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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung betreffen die Manipulation von Kontrastmitteln.
Bei Kontrastmitteln, die Medikamente enthalten, ist die Zersetzung
der Kontrastmittel weg vom zu behandelnden Gewebe im Allgemeinen
nicht erwünscht.
Die Abgabe von Medikamenten im Zentrum eines Gefäßes kann dazu führen, dass
die Medikamente nicht, wie gewünscht,
an die Gefäßwand verabreicht
werden.
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Die
Schallstrahlungskraft wird dazu eingesetzt, Kontrastmittel zum zu
behandelnden Gewebe hin oder in eine größere Konzentration zu verschieben
bei gleichzeitiger Minimierung der Zersetzung. Die Schallstrahlungskraft
kann die Bindungseffizienz von bestimmten Kontrastmitteln verbessern
und z. B. eine Anzahl von Medikamente enthaltenden Kontrastmitteln
erhöhen,
die sich mit einer Gefäßwand, einem
aktivierten Endothel oder einem anderen Bereich verbinden.
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Die
Schallstrahlungskraft nimmt mit größerer Resonanz mit den Kontrastmitteln
zu. Die Verschiebung nimmt linear mit zunehmender Impulslänge zu. Größere Resonanz
und eine lange Impulslänge
können
zur Verschiebung bei Minimierung der Zersetzung verwendet werden.
Die Zersetzung ist in geringem Maße von der Impulslänge abhängig, so
dass das Kontrastmittel aufgrund der Schallstrahlungskraft langsam
weniger wird, bis die Frequenz der Schallstrahlungskraft bezogen
auf die Resonanzgröße des Kontrastmittels
niedrig ist. Die Zersetzung ist in größerem Maße abhängig vom mechanischen Index oder
dem negativen Spitzendruck dividiert durch die Quadratwurzel aus
der Mittenfrequenz. Daher wird zur Erzeugung der Schallstrahlungskraft
ein niedriger mechanischer Index verwendet, ohne dabei das Kontrastmittel
zu zersetzen.
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Die
B-Mode-Bildgebung von Kontrastmitteln mit niedrigem mechanischen
Index kann die Bildgebung von Kontrastmitteln bei gleichzeitiger
Minimierung ihrer Zersetzung ermöglichen.
Gepulste Wellen werden für
die Bildgebung verwendet. Kontrastmittel wurden in Kombination mit
der Anwendung von therapeutischer Ultraschallenergie abgebildet.
Die Bildgebungs- und die therapeutischen Impulse werden nacheinander
gesendet. Die therapeutischen Impulse werden zur Erhöhung der
Gewebetemperatur und Verbesserung der sonstigen Eigenschaften für die Aufnahme
einer Medikamentengabe eingesetzt.
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Einleitend
werden im Folgenden die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die
Verfahren, Systeme und Anweisungen zur Manipulation von Kontrastmitteln
bei der Ultraschallbildgebung oder zur Manipulation von Kontrastmitteln
mit Ultraschall beinhalten. Es werden kontinuierliche Wellen für die Schallstrahlungskraft
gesendet. Gepulste Wellen für die
Bildgebung werden quasi gleichzeitig gesendet. Kontinuierliche und
gepulste Wellen mit niedrigem mechanischen Index können zur
Erhöhung
der Bindungseffizienz von Medikamente enthaltenden Kontrastmitteln
mit dem zu behandelnden Gewebe verwendet werden. Verschiedene Verfahren
können
eingesetzt werden, um den Effekt der kontinuierlichen Wellen auf
die Bildgebung mit den gepulsten Wellen zu minimieren. Die Schallstrahlungskraft
kann mit einem Amplitudenprofil und/oder unfokussiert oder defokussiert
gesendet werden.
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In
einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Manipulation von Kontrastmitteln
und der Ultraschallbildgebung dargestellt. Schallsignale in Form von
kontinuierlichen Wellen werden an eine Region gesendet, die Kontrastmittel
enthält.
Quasi gleichzeitig mit den Schallsignalen in Form von kontinuierlichen
Wellen werden Schallsignale in Form von gepulsten Wellen an die
Region gesendet.
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In
einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Manipulation von Kontrastmitteln
und der Ultraschallbildgebung dargestellt. Kontrastmittel werden mit
der Schallstrahlungskraft bei gleichzeitiger Minimierung der Zersetzung
der Kontrastmittel manipuliert oder verschoben. Eine mehrdimensionale
Region, die Kontrastmittel enthält,
wird quasi gleichzeitig mit der Manipulation der Kontrastmittel
abgebildet.
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In
einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Manipulation von Kontrastmitteln
mit Ultraschall dargestellt. Schallstrahlungskraft in Form von kontinuierlichen
Wellen wird von einem Wandler an eine Region gesendet, die Kontrastmittel
enthält.
Das Senden erfolgt mit einer unfokussierten oder defokussierten
Wellenfront vom Wandler aus.
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In
einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zur Manipulation von Kontrastmitteln
mit Ultraschall dargestellt. Schallstrahlungskraft wird von einer
Vielzahl von Elementen an eine Region gesendet, die Kontrastmittel
enthält.
Das Senden erfolgt mit einem ersten Amplitudenprofil, das im Allgemeinen
keilförmig
ist, an der Vorderseite der Vielzahl von Elementen.
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Die
vorliegende Erfindung ist definiert durch die nachfolgenden Patentansprüche, und
nichts in diesem Abschnitt ist als eine Einschränkung dieser Ansprüche aufzufassen.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im
Folgenden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen
diskutiert und können
zu einem späteren
Zeitpunkt der Gegenstand von Ansprüchen sein.
