut-Sweeps) durchgeführt werden. Zwischen dem Teilvolumen und dem Hauptvolumen kann ein Bereich nicht ganzzahliger relativer Volumenraten vorgesehen werden, mit in jedem Durchlauf (Sweep) maximierter zeitlicher Kohärenz, um laterale analytische Verarbeitung zu unterstützen.
Da die gewünschten Informationen, die für Anatomieerfassung oder andere Messungen verwendet werden, andere als für Live-Bildgebung sein können, können mehrere Datenpfade verwendet werden. Die Teilvolumen- und Volumendaten werden für Messungen gemischt (Blending), bleiben jedoch für die Bildgebung bis zum Rendern getrennt. Zum Beispiel mischt ein Pfad „pre-CINE” für die Nutzung durch Messungen, ein anderer Pfad mischt „post-CINE” für Verbesserungen der Anzeige des Teilvolumens, die vom Benutzer gesehen wird.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens. Im Allgemeinen wird die interessierende Anatomie während einer dreidimensionalen Ultraschallbildgebung automatisch aus einem Volumenscan erfasst. Ein interessierender Bereich wird als ein Teilvolumen um die erfasste Anatomie herum definiert. Das Teilvolumen wird verschachtelt mit Scans des Volumens gescannt, was Teilvolumen-Informationen mit anderen Scan-Einstellungen als beim Rest des Volumens liefert. Durch Wiederholen der Erfassung der Anatomie mit Wiederholungen des Scanvorgangs wird der Ort der Anatomie aktualisiert, wodurch eine automatische Volumenbildgebung mit auf die interessierende Anatomie ausgerichteter verbesserter Bildgebung bereitgestellt wird.
Das Verfahren wird von dem in 5 dargestellten System oder einem anderen System durchgeführt. Zum Beispiel scannt ein medizinisches diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem in den Schritten 30 und 36, ein Prozessor erfasst in den Schritten 32 und 40, eine Strahlformer-Steuereinheit positioniert das Teilvolumen innerhalb des Volumens in Schritt 34, der Prozessor kombiniert Daten in Schritt 38, und das Bildgebungssystem erzeugt das angezeigte Bild in Schritt 42. Beliebige der Schritte können auch von anderen Vorrichtungen ausgeführt werden; etwa kann der Prozessor alle Schritte ausführen, die keine Scans beinhalten.
Die Schritte werden in der dargestellten Reihenfolge oder einer anderen Reihenfolge ausgeführt. Zum Beispiel wird Schritt 42 vor, nach oder gleichzeitig mit den Schritten 38 und 40 und/oder einer Wiederholung der Schritte 34 oder 36 ausgeführt.
Es können zusätzliche, andere oder weniger Schritte verwendet werden. Zum Beispiel ist es möglich, Schritt 42 nicht auszuführen. Als ein weiteres Beispiel ist es möglich, Schritt 38 nicht auszuführen, und die Anatomie wird unter Verwendung von Volumendaten ohne Kombination mit Teilvolumendaten erfasst. In noch einem anderen Beispiel werden die Wiederholschleife von Schritt 40 zu Schritt 32 und die Verfolgung von Schritt 40 nicht ausgeführt, wobei dann etwa die Schritte 38 und 42 mit kombinierten und unkombinierten Daten auf zwei Pfaden für ein einziges Bild ausgeführt werden.
In Schritt 30 wird ein Volumen eines Patienten gescannt. Dieser Scan ist ein Anfangsscan, wie etwa ein erster Scan. Der Anfangsscan kann derjenige sein, der zu Beginn durchgeführt wird, oder bevor in Schritt 32 Anatomie erfasst wird, selbst wenn andere, frühere Scans vor dem Anfangsscan stattfinden.
Der Anfangsscan ist ein Scan eines Gesamtvolumens. Das Gesamtvolumen ist ein Sichtfeld, welches durch den Scanvorgang hergestellt wird. Die seitliche Ausdehnung und die Tiefe definieren die Ausdehnung des gescannten Volumens. Basierend auf unterschiedlichen Einstellungen können Volumina unterschiedlicher Größe das gesamte Scanvolumen bilden. Der Benutzer oder das System bestimmt das Sichtfeld und das resultierende gesamte Scanvolumen.
Um ein Sichtfeld mit Ultraschall zu scannen, werden von einem Ultraschallsystem Sende- und Empfangsstrahlen geformt. Es kann ein beliebiges Scanformat, wie etwa Sektor, Linear oder Vektor^®, und ein entsprechendes Sichtfeld verwendet werden. Gescannt wird ein dreidimensionaler Bereich oder ein Volumen. Die Scanlinien werden durch elektrische und/oder mechanische Lenkung in drei Dimensionen verteilt, was Daten liefert, die ein Volumen repräsentieren (z. B. ein Volumen von N × M × R, wobei N, M und R ganze Zahlen größer als 1 sind). Es kann ein beliebiges dreidimensionales Format verwendet werden, etwa indem nacheinander entlang von Ebenen gescannt wird, so dass die Scanebenen zusammen das Volumen repräsentieren.
Die Eigenschaften der Sende- und/oder Empfangsstrahlen können eingestellt werden oder von Werten von Parametern abhängig sein. Die Tiefe und/oder die seitliche Ausdehnung des Sichtfeldes werden eingestellt. In ähnlicher Weise werden die Fokustiefe des Sendestrahls, die Sendefrequenz, die Empfangsfrequenz, die Liniendichte, die Abtastdichte, die Sendewellenform (z. B. Anzahl der Zyklen und/oder Form der Umhüllenden), Bildwiederholrate, Apertur und/oder andere Eigenschaften des Scanvorgangs eingestellt. Es kann die Anzahl der Sendefokuspositionen pro Scanlinie (z. B. eine oder zwei) eingestellt werden. Es können auch andere, zusätzliche oder weniger Scanparameter (z. B. Sende- und/oder Empfangsparameter) verwendet werden.
Durch Empfangsstrahlformung repräsentieren die entsprechenden Daten Abtastwerte im Sichtfeld. Vom Scanvorgang empfangene Daten werden erfasst. Ein B-Mode-Detektor bestimmt die Intensität akustischer Echos, die von den empfangenen Daten repräsentiert werden. Zum Beispiel sind die Empfangsdaten als In-Phase-Daten und Quadraturdaten formatiert. Eine Quadratwurzel einer Summe der Quadrate der In-Phase- und der Quadraturterme wird als die Intensität berechnet. Es können auch andere Maße für die Größe des akustischen Echos zur B-Mode-Erfassung verwendet werden.
Eine andere B-Mode-Verarbeitung kann auf der Basis von Werten für Parameter durchgeführt werden. Zum Beispiel werden die erfassten B-Mode-Daten räumlich gefiltert. Als ein weiteres Beispiel wird eine Folge von Einzelbildern aus einer entsprechenden Folge von Scans des gesamten Sichtfeldes erfasst. Verschiedene Paare oder Gruppen anderer Größe der resultierenden B-Mode-Frames von Daten werden zeitlich gefiltert. Es kann Filterung mit unendlicher Impulsantwort oder mit endlicher Impulsantwort angewendet werden. In einem anderen Beispiel wird eine allgemeine Verstärkung oder Gesamtverstärkung angewendet. Ein oder mehrere Parameter können die Gesamtverstärkung festlegen. Zusätzlich oder alternativ dazu können tiefenabhängige Verstärkungen angewendet werden. Es können andere, zusätzliche oder weniger B-Mode-Verarbeitungsparameter verwendet werden.
Bei anderen Ausführungsformen werden andere Typen der Erfassung und entsprechende Scans durchgeführt. Zum Beispiel wird Color-Flow-(z. B. Doppler-)Schätzung angewendet. Geschwindigkeit, Leistung und/oder Varianz werden geschätzt.
Als ein weiteres Beispiel wird der Harmonic-Mode verwendet, wie etwa Bildgebung bei einer zweiten Harmonischen einer Sendegrundfrequenz. Es können Kombinationen von Modes verwendet werden.
Nach der Verarbeitung werden die erfassten Daten, falls erforderlich, scan-konvertiert. Es kann ein zweidimensionales Bild erzeugt werden. Zum Beispiel repräsentiert ein B-Mode-Bild die Intensität oder Rückkehrstärke akustischer Echos im B-Mode-Sichtfeld. Die Intensitäten oder B-Mode-Daten werden innerhalb des Dynamikbereichs des Displays auf eine Grauskala abgebildet. Bei der Grauskala kann es sich um gleiche oder ähnliche rote, grüne, blaue (RGB) Werte handeln, die vom Display verwendet werden, um Pixel zu steuern. Es kann eine beliebige Farb- oder Grauskalenabbildung verwendet werden.
Daten, die für andere Schritte verwendet werden, stammen von einem beliebigen Punkt des Verarbeitungsweges. Bei einer Ausführungsform werden erfasste und scan-konvertierte skalare Werte vor jeder Farb- oder Displayabbildung verwendet. Bei anderen Ausführungsformen werden strahlgeformte Abtastwerte (Samples) vor der Erfassung, erfasste Daten vor der Scan-Konvertierung oder Anzeigewerte nach der Displayabbildung verwendet.
Die Werte der Parameter für den Scanvorgang werden zu Beginn unter Anwendung eines beliebigen Verfahrens eingestellt. Bei einer Ausführungsform wird ein oder werden mehrere Parameter basierend auf einer Eingabe durch den Benutzer, vorgegebenen Werten und/oder der Wahl einer Anwendung oder Konfiguration eingestellt. Zum Beispiel wählt der Benutzer eine Volumen- oder dreidimensionale Bildgebung einer bestimmten Anatomie, wie etwa einer Herzklappe. Bei alternativen oder weiteren Ausführungsformen wird ein oder werden mehrere der Parameter basierend auf einer Rückmeldung oder durch Anpassen an die von dem Scanvorgang empfangenen Daten eingestellt. Es wird eine automatische Einstellung es Wertes oder der Werte des Parameters oder der Parameter vorgenommen. Zum Beispiel wird die Gesamtverstärkung und/oder der Dynamikbereich von B-Mode-Daten basierend auf der Identifizierung von B-Mode-Daten für Orte, die Gewebe im Sichtfeld zugeordnet sind, eingestellt, und unter Verwendung einer mittleren, Median- oder anderen B-Mode-Intensität für die Gewebeorte, um die Verstärkung und/oder den Dynamikbereich einzustellen.
