DE10252077A1

DE10252077A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Strahlzusammensetzung

Info

Publication number: DE10252077A1
Application number: DE10252077A
Authority: DE
Inventors: Manfred Aichhorn; Franz Steinbacher
Original assignee: Kretztechnik AG
Current assignee: GE Medical Systems Kretztechnik GmbH and Co oHG
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2003-07-17
Also published as: JP2003164451A; US20030092989A1; US6676603B2; JP4356059B2

Abstract

Es ist ein Ultraschallsystem zur Abbildung von Strukturen in einem Subjekt durch die Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens mit verringerten Bewegungsartefakten beschrieben. Ultraschallwellen werden in die Struktur gesendet, und für zumindest einen Abtastvolumenort in einer Bildebene der Struktur wird ein Satz empfangener Strahlen als Antwort auf die Ultraschallwellen gebildet, die von der Struktur derart zurückgestreut werden, dass der Satz empfangener Strahlen sich am Abtastvolumenort schneidet. Es wird ein zusammengesetzter Datenwert, der dem zumindest einen Abtastvolumenort in der Bildebene entspricht, beruhend auf dem entsprechenden Satz empfangener Strahlen, erzeugt. Aus zumindest einem zusammengesetzten Datenwert wird ein zusammengesetzter Bildrahmen gebildet. Es wird auch eine Artefakt-reduzierte zusammengesetzte Abbildung mit Bildwechselraten erreicht, die für eine Abdomen-Abtastung in Echtzeit akzeptabel sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf ein medizinisches Diagnoseultraschallsystem beispielsweise zur Abbildung einer Gewebestruktur in einem menschlichen Subjekt. Insbesondere beziehen sich bestimmte Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung zusammengesetzter Bildrahmen einer Gewebestruktur aus einer Vielzahl von Ultraschallstrahlen entlang sich schneidender Abtastlinien in einer Bildebene. Es wurden Ultraschallsysteme vorgeschlagen, die eine Zusammensetzungstechnik anwenden, die aus verschiedenen Datenrahmen abgetastete Informationen kombiniert.

Beispielsweise kann die Kombinationstechnik ein Summieren oder ein Durchschnittsbilden demodulierter Daten aus einer Vielzahl von Datenrahmen beinhalten. Mehrere aufeinanderfolgende Datenrahmen werden abgetastet, wobei jeder Datenrahmen typischerweise an einem eindeutigen Steuerwinkel erfasst wird. Der Steuerwinkel ist der Winkel, den ein Ultraschallstrahl in einer Abtastebene bezüglich der Oberfläche des Ultraschallmesswandlers beschreibt. Die Datenrahmen werden dann zur Erzeugung eines Bildrahmens für die Anzeige zusammengesetzt (kombiniert).

Da die Datenrahmen jeweils an einem eindeutigen Steuerwinkel erfasst werden, werden effektiv pro Abtastvolumenort in einer Abtastebene mehr Informationen erfasst, da Reflektionen von einem gegebenen Abtastvolumen in verschiedenen Aspekten aufgrund der Vielzahl der Steuerwinkel betrachtet werden. Dies entspricht einer Person, die ein Gebäude von erheblich verschiedenen Richtungen oder Winkeln aus betrachtet. In jeder Richtung beobachtet die Person verschiedene Merkmale des Gebäudes. Es kann auch eine Richtung geben, bei der das Gebäude verborgen ist und überhaupt nicht gesehen werden kann. Es ist zu hoffen, dass andere Richtungen eine richtige Ansicht des Gebäudes liefern.

Gleichermaßen sind Ultraschallreflexionen aus jeder Richtung für ein Abtastgewebevolumen in einer Abtastebene verschieden, und liefern verschiedene Amplituden- und Phaseninformationen für das Ultraschallsystem. Infolgedessen wird ein Bildrahmen mit mehr Gewebeeinzelheiten als ein bei einem einzigen Steuerwinkel gebildeter Rahmen bereitgestellt.

Allerdings kann der resultierende zusammengesetzte Bildrahmen aufgrund einer Bewegung des Gewebes während der Zeitverzögerung zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen abgetasteter Daten verfälscht sein. Jeder Datenrahmen umfasst aus Abtastgewebevolumen in einer Abtastebene erfasste Daten. Geschieht eine Bewegung zwischen einem Datenrahmen und dem nächsten können aufgrund der Subjektbewegung bezüglich des Ultraschallmesswandlers von einem gegebenen Abtastvolumen erfasste Daten an einem anderen Ort in einem Rahmen verglichen mit einem anderen Rahmen erscheinen. Während der Zusammensetzung der Datenrahmen werden Daten von Orten, die verschiedene Gewebeabtastvolumen darstellen, aufgrund der Bewegung miteinander kombiniert. Bewegungsartefakte können sich im zusammengesetzten Bild ergeben, die als verschmierte Abtastvolumen erscheinen, was bewirkt, dass detaillierte Gewebeinformationen verloren gehen. Die Abtastvolumen in dem Bild verlieren ihre Schärfe. Daher gehen die Einzelheiten des Gewebes, die in einem zusammengesetzten Bild ohne Bewegungsartefakt zu sehen wären, verloren. Rahmen-Zu-Rahmen-Bewegungskompensationsverfahren wurden vor der Zusammensetzung angewendet, um eine Verringerung der Bewegungsartefakte zu versuchen. Allerdings sind die bisher vorgeschlagenen Rahmen-Zu-Rahmen- Bewegungskompensationsverfahren zeitaufwendig, was die Bildwechselrate verschlechtert, und kompensieren manchmal die Rahmen-Zu-Rahmen-Bewegung nicht gut.

Herkömmliche Zusammensetzungs- und Abtastverfahren sind in den folgenden Patenten offenbart. Das US-Patent 4 649 927, Fehr et al. offenbart Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung eines zusammengesetzten Ultraschallbildes aus überlappenden Körperabtastungen. Das US-Patent 4 319 489, Yamaguchi et al. offenbart eine Kombination von Bildern, die durch eine normale lineare Abtastung und eine geneigte lineare Abtastung erhalten werden. Das US-Patent 6 117 081, Jago et al. offenbart eine Korrektur von fehlregistrierten Bildern, die räumlich zusammenzusetzen sind. Das US-Patent 4 159 462, Rocha et al. offenbart die Durchführung überlappender Sektorabtastungen.

Es besteht das Bedürfnis nach einem Ansatz zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens mit einer verbesserten Bildqualität und verringerten Bewegungsartefakten, ohne eine Bewegungskompensation durchzuführen zu müssen. Es besteht auch das Bedürfnis nach dem Erzielen einer Artefakt-reduzierten zusammengesetzten Abbildung mit Bildwechselraten, die für eine Abdominal-Abtastung in Echtzeit akzeptabel sind.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein Ultraschallsystem zur Abbildung einer Struktur in einem Subjekt durch Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens mit reduzierten Bewegungsartefakten bereit. Das System sendet Ultraschallwellen in die Struktur und bildet zumindest für einen Abtastvolumenort in einer Bildebene der Struktur einen Satz empfangener Strahlen als Antwort auf Ultraschallwellen aus, die von der Struktur zurückgestreut werden, sodass sich der Satz empfangener Strahlen am Abtastvolumenort kreuzt. Ein zusammengesetzter Datenwert wird entsprechend dem zumindest einen Abtastvolumenort in der Bildebene beruhend auf dem entsprechend Satz empfangener Strahlen erzeugt. Ein zusammengesetzter Bildrahmen wird aus zumindest einem zusammengesetzten Datenwert gebildet.