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Die
Bestandteile und Abbildungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu,
der Schwerpunkt liegt hier vielmehr auf der Darstellung der Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. Weiterhin bezeichnen gleiche Bezugsziffern
in den Zeichnungen die entsprechenden Teile für alle verschiedenen Ansichten.
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Systems zur Manipulation von Kontrastmitteln und der Bildgebung
mit Ultraschall;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Manipulation von Kontrastmitteln und der Bildgebung
mit Ultraschall;
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3 ist
eine grafische Darstellung eines beispielhaften Amplitudenprofils
für Schallstrahlungskraft;
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4 ist
eine grafische Darstellung eines anderen beispielhaften Amplitudenprofils
für Schallstrahlungskraft;
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5 ist
eine grafische Darstellung einer Ausführungsform für eine Beeinflussung
von Kontrastmitteln bei kontinuierlichen Wellen mit Mehrfachimpuls-Bildgebung
durch gepulste Wellen;
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines Wandlers für
den Einsatz von sowohl kontinuierlichen als auch gepulsten Wellen;
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7 zeigt
eine andere Ausführungsform eines
Wandlers für
den Einsatz von sowohl kontinuierlichen als auch gepulsten Wellen;
und
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8 ist
eine grafische Darstellung von Frequenzgängen für das Senden von kontinuierlichen
und gepulsten Wellen.
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Mit
einem Wandler, System und Verfahren wird Schallstrahlungskraft erzeugt.
Die Schallstrahlungskraft wird auf eine Region gerichtet, um die
Bindungseffizienz mit dem Kontrastmittel, auf das sie gerichtet
ist, zu erhöhen.
Kontinuierliche Wellen werden zur Bereitstellung eines niedrigen
mechanischen Index mit einer großen Anzahl von Zyklen eingesetzt, um
damit die Verschiebung zu erhöhen.
Durch Defokussieren des Strahls der kontinuierlichen Wellen wird
der mechanische Index weiter erniedrigt, während die Anzahl der auf die
Kontrastmittel angewandten Zyklen zunimmt. Die Bildgebung erfolgt
gleichzeitig zur Überwachung
des Gewebes, Gefäßes oder der
Wirksamkeit des Targeting. Gepulste Wellen werden für die Bildgebung
mit niedrigem mechanischen Index gesendet und empfangen, während die
kontinuierlichen Wellen gesendet werden. Da sowohl für die Schallstrahlungskraft
mit niedrigem mechanischen Index als auch für die Bildgebungsimpulse niedrige
Sendeleistungen eingesetzt werden, um damit die Zersetzung von Kontrastmitteln
einzuschränken,
kann in beiden Verfahren dieselbe Stromversorgung verwendet werden.
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1 zeigt
ein Ultraschallsystem 10 zur Manipulation von Kontrastmitteln
und der Bildgebung mit Ultraschallenergie. Das System 10 beinhaltet
einen Sendestrahlformer 12, einen Wandler 14,
einen Empfangsstrahlformer 16, einen Bildprozessor 18 und
eine Anzeige 20, die, wie dargestellt, elektrisch miteinander
verbunden sind. Für
das System 10 können
zusätzliche,
andere oder weniger Komponenten bereitgestellt werden. In einer
Ausführungsform
umfasst das System 10 ein Ultraschallsystem für medizinische
Diagnosen.
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Der
Wandler 14 ist ein piezoelektrischer oder kapazitiver mikroelektromechanischer
Ultraschallwandler. Der Wandler 14 hat ein oder mehrere
Elemente 22 zur Wandlung zwischen elektrischer und Schallenergie.
In einer Ausführungsform
beinhaltet der Wandler 14 ein einzelnes lineares Array
von Elementen 22, beispielsweise in Form eines geraden oder
kurvenförmigen
Arrays. In anderen Ausführungsformen
ist der Wandler 14 ein zweidimensionales Array, ein 1,5-dimensionales
Array oder eine andere mehrdimensionale Konfiguration von Elementen 22.
Das Array von Elementen 22 ist für die Einführung in einen Patienten oder
den Einsatz außerhalb eines
Patienten mit oder ohne mechanische Rotation oder Positionsverfolgungseinrichtungen
ausgelegt.
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Der
Wandler 14 ist ein Standardbildgebungswandler, beispielsweise
ein Wandler mit Elementen 22 im Abstand von einer halben
Wellenlänge
zwischen einem Trägerblock
zur Absorption der Schallenergie und einer oder mehreren Anpassungsebenen zur
Anpassung der akustischen Impedanz der Elemente 22 an einen
Patienten.
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In
einer alternativen Ausführungsform
sind die Elemente 22 des Wandlers 14 in zwei oder
mehr Subaperturen 24 aufgeteilt, wie in 6 dargestellt. Die
verschiedenen Subaperturen 24 können für das Senden von unterschiedlichen
Wellenarten verwendet werden, beispielsweise eine Subapertur 24 für gepulste
Wellen und eine andere Subapertur 24 für kontinuierliche Wellen. Die
Erdungsanschlüsse 26 sind
für die
jeweiligen Subaperturen 24 gleich, aber getrennt zwischen
den Subaperturen 24. Die Erdungsanschlüsse 26 sind statisch
oder schaltbar. Schaltbare Erdungsanschlüsse 26 ermöglichen
die dynamische Zuordnung der Subaperturen 24. Die getrennten
Erdungsanschlüsse 26 können die
Interferenz der Signale von kontinuierlichen Wellen mit den Sende-
und Empfangsoperationen bei der Bildgebung, die mit gepulsten Wellen
verbunden sind, verringern.
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7 zeigt
eine andere alternative Ausführungsform.