Die Werte der Parameter können auch zu Beginn für gewünschte Verbesserungen der Bildgebungsqualität eingestellt werden. Die Werte für das separat zu scannende Teilvolumen werden durch Voreinstellungen eingestellt. Es können mehrere Typen von Anatomie und von Bildverbesserungen für verschiedene Untersuchungstypen gewählt werden. Der Benutzer wählt die Volumenbildgebungs-Anwendung für eine spezielle Anatomie. Die Werte für die Scaneinstellungen für das Volumen und für das Teilvolumen werden auf der Basis der Wahl der Anwendung vorbestimmt und verwendet. Der Benutzer kann jeden der Werte für den Volumen- und/oder Teilvolumen-Scan modifizieren oder ändern.
Bei weiteren oder alternativen Ausführungsformen kann ein oder können mehrere der Parameter basierend auf einer Benutzereingabe oder -einstellung eingestellt werden. Zum Beispiel wählt der Benutzer eine Frequenz oder Bildwiederholrate und/oder eine Liniendichte unter Verwendung einer Multi-Hz/Raum-Zeit-Auswahl oder einer anderen Eingabe. Als weiteres Beispiel wählt der Benutzer eine relative Bildwiederholrate zwischen dem Hauptvolumen (z. B. Gesamtvolumen) und dem Teilvolumen. In einem anderen Beispiel gibt der Benutzer eine minimale gewünschte Bildwiederholrate des Teilvolumens ein. In noch einem anderen Beispiel wird ein relatives Gewicht des Hauptvolumens und des Teilvolumens für Kompromisse des Energiemanagements eingegeben. Der Benutzer gibt die relative thermische Belastung an, welche dann Einstellungen der Bildwiederholrate und/oder Sendeleistung für das Volumen und das Teilvolumen bewirkt. Alternativ dazu werden Werte für eine oder mehrere dieser relativen Einstellungen unter Verwendung von Voreinstellungen oder einer Benutzerauswahl einer Anwendung festgelegt.
Während der Live- oder Echtzeit-Bildgebung (Scannen und Ausgeben von Bildern zur gleichen Zeit bzw. während ein Ultraschallwandler an den Patienten angelegt ist) wird im Allgemeinen keine spezielle Interaktion des Benutzers für das Ziel-Teilvolumen gefordert oder erwartet. Der Benutzer hat die Möglichkeit, nur eine Anwendung zu wählen (z. B. dreidimensionale Bildgebung einer Herzklappe), und die restliche Konfigurierung erfolgt automatisch. Der Benutzer kann irgendeine oder mehrere der Einstellungen vorkonfigurieren, und danach erfolgt die Bildgebung ohne eine weitere Änderung durch den Benutzer. Bei anderen Ausführungsformen ist die Konfigurierbarkeit der Bildgebung des Teilvolumens und/oder Volumens während der Live-Bildgebung noch immer verfügbar. Der Benutzer kann einen oder mehrere Werte von Scanparametern ändern, ohne dass von ihm gefordert oder erwartet wird, die Änderungen als Teil des normalen Arbeitsablaufs vorzunehmen.
In Schritt 32 erfasst ein Prozessor Anatomie aus den Daten des Anfangsscans. Die Daten, die das Volumen des Patienten repräsentieren, werden verarbeitet, um die interessierende Anatomie zu erfassen. Zum Beispiel führt der Benutzer eine Translation und/oder Drehung des Sichtfeldes (d. h. bewegt den Wandler) relativ zum Patienten durch, um die Anatomie zu positionieren. Sobald sich die Anatomie im Sichtfeld befindet, erfasst der Prozessor die Anatomie. Zum Beispiel wird eine Herzklappe automatisch aus B-Mode-Daten erfasst, die ein Volumen repräsentieren, das wenigstens einen Teil eines Herzens beinhaltet.
Die Erfassung erfolgt während der Live-Bildgebung automatisch. Der Prozessor verlangt keine Benutzereingabe eines Ortes oder von Orten für die Anatomie, sondern wendet Filterung, Kantenerkennung, Musterabgleich (Pattern Matching), Modellabgleich (Model Matching) und andere computergestützte Klassifizierungsverfahren an, um die Anatomie in den Daten zu erfassen. Bei einer Ausführungsform wird ein maschinell gelernter Klassifikator angewendet. Haar-, Gradienten-, Richtungs- oder andere Merkmale werden aus den Volumendaten berechnet und in den maschinell gelernten Klassifikator eingegeben. Der maschinell gelernte Klassifikator gibt an, basierend auf dem Lernen aus Trainingsdaten mit bekannter, der Wahrheitserkennung dienender interessierender Anatomie aus anderem Gewebe oder Fluid, ob die Anatomie von den Daten für das Volumen repräsentiert wird, und wo. Es kann ein beliebiges maschinelles Lernen verwendet werden, wie etwa ein Probabilistic Boosting Tree (wahrscheinlichkeitstheoretischer Verstärkungsbaum), ein Bayessches Netz, ein neuronales Netz oder eine Stützvektormaschine. Es kann ein beliebiges Merkmal oder ein beliebiger Merkmalssatz verwendet werden.
Bei alternativen Ausführungsformen werden Vorrichtungen wie etwa chirurgische Instrumente oder Implantate anstelle von Anatomie erfasst. Es können auch sowohl Anatomie als auch hinzugefügte Vorrichtungen in einem gegebenen Volumen erfasst werden. Ein anderer oder derselbe Detektor erfasst die andere Anatomie und/oder die Vorrichtungen.
Bei noch anderen Ausführungsformen identifiziert der Benutzer manuell ein beliebiges anatomisches Merkmal in dem größeren Volumen. Der Benutzer gibt den Ort (z. B. Aufzeichnung) der Anatomie ein. Es können halbautomatische Ansätze verwendet werden, wie etwa indem der Benutzer einen Saatpunkt eingibt, welcher dann verwendet wird, um die Anatomie zu erfassen.
Die erfasste Anatomie oder Vorrichtung hat eine beliebige räumliche Ausdehnung. Zum Beispiel erstreckt sich die Anatomie über mehrere Voxel in einer oder mehreren Dimensionen.
In Schritt 34 weist der Prozessor ein Teilvolumen um die erfasste Anatomie herum oder auf der Basis derselben zu. Wenn die erfasste Anatomie die interessierende Anatomie ist, wird das Teilvolumen so positioniert, dass es die interessierende Anatomie mit einem minimalen Randsaum, wie etwa von 0,5 cm, umgibt. Nach der Erfassung definiert der Prozessor ein Teilvolumen um das Merkmal oder die Anatomie herum. Das Teilvolumen hat eine beliebige Form, wie etwa die eines Würfels oder einer Kugel oder eine andere Form. Das Teilvolumen ist so bemessen, dass es sich innerhalb des Randsaums befindet, dabei jedoch die gesamte interessierende Anatomie enthält. Das Teilvolumen kann so wie die interessierende Anatomie bemessen und geformt sein, ohne einen oder mit einem gegebenen Randsaum. Bei anderen Ausführungsformen wird das Teilvolumen basierend auf einer anderen als der interessierenden Anatomie positioniert, zum Beispiel wird das Teilvolumen für eine Herzklappe basierend auf der Erfassung einer linken Herzkammer positioniert.
Das Teilvolumen erstreckt sich über drei Dimensionen. Das Teilvolumen befindet sich innerhalb des Volumens, etwa indem es sich vollständig innerhalb desselben befindet, oder sich innerhalb desselben befindet, jedoch einen gemeinsamen Rand mit ihm aufweist. Das Teilvolumen kann kleiner als 1/2, kleiner als 1/3 oder kleiner als 1/4 des Volumens sein oder ein anderes Größenverhältnis bezüglich desselben aufweisen.
Das Teilvolumen ist gemäß einer Anfangszuweisung um die Anatomie herum positioniert. Da sich der Wandler und/oder die Anatomie relativ zum Patienten bewegen können, kann das Teilvolumen so bemessen sein, dass es eine beliebige Bewegung abdeckt, und/oder seine Position kann verändert werden (siehe Schritt 40), um einer Bewegung Rechnung zu tragen. Um die Bildwiederholrate und/oder die Verbesserung der Bildqualität für das Teilvolumen zu optimieren, ist die Größe geringer als zur Berücksichtigung einer wahrscheinlichen Bewegung. Nach der Anfangszuweisung können andere Zuweisungen erfolgen, um das Teilvolumen neu zu positionieren.
In Schritt 36 wird das Volumen des Patienten mit anderen Werten für Scaneinstellungen für das Teilvolumen des Volumens wie für andere Teile des Volumens gescannt. Ein Ultraschallbildgebungssystem scannt das Volumen. Ein separater Scan wird von dem Ultraschallbildgebungssystem für das Teilvolumen durchgeführt. Der Volumenscan ist für das gesamte Volumen inklusive Teilen von Teilvolumen oder aller Teilvolumen. Obwohl das Volumen mit einer geringeren Abtast- und/oder Scanliniendichte gescannt werden kann, können für das Volumen Voxel resultieren, welche dieselben Teile des Patienten darstellen wie Teilvolumen-Voxel. Alternativ dazu wird der Volumenscan nur für Teile des Volumens durchgeführt, die nicht in dem Teilvolumen enthalten sind. Die Werte für die Parameter für das Scannen des Gesamtvolumens oder vollständigen Sichtfeldes sind dieselben wie für die Durchführung des Anfangsscans von Schritt 30. Das Ultraschallbildgebungssystem fährt fort, Bilder des vollständigen Sichtfeldes zu erzeugen. Das Scannen des vollständigen Sichtfeldes kann ermöglichen, die Ausrichtung einer chirurgischen Vorrichtung relativ zu der Zielanatomie zu betrachten oder die interessierende Anatomie im Kontext einer umgebenden Anatomie zu betrachten. Die anderen Teile des Volumens außerhalb des Teilvolumens werden weiterhin gescannt.
Daten aus dem Volumenscan, die sich mit dem Teilvolumen überlappen, können als Teil des Teilvolumens verwendet werden, oder es werden nur Daten aus einem separaten Teilvolumenscan verwendet. Es werden eine oder mehrere Übertragungen und resultierende Empfangsdaten nur für das Teilvolumen verwendet.