Eine Vorrichtung ist zur Zusammensetzung von Datenwerten ausgebildet, die durch die Ultraschalleinrichtung an Abtastvolumenorten abgetastet werden. Der hier verwendete Ausdruck "zusammensetzen" bedeutet eine Kombination von einer Vielzahl von Datenwerten, entweder kohärent oder nicht-kohärent, um einen neuen, einzelnen Datenwert zu erzeugen. Die Vorrichtung beinhaltet ein Strahlformer- und Messwandlerarray zur Erzeugung einer Vielzahl von Strahlen an verschiedenen Steuerwinkeln, die vom gleichen Punkt nahe der Oberfläche des Messwandlerarrays ausgehen. Ein einzelner Datenrahmen wird durch Duplizieren der Bildung der Strahlen ausgebildet, sodass die Strahlen an verschiedenen Punkten über der lateralen Dimension des Messwandlerarrays entstehen. Die Vorrichtung enthält ferner ein Datenzusammensetzungsmodul zum angepassten Gewichten und Filtern von Datenwerten von schneidenden Strahlen zur Erzeugung eines zusammengesetzten Datenwerts, der einem Abtastvolumen in der abgetasteten Bildebene entspricht. Das heißt, das zusammengesetzte Bild wird unter Verwendung lediglich der Daten erzeugt, die in einem einzelnen Datenrahmen erfasst werden. Ein zusammengesetzter Bildrahmen wird aus einem Datenrahmen gebildet. Eine Bewegungskompensation ist nicht erforderlich, da die schneidenden Strahlen für ein gegebenes Abtastvolumen zeitlich nahe genug abgetastet werden, um signifikante Bewegungsartefakte zu vermeiden. Die Vorrichtung erzeugt eine Vielzahl zusammengesetzter Bildrahmen mit einer Bildwechselrate von zumindest vier Rahmen pro Sekunde für eine Echtzeitabbildung der Struktur im Subjekt.

Es ist auch ein Verfahren zur Zusammensetzung von Datenwerten vorgesehen, die durch eine Ultraschalleinrichtung an Abtastvolumenorten in einer Bildebene abgetastet werden. Das Verfahren beinhaltet die Erzeugung eines Satzes einer Vielzahl von Strahlen an verschiedenen Steuerwinkeln, die aus dem gleichen Punkt auf der Oberfläche der Bildebene entstehen. Ein einzelner Datenrahmen wird durch Duplizieren des Verfahrens an verschiedenen Punkten über der lateralen Dimension der Bildebene gebildet. Das Verfahren beinhaltet ferner eine Datenzusammensetzung zum adaptiven Gewichten und Filtern von Datenwerten von sich schneidenden Strahlen zur Erzeugung eines zusammengesetzten Datenwerts, der einem Abtastvolumen in der abgetasteten Bildebene entspricht. Das heißt, das zusammengesetzte Bild wird unter Verwendung lediglich der Daten erzeugt, die in einem einzelnen Datenrahmen erfasst werden. Ein zusammengesetzter Bildrahmen wird aus einem Datenrahmen gebildet. Eine Bewegungskompensation ist nicht erforderlich, da die sich schneidenden Strahlen für ein gegebenes Abtastvolumen zeitlich nahe genug abgetastet werden, um ein signifikantes Bewegungsartefakt zu vermeiden.

Bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung bieten einen Ansatz zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens mit reduzierten Bewegungsartefakten, ohne eine Bewegungskompensation durchführen zu müssen. Es wird auch eine artefakt-reduzierte zusammengesetzte Abbildung mit Bildwechselraten bereitgestellt, die für eine Abdomen- Abtastung in Echtzeit akzeptabel sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ultraschallsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein ausführlicheres schematisches Blockschaltbild der Verarbeitungsarchitektur gemäß Fig. 1.
Fig. 3 zeigt ein Abtastverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt, wie Daten in einem Datenspeicher in der Reihenfolge gespeichert werden können, wie sie für jeden Strahl von Daten empfangen werden.
Fig. 5 zeigt, wie in einem Datenspeicher gespeicherte Daten während einer Abtastkonvertierung an Orte in einer Bildebenen-Darstellung bewegt werden.
Fig. 6 zeigt eine grafische Darstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie Strahldaten gespeichert, abtast-konvertiert und zusammengesetzt werden.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens, das zur Bildung aufeinanderfolgender zusammengesetzter Bildrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.
Die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele der Erfindung wird in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verstanden. Dabei ist aber ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die in der beigefügten Zeichnung dargestellten Anordnungen und Mittel beschränkt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ultraschallsystems 5, das die Hauptelemente darstellt, die zur Strahlzusammensetzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden. Die veranschaulichten Elemente des Ultraschallsystems 5 sind das Vorderende 10, die Verarbeitungsarchitektur 70 und die Anzeigearchitektur 120. Das Vorderende 10 umfasst ein Messwandlerarray 20 (aus einer Vielzahl von Messwandlerarrayelementen 25), eine Sende-/Empfangsschalteinrichtung 30, eine Sendeeinrichtung 40, eine Empfangseinrichtung 50 und einen Strahlformer 60. Die Verarbeitungsarchitektur 70 umfasst ein Steuerverarbeitungsmodul 80, ein Demodulationsmodul 90, ein Abtastkonvertierungsmodul 100 und ein Datenzusammensetzungsmodul 110.
Die Architekturen und Module können dedizierte Hardwareelemente sein, wie Platinen mit digitalen Signalprozessoren, oder können als Software ausgebildet sein, die auf einem Universalcomputer oder Prozessor läuft, wie einem im Handel erhältlichen üblichen PC. Die verschiedenen Architekturen und Module könne entsprechend verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kombiniert oder getrennt vorhanden sein.
Im Vorderende 10 ist das Messwandlerarray 20 mit der Sende- /Empfangs-(T/R-)Schalteinrichtung 30 verbunden. Die T/R- Schalteinrichtung 30 ist mit dem Ausgang der Sendeeinrichtung 40 und dem Eingang der Empfangseinrichtung 50 verbunden. Die Ausgabe der Empfangseinrichtung 50 wird in den Strahlformer 60 eingegeben. Der Strahlformer 60 ist ferner mit dem Eingang der Sendeeinrichtung 40, mit dem Steuerverarbeitungsmodul 80 und dem Eingang des Demodulationsmoduls 90 in der Verarbeitungsarchitektur 70 verbunden.
Fig. 2 zeigt ein ausführlicheres schematisches Blockschaltbild der Verarbeitungsarchitektur 70 aus Fig. 1. Dieses ausführliche Ausführungsbeispiel umfasst ein Steuerverarbeitungsmodul 80, ein Demodulationsmodul 90, eine Direktspeicherzugriffs-(DMA-)Schnittstelle 91, ein Datenspeichermodul 95, ein Abtastkonvertierungsmodul 100, ein Datenzusammensetzungsmodul 110, eine Direktspeicherzugriffs-(DMA-)Schnittstelle 112 und ein Rahmenspeichermodul 115.
In der Verarbeitungsarchitektur 70 ist die DMA- Schnittstelle 91 zwischen den Ausgang des Demodulationsmoduls 90 und den Eingang des Datenspeichermoduls 95 geschaltet. Der Ausgang des Datenspeichermoduls 95 ist mit dem Eingang des Abtastkonvertierungsmoduls 100 verbunden. Der Ausgang des Abtastkonvertierungsmoduls 100 ist mit einem Eingang des Datenzusammensetzungsmoduls 110 verbunden. Das Steuerverarbeitungsmodul 80 ist mit dem Datenzusammensetzungsmodul 110 verbunden. Die DMA- Schnittstelle 112 ist zwischen den Ausgang des Datenzusammensetzungsmoduls 110 und den Eingang des Rahmenspeichermoduls 115 geschaltet. Der Ausgang des Rahmenspeichermoduls 115 ist mit dem Eingang der Anzeigearchitektur 120 verbunden.
Ist ein Datenrahmen von einem Subjekt abzutasten, wird das Messwandlerarray 20 zum Senden von Ultraschallwellen in das Subjekt verwendet. Das Messwandlerarray 20 kann ein lineares Array oder ein gekrümmtes Array mit vielen individuellen Messwandlerelementen 25 sein. Jedes Messwandlerelement 25 kann Ultraschallwellen als Antwort auf ein Signal von der Sendeeinrichtung 40 erzeugen. Außerdem kann die Phasenbeziehung der Ultraschallwellen zwischen den Messwandlerelementen 25 gesteuert werden. Das Ergebnis ist ein Energieultraschallstrahl (beispielsweise 151 in Fig. 3), der in das Gewebe eines Subjekts mit einem bestimmten Winkel (beispielsweise 144) hinsichtlich einer orthogonalen Richtung 149 zur Oberfläche 143 des Messwandlerarray 20 gesendet wird, und effektiv aus einem Punkt (beispielsweise 132) auf der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 austritt. Typischerweise wird eine Vielzahl von Elementen 25 zum Senden eines Ultraschallstrahls (beispielsweise 151) verwendet. Die Phasenbeziehung zwischen den von den vielen Elementen 25 gesendeten Ultraschallwellen bestimmt den Steuerwinkel (beispielsweise 144) des gesendeten Strahls (beispielsweise 151). Die Anzahl der zur Übertragung verwendeten Messwandlerelemente 25, sowie andere Faktoren, wie die Apodisierung, bestimmen die Form eines Ultraschallstrahls (beispielsweise 151) entlang seiner Länge in die Gewebestruktur.
Bei der Abtastung mit einem Messwandlerarray 20 werden Daten von einer Abtastebene 121 (siehe Fig. 3) in einem Subjekt zur Erzeugung eines Datenrahmens 170 (siehe Fig. 6) in dem Ultraschallsystem 5 erfasst. Der Datenrahmen 170 wird aus empfangenen Ultraschallstrahlen 171 von Daten gebildet, die entlang verschiedener Abtastlinien (beispielsweise 122-131) in der Abtastebene 121 folgen. Die Ultraschallstrahlen 171 werden zu verschiedenen Zeiten entlang verschiedener Abtastlinien (beispielsweise 122-131 in Fig. 3) in der Abtastebene 121 entsprechend einer vorbestimmten Sequenz gesendet und empfangen. Die Strahlen 171 treten an verschiedenen Punkten (beispielsweise 132-142 in Fig. 3) entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 aus und bilden verschiedene Steuerwinkel (beispielsweise 144-148 in Fig. 3) in der Abtastebene 121 bezüglich einer orthogonalen Richtung 149 zur Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20.
Fig. 3 zeigt mehrere Abtastlinien 122-131, entlang denen Ultraschallstrahlen 171 an verschiedenen Steuerwinkeln 144-148 in einer Abtastebene 121 gesendet werden. Alle Strahlen entstehen aus Punkten auf der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20. Zur Abtastung von Daten von einem bestimmten Abtastvolumenort 150 in einer Abtastebene 121 an fünf verschiedenen Steuerwinkeln 144-148 werden beispielsweise fünf separate Strahlen 151-155 gesendet und empfangen, die von Punkten 132-136 entlang der Abtastlinien 122-126 ausgehen. Die Sequenz aus fünf Strahlen 151-155 kreuzt am Abtastvolumenort 150. Die fünf Abtastlinien 122-126, entlang denen die Sequenz der fünf Strahlen 151-155 gesendet und empfangen wird, werden entsprechend einer Sequenznummer m und einer Strahlnummer n in der Sequenz m als (m, n) identifiziert. Die fünf Abtastlinien 122-126 sind in Fig. 3 als (m,1) bis (m,5) dargestellt. Für einen angrenzenden Abtastvolumenort 156 kreuzt eine andere Sequenz aus fünf Strahlen 157-161, die als (m+1,1) plus (m+1,5) dargestellt sind, an einem Abtastvolumenort 156 in der Abtastebene 121. Jeder der fünf Strahlen 157-161 entlang den Abtastlinien 127-131, die der Sequenz m+1 entsprechen, entsteht an Punkten 137-142 auf der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 und wird aus den entsprechenden Punkten 132-136 für die Sequenz m um eine Entfernung d_s 162 verschoben.
Jede vollständige Sequenz m aus empfangenen Strahlen (beispielsweise 151-155) trägt lediglich zu einem Abtastvolumenort (beispielsweise 150) in einer Abtastebene 121 bei. Alle empfangenen Strahlen 171 werden aber unter den Abtastvolumenorten gemeinsam genutzt. Zur Erzeugung von Daten für einen vollständigen Datenrahmen 170 müssen viele Ultraschallstrahlen 171 entlang vieler Abtastlinien (beispielsweise 122-131) derart gesendet und empfangen werden, dass bei diesem Beispiel es fünf sich schneidende Strahlen (beispielsweise 151-155) für jeden Abtastvolumenort (beispielsweise 150) in der Abtastebene 121 gibt.
Wird beispielsweise ein Bildrahmen 190 (siehe Fig. 6) aus 200 resultierenden vertikalen zusammengesetzten Linien aus Daten 186 entlang der Abtastebene 121 gebildet, und trägt jeder der empfangenen Strahlen 171 Daten für jede Tiefe (beispielsweise 163) über eine Gesamttiefe 400 einer Abtastebene 121 bei, dann wird ein nicht zusammengesetzter Datenrahmen 170 aus 5 × 200 = 1000 sich schneidenden empfangenen Strahlen 171 aus Daten gebildet (unter der Annahme, dass jeder Abtastvolumenort eine Sequenz aus fünf sich schneidenden Strahlen erfordert).
Zur Erzeugung eines Sendeultraschallstrahls (beispielsweise 151) entlang einer Abtastlinie (beispielsweise 122) sendet das Steuerverarbeitungsmodul 80 Befehlsdaten zu dem Strahlformer 60, die den Strahlformer zur Erzeugung von Sendeparametern zur Erzeugung eines Strahls (beispielsweise 151) einer bestimmten Form anweisen, der von einem bestimmten Punkt (beispielsweise 132) an der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 bei einem bestimmten Steuerwinkel (beispielsweise 144) austritt. Die Sendeparameter werden vom Strahlformer 60 zur Sendeeinrichtung 40 gesendet. Die Sendeeinrichtung 40 verwendet die Sendeparameter zur geeigneten Kodierung von Sendesignalen, die zu dem Messwandlerarray 20 über die T/R-Schalteinrichtung 30 zu senden sind. Die Sendesignale werden an bestimmten Pegeln und Phasen zueinander eingestellt und individuellen Messwandlerelementen 25 des Messwandlerarrays 20 zugeführt. Die Sendesignale erregen die Messwandlerelemente 25 des Messwandlerarrays 20 zum Emittieren von Ultraschallwellen mit den gleichen Phasen- und Pegelbeziehungen. Auf diese Weise wird ein Sendestrahl (beispielsweise 151) aus Ultraschallenergie in der Gewebestruktur des Subjekts in einer Abtastebene 121 gebildet, wenn das Messwandlerarray 20 mit dem Subjekt beispielsweise unter Verwendung von Ultraschallgel akustisch gekoppelt wird. Dieser Vorgang ist als elektronische Abtastung bekannt.
Das Messwandlerarray 20 ist ein Zwei-Wege-Messwandler. Werden Ultraschallwellen in ein Subjekt übertragen, werden die Ultraschallwellen vom Gewebeabtastvolumen (beispielsweise 150) in der Struktur zurückgestreut. Die zurückgestreuten Wellen kommen am Messwandlerarray 20 zu verschiedenen Zeiten in Abhängigkeit von der Entfernung im Gewebe, von dem sie zurückkehren, und dem Winkel bezüglich der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 an, mit dem sie zurückkehren. Die Messwandlerelemente 25 des Messwandlerarrays 20 sprechen auf diese zurückgestreuten Wellen an und konvertieren die Ultraschallenergie von diesen zurückgestreuten Wellen in empfangene elektrische Signale.
Die empfangenen elektrischen Signale werden durch die T/R- Schalteinrichtung 30 zur Empfangseinrichtung 50 geführt. Die Empfangseinrichtung 50 verstärkt und digitalisiert die empfangenen Signale und stellt weitere Funktionen, wie eine Gewinnkompensation bereit. Die digitalisierten empfangenen Signale entsprechen den durch jedes Messwandlerelement 25zu verschiedenen Zeiten empfangenen zurückgestreuten Wellen und bewahren die Amplituden- und Phaseninformationen der zurückgestreuten Wellen.
Die digitalisierten empfangenen Signale werden zum Strahlformer 60 gesendet. Das Steuerverarbeitungsmodul 80 sendet Befehlsdaten zum Strahlformer 60. Der Strahlformer 60 verwendet diese Befehlsdaten zur Bildung eines Empfangsstrahls (beispielsweise 151), der von einem Punkt (beispielsweise 132) auf der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 mit einem Steuerwinkel (beispielsweise 144) austritt, der typischerweise dem Punkt und dem Steuerwinkel des vorhergehenden Ultraschallstrahls (beispielsweise 151) entspricht, der entlang einer Abtastlinie (beispielsweise 122) gesendet wird. Der Strahlformer 60 verarbeitet die geeigneten empfangenen Signale durch die Durchführung einer Zeitverzögerung und Fokussierung entsprechend den Anweisungen der Befehlsdaten von dem Steuerverarbeitungsmodul 80 zur Erzeugung von Signalen eines empfangenen Strahls (beispielsweise 151), die Abtastvolumen (beispielsweise der Untergruppe 201) entlang einer Abtastlinie (beispielsweise 122) in der Gewebestruktur des Subjekts entsprechen. Die Phasen-, Amplituden- und Zeitinformationen der empfangenen Signale von den verschiedenen Messwandlerelementen 25 werden zur Erzeugung der Empfangsstrahlsignale (beispielsweise 151) verwendet.
Die Empfangsstrahlsignale (beispielsweise 151) werden zur Verarbeitungsarchitektur 70 über die digitale Schnittstelle 117 gesendet. Das Demodulationsmodul 90 führt eine Demodulation bei den Empfangssignalen (beispielsweise 151) durch, um Paare von demodulierten I- und Q-Datenwerten (beispielsweise die Untergruppe 191-200 in Fig. 4) zu erzeugen, die Abtastvolumen (beispielsweise der Untergruppe 201 in Fig. 3) entlang der Länge einer Abtastlinie (beispielsweise 122) entsprechen, die dem empfangenen Strahl (beispielsweise 151) entspricht. Die demodulierten I- und Q-Datenwerte bewahren die Phasen- und Amplitudeninformationen der empfangenen Signale. Die Extraktion der Amplitudeninformationen aus einem I- und Q- Datenpaar für einen gegebenen Abtastvolumenenort (beispielsweise 150) ist mathematisch der Durchführung der Operation