Die Subaperturen 24 sind statisch oder dynamisch. Alle
oder einige der Elemente 22 enthalten Filter 28 zur
Verringerung der Interferenz von den kontinuierlichen Wellen in
den Elementen 22, die zum Empfangen der Echos der gepulsten
Wellen verwendet werden. Die Filter 28 sind analoge Filter,
beispielsweise Kondensatoren, Induktoren und/oder Widerstände zum
Ausfiltern von Energie bei den Frequenzen von kontinuierlichen Wellen.
Beispielsweise wird die Leistungsanpassung im Wandler 14 oder dem
Wandleranschluss durch Auswahl der entsprechenden Komponenten für die Induktivität oder Kapazität verändert, um
das Frequenzband von kontinuierlichen Wellen, wie z. B. 1–2 MHz,
auszufiltern. 8 zeigt beispielsweise das Verhalten
eines Empfangsfilters bezogen auf eine axiale Reaktion einer kontinuierlichen
Welle und einer gepulsten Welle. Die Filterung erfolgt für Empfangsoperationen
auf einem Empfangspfad.
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In
wieder anderen Ausführungsformen
werden ein oder mehrere Elemente 22 zwischen der jeweiligen
Subapertur 24 frei- oder spannungslos geschaltet, um akustisches Übersprechen
zu vermeiden. Es können
unterschiedliche Subaperturen 24 auf unterschiedlichen
Subarrays bereitgestellt werden. Die Elemente 22 beziehungsweise
der Wandleraufbau des jeweiligen Subarrays sind optimiert, beispielsweise
durch die Elementgröße, Form,
Art, Anpassungsebene, Linse oder das Material, um in verschiedenen
Frequenzbändern
oder mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten für den Betrieb
mit kontinuierlichen und gepulsten Wellen zu arbeiten. Elemente
mit zwei oder mehr Ebenen 22 können dazu verwendet werden,
unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten für unterschiedliche Subaperturen 24 zur
Verfügung
zu stellen. Beispielsweise wird das Sendesignal für die kontinuierliche
Welle an beide Wandlerebenen eines Elements mit zwei Ebenen 22 angelegt.
Für den
Betrieb mit gepulsten Wellen erfolgt eine Phasenverschiebung um
180 Grad oder einen anderen Winkel zwischen den Wandlerebenen sowohl
für den
Sende- als auch den Empfangsbetrieb. Es können eine oder mehrere Ausführungsformen
des Wandlers 14 zur Minimierung der Interferenz eingesetzt
werden, beispielsweise durch Bereitstellen von Kombinationen aus
zwei oder mehr Ausführungsformen.
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Der
Wandler 14 ist für
den Betrieb innerhalb eines Frequenzbands ausgelegt. 8 zeigt
beispielsweise ein Spektrum eines Wandlers. Die Bandbreite des Wandlers
deckt die Wellenbänder
für kontinuierliche
Wellen und gepulste Wellen ab, und liegt z. B. im Bereich von 1–4 MHz.
Andere Bandbreiten sind möglich.
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Der
Sendestrahlformer 12 ist ein Funktionsgenerator, Impulsgeber,
D/A-Wandler, Regelschalter oder eine andere Quelle von elektrischer
Erregung für
die Bildgebung und das Senden von Schallstrahlungskraft. Der Sendestrahlformer 12 generiert
für die
Bildgebung Wellenformen für
jeden einzelnen einer Vielzahl von Kanälen bzw. jedes einzelne einer Vielzahl
von Wandlerelementen 22, beispielsweise 128 gepulste Wellenformen,
die getrennt für
die Fokussierung von Aussendungen entlang den Scanzeilen in einem
Sichtfeld 30 verzögert
und apodisiert werden. Aufgrund der Verzögerungen und der Apodisierung,
können
mehrere Aussendungen nacheinander über quasi parallele Scanzeilen
in dem gesamten Sichtfeld 30 gescannt werden. Das Sichtfeld 30 wird entsprechend
dem Scanmuster gebildet, beispielsweise lineare, Sektor- oder Vector®-Scanmuster.
Die unterschiedlichen Wellenformen werden den Elementen 22 in
der Subapertur 24 für
den Betrieb mit gepulsten Wellen zur Verfügung gestellt.
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Für die Schallstrahlungskraft
erzeugt der Sendestrahlformer 12 mit denselben oder unterschiedlichen
Komponenten auch eine oder mehrere kontinuierliche Wellen. Beispielsweise
werden kontinuierliche Wellen für
jedes einzelne einer Vielzahl von Elementen 22 in einer
oder mehreren Subaperturen 24 für das Senden kontinuierlicher
Wellen erzeugt. Die kontinuierlichen Wellen sind kontinuierlich in
dem Sinn, dass die Wellen wesentlich länger als gepulste Wellen sind,
beispielsweise bestehen gepulste Wellen aus 1 bis 5 Zyklen, während kontinuierliche
Wellen aus 20 oder mehr Zyklen bestehen. Eine kontinuierliche Welle
kann einen Anfang und ein Ende haben. Die kontinuierlichen Wellen
werden durch Apodisierung und/oder relative Synchronisation fokussiert.
