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HINTERGRUND
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Die vorliegenden Ausführungsformen beziehen sich auf die Scherwellenbildgebung. Die Scherwellengeschwindigkeit im Gewebe kann diagnostisch nützlich sein, weshalb Ultraschall verwendet wird, um die Schergeschwindigkeit im Gewebe eines Patienten zu schätzen. Durch das Senden eines akustischen Strahlungskraftimpulses (ARFI) entlang einer Sendescanlinie in der Nähe oder in einer Region von Interesse, wird eine Scherwelle am ARFI-Fokus erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Scherwelle überwiegend senkrecht zur Sendescanlinie ausbreitet. Das Ultraschallscannen überwacht die Ausbreitung der Scherwelle in der Region von Interesse. Die Ankunftszeit der Scherwelle in einem Abstand vom Ursprung der Scherwelle wird verwendet, um die Geschwindigkeit der Scherwelle im Gewebe zu bestimmen. Die Geschwindigkeit für unterschiedliche Orte innerhalb der Region von Interesse kann geschätzt werden, wodurch eine räumliche Verteilung der Scherwellengeschwindigkeit bereitgestellt wird.
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Anisotropes Gewebe kann die Erzeugung, Ausbreitung und die Detektion von Scherwellen beeinflussen. Muskel, Kollagen oder andere Fasern können dazu führen, dass sich die Scherwelle überwiegend in einem unterschiedlichen Winkel ausbreitet als senkrecht zum Sendestrahl des ARFI. Die Annahme, dass sich die Scherwelle senkrecht zum ARFI-Strahl ausbreitet, führt zu einer Unterschätzung der Scherwellengeschwindigkeit. Ultraschallbildgebungssysteme bieten keine Werkzeuge zur Charakterisierung der Scherwellenanisotropie, so dass Benutzer ein Sichtfeld ändern können, um die Scherwellengeschwindigkeit aus unterschiedlichen Perspektiven zu messen. Dieser Ansatz ist ungenau und zeitaufwendig.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Einleitend umfassen die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen Verfahren, computerlesbare Speichermedien mit Anweisungen und Systeme zur Scherwellenbildgebung mit Ultraschall. Eine Richtung des ARFI-Strahls wird basierend auf Gewebeinformationen ausgewählt, wie beispielsweise senkrecht zu einer Orientierung des Gewebes oder anders als senkrecht zu einer Fläche der Wandleranordnung. Infolgedessen kann die geschätzte Scherwellengeschwindigkeit, die senkrecht zum ARFI-Strahl gemessen wird, näher an der tatsächlichen Scherwellengeschwindigkeit liegen. Alternativ oder zusätzlich werden ein oder mehrere Vektoren der Ausbreitung der Scherwelle bestimmt und dem Benutzer angezeigt, so dass der Benutzer ein Ausmaß der Anisotropie des Gewebes visualisieren kann, um den Effekt auf die Scherwellengeschwindigkeitsschätzung zu beurteilen.
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In einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Scherwellenbildgebung mit einem Ultraschallscanner vorgesehen. Eine Region von Interesse für ein Gewebe eines Patienten wird positioniert und ein Winkel wird empfangen. Ein Strahlungskraftimpuls wird von einem Wandler des Ultraschallscanners zu einem Fokusort in oder durch die Region von Interesse des Gewebes des Patienten gesendet. Der Strahlungskraftimpuls wird gesendet, um den Fokusort unter dem Winkel zu schneiden. Durch den Strahlungskraftimpuls wird eine Scherwelle erzeugt. Der Ultraschallscanner scannt die Region von Interesse mit Ultraschall, während sich die Scherwelle in der Region von Interesse ausbreitet. Aus dem Scannen wird eine Scherwellencharakteristik geschätzt. Ein Bild der Scherwellencharakteristik des Gewebes des Patienten wird erzeugt.
Bevorzugt wird ein Verfahren, wobei das Positionieren der Region von Interesse ein Positionieren der Region von Interesse auf einem Ultraschallbild durch eine Benutzereingabe der Region von Interesse umfasst.
Bevorzugt wird ein Verfahren, wobei das Empfangen des Winkels ein Empfangen einer Benutzereingabe des Winkels umfasst. Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, wobei das Empfangen des Winkels ein Bestimmen des Winkels aus der Bildverarbeitung und ohne Benutzereingabe des Winkels umfasst. Das Bestimmen des Winkels kann ein Bestimmen aus einem Vektorfeld basierend auf einer Ankunftszeit umfassen. Alternativ kann das Bestimmen des Winkels ein Bestimmen aus einem Vektorfeld basierend auf Verlagerungen entlang nicht paralleler Empfangsscanlinien umfassen. Weiterhin wird ein Verfahren bevorzugt, wobei das Empfangen des Winkels ein Bestimmen einer Orientierung einer Anatomie innerhalb der Region von Interesse und ein Einstellen des Winkels auf senkrecht zur Orientierung umfasst.
Bevorzugt wird ein Verfahren, wobei das Senden ein Bilden eines akustischen Strahls umfasst, der an dem Fokusort fokussiert ist und entlang einer Sendescanlinie verläuft, wobei die Sendescanlinie im Winkel liegt. Die Region von Interesse kann rechteckig oder quadratisch sein und die Sendescanlinie kann nicht senkrecht und nicht parallel zu allen Seiten der rechteckigen oder quadratischen Region von Interesse sein.
Weiterhin wird ein Verfahren bevorzugt, wobei das Scannen ein wiederholtes Senden von Nachverfolgungsimpulsen über die Region von Interesse und ein Empfangen von akustischen Reaktionen als Reaktion auf die Nachverfolgungsimpulse umfasst.
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In einem zweiten Aspekt ist ein Verfahren zur Scherwellenbildgebung mit einem Ultraschallscanner vorgesehen. Ein Strahlungskraftimpuls wird von einem Wandler des Ultraschallscanners auf ein Gewebe eines Patienten gesendet. Durch den Strahlungskraftimpuls wird eine Scherwelle erzeugt. Der Ultraschallscanner scannt das Gewebe mit Ultraschall, während sich die Scherwelle im Gewebe ausbreitet. Aus dem Scannen wird eine Ausbreitungsrichtung der Scherwelle bestimmt. Es wird ein Bild erzeugt, das die Ausbreitungsrichtung der Scherwelle im Gewebe des Patienten darstellt.
Bevorzugt wird ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei das Scannen ein Bestimmen von Verlagerungen über die Zeit umfasst, die durch die Scherwelle für jede von einer Vielzahl von Orten im Gewebe verursacht werden, und wobei das Bestimmen der Richtung ein Bestimmen der Richtung aus einem Gradienten der Ankunftszeit der Scherwelle an dem Ort umfasst, wobei die Ankunftszeit auf den Verlagerungen basiert. Weiterhin wird ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bevorzugt, wobei das Erzeugen des Bildes ein Erzeugen eines Vektorfeldes als Pfeile umfasst, die die Richtung nach dem Ort in einer Region von Interesse anzeigen.
Die Verfahrensschritte des Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung können Teil des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung sein und umgekehrt.
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In einem dritten Aspekt ist ein System zur Scherwellenbildgebung mit Ultraschall vorgesehen. Ein Sendestrahlformer ist konfiguriert, um einen Druckimpuls entlang einer Sendelinie in ein Gewebe eines Patienten zu senden. Ein Sendewinkel der Sendelinie des Druckimpulses relativ zu einem Ort im Gewebe ist auswählbar. Ein Empfangsstrahlformer ist konfiguriert, um Signale von dem Scannen nach dem Senden des Druckimpulses zu empfangen. Ein Bildprozessor ist konfiguriert, um aus den Empfangssignalen eine Scherwellengeschwindigkeit und einen Ausbreitungswinkel einer Scherwelle im Gewebe zu bestimmen. Eine Anzeige ist konfiguriert, um ein Schergeschwindigkeitsbild der Scherwellengeschwindigkeit mit einer Grafik auszugeben, die den Ausbreitungswinkel darstellt.
Bevorzugt wird ein System, wobei die Grafik einen Pfeil umfasst.
Das System kann angepasst werden, um das Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder das Verfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung durchzuführen.
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Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, und nichts in diesem Abschnitt sollte als Beschränkung dieser Ansprüche angesehen werden. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen diskutiert und können später unabhängig oder in Kombination in Anspruch genommen werden.
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Figurenliste
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Die Komponenten und die Figuren sind nicht notwendigerweise skalierbar, sondern es wird Wert darauf gelegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den unterschiedlichen Ansichten.
- 1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Scherwellenbildgebung mit einem Ultraschallscanner;
- 2 veranschaulicht eine exemplarische räumliche Anordnung für eine Region von Interesse und eine ARFI-Sendescanlinie für die Scherwellenbildgebung;
- 3 veranschaulicht eine exemplarische räumliche Anordnung für eine Region von Interesse mit einer gewinkelten ARFI-Sendescanlinie und eine Bildgebung mit Ausbreitungsvektoren; und
- 4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Systems zur Scherwellenbildgebung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN UND DER AKTUELL BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Scherwellenvektorbildgebung ist vorgesehen. Die Gewebeanisotropie bewirkt, dass sich die Scherwellen überwiegend in bevorzugten Richtungen ausbreiten. Der Umgang mit der Anisotropie kann die Scherwellenelastizitätsbildgebung (SWEI) verbessern und zusätzliche klinische Vorteile bieten. In vielen Ultraschallsystemen ist es schwierig, die Anisotropie zu beurteilen, da die Winkel der Druck- und Nachverfolgungsstrahlen in SWEI nicht vom Benutzer gesteuert werden. Die Scherwellenvektorbildgebung verwendet den Vektor für den Druckstrahl und/oder den detektierten Vektor der Scherwellenausbreitung.
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Die Scherwellenvektorbildgebung kann einen Winkel des Druckstrahls verwenden, um die Anisotropie besser zu behandeln. Bei konventionellem SWEI wird der Winkel des Druckstrahls nicht gesteuert, sondern steht senkrecht zum Wandler. Der Winkel des Druckstrahls wird über eine Benutzersteuerung oder eine Bildverarbeitung ausgewählt und ist unabhängig von der Steuerung der Region von Interesse. Durch eine benutzerdefinierte oder automatisierte Steuerung des Winkels des Druckstrahls können die resultierenden Schätzungen der Scherwellencharakteristiken genauer sein.
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Die Scherwellenvektorbildgebung kann einen Vektor oder mehrere Vektoren anzeigen, die die Größe und/oder die Richtung der Scherwellenausbreitung anzeigen. Durch das Bestimmen der Scherwellencharakteristik entlang der Ausbreitungsrichtung kann die Schätzung genauer sein. Die Anzeige der Vektorrichtung kann dem Benutzer bei der Diagnose und/oder der Bestimmung der Genauigkeit oder des wahrscheinlichen Fehlers des SWEI helfen. Der Vektor wird unabhängig von der Scherwellengeschwindigkeit oder der Farbkarte der Verlagerung angezeigt und/oder überlagert. In einer Ausführungsform wird ein Gradient einer Ankunftszeitkarte berechnet, um eine Scherwellengeschwindigkeit als ein Vektorfeld zu erhalten. In einer weiteren Ausführungsform werden Verlagerungskarten von Nachverfolgungsstrahlen aus unterschiedlichen Winkeln kombiniert, um die Größe und die Richtung eines Scherwellenverlagerungsfeldes zu berechnen.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Scherwellenbildgebung mit einem Ultraschallscanner. Der Winkel des ARFI-Strahls ist auswählbar, z.B. basierend auf der Gewebeanisotropie. Der Ausbreitungswinkel der Scherwelle kann bestimmt und angezeigt werden. Es kann entweder einer oder beide der Winkel des ARFI-Strahls und des detektierten Ausbreitungswinkels verwendet werden.
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Das Verfahren wird durch das System von 4 oder ein anderes System implementiert. Eine Steuerung, eine Benutzerschnittstelle und/oder ein Bildprozessor empfangen den Druckwinkel in Schritt 11 und/oder die Positionierung der Region von Interesse in Schritt 10. Sende- und Empfangsstrahlformer verwenden einen Wandler zum Senden und Empfangen vom Patienten, einschließlich der Anwendung von ARFI in einem auswählbaren Winkel und der Nachverfolgung der Gewebereaktion in den Schritten 12 und 14. Ein Bildprozessor schätzt die Scherwellencharakteristik in Schritt 16. Der Bildprozessor erzeugt das Bild in Schritt 18. Eine Anzeige kann für Schritt 18 verwendet werden. Unterschiedliche Vorrichtungen, wie beispielsweise andere Teile eines Ultraschallscanners, können jeden der Schritte durchführen.
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Die Schritte werden in der beschriebenen oder gezeigten Reihenfolge durchgeführt (d.h. von oben nach unten), können aber auch in anderen Reihenfolgen durchgeführt werden. Die Schritte 10 und 11 können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Schritt 19 kann vor Schritt 18 und/oder Schritt 16 durchgeführt werden.
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Es können zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Schritte vorgesehen werden. So wird beispielsweise der Schritt 11 oder der Schritt 19 nicht durchgeführt. Es können Schritte zur Konfiguration des Ultraschallscanners, zur Positionierung des Wandlers und/oder zur Aufzeichnung der Ergebnisse vorgesehen werden. In einem weiteren Beispiel wird ein Referenzscannen vor Schritt 12 durchgeführt, wie z.B. ein B-Modus-Scannen zur Detektion einer Gewebeanisotropie. Um die durch Scherwellen verursachte Gewebebewegung zu bestimmen, wird das Gewebe in einem entspannten Zustand oder ohne oder mit relativ geringer Scherwelle als eine Referenz detektiert. Der Ultraschallscanner detektiert Referenzgewebeinformationen. Das Referenzscannen erfolgt vor dem Senden des ARFI in Schritt 12, kann aber auch zu anderen Zeiten durchgeführt werden. Es kann jede Art der Detektion verwendet werden, wie z.B. eine B-Modus-Detektion der Intensität. In anderen Ausführungsformen werden die strahlgeformten Daten ohne Detektion als Referenz verwendet.
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In Schritt 10 positioniert der Ultraschallscanner (z.B. die Benutzeroberfläche, die Steuerung oder der Bildprozessor des Ultraschallscanners) eine Region von Interesse für das Gewebe eines Patienten. Nach dem Scannen des Patienten wird ein B-Modus oder ein anderes Bild erzeugt. Der Benutzer gibt unter Verwendung einer Benutzereingabevorrichtung eine Region von Interesse auf dem Bild ein, wie beispielsweise durch die Auswahl eines Punktes, an dem die zwei- oder dreidimensionale Region platziert ist. Alternativ detektiert der Bildprozessor einen Ort für die Platzierung der Region von Interesse, wie beispielsweise durch die Anwendung eines maschinell erlernten Detektors zur Identifizierung von Gewebe, das für eine Scherwellencharakteristik zu messen ist.
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Die Region von Interesse wird durch das Auswählen eines Punktes, die Platzierung einer Fläche oder die Platzierung eines Volumens positioniert. Die Region von Interesse hat eine beliebige Form, z.B. durch die Nachverfolgung einer Geweberegion. In einer Ausführungsform ist die Region von Interesse rechteckig oder quadratisch, so dass der Benutzer diagonale Ecken oder einen Punkt und das Format wählt.
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In Schritt 11 empfängt der Ultraschallscanner einen Winkel. Der empfangene Winkel ist senkrecht zur Orientierung des Gewebes. Der Winkel basiert auf einer Orientierung einer Anatomie oder der erwarteten Ausbreitungsrichtung einer Scherwelle. Der Winkel wird aufgrund der anisotropen Richtung des Gewebes in der Region von Interesse eingestellt. So stellt beispielsweise die Richtung der Fasern (z.B. Muskel oder Kollagen) eine Orientierung bereit. Wenn die Fasern unterschiedliche Orientierungen innerhalb der Region von Interesse aufweisen, wird eine mittlere, durchschnittliche oder überwiegende Orientierung verwendet. Der Winkel ist senkrecht zur Orientierung. Der Winkel dient zur Orientierung des Druck- oder ARFI-Strahls.
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Alternativ ist der empfangene Winkel die Orientierung des Gewebes. Der Winkel des Gewebes kann verwendet werden, um einen senkrechten Winkel zur erwarteten Ausbreitung zu bestimmen.
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Der Ultraschallscanner empfängt den Winkel als Benutzereingabe mit einer Eingabevorrichtung auf dem angezeigten Bild. Der Benutzer platziert einen Vektor, wie z.B. die Eingabe von Anfangs- und Endpunkten. 2 zeigt eine Region von Interesse 22 als eine rechteckige Region, die über dem in einem B-Modus-Bild dargestellten Gewebe platziert ist. Die Seiten der Region von Interesse 22 sind parallel zum Bild (z.B. horizontal und vertikal), können aber auch geneigt oder in anderen Winkeln angeordnet sein. Es können auch andere Formen verwendet werden. In der Region von Interesse weist das Gewebe Muskelfasern auf. Die Fasern sind im Allgemeinen von unten links nach oben rechts orientiert.
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Der Winkel wird unabhängig von der Steuerung der Region von Interesse bestimmt. Der Winkel basiert auf Gewebe, wie z.B. Gewebe in der Region von Interesse. Der Winkel ist nicht auf die Orientierung der Region von Interesse abgestimmt, kann es aber sein. Für die Benutzereingabe des Winkels wird der Winkel als separate Eingabe gesteuert, wie z.B. die Sequenzierung zur Winkelanzeige nach dem Platzieren der Region von Interesse. Der Fokusort des ARFI-Strahls kann an einer bestimmten Position relativ zur Region von Interesse eingestellt werden, aber der Winkel wird unabhängig von der Einstellung der Position der Region von Interesse gesteuert oder ausgewählt.
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In 2 wird die Sendescanlinie 20 durch eine vertikale Linie mit einer horizontalen Linie für die Fokustiefe dargestellt. Die Steuerung zum Platzieren der Region von Interesse 22 positioniert die Sendescanlinie 20 automatisch in einem bestimmten Abstand von einer Seite (entweder in oder aus der Region 22). Die Fokustiefe wird automatisch auf eine bestimmte Tiefe in Bezug auf die Region von Interesse eingestellt.
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3 stellt eine unabhängige Steuerung des Winkels dar. Während sich die Fokusposition an einem gleichen Ort in Bezug auf die Region von Interesse 22 befinden kann, wird der Winkel, der die Sendescanlinie 20 für den ARFI darstellt, geändert oder so eingestellt, dass er nicht vertikal ist. Der Winkel kann durch den Wandler begrenzt werden. Der Winkel ist nicht parallel oder senkrecht zu den Seiten der Region von Interesse 22. Die Fokustiefe und/oder die Position kann auch in anderen Ausführungsformen ausgewählt werden. Die beiden Linien für die Sendescanlinie 20 und die Fokustiefe können für den Benutzer zum Positionieren angezeigt werden und/oder basierend auf dem vom Ultraschallscanner bestimmten Winkel angezeigt werden. Alternativ werden die Liniengrafiken nicht angezeigt, die den hierin zu diskutierenden Winkel darstellen.
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Alternativ empfängt der Bildprozessor oder die Steuerung den Winkel als eine Ausgabe der Detektion durch den Bildprozessor. Eine Richtungsfilterung, eine maschinell erlernte Detektion oder eine andere Bildverarbeitung werden verwendet, um die Orientierung des Gewebes zu detektieren. Der Winkel der Sendescanlinie 20 für den ARFI-Strahl ist so eingestellt, dass er senkrecht zu dem detektierten Winkel der Gewebeanisotropie oder näher an der Senkrechten als an der Vertikalen liegt (z.B. bis zu einem vom Wandler zugelassenen Ausmaß abgewinkelt, während eine ausreichend große Apertur vorgesehen ist, um die ARFI-Leistung bereitzustellen). Der Winkel wird aus der Bildverarbeitung ohne Benutzereingabe des Winkels bestimmt. Alternativ gibt der Benutzer einen Startwinkel ein, der durch die Bildverarbeitung verfeinert wird oder umgekehrt.
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In einer Ausführungsform wird die Ausbreitungsrichtung einer Scherwelle detektiert und zur Einstellung des Winkels für die nachfolgende Scherwellenbildgebung verwendet. Jeder der nachstehend für Schritt 19 diskutierten Ansätze kann verwendet werden, um die Ausbreitungsrichtung der Scherwellen zu detektieren, wie beispielsweise das Bestimmen der Orientierung der Ausbreitung und des Gewebes aus der Ankunftszeit der Scherwelle oder aus Verlagerungen entlang nicht paralleler Empfangsscanlinien. Der Winkel der Sendescanlinie 20 für den ARFI-Strahl oder Druckimpuls wird senkrecht zur durch die Gewebeanisotropie verursachten Orientierung oder Ausbreitungsrichtung eingestellt.
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Der Wandler kann den Lenkwinkel begrenzen, wenn eine Position und eine Größe der Region von Interesse im Sichtfeld gegeben sind. Der Winkel wird so ausgewählt, dass er von der Vertikalen entfernt ist, wenn der Wandler nach oben oder an der Spitze oder senkrecht zu einem Zentrum des Wandlers oder der Apertur ausgerichtet ist. Senkrecht zur Orientierung des Gewebes kann erwünscht sein, aber näher an der Senkrechten als parallel zu einem Zentrum der Wandlerfläche und/oder dem Senden kann verwendet werden.
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In Schritt 12 sendet der Ultraschallscanner einen ARFI und in Schritt 14 scannt er wiederholt das Gewebe (z.B. Senden von Nachverfolgungsimpulsen und Empfangen von reaktiven Ultraschalldaten). Das wiederholte Scannen verfolgt Verlagerungen des Gewebes nach, die durch eine Scherwelle verursacht werden, die durch das Senden von Schritt 12 erzeugt wird. Die Scherwellencharakteristik wird in Schritt 16 aus den Ultraschalldaten geschätzt.
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In Schritt 12 verwendet der Ultraschallscanner den Wandler, um das Gewebe zu belasten. Ein ARFI (d.h. ein Druckimpuls) wird gesendet, um die Belastung aufzubringen. Der ARFI kann durch eine zyklische gepulste Wellenform mit einer beliebigen Anzahl von Zyklen (z.B. zehn oder hundert Zyklen) erzeugt werden. So wird beispielsweise ein ARFI als ein Druckimpuls mit 100-1000 Zyklen gesendet. Der Sendestrahlformer erzeugt Wellenformen für Elemente einer Sendeapertur, und der Wandler erzeugt akustische Energie als Reaktion auf die elektrischen Wellenformen. Die gesendete akustische Welle breitet sich entlang der Scanlinie aus, was zu einer Energieablagerung und einer Scherwelle führt. Der ARFI wird entlang der Scanlinie gesendet, um sich mit dem Fokusort unter dem Winkel zu schneiden. Der Ursprung und/oder der Winkel des Wandlers wird vom Sendestrahlformer so eingestellt, dass der ARFI-Strahl entlang eines Strahls unter dem Winkel senkrecht zur Orientierung des Gewebes oder weg von der Senkrechten zum Wandler gebildet wird. So wird beispielsweise der ARFI-Strahl entlang der Scanlinie 20 von 3 gebildet. In diesem Beispiel ist der Druckstrahl nicht senkrecht oder parallel zu einer der Seiten der Region von Interesse 22, sondern senkrecht zur Orientierung des anisotropen Gewebes. Der Winkel für die ARFI-Scanlinie kann aufgrund von Einschränkungen des Wandlers von der Senkrechten zu der Orientierung des Gewebes abweichen, ist aber näher zu der Senkrechten zu der Orientierung des Gewebes als senkrecht zu einem Zentrum einer Fläche der Wandleranordnung.
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Ein ARFI, der auf einen Punkt oder eine Fokusregion fokussiert ist, wird gesendet. Der ARFI-Strahl wird entlang der Sendescanlinie 20 unter dem Winkel gebildet oder gesendet. Wenn ein ARFI auf eine fokussierte Fläche angewendet wird, reagiert das Gewebe auf die aufgebrachte Kraft durch Bewegung. Der ARFI erzeugt eine Scherwelle, die sich überwiegend seitlich durch das Gewebe ausbreitet. Eine Anisotropie des Gewebes kann zu einer anderen als einer seitlichen Ausbreitung führen. Die Scherwelle verursacht eine Verlagerung des Gewebes. An jedem gegebenen räumlichen Ort in der vom Fokus entfernten Region von Interesse 22 nimmt diese Verlagerung zu und erholt sich dann auf Null, was zu einem zeitlichen Verlagerungsprofil führt. Die Gewebeeigenschaften beeinflussen das Verlagerungsprofil.
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In Schritt 14 scannt der Ultraschallscanner das Gewebe des Patienten in der Region von Interesse. Das Scannen wird beliebig oft wiederholt, um den Betrag der Gewebebewegung an unterschiedlichen Orten zu bestimmen, die durch eine Scherwelle verursacht wird. Das detektierte Gewebe wird bei jedem Scan mit einem Referenzscan des Gewebes verglichen. Der Vergleich erfolgt über die Zeit mit den Wiederholungen, um Verlagerungen durch das Durchlaufen der Scherwelle zu bestimmen.
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Das Doppler- oder B-Modus-Scannen kann zur Nachverfolgung des auf die Belastung reagierenden Gewebes verwendet werden. Ultraschalldaten werden als Reaktion auf das Senden von Ultraschall empfangen. Das Senden und das Empfangen werden für unterschiedliche seitlich beabstandete Orte in der Region von Interesse (z.B. über eine Fläche oder über ein Volumen) durchgeführt. Für jeden räumlichen Ort, der über die Zeit nachverfolgt werden soll, ist eine Sequenz von Sende- und Empfangsvorgängen vorgesehen.
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Schritt 14 erfolgt nachdem der Druckimpuls angewendet wurde und während das Gewebe auf die Belastung reagiert. So erfolgen beispielsweise das Senden und das Empfangen nach der Anwendung oder der Veränderung der Belastung und bevor das Gewebe einen entspannten Zustand erreicht. Die Ultraschallbildgebung kann vor, während und/oder nach der angewendeten Belastung durchgeführt werden.
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Zur Nachverfolgung sendet der Ultraschallscanner eine Sequenz von Sendestrahlen oder Nachverfolgungsimpulsen. Eine Vielzahl von Ultraschallstrahlen wird auf das Gewebe gesendet, das auf die Belastung reagiert. Die Scanlinie oder die Scanlinien, die für die NachverfolgungsSendevorgänge verwendet wird bzw. werden, befinden sich unter dem Winkel oder parallel zur ARFI-Sendescanlinie, aber nicht-parallele Scanlinien können für die Nachverfolgung verwendet werden.
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Die Vielzahl von Strahlen wird in separaten Sendeereignissen gesendet. Ein Sendeereignis ist ein zusammenhängendes Intervall, in dem das Senden ohne Empfang von Echos erfolgt, die auf das Senden reagieren. Während der Phase des Sendens gibt es kein Empfangen. Wenn eine Sequenz von Sendeereignissen durchgeführt wird, wird auch eine entsprechende Sequenz von Empfangsereignissen durchgeführt, die mit den Sendevorgängen verschachtelt sind. Ein Empfangsereignis wird als Reaktion auf jedes Sendeereignis und vor dem nächsten Sendeereignis durchgeführt.
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Für ein Sendeereignis werden ein oder mehrere Sendestrahlen gebildet. Die Impulse zur Bildung der Sendestrahlen weisen eine beliebige Anzahl von Zyklen auf. Jede Hüllkurve, jede Art von Impuls (z.B. unipolar, bipolar oder sinusförmig) oder jede Wellenform kann verwendet werden.
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Der Wandler empfängt Ultraschallechos als Reaktion auf jedes Sendeereignis. Der Wandler wandelt die Echos in Empfangssignale um, die strahlförmig in Ultraschalldaten umgewandelt werden, die einen oder mehrere räumliche Orte darstellen. Die Empfangsscanlinien für die Strahlformung sind parallel zur ARFI-Sendescanlinie 20, können aber nicht parallel sein. Die Reaktion des Gewebes an Scanlinien für Empfangsstrahlen wird detektiert.
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Durch das Empfangen mehrerer Empfangsstrahlen als Reaktion auf jeden Nachverfolgungssendevorgang können Daten für eine Vielzahl von seitlich beabstandeten Orten gleichzeitig empfangen werden. Die gesamte Region von Interesse 22 wird für jedes Empfangsereignis gescannt, indem als Reaktion auf jedes Sendeereignis entlang aller Scanlinien der Region von Interesse 22 empfangen wird. Die Überwachung wird für eine beliebige Anzahl von Scanlinien durchgeführt. So werden beispielsweise vier, acht, sechzehn oder zweiunddreißig Empfangsstrahlen als Reaktion auf jedes Senden gebildet. In weiteren Ausführungsformen werden unterschiedliche Sendeereignisse und entsprechende Empfangsscanlinien nacheinander gescannt, um die gesamte ROI abzudecken.
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Der Ultraschallscanner empfängt eine Sequenz von Empfangssignalen. Das Empfangen ist mit dem Senden der Sequenz verschachtelt. Für jedes Sendeereignis erfolgt ein Empfangsereignis. Das Empfangsereignis ist ein kontinuierliches Intervall zum Empfangen von Echos aus der Tiefe oder den Tiefen von Interesse. Nachdem der Wandler die Erzeugung von akustischer Energie für einen bestimmten Nachverfolgungssendevorgang abgeschlossen hat, wird der Wandler für das Empfangen der Echos als Reaktion verwendet. Der Wandler wird dann verwendet, um ein weiteres Sende- und Empfangsereignispaar für den gleichen bzw. die gleichen räumlichen Orte zu wiederholen und die Verschachtelung (z.B. Senden, Empfangen, Senden, Empfangen, Empfangen,...) bereitzustellen, um die Gewebereaktion über die Zeit nachzuverfolgen. Das Scannen der Region von Interesse mit Ultraschall wiederholt sich, um Ultraschalldaten zu erhalten, die die Gewebereaktion an den Orten der Region von Interesse zu unterschiedlichen Zeiten darstellen, während sich die Scherwelle durch die Region von Interesse ausbreitet. Jede Wiederholung überwacht die gleiche Region oder die gleichen Orte, um die Gewebereaktion für diese Orte zu bestimmen. Es können beliebig viele Wiederholungen verwendet werden, z.B. etwa 50-100 Wiederholungen. Die Wiederholungen erfolgen so häufig wie möglich, während sich das Gewebe von der Belastung erholt, ohne das Empfangen zu beeinträchtigen.
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In einer Ausführungsform werden Empfangsscanlinien in unterschiedlichen Orientierungen zur Nachverfolgung verwendet. An jedem Ort werden zwei oder mehr Empfangsstrahlen gebildet, wobei die Strahlen am Probenort unter unterschiedlichen Winkeln liegen. Die Sendescanlinien für die Nachverfolgung befinden sich im Winkel oder in unterschiedlichen Winkeln als eine, beide oder alle Empfangsscanlinien.
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Die gleichen akustischen Echos werden entlang der Scanlinien in unterschiedlichen Winkeln oder Orientierungen empfangen und strahlgeformt. Alternativ werden zwei unterschiedliche Scanmuster, die die empfangenen Scanlinien in unterschiedlichen Winkeln bereitstellen, sequentiell zur Nachverfolgung verwendet, was dazu führt, dass unterschiedliche akustische Echos in den unterschiedlichen Winkeln strahlgeformt werden. Das Scanlinienmuster weist zwei oder mehr Scanlinien auf, die jeden oder einige Probenorte unter unterschiedlichen Winkeln schneiden. Dadurch unterliegen die Verlagerungen, die entlang der Empfangslinien bestimmt werden, die die Orte unter unterschiedlichen Winkeln schneiden, unterschiedlichen Komponenten der dreidimensionalen Verlagerung, die durch die Scherwelle verursacht wird. Jeder Unterschied in den Winkeln der Empfangsscanlinie an einem bestimmten Ort kann verwendet werden, z.B. 90 Grad. Kleinere Winkel können aufgrund der Scantiefe, der Richtungsabhängigkeit der Wandleranordnung und/oder der Breite der Wandleranordnung verwendet werden.
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In Schritt 16 schätzt der Ultraschallscanner eine Scherwellencharakteristik für jeden Ort in der Region von Interesse 22. Die durch die Nachverfolgung in Schritt 14 empfangenen Daten werden verwendet, um Verlagerungen als Funktion der Zeit für jeden Ort in der Region zu detektieren. Ein Maximum oder eine andere Verlagerungsinformation über die Zeit, die Ankunftszeit (z.B. die Zeit des Maximums) und/oder die Orte werden verwendet, um die Scherwellencharakteristik zu schätzen.
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Die Gewebebewegung wird als Verlagerung in einer, zwei oder drei Dimensionen detektiert. Die auf die erzeugten Scherwellen reagierende Bewegung wird aus den empfangenen Nachverfolgungs- oder Ultraschalldaten aus Schritt 14 detektiert. Durch Wiederholung des Sendens der Ultraschallimpulse und des Empfangens der Ultraschallechos über die Zeit werden die Verlagerungen über die Zeit bestimmt. Die Gewebebewegung wird zu unterschiedlichen Zeiten detektiert. Die unterschiedlichen Zeiten entsprechen den unterschiedlichen Nachverfolgungsscans (d.h. Senden und Empfangen von Ereignispaaren).
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Die Gewebebewegung wird durch das Schätzen der Verlagerung in Bezug auf die Referenzgewebeinformationen detektiert. So wird beispielsweise die Verlagerung von Gewebe entlang der Scanlinien bestimmt. Die Verlagerung kann aus Gewebedaten, wie z.B. B-Modus-Ultraschalldaten, gemessen werden, aber es können Strömungs- (z.B. Geschwindigkeit) oder Strahlformer-Ausgabeinformationen vor der Detektion (z.B. In-Phase- und Quadratur-(IQ)-Daten) verwendet werden.
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Während sich das entlang der Scanlinien abgebildete Gewebe verformt, können die B-Modus-Intensität oder andere Ultraschalldaten variieren. Es werden eine Korrelation, eine Kreuzkorrelation, eine Phasenverschiebungsschätzung, eine minimale Summe der absoluten Differenzen oder ein anderes Ähnlichkeitsmaß verwendet, um die Verlagerung zwischen den Scans zu bestimmen (z.B. zwischen der Referenz und dem aktuellen Scan). So wird beispielsweise jedes IQ-Datenpaar mit seiner entsprechenden Referenz korreliert, um die Verlagerung zu erhalten. Daten, die eine Vielzahl von räumlichen Orten repräsentieren, werden mit den Referenzdaten korreliert. Als weiteres Beispiel werden Daten aus einer Vielzahl von räumlichen Orten (z.B. entlang der Scanlinien) als Funktion der Zeit korreliert. Für jede Tiefe oder jeden räumlichen Ort wird eine Korrelation über eine Vielzahl von Tiefen oder räumlichen Orten (z.B. Kernel mit 64 Tiefen, wobei die zentrale Tiefe der Punkt ist, für den das Profil berechnet wird) durchgeführt. Der räumliche Versatz mit der höchsten oder ausreichenden Korrelation zu einem bestimmten Zeitpunkt gibt die Stärke der Verlagerung an. Für jeden Ort wird die Verlagerung als Funktion der Zeit bestimmt. Es kann eine zwei- oder dreidimensionale Verlagerung im Raum verwendet werden. Es kann eine eindimensionale Verlagerung entlang der Scanlinien oder entlang einer unterschiedlichen Richtung als der Scanlinien oder -strahlen verwendet werden.
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Für eine bestimmte Zeit oder Wiederholung des Scannens werden die Verlagerungen an unterschiedlichen Orten bestimmt. Die Orte sind ein-, zwei- oder dreidimensional verteilt. So werden beispielsweise Verlagerungen an unterschiedlichen seitlich beabstandeten Orten aus Mittelwerten von Verlagerungen unterschiedlicher Tiefe in der ROI bestimmt. In einem weiteren Beispiel werden Verlagerungen für unterschiedliche seitlich beabstandete und Reichweiten beabstandete (d.h. tiefe) Orte bestimmt.
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In weiteren Ausführungsformen wird die Verlagerung als Funktion des Ortes bestimmt. Unterschiedliche Orte haben die gleiche oder eine unterschiedliche Verlagerungsamplitude. Diese Verlagerungsprofile als Funktion des Ortes werden für unterschiedliche Zeiten bestimmt, wie z.B. für jede Wiederholung von Sende-/Empfangsereignissen beim Scannen von Schritt 14. Die Linienanpassung oder die Interpolation kann verwendet werden, um die Verlagerung an anderen Orten und/oder zu anderen Zeiten zu bestimmen.
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Die Verlagerungen für Scherdaten reagieren auf die erzeugte Scherwelle. Aufgrund des Ursprungsortes der Scherwelle und des relativen Zeitpunkts des Scannens für die Verlagerung kann jeder beliebige Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt keiner durch die Scherwelle verursachten Verlagerung oder einer durch die Scherwelle verursachten Verlagerung ausgesetzt sein.
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Der Ultraschallscanner berechnet aus den Verlagerungen die Scherwellencharakteristik für jeden Ort. Jede beliebige Charakteristik kann geschätzt werden, wie z.B. die Geschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Scherwelle im Gewebe. Die Scherwellengeschwindigkeit des Gewebes ist eine Geschwindigkeit der Scherwellen, die sich durch das Gewebe ausbreiten. Unterschiedliche Gewebearten weisen unterschiedliche Scherwellengeschwindigkeiten auf. Ein und dasselbe Gewebe mit unterschiedlicher Elastizität und/oder Steifigkeit weist eine unterschiedliche Scherwellengeschwindigkeit auf. Andere viskoelastische Charakteristiken des Gewebes können zu unterschiedlichen Scherwellengeschwindigkeiten führen. Die Scherwellengeschwindigkeit wird basierend auf der Zeitspanne zwischen dem Druckimpuls und der Zeit der maximalen Verlagerung und basierend auf dem Abstand zwischen dem ARFI-Fokusort und dem Ort der Verlagerungen berechnet. Es können auch andere Ansätze verwendet werden, wie z.B. das Bestimmen der relativen Phasenlage der Verlagerungsprofile.
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Andere Scherwellencharakteristiken des Gewebes können aus dem Ort, den Verlagerungen und/oder dem Zeitpunkt geschätzt werden. Es können die Größe der Spitzenverlagerung, die für die Dämpfung normiert ist, die Zeit bis zum Erreichen der Spitzenverlagerung, das E-Modul oder andere Elastizitätswerte geschätzt werden. Alle viskoelastischen Informationen können als Scherwellencharakteristik im Gewebe geschätzt werden.
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In Schritt 18 von 1 erzeugt der Bildprozessor aus den Ergebnissen der Schätzung ein Bild einer Charakteristik des Gewebes des Patienten. Die Charakteristik ist die Scherwellencharakteristik. Zum Beispiel weist das Bild die Scherwellengeschwindigkeit im Gewebe auf.
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Die Schätzung liefert Werte für die Scherwellencharakteristik für jeden Ort in der Region von Interesse. Die Orte sind ein-, zwei- oder dreidimensional verteilt. Das Bild zeigt die Scherwellencharakteristik über die eine, zwei oder drei Dimensionen. So wird beispielsweise ein Scherwellengeschwindigkeitsbild erzeugt. Für jeden Ort wird das Pixel des Bildes durch den Wert der Charakteristik moduliert. Helligkeit, Farbe oder andere Modulationen können verwendet werden. Das Scherwellenbild wird einzeln oder überlagert auf einem B-Modus oder einem anderen Ultraschallbild angezeigt.
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In zusätzlichen oder alternativen Ausführungsformen wird eine Grafik oder ein alphanumerischer Text der Scherwellengeschwindigkeit für einen Ort oder über Orte hinweg ausgegeben. Das Bild umfasst einen alphanumerischen Text (z.B. „1,36 m/s“) oder wird als Anmerkung auf einem B-Modus- oder Fluss-Modus-Bild des Gewebes überlagert. Eine Grafik, eine Tabelle oder ein Diagramm der Geschwindigkeit oder der Geschwindigkeiten kann als Bild ausgegeben werden.
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Da der auf der Gewebeorientierung basierende Winkel für die ARFI-Sendescanlinie und/oder das Nachverfolgungsscannen verwendet wird, kann die geschätzte Scherwellencharakteristik und das resultierende Bild genauer sein. Aufgrund der Gewebeanisotropie breitet sich die Scherwelle entlang der Orientierung des Gewebes oder anders als horizontal in Bezug auf die Wandleranordnung (d.h. oben im Bild) aus, auch wenn der ARFI-Sendestrahl vertikal ist. Durch die Einstellung des Winkels sind die resultierenden Scherwellenschätzungen eher ein wahres Maß für die Charakteristik. Anstatt Verlagerungen zu messen, die einer Komponente der durch die Scherwelle verursachten Verlagerung unterliegen, werden die Verlagerungen entlang der Richtung der maximalen Verlagerung gemessen. In alternativen Ausführungsformen wird der Winkel zur Winkelkorrektur der Schätzungen verwendet, ohne die Sende- oder Empfangsscanlinien zu verändern.
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In einer weiteren Verbesserung, die mit oder ohne den Winkel des Schrittes 11 und den entsprechenden Winkel der ARFI-Sendescanlinie 20 verwendet wird, wird das Bild erzeugt, um die Ausbreitungsrichtung der Scherwelle im Gewebe des Patienten darzustellen. Die Ausbreitungsrichtung kann einzeln abgebildet werden oder wird für eine Überlagerung des Scherwellenbildes verwendet (z.B. auf die Scherwellengeschwindigkeit und das B-Modus Bild).
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Die Ausbreitungsrichtung wird durch eine oder mehrere Grafiken angezeigt. So werden beispielsweise ein oder mehrere Pfeile auf dem Bild (z.B. in der Region von Interesse) oder neben dem Bild hinzugefügt. Ein einzelner Vektor oder eine Richtung wird bestimmt und für einen oder mehrere hinzugefügte Pfeile verwendet. In weiteren Ausführungsformen wird die Richtung für zwei oder mehrere Orte in der Region von Interesse bestimmt und entsprechende Grafiken werden überlagert, um die Richtungen an den unterschiedlichen Orten darzustellen.
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Es kann jede beliebige Grafik verwendet werden. 3 zeigt die Pfeile 30. Ein Vektorfeld wird als Pfeile 30 dargestellt. Gradientenlinien, Linien ohne Pfeile, Videos, die die Bewegung eines Objekts zeigen, oder unterschiedliche Grafiken können verwendet werden, um die Richtung auf dem Anzeigebildschirm anzuzeigen. Alternativ wird die Ausbreitungsrichtung durch Farb- oder Intensitätsmodulation angegeben, wie z.B. durch das Hinzufügen von Streifen oder einem Band zu den Pixeln entlang einer Linie oder Grenze in einer Ausbreitungsrichtung.
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In Schritt 19 bestimmt der Ultraschallscanner (z.B. der Bildprozessor) die Ausbreitungsrichtung der Scherwelle aus den Daten des Scannens von Schritt 14 und/oder den Schätzungen von Schritt 16. In einer Ausführungsform wird die Richtung aus einem Gradienten der Ankunftszeit der Scherwelle an einem Ort bestimmt. Der Gradient kann in unterschiedlichen Richtungen bestimmt werden, um ein Vektorfeld bereitzustellen. Alternativ wird der Gradient für einen Ort bestimmt, oder es wird ein Mittelwert aus Gradienten mehrerer Orte bestimmt.
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Die Ankunftszeit basiert auf den Verlagerungen. So ist beispielsweise ein Zeitpunkt des Auftretens der maximalen Verlagerung des Verlagerungsprofils über die Zeit die Ankunftszeit. In unterschiedlichen Ausführungsformen zeigt die erste Instanz, nachdem die Verlagerung einen Schwellenwert überschreitet, die Ankunftszeit der Scherwelle an. Die Ankunftszeitkarte (d.h. die räumliche Verteilung der Ankunftszeiten an den Orten in der Region von Interesse 22) stellt die Zeit bis zur Spitze oder die Ankunftszeit der Verlagerungen dar. Es wird der Gradient entlang zwei oder drei Dimensionen der Zeiten berechnet. Die Größe des Zeitgradienten stellt die Geschwindigkeit oder die Scherwellengeschwindigkeit dar. Die Richtung des Gradienten stellt die Ausbreitungsrichtung dar. Es wird nur eine Richtung angezeigt, z.B. die Richtung nach Ort oder nach einer Gruppe von Orten. Die Länge der Pfeile ist voreingestellt. Alternativ stellt die Länge, die Breite oder die Farbe des Pfeils oder der Pfeile die Größe des oder der Vektoren dar.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Richtung aus den Verlagerungen bei unterschiedlichen Empfangsscanlinienwinkeln bestimmt. Die Größen der Verlagerungen für die gleichen oder ähnlichen Zeiten entlang unterschiedlicher Empfangsscanlinienwinkel relativ zu demselben Ort liefern Komponenten der Verlagerung in zwei oder drei Dimensionen. Der Vektor oder das Vektorfeld basiert auf zwei oder mehreren Verlagerungskarten (z.B. drei oder mehr für das dreidimensionale Scannen). Durch das Nachverfolgen der axialen Verlagerung der Scherwelle unter Verwendung von Nachverfolgungsstrahlen aus zwei (oder mehreren) unterschiedlichen Winkeln werden zwei (oder mehrere) Verlagerungskarten bereitgestellt. Aus den Winkeln der Nachverfolgungsstrahlen zueinander und der Größe der Verlagerung, werden die Vektoren für die unterschiedlichen Orte bestimmt. Alternativ wird ein einzelner Vektor für einen Ort oder basierend auf einem Durchschnitt für mehrere Orte bestimmt. Die Verlagerungen entlang unterschiedlicher Richtungen werden verwendet, um die Komponenten (z.B. die axialen und seitlichen Komponenten in zwei Dimensionen) der Verlagerung bereitzustellen. Die Richtung des Vektors zeigt die Ausbreitungsrichtung der Scherwelle an. Die Größe des Vektors stellt die Größe der Verlagerung dar.
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Ein oder mehrere Vektoren werden aus Verlagerungen entlang der unterschiedlichen Orientierungen für jeden von einem oder mehreren Orten bestimmt. Die Länge und Richtung des Vektors oder der Vektoren entspricht der Größe und Richtung der Gewebeverlagerung aufgrund der Scherwellenausbreitung. Es kann nur die Richtung alleine verwendet werden. Ein Scherwellenverlagerungsvektorfeld oder ein einzelner Verlagerungsvektor wird bestimmt und angezeigt.
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4 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zur Scherwellenbildgebung mit Ultraschall. Die Scherwellenbilder werden durch Einstellen des Winkels des Druckimpulses und/oder durch Nachverfolgen basierend auf der Orientierung des Gewebes des Patienten und/oder durch Einbeziehen der Anzeige der detektierten Ausbreitungsrichtung der Scherwelle gebildet. Das System implementiert das Verfahren von 1 oder andere Verfahren.
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Das System ist ein medizinisch-diagnostisches Ultraschallbildgebungssystem oder ein Ultraschallscanner. In alternativen Ausführungsformen ist das System ein Personalcomputer, eine Arbeitsstation, eine PACS-Station oder eine andere Anordnung an einem gleichen Ort oder über ein Netzwerk verteilt, für Echtzeit oder Nacherfassungsbildgebung, so dass die Strahlformer 40, 14 und der Wandler 41 nicht vorhanden sein müssen.
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Das System umfasst einen Sendestrahlformer 40, einen Wandler 41, einen Empfangsstrahlformer 42, einen Bildprozessor 43, eine Anzeige 45 und einen Speicher 44. Es können zusätzliche, unterschiedliche oder weniger Komponenten vorgesehen werden. So ist beispielsweise eine Benutzereingabe für die manuelle oder unterstützte Auswahl von dem Winkel, für Anzeigekarten, für die Auswahl der zu bestimmenden Gewebeeigenschaften, für die Auswahl der Region von Interesse, für die Auswahl der Richtungsgrafik und/oder für eine andere Steuerung vorgesehen.
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Der Sendestrahlformer 40 ist ein Ultraschallsender, ein Speicher, ein Impulsgeber, eine Analogschaltung, eine digitale Schaltung oder Kombinationen davon. Der Sendestrahlformer 40 ist konfigurierbar, um Wellenformen für eine Vielzahl von Kanälen mit unterschiedlichen oder relativen Amplituden, Verzögerungen und/oder Phasenlagen zu erzeugen. Die Wellenformen sind relativ verzögert und/oder phasenverschoben, um akustische Strahlen von einem ausgewählten Ursprung auf dem Wandler 41 zu Fokusorten zu leiten. Beim Senden von akustischen Wellen vom Wandler 41 als Reaktion auf die erzeugten elektrischen Wellen, werden ein oder mehrere Strahlen entlang einer oder mehrerer Sendescanlinien gebildet. Die Sendestrahlen werden mit unterschiedlichen Energie- oder Amplitudenniveaus gebildet. Verstärker für jeden Kanal und/oder eine Aperturgröße steuern die Amplitude des Sendestrahls.
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Der Sendestrahlformer 40 ist konfiguriert, um Impulse zu senden. Der Sendestrahlformer 40 erzeugt ARFI-Sendevorgänge und Nachverfolgungssendevorgänge. Eine Strahlformersteuerung, der Strahlformer 40, der Bildprozessor 43 und/oder eine Sequenz, die aus dem Speicher 44 geladen wird, legt die Sequenz des ARFI-Strahls und der Nachverfolgungsstrahlen fest. Die ARFI- und/oder Nachverfolgungsstrahlen befinden sich entlang einer Scanlinie oder mehreren Scanlinien in jedem Format. Die Scanlinien können in Bezug auf eine Region von Interesse und/oder eine Orientierung des Gewebes abgewinkelt sein. Der Winkel ist auswählbar, z.B. kann er basierend auf Benutzereingaben und/oder der Bildverarbeitung eingestellt werden. Eine Strahlformersteuerung stellt den Ursprung und die Richtung der Scanlinie ein und stellt den Winkel der ARFI-Scanlinie zum Probenort und/oder zum Wandler 41 bereit.
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Zur Nachverfolgung von Gewebeverlagerungen wird eine Sequenz von Sendestrahlen erzeugt, die die Region von Interesse abdeckt. Die Sequenzen der Sendestrahlen werden erzeugt, um eine zwei- oder dreidimensionale Region zu scannen. Es können Sektor-, Vektor-, Linear- oder andere Scanformate verwendet werden. Die Sendescanlinien zur Nachverfolgung stehen im gleichen Winkel zum Wandler und/oder zu den Probenorten wie die ARFI-Sendescanlinie (d.h. parallel). Einige oder alle Sendescanlinien zur Nachverfolgung können sich in einem unterschiedlichen Winkel befinden als die ARFI-Sendescanlinie. Der Sendestrahlformer 40 kann eine ebene Welle oder eine divergierende Welle für ein schnelleres Scannen erzeugen.
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Die ARFI-Sendestrahlen können größere Amplituden aufweisen als bei der Bildgebung oder bei der Detektion von Gewebebewegungen. Alternativ oder zusätzlich ist die Anzahl der Zyklen des verwendeten ARFI-Impulses oder der Wellenform typischerweise größer als der zur Nachverfolgung verwendete Impuls (z.B. 100 oder mehr Zyklen für ARFI und 1-6 Zyklen zur Nachverfolgung). Es können Aperturunterschiede verwendet werden.
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Der Wandler 41 ist eine 1-, 1,25-, 1,5-, 1,75- oder zweidimensionale Anordnung von piezoelektrischen oder kapazitiven Membranelementen. Der Wandler 41 umfasst eine Vielzahl von Elementen zur Umwandlung zwischen akustischen und elektrischen Energien. Empfangssignale werden als Reaktion auf Ultraschallenergie (Echos) erzeugt, die auf die Elemente des Wandlers trifft. Die Elemente sind mit den Kanälen der Sende- und Empfangsstrahlformer 40, 42 verbunden.
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Der Sendestrahlformer 40 und der Empfangsstrahlformer 42 sind mit den gleichen Elementen des Wandlers 41 über einen Sende-/Empfangsschalter oder Multiplexer verbunden. Die Elemente werden sowohl für Sende- als auch für Empfangsereignisse gemeinsam genutzt. Ein oder mehrere Elemente dürfen nicht gemeinsam genutzt werden, z.B. wenn die Sende- und Empfangsaperturen unterschiedlich sind (nur überlappen oder ganz unterschiedliche Elemente verwenden).
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Der Empfangsstrahlformer 42 umfasst eine Vielzahl von Kanälen mit Verstärkern, Verzögerungen und/oder Phasenrotatoren und einem oder mehreren Summierern. Jeder Kanal ist mit einem oder mehreren Wandlerelementen verbunden. Der Empfangsstrahlformer 42 wendet relative Verzögerungen, Phasen und/oder Apodisierung an, um einen oder mehrere Empfangsstrahlen als Reaktion auf einen Sendevorgang zu bilden. In alternativen Ausführungsformen ist der Empfangsstrahlformer 42 ein Prozessor zum Erzeugen von Proben unter Verwendung von Fourier- oder anderen Transformationen. Der Empfangsstrahlformer 42 kann Kanäle für die parallele Empfangsstrahlformung umfassen, wie beispielsweise die Bildung von zwei oder mehreren Empfangsstrahlen als Reaktion auf jedes Sendeereignis. Der Empfangsstrahlformer 42 gibt für jeden Strahl strahlsummierte Daten, wie IQ- oder Hochfrequenzwerte, aus.
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Der Empfangsstrahlformer 42 arbeitet in Lücken in der Sequenz von Sendeereignissen zur Nachverfolgung. Durch die Verschachtelung des Empfangens von Signalen mit den Nachverfolgungssendeimpulsen, wird eine Sequenz von Empfangsstrahlen als Reaktion auf die Sequenz von Sendestrahlen gebildet. Nach jedem Nachverfolgungssendeimpuls und vor dem nächsten Nachverfolgungssendeimpuls empfängt der Empfangsstrahlformer 42 Signale von akustischen Echos. Die Totzeit, in der keine Empfangs- und Sendevorgänge stattfinden, kann verschachtelt werden, um eine Nachhallreduzierung zu ermöglichen.
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Die Empfangsscanlinien befinden sich im gleichen Winkel wie die Sendescanlinien zur Nachverfolgung, können aber auch unter anderen Winkeln liegen. So werden beispielsweise die Empfangsscanlinien so eingestellt, dass sie senkrecht zur Orientierung des Gewebes stehen. Eine oder mehrere Empfangsscanlinien in einem Scanformat können unter anderen Winkeln oder unter unterschiedlichen Winkeln als die anderen der Empfangslinien liegen. In einer Ausführungsform wird die parallele Empfangsstrahlbildung verwendet, um Empfangsstrahlen zu bilden, die sich an einem Probenort in der Region von Interesse schneiden, aber nicht parallel sind (d.h. in unterschiedlichen Winkeln am Schnittpunkt stehen). Sich überschneidende Empfangslinien können für andere Orte verwendet werden.
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Der Empfangsstrahlformer 42 gibt strahlsummierte Daten aus, die räumliche Orte zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellen. Es werden Daten für unterschiedliche seitliche Orte (z.B. mit Azimut beabstandete Probenorte entlang unterschiedlicher Empfangslinien), Orte entlang einer Linie in der Tiefe, Orte für eine Fläche oder Orte für ein Volumen ausgegeben. Eine dynamische Fokussierung kann vorgesehen werden. Die Daten können für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. So werden beispielsweise für B-Modus- oder Gewebedaten unterschiedliche Scans durchgeführt als für die Scherwellengeschwindigkeitsschätzung. Daten, die für den B-Modus oder eine andere Bildgebung empfangen werden, können zur Schätzung der Scherwellengeschwindigkeit verwendet werden. Die Scherwelle wird an Orten, die von den Fokussen der Druckimpulse beabstandet sind, überwacht, um die Geschwindigkeit der Scherwellen durch kohärente Interferenz der Scherwellen zu bestimmen.
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Der Empfangsstrahlformer 42 gibt Nachverfolgungsdaten aus, die das Gewebe vor, nach und/oder während des Ausbreitens einer Scherwelle darstellen. Nachverfolgungsdaten werden bereitgestellt, um jede sequentielle Scherwelle nachzuverfolgen. Die Nachverfolgungsdaten werden für unterschiedliche Perioden entsprechend den unterschiedlichen ARFI-Sendevorgängen ausgegeben.
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Der Bildprozessor 43 ist ein B-Modus-Detektor, ein Doppler-Detektor, ein Pulswellen-Doppler-Detektor, ein Korrelationsprozessor, ein Fourier-Transformationsprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein allgemeiner Prozessor, ein Steuerprozessor, ein Bildprozessor, eine feldprogrammierbare Gate-Anordnung, ein digitaler Signalprozessor, eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, ein Server, eine Gruppe von Prozessoren, Kombinationen davon oder eine andere jetzt bekannte oder später entwickelte Vorrichtung zum Detektieren und Verarbeiten von Informationen zur Anzeige aus strahlgeformten Ultraschallproben. In einer Ausführungsform umfasst der Bildprozessor 43 einen oder mehrere Detektoren und einen separaten Prozessor für die Bildverarbeitung. Der Bildprozessor 43 kann eine oder mehrere Vorrichtungen sein. Es kann eine Mehrfachverarbeitung, eine Parallelverarbeitung oder eine Verarbeitung durch sequentielle Vorrichtungen verwendet werden.
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Der Bildprozessor 43 führt eine beliebige Kombination aus einer oder mehreren der in 1 dargestellten Schritte 16-19 durch. Der Bildprozessor 43 kann die Sende- und/oder Empfangsstrahlformer 40, 42 steuern. Strahlgeformte Proben oder Ultraschalldaten werden vom Empfangsstrahlformer 42 empfangen. Der Bildprozessor 43 wird durch Software, Hardware und/oder Firmware konfiguriert.
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Der Bildprozessor 43 ist konfiguriert, um Verlagerungen von Gewebe zu detektieren, die auf eine vom ARFI erzeugte Scherwelle reagieren. Die Detektion erfolgt aus strahlgeformten Proben oder detektierten Daten (z.B. B-Mode oder Doppler-Detektion) aus den strahlgeformten Proben. Unter Verwendung von Korrelation, einem anderen Maß für Ähnlichkeit oder einer anderen Technik, wird die Bewegung von Gewebe relativ zu einer Referenz aus den Ultraschalldaten bestimmt. Durch räumliches Versetzen eines Nachverfolgungsdatensatzes relativ zu einem Referenzdatensatz in einem, zwei oder dreidimensionalen Raum, zeigt der Versatz mit der größten Ähnlichkeit die Verlagerung des Gewebes an. Der Prozessor 43 detektiert die Verlagerung für jede Zeit und jeden Ort. Einige der detektierten Verlagerungen können Größen aufweisen, die auf eine sich ausbreitende Scherwelle oder Scherwellen reagieren.
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Der Bildprozessor 43 ist konfiguriert, um eine Geschwindigkeit oder eine andere Scherwellencharakteristik der Scherung im Gewebe zu bestimmen. Die Bestimmung basiert auf den Signalen aus der Nachverfolgung des Gewebes, das auf die von einem ARFI erzeugten Scherwellen reagiert. Die Signale werden zur Detektion der Verlagerungen verwendet. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit werden die Verlagerungen verwendet. Die Zeit bis zum Erreichen einer maximalen Verlagerung und der Abstand vom ARFI-Fokusort liefern die Geschwindigkeit. Die relative Phasenlage der Verlagerungen über die Zeit an unterschiedlichen Orten oder andere Ansätze können zur Bestimmung der Geschwindigkeit verwendet werden.
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Der Bildprozessor 43 ist konfiguriert, um einen Winkel der Ausbreitung der Scherwelle im Gewebe zu bestimmen. Die Scherwelle kann sich im Allgemeinen entlang einer Linie ausbreiten, die nicht senkrecht zum ARFI-Sendestrahl verläuft. Die Anisotropie des Gewebes kann dazu führen, dass die Ausbreitung entlang einer nicht senkrechten Linie am größten ist. Der Bildprozessor 43 verwendet Verlagerungen und/oder Zeiten des Auftretens von Scherwellen, um eine Ausbreitungsrichtung zu bestimmen.
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Der Bildprozessor 43 erzeugt Anzeigedaten wie beispielsweise eine Anmerkung, eine grafische Überlagerung und/oder ein Bild. Die Anzeigedaten sind in jedem beliebigen Format, wie z.B. Werte vor der Abbildung, Graustufen- oder Farbabbildungswerte, Rot-Grün-Blau (RGB)-Werte, Scanformat-Daten, Anzeige- oder kartesische Koordinatenformat-Daten oder andere Daten. Die Anzeigedaten können Scherwellenbilder sein, wie z.B. ein Scherwellengeschwindigkeitsbild mit Farbkodierung für Geschwindigkeiten. Die Anzeigedaten können eine Grafik sein, die die Richtung und/oder die Größe der Scherwellenausbreitung anzeigt. Kombinationen von Grafiken für die Vektor- und Scherwellengeschwindigkeitsbildgebung können verwendet werden, wie in 3 dargestellt.
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Der Prozessor 43 gibt Geschwindigkeitsinformationen aus, die für die Anzeigevorrichtung 20 geeignet sind, und konfiguriert die Anzeigevorrichtung 20. Es können Ausgaben an andere Vorrichtungen verwendet werden, wie z.B. die Ausgabe an den Speicher 44 zum Speichern, die Ausgabe an einen anderen Speicher (z.B. Patientenakten-Datenbank) und/oder den Transfer über ein Netzwerk an eine andere Vorrichtung (z.B. einen Benutzercomputer oder einen Server).
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Die Anzeigevorrichtung 20 ist eine CRT-, eine LCD-, eine Projektor-, eine Plasma-, eine Drucker- oder eine andere Anzeige zum Anzeigen von Schergeschwindigkeit, Grafiken, Benutzeroberfläche, Validierungsanzeige, zweidimensionalen Bildern oder dreidimensionalen Darstellungen. Die Anzeigevorrichtung 20 zeigt Ultraschallbilder, die Geschwindigkeit und/oder andere Informationen an. So gibt der Anzeigebildschirm beispielsweise Gewebereaktionsinformationen aus, wie z.B. eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Verteilung der Geschwindigkeit oder einer anderen Scherwellencharakteristik. Geschwindigkeiten oder Scherwellencharakteristiken für unterschiedliche räumliche Orten bilden ein Bild. Die im Bild dargestellten Geschwindigkeiten oder Charakteristiken können die Scherwellenreaktion des Gewebes aufgrund der Verwendung des Sende- und/oder Empfangswinkels, der auf der Grundlage der Gewebeorientierung orientiert ist, genauer widerspiegeln.
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Eine Grafik, wie beispielsweise ein oder mehrere Pfeile, kann überlagert oder angrenzend an das Scherwellenbild angezeigt werden, um die detektierte Ausbreitungsrichtung anzuzeigen. Es können auch andere Bilder ausgegeben werden, wie z.B. das Überlagern der Geschwindigkeit als farbkodierte Modulation für eine Region von Interesse auf einem Graustufen-B-Modus-Bild mit oder ohne Vektordarstellung für den detektierten Ausbreitungswinkel.
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In einer Ausführungsform gibt die Anzeigevorrichtung 20 ein Bild einer Region des Patienten aus, wie beispielsweise ein zweidimensionales Dopplergewebe oder ein B-Modus-Bild. Das Bild umfasst eine Ortsanzeige für die Geschwindigkeit. Die Ortsanzeige bezeichnet das abgebildete Gewebe, für das ein Geschwindigkeitswert berechnet wird. Die Geschwindigkeit wird als alphanumerischer Wert auf oder neben dem Bild der Region bereitgestellt. Das Bild kann vom alphanumerischen Wert mit oder ohne räumliche Darstellung des Patienten sein. Eine Grafik für den Ausbreitungswinkel kann ausgegeben werden, um das Verständnis des Geschwindigkeitswertes für die Diagnose zu erleichtern.
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Der Prozessor 43 arbeitet gemäß den Anweisungen, die im Speicher 44 oder einem anderen Speicher gespeichert sind. Der Speicher 44 ist ein computerlesbares Speichermedium. Die Anweisungen zur Implementierung der hierin beschriebenen Prozesse, Methoden und/oder Techniken befinden sich auf den computerlesbaren Speichermedien oder den Speichern, wie beispielsweise einem Cache, einem Puffer, einem RAM, Wechselmedien, Festplatten oder anderen computerlesbaren Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien umfassen verschiedene Arten von flüchtigen und nichtflüchtigen Speichermedien. Die in den Figuren dargestellten oder hierin beschriebenen Funktionen, Schritte oder Aufgaben werden als Reaktion auf einen oder mehrere Anweisungssätze durchgeführt, die in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von der Art des Anweisungssatzes, des Speichermediums, des Prozessors oder der Verarbeitungsstrategie und können durch Software, Hardware, integrierte Schaltungen, Firmware, Mikrocode und dergleichen durchgeführt werden, die allein oder in Kombination arbeiten. Ebenso können Verarbeitungsstrategien Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen umfassen.
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In einer Ausführungsform werden die Anweisungen auf einer Wechselmedienvorrichtung zum Lesen durch lokale oder entfernte Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen werden die Anweisungen an einem entfernten Ort gespeichert und über ein Computernetzwerk oder über Telefonlinien transferiert. In noch weiteren Ausführungsformen werden die Anweisungen innerhalb eines bestimmten Computers, einer bestimmten CPU, GPU oder eines bestimmten Systems gespeichert.
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Der Speicher 44 speichert alternativ oder zusätzlich Daten, die zum Schätzen der Scherwellencharakteristik, zum Einstellen eines Winkels und/oder zum Detektieren des Ausbreitungswinkels der Scherwellen verwendet werden. So werden beispielsweise die Sendesequenzen und/oder die Strahlformerparameter für den ARFI und die Nachverfolgung, einschließlich der Winkel- oder Strahlformer-Einstellungen zur Implementierung des Winkels, gespeichert. Als weiteres Beispiel werden die Region von Interesse, empfangene Signale, detektierte Verlagerungen, geschätzte Scherwellencharakteristikwerte, ein detektierter Vektor oder Vektoren, Grafiken und/oder Anzeigewerte gespeichert.
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Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass viele Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, die vorstehende detaillierte Beschreibung nicht als einschränkend, sondern als veranschaulichend zu betrachten, und es ist zu verstehen, dass es die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, sind, die dazu bestimmt sind, Geist und Umfang dieser Erfindung zu definieren.