äquivalent. Daher wird ein einzelner Amplitudendatenwert erhalten (beispielsweise 191 in Fig. 4). Die Phaseninformationen gehen verloren, wenn die Amplitudenerfassung bei den Daten durchgeführt wird und die ursprünglichen I- und Q-Daten verworfen werden. Die Amplitudenerfassung wird durch das Demodulationsmodul 90 als Teil der Demodulationsfunktion durchgeführt. Die nachfolgende Verarbeitung, wie die Abtastkonvertierung und die Zusammensetzung, ist nicht kohärent, da die Phaseninformationen nicht verwendet werden.
Optional können die I- und Q-Demodulationsdaten bewahrt (es wird keine Amplitudenerfassung durch das Demodulationsmodul 90 durchgeführt) und für eine nachfolgende Verarbeitung wie eine Abtastkonvertierung und Zusammensetzung verwendet werden. Dies entspricht einem kohärenten Zusammensetzen der Daten.
Die demodulierten Daten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) wird über die DMA-Schnittstelle 91 zum Datenspeichermodul 95 übertragen. Die DMA-Schnittstelle 91 steuert die Übertragung von Daten zwischen dem Demodulationsmodul 90 und dem Datenspeichermodul 95. Die DMA-Schnittstelle 91 hat die Startadresse des Datenspeicherorts, wo die Demodulationsdaten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) für einen bestimmten empfangenen Strahl (beispielsweise 151) zu schreiben sind. Zwischen dem Demodulationsmodul 90 und dem Datenspeichermodul 95 ist kein Handshake-Verfahren erforderlich. Sind daher Demodulationsdaten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) vom Demodulationsmodul 90 verfügbar, kann die DMA-Schnittstelle 91 die Demodulationsdaten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) zum Datenspeichermodul 95 ohne Verzögerungen schnell übertragen, die durch ein Handshake-Verfahren verursacht werden würden.
Die Demodulationsdaten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) werden im Datenspeichermodul 95 in einem Abtastsequenzformat gespeichert (d. h., in der Reihenfolge, mit der die Abtastwerte erfasst wurden). Beispielsweise kann die Untergruppe der Demodulationsdaten 191-200 für N Abtastvolumenorte 201 (siehe Fig. 3) entlang der Länge eines bestimmten empfangenen Strahls (beispielsweise 151), die einer bestimmten Strahlsequenz m und einer Strahlnummer n entspricht (beispielsweise (m,2)) gemäß Fig. 4 in N aufeinanderfolgenden Speicherorten 202 in einem Abschnitt des Datenspeichermoduls 95 gespeichert werden.
Die Spalte 203 im Datenspeichermodul 95 entspricht einer Strahlnummer n einer Strahlsequenz m (beispielsweise (m,2)). Allerdings kann der empfangene Strahl (beispielsweise 151) einer Abtastlinie (beispielsweise 122) entsprechen, die an einem Punkt (beispielsweise 132) an einem Viertel des Wegs von einem Ende des Messwandlerarrays 20 entsteht und an einem Steuerwinkel (beispielsweise 144) über der Abtastebene 121 abgeschnitten ist. Damit die Demodulationsdaten 191-200 zu den korrekten Orten in einer Bildebene 190 (Fig. 6) bei der Anzeige beitragen, müssen die Daten 191-200 in ein Bildkoordinatenformat konvertiert oder übersetzt werden.
Die Translation wird durch das Abtastkonvertierungsmodul 100 durchgeführt und ist in Fig. 5 dargestellt. Die den N Abtastvolumenorten 201 entsprechenden Daten 191-200 wurden abtastkonvertiert, um den geeigneten N Orten 204 in einer Bildebene 205 zu entsprechen. Der endgültige zusammengesetzte Datenrahmen, der verarbeitet und durch die Anzeigearchitektur 120 angezeigt wird, ist ein zweidimensionale Bildrahmen 190 in rechtwinkligen Koordinaten (dem Bildkoordinatenformat). Das Abtastkonvertierungsmodul 100 ist zum Annehmen der Demodulationsdaten (beispielsweise 191-200), die ein besonderes Abtastsequenzformat haben, und zum Konvertieren dieser in ein rechtwinkliges Koordinatensystem programmiert. Für jeden bestimmten Empfangsstrahl (beispielsweise 151) kennt das Abtastkonvertierungsmodul die Orientierung des Strahls. Das Abtastkonvertierungsmodul ist derart implementiert, dass Daten zwischen benachbarten Abtastvolumen (beispielsweise 150 und 156) in der Bildebene 205 interpoliert werden, um die abtastkonvertierten Datenabtastwerte (beispielsweise die Untergruppe 191-200 aus Fig. 5) im Bildkoordinatenformat zu erzeugen.
Die abtastkonvertierten Daten (beispielsweise die Untergruppe 191-200 und die Untergruppe 206-209 in Fig. 5) werden zum Datenzusammensetzungsmodul 110 gesendet. Das Datenzusammensetzungsmodul 110 kombiniert eine Vielzahl von abtastgewandelten Datenwerten (beispielsweise 195, 206, 207, 208 und 209 in Fig. 4), die einem einzelnen Abtastvolumenort (beispielsweise 150) oder Bildpunkt (beispielsweise 210 in Fig. 6) in einer Bildebene 205 entsprechen, in einen einzelnen zusammengesetzten Datenwert 211 (Fig. 5 und Fig. 6, wo der zusammengesetzte Datenwert 211 beispielsweise eine Funktion von Datenwerten 195, 206, 207, 208 und 209 ist). Zur Durchführung der Datenzusammensetzungsfunktion wird eine adaptive Filtertechnik angewendet. Dies wird nachstehend näher beschrieben.
Wenn abtastkonvertierte Daten (beispielsweise die Untergruppe 195, 206, 207, 208 und 209) durch das Datenzusammensetzungsmodul 110 zusammengesetzt sind, speichert die DMA-Schnittstelle 112 die zusammengesetzten Daten im Rahmenspeichermodul 115. Die DMA-Schnittstelle 112 steuert die Übertragung von Daten zwischen dem Datenzusammensetzungsmodul 110 und dem Rahmenspeichermodul 115. Die DMA-Schnittstelle 112 hat die Startadresse des Rahmenspeicherorts, wo die zusammengesetzten Daten für eine bestimmte vertikale Bildlinie (beispielsweise 212 in Fig. 5 und Fig. 6) zu speichern sind. Zwischen dem Datenzusammensetzungsmodul 110 und dem Rahmenspeichermodul 115 ist kein Handshake-Verfahren erforderlich. Sind daher zusammengesetzte Daten vom Datenzusammensetzungsmodul 110 verfügbar, kann die DMA-Schnittstelle 112 die zusammengesetzten Daten zum Rahmenspeichermodul 115 ohne Verzögerungen schnell übertragen, die durch einen Handshake-Vorgang verursacht werden würden.
Optional kann das Rahmenspeichermodul 115 zwei Speicherpuffer enthalten. Während in einen Puffer durch die DMA-Schnittstelle 112 geschrieben wird, wird der andere Puffer durch die Anzeigearchitektur 120 ausgelesen, sodass der Rahmen für einen Bediener angezeigt werden kann. Wurde der zweite Puffer für die Anzeige ausgelesen, wird er dann wieder durch die DMA-Schnittstelle 112 mit den nächsten ankommenden Rahmen zusammengesetzter Daten beschrieben, während der vorhergehende beschriebene erste Puffer für die Anzeige ausgelesen wird. Der Betrieb der Rahmenspeicherpuffer alterniert zwischen dem beschriebenen und ausgelesenen Wert hin und her. Daher stellen die zwei Speicherpuffer adäquate Bildwechselraten bereit.
Die Anzeigearchitektur 120 umfasst verschiedene Elemente zum Bereitstellen der Funktionen zur Durchführung einer beliebigen endgültigen örtlichen oder zeitlichen Filterung, zur Anwendung einer Grauskalierung oder von Farbe bei den zusammengesetzten Daten und zur Konvertierung der digitalen Daten in analoge Daten für die Anzeige beispielsweise durch einen Kathodenstrahlröhrenmonitor.
Zur Bildung eines einzelnen zusammengesetzten Datenwerts (beispielsweise 211) für einen Abtastvolumenort (beispielsweise 150) mit sehr geringen Bewegungsartefakten wird eine Sequenz sich schneidender empfangener Strahlen (beispielsweise 151-155) in einem vorbestimmten Zeitintervall für den Abtastvolumenort (beispielsweise 150) in der abzubildenden Abtastebene 121 gebildet, wie es vorstehend beschrieben ist.
Gemäß Fig. 3 ist ein bestimmter Abtastvolumenort 150 als Punkt sich schneidender Abtastlinien 122-126 gezeigt. Hier ist eine Sequenz aus fünf empfangenen Strahlen (m,1) bis (m,5) 151-155 derart gebildet, dass sie sich an einem einzelnen Abtastvolumenort 150 in der Abtastebene 121 schneiden. Jeder empfangene Strahl 151-155 entsteht an einem anderen Punkt 132-136 entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 und ist an einem unterschiedlichen Steuerwinkel 144-148 vorhanden. Auf diese Weise wird der Abtastvolumenort 150 (Schnittpunkt) durch das Messwandlerarray 20 von fünf verschiedenen Winkeln 144-148 aus effektiv betrachtet. Fünf mal so viele Informationen werden für den Abtastvolumenort 150 erfasst, wie sie für einen Abtastvolumenort in einem einzelnen Datenrahmen typischerweise erfasst werden würden.
Für einen bestimmten Abtastvolumenort 150 werden die fünf entsprechenden Datenabtastwerte (beispielsweise 195, 206-209 in Fig. 4), einer von jedem kreuzenden Strahl 151-155, durch das Demodulationsmodul 90 demoduliert und durch das Abtastkonvertierungsmodul 100 konvertiert, wie es vorstehend beschrieben ist. Die fünf resultierenden abtastkonvertierten Abtastwerte (beispielsweise 195, 206-209 in Fig. 5) werden dann im Datenzusammensetzungsmodul 110 zusammengesetzt. Das Datenzusammensetzungsmodul 110 kombiniert die fünf abtastkonvertierten Abtastwerte (beispielsweise 195, 206-209 in Fig. 5) durch adaptive Gewichtung und Filterung der Abtastwerte gemäß dem folgenden Ausdruck:

wobei g der resultierende zusammengesetzte Datenwert für den Abtastvolumenort (beispielsweise 150), g_i der abtastkonvertierte Datenwert für den i-ten empfangenen Strahl für den Abtastvolumenort (beispielsweise 150), p_i(g_i) und p_k(g_k) Gewichtungskoeffizienten mit Werten zwischen [0,1], die jeweils eine Funktion von g_i und g_k und dem Steuerwinkel des empfangenen Strahls i und k sind, und N die Anzahl verschiedener Strahlen und Steuerwinkel ist, die im Beispiel von Fig. 3 fünf ist.
Gleichung 1 ermöglicht die Gewichtung eines resultierenden zusammengesetzten Datenwerts g entsprechend den Demodulationswerten (beispielsweise 195 und 206-209) und entsprechenden Steuerwinkeln (beispielsweise 144-148) der verschiedenen Abtastwerte für einen gegebenen Abtastvolumenort (beispielsweise 150). Daher ist beim Erreichen einer gewünschten Bildqualität (beispielsweise einer Kontrastauflösung) beruhend auf der Anwendung eine gesteigerte Flexibilität bereitgestellt, was die Zusammensetzung adaptiv macht. Die Gewichtungskoeffizienten können von dem Steuerverarbeitungsmodul 80 zum Datenzusammensetzungsmodul 110 in Abhängigkeit von der vom Benutzer ausgewählten Anwendung heruntergeladen werden. Es können auch andere Kriterien zur Bestimmung verwendet werden, welcher Koeffizientensatz zu verwenden ist.
Als Nächstes werden die Fig. 6 und 7 in Verbindung mit einem Verfahren zur Ausbildung eines einzelnen zusammengesetzten Bildrahmens F_j 190 aus einem einzelnen Datenrahmen 170 mit eingeschränktem Bewegungsartefakt beschrieben. Für jeden Abtastvolumenort (beispielsweise 150) in einer abzubildenden Abtastebene 121 wird eine Sequenz aus N sich schneidenden empfangenen Strahlen gebildet.
Fig. 7 zeigt ein Strahlzusammensetzungsverfahren 300 zur Erzeugung eines einzelnen zusammengesetzten Bildrahmens F_j 190 und nachfolgender zusammengesetzter Bildrahmen F_j+1, F_j+2, . . ., F_j+m. In Schritt 310 des Verfahrens werden Ultraschallwellen in ein Subjekt entlang von Abtastlinien derart übertragen, dass in Schritt 320 ein Satz aus N empfangenen Strahlen (172) gebildet wird, die aus einer Position p_i (beispielsweise 132 in Fig. 3) auf der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 entstehen. Jeder empfangene Strahl im Satz 172 hat einen eindeutigen, vordefinierten Steuerwinkel S_n (beispielsweise 144-148).
In Schritt 330 wird der Satz der empfangenen Strahlen 172 durch das Demodulationsmodul 90 demoduliert und die resultierenden Datenwerte (beispielsweise die Untergruppe 191-200) werden im Datenspeichermodul 95 gespeichert. In Schritt 340 wird i inkrementiert, sodass die Abtastung bezüglich der nächsten Position p_i+1 (beispielsweise 137 in Fig. 3) entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 durchgeführt werden kann. Das Strahlzusammensetzungsverfahren 300 überprüft in Schritt 350, ob alle Positionen p_i entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 für den Bildrahmen F_j 190 abgetastet wurden. Wenn nicht, kehrt die Verarbeitung zu Schritt 310 zurück, um Daten für den nächsten Punkt entlang der Oberfläche des Messwandlerarrays p_i+1 zu übertragen und zu erfassen. Die Schritte 310-350 werden wiederholt, bis alle erforderlichen Strahlsequenzen m zur Sammlung von ausreichend Daten zur Bildung eines einzelnen Bildrahmens F_j 190 übertragen und empfangen wurden.
Fig. 6 zeigt die während des Verfahrens aus Fig. 7 ausgeführten Operationen als grafische Darstellung. Das Bezugszeichen 170 gibt an, dass alle rohen Demodulationsdaten für die empfangenen Strahlen im Datenspeichermodul 95 gespeichert sind. Sind 200 resultierende zusammengesetzte vertikale Bildzeilen aus Daten 186 zur Bildung eines Bildrahmens F_j 190 und N = 5 sich schneidende empfangene Strahlen (beispielsweise 151-155) für jeden Abtastvolumenort (beispielsweise 150) erforderlich, dann sollten 1000 empfangene Strahlen 171 an verschiedenen Steuerwinkeln (beispielsweise 144-148) zur Bildung des zusammengesetzten Bildrahmens 190 erzeugt werden, wie es vorstehend beschrieben ist.
Wurden alle Positionen p_i entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 abgetastet, geht das Verfahren aus Fig. 7 zu Schritt 370 über, wo die Demodulationsdaten (beispielsweise die Untergruppe 191-200) für den Bildrahmen F_j 190, die im Datenspeichermodul 95 gespeichert sind, abtast-konvertiert werden, wie es vorstehend beschrieben ist (siehe Fig. 5 und Fig. 6). Da die Abtastkonvertierung vor der Zusammensetzung ausgeführt wird, wird eine große Datenmenge abtastkonvertiert, d. h., N-mal mehr Daten als für ein Bild, das aus einer einzelnen Folge von Abtastlinien gebildet wird. Der Bildrahmen F_j wird auch auf F_j+1 in Schritt 360 inkrementiert, und das Verfahren kehrt zu Schritt 310 zurück, um mit dem Senden und Erfassen von Daten für den nächsten Bildrahmen zu beginnen.
Die in Schritt 370 abtast-konvertierten Daten (beispielsweise die Untergruppe 195, 206-209) werden zum Datenzusammensetzungsmodul 110 gesendet und in Schritt 380 für jeden Abtastvolumenort (beispielsweise 150), der dem Schnittpunkt der N empfangenen Strahlen (beispielsweise 151-155) entspricht, beruhend auf Gleichung 1 wie vorstehend beschrieben zusammengesetzt. Gewichtungskoeffizienten (wie für Gleichung 1 definiert) werden vom Steuerverarbeitungsmodul 80 zum Datenzusammensetzungsmodul 110 beruhend auf der vom Bediener ausgewählten Anwendung heruntergeladen. Fig. 6 veranschaulicht auf grafische Weise, dass alle aus den N verschiedenen Steuerwinkeln (beispielsweise 144-148) erfassten Daten 180 zusammengesetzt werden. Die zusammengesetzten Datenwerte (beispielsweise 211) werden in Schritt 300 im Rahmenspeichermodul 115 gespeichert und zur Anzeige zur Anzeigearchitektur 120 ausgegeben. Auf diese Weise wird eine Echtzeitabbildung einer Abtastebene 121 in einem Subjekt erreicht. Mit dem Verfahren aus Fig. 7 können Bildwechselraten von 9 bis 12 Hz für Abdomen- Anwendungen erreicht werden.
Beispielsweise werden für einen gewünschten zusammengesetzten Bildrahmen F_j 190, der 200 vertikale Linien zusammengesetzter Daten 186 enthält, die 200 Abtastursprungspunkten p_i (beispielsweise wäre eine Untergruppe 132-142) entlang der Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 entsprechen, N = 5 empfangene Strahlen (beispielsweise 172) für jeden Punkt p_i (beispielsweise 132) gebildet. Dies liefert 200 × 5 = 1000 empfangene Strahlen von Daten 170, die zur Erzeugung eines einzelnen zusammengesetzten Bildrahmens 190 gebildet werden müssen. Die N Strahlen (beispielsweise 151-155), die sich an einem gegebenen Abtastvolumenort (beispielsweise 150) schneiden, werden untereinander in einem Zeitabschnitt gebildet, der kurz genug ist, Bewegungsartefakte am Abtastvolumenort (beispielsweise 150) unerheblich zu machen. Der Bediener sieht eine erhebliche Bildqualitätssteigerung (beispielsweise eine verbesserte Kontrastauflösung) im zusammengesetzten Bild 190 gegenüber einem ähnlichen Bild, bei dem keine Zusammensetzung durchgeführt wurde. Es sind keine Bewegungskompensationsschritte erforderlich, da die Auswirkung der Bewegung bei der Abtastung gemäß dem Verfahren 300 inhärent herausgenommen wurde. Der zusammengesetzte Bildrahmen 190 wird aus den für einen einzelnen Datenrahmen 170 erfassten Daten gebildet.
Zur weiteren Veranschaulichung dieses Beispiels beträgt bei einer Bildwechselrate von 10 Hz die Zeit zur Erzeugung eines einzelnen Rahmens zusammengesetzter Daten 0,1 Sekunden. Die Zeit zur Erzeugung eines der 1000 empfangenen Strahlen zur Bildung des Bildes beträgt durchschnittlich 100 Mikrosekunden. Unter der Annahme, dass die Schallgeschwindigkeit im Gewebe ungefähr 1 Zentimeter pro 13 Mikrosekunden beträgt, entspricht dies der Abbildung auf eine Tiefe 400 von ungefähr 7,7 Zentimetern. Der minimale Zeitaufwand zur Erzeugung von 5 sich schneidenden Strahlen für einen einzelnen Abtastvolumenort beträgt dann ungefähr 500 Mikrosekunden. Der Beitrag eines Zeitintervalls von 500 Mikrosekunden zu Bewegungsartefakten für den Abtastvolumenort ist vernachlässigbar.