In anderen Ausführungsformen
sind die kontinuierlichen Wellen defokussiert oder unfokussiert, beispielsweise
in Zusammenhang mit einer divergierenden Wellenfront oder einem
quasi unendlichen Fokus.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 1 enthält der Sendestrahlformer 12 eine
Stromversorgung 32 zur Erzeugung von Schallaussendungen
mit niedrigem mechanischen Index. Beispielsweise liefert die Stromversorgung 32 0,1
bis 20 V für
jeden einzelnen Kanal oder jedes einzelne Element 22. Die
Stromversorgung 32 kann für gepulste oder kontinuierliche Wellen
eingesetzt werden und ist programmierbar, beispielsweise kann sie
so programmiert werden, dass unterschiedliche Spannungspegel in
Abhängigkeit
von einem Apodisierungsprofil und/oder in Abhängigkeit vom Betrieb für kontinuierliche
oder gepulste Wellenformen geliefert werden. Dieselbe Stromversorgung 32 ist
für beide
Wellenarten vorgesehen, oder unterschiedliche Stromversorgungen werden
für die
unterschiedlichen Arten von Wellenformen eingesetzt (z. B. 0,1 bis
5 V für
kontinuierliche Wellen und 0,1 bis 15 V für gepulste Wellen). Alternativ
kann die Stromversorgung 32 auch für die Erzeugung von größeren Schallamplituden,
beispielsweise im Zusammenhang mit Spannungsspitzen von 100 oder
200 V, eingesetzt werden.
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Der
Sendestrahlformer 12 ist elektrisch mit dem Wandler 14 für die Erzeugung
von Aussendungen von Schallenergie oder Sendeimpulsen als Reaktion
auf die elektrischen Signale vom Sendestrahlformer 12 verbunden.
Die gesendete Schallenergie beinhaltet einen Impuls für die Bildgebung
oder Schallstrahlungskraft. Bildgebungsimpulse sind Aussendungen,
die dafür
angepasst wurden, ein Bild des Sichtfelds 30 zu erzeugen,
beispielsweise die sequenzielle Aussendung von Strahlen mit kleinem Öffnungswinkel,
die nacheinander entlang einer Vielzahl von Scanzeilen fokussiert
werden. Schallstrahlungskraftimpulse beinhalten die Aussendungen,
die für das
Verschieben des Kontrastmittels und/oder die Verbesserung der Medikamentengabe
angepasst wurden.
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Der
Empfangsstrahlformer 16 erzeugt Empfangssignale für die Bildgebung.
Der Empfangsstrahlformer 16 wendet verschiedene Verzögerungen und
Apodisierung auf die elektrischen Signale an, die von den Elementen 22 des
Wandlers 14 für
die Subapertur 24 für
gepulste Wellen empfangen wurden, und summiert die Signale so, dass
ein Empfangsstrahl erzeugt wird, der eine oder mehrere Scanzeilen
als Reaktion auf jede einzelne der Aussendungen von gepulsten Wellen
darstellt.
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Der
Bildprozessor
18 ist ein bzw. mehrere anwendungsspezifische
IC-Bausteine, allgemeine Prozessoren, Digitalsignalprozessoren,
Speicher, Filter, andere digitale Schaltungen, analoge Schaltungen,
eine Kombination daraus oder andere Vorrichtungen zum Erkennen und
Verarbeiten von Informationen aus den empfangenen strahlensummierten
Signalen für
die Bildgebung. In einer Ausführungsform ist
der Bildprozessor
18 ein B-Mode- oder Doppler-Detektor.
Beispielsweise wird die Amplitude einer Hüllkurve im Zusammenhang mit
den empfangenen Signalen erkannt. Als ein anderes Beispiel wird
eine Frequenzverschiebung oder eine Geschwindigkeit, Größe eines
Doppler-Signals oder Energie, oder Varianz durch die Doppler- oder
Korrelationsverarbeitung für
die Bildgebung von Flüssen
oder Gewebebewegungen erkannt. Als wieder ein anderes Beispiel wird
ein Mehrfachsendeimpuls mit unterschiedlichen Amplituden und/oder
Synchronisationen verwendet, um Informationen an ausgewählten ungeraden,
geraden oder anderen Harmonischen mit Hilfe eines B-Mode- oder Doppler-Detektors,
wie in
U.S. Pat. No. 6,602,195 beschrieben,
zu erkennen, wobei die Beschreibung hierin durch Verweis darauf
eingeschlossen ist. Andere Prozessoren für eindimensionale, zweidimensionale
oder dreidimensionale Bildgebung können eingesetzt werden.
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Ein
zwei- oder dreidimensionales Bild wird mit Hilfe eines der B-Mode-,
Doppler- oder anderen Bildgebungsverfahren erzeugt. Die vom Prozessor 18 erkannten
Informationen werden an die Anzeige 20 geliefert. Ein die
Bildgebungsimpulse darstellendes Bild wird auf der Anzeige erzeugt.
Verschiedene Kombinationen oder einzelne Arten von Bildern werden
quasi gleichzeitig angezeigt, beispielsweise ein oder mehrere B-Mode-Bilder oder
Doppler-Bilder.
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Mit
Hilfe des oben beschriebenen Bildgebungssystems 10 wird
das Sichtfeld 30 abgebildet. Das Bildgebungssystem 10 und
der besagte Wandler 14 liefern Schallenergie für die Bildgebung
und zur Manipulation von Kontrastmitteln. Es werden verschiedene
bildgebende Verfahren zur Erkennung einer Region of Interest eingesetzt.
Die Schallstrahlungskraft wird innerhalb der lokalisierten Region
of Interest eingesetzt, um Kontrastmittel zu verschieben. Die Verschiebungen
erhöhen
die Bindungseffizienz für
ein ausgewähltes
Gewebe und/oder erhöhen eine
Konzentration von Kontrastmitteln in einer Region. Durch die Lokalisierung
von Kontrastmitteln sind Medikamente, die beigegeben werden oder
dazu verwendet werden, Kontrastmittel zu bilden, da am effektivsten,
wo sie benötigt
werden, während
gleichzeitig Medikamentendosierungen oder Nebeneffekte außerhalb
der Region of Interest minimiert werden können.
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2 zeigt
ein Verfahren zur Manipulation von Kontrastmitteln und Ultraschallbildgebung
oder zur Manipulation von Kontrastmitteln mit Ultraschall. Das Verfahren
wird realisiert mit Hilfe des in 1 gezeigten
Bildgebungssystems 10 oder eines anderen Systems. Es können zusätzliche,
andere oder weniger Schritte vorgesehen werden. Beispielsweise ist
das Verfahren ohne die Schritte 40, 44, 46 und/oder 48 vorgesehen.
Die Schritte werden in derselben oder einer anderen Reihenfolge
ausgeführt, beispielsweise
die gleichzeitige oder quasi gleichzeitige Ausführung der Schritte 42 und 44.
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In
Schritt 40 wird die Region 50 für die Anwendung
der Schallstrahlungskraft identifiziert. Das Bildgebungssichtfeld 30 wird
gescannt und abgebildet, beispielsweise mit Hilfe des B-Mode-Bildgebungsverfahrens
mit gepulsten Wellen. Die Region 50 ist ein Gefäß, eine
Kammer, ein Organ oder ein anderer Teil des Patienten. Die Region 50 wird
durch Benutzerauswahl identifiziert, beispielsweise durch Platzieren
eines Rahmens oder Auswählen
eines Punktes in Zusammenhang mit der Region 50. Alternativ
wird die Region 50 automatisch durch Setzen eines Schwellwerts,
Rahmenerkennung, Flusserkennung oder ein anderes Bildverarbeitungsverfahren identifiziert.
Die Region 50 wird identifiziert unabhängig davon, ob sich Kontrastmittel
in der Region 50 befinden oder nicht.
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Vor,
während
oder nach dem Scan werden dem Patienten Kontrastmittel injiziert,
eingegeben oder auf andere Weise verabreicht. Die Kontrastmittel
sind Mikrokügelchen
oder andere Mittel mit oder ohne Medikamente. Die Kontrastmittel
haben eine ziemlich gleichförmige
oder unterschiedliche Größen, beispielsweise 1 bis 5 Mikrometer im Durchmesser.
Die Kontrastmittel werden in Strömungsrichtung gesehen
vor oder an der Region of Interest 50 bereitgestellt. Ein
einzelner Bolus oder ein eher kontinuierlicher Strom von Kontrastmitteln
wird bereitgestellt.
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In
Schritt 42 werden Kontrastmittel mit Schallstrahlungskraft
manipuliert. Die Schallstrahlungskraft wird in Form von Schallsignalen
mit kontinuierlichen Wellen zur Region 50 mit Kontrastmitteln gesendet.
Das Senden kann beginnen, bevor Kontrastmittel in die Region 50 gelangen.
Die kontinuierlichen Wellen werden aufgrund der Identifizierung
der Region 50 in Richtung der Region 50 gelenkt
oder geleitet. Alternativ werden die kontinuierlichen Wellen generell
innerhalb eines bestimmten Bereiches des Sichtfelds oder innerhalb
des gesamten Sichtfelds 30 angewendet. Die kontinuierlichen
Schallwellen arbeiten ausschließlich
als Sendewellen zum Verschieben der Kontrastmittel, beispielsweise
zum Verdrängen
der Kontrastmittel weg vom Wandler 14 entlang einer Strahlrichtung
oder weg vom Strahl in Abhängigkeit
von der Wellenfront.
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Der
Anwendungsbereich der Schallstrahlungskraft vom Wandler kann zur
Manipulation der Kontrastmittel gesteuert werden. Die kontinuierlichen Wellen
werden von einer Vielzahl von Elementen mit einem Amplitudenprofil
gesendet, das so eingestellt ist, dass die gewünschten Energiefelder erzeugt
werden, beispielsweise solche, die eine räumliche Variation quer zum
Wandler 14 haben. Die kontinuierlichen Wellen sind unfokussiert,
aber es können
auch defokussierte oder fokussierte Strahlen mit dem Amplitudenprofil
verwendet werden. Das Amplitudenprofil 54 an der Vorderseite
der Elemente ist im Allgemeinen in den Ausführungsformen, die in 3 und 4 gezeigt
werden, keilförmig.
Andere räumliche Variationen
in den Amplitudenprofilen können
verwendet werden, einschließlich
ein- oder zweidimensionale räumliche
Variation. Alternativ wird ein einheitliches Profil bereitgestellt.
Das Amplitudenprofil 54 wird in Abhängigkeit von einem Spannungsprofil des
Sendestrahlformers erzeugt.
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Die
Keilform hat eine lineare Form (wie gezeigt), eine Kurvenform oder
eine nichtlineare Form, die sich von einem geringeren Wert an oder
neben der einen Flanke zu einem größeren Wert an oder neben einer
anderen Flanke erstreckt. In 3 haben die
beiden Subaperturen 24 für den Betrieb mit kontinuierlichen
Wellen im Allgemeinen jeweils Keilform und bilden im Allgemeinen
ein keilförmiges
Profil quer zu der gesamten Subapertur der kontinuierlichen Welle 24.
Durch Bereitstellung einer höheren Leistung
an einer Flanke, beispielsweise eine Flanke in Flussrichtung bezogen
auf ein Gefäß, werden
die Kontrastmittel vom Wandler weg verdrängt und in Richtung des niedrigeren
Amplitudenanteils des kontinuierlichen Wellenstrahls verschoben.
Kontrastmittel, die den größten Scherkräften vom
Blutstrom her ausgesetzt sind, können
den kontinuierlichen Wellen mit höherer Amplitude ausgesetzt
werden, wodurch die Anhaftung an die Gefäßwand, im Allgemeinen am Gewebe,
durch die höchste
Amplitude zunimmt.
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In 4 haben
die beiden Subaperturen 24 für den Betrieb mit kontinuierlichen
Wellen im Allgemeinen jeweils Keilform und sind einander zugewandt.
Die höchsten
Leistungen sind an den Außenflanken
der Subaperturen 24 (d.h. die Flanken, die am weitesten
von der anderen Subapertur 24 entfernt sind), und die niedrigsten
Leistungen sind auf der Innenseite oder den nächsten Flanken der Subaperturen 24.
Die höheren
Leistungen werden an den Außenflanken
des Strahls der kontinuierlichen Welle bereitgestellt, und die schwächeren Leistungen
werden in einem Zentrum des Strahls bereitgestellt. Die Verschiebung
durch die Schallstrahlungskraft führt tendenziell dazu, dass
die Kontrastmittel sich in Flussrichtung leicht unterhalb des Zentrums
des Strahls im schwächeren
Anteil des Felds ansammeln.
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In
Schritt 44 werden Schallsignale in Form von gepulsten Wellen
an die Region 50 und/oder das Sichtfeld 30 gesendet.
Beliebige der verschiedenen Bildgebungsimpulse wird gesendet. Beispielsweise werden
Impulse für
B-Mode- oder Doppler-Bildgebung gesendet. Für die B-Mode-Bildgebung wird
ein Impuls mit 1 bis 5 Zyklen entlang jeder Scanzeile innerhalb
des Sichtfelds 30 gesendet. Für die Doppler-Bildgebung wird eine
Vielzahl von Sendeimpulsen zur Ermittlung eines Dopplerkoeffizienten,
einer Korrelation oder Flusscharakteristik entlang jeder Scanzeile
gesendet. Andere Bildgebungsimpulse sind möglich. Die Sendeimpulse haben
eine Sendeleistung, die durch die Anzahl der Zyklen, die Amplitude und
die Impulswiederholungsfrequenz der Sendeimpulse bestimmt wird.
Der Sendeimpulsdruck ist durch die Food and Drug Administration
auf bestimmte mechanische Indizes innerhalb des Sichtfelds beschränkt. Typischerweise
liefern Ultraschallsysteme einen Sendedruck nahe dem maximalen mechanischen
Index. Um eine Zersetzung zu verhindern, haben die Schallsignale
in Form von gepulsten Wellen einen Sendedruck, der niedriger als
der mechanische Index ist, bei dem die Zersetzung stattfindet. Beispielsweise
kann ein bestimmtes Kontrastmittel einen Schwellwert für die Zersetzung des
Kontrastmittels von 0,4 haben; daher sollte beispielsweise eine
gepulste Welle einen mechanischen Index von weniger als 0,4 haben,
um die Zersetzung zu verhindern.
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Ein
mehrdimensionales Bild wird als Reaktion auf die Echos von den Schallsignalen
in Form von gepulsten Wellen erzeugt. Das Sichtfeld 30 wird durch
die Position des Wandlers 14, die Steuerung der Bildgebungsaussendungen
und die ausgewählten
Betrachtungstiefen bestimmt. Das Sichtfeld 30 wird optimiert,
um eine potenzielle Region of Interest und das umgebende Gewebe
zu betrachten. Die vom Sichtfeld 30 empfangenen Echos werden
erkannt, mittels eines Scans umgewandelt oder auf andere Weise verarbeitet,
um ein zweidimensionales Bild oder eine dreidimensionale Darstellung
zu erzeugen.
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Die
Bildgebung oder das Senden von gepulsten Wellen in Schritt 44 und
die damit verbundenen Empfangsereignisse erfolgen quasi gleichzeitig mit
dem Senden von Schallsignalen in Form von kontinuierlichen Wellen
in Schritt 42. „Quasi
gleichzeitig" beinhaltet
gleichzeitiges oder sich überlappendes Senden
für mindestens
ein Element mit einer kontinuierlichen Welle und ein Element mit
einer gepulsten Welle. Aufgrund der Steuerung kann die Erzeugung
von Schallenergie durch einige Elemente innerhalb der Subapertur
für gepulste
oder kontinuierliche Wellen zeitlich nicht mit der Erzeugung von
Schallenergie durch andere Elemente überlappen. Durch das Senden
von gepulsten Wellen während
des Sendens von kontinuierlichen Wellen wird die Bildgebung während der
Anwendung der Schallstrahlungskraft geliefert. Der Benutzer kann
die Auswirkungen der Schallstrahlungskraft beobachten, einen behandelten
Bereich überwachen
oder die Kontrastmittel beobachten.
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In
Schritt 48 erfolgt die Bildgebung einer mehrdimensionalen
Region, die Kontrastmittel enthält,
quasi gleichzeitig mit der Manipulation der Kontrastmittel abgebildet.
Da die gepulsten Wellen quasi zur selben Zeit wie die kontinuierlichen
Wellen gesendet werden, können
die Echos quasi gleichzeitig mit dem Senden der kontinuierlichen
Wellen empfangen werden. Die Echos können empfangen werden, nachdem
das Senden von kontinuierlichen Wellen eingestellt wurde.
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Die
empfangenen Echos werden für
B-Mode-Bildgebung, Doppler-Bildgebung, Phasenumkehr, Impulsumkehr
oder andere Bildgebung eingesetzt, zum Beispiel die in
U.S. Pat. No. 6,602,195 beschriebene
Bildgebung, wobei die Beschreibung hierin durch Verweis darauf eingeschlossen
ist. Bildgebung in Abhängigkeit
von einer kubischen Fundamentalen durch relative Amplitudengewichtung
und/oder Synchronisieren der gesendeten gepulsten Wellen und/oder
empfangenen Echos. Unterschiedliche Harmonische, einschließlich oder
ausschließlich
der gesendeten Grundfrequenzen, können wahlweise eingeschlossen
oder aus den Signalen minimiert werden, die für die Bildgebung durch unterschiedliche
Kombinationen aus der Anzahl der Impulse, Subaperturen, Gewichtung
und/oder Synchronisation verwendet werden. Beispielsweise werden
Informationen bei nichtlinearen Grundfrequenzen oder harmonischen
Frequenzen geliefert.
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5 zeigt
beispielsweise drei Aussendungen von gepulsten Wellen, um Informationen
an einer gewünschten
kubischen Fundamentalen zu erhalten. Die gepulsten und kontinuierlichen
Wellen werden von unterschiedlichen Subaperturen 24 auf
dem Wandler 14 gesendet. Die Subaperturen werden aus nebeneinander
liegenden Anordnungen von 1, 2, 4, 8 oder einer beliebigen anderen
Zahl von Elementen gebildet. Die Subaperturen 24 der 6 bzw. 7 oder
andere Anordnungen von Subaperturen, einschließlich Subaperturen 24,
die unterschiedliche Größen oder
eine unterschiedliche Anzahl von Elementen haben, können verwendet
werden.
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Für das Senden
von gepulsten Wellen finden drei unterschiedliche Sendeereignisse
entlang derselben Scanzeile oder benachbarten Scanzeilen statt.
Eine oder mehrere der unterschiedlichen Aussendungen stehen mit
einem unterschiedlichen Sendeleistungspegel in Zusammenhang. In
einem ersten Sendeereignis erfolgt das Senden der kontinuierlichen
Wellen quasi gleichzeitig mit dem Senden der gepulsten Wellen, aber
auf unterschiedlichen Subaperturen 24. Bei einem zweiten
Sendeereignis für das
Senden von gepulsten Wellen werden die gepulsten Wellen auf allen
Subaperturen 24 gesendet, und das Senden von kontinuierlichen
Wellen wird eingestellt. Durch Verdoppeln oder Erhöhen der
Anzahl von Elementen für
das Senden von gepulsten Wellen wird die Leistung, die mit dem Sendeereignis in
Zusammenhang steht, verdoppelt oder erhöht. Alternativ oder zusätzlich werden
Impulse mit einer größeren Amplitude
von weniger als allen Subaperturen gesendet. Bei dem dritten Sendeereignis
wird das Muster des ersten Sendeereignisses wiederholt, aber es
können
unterschiedliche Subaperturen 24 für das quasi gleichzeitige Senden
von sowohl kontinuierlichen als auch gepulsten Wellen verwendet
werden.
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In
anderen Ausführungsformen
können
andere Sequenzen von zwei oder mehr Sendeereignissen in Form von
gepulsten Wellen verwendet werden. Es können unterschiedliche relative
Gewichtungen verwendet werden. Phasenschwankungen innerhalb der
Sequenz können
bereitgestellt werden.
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Die
Echos, die als Reaktion auf das Senden von gepulsten Wellen kommen,
werden auf anderen Subaperturen 24 empfangen, als denen,
auf denen das Senden erfolgte, so dass das Senden von kontinuierlichen
Wellen fortgesetzt werden kann. Die empfangenen Signale werden nach
der Strahlformung kombiniert. Die Kombination ist eine Summierung,
Subtraktion oder andere Funktion. Relative Phasenverschiebungen
können
auf die empfangenen Signale für
ein Signal oder eine Teilmenge der empfangenen Signale angewendet
werden oder nicht. Die empfangenen Signale werden zusammenhängend kombiniert
(d.h. sie werden vor ihrer Erkennung kombiniert). Durch Kombinieren
der Signale, die mit unterschiedlichen Subaperturgrößen und/oder
Amplituden in Zusammenhang stehen, enthalten die sich daraus ergebenden
Kombinationssignale Informationen über eine gewünschte Reaktion, beispielsweise
Informationen über
kubische Fundamentale, wahrscheinlicher von Kontrastmitteln als von
Gewebe oder Flüssigkeit.
Durch das Senden mit niedrigem mechanischen Index werden die Kontrastmittel
abgebildet.
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In
Schritt 46 erfolgt die Bildgebung, während die Echoinformationen
in den mehrdimensionalen Bildern als Reaktion auf die Signale in
Form von kontinuierlichen Wellen minimiert werden. Ein Einfluss der
Schallstrahlungskraft auf die Bildgebung wird durch den Einsatz
von unterschiedlichen Frequenzen, unterschiedlichen Senderichtungen,
unterschiedlichen Verzögerungen,
Subapertursteuerung, einer breiteren Fokusregion für die Schallstrahlungskraft,
einen fehlenden Fokus für
die Schallstrahlungskraft oder Kombinationen daraus reduziert. Andere Verfahren
können
eingesetzt werden.
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Durch
Senden der Schallsignale in Form von kontinuierlichen Wellen von
einem Array aus als defokussierte oder unfokussierte Signale kann
die Energie, die mit den kontinuierlichen Wellen zusammenhängt, stärker über das
Sichtfeld 30 verteilt werden. Unfokussierte oder defokussierte
Signale haben eine divergente oder ebene Wellenfront. Durch relatives
Synchronisieren und/oder Apodisieren der kontinuierlichen Wellen
wird der gewünschte
Fokus beziehungsweise fehlende Fokus erreicht. Die Verteilung kann
die Zersetzung des Kontrastmittels verhindern oder einschränken (d.h.
den mechanischen Index für einen
gegebenen Ort verringern) und die Verwendung derselben Stromversorgung
ermöglichen.
Da die Energie stärker
verteilt ist, wird weniger Energie entlang den fokussierten oder
schwach fokussierten Scanorten für
die gepulsten Wellen bereitgestellt. Alternativ wird das Senden
von divergenten oder ebenen Wellen auch für die Bildgebung mit gepulsten Wellen
verwendet.
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Verzögern oder
Synchronisieren des Sendens und die Subapertursteuerung können dazu
verwendet werden, Schall von den Reflexionen der kontinuierlichen
Wellen durch Speckle oder andere Reflektoren beim Scannen mit gepulsten
Wellen zu reduzieren. Die Schallsignale in Form von gepulsten Wellen
werden nacheinander entlang unterschiedlichen Scanzeilen gesendet,
beispielsweise in Zusammenhang mit einem linearen, Sektor- oder
Vector®-Scanformat.
Die Schallsignale in Form von kontinuierlichen Wellen werden mit
einer Wellenfront gesendet, deren Winkel sich sequenziell von einer
aktuellen Scanzeile der verschiedenen Scanzeilen entfernt, für die die
Schallsignale in Form von gepulsten Wellen gesendet werden. Die
kontinuierlichen Wellen werden vom Fokus der gepulsten Wellen weggelenkt.
Beispielsweise wird die zeitliche Verzögerung zur Mitte des Wandlers
hin beim Start des B-Mode-Verfahrens
oder anderer Beschallung mit gepulsten Wellen erhöht, wobei
die kontinuierliche Wellenfront von der scheitelwinkligen Mittellinie,
an der die gepulsten Wellen fokussiert sind, weggelenkt wird. Da
sich der Fokus der gepulsten Wellen ändert, ändert sich auch die Ablenkung
der kontinuierlichen Wellen. Als eine Alternative zur Ablenkung
der kontinuierlichen Wellenfront wird das Amplitudenprofil der kontinuierlichen
Wellen geändert,
um eine minimale Leistung in der Nähe der Scanzeile mit der gepulsten Welle
bereitzustellen.
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Die
Betriebsfrequenz kann den Schall der kontinuierlichen Wellen aus
der Bildgebung minimieren. Beispielsweise werden die gepulsten und
die kontinuierlichen Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen oder
in unterschiedlichen Frequenzbändern gesendet.
Die Frequenzbänder
sind getrennt, wobei sich die einzelnen Bänder beispielsweise um –10, –20, –40 Dezibel
oder einen anderen Pegel überschneiden.
Beispielweise kann sich der Punkt bei –20 dB auf der hochfrequenten
Flanke des kontinuierlichen Wellenspektrums mit dem Punkt bei –20 dB auf der niederfrequenten
Flanke des gepulsten Wellenspektrums überschneiden. Das Sendefrequenzband der
kontinuierlichen Wellen ist niedriger oder höher als das Frequenzband für gepulste
Wellen. Es ist wahrscheinlicher, dass die kontinuierlichen Wellen eine
schmale Bandbreite haben, was dichtere Mittenfrequenzen ermöglicht. 8 zeigt
ein Beispiel, in dem die kontinuierlichen Wellen um ca. 2 MHz zentriert
sind, und die gepulsten Wellen um ca. 4 MHz zentriert sind. Andere
Frequenzen können
verwendet werden, beispielsweise kann die gepulste Welle bei einer
höheren
Harmonischen der kontinuierlichen Welle bereitgestellt werden oder
die kontinuierlichen Wellen können
bei der höheren
Frequenz bereitgestellt werden, um das harmonische Rauschen einzuschränken. Durch
Filtern oder Kombinieren werden Signale empfangen, mit denen Informationen
auf den Sendefrequenzen der gepulsten Wellen oder auf gewünschten
Harmonischen derselben isoliert werden können. Informationen aus den
kontinuierlichen Wellen werden reduziert oder eliminiert.
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Durch
Verwenden von unterschiedlichen Subaperturen kann der Effekt der
kontinuierlichen Wellen reduziert werden. Beispielsweise reduzieren unterschiedliche
Erdungsanschlüsse
elektrisches Übersprechen.
Eine unterschiedliche gemeinsame Erdung wird für die unterschiedlichen Subaperturen oder
die Elemente, die für
die unterschiedlichen Arten von Wellenformen verwendet werden, bereitgestellt.
Als ein anderes Beispiel werden Echosignale, die an den Subaperturen
empfangen werden, und für die
Schallsignale in Form von gepulsten Wellen verwendet werden, derart
gefiltert, dass sie am Frequenzband der kontinuierlichen Welle reduziert
werden und das Frequenzband der gepulsten Wellen passieren können. Als
noch ein anderes Beispiel werden unterschiedliche Arten von Elementen
für die unterschiedlichen
Wellenarten verwendet. Die unterschiedlichen Arten von Elementen
haben unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten und stellen unterschiedliche
Subaperturen mit unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten
zur Verfügung.
Als ein weiteres Beispiel werden ein oder mehrere Elemente nicht
genutzt, indem sie zwischen den Subaperturen frei- oder spannungslos
geschaltet werden, um akustisches Übersprechen einzuschränken. Andere
Verfahren oder Anordnungen zum Minimieren von Energie aus den kontinuierlichen
Wellen in der Bildgebung mit gepulsten Wellen können eingesetzt werden.
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Die
Anweisungen zur Realisierung der oben diskutierten Prozesse, Methoden
und/oder Verfahren werden auf computerlesbaren Speichermedien oder Speichern
zur Verfügung
gestellt, beispielsweise auf Cache-Speicher, Pufferspeicher, RAM,
Wechselspeichermedien, Festplattenlaufwerken oder anderen computerlesbaren
Speichermedien. Computerlesbare Speichermedien beinhalten verschiedene
Arten von flüchtigen
und nichtflüchtigen
Speichermedien. Die Funktionen, Schritte oder Aufgaben, die in den Abbildungen
dargestellt sind oder in diesem Dokument beschrieben werden, werden
ausgeführt
als Reaktion auf eine oder mehrere Gruppen von Anweisungen, die
in oder auf computerlesbaren Speichermedien gespeichert sind. Die
Funktionen, Schritte