Für das Teilvolumen und das Volumen werden separate Scans durchgeführt. Für den Teilvolumenscan treten andere Sende- und entsprechende Empfangs-Ereignisse ein als für den Volumenscan. Das Volumen wird mit Scaneinstellungen gescannt, die andere Werte als für das Teilvolumen haben. Irgendein oder irgendwelche (z. B. zwei oder mehr) Parameter haben andere Werte. Zum Beispiel sind die Liniendichte, die Sendeleistung, die Bildwiederholrate, die Linien-(Scan-)Ausrichtung, das Scanformat, die axiale Antwort (z. B. eine andere Impulsform oder Einführung von Harmonic Imaging innerhalb des Teilvolumens) und/oder der Sendefokus für den Teilvolumenscan andere wie für den Volumenscan. Bei einer Ausführungsform wird das Teilvolumen mit einer größeren Bildwiederholrate, einer höheren Auflösung, einem größeren Kontrast oder Kombinationen davon gescannt, als für das größere Volumen. Zum Beispiel ist die Liniendichte für das Teilvolumen größer als für das Volumen.
In dem Herzklappen-Beispiel werden die Scaneinstellungen für den Teilvolumenscan für die Bildgebung der Herzklappe optimiert, so dass sie eine größere Bildwiederholrate aufweisen als für das Volumen. Die Bildwiederholrate kann wichtiger als Auflösung oder Kontrast sein und kann daher höher eingestellt werden, auf Kosten von Auflösung und/oder Kontrast. Die Auflösung und/oder der Kontrast für das Teilvolumen können dieselben wie für das Volumen sein, oder, besser, schlechter als für dieses. Die Fokuspunkte können in dem Teilvolumen zentriert sein, für eine bessere Fokussierung als bei Verwendung des Volumenscans. Die Sendeenergie für das Teilvolumen kann höher als für das Volumen sein. Die Werte werden für die interessierende Anatomie eingestellt, daher können sie relativ zueinander für das Teilvolumen und relativ zum Volumen eingestellt werden. Beim Scannen einer anderen Anatomie können dieselben oder andere Kompromisse verwendet werden.
Die Ausrichtung des Scans für das Teilvolumen kann dieselbe wie für das Volumen oder eine andere sein. 2 zeigt ein Beispiel, wo das Volumen 50 entlang von Schichten (Slices) 54 gescannt wird und das Teilvolumen 52 entlang von Schichten 56 gescannt wird. Die Scanlinien verlaufen entlang der Schichten 54, 56, wie etwa Scanlinien, die für die Schichten 54 vertikal verlaufen (d. h. orthogonal zu der Wandleranordnung), und nicht vertikal für die Schichten 56. Es kann eine beliebige Winkeldifferenz verwendet werden, etwa so, dass der Unterschied wenigstens 10 Grad beträgt, wenn zwei lineare Scans verglichen werden. Wenn Sektor- oder Vektor-Scanning vorgesehen ist, beträgt die Differenz wenigstens 10 Grad von einer Mittellinie oder über der Hälfte der Scanlinien. Durch Lenken der Scanlinien auf unterschiedliche Weise können unterschiedliche Aspekte der Anatomie bei der Bildgebung hervorgehoben werden. Eine Herzklappe kann am besten unter einem Winkel einfallender Schallenergie betrachtet werdender von dem Winkel der Energie für das Herz verschieden ist. Indem separate Scans verwendet werden, können das Volumen und Teilvolumina mit geeigneten Einstellungen für die Energie gescannt werden. Das Hauptvolumen könnte optional entweder einmalig oder kontinuierlich, basierend auf einer langsamen Änderung, neu ausgerichtet werden, um eine Projektion des anatomischen Merkmals zu zeigen, welche für gewisse Untersuchungen oder Eingriffe die standardisierte, übliche Variante darstellt.
Der Typ des Scans, wie etwa der Scan-Mode, ist für das Volumen derselben wie für das Teilvolumen oder verschieden von diesem. Zum Beispiel wird harmonische Bildgebung für das Teilvolumen verwendet, jedoch Fundamental-B-Mode-Bildgebung wird für das Teilvolumen verwendet. Ein Scanvorgang des Teilvolumens oder eines anderen interessierenden Bereichs in einem anderen als dem B-Mode (z. B. Volumen-Farbdoppler, spektraler Doppler oder Elastographie) kann auch mit dem Teilvolumen ausgerichtet werden.
Das Volumen und das Teilvolumen werden auf eine verschachtelte Weise gescannt. Das Teilvolumen wird einmal, zweimal oder mehr als zweimal für jeden Scan des Volumens gescannt. Durch Verschachteln von Scans des vollständigen Volumens mit Scans des vollständigen Teilvolumens wird eine begrenzte Anzahl von Verhältnissen von Bildwiederholraten bereitgestellt.
Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt das Verschachteln von Bereichen oder Unterbereichen des Volumens mit dem vollständigen Teilvolumen oder Unterbereichen desselben. Diese Verschachtelung kann eine größere Auswahl oder eine höhere Auflösung beim Verhältnis der Bildwiederholraten gewährleisten. Es kann eine beliebige Aufteilung des Volumens und/oder des Teilvolumens in Bereiche verwendet werden. 2 zeigt ein Beispiel mit schichtweiser Verschachtelung. Jede Schicht 54, 56 ist ein ebener Scanbereich. Für jeden ebenen Scanbereich des Teilvolumens 52 wird ein oder werden mehrere ebene Scanbereiche des Volumens 50 gescannt, oder umgekehrt. Das Scannen einer beliebigen Anzahl von Schichten 54 des Volumens 50 kann mit dem Scannen einer beliebigen Anzahl von Schichten 56 des Teilvolumens 52 verschachtelt werden. Das Scannen des Teilvolumens 52 wird mit dem Scannen des größeren Volumens 50 verschachtelt.
Die Scanvorgänge werden zwischen Durchläufen (Sweeps) (d. h. eine oder mehrere Schichten 54, 56) verschachtelt. Ein Durchlauf ist eine Sammlung von zeitlich aufeinander folgenden Sende-/Empfangsereignissen, welche in derselben Ebene oder in denselben Ebenen voranschreiten. Ein Bildgebungsvolumen 50, 52 ist im Allgemeinen aus mehreren Durchläufen des Scanvorgangs aufgebaut. Diese Granularität wird beim Verschachteln der Scans aufrechterhalten, um die laterale kohärente Verarbeitung zwischen Strahlen zu verbessern, welche nacheinander gesammelt werden. Es werden N Durchläufe des Teilvolumens für jeweils M Durchläufe des Hauptvolumens gescannt, wobei N und M ganze Zahlen ≥ 1 sind. In 2 ist das Volumen 50 in acht Schichten 54 aufgeteilt. Das Teilvolumen 52 ist in fünf Schichten 56 aufgeteilt. Dies ergibt ein effektives Verhältnis von (N·Anz.Hauptvolumendurchläufe)/(M·Anz.Teilvolumendurchläufe) (z. B. N·8/M·5) zwischen der Bildwiederholrate des Teilvolumens und der Bildwiederholrate des Hauptvolumens.
Jeder Durchlauf der Volumenschichten 54 erfordert eine gegebene Zeit, wie etwa 8 ms. Ohne Teilvolumenerfassung ergibt dies eine Periode von 64 ms (15,525 Hz). Nach dem Identifizieren eines interessierenden Merkmals wird das Teilvolumen zum Beispiel in 5 azimutalen Durchläufen mit höherer Strahldichte und unabhängiger Ausrichtung erfasst, was zur Folge hat, dass jeder Durchlauf des Teilvolumens 2 ms erfordert. Es kann auch ein anderer zeitlicher Ablauf vorgesehen sein.
In 2 geben die Zahlen die Reihenfolge der verschachtelten Erfassung von Durchläufen zwischen dem Hauptvolumen und dem Teilvolumen an. Zum Beispiel sind die mit den Zahlen 0 und 3 bezeichneten Schichten 54 durch Scans von zwei der Schichten im Teilvolumen getrennt. Die Schichten des Teilvolumens können (von oben nach unten) wie folgt bezeichnet sein: 1, 8, 16, ...; 2, 10, 17, ...; 4, 11, 19, ...; 5, 13, 20, ...; und 7, 14, 22, ... Die Zahlenbezeichnungen geben die fortlaufende Reihenfolge 1–22 des Durchlaufs oder der Schicht beim Scannen an.
Eine identische Bildwiederholrate zwischen dem Teilvolumen und dem Hauptvolumen kann erzielt werden, indem N und M so gewählt werden, dass das Verhältnis N/M = Anz.Teilvolumendurchläufe/Anz.Hauptvolumendurchläufe ist. Um die Bildwiederholrate für das Teilvolumen zu erhöhen, können zwei oder mehr Durchläufe des Teilvolumens 52 für jeden Durchlauf des Hauptvolumens 50 durchgeführt werden. Zum Beispiel beträgt die Teilvolumen-Periode 5·2 + 2,5·8 = 30 ms (33,33 Hz), und die Hauptvolumen-Periode beträgt 8·(4 + 8) = 96 ms (10,42 Hz). Bei einer Verringerung der Bildwiederholrate des Hauptvolumens um 33% werden im Gegenzug eine relative Erhöhung der Bildwiederholrate des Teilvolumens um 113% und eine erhöhte Auflösung bewirkt. Andere mögliche Verhältnisse von Teilvolumen- zu Hauptvolumenrate sind in dem Beispiel von 2: 1,0, 1,6, 2,0, 2,4, 3,0, 3,2, 4,0, ...
Bei einem Ansatz findet der Prozessor ein minimales Produkt M·N, mit M > N, derart, dass eine minimale Ziel-Bildwiederholrate des Teilvolumens erreicht wird. Es können Voreinstellungen (Presets) oder andere Auswahlverfahren angewendet werden. Die Ziel-Bildwiederholrate wird etwa basierend auf der interessierenden Anatomie bereitgestellt. Andere Scanparameter werden ausgehend von diesem Anfangskriterium eingestellt.
Die vorgeschlagene Verschachtelung funktioniert auch für zweidimensionale Bildgebung, wobei ein zweidimensionales Einzelbild als eine entartete Variante einer Volumenbildgebung betrachtet wird, bei der die Einzelbilder nur einen einzigen Durchlauf umfassen. In diesem Falle handelt es sich bei jeder Erhöhung der Teil-ROI-Bildwiederholrate relativ zur Haupt-ROI um ganzzahlige Vielfache.
Es wird nochmals auf 1 Bezug genommen; in Schritt 38 werden die Daten, die das Teilvolumen repräsentieren, mit den Daten kombiniert, die das Volumen repräsentieren. Die Abtastwerte, die durch separates Scannen des Teilvolumens und des Volumens erfasst werden, werden durch ein Filter oder einen Prozessor kombiniert. In Fällen, in denen der Volumenscan andere Teile als das Teilvolumen betrifft, liefert die Kombination einen Datensatz, der das gesamte Volumen ohne Überlappung repräsentiert. In Fällen, in denen der Volumenscan das Teilvolumen beinhaltet, werden die Daten für die Überlappung gemittelt, oder es wird ein Maximum gewählt, oder ein Minimum gewählt, oder die Daten werden für beliebige Orte, die in beiden Datensätzen repräsentiert sind, auf andere Weise kombiniert. Die resultierenden Daten nach der Kombination repräsentieren das Volumen, jedoch mit verbesserten Informationen im Teilvolumen.
Die Daten für das Volumen können mit einer anderen räumlichen Auflösung und/oder zeitlichen Auflösung wie für das Teilvolumen erfasst werden. Zum Beispiel repräsentieren die Teilvolumendaten das Teilvolumen mit der 1,5-fachen räumlichen Auflösung (z. B. der 1,5-fachen Linien- und Abtastdichte) und der doppelten Bildwiederholrate. Um Artefakte bei der Bildgebung oder den zur Messung verwendeten Daten zu vermeiden oder zu begrenzen, harmonisiert ein Schema des räumlichen und/oder zeitlichen Mischens (Blending) Unterschiede in der Bildwiederholrate, Geometrie und Anzeige zwischen dem Teilvolumen und dem größeren Hauptvolumen.
Es kann eine zeitliche Interpolation angewendet werden. Die Datensätze mit niedrigerer Bildwiederholrate werden zeitlich interpoliert, um dazwischenliegende Datensätze zu erzeugen, um eine Bildwiederholrate zu bewirken, die gleich der höheren Bildwiederholrate ist. Zum Beispiel wird die Bildwiederholrate des Volumens verdoppelt, indem ein Datenframe zeitlich zwischen den Datensätzen jedes Paares benachbarter Datensätze interpoliert wird. Die Interpolation erfolgt zwischen Daten für denselben Ort von unterschiedlichen Zeitpunkten. Die Interpolation liefert gemischte Bilder mit der Bildwiederholrate des Teilvolumens, welche größer als diejenige oder gleich derjenigen des Hauptvolumens ist.
Bei einer Ausführungsform ist m_k ein Vektor von Abtastintensitäten, der einem jeweiligen Hauptvolumenbild k nach der Erfassung und vor oder nach der Scan-Konvertierung entspricht. s_l ist ein Vektor von Abtastintensitäten, der einem jeweiligen Teilvolumenbild l nach der Erfassung und vor oder nach der Scan-Konvertierung entspricht. t_k ist der Zeitpunkt, zu dem die Erfassung eines jeweiligen Hauptvolumenbildes k endet. t_l ist der Zeitpunkt, zu dem die Erfassung eines jeweiligen Teilvolumenbildes l endet. Für jedes Teilvolumen s_l wird ein gemischtes Ausgangsbild von Abtastwerten (Samples) berechnet als: o_l = W[αm_n – βm_n-1] + s_l, wobei die Bilder n und n – 1 die zeitlich nächsten Hauptvolumenbilder sind, die zu Zeitpunkten t_n ≥ t_l > t_n-1 erfasst werden, und mit α = (t_n – t_l)/T_m, wobei T_m die Hauptvolumen-Bildperiode ist und β = 1 – α, und W[] eine Maskierungsfunktion ist, welche alle Hauptvolumen-Abtastwerte, die in den Bereich innerhalb der Grenzen des Teilvolumens fallen, gleich null setzt. Somit ist die Ausgangs-Bildwiederholrate gleich der Teilvolumen-Bildwiederholrate, wobei Ausgangsbildabtastwerte außerhalb des Teilvolumens zwischen den Hauptvolumenbildern, die dem Teilvolumenbild unmittelbar vorangehen bzw. nachfolgen, linear interpoliert werden, und wobei Abtastwerte, die in das Teilvolumen fallen, unverändert von dem Teilvolumen übernommen werden. Es können auch andere Ansätze verwendet werden, wie etwa die Anwendung einer Bewegungskompensation.
Alternativ dazu oder zusätzlich werden die Daten kombiniert, so dass sie dieselbe effektive räumliche Auflösung haben. Zum Beispiel weist das Teilvolumen eine größere Abtast- und/oder Liniendichte auf. Die Daten des Volumens werden räumlich interpoliert, so dass sie eine damit übereinstimmende Abtast- und/oder Liniendichte aufweisen. Es wird eine räumliche Interpolation von Daten von demselben Zeitpunkt durchgeführt. Die gemischten Bilder weisen ein dichtes akustisches Gitter auf, welches der Auflösung des Teilvolumens entspricht.
Zum Kombinieren können sich Voxel aus den Volumendaten mit Voxeln aus den Teilvolumendaten überlappen. Es wird eine räumliche Mischung angewendet, um Grenzartefakte der Teilvolumengrenze mit dem Volumen zu begrenzen oder zu vermeiden. Das Mischen gewährleistet einen allmählicheren Übergang von der höheren räumlichen Auflösung und/oder dem höheren Kontrast des Teilvolumens mit dem Volumen, wodurch ein aus einem plötzlichen Übergang resultierendes, verwirrendes Bildartefakt vermieden wird.
Es wird ein Grenzbereich überlappender Voxel in dem Teilvolumen definiert. Innerhalb dieses Grenzbereiches wird eine gewichtete Kombination durchgeführt. In der Nähe des Volumens werden die Daten oder Voxel aus dem Volumen in einem gewichteten Mittel stärker gewichtet. Für Orte, die sich mehr im Teilvolumen befinden, werden die Daten oder Voxel aus dem Teilvolumen in dem gewichteten Mittel stärker gewichtet. Es kann eine beliebige Abbildungsfunktion verwendet werden, um den Übergang der Gewichte zu vollziehen. 3 zeigt ein glattes Gewichtungsschema, so dass die Ränder des Teilvolumens nicht offensichtlich sind. In 3 ist das auf die Teilvolumendaten angewendete Gewicht W(x), und das auf die Volumendaten angewendete Gewicht ist 1 – W(x). Für Orte des Volumens außerhalb des Teilvolumens ist das auf die Volumendaten angewendete Gewicht 1. Das Gewichtungsprofil, das auf die Teilvolumendaten innerhalb des Teilvolumens entlang einer Dimension angewendet wird, ist eine Umkehrung des Profils, das auf die Hauptvolumendaten innerhalb des Hauptvolumens entlang der Dimension angewendet wird. Entlang anderer Dimensionen werden dieselben oder unterschiedliche Gewichtungsprofile angewendet.
Es können andere Gewichtungsprofile verwendet werden. Bei einer Ausführungsform wird eine kugelsymmetrische Gewichtung verwendet. Der Abstand von einem Mittelpunkt des Teilvolumens gibt das relative Gewicht an. Für Orte von Voxeln, die einen größeren Abstand vom Mittelpunkt haben, werden die Volumendaten stärker gewichtet.
Es wird nochmals auf 1 Bezug genommen; die Daten von dem Volumen- und dem Teilvolumenscan sind entlang von zwei Pfaden dargestellt. Ein Pfad beinhaltet die Schritte 38 und 40 zur Verfolgung der Anatomieposition. Zum Beispiel beinhaltet ein zu CINE weitergeleiteter Datenstrom oder ein Messprozess die Volumen- und Teilvolumendaten bereits in gemischter Form. Die Erfassung des Teilvolumens ist für existierende Mess- oder andere Anwendungen transparent, einschließlich der Erfassung der Anatomie in Schritt 32. Auf einem anderen Pfad werden die Daten nach CINE gemischt oder kombiniert, was eine Bildgebung des Volumens mit visuellen Verbesserungen für das Teilvolumen ermöglicht. Auf das Teilvolumen werden ein anderes Rendering, andere Übertragungsfunktionen, ein anderer Abschattungs-(Shading-) oder sonstiger Bildgebungsprozess als auf das Volumen angewendet. Für diese separate Bearbeitung werden die Daten von dem Volumen und dem Teilvolumen separat weitergeleitet, zum Mischen für post-CINE oder nach dem Rendering.
4 zeigt ein Beispiel dieser Aufteilung. Die Strahlformung und die Erfassung 60 werden durchgeführt, und Daten werden auf zwei Pfaden zu CINE 62 geleitet – über eine Mischung 66 „vor CINE” und ohne Mischung „vor CINE”. Die gemischten Daten werden zur Merkmalserfassung und/oder für Messungen 64 verwendet (z. B. vorhandenes Volumen, Fläche, Volumenstrom oder andere diagnostische oder Prozessmessungen). Die Messungen können zur Einstellung des Ortes des Teilvolumens erfolgen; so wird eine Bewegungsvorhersage 68 verwendet, um die Anordnung des Teilvolumens und die resultierende Scansequenz zu definieren 70. Die nicht kombinierten Daten werden dem Renderer 72 zum Mischen zugeführt, mit verbessertem oder unterschiedlichem Rendering für das Teilvolumen und das Volumen.
Es wird wieder auf 1 Bezug genommen; die gemischten Daten werden in Schritt 40 zur Messung verwendet. Die Messung dient dazu, eine Position der Anatomie innerhalb des Volumens zu verfolgen. Der Prozessor führt die Verfolgung unter Verwendung der Daten durch, die aus dem Scanvorgang resultieren, und so, wie sie kombiniert wurden. Zum Beispiel führt der Prozessor die Erfassung von Schritt 32 durch, um eine aktuelle Position der Anatomie zu bestimmen. Auf die kombinierten Daten wird ein Klassifikator angewendet, um die Anatomie und den Ort der Anatomie zu erfassen. Die Erfassung wird unter Verwendung des Datensatzes durchgeführt, der durch Kombinieren der Teilvolumendaten mit den Volumendaten erzeugt wurde. Bei alternativen Ausführungsformen stützt sich die Verfolgung auf Ähnlichkeit oder Korrelation, um einen räumlichen Versatz und/oder eine Drehung zu bestimmen. Die Anatomie wird verfolgt, indem eine Position der Anatomie unter Verwendung von Daten aus einem vorhergehenden Datenvolumen gefunden wird, welche in einem aktuellen Datenvolumen eine höchste Korrelation aufweisen.
Die Verfolgung wird ohne eine Benutzereingabe einer Angabe der Position der Anatomie durchgeführt. Der Prozessor führt die Erfassung ohne die Identifizierung eines Ortes der Anatomie durch den Benutzer durch. Alternativ dazu gibt der Benutzer einen Ort der Anatomie ein.
Durch Erfassen einer aktuellen Position der Anatomie werden die Position und/oder der Umfang des Teilvolumens kontinuierlich neu definiert. Die Erfassung der Anatomie erfolgt so kontinuierlich wie möglich, wobei periodisch entsprechende Aktualisierungen an der Scansequenz des Teilvolumens vorgenommen werden. Die kontinuierliche Erfassung kann wenigstens alle fünf Sekunden einmal erfolgen. Es kann auch eine häufigere Erfassung verwendet werden, wie etwa einmal für jeden Volumendatensatz. Die Strahlen des Teilvolumens können aus einem zuvor berechneten dichten Gitter gewählt werden, um den Rechenaufwand pro Aktualisierung des Teilvolumens zu minimieren.
Die Verfolgung gibt eine Änderung des Ortes der Anatomie und des entsprechenden Teilvolumens an. In Schritt 34 wird das Teilvolumen basierend auf der letzten Erfassung der Anatomie positioniert. Schritt 34 wird wiederholt. Der Prozessor stellt den Ort und/oder die Ausdehnung des Teilvolumens basierend auf der jeweils letzten Erfassung der Anatomie ein. Da sich die Anatomie relativ zu dem Volumen bewegt, etwa infolge einer Bewegung des Wandlers und/oder des Patienten, wird der Ort des Teilvolumens aktualisiert, um der Anatomie im Sichtfeld des Volumens zu folgen.
Die Änderung kann prädiktiv sein. Da die Bewegung kontinuierlich sein kann, kann sich der Ort der Anatomie während der Zeit, in der das Teilvolumen gescannt wird, verschieben. Die Verzögerung von der Beendigung eines Scans in Schritt 36 bis zum erneuten Beginn des Scans in Schritt 36 kann zur Folge haben, dass sich die Anatomie an einem anderen Ort als dem im vorhergehenden Scan erfassten Ort befindet. Diese Ungenauigkeit kann akzeptabel sein, wenn ein Rand in dem Teilvolumen gegeben ist. Alternativ dazu sagt der Prozessor den nächsten Ort vorher. Die Bewegung von einem oder mehreren vorhergehenden Paaren von erfassten Datensätzen wird verwendet, um den nächsten Ort für den Zeitpunkt, zu dem der nächste Scan erfolgen soll, vorherzusagen. Falls sich die Anatomie mit einer gegebenen Geschwindigkeit und in einer gegebenen Richtung bewegt, werden die Geschwindigkeit und die Richtung verwendet, um den Ort für den Zeitpunkt vorherzusagen, zu dem der nächste Scan des Teilvolumens erfolgen soll. Bei der Vorhersage kann eine Vorgeschichte der Bewegung, etwa im Zusammenhang mit einer zyklischen Bewegung, verwendet werden. Die aktuelle Phase wird verwendet, um eine erwartete Geschwindigkeit und Richtung für den nachfolgenden Scan zu bestimmen. Die Vorhersage kompensiert die Verzögerung zwischen der Merkmalserfassung und der Erfassung in Echtzeit.
Der Rückführungspfeil von Schritt 40 zu Schritt 32 repräsentiert einen im Gange befindlichen oder kontinuierlichen Scanvorgang. Der Scanvorgang wird mit dem geänderten Ort des Teilvolumens, basierend auf wiederholter Erfassung der Anatomie, wiederholt. Dieser Prozess setzt sich im Laufe der Zeit in der Live- oder Echtzeit-Bildgebung fort, wobei die Anatomie im Volumen verfolgt wird. Die interessierende Anatomie profitiert im Laufe der Zeit fortgesetzt von einer größeren Bildwiederholrate, einer höheren Auflösung und/oder einem größeren Kontrast (d. h. Bildqualität), trotz Bewegung. Durch die automatische Verfolgung kann das Teilvolumen kleiner gewählt werden, was eine besser optimierte Bildgebung der Anatomie ermöglicht, wobei gleichzeitig der Kontext aus dem größeren Volumen bereitgestellt wird.
In Schritt 42 werden die Daten aus dem Scanvorgang von Schritt 36 verwendet, um ein Bild zu erzeugen. Der Prozessor, der Renderer oder eine andere Vorrichtung erzeugt ein Bild aus den Volumen- und Teilvolumendaten. Zum Beispiel werden die Daten vom Scanvorgang des Volumens und die Daten vom Scanvorgang des Teilvolumens an einen dreidimensionalen Renderer übermittelt.
Die Daten werden als nicht kombinierte Daten übermittelt. Zum Beispiel werden die Daten ohne Mischen im CINE-Speicher oder einem anderen Speicher gespeichert. Der Renderer erhält die nicht kombinierten Daten und erzeugt ein Bild oder Bilder. Auf diesem Weg werden separate Bilddatenströme für das Volumen und das Teilvolumen zur Bildgebung verwendet. Dies ermöglicht die Anzeige einer verbesserten Darstellung des Teilvolumens, etwa mit anderen Strukturen, anderer Transparenz, Farbabbildung, Abschattung, anderem Rendering oder anderer sonstiger Bildgebung. Andere Bildprozesse, wie etwa Zoomen des Teilvolumens auf ein Bild ohne das Volumen, können die Teilvolumendaten ohne eine Änderung infolge des Mischens verwenden. Die sich stufenlos ändernde Gewichtung bei der Kombination kann die Grenzen des Teilvolumens in dem angezeigten Bild verbergen. Anstatt die Daten zu ändern, können andere Einstellungen des Renderings verwendet werden, um das Teilvolumen so gut wie möglich anzuzeigen, etwa mit erhöhter Auflösung und erhöhtem Kontrast.
Das Teilvolumen und das Volumen können separat gerendert werden. Es werden zwei verschiedene Bilder nebeneinander angezeigt. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Teilvolumen gerendert, und ein resultierendes Bild wird einem Rendering von dem Volumen überlagert. Für die beiden Renderings wird dieselbe Betrachtungsperspektive, jedoch ein unterschiedliches Rendering (z. B. Übertragungsfunktion, Typ des Renderings, Farbabbildung, Transparenz oder Abschattung) verwendet. Die Anatomie kann in der Anzeige durch Leuchtstärke, Farbe, Grafikrahmen oder andere sichtbare Indikatoren speziell markiert werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform werden die Teilvolumendaten anders verarbeitet, etwa durch eine andere Übertragungsfunktion, dann jedoch mit den Volumendaten kombiniert. Die resultierenden gemischten Daten werden als ein Bild gerendert. Die Kombination ist dieselbe wie in Schritt 38 oder eine andere. Abtastwerte aus dem Teilvolumen und den anderen Teilen werden zeitlich und räumlich gemischt, so dass das Bild das gesamte Volumen repräsentiert.
Es wird eine Sequenz von Bildern erzeugt. Wenn der Scanvorgang wiederholt wird, wird die entsprechende Bilderzeugung ebenfalls wiederholt. Jeder neu erfasste Satz von Daten, der das Teilvolumen und/oder Volumen repräsentiert, wird verwendet, um ein Bild zu erzeugen. Es wird eine Live-Bildgebung durchgeführt, die aktualisiert wird, so wie die Daten verfügbar werden. Die Bilder werden mit derselben Bildwiederholrate wie beim Teilvolumen- und/oder Volumenscan. Zum Beispiel wird ein räumliches und zeitliches Mischen durchgeführt, um Bilder mit der höchsten Bildwiederholrate des Volumen- und Teilvolumen-Scanvorgangs bereitzustellen. Als ein weiteres Beispiel wird der Abschnitt des Bildes, der den zuletzt erfassten Daten zugeordnet ist, aktualisiert oder ersetzt.
Die Bilder sind B-Mode-Bilder, können jedoch auch Bilder anderer Modes sein. Das Bild wird ohne eine Grafik erzeugt, die das Teilvolumen zeigt. Das Teilvolumen ist mit dem Volumen gemischt, weist jedoch tatsächlich eine größere Auflösung, einen größeren Kontrast und/oder eine höhere Bildwiederholrate auf. Das Volumen weist eine durch Interpolation erzeugte Bildwiederholrate und/oder Auflösung auf. Alternativ dazu gibt eine Grafik oder ein anderes Unterscheidungsmerkmal das Teilvolumen an.
Die Bildgebung wird für die Diagnose und/oder als Orientierungshilfe bei der Behandlung verwendet. Eine verbesserte Bildgebung von Herzklappen kann zur Unterstützung bei kardiologischen Eingriffen und strukturellen Herzerkrankungen dienen. Das System fährt fort, das vollständige Sichtfeld abzubilden, was auch bei mit Eingriffen zusammenhängenden Anwendungen hilft, wo die Ausrichtung einer chirurgischen Vorrichtung relativ zu der Zielanatomie von vorrangigem Interesse ist. Eine verbesserte Bildgebung von anderer Anatomie kann für andere Operationen vorteilhaft sein.
Bei einer Ausführungsform hat die Bildgebung kaum einen störenden Einfluss auf existierende Arbeitsabläufe des Benutzers. Der Benutzer sieht einfach eine wesentlich verbesserte Bildqualität des anatomischen Zielmerkmals, ohne Ablenkung oder zusätzliche Anstrengung. Abgesehen von der Position des Teilvolumens werden dieselben Werte der verschiedenen Einstellungen für eine Sequenz von Bildern verwendet, welche das Volumen und das Teilvolumen zeigen. Der Wert des Sendefokus, die Linienrichtung und/oder die Apertur können sich bei irgendeiner Änderung des Teilvolumens von einem Bild zu einem anderen ändern oder auch nicht.
Falls die Bildwiederholraten es ermöglichen, kann mehr als ein Merkmal innerhalb desselben großen Volumens verbessert werden. Die Verfolgung wird für verschiedene Anatomien in demselben Volumen durchgeführt. Es werden verschiedene Teilvolumina oder ein größeres Teilvolumen, das beide verfolgte Anatomien abdeckt, verwendet.
Die dreidimensionalen Bilder werden mit Rendering erzeugt. Es kann ein beliebiges Rendering verwendet werden, wie etwa Projektions- oder Oberflächen-Rendering. Es kann eine Abschattung hinzugefügt werden oder auch nicht.
5 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens. Der Benutzer konfiguriert das System 10 für Volumen- oder dreidimensionale Bildgebung, etwa indem er eine Anwendung für die Volumenbildgebung einer speziellen Anatomie wählt. Der Benutzer kann Werte einer oder mehrerer Voreinstellungen nach Belieben ändern. Sobald der Scanvorgang beginnt, erkennt das System 10 automatisch die Anatomie, scannt die Anatomie auf andere Weise als das restliche Volumen im Sichtfeld und erzeugt ein Bild oder Bilder, welche sowohl das Volumen als auch das Teilvolumen zeigen, jedoch mit verbesserter Bildgebungsqualität für das Teilvolumen. Durch Verfolgen oder Erfassen der Anatomie auf eine fortlaufende Weise richtet das System 10 das Teilvolumen für eine verbesserte Bildgebung relativ zu dem Volumen neu aus, wobei es automatisch eine Volumenbildgebung für ein vollständiges Sichtfeld mit besserer Bildqualität für die interessierende Anatomie liefert. Die Bildwiederholrate für das Teilvolumen kann relativ zu der Bildwiederholrate für das Volumen durch schichtenweises Verschachteln auf eine granulare Weise verbessert werden. Im System 10 können unterschiedliche Datenpfade für kombinierte und nicht kombinierte Volumen- und Teilvolumendaten verwendet werden.
Das System 10 ist ein Ultraschallbildgeber. Bei einer Ausführungsform ist der Ultraschallbildgeber ein medizinisches diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Ultraschallbildgeber ein Personalcomputer, eine Workstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung, an ein und demselben Ort oder verteilt über ein Netz, zur Echtzeitbildgebung oder Bildgebung nach der Erfassung.
Das System 10 implementiert das Verfahren von 1 oder andere Verfahren. Das System 10 weist einen Sendestrahlformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18, einen Mischprozessor 20, einen Renderer 21, ein Display 22, eine Strahlformer-Steuereinheit 24 und einen Speicher 26 auf. Es können zusätzliche, andere oder weniger Komponenten vorgesehen sein. Zum Beispiel stellt der Empfangsstrahlformer 16 über das Display 22 einen B-Mode-Verarbeitungsweg eines Ultraschallbildgebers dar. In dem Pfad können weitere Komponenten vorgesehen sein, wie etwa ein räumliches Filter, ein Scan-Konverter, ein Abbildungsprozessor zum Einstellen eines Dynamikbereichs oder ein Verstärker zur Anwendung einer Verstärkung. Als ein weiteres Beispiel ist eine Benutzereingabe vorgesehen.
Der Sendestrahlformer 12 ist ein Ultraschallsender, ein Speicher, ein Impulsgeber, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen davon. Der Sendestrahlformer 12 ist dafür ausgelegt, Wellenformen für eine Vielzahl von Kanälen mit verschiedenen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phaseneinstellungen zu erzeugen, um einen resultierenden Strahl auf eine oder mehrere Tiefen zu fokussieren. Die Wellenformen werden erzeugt und mit einer beliebigen zeitlichen Steuerung oder einer beliebigen Pulswiederholfrequenz an eine Wandleranordnung angelegt. Zum Beispiel erzeugt der Sendestrahlformer 12 eine Folge von Impulsen für verschiedene seitliche und/oder Bereichsregionen. Die Impulse weisen eine Mittelfrequenz auf.
Der Sendestrahlformer 12 steht mit dem Wandler 14 in Verbindung, etwa über einen Sende-/Empfangsschalter. Beim Aussenden von Schallwellen vom Wandler 14 als Reaktion auf die erzeugten Wellen werden während eines gegebenen Sendeereignisses ein oder mehrere Strahlen geformt. Die Strahlen sind für B-Mode oder einen anderen Bildgebungs-Mode bestimmt. Es können Sektor, Vector^®-, lineare oder andere Scanformate verwendet werden. Derselbe Bereich wird mehrere Male gescannt, um eine Folge von Bildern zu erzeugen. Die geformten Strahlen weisen eine Apertur, einen Ursprung auf dem Wandler 14 und einen Winkel relativ zu dem Wandler 14 auf. Die Strahlen im Sichtfeld weisen eine gewünschte Liniendichte und ein gewünschtes Format auf.
Der Wandler 14 ist eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder zweidimensionale Anordnung piezoelektrischer oder kapazitiver Membranelemente. Der Wandler 14 weist mehrere Elemente zum Wandeln zwischen Schalölenergie und elektrischer Energie auf. Zum Beispiel ist der Wandler 14 eine eindimensionale PZT-Anordnung mit etwa 64–256 Elementen.
Der Wandler 14 steht mit dem Sendestrahlformer 12 in Verbindung, um elektrische Wellenformen in akustische Wellenformen umzuwandeln, und steht mit dem Empfangsstrahlformer 16 in Verbindung, um akustische Echos in elektrische Signale umzuwandeln. Der Wandler 14 sendet die Sendestrahlen, wobei die Wellenformen eine Frequenz aufweisen und auf einen Gewebebereich oder einen interessierenden Ort im Patienten fokussiert sind. Die akustischen Wellenformen werden als Reaktion auf das Anlegen der elektrischen Wellenformen an die Wandlerelemente erzeugt. Der Wandler 14 sendet Schallenergie und empfängt Echos. Die Empfangssignale werden als Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Wandlers 14 auftreffen.
Der Empfangsstrahlformer 16 weist eine Vielzahl von Kanälen mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasendrehern und einen oder mehrere Summierer auf. Jeder Kanal steht mit einem oder mehreren Wandlerelementen in Verbindung. Der Empfangsstrahlformer 16 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisation an, um einen oder mehrere Empfangsstrahlen als Reaktion auf jede Sendung zur Erfassung zu formen. Es kann eine dynamische Fokussierung beim Empfang vorgesehen sein. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt unter Verwendung der empfangenen akustischen Signale Daten aus, die räumliche Orte darstellen. Die Strahlformung wird durch relative Verzögerungen und/oder Phaseneinstellungen und Summierung von Signalen von verschiedenen Elementen bereitgestellt. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 16 ein Prozessor zum Erzeugen von Abtastwerten unter Verwendung von Fourier- oder anderen Transformationen. Die Abtastdichte durch den Empfangsstrahlformer 16 betrifft einen Bereich von Tiefen. Es wird eine zeitliche Steuerung verwendet, um den Bereich von Tiefen zu wählen, über welchem die Abtastung erfolgt. Die Empfangsstrahlen weisen eine gewünschte Scanliniendichte bei einer Ausrichtung oder Ausrichtungen unter Verwendung einer Apertur auf.
Der Empfangsstrahlformer 16 kann ein Filter aufweisen, wie etwa ein Filter zum Isolieren von Informationen bei einer zweiten Harmonischen oder einem anderen Frequenzband relativ zum Sende-Frequenzband. Solche Informationen können mit höherer Wahrscheinlichkeit Informationen zu gewünschtem Gewebe, Kontrastmittel und/oder Durchfluss enthalten. Bei einer anderen Ausführungsform weist der Empfangsstrahlformer 16 einen Speicher oder Puffer und ein Filter oder einen Addierer auf. Zwei oder mehr Empfangsstrahlen werden kombiniert, um Informationen bei einem gewünschten Frequenzband zu isolieren, wie etwa einer zweiten Harmonischen, einer kubischen Grundschwingung oder einem anderen Band. Alternativ dazu kann das Grundfrequenzband verwendet werden. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt strahlsummierte Daten aus, die räumliche Orte repräsentieren. Es werden Daten für Orte für ein Volumen und/oder Teilvolumen ausgegeben.
Die Strahlformer-Steuereinheit 24 und/oder ein anderer Prozessor konfigurieren die Strahlformer 12, 16. Die Strahlformer-Steuereinheit 24 ist ein Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung, Kombinationen davon oder eine andere Vorrichtung zum Konfigurieren des Sende- und des Empfangsstrahlformers 12, 16.
Die Strahlformer-Steuereinheit 24 kann den Speicher 26 verwenden, um Werte für verschiedene Strahlformerparameter zu erfassen und/oder zwischenzuspeichern. Auf die Werte können die Strahlformer 12, 16 zugreifen, und/oder sie können aus dem Speicher 26 in Puffer der Strahlformer 12, 16 geladen werden, um die Strahlformer 12, 16 zu konfigurieren. 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 dreidimensionale Bildgebung verwendet werden. Es kann eine beliebige Steuerungsstruktur oder ein beliebiges Format verwendet werden, um die Bildgebungssequenz herzustellen. Es wird bewirkt, dass die Strahlformer 12, 16 Daten für die dreidimensionale Bildgebung mit einer Bildwiederholrate, mit einem Sendefokus, auf einem Bildgebungs-Frequenzband, über einer Tiefe, mit einer Liniendichte, mit einer Abtastdichte und/oder Linienausrichtung erfassen. Verschiedene Werte eines oder mehrerer Parameter der Erfassung oder des Abtastvorgangs können unterschiedliche Werte der Bildwiederholrate, des Signal-Rausch-Abstands, der Eindringtiefe, des Kontrasts und/oder der Auflösung zur Folge haben.
Die Strahlformer-Steuereinheit 24 bewirkt, dass die Strahlformer 12, 16 ein Volumen eines Patienten scannen. Es kann ein beliebiges dreidimensionales Scanformat verwendet werden. In ähnlicher Weise bewirkt die Strahlformer-Steuereinheit 24, dass die Strahlformer 12, 16 ein Teilvolumen des Volumens scannen. Es kann ein beliebiges dreidimensionales Scanformat verwendet werden, um das Teilvolumen zu scannen.
Der Teilvolumenscan erfolgt getrennt vom übrigen Volumen und/oder erfasst zusätzliche Daten, die für diesen nicht erfasst wurden. Zum Beispiel wird das Teilvolumen mit Scanlinien unter einem anderen Winkel oder anderen Winkeln gescannt, als das übrige Volumen. Der Winkel relativ zum Gewebe und/oder zum Wandler ist unterschiedlich. Das Volumen und das Teilvolumen werden mit unterschiedlichen Ausrichtungen gescannt. Andere Parameter können so eingestellt werden, dass das Teilvolumen mit einer höheren Auflösung, einem größeren Kontrast und/oder einer höheren Bildwiederholrate als das übrige Volumen gescannt wird.
Die Strahlformer-Steuereinheit 24 konfiguriert die Strahlformer 12, 16 derart, dass das Scannen des Volumens mit dem des Teilvolumens verschachtelt wird. Der Scanvorgang kann verschachtelt werden, indem Scans des vollständigen Volumens/Teilvolumens verschachtelt werden, oder indem teileweise verschachtelt wird. Bei einer Ausführungsform für das teileweise Verschachteln umfasst das gescannte Volumen eine Vielzahl von Volumenbereichen, die während des Scans des Volumens nacheinander gescannt werden. Die Volumenbereiche können ebene Schichten (Slices) sein, es können jedoch auch andere Gruppierungen von Scanlinien verwendet werden. Das Volumen wird in verschiedene Bereiche für das aufeinander folgende Scannen aufgeteilt, wie etwa das Scannen verschiedener Ebenen nacheinander. Das gescannte Teilvolumen umfasst ebenfalls eine Vielzahl von Teilvolumenbereichen, die während des Scans des Teilvolumens nacheinander gescannt werden. Die Teilvolumenbereiche können ebene Schichten (Slices) sein, es können jedoch auch andere Gruppierungen von Scanlinien verwendet werden. Das Teilvolumen wird in verschiedene Bereiche für das aufeinander folgende Scannen aufgeteilt, wie etwa das Scannen verschiedener Ebenen nacheinander. Der Scan der Volumenbereiche wird mit dem Scan der Teilvolumenbereiche derart verschachtelt, dass wenigstens einer der Volumenbereiche gescannt wird, bevor alle Teilvolumenbereiche gescannt worden sind, und wenigstens einer der Teilvolumenbereiche gescannt wird, bevor alle Volumenbereiche gescannt worden sind. Zum Beispiel wird der Scan von N der Teilvolumenbereiche mit jedem Scan von M der Volumenbereiche verschachtelt, wobei N und M ganze Zahlen sind, die größer als oder gleich eins sind. Die Strahlformer-Steuereinheit 24 ist dafür ausgelegt, die relativen Bildwiederholraten einzustellen, etwa durch Finden eines minimalen Produkts N·M mit M > N, bei dem eine Ziel-Bildwiederholrate auftritt.
Der Bildprozessor 18 realisiert eine Erfassung, wie etwa durch Erfassen einer Intensität, aus den strahlgeformten Abtastwerten. Es kann eine beliebige Erfassung verwendet werden, wie etwa B-Mode- und/oder Color-Flow-(Farbfluss-)Erfassung. Bei einer Ausführungsform ist ein B-Mode-Detektor ein allgemeiner Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung oder ein feldprogrammierbares Gate-Array. Durch den B-Mode-Detektor kann eine Log-Kompression vorgesehen sein, so dass der Dynamikbereich der B-Mode-Daten dem Dynamikbereich des Displays entspricht. Der Bildprozessor 18 kann einen Scan-Konverter aufweisen oder auch nicht.
Auf einem Datenpfad für die Volumen- und Teilvolumendaten, die von dem Bildprozessor 18 ausgegeben werden, werden die Volumen- und Teilvolumendaten getrennt oder als verschiedene Datensätze an den Renderer 21 ausgegeben. Der Renderer 21 ist eine Grafikverarbeitungseinheit, eine Grafikkarte, ein separater Computer, ein Prozessor oder eine andere Vorrichtung zum dreidimensionalen Rendern. Der Renderer 21 ist mittels Software, Hardware und/oder Firmware dafür konfiguriert, aus den Volumen- und Teilvolumendaten ein Bild oder Bilder des Patienten zu erzeugen. Es können separate Bilder für das Volumen und das Teilvolumen erzeugt werden. Alternativ dazu oder zusätzlich wird ein Bild erzeugt, um sowohl das Volumen als auch das Teilvolumen in einer einzigen Darstellung zu zeigen. Die Volumen- und Teilvolumendaten können getrennt verarbeitet (z. B. auf Farbe oder Intensität abgebildet) werden und danach zum Rendern kombiniert werden. Alternativ dazu werden die Volumen- und Teilvolumendaten separat gerendert, und danach werden die resultierenden gerenderten Daten zu dem Bild kombiniert. Es kann eine Folge solcher Bilder erzeugt werden.
Das Display 20 ist eine Kathodenstrahlröhre (Cathode Ray Tube, CRT), eine Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display, LCD), ein Monitor, ein Plasmabildschirm, ein Projektor, ein Drucker oder eine andere Vorrichtung zum Anzeigen eines Bildes oder einer Folge von Bildern. Es kann ein beliebiges derzeit bekanntes oder in Zukunft entwickeltes Display 20 verwendet werden. Das Display 20 zeigt dreidimensionale Darstellungen an. Das Display 20 zeigt ein oder mehrere Bilder an, die das Volumen und das Teilvolumen darstellen.
Die räumliche Auflösung und/oder die Bildqualität basiert teilweise auf den Erfassungs- oder Scanparametern. Die Verwendung unterschiedlicher Erfassungsparameter durch den Ultraschallbildgeber kann eine unterschiedliche räumliche Auflösung, zeitliche Auflösung oder Bildqualität für das angezeigte Bild zur Folge haben. Der Teilvolumen-Teil der Bilder weist eine höhere Bildqualität als der Volumen-Teil auf, der Volumen-Teil wird jedoch für den Kontext nach wie vor bereitgestellt. Der Ort des Teilvolumens kann sich aufgrund der Verfolgung verschieben, was dem Benutzer ermöglicht, die interessierende Anatomie weiterhin mit einer im Vergleich zum übrigen Volumen höheren Qualität zu betrachten, auf eine nahtlose Weise, die keine Benutzereingabe erfordert.
Der Mischprozessor 20 ist ein allgemeiner Prozessor, eine Steuereinheit, ein digitaler Signalprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array, eine Grafikverarbeitungseinheit, eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung, Kombinationen davon oder eine andere Vorrichtung zum Verarbeiten von Daten. Der Mischprozessor 20 ist mittels Hardware, Software und/oder Firmware dafür konfiguriert, die Daten vom Scan des Teilvolumens mit den Daten vom Scan des Volumens zu mischen. Anstatt nur die Daten des Volumenscans zu verwenden, können die Teilvolumendaten mit den Volumendaten gemischt werden, um eine Darstellung des Volumens mit höherer Qualität für das Teilvolumen zu liefern.
Der Mischprozessor 20 ist dafür konfiguriert, die Daten vom Volumen und von Teilvolumina zu kombinieren. Es kann eine räumliche, eine zeitliche oder eine räumliche und zeitliche Harmonisierung angewendet werden. Für das Mischen kann eine beliebige Gewichtung verwendet werden. Das Mischen ist dasselbe wie das für die Bildgebung verwendete oder verschieden von diesem. Bei alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen gibt der Mischprozessor 20 kombinierte Daten an den Renderer 21 für das Rendern aus.
Ein oder mehrere Prozesse, die von dem System 10 implementiert werden, können dafür geeignet oder ausgelegt sein, Daten zu verarbeiten, die das vollständige Volumen repräsentieren. Der Prozess kann mit den gemischten Informationen zu besseren Ergebnissen führen. Zum Beispiel werden die gemischten Daten für eine Quantifizierung verwendet. Soweit die Messung Informationen aus dem Teilvolumen verwendet, kann die Messung aufgrund einer erhöhten zeitlichen oder räumlichen Auflösung genauer sein. Soweit die Messung auch Informationen aus dem Volumen beinhaltet, ermöglicht die Kombination solche Messungen. Die Volumen- und Teilvolumendaten können für die Quantifizierung anders als für die Bildgebung behandelt werden.
Bei einer Ausführungsform werden die gemischten Daten zum Erfassen von Anatomie verwendet. Die Teilvolumeninformationen können aufgrund der erhöhten Qualität eine zuverlässigere Erfassung ermöglichen. Die Volumeninformationen können eine Erfassung dort ermöglichen, wo sich die Anatomie teilweise oder vollständig aus dem Teilvolumen hinausbewegt. Das Vorliegen kombinierter Daten kann eine genauere oder konsistentere Erfassung der Anatomie gewährleisten.
Der Mischprozessor 20, die Strahlformer-Steuereinheit 24, der Bildprozessor 18, der Renderer 21 oder ein anderer Prozessor ist dafür ausgelegt, die Anatomie zu erfassen. Auf die gemischten Daten wird ein Klassifikator angewendet, um die Position der Anatomie im Volumen zu erfassen. Die Erfassung wird im Laufe der Zeit wiederholt, um die Position der Anatomie zu verschiedenen Zeitpunkten zu verfolgen. Die Position der Anatomie zu einem zukünftigen Zeitpunkt kann anhand einer vergangenen Erfassung und/oder einer Modellierung der Bewegung der Anatomie vorhergesagt werden. Die Strahlformer-Steuereinheit 24 ist dafür ausgelegt zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer 12, 16 einen Ort der Anatomie des Teilvolumens innerhalb des Volumens im Laufe der Zeit verfolgen, basierend auf einer sich im Laufe der Zeit ändernden Position der erfassten Anatomie.
Die Strahlformer-Steuereinheit 24, der Bildprozessor 18, der Mischprozessor 20, der Renderer 21 und/oder der Ultraschallbildgeber arbeiten nach Anweisungen, die im Speicher 26 oder einem anderen Speicher gespeichert sind. Die Anweisungen konfigurieren das System für die Ausführung der Schritte von 1. Die Anweisungen bewirken eine Konfiguration für den Betrieb, indem sie in eine Steuereinheit geladen werden, indem sie das Laden einer Tabelle von Werten bewirken (z. B. Elastizitätsbildgebungs-Sequenz) und/oder indem sie ausgeführt werden. Der Speicher 26 ist ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zum Implementieren der hier erörterten Prozesse, Verfahren und/oder Techniken werden auf dem computerlesbaren Speichermedium oder in Speichern, wie etwa einem Cache, Pufferspeicher, RAM, Wechselspeichermedium, einer Festplatte oder einem anderen computerlesbaren Speichermedium, bereitgestellt. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Figuren dargestellt oder hier beschrieben sind, werden als Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Anweisungen ausgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig vom speziellen Typ des Anweisungssatzes, der Speichermedien, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen ausgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. Bei einer Ausführungsform sind die Anweisungen auf einer Wechselspeichermedien-Einrichtung gespeichert, um von lokalen oder entfernten Systemen gelesen zu werden. Bei anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen an einem entfernten Ort gespeichert, um sie über ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen zu übertragen. Bei noch anderen Ausführungsformen sind die Anweisungen in einem bestimmten Computer, einer CPU, GPU oder einem System gespeichert.
Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die obige ausführliche Beschreibung als der Veranschaulichung dienend und nicht als einschränkend betrachtet wird, und es versteht sich, dass es die folgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente sind, welche die Grundidee und den Schutzbereich dieser Erfindung definieren sollen.

Claims

Verfahren für eine verbesserte Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens, wobei das Verfahren umfasst: Scannen (36), mit einem Ultraschallbildgebungssystem, eines Volumens eines Patienten mit anderen Werten für Scaneinstellungen für das Teilvolumen des Volumens als für andere Teile des Volumens; Verfolgen (40), durch einen Prozessor, einer Position innerhalb des Volumens der Anatomie, wobei für das Verfolgen (40) Daten verwendet werden, die aus dem Scanvorgang (36) resultieren; Ändern (34), durch den Prozessor, eines Ortes des Teilvolumens innerhalb des Volumens auf der Basis der Verfolgung (40) derart, dass sich die Anatomie in dem Teilvolumen befindet; Wiederholen des Scanvorgangs (36) mit dem geänderten Ort; und Erzeugen (42) eines ersten und eines zweiten Bildes nacheinander aus den Daten des Scanvorgangs (36) bzw. der Wiederholung des Scanvorgangs (36).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Scannen (36) ein Scannen (36) des Volumens mit einer ersten Liniendichte und ein Scannen (36) des Teilvolumens des Volumens mit einer zweiten Liniendichte, die größer als die erste Liniendichte ist, umfasst, oder wobei das Scannen (36) ein Scannen (36) des Volumens umfasst, bei dem die Scaneinstellungen mit den verschiedenen Werten zwei oder mehr der Parameter Liniendichte, Sendeleistung, Bildwiederholrate, Fokustiefe, Linienausrichtung, Frequenz, axiales Ansprechverhalten und Sendefokus umfassen, oder wobei das Scannen (36) ein Scannen (36) der anderen Teile des Volumens mit einer ersten Ausrichtung der Scanlinien relativ zu dem Patienten und ein Scannen (36) des Teilvolumens mit einer zweiten Ausrichtung der Scanlinien relativ zu dem Patienten umfasst, wobei sich die erste Ausrichtung für über die Hälfte der Scanlinien um wenigstens 10 Grad von der zweiten Ausrichtung unterscheidet, oder wobei das Scannen (36) ein Scannen (36) der anderen Teile des Volumens in ebenen Schichten und ein Scannen (36) des Teilvolumens in ebenen Schichten umfasst, wobei das Scannen (36) ferner ein schichtenweises Verschachteln des Scannens (36) der anderen Teile und des Scannens (36) des Teilvolumens umfasst, mit einer konfigurierbaren relativen Häufigkeit bei der Erfassung der ebenen Schichten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Scannen (36) des Volumens das Scannen (30) der anderen Teile als Teil eines Scans des Gesamtvolumens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfolgen (40) das Erfassen (32) der Anatomie mit einem Anatomie-Klassifikator umfasst, oder wobei das Verfolgen (40) ein Verfolgen (40) ohne Benutzereingabe einer Angabe der Position der Anatomie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner das Kombinieren (38) von Abtastwerten vom Scanvorgang (30) des Teilvolumens mit Abtastwerten vom Scanvorgang (36) der anderen Teile des Volumens umfasst, und wobei die Daten für das Verfolgen (40) die kombinierten Abtastwerte umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wiederholen des Scanvorgangs (36) eine gewisse Zeit fortgesetzt wird, wobei es ferner das Wiederholen des Verfolgens (40) und Änderns (34) im Laufe der Zeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ändern (34) ferner das Vorhersagen des Ortes zu einem zukünftigen Zeitpunkt umfasst, zu dem die Wiederholung des Scanvorgangs (36) erfolgen soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen (42) das zeitliche und räumliche Mischen von Abtastwerten vom Teilvolumen und von den anderen Teilen umfasst, so dass das erste und das zweite Bild das Gesamtvolumen bei ein und derselben Bildwiederholrate und Auflösung für die Gesamtheit des ersten und zweiten Bildes darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: am Anfang Scannen (30) des Gesamtvolumens; Erfassen (32), durch den Prozessor, der Anatomie aus Ergebnissen des anfänglichen Scanvorgangs (30); und am Anfang Zuweisen (34), durch den Prozessor, des Ortes des Teilvolumens als die erfasste Anatomie enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: erstens das Kombinieren (38) von Abtastwerten vom Scanvorgang (36) des Teilvolumens mit Abtastwerten vom Scanvorgang (36) der anderen Teile des Volumens, und wobei die Daten für das Verfolgen (40) die erste Kombination von Abtastwerten umfassen; und zweitens das Kombinieren (38) der Abtastwerte vom Scanvorgang (36) des Teilvolumens mit Abtastwerten vom Scanvorgang (36) der anderen Teile des Volumens, und wobei das Erzeugen (42) des ersten und zweiten Bildes das Erzeugen (42) mit der zweiten Kombination von Abtastwerten umfasst.
System für eine verbesserte Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens, wobei das System umfasst: einen Sendestrahlformer (12); einen Empfangsstrahlformer (16); einen Wandler (14), der mit dem Sende- und dem Empfangsstrahlformer (12, 16) verbindbar ist; eine Strahlformer-Steuereinheit (24), die dafür ausgelegt ist zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer (12, 16): ein Volumen eines Patienten scannen, wobei das Volumen mehrere Volumenbereiche beinhaltet, die während des Scans des Volumens nacheinander gescannt werden; ein Teilvolumen des Volumens scannen, wobei das Teilvolumen mehrere Teilvolumenbereiche beinhaltet, die während des Scans des Teilvolumens nacheinander gescannt werden; den Scan der Volumenbereiche mit dem Scan der Teilvolumenbereiche so verschachteln, dass wenigstens einer der Volumenbereiche gescannt wird, bevor alle Teilvolumenbereiche gescannt (30) sind, und wenigstens einer der Teilvolumenbereiche gescannt wird, bevor alle Volumenbereiche gescannt (30) sind, wobei die Teilvolumenbereiche kleiner als das gesamte Teilvolumen sind und die Volumenbereiche kleiner als das Gesamtvolumen sind; einen Renderer (21), der dafür ausgelegt ist, ein Bild des Patienten unter Verwendung von Daten vom Scan des Volumens und von Daten vom Scan des Teilvolumens zu erzeugen; und ein Display (22), das dafür ausgelegt ist, das Bild anzuzeigen.
System nach Anspruch 11, wobei die Strahlformer-Steuereinheit (24) dafür ausgelegt ist zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer (12, 16) das Volumen mit einer ersten Ausrichtung scannen und das Teilvolumen mit einer zweiten Ausrichtung scannen, die von der ersten Ausrichtung verschieden ist.
System nach Anspruch 11, wobei die Strahlformer-Steuereinheit (24) dafür ausgelegt ist zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer (12, 16) einen Scan von N der Teilvolumenbereiche für jeden Scan von M der Volumenbereiche verschachteln, wobei N und M ganze Zahlen sind, die größer als oder gleich eins sind.
System nach Anspruch 13, wobei die Strahlformer-Steuereinheit (24) dafür ausgelegt ist, ein minimales Produkt N·M, mit M > N, zu finden, bei dem eine Ziel-Bildwiederholrate vorliegt.
System nach Anspruch 11, wobei der Scan des Teilvolumens eine höhere Auflösung, einen höheren Kontrast oder eine höhere Auflösung und einen höheren Kontrast als der Scan des Volumens aufweist.
System nach Anspruch 11, welches ferner umfasst: einen Prozessor (18), der dafür ausgelegt ist, Anatomie im Laufe der Zeit aus den Daten von den Scans des Volumens und des Teilvolumens zu erfassen; wobei die Strahlformer-Steuereinheit (24) dafür ausgelegt ist zu bewirken, dass der Sende- und der Empfangsstrahlformer (12, 16) einen Ort des Teilvolumens innerhalb des Volumens im Laufe der Zeit verfolgen, basierend auf einer Position der erfassten Anatomie im Laufe der Zeit, oder ferner umfasst: einen Prozessor (20), der dafür ausgelegt ist, die Daten vom Scan des Teilvolumens mit den Daten vom Scan des Volumens für eine Quantifizierung auf andere Weise als für das Bild zu mischen.
Verfahren zur verbesserten Ultraschallbildgebung eines Teilvolumens, wobei das Verfahren umfasst: Scannen (36) eines Volumens; Scannen (36) eines Teilvolumens des Volumens mit einer höheren Bildwiederholrate, einer höheren Auflösung, einem höheren Kontrast oder Kombinationen davon; Kombinieren (38) von Daten vom Scanvorgang (36) des Volumens mit Daten vom Scanvorgang (36) des Teilvolumens; Messen (64) anhand der kombinierten Daten; Übergeben der Daten vom Scanvorgang (36) des Volumens und der Daten vom Scanvorgang (36) des Teilvolumens an einen dreidimensionalen Renderer (21); und Erzeugen (42), durch den dreidimensionalen Renderer (21), eines Bildes aus den Daten, wobei die Daten des Hauptvolumens anders als die Daten des Teilvolumens gerendert werden.