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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen den medizinisch-diagnostischen Ultraschall. Insbesondere wird Ultraschall für die Schätzung eines viskoelastischen Parameters verwendet.
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Die herkömmliche Bildgebung der Scherwellengeschwindigkeit verwendet einen Schallstrahlungskraftimpuls (ARFI) oder einen Stoßimpuls zur Erzeugung von Scherwellen. Das Ultraschall-Tracking an von dem ARFI-Fokus seitlich beabstandeten Stellen verfolgt die Ausbreitung der Scherwelle weg von dem Ursprung der Scherwelle an dem Fokus des ARFI. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Qualität der Messungen der Scherwellengeschwindigkeit, einschließlich Verlust des Signal-Rausch-Verhältnisses aufgrund der Abschwächung und Ausbreitung der Scherwellen, Reflexionen der Scherwelle an Rändern und Gewebeheterogenitäten und von Bewegungsartefakten aufgrund der Übertragung von multiplen Anregungsimpulsen zum Nachverfolgen und/oder zum Erhöhen der Größe des Bildbereichs. Darüber hinaus sind lange Abkühlzeiten notwendig, um innerhalb des mechanischen Index (M1) und der thermischen Grenzwerte der Food and Drug Administration (FDA) zu bleiben.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Einleitend ist zu sagen, dass die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ein Verfahren, ein System, ein computerlesbares Medium und Anweisungen für die viskoelastische Bildgebung mit Ultraschall umfassen. Die Scherwellengeschwindigkeit oder andere viskoelastische Parameter werden durch das Nachverfolgen an dem ARFI-Fokus oder einem anderen Ort hoher Intensität relativ zu der ARFI-Übertragung gemessen. Anstatt die Scherwelle nachzuverfolgen, wird die Gewebereaktion auf ARFI gemessen. Ein Profil der Verschiebungen über die Zeit oder ein Spektrum davon wird an der Stelle gemessen. Durch das Auffinden einer Skalierung des Profils, das zu einer ausreichenden Korrelation mit einem Kalibrierungsprofil führt, können die Scherwellengeschwindigkeit oder andere viskoelastische Parameter geschätzt werden.
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In einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur viskoelastischen Bildgebung mit einem medizinisch diagnostischen Ultraschallscanner vorgesehen. Der Ultraschallscanner überträgt von einem Wandler einen Schallstrahlungskraftimpuls als Sendestrahl mit einem Strahlprofil entlang einer Abtastlinie. Ein Empfangsstrahlformer des Ultraschallscanners misst die Verschiebungen als Funktion der Zeit innerhalb des Strahlprofils entlang der Abtastlinie. Mindestens einige der Verschiebungen sind die Reaktion auf den Schallstrahlungskraftimpuls. Ein Bildprozessor erzeugt ein erstes Profil aus den Verschiebungen für einen ersten Ort, berechnet eine Skalengewichtung von dem ersten Profil relativ zu einem Referenzprofil und schätzt eine viskoelastische Eigenschaft auf der Basis der Skalengewichtung. Eine Anzeige erzeugt eine Abbildung der viskoelastischen Eigenschaft. Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die viskoelastische Bildgebung mit einem medizinisch-diagnostischen Ultraschallscanner, wobei das Verfahren umfasst:
Senden eines Schallstrahlungskraftimpulses von einem Wandler durch den Ultraschallscanner als Sendestrahl mit einem Strahlprofil entlang einer Abtastlinie;
Messen von Verschiebungen als Funktion der Zeit in einem Strahlprofil entlang der Abtastlinie durch einen Empfangsstrahlformer des Ultraschallscanners, wobei mindestens einige der Verschiebungen die Reaktion auf den Schallstrahlungskraftimpuls sind;
Erzeugen eines ersten Profils aus den Verschiebungen für einen ersten Ort durch einen Bildprozessor;
Berechnen einer Skalengewichtung des ersten Profils relativ zu einem Referenzprofil durch den Bildprozessor;
Schätzen einer viskoelastischen Eigenschaft auf der Basis der Skalengewichtung durch den Bildprozessor; und
Erzeugen einer Abbildung der viskoelastischen Eigenschaft auf einer Anzeige.
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Das Messen kann das Messen mit Empfangsstrahlen umfassen, die kollinear mit der Abtastlinie sind. Alternativ oder zusätzlich kann das Messen das Messen mit simultanen Empfangsstrahlen entlang von Empfangslinien umfassen, die an Orten mit Intensitäten positioniert sind, die innerhalb von 3 dB unter einer Spitzenintensität des Sendestrahls innerhalb des Strahlprofils liegen. Weitere Messungen können das Messen vor dem Senden des Schallstrahlungskraftimpulses und mehrere Male nach dem Senden des Schallstrahlungskraftimpulses umfassen. Das Messen kann ebenfalls das Messen der Verschiebungen umfassen, wenn sich das Gewebe nach der Beendigung des Schallstrahlungskraftimpulses an einem Fokusort des Schallstrahlungskraftimpulses entspannt.
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Das Erzeugen des ersten Profils kann das Erzeugen des ersten Profils als ein Zeitbereichsprofil von den Verschiebungen als Funktion der Zeit umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Erzeugen des ersten Profils das Erzeugen eines Spektrums von den Verschiebungen als Funktion der Zeit umfassen. Das Berechnen der Skalengewichtung kann das Skalieren einer Achse des ersten Profils umfassen, um eine Korrelation mit dem Referenzprofil zu maximieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Berechnen der Skalengewichtung das Skalieren einer Zeit oder Frequenz des ersten Profils durch unterschiedliche Beträge, das Korrelieren der Ergebnisse von jedem Skalierungsbetrag mit dem Referenzprofil und das Auswählen der Skalierung mit der höchsten Korrelation umfassten. Das weitere Berechnen der Skalengewichtung kann das Berechnen einer frequenzabhängigen Skalengewichtung umfassen.
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Das Schätzen der viskoelastischen Eigenschaft kann das Schätzen der Elastizität umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schätzen der viskoelastischen Eigenschaft das Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit umfassen, wobei das Messen eher das der Gewebeentspannung von dem Schallstrahlungskraftimpuls und nicht das einer Scherwelle ist.
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Ein weiteres Schätzen kann das Schätzen als Funktion der Skalengewichtung und einer bekannten Eigenschaft des Kalibrierphantoms, das mit dem Referenzprofil assoziiert ist, umfassen.
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Das Erzeugen kann das Erzeugen der Abbildung mit einer Pixelmodulation, einem Diagramm oder einem alphanumerischen Text für die viskoelastische Eigenschaft umfassen.
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In einem zweiten Aspekt ist ein System für die viskoelastische Bildgebung vorgesehen. Ein Sendestrahlformer ist zum Senden von einem akustischen Stoßimpuls zu einer fokalen Region in einem Patienten konfiguriert. Ein Empfangsstrahlformer ist zum Ausgeben von Abtastungen für die fokale Region des Patienten konfiguriert. Ein Bildprozessor ist zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit in der fokalen Region aus den Abtastungen ohne Nachverfolgen einer Scherwelle in dem Patienten konfiguriert. Eine Anzeige ist zum Abbilden der Scherwellengeschwindigkeit konfiguriert.
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Die Erfindung betrifft ein System für die viskoelastische Bildgebung, wobei das System umfasst:
einen Sendestrahlformer, der zum Senden eines akustischen Stoßimpulses zu einer fokalen Region in einem Patienten konfiguriert ist;
einen Empfangsstrahlformer, der zum Ausgeben der Abtastungen für die fokale Region des Patienten konfiguriert ist;
einen Bildprozessor, der zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit in der fokalen Region aus den Abtastungen ohne Nachverfolgen einer Scherwelle in dem Patienten konfiguriert ist; und
eine Anzeige, die zum Abbilden der Scherwellengeschwindigkeit konfiguriert ist.
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Der akustische Stoßimpuls kann einen Schallstrahlungskraftimpuls als einen Sendestrahl umfassen, der auf die fokale Region fokussiert ist und wobei die Abtastungen strahlgeformte Abtastungen von dem Nachverfolgen der Gewebeverschiebung sind, die durch den Schallstrahlungskraftimpuls an der fokalen Region hervorgerufen wurde.
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Der Bildprozessor kann zum Erzeugen von Verschiebungen als Funktion der Zeit von Gewebe in der fokalen Region aus den Abtastungen, zum Berechnen eines Skalierungsfaktors für die Zeit oder Frequenz der Verschiebungen zum Anpassen an ein Kalibriermaß für ein Phantom und zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit aus dem Skalierungsfaktor und einer bekannten Geschwindigkeit für das Phantom konfiguriert sein.
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Darüber hinaus kann der Bildprozessor zum Berechnen des Skalierungsfaktors als einen frequenzabhängigen Skalierungsfaktor und zum Schätzen der frequenzabhängigen Scherwellengeschwindigkeit von dem frequenzabhängigen Skalierungsfaktor konfiguriert sein.
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In einem dritten Aspekt ist ein Verfahren zur viskoelastischen Bildgebung mit einem medizinisch diagnostischen Ultraschallscanner vorgesehen. Ein Strahlformer des Ultraschallscanners verfolgt die Verschiebungen entlang einer Anregungsachse eines Schallstrahlungskraftimpulses in einem Gewebe eines Patienten. Die Verschiebungen werden durch den Schallstrahlungskraftimpuls hervorgerufen. Ein Bildprozessor des Ultraschallscanners schätzt einen viskoelastischen Parameter aus den Verschiebungen entlang der Achse und den Verschiebungen aus einem Phantom mit einem bekannten viskoelastischen Wert. Der viskoelastische Parameter wird übertragen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die viskoelastische Bildgebung mit einem medizinisch-diagnostischen Ultraschallscanner, wobei das Verfahren umfasst:
Nachverfolgen, durch einen Strahlformer des Ultraschallscanners, von Verschiebungen entlang einer Anregungsachse eines Schallstrahlungskraftimpulses in einem Gewebe eines Patienten, wobei die Verschiebungen durch den Schallstrahlungskraftimpuls hervorgerufen wurden;
Schätzen, durch einen Bildprozessor des Ultraschallscanners, eines viskoelastischen Parameters aus den Verschiebungen entlang der Achse und den Verschiebungen aus einem Phantom mit einem bekannten viskoelastischen Wert; und
Übermitteln des viskoelastischen Parameters.
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Das Schätzen kann das Korrelieren der Verschiebungen als Funktion der Zeit oder eines Spektrums der Verschiebungen als Funktion der Zeit mit einem Profil für das Phantom mit unterschiedlichen Skalierungen der Zeit oder Frequenz, das Auswählen der Skalierung von den unterschiedlichen Skalierungen, welche die größte Korrelation ergibt, und das Schätzen des viskoelastischen Parameters als Funktion der Skalierung und des bekannten viskoelastischen Wertes umfassen.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert und nichts in diesem Abschnitt sollte als eine Einschränkung dieser Ansprüche angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen besprochen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen liegt der Schwerpunkt auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile durchgehend in den unterschiedlichen Ansichten.
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1 ist ein Flussdiagramm von einer Ausführungsform eines Verfahrens zur viskoelastischen Bildgebung mit einem medizinisch-diagnostischen Ultraschallscanner;
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2 ist ein beispielhafte Abbildung, die ein Strahlprofil eines ARFI-Sendestrahls darstellt;
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3 stellt beispielhafte Zeitbereichs-Verdrängungsprofile eines das Gewebe in einem Patienten nachahmenden Phantoms und eines Referenzphantoms dar;
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4 stellt beispielhafte Spektren für die Profile von 3 dar;
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5 stellt die beispielhaften Spektren von 4 mit dem Spektrum für das für das nachgeahmte Gewebe gemessene Profil dar, das zur stärkeren Korrelation mit dem Spektrum des Referenzphantoms skaliert ist; und
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6 stellt ein Blockdiagramm von einer Ausführungsform eines Systems für viskoelastische Bildgebung dar.
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AUSFÜHRLICHE BBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit und/oder anderer viskoelastischer Parameter werden ARFI-induzierte Verschiebungen an einem Ort entlang der Anregungsachse gemessen. Es wird der optimale Skalierungsfaktor zur Anwendung auf das Spektrum des temporären Verschiebungsprofils gefunden, um es einem Spektrum des Verschiebungsprofils von einem gut charakterisierten Phantom anzupassen, das unter den identischen Sende-Empfangs-Bedingungen wie das Gewebe von Interesse abgetastet wurde. Der optimale Skalierungsfaktor kann durch Anpassen des temporären Verschiebungsprofils anstelle der Spektren gefunden werden.
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In einer Ausführungsform werden die Scherwellengeschwindigkeit oder andere viskoelastische Parameter unter Verwendung von Verschiebungen geschätzt, die entlang der Anregungsachse des ARFI-Stoßimpulses (1) in dem Gewebe von Interesse und (2) in einem gut charakterisierten, ein Gewebe nachahmenden Phantom unter Verwendung der identischen Sende-Empfangs-Bedingungen wie für das Gewebe von Interesse abgetastet wurden. Es wird die Frequenzbereichs- oder Zeitbereichs-Analyse des gesamten Verschiebungsprofils anstatt einer Time-to-Peak Analyse der Verschiebungsprofile verwendet. Die Scherwellengeschwindigkeit wird durch Analysieren des Verschiebungsprofils an einem räumlichen Ort geschätzt, im Gegensatz zum Auffinden des Time-to-Peak von dem Verschiebungsprofil entlang der Tiefe. Ein kalibriertes, das Gewebe nachahmende Phantom wird als Referenz verwendet, es können jedoch auch Simulationen einer Vielzahl von Scherwellengeschwindigkeiten als Referenz verwendet werden.
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Aufgrund des Messens der Gewebereaktion an dem Fokusort oder innerhalb des Strahlprofils des Stoßimpulses resultiert daraus eine höhere räumliche Auflösung und ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis. Es kann ebenfalls eine verringerte Schallleistung aufgrund des besseren Signal-Rausch-Verhältnisses notwendig sein und/oder man muss sich nicht mit einer Abschwächung der Scherwelle beschäftigen, was zu kürzeren Abkühlzeiten führt. Da die Scherwelle nicht nachverfolgt wird, kann eine geringere Anfälligkeit gegenüber Bewegungsartefakten aufgrund kürzerer Erfassungszeiten vorhanden sein.
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1 zeigt ein Flussdiagramm von einer Ausführungsform eines Verfahrens zur viskoelastischen Bildgebung mit einem medizinisch-diagnostischen Ultraschallscanner. Anstelle der Nachverfolgung einer Scherwelle wird hier die Verschiebung des Gewebes eines Patienten nachverfolgt, die direkt durch den ARFI hervorgerufen wurde. Es wird die Skalierung dieser Verschiebungen oder von einer Frequenztransformation der Verschiebungen für eine Anpassung an ein kalibriertes Profil gefunden. Die Skalierung und der viskoelastische Wert für die Kalibrierung werden zum Schätzen des viskoelastischen Wertes für das Gewebe des Patienten verwendet.
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Das Verfahren wird mit dem Ultraschallbildgebungssystem 10 von 6, dem Bildprozessor 22 oder einem unterschiedlichen System und/oder Prozessor durchgeführt. Beispielsweise erfasst das Ultraschallbildgebungssystem 10 Abtastungen zur Messung der Verschiebung mit den Sende- und Empfangsstrahlformern 12, 16 und dem Wandler 14 und der Bildprozessor 22 schätzt den viskoelastischen Parameter aus den Abtastungen. Die Anzeige 27 bildet den geschätzten viskoelastischen Parameter ab.
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Die Schritte von 1 werden in der dargestellten Reihenfolge (von nach unten) oder einer unterschiedlichen Reihenfolge durchgeführt. Beispielsweise werden die Abtastungen für die Verschiebung vor und nach der Durchführung von Schritt 30 in Schritt 32 gemessen.
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Es können zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Schritte als in 1 dargestellt verwendet werden. Beispielsweise wird Schritt 42 nicht durchgeführt. Als weiteres Beispiel können Schritte zum Scannen und Erzeugen von B-Modus- oder anderen Ultraschallbildern hinzugefügt werden.
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In Schritt 30 verwendet der Ultraschallscanner den Wandler, um eine Belastung auf das Gewebe aufzubringen. Beispielsweise wird ARFI fokussiert auf eine Region von Interesse oder einen Punkt übertragen. Wenn der ARFI auf einen fokussierten Bereich aufgebracht wird, können eine Scher- und/oder Longitudinalwelle induziert werden und sich weg von diesem fokussierten Bereich ausbreiten. Diese erzeugten Wellen werden nicht gemessen. Der ARFI belastet das Gewebe. Das Gewebe reagiert auf die Belastung durch Bewegen, welches die Bewegung ist, die gemessen wird. Das Gewebe wird relativ zu einer ursprünglichen Stelle oder einem entspannten Zustand verschoben. In der fokalen Region oder an anderen Orten innerhalb des Sendestrahls nimmt diese Verschiebung zu und geht anschließend wieder auf null zurück, was in einem temporären Verschiebungsprofil resultiert. Die Gewebeeigenschaften beeinflussen die Verschiebung im Verlauf der Zeit, die durch den ARFI hervorgerufen wurde.
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Der Impuls kann durch eine zyklische gepulste Wellenform einer beliebigen Anzahl von Zyklen (beispielsweise Dutzende oder Hunderte von Zyklen) erzeugt werden. Zum Beispiel wird eine Schallstrahlungskraft als ein Impuls zum Aufbringen einer Belastung auf Gewebe übertragen. Die Impulswellenfront breitet sich zur Region von Interesse aus, wo sie eine Bewegung des Gewebes hervorruft.
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2 zeigt ein beispielhaftes Strahlprofil für einen ARFI-Sendestrahl. Der ARFI-Sendestrahl wird entlang einer Abtastlinie übertragen. Der Sendestrahl weist ein Profil relativ zu dieser Abtastlinie auf. Das Strahlprofil präsentiert sich in diesem Beispiel von 2 als eine senkrechte Säule. Ein Zentrum der Säule umfasst eine Region 46 mit höherer Intensität. Diese Region 46 umfasst den Fokusort des Sendestrahls. Der Sendestrahl weist ein Strahlprofil auf, das durch Orte mit höherer akustischer Intensität gekennzeichnet ist. Die akustische Intensität nimmt mit dem weiteren seitlichen und/oder Tiefenabstand von der fokalen Region zu. Die Region 46 oder das Strahlprofil kann auf der Basis der Verringerung des Betrages der Spitzenintensität, wie beispielsweise 3 dB, 6 dB, 10 dB, 20 dB oder einem anderen Betrag der Dämpfung definiert werden. Innerhalb des Strahlprofils wird eine höhere akustische Intensität bereitgestellt.
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Während das Gewebe einer Belastung unterworfen wird und/oder sich davon erholt, findet Schritt 32 statt. Beispielsweise finden das Senden und das Empfangen statt nach dem Aufbringen oder bei einer Änderung der Belastung und bevor das Gewebe einen entspannten Zustand erreicht hat. Mit Bezug auf die Bestimmung der Größe der Verschiebung erfolgt die Übertragung und der Empfang vor der ARFI-Aufbringung und/oder nachdem das Gewebe sich zu einem stabilen Zustand entspannt hat.
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In Schritt 32 misst der Ultraschallscanner die Verschiebungen im Verlauf der Zeit. Der Ultraschallscanner verwendet einen Sendestrahlformer, um eine Sequenz von Sendestrahlen zu übertragen. Es werden eine Vielzahl von Ultraschallsignalen zu dem Gewebe übertragen, welches auf die Belastung reagiert. Die Vielzahl der Signale werden in separaten Sendeereignissen übertragen. Ein Sendeereignis ist ein zusammenhängendes Intervall, in dem Übertragungen ohne Empfang von Echos als Reaktion auf die Übertragung stattfinden. Während der Phase des Sendens bzw. Übertragens erfolgt kein Empfangen. Wo eine Sequenz von Sendeereignissen durchgeführt wird, wird ebenfalls eine entsprechende Sequenz von Empfangsereignissen in Schritt 32 durchgeführt. Ein Empfangsstrahlformer des Ultraschallscanners erzeugt Abtastungen in Reaktion auf jedes Sendeereignis. Ein Empfangsereignis wird in Reaktion auf jedes Sendeereignis und vor dem nächsten Sendeereignis durchgeführt.
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Für ein Sendeereignis wird ein Sendestrahl gebildet. Die Pulse zum Bilden des Sendestrahls können irgendeine Anzahl von Zyklen sein. Es werden beispielsweise 1 bis 3 Zyklen verwendet. Es können jede Hüllkurve, jeder Typ von Impuls (z. B. unipolar, bipolar oder sinusförmig) oder jede Wellenform verwendet werden.
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Der Wandler empfängt Ultraschallechos als Reaktion auf jedes Sendeereignis. Der Wandler wandelt die Echos in Empfangssignale um, die zu Ultraschalldaten empfangsstrahlgeformt werden, die einen oder mehrere räumliche Orte darstellen. Der Ultraschallscanner empfängt eine Sequenz von Empfangssignalen, wo Empfangsstrahlen als Reaktion auf jeden der Sendestrahlen in der Sendesequenz empfangen werden.
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Der Empfang ist mit dem Senden der Sequenz verschachtelt. Für jedes Sendeereignis findet ein Empfangsereignis statt. Das Empfangsereignis ist ein kontinuierliches Intervall zum Empfangen von Echos aus der Tiefe oder den Tiefen von Interesse. Das Ereignis findet nach der Beendigung des Sendeereignisses statt. Nachdem der Wandler die Erzeugung von akustischer Energie für eine gegebene Übertragung abgeschlossen hat, wird der Wandler für den Empfang der in Reaktion erhaltenen Echos verwendet. Der Wandler wird anschließend verwendet, um ein weiteres Sende- und Empfangsereignis-Paar für den gleichen räumlichen Ort oder die gleichen räumlichen Orte zu wiederholen, um die Verschachtelung (z. B. Senden, Empfangen, Senden, Empfangen, ...) zum Messen der Gewebereaktion im Verlauf der Zeit bereitzustellen.
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Die Messung der Verschiebungen des Gewebes geschieht entlang einer Anregungsachse durch den ARFI in dem Gewebe des Patienten. Zum Beispiel werden die Messungen für die Region 46, wie beispielsweise einen Fokalort der ARFI-Übertragung, durchgeführt. Anstatt außerhalb der Region 46 sich seitwärts bewegende, durch Scherwellen verursachte Verschiebungen nachzuverfolgen, wird die direkt durch ARFI an dem Fokalort und/oder einer anderen Stelle in der Region 46 mit maximaler akustischer Intensität hervorgerufene Verschiebung gemessen. Die Abtastungen zum Messen der Verschiebungen werden im Verlauf der Zeit, wenn sich das Gewebe verschiebt und innerhalb des Strahlprofils entlang der Abtastlinie erfasst.
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Die Reaktion des Gewebes wird in einer oder mehreren Tiefen entlang von einer oder mehreren Abtastlinien detektiert. Es kann eine Doppler- oder B-Modus-Abtastung zum Messen der Bewegung des Gewebes als Reaktion auf die Belastung verwendet werden. Ultraschallbildgebung wird vor, während und/oder nach dem Aufbringen der ARFI-Belastung durchgeführt. Die Ultraschalldaten werden als Reaktion auf die Übertragungen des Ultraschalls empfangen. Das Übertragen bzw. Senden und Empfangen werden für einen einzelnen räumlichen Ort (z. B. einen Fokalpunkt der aufgebrachten Belastung) entlang einer Linie, über einen Bereich oder über ein Volumen durchgeführt. Für jeden räumlichen Ort wird eine Sequenz von Senden und Empfangen zum Nachverfolgen im Verlauf der Zeit vorgesehen. Unter Verwendung des Empfangs von mehreren Empfangsstrahlen in Reaktion auf jede Nachverfolgungsübertragung können Daten oder Abtastungen für mehrere seitlich beabstandete Orte und/oder Tiefen innerhalb der Region 46 gleichzeitig empfangen werden.
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In einer Ausführungsform sind die Empfangsstrahlen zum Messen der Verschiebung entlang der gleichen Abtastlinie wie der ARFI-Sendestrahl. Die Sende- und Empfangsstrahlen zum Nachverfolgen sind miteinander und dem ARFI-Sendestrahl kollinear. In anderen Ausführungsformen sind die Empfangsstrahlen in einem unterschiedlichen Winkel, sie schneiden allerdings die Sende-Abtastlinie an dem Ort, wo die Verschiebungen gemessen werden. In noch weiteren Ausführungsformen wird eine parallele Empfangsstrahlformation verwendet. Es werden zwei oder mehr (z. B. 4) Empfangsstrahlen in Reaktion auf jeden Sendestrahl gebildet. Die Empfangsstrahlen sind innerhalb der Region 46, sie können allerdings von der Sende-Abtastlinie beabstandet sein, wobei sie Abtastungen für eine Region um einen Ort bereitstellen. Ähnlich sind die Tiefen für die verwendeten Abtastungen innerhalb der Region 46 in einer oder mehreren Tiefen. Ob für gerade nur einen Ort oder für mehrere seitliche und/oder axiale Orte, die Abtastungen werden an Orten positioniert, die eine akustische Intensität in dem ARFI-Sendestrahl aufweisen, die mindestens 3 dB von dem Ort einer akustischen Spitzenintensität in dem ARFI-Sendestrahl (z. B. Ort der Fokaltiefe) entfernt sind. Zum Beispiel sind die Orte in der Region 46. Orte außerhalb der 3 dB Intensität können verwendet werden.
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Die strahlgeformten Daten oder Abtastungen werden erfasst, wenn das Gewebe die Verschiebung durchmacht. Einige Abtastungen können von dem Gewebe in dem entspannten Zustand erfasst werden. Beispielsweise können die Abtastungen vor der Anwendung von ARFI und nach der Anwendung von ARFI erfasst werden. Vor der Anwendung kann das Gewebe in einem entspannten Zustand oder frei von Verschiebungen sein. Sobald die ARFI-Übertragung stattfindet, wird das Gewebe bewegt, sodass die nachfolgenden Abtastungen von dem Gewebe in dem verschobenen Zustand erfolgen, bis das Gewebe in einen entspannten Zustand zurückkehrt. Das Abtasten findet über einen beliebigen Zeitbereich statt, der beispielsweise vor oder nach dem ARFI-Sendestrahl startet und sich für einen beliebigen Umfang der Zeit fortsetzt, nachdem ARFI beendet ist. Die Abtastungen werden bei einer Vielzahl von Zeiten erfasst.
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Die Abtastungen sind Hochfrequenz-(HF-) oder In-Phase- und Quadratur-(IQ-)Datenausgaben durch einen Empfangsstrahlformer. In Reaktion auf ein Senden von akustischer Energie (z. B. einem Sendestrahl) treffen akustische Echos auf die Elemente eines Wandlers. Die Elemente wandeln die akustischen Echos in elektrische Signale um. Der Empfangsstrahlformer summiert kohärent die Signale von den unterschiedlichen Elementen auf, um die Reaktion des Gewebes an bestimmten Abtastorten zu bestimmen. Die Ausgabe des Empfangsstrahlformers sind HF- oder IQ-Daten.
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Die Verschiebungen werden aus den Abtastungen gemessen. Der Ultraschallscanner bestimmt die Gewebebewegung. Die Gewebebewegung wird als eine Verschiebung in einer, zwei oder drei Dimensionen festgestellt. Dabei kann Bewegung als Reaktion auf den ARFI-Sendestrahl festgestellt werden. Die Gewebebewegung wird bei unterschiedlichen Zeiten festgestellt. Die unterschiedlichen Zeiten entsprechen den unterschiedlichen Tracking-Scans (d. h., den Sende- und Empfangsereignis-Paaren).
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Eine Referenz-Abtastung oder Referenz-Abtastungen werden mit dem Gewebe in den entspannten Daten erfasst und werden zur Bestimmung der Verschiebung zu anderen Zeiten verwendet. Die Gewebebewegung wird durch das Schätzen der Verschiebung relativ zu der Referenzgewebeinformation festgestellt. Es wird beispielsweise die Verschiebung des Gewebes entlang von einer oder mehreren Empfangs-Abtastlinien bestimmt. Die Verschiebung kann aus Gewebedaten gemessen werden, wie beispielsweise aus B-Modus-Ultraschalldaten, allerdings können Fluss- (z. B. Geschwindigkeit) oder IQ-Informationen vor der Detektion verwendet werden.
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Korrelation. Kreuzkorrelation, Mindestsumme von absoluten Differenzen oder ein anderes Ähnlichkeitsmaß wird verwendet, um die Verschiebung zwischen Scans zu bestimmen (beispielsweise zwischen dem Referenz- und dem aktuellen Scan). Daten, welche die räumlichen Orte repräsentieren, die um einen Ort der Messung herum verteilt sind, werden mit den Referenzdaten korreliert. Für jede Tiefe oder jeden räumlichen Ort wird eine Korrelation über mehrere Tiefen oder räumliche Orte durchgeführt. Der räumliche Versatz mit der höchsten oder ausreichenden Korrelation zu einer gegebenen Zeit gibt den Betrag der Verschiebung an. Für jeden Ort wird die Verschiebung als Funktion der Zeit bestimmt.
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Es kann eine zwei- oder dreidimensionale Verschiebung im Raum verwendet werden. Es kann eine eindimensionale Verschiebung entlang einer Richtung, die unterschiedlich ist zu den Abtastlinien oder Strahlen, verwendet werden.
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Die Messungen werden für eine beliebige Anzahl von Abtastlinien durchgeführt. Beispielsweise werden vier Empfangsstrahlen in Reaktion auf jede Übertragung gebildet. Für jede Tiefe können die Verschiebungen aus unterschiedlichen Empfangsstrahlen kombiniert werden, wie beispielsweise gemittelt. In anderen Ausführungsformen wird nur ein einzelner Empfangsstrahl oder eine andere Anzahl an Empfangsstrahlen in Reaktion auf jede Übertragung gebildet.
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Nach dem Übertragen der akustischen Energie, um die Scherwelle zu erzeugen, werden wiederholt B-Modus-Senden und -Empfangen entlang einer beliebigen Anzahl von Abtastlinien innerhalb der Region 46 durchgeführt. Einige der Ultraschalldaten, wie beispielsweise am Anfang oder am Ende der Wiederholungen, können nicht eine Reaktion der Gewebeverschiebung sein, wie es auch ähnlich bei der Referenz ist. Jede Wiederholung überwacht die gleiche Region oder die gleichen Orte zur Bestimmung der Gewebereaktion für diese Orte. Durch das Wiederholen von dem Senden der Ultraschallimpulse und dem Empfangen der Ultraschallechos im Verlauf der Zeit, werden die Verschiebungen im Verlauf der Zeit bestimmt. Die Messung wird wiederholt. Die Wiederholung ist für unterschiedliche Sende- und Empfangsereignisse. Jede beliebige Anzahl von M Wiederholungen kann verwendet werden, wie beispielsweise ungefähr 50- bis 100-fach. Die Wiederholungen finden so häufig wie möglich statt während sich das Gewebe von der Belastung erholt, jedoch ohne den Empfang zu beeinträchtigen. Das temporäre Gewebeverschiebungsprofil wird durch wiederholtes Senden zu und Empfangen von Signalen des gleichen Zielbereichs auf eine ähnliche Art und Weise wie beim Doppler-Verfahren erhalten.
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3 zeigt ein beispielhaftes Verschiebungsprofil 52. Anstatt die absolute Verschiebung zu verwenden, zeigt 3 die inkrementelle Verschiebung zwischen Paaren aufeinanderfolgender Zeiten. Das Gewebe fährt fort, sich zu verschieben, wenn die inkrementelle Verschiebung positiv ist und fängt an sich zu entspannen, wenn die inkrementelle Verschiebung negativ wird. Die eigentliche oder absolute Verschiebung, welche das Integral der inkrementellen Verschiebung ist, kann in anderen Ausführungsformen verwendet werden.
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Die Verschiebung für 3 ist von einem Phantom gemessen, sie wäre allerdings von abgetastetem Gewebe eines Patienten zu messen. Der Zeitpunkt 0 ist der Zeitpunkt des ARFI-Sendestrahls. Die Zeitpunkte –2,0 bis 0,0 Millisekunden sind Verschiebungen, die in einer fokalen Region des ARFI-Sendestrahls vor dem Senden gemessen wurden. Die Zeitpunkte 0,1 bis 8,0 Millisekunden sind Verschiebungen, die in der fokalen Region des ARFI-Sendestrahls nach dem Senden gemessen wurden. Das Gewebe in der Region 46 verschiebt sich im Allgemeinen aufgrund des ARFI und nicht aufgrund einer Scher- oder Longitudinalwelle, die durch den ARFI-Sendestrahl erzeugt wurden. Diese Verschiebung liegt um 0 vor dem ARFI-Sendestrahl, nimmt anschließend auf ungefähr 0,3 μm innerhalb einer Bruchteils einer Millisekunde zu, bewegt sich danach zurück in Richtung des entspannten Zustandes und geht in diesen während der Zeit von 0,4 bis 1,5 Millisekunden über. Nach 1,5 Millisekunden schreitet die Verschiebung in Richtung des entspannten Zustands fort.
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3 zeigt ebenfalls ein Verschiebungsprofil 50 für ein Phantom. Unter Verwendung von identischen Bedingungen für ARFI-Sendestrahl und Messung (beispielsweise den identischen Sende- und Empfangs-Nachverfolgungsereignissen) wird das Verschiebungsprofil für ein Phantom mit einer bekannten Elastizität gemessen. Zum Beispiel ist das Verschiebungsprofil 50 von 3 von einem 5 kPa-Phantom mit einer Schergeschwindigkeit von 1,25 m/sec. Es können andere Kalibrierquellen wie beispielsweise lebendes oder totes Gewebe mit einer bekannten Schergeschwindigkeit verwendet werden.
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Das Verschiebungsprofil oder ein Spektrum des für die Kalibrierung verwendeten Verschiebungsprofils kann durch den Ultraschallscanner gemessen werden oder es kann durch einen anderen Ultraschallscanner gemessen werden. Dieses Kalibrierungsprofil wird in dem Ultraschallscanner gespeichert.
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Wiederum Bezug nehmend auf 1, ein Bildprozessor des Ultraschallscanners schätzt einen viskoelastischen Parameter aus den Verschiebungen in Schritt 36. Es werden die Verschiebungen verwendet, die im Verlauf der Zeit für einen oder mehrere Orte entlang der Achse, die durch die ARFI-Region 46 dargestellt wird, gemessen wurden. Die Verschiebungen von dem Phantom mit dem bekannten viskoelastischen Wert werden ebenfalls verwendet. Die Verschiebungsprofile 50 und 52 von 3 sind ein Beispiel für die Verschiebungen, die zum Schätzen des viskoelastischen Parameters verwendet werden. Die Verschiebungen sind für einen Fokalort des ARFI-Sendestrahls, sie können allerdings auch für andere Orte innerhalb von Region 46 sein. Wo Verschiebungen für zahlreiche Orte innerhalb von Region 46 bereitgestellt werden, können die Verschiebungen für dieselben Zeiten gemittelt werden.
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Die Schritte 38 und 40 stellen ein Beispiel für das Schätzen des viskoelastischen Parameters in Schritt 36 dar. Zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Schritte können für das Schätzen aus den Verschiebungen vorgesehen sein.
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In Schritt 38 erzeugt der Bildprozessor ein Profil. Das Profil wird aus den Verschiebungen für einen gegebenen Ort oder eine gegebene Region erzeugt. Das Profil ist ein Diagramm, eine Sammlung von Messungen und/oder eine Kurvenanpassung an die Messungen. Das Profil ist eine Messung der Amplitude entlang einer Achse und der Zeit oder Frequenz entlang einer weiteren Achse.
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In einer Ausführungsform ist das Profil ein Zeitbereichsprofil. Es werden die Verschiebungen als Funktion der Zeit verwendet. Beispielsweise werden die Kurve 52 und/oder die Verschiebungen als Funktion der Zeit von 3 verwendet. Es wird die Verschiebungsamplitude als Funktion der Zeit erzeugt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Profil ein Spektrum. Es wird ein Amplitudenspektrum der Verschiebungen als Funktion der Zeit erzeugt. Die Verschiebungen als Funktion der Zeit werden in den Frequenzbereich transformiert. Der Ultraschallscanner oder ein Umwandlungsprozessor wendet eine Fourier- (beispielsweise schnelle Fourier-Transformation) oder eine andere Transformation auf die Verschiebungen an. Die Transformation resultiert in einem Spektrum für den Ort. Wo Verschiebungsprofile für zahlreiche Orte bereitgestellt werden, werden die Verschiebungen für jeden Zeitpunkt gemittelt oder es werden die Spektren aus den Transformationen für jeden Ort gemittelt.
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Wo die Transformation zur Erzeugung des Profils angewendet wurde, wird ebenfalls eine Transformation für die Kalibrierquelle verwendet. In 4 ist ein Beispiel dargestellt. Die Verschiebungsprofile 50, 52 von 3 werden transformiert. Das resultierende Spektrum 56 für die Gewebeverschiebungen (in diesem Fall das Gewebe nachahmende Phantom) ist mit dem aus der Kalibrierquelle (einem weiteren Phantom in diesem Fall) resultierenden Spektrum dargestellt. In 4 sind die Spektren 54, 56 normalisiert. Beispielsweise sind die Amplituden durch die maximale Amplitude dividiert. In anderen Ausführungsformen wird die Normalisierung nicht verwendet. Da das Phantom steifer als das Gewebe ist (beispielsweise 5 kPa versus 10 kPa in diesem Beispiel), weist das Spektrum 54 für das Kalibrierungs-Phantom eine breitere Bandbreite auf. Das Spektrum für die Kalibrierung kann eine enge Bandbreite aufweisen.
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In Schritt 40 von 1 berechnet der Bildprozessor eine Skalengewichtung des Profils 52, 56 von Gewebe relativ zu dem Referenzprofil 50, 54. Die Skalengewichtung ist der Skalierungsfaktor, der eine Achse anpasst, wie beispielsweise die Zeit- oder Frequenzachse. Das Profil 52, 56 wird einheitlich für Zeit oder Frequenz gedehnt oder geschrumpft. Die X-Achse wird neu skaliert und die Skalengewichtung gibt das Ausmaß der Änderung oder Skalierung an.
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In den 3 und 4 sind das Ausmaß und der Zeit- oder Frequenzanteil der Profile 50 bis 56 unterschiedlich. Da die gleichen Sende- und Empfangsbedingungen für ARFI und Messung verwendet werden, ist der Unterschied auf die Unterschiede in dem abgetasteten Material zurückzuführen. Die Unterschiede in dem abgetasteten Material können quantifiziert oder durch die Schergeschwindigkeit und/oder Elastizität wiedergegeben werden. Durch die Bestimmung eines Betrags des Unterschieds können die Schergeschwindigkeit und/oder Elastizität geschätzt werden.
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Die Scherwellengeschwindigkeit und/oder Elastizität wird in Schritt 36 durch das Auffinden des optimalen Skalierungsfaktors in Schritt 40 von dem Profil 52, 56 des Gewebes zu dem Profil 50, 54 des Phantoms oder einem anderen Kalibriergewebe geschätzt. Es wird der optimale Zeitskalierungsfaktor für das axiale Verschiebungsprofil 52 für Gewebe oder der Frequenzskalierungsfaktor des Spektrums 56 von Gewebe zum Anpassen an das Kalibrierungsprofil gefunden.
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Um den optimalen Skalierungsfaktor zu finden, wird eine Korrelation des Profils 52, 56 von Gewebe wie es zu dem Profil 50, 54 von der Kalibrierquelle skaliert berechnet. Die X-Achse (Zeit oder Frequenz) wird so skaliert, dass sie die Korrelation maximiert. Die X-Achse wird für unterschiedliche Beträge skaliert und die Ergebnisse der Skalierung werden korreliert, wodurch ein Korrelationsmaß für jeden Betrag des Skalierens bereitgestellt wird. Das Skalieren und die Korrelation werden wiederholt, um den optimalen Skalierungsfaktor zu finden.
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Es können andere Ähnlichkeitsmaße als Korrelation verwendet werden. Es kann jeder Suchvorgang zum Identifizieren des Maximums verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen wird eher eine ausreichende (z. B. oberhalb eines Schwellenwertes) Korrelation anstelle des Maximums gefunden.
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5 zeigt ein Beispiel für das Auffinden des Skalierungsfaktors, c, unter Verwendung der Spektren 54, 56 von 4. Das normalisierte Spektrum 54 der Referenz und das skalierte normalisierte Spektrum 56 der Abtastung des nachgeahmten Gewebes werden aneinander angepasst. Zum Beispiel wird das Spektrum 56 von 4 mit 1,36 skaliert, um übereinzustimmen, was in der in 5 dargestellten Überlappung und entsprechenden höheren und/oder höchsten Korrelation resultiert,
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Die Skalierung, die zu der höchsten oder der ausreichenden Übereinstimmung oder Korrelation führt, wird ausgewählt. Nach dem Bestimmen des Umfangs der Ähnlichkeit des Spektrums 56, das verschiedenen Skalierungen unterzogen wurde, wird die Skalierung mit der höchsten Korrelation identifiziert. Dieser Skalierungsfaktor wird gespeichert oder zum Schätzen der viskoelastischen Eigenschaften des abgetasteten Gewebes verwendet.
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Unter Verwendung der Spektren als die Profile ist, Asample(f) das Verschiebungsspektrum des Gewebes das axial abgetastet wurde (z. B., in der Region 46). Aref(f) ist das Verschiebungsspektrum der Referenz oder Kalibrierquelle. Weil die Sende-Empfangs-Bedingungen für das Gewebe und die Referenz oder Kalibrierung identisch sind, dann ist Aref(f) = Asample(f). Der Skalierungsfaktor oder die Gewichtung, c, ist gleich dem Verhältnis der Scherwellengeschwindigkeit der Referenz oder Kalibrierquelle, vref, zu der Scherwellengeschwindigkeit des abgetasteten Gewebes, vsample: C = vref/vsample.
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Der Bildprozessor schätzt die viskoelastische Eigenschaft auf der Grundlage der Skalengewichtung, c. Unter der Voraussetzung, dass die Scherwellengeschwindigkeit der Referenz oder der Kalibrierquelle bekannt ist und der Skalierungsfaktor, c, für die Gewebeabtastung gemessen wurde, wird die Scherwellengeschwindigkeit für die Gewebeabtastung berechnet. In dem Beispiel von 5 beträgt der Skalierungsfaktor 1,36 und die bekannte oder kalibrierte Scherwellengeschwindigkeit beträgt 1,25 m/sec. Im Ergebnis beträgt die Scherwellengeschwindigkeit des abgetasteten Gewebes 1,7 m/sec.
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In dem Beispiel der 3 bis 5 wird das abgetastete Gewebe durch ein 10 kPa Phantom nachgeahmt und die Referenz oder die Kalibrierquelle ist ein 5 kPa Phantom. In einem weiteren Beispiel, in dem das abgetastete Gewebe durch ein 20 kPa Phantom nachgeahmt wird, wird c mit 2,08 gemessen, was in einer vsample = 2,6 m/sec resultiert. In noch einem weiteren Beispiel, in dem das abgetastete Gewebe durch ein 40 kPa Phantom nachgeahmt wird, wird c mit 2,72 gemessen, was in einer vsample = 3,4 m/sec resultiert. Wie erwartet ist die Geschwindigkeit in den Phantomen mit höherem kPa höher.
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Es können andere viskoelastische Parameter oder Eigenschaften geschätzt werden. Zum Beispiel wird das bekannte Verhältnis von Scherwellengeschwindigkeit zu Elastizität zur Bestimmung der Elastizität verwendet. G = E/3 = Vs2, wobei G der Schermodul, E der Young-Modul und Vs die Scherwellengeschwindigkeit ist.
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Unter Verwendung der Profile als die Verschiebungen in dem Zeitbereich werden die gleichen Berechnungen eingesetzt. Der Skalierungsfaktor wird durch die Korrelation bestimmt und zum Berechnen der Scherwellengeschwindigkeit für das abgetastete Gewebe verwendet.
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Durch das Messen der Gewebeverschiebung, wie beispielsweise während der Entspannung des Gewebes, nachdem es durch ARFI zum Bewegen gezwungen wurde, wird der viskoelastische Parameter geschätzt. Die Messung erfolgt hier von der Verschiebung, welche unmittelbar durch ARFI hervorgerufen wurde, anstelle von einer Scher- oder Longitudinalwelle, die durch ARFI erzeugt wurde. Im Ergebnis wird die Messung an dem Fokalpunkt der ARFI-Übertragung oder anderen Orten in der Region 46 mit höherer akustischer Intensität des ARFI-Sendestrahls durchgeführt. Dies führt zu einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis und/oder geringerer akustischer Energie, die verwendet wird, im Vergleich zu Messungen der Schergeschwindigkeit durch das Nachverfolgen einer Scherwelle an seitlich beabstandeten Orten.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die frequenzabhängige Skalengewichtung berechnet. Anstelle eines einzelnen Skalierungsfaktors für eine einheitliche Skalierung wird hier ein frequenzabhängiger Skalierungsfaktor gefunden. Es kann ein zeitabhängiger Skalierungsfaktor verwendet werden. Die Viskosität des Gewebes kann dazu führen, dass die Geschwindigkeit bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich ist. Die Veränderung in einer gegebenen Frequenz, um mit den normalisierten Amplituden der Spektralprofile 54, 56 übereinzustimmen, wird für irgendeine Frequenz oder irgendwelche Frequenzen gefunden. Die Variation in der Skalierung als Funktion der Frequenz oder die Veränderung selber für eine gegebene Sequenz wird als der Skalierungsfaktor verwendet. Der Skalierungsfaktor kann linear mit der Frequenz variieren, was impliziert, dass die Scherwellengeschwindigkeit linear mit der Frequenz variiert und die Schätzung der Steigung und/oder des Schnittpunktes als Funktion der Frequenz gestattet. Es kann ein separater Skalierungsfaktor für jede Frequenz bestimmt werden. Es kann die Scherwellengeschwindigkeit als Funktion der Frequenz bestimmt werden. Die Variation in der Geschwindigkeit über die Frequenz kann verwendet werden, um andere viskoelastische Parameter zu berechnen.
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In Schritt 42 überträgt der Bildprozessor, eine Anzeige, eine Kommunikationsschnittstelle oder eine andere Vorrichtung den viskoelastischen Parameter. Die Übertragung erfolgt aus und/oder innerhalb des Ultraschallscanners. Die Übertragung erfolgt auf eine andere Vorrichtung, wie beispielsweise einen Speicher, eine Anzeige, ein Netzwerk, einen Server, eine Arbeitsstation, eine Patientenakten-Datenbank und/oder einen Bildarchivierungs- und Kommunikationsserver. Der viskoelastische Parameter wird in Form von Daten oder eingebettet in eine Abbildung übertragen.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Übertragung zu einer Anzeige. Es wird ein Wert angezeigt, der eine Funktion des viskoelastischen Parameters ist. Der Wert wird als alphanumerischer Text angezeigt. Der Wert ist der viskoelastische Parameter selber (beispielsweise die Scherwellengeschwindigkeit) und/oder ist von dem viskoelastischen Parameter abgeleitet. In alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen ist der Wert als Teil eines Diagramms eingeschlossen, wie beispielsweise einem, das den viskoelastischen Parameter als Funktion der Frequenz oder des Ortes anzeigt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Werte Teil einer Abbildung, welche den viskoelastischen Parameter räumlich darstellt. Zum Beispiel wird die Scherwellengeschwindigkeit an zwei oder mehreren unterschiedlichen Orten gemessen. Die Schritte 32–40 werden für mehr als einen Ort in der Region 46 wiederholt. Die Gewebeverschiebungen in Reaktion auf eine ARFI-Übertragung an unterschiedlichen Orten in dem Sendestrahlprofil der ARFI-Übertragung werden gemessen und verwendet, um die spezifische Scherwellengeschwindigkeit des Ortes zu schätzen. Alternativ oder zusätzlich werden die Schritte 30–40 für unterschiedliche Regionen 46 wiederholt. Die ARFI-Übertragung wird für unterschiedliche Gewebeorte wiederholt. Für jeden ARFI-Sendestrahl werden die Verschiebungen für einen oder mehrere Orte gemessen. Die Werte der Scherwellengeschwindigkeit für die unterschiedlichen Orte modulieren die Farbe, die Helligkeit und/oder die Schattierung der Abbildung. Unterschiedliche Pixel in der Abbildung zeigen die entsprechenden viskoelastischen Werte durch diese Modulation.
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Der Wert wird alleine oder mit einer anderen Abbildung angezeigt. Beispielsweise ist eine B-Modus-Abbildung oder eine andere Abbildung mit dem Wert oder den Werten versehen, welche den Zusammenhang darstellen. Wo die viskoelastische Eigenschaft für zahlreiche Orte gemessen ist, wird eine Farbe oder eine andere Modulation in einer Region von Interesse in der B-Modus-Abbildung angezeigt. Wo die viskoelastische Eigenschaft für eine oder mehrere Orte gemessen ist, ist der alphanumerische Text, welcher den Wert oder die Werte anzeigt, mit einer Anmerkung oder einer Einblendung auf der B-Modus-Abbildung versehen.
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6 zeigt eine Ausführungsform eines medizinischen Systems 10 für die viskoelastische Bildgebung. Das medizinische System implementiert das Verfahren der 1 oder ein anderes Verfahren. Das medizinische System 10 ist ein Ultraschallscanner, der Messungen der Gewebeverschiebung aufgrund von ARFI anstelle von durch den ARFI induzierten Scher- oder Longitudinalwellen verwendet. Durch Skalierung von gemessenen Verschiebungen in dem Zeit- oder Frequenzbereich und dem Korrelieren mit einer kalibrierten Messung wird ein Wert für eine viskoelastische Eigenschaft für den diagnostischen Gebrauch durch einen Arzt geschätzt.
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Das medizinische System 10 umfasst einen Sendestrahlformer 12, einen Wandler 14, einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 22, einen Datenspeicher 28 und eine Anzeige 27. Zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Komponenten können vorgesehen sein. Beispielsweise umfasst das medizinische System 10 einen B-Modus- oder einen anderen Detektor. Als ein weiteres Beispiel sind der Bildprozessor 22, der Datenspeicher 28 und/oder die Anzeige 27 ohne Frontend-Komponenten, wie beispielsweise die Sende- und Empfangsstrahlformer 12, 16, bereitgestellt. In noch einem weiteren Beispiel wird eine Benutzerschnittstelle bereitgestellt, die eine Benutzereingabe (z. B. Maus, Trackball, Tastatur, Tasten, Knöpfe, Schieberegler und/oder Touchpads) für die Benutzerangabe einer Region von Interesse auf einer Abbildung umfasst.
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In einer Ausführungsform ist das medizinische System 10 ein medizinisch diagnostisches Ultraschallsystem. In einer alternativen Ausführungsform ist das System 10 ein Computer oder eine Arbeitsstation.
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Der Wandler 14 ist eine Anordnung aus mehreren Elementen. Die Elemente sind piezoelektrische oder kapazitive Membranelemente. Die Anordnung ist als eine eindimensionale Anordnung, eine zweidimensionale Anordnung, eine 1,5-dimensionale Anordnung, eine 1,25-dimensionale Anordnung, eine 1,75-dimensionale Anordnung, eine ringförmige Anordnung, eine mehrdimensionale Anordnung, eine Wobbler-Anordnung, Kombinationen davon oder irgendein nun bekannte oder später entwickelte Anordnung konfiguriert. Die Wandlerelemente wandeln zwischen akustischer und elektrischer Energie. Der Wandler 14 ist mit dem Sendestrahlformer 12 und dem Empfangsstrahlformer 16 durch ein Sende/Empfangs-Schaltelement verbunden, es können jedoch getrennte Verbindungen in anderen Ausführungsformen verwendet werden.
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Die Sende- und Empfangsstrahlformer 12, 16 sind Strahlformer für das Scannen mit dem Wandler 14. Der Sendestrahlformer 12, unter Verwendung des Wandlers 14, sendet einen oder mehrere Strahlen in einen Patienten. Es können Vector®-, Sektor-, lineare oder andere Scanformate verwendet werden.
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Der Sendestrahlformer 12 ist ein Prozessor, eine Verzögerungseinheit, Filter, Wellenformgenerator, Datenspeicher, Phasendreheinrichtung, Digital-Analog-Wandler, Verstärker, Kombinationen davon oder irgendeine nun bekannte oder später entwickelte Sendestrahlformer-Komponente. In einer Ausführungsform erzeugt der Sendestrahlformer 12 digital Hüllkurvenabtastungen. Unter Verwendung von Filtern, Verzögern, Phasendrehung, Digital-Analog-Wandlung und Verstärkung wird die gewünschte Wellenform erzeugt. Es können andere Wellenformgeneratoren verwendet werden, wie beispielsweise geschaltete Pulsgeber oder Wellenformspeicher.
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Der Sendestrahlformer 12 ist als eine Vielzahl von Kanälen zum Erzeugen von elektrischen Signalen oder einer Sendewellenform für jedes Element einer Sendeöffnung an dem Wandler 14 konfiguriert. Die Wellenformen sind unipolar, bipolar, gestuft, sinusförmig oder andere Wellenformen von einer gewünschten Mittenfrequenz oder einem Frequenzband mit einem, zahlreichen oder einer Bruchzahl von Zyklen. Die Wellenformen weisen eine relative Verzögerung und/oder Synchronisierung und eine Amplitude zur Fokussierung der akustischen Energie auf. Der Sendstrahlformer 12 weist eine Steuereinheit zum Ändern einer Öffnung (z. B. der Anzahl der aktiven Elemente), ein Apodisierungsprofil (z. B. Art oder Massezentrum) quer über die mehreren Kanäle, eine Verzögerungsprofil quer über die mehreren Kanäle, ein Phasenprofil quer über die mehreren Kanäle, eine Mittenfrequenz, ein Frequenzband, eine Wellenformgestalt, eine Anzahl von Zyklen und/oder Kombinationen davon auf. Ein Sendestrahl-Ursprung, -Orientierung und Fokus werden basierend auf diesen strahlformenden Parametern erzeugt.
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Der Sendestrahlformer 12 erzeugt einen Sendestrahl für ARFI und zum Messen der resultierenden Verschiebungen. Die Sendestrahlen werden mit unterschiedlichen Energie- oder Amplitudenniveaus gebildet. Verstärker für jeden Kanal und/oder jede Öffnungsgröße steuern die Amplitude des gesendeten Strahls. Sendstrahlen zum Verschieben von Gewebe können höhere Amplituden als für die Bildgebung oder die Messung der Gewebeverschiebung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist die Anzahl der Zyklen in dem Impuls oder der Wellenform, die zur Erzeugung von ARFI verwendet wird, größer als diejenige für das Nachverfolgen (z. B. 100 oder mehr Zyklen für ARFI und 1 bis 6 Zyklen für das Nachverfolgen).
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Der ARFI-Sendestrahl wird als ein akustischer Stoßimpuls übertragen. Der Sendestrahl ist auf einen Ort fokussiert, wo er eine erhöhte akustische Intensität an dem Ort und umgebenden Orten entlang einer Abtastlinie hervorruft. Ähnlich werden Sendestrahlen zum Messen der Gewebeverschiebung an dem Fokalort oder an Orten mit erhöhter Intensität der ARFI-Übertragung entlang derselben Abtastlinie und/oder denselben Orten erzeugt.
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Der Empfangsstrahlformer 16 ist ein Vorverstärker, Filter, Phasendreheinrichtung, Verzögerungseinheit, Summierer, Basisbandfilter, Prozessor, Puffer, Speicher, Kombinationen davon oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Empfangsstrahlformer-Komponente. Der Empfangsstrahlformer 16 ist in einer Vielzahl von Kanälen zum Empfangen von elektrischen Signalen konfiguriert, die Echos oder akustische Energie darstellen, welche auf den Wandler 14 auftreffen. Ein Kanal von jedem der Elemente der Empfangsöffnung innerhalb des Wandlers 14 ist mit einem Verstärker und/einer Verzögerungseinheit verbunden. Ein Analog-Digital-Wandler digitalisiert das amplifizierte Echosignal. Die empfangenen digitalen Hochfrequenzdaten werden zu einer Basisbandfrequenz demoduliert. Jegliche Empfangsverzögerungen, wie beispielsweise dynamische Empfangsverzögerungen und/oder Phasendrehungen werden anschließend durch den Verstärker und/oder die Verzögerungseinheit angewendet. Ein digitaler oder analoger Summierer kombiniert Daten aus unterschiedlichen Kanälen der Empfangsöffnung, um einen oder mehrere Empfangsstrahlen zu bilden. Der Summierer ist ein Einzel-Summierer oder ein kaskadierter Summierer. In einer Ausführungsform ist der Strahlform-Summierer konfiguriert, In-Phase- und Quadratur-Kanaldaten in einer komplexen Art und Weise derart zu summieren, dass die Phaseninformation für den geformten Strahl erhalten bleibt. In alternativen Ausführungsformen summiert der Empfangsstrahlformer Hochfrequenzdaten. Es können andere Empfangsstrahlformer verwendet werden.
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Der Empfangsstrahlformer 16 ist zum Bilden von Empfangsstrahlen in Reaktion auf die Sendestrahlen konfiguriert. Beispielsweise empfängt der Empfangsstrahlformer 16 einen, zwei oder mehr Empfangsstrahlen in Reaktion auf jeden Sendestrahl zum Messen. Die Phasendreheinrichtungen, Verzögerungseinheiten und/oder Summierer können für parallele Empfangsstrahlinformationen wiederholt sein. Einer oder mehrere der parallelen Empfangsstrahlformer können sich Teile der Kanäle teilen, wie beispielsweise das Teilen der anfänglichen Verstärkung. Die Empfangsstrahlen sind kollinear, parallel und versetzt oder nicht parallel mit den entsprechenden Sendestrahlen.
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Der Empfangsstrahlformer 16 ist zur Ausgabe von Abtastungen für einen einzelnen Ort oder für zahlreiche Orte in einem Patienten konfiguriert. Der Empfangsstrahlformer 16 gibt Abtastungen aus, welche den einen oder die mehreren Orte innerhalb der Region 46 mit höherer Intensität des ARFI-Sendestrahls repräsentieren. Die Abtastungen sind axial, wie beispielsweise bei einer oder mehreren Tiefen, auf der ARFI-Abtastlinie oder an Orten in der Region 46 mit hoher Intensität entlang der ARFI-Abtastlinie. Solange die Orte relativ zu dem ARFI-Sendestrahl sind, werden Abtastungen von Echos von dem ARFI-Sendestrahl nicht gebildet. Die Abtastungen sind von Echos der Sendestrahlen, die zum Messen der Gewebeverschiebung gesendet wurden.
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Sobald die Kanaldaten strahlgeformt sind oder anderweitig kombiniert wurden, um einen oder mehrere Orte entlang der Abtastlinie 11 darzustellen, werden die Daten von dem Kanalbereich in den Bilddatenbereich umgewandelt. Durch Wiederholen der Sende- und Empfangs-Vorgänge, werden Abtastungen erfasst, welche den Ort im Verlauf der Zeit erfassen. Strahlgeformte Abtastungen zum Messen der durch ARFI in der fokalen Region hervorgerufenen Gewebeverschiebung werden ausgegeben.
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Der Bildprozessor 22 ist ein digitaler Signalprozessor, ein allgemeiner Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA), ein Steuerprozessor, eine Digitalschaltung, eine Analogschaltung, ein Grafikprozessor, Kombinationen davon oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Messen von Verschiebungen aus strahlgeformten Abtastungen und zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit oder eines anderen viskoelastischen Parameters aus den Verschiebungen. Der Bildprozessor 22 ist durch Hardware, Firmware und/oder Software derart konfiguriert, dass er gemäß den Instruktionen arbeitet, die in dem Speicher 28 oder einem anderen Speicher bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform ist der Bildprozessor 22 ein digitaler Signalprozessor, ASIC oder FPGA, speziell für die Anwendung einer Fourier-Transformation und eine weitere Vorrichtung (z. B. Rechner oder Prozessor) zum Berechnen des viskoelastischen Parameters. In anderen Ausführungsformen ist der Bildprozessor 22 eine programmierbare Vorrichtung, die sowohl Transformationen als auch Berechnungen durchführt.
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In einer Ausführungsform ist der Bildprozessor 22 zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit in der fokalen Region des ARFI-Sendestrahls aus den Abtastungen konfiguriert, welche die fokale Region repräsentieren. Diese Schätzung basiert auf der Verschiebung von Gewebe, die durch ARFI hervorgerufen wurde, aber nicht durch die induzierte Scherwelle. Ohne eine Scherwelle in dem Patienten nachzuverfolgen, schätzt der Bildprozessor 22 die Scherwellengeschwindigkeit aus den Verschiebungen in dem ARFI-Fokus oder der Region mit hoher Intensität.
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Der Bildprozessor 22 erzeugt Verschiebungen aus den strahlgeformten Abtastungen. Unter Verwendung der Korrelation oder anderer Ähnlichkeitsmaße wird der Betrag der Gewebeverschiebung an dem Ort aus einem Referenz-Scan des Gewebes bestimmt. Die Verschiebung wird für jede von einer Vielzahl von Zeiten bestimmt, wodurch ein Verschiebungsprofil bereitgestellt wird. Der Bildprozessor 22 kann eine Fourier-Transformation anwenden, um das Verschiebungsprofil (Verschiebung als Funktion der Zeit) in ein Spektrum umzuwandeln.
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Unter Verwendung des Verschiebungs- oder des Spektrumprofils berechnet der Bildprozessor 22 einen Skalierungsfaktor für die Zeit oder Frequenz der Verschiebungen. Es werden verschiedene Skalierungsfaktoren auf das Profil aus den Abtastungen angewendet. Die resultierenden Kurven werden zu einer Kurve oder zu Messungen von einer Kalibrierquelle, wie beispielsweise einem Phantom, gefittet. Der Skalierungsfaktor, der in einer ausreichenden oder höchsten Korrelation resultiert, wird ausgewählt. In anderen Ausführungsformen berechnet der Bildprozessor 22 einen frequenzabhängigen Skalierungsfaktor.
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Der Bildprozessor 22 ist zum Schätzen der Scherwellengeschwindigkeit aus dem Skalierungsfaktor und einer bekannten Geschwindigkeit für das Phantom oder einer anderen Kalibrierquelle konfiguriert. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten von dem abgetasteten Gewebe und der Kalibrierung ist gleich dem Skalierungsfaktor, so werden der gemessene Skalierungsfaktor und die bekannte Geschwindigkeit für die Kalibrierung verwendet, um die Scherwellengeschwindigkeit des abgetasteten Gewebes zu berechnen. In anderen Ausführungsformen wird die Scherwellengeschwindigkeit aus einem frequenzabhängigen Skalierungsfaktor geschätzt. Es können die Scherwellengeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Frequenzen geschätzt werden.
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Die Abtastungen oder andere Ultraschalldaten können zur Erzeugung einer Abbildung verwendet werden. Ein B-Modus-Detektor, ein Fluss-Schätzer (beispielsweise Doppler-Prozessor) oder ein anderer Detektor kann zum Feststellen von Eigenschaften aus den empfangsstrahlgeformten Abtastungen vorgesehen sein. Ein B-Modus-Detektor stellt die Intensität oder die Leistung der akustischen Rückstreuung fest. Der Fluss-Schätzer detektiert die Geschwindigkeit, Energie oder die Veränderung des sich bewegenden Objektes (z. B. Gewebe oder Fluid). Die Detektion kann zum Erzeugen einer Abbildung verwendet werden, aus der eine Region von Interesse zur Messung viskoelastischer Parameter ausgewählt wird.
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Der Detektor, Schätzer und/oder der Bildprozessor 22 sind konfiguriert, eine Abbildung zu erzeugen. Die Abbildung umfasst den viskoelastischen Parameter. Beispielsweise wird ein Diagramm der Scherwellengeschwindigkeit für den Ort oder als Funktion der Frequenz als eine Abbildung erzeugt. Als ein weiteres Beispiel wird alphanumerischer Text als Abbildung erzeugt, wie beispielsweise „Scherwellengeschwindigkeit” = 3,4 m/sec. In anderen Ausführungsformen wird der viskoelastische Wert als eine Anmerkung auf einer Abbildung des Patienten bereitgestellt, wie beispielsweise auf einer B-Modus-Abbildung. In noch weiteren Ausführungsformen werden ein oder mehrere Pixel, welche den Orten entsprechen, an denen der viskoelastische Parameter geschätzt wird, moduliert, beispielsweise mit Farbe, um den Wert oder die Werte des viskoelastischen Parameters darzustellen.
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Der Speicher 28 ist ein Video Random Access Memory (VRAM), ein Arbeitsspeicher (RAM), ein Wechselmedium (zum Beispiel Diskette oder Compact Disc), Festplatte, Datenbank oder ein anderes Speichermedium zum Speichern von Daten. Der Speicher 28 wird von dem Bildprozessor 22 zum Speichern von Abtastungen, Verschiebungen, einem Spektrum, von Korrelationsergebnissen, einem Skalierungsfaktor, einem Kalibrierungsprofil (z. B. Verschiebungen als Funktion der Zeit oder ein Spektrum davon), einem bekannten viskoelastischen Parameter und/oder einem geschätzten viskoelastischen Parameter verwendet.
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Die Instruktionen zur Implementierung der Prozesse, Verfahren und/oder Techniken, die vorangehend erörtert wurden, werden auf computerlesbaren Speichermedien oder Speichern bereitgestellt, wie beispielsweise einem Cache, Puffer, RAM, Wechselmedium, Festplatte oder einem anderen computerlesbaren Speichermedium, wie sie durch den Speicher 28 dargestellt werden. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Typen von flüchtigen und nicht-flüchtigen Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Tätigkeiten, die in den Figuren veranschaulicht oder hierin beschrieben sind, werden in Reaktion auf einen oder mehrere Sätze von Instruktionen ausgeführt, die in oder auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Tätigkeiten sind unabhängig von dem bestimmten Typ der Instruktionssätze, Speichermedien, Prozessor oder Prozessierungsstrategie und können mittels Software, Hardware, integrierten Schaltungen, Firmware, Micro-Code und dergleichen, die alleine oder in Kombination arbeiten, ausgeführt werden. Desgleichen können Prozessierungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform werden die Instruktionen auf einer Wechselmedium-Einrichtung zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen werden die Instruktionen an einem entfernten Ort zur Übertragung durch ein Computernetzwerk oder über Telefonleitungen gespeichert. In noch weiteren Ausführungsformen werden die Instruktionen innerhalb eines Computers, CPU, GPU oder dem System gespeichert.
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Die Anzeige 27 ist ein CRT, LCD, Plasmabildschirm, Projektor, Monitor, Drucker, Touchscreen oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Anzeigevorrichtung. Die Anzeige 27 empfängt RGB oder andere Farbwerte oder andere Werte und Ausgaben einer Abbildung. Die Abbildung kann eine Grauwert- oder Farbabbildung sein. Die Abbildung zeigt Informationen, die eine Funktion des viskoelastischen Parameters sind, wie beispielsweise die Darstellung der Scherwellengeschwindigkeit. Die alphanumerische, graphische, Anmerkungs- oder andere Darstellung des viskoelastischen Parameters oder von Werten, die von dem viskoelastischen Parameter abgeleitet sind, wird in einer Abbildung auf der Anzeige 27 angezeigt. Die Abbildung kann oder kann nicht zusätzlich die Region des Patienten darstellen, die durch den Strahlformer 12, 16 und den Wandler 14 abgetastet wurden.
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Während die Erfindung oben unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass viele Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorhergehende ausführliche Beschreibung eher als veranschaulichend anstatt einschränkend anzusehen ist und dass es verstanden werden sollte; dass die nachfolgenden Ansprüche einschließlich aller Äquivalente dazu vorgesehen sind, den Geist und den Umfang dieser Erfindung zu definieren.