Der maximale Zeitaufwand zur Erzeugung von 5 sich schneidenden Strahlen für einen einzelnen Abtastvolumenort ist das Zeitintervall zwischen den Rahmen oder 0,1 Sekunden für die 10 Hz Bildwechselrate, und könnte erheblichere Bewegungsartefakte einführen, die die Bildqualität verschlechtern würden. Werden die Daten 170 in serieller Folge über die Oberfläche 143 des Messwandlerarrays 20 erfasst, liegt die typische Zeit zur Erzeugung von 5 sich schneidenden Strahlen (beispielsweise 151-155) für einen einzelnen Abtastvolumenort (beispielsweise 150) bei einer Bildwechselrate von 10 Hz und einer Abbildung bis zu einer Tiefe 400 von ungefähr 7,7 Zentimetern in der Größenordnung von 30 Millisekunden und resultiert in einer merklichen Verbesserung der Bildqualität (beispielsweise einer verbesserten Kontrastauflösung) gegenüber der, die ohne Zusammensetzung erreicht wird.
Optional kann die Strahlzusammensetzung vor der Abtastkonvertierung durchgeführt werden. Die Datenmenge, die für die Bildung eines einzelnen zusammengesetzten Bildrahmens abtast-konvertiert werden müsste, würde minimiert werden. Allerdings ist die Verbesserung der Bildqualität eventuell nicht so groß, da Abtastvolumenorte vor der Zusammensetzung nicht so gut ausgerichtet sind, wie sie es vor der Zusammensetzung durch die Abtastkonvertierung sind. Anstelle der strengen Verwendung der Gleichung 1 können auch andere Verfahren oder Änderungen der Zusammensetzung der Daten durchgeführt werden.
Optional kann mit der Verarbeitung der Daten vom Datenspeichermodul durch das Abtastkonvertierungsmodul und das Datenzusammensetzungsmodul vor der Erfassung aller Daten für einen einzelnen Rahmen im Datenspeichermodul begonnen werden. Ein Pipeline-Verfahren der Datenübertragung kann vorgesehen werden, das die Bildwechselraten steigert. Auch muss die Erzeugung aufeinanderfolgender Sequenzen aus N Strahlen nicht in serieller Folge über die Oberfläche des Messwandlerarrays durchgeführt werden. Es kann sich als effektiver und effizienter herausstellen, gewisse Positionen auf der Oberfläche des Messwandlerarrays zu überspringen, um Sequenzen aus Strahlen außerhalb der Reihenfolge zu erzeugen und dann an die übersprungenen Positionen zurückzukehren. Eine weitere Reduzierung von Bewegungsartefakten und gesteigerte Bildwechselraten können erreicht werden.
Insgesamt beinhalten die Vorteile und Merkmale unter anderem eine verbesserte Bildqualität ohne merkliche Bewegungsartefakte. Zum Erreichen dieser Ergebnisse muss keine Bewegungskompensation durchgeführt werden. Die Bewegungskompensation ist im Abtast- und Zusammensetzungsverfahren inhärent vorhanden.
Vorstehend ist ein Ultraschallsystem zur Abbildung von Strukturen in einem Subjekt durch die Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens mit verringerten Bewegungsartefakten beschrieben. Ultraschallwellen werden in die Struktur gesendet, und für zumindest einen Abtastvolumenort in einer Bildebene der Struktur wird ein Satz empfangener Strahlen als Antwort auf die Ultraschallwellen gebildet, die von der derart Struktur zurückgestreut werden, dass der Satz empfangener Strahlen sich am Abtastvolumenort schneidet. Es wird ein zusammengesetzter Datenwert, der dem zumindest einen Abtastvolumenort in der Bildebene entspricht, beruhend auf dem entsprechenden Satz empfangener Strahlen erzeugt. Aus zumindest einem zusammengesetzten Datenwert wird ein zusammengesetzter Bildrahmen gebildet. Es wird auch eine Artefakt-reduzierte zusammengesetzte Abbildung mit Bildwechselraten erreicht, die für eine Abdomen-Abtastung in Echtzeit akzeptabel sind.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf dieses eine Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Dagegen deckt die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Patentansprüche ab.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens (190) mit reduzierten Bewegungsartefakten in einem Ultraschallsystem (5) zur Abbildung von Strukturen in einem Subjekt, mit
einem Vorderende (10) zur Übertragung zeitlich verteilter Ultraschallwellen in die Struktur und Ausbilden eines Satzes empfangener Strahlen (151-155) über die Zeit, die zeitlich getrennt sind, als Antwort auf von der Struktur zurückgestreute Ultraschallwellen für zumindest einen Abtastvolumenort (150) in einer Bildebene (121) der Struktur, wobei der Satz empfangener Strahlen (151-155) sich an dem Abtastvolumenort (150) schneidet, und
einem Verarbeitungsmodul (70) zum Empfangen des Satzes empfangener Strahlen (151-155) und zur Erzeugung eines zusammengesetzten Datenwerts (211), der dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) in der Bildebene (121) entspricht, beruhend auf dem Satz empfangener Strahlen (151-155), wobei das Verarbeitungsmodul (70) zur Bildung eines zusammengesetzten Bildrahmens (191) aus zumindest einem zusammengesetzten Datenwert (211) eingerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Satz empfangener Strahlen (151-155) zumindest drei sich schneidende empfangene Strahlen umfasst, die in einer gemeinsamen Bildebene (121) angeordnet sind und von einer Sequenz gesendeter Ultraschallwellen erhalten werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmodul (70) einen Satz demodulierter Datenwerte aus dem Satz empfangener Strahlen (151-155) erzeugt, die dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmodul (70) einen Satz abtast-konvertierter Datenwerte aus dem Satz empfangener Strahlen (151-155) erzeugt, die dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entsprechen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmodul (70) einen abtast-konvertierten Datenwert aus dem zumindest einen zusammengesetzten Datenwert (211) erzeugt, der dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entspricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmodul (70) einen Satz abtast-konvertierter Signale teilweise durch Gewichtung von Elementen des Satzes der abtast-konvertierten Signale als Funktion einer Amplitude und eines Steuerwinkels (144-148) adaptiv filtert, um den zusammengesetzten Datenwert (211) zu erzeugen, der dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verarbeitungsmodul (70) einen Satz von Demodulationssignalen teilweise durch Gewichtung von Elementen des Satzes der Demodulationssignale als Funktion einer Amplitude und eines Steuerwinkels (144-148) adaptiv filtert, um den zusammengesetzten Datenwert (211) zu erzeugen, der dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste (151) und der zweite (152) empfangene Strahl an einem ersten (132) und einem zweiten (133) Ort auf einem Messwandler (143) zu verschiedenen Zeitpunkten hervorgeht, wobei die Ausbildung über die Zeit den ersten (151) und den zweiten (152) empfangenen Strahl im Satz der empfangenen Strahlen (151-155) umfasst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausbildung über die Zeit in dem Satz empfangener Strahlen (151-155) einen ersten (151) und einen zweiten (152) empfangenen Strahl enthält, der als Antwort auf erste und zweite Ultraschallwellen gebildet werden, die zu verschiedenen Zeiten zurückgestreut werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei während der ersten (122) und der zweiten (123) separaten Abtastung ein erster (151) und ein zweiter (152) empfangener Strahl jeweils an einem ersten (144) und einem zweiten (145) Steuerwinkel bezüglich eines Messwandlers (143) hervortreten.

11. Verfahren (300) zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens (190), das Bewegungsartefakte begrenzt, in einem Ultraschallsystem (5) zur Abbildung einer Struktur in einem Subjekt, mit den Schritten
Senden von Ultraschallwellen in die Struktur während einer Folge von Abtastungen (122-126),
Ausbilden eines Satzes empfangener Strahlen (151-155) über die Folge von Abtastungen (122-126) für zumindest einen Abtastvolumenort (150) in einer Bildebene (121) der Struktur als Antwort auf von der Struktur zurückgestreute Ultraschallwellen, wobei der Satz empfangener Strahlen (151-155) sich am Abtastvolumenort (150) schneidet,
Erzeugen eines zusammengesetzten Datenwerts (211), der dem Abtastvolumenort (150) in der Bildebene (121) entspricht, beruhend auf dem Satz empfangener Strahlen (151-155), und
Ausbilden eines zusammengesetzten Bildrahmens (190) aus dem zumindest einen zusammengesetzten Datenwert (211).

12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt der Erzeugung einer Vielzahl zusammengesetzter Bildrahmen mit einer Bildwechselrate von zumindest vier Rahmen pro Sekunde für eine Echtzeitabbildung der Struktur in dem Subjekt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Satz empfangener Strahlen (151-155) zumindest drei sich schneidende empfangene Strahlen umfasst, die in einer gemeinsamen Bildebene (121) angeordnet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt der Erzeugung eines Satzes demodulierter Datenwerte aus dem Satz empfangener Strahlen (151-155), die dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entsprechen.

15. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt der Erzeugung eines Satzes von abtast-konvertierten Datenwerten aus dem Satz empfangener Strahlen (151-155), die dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entsprechen.

16. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt der Erzeugung eines abtast-konvertierten Datenwerts aus dem zumindest einen zusammengesetzten Datenwert (211), der dem zumindest einen Abtastvolumenort (150) entspricht.

17. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt der adaptiven Filterung von Datenwerten, die mit dem Satz empfangener Strahlen (151-155) assoziiert sind, beruhend auf der Gewichtung von Elementen der Datenwerte als Funktion einer Amplitude und eines Steuerwinkels (144-148) zur Erzeugung des zusammengesetzten Datenwerts (211), der dem zumindest einem Abtastvolumenort (150) entspricht.

18. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Austreten eines ersten (151) und eines zweiten (152) empfangenen Strahls an einem ersten (132) und einem zweiten (133) Ort auf einem Messwandler (143) zu verschiedenen Zeitpunkten, wobei der Ausbildungsschritt den ersten (151) und den zweiten (152) empfangenen Strahl im Satz der empfangenen Strahlen (151-155) enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Ausbildungsschritt im Satz der empfangenen Strahlen (151-155) einen ersten (151) und einen zweiten (152) empfangenen Strahl enthält, die als Antwort auf zu verschiedenen Zeiten zurückgestreute erste und zweite Ultraschallwellen gebildet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Austreten eines ersten (151) und eines zweiten (152) Empfangsstrahls jeweils an einem ersten (144) und einem zweiten (145) Steuerwinkel bezüglich eines Messwandlers (143) während einer separaten ersten (122) und zweiten (123) Abtastung.

21. Medizinisches Diagnoseultraschallsystem (5) mit einem Messwandler (20) zum Senden und Empfangen von Ultraschallsignalen,
einem Strahlformer (60) zum Erhalten von Datenabtastwerten, die die Ultraschallsignale entlang von zumindest zwei Abtastlinien (122 und 123) in einer Bildebene (121) darstellen, wobei die Abtastlinien (122 und 123) einander am Abtastpunkt (150) in der Bildebene (121) schneiden,
einem Datenzusammensetzungsmodul (110) zur Erzeugung eines zusammengesetzten Datenwerts (211) aus den durch den Strahlformer (60) entlang der zumindest zwei Abtastlinien (122 und 123) erhaltenen Datenabtastwerten, und
einem Anzeigesubsystem (120) zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildrahmens (190), der der Bildebene (121) entspricht, beruhend auf zumindest einem zusammengesetzten Datenwert (211).

22. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei eine Vielzahl zusammengesetzter Bildrahmen mit einer Bildwechselrate von zumindest vier Rahmen pro Sekunde für eine Echtzeitabbildung einer Struktur in einem Subjekt erzeugt wird.

23. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, ferner mit einem Abtastkonvertierungsmodul (100) zur Erzeugung abtastkonvertierter Datenwerte.

24. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei die Datenabtastwerte demodulierte Datenwerte sind, die dem Abtastpunkt (210) in der Bildebene (121) entsprechen.

25. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei die Datenabtastwerte abtast-konvertierte Datenwerte sind, die dem Abtastpunkt (210) in der Bildebene (121) entsprechen.

26. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei der zusammengesetzte Datenwert (211) ein abtast-konvertierter Datenwert ist, der dem Abtastpunkt (210) in der Bildebene (121) entspricht.

27. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei das Datenzusammensetzungsmodul (110) die Datenabtastwerte teilweise durch Gewichtung der Datenabtastwerte als Funktion einer Amplitude und eines Steuerwinkels (144-148) adaptiv filtert, um den zusammengesetzten Datenwert (211) zu erzeugen, der dem Abtastpunkt (210) in der Bildebene (121) entspricht.

28. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei ein erstes (151) und ein zweites (152) empfangenes Strahlsignal an einem ersten (132) und einem zweiten (133) Ort auf dem Messwandler (143) zu verschiedenen Zeitpunkten austreten, wobei das Erhalten von Datenabtastwerten das erste (151) und das zweite (152) empfangene Strahlsignal in den Ultraschallsignalen beinhaltet.

29. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei das Erhalten von Datenabtastwerten in den Ultraschallsignalen ein erstes (151) und ein zweites (152) empfangenes Strahlsignal beinhaltet, die als Antwort auf zu verschiedenen Zeiten zurückgestreute erste und zweite Ultraschallwellen gebildet werden.

30. Ultraschallsystem (5) nach Anspruch 21, wobei während einer separaten ersten (122) und zweiten (123) Abtastung erste (151) und zweite (152) empfangene Strahlen jeweils an ersten (144) und zweite (145) Steuerwinkeln bezüglich des Messwandlers (143) austreten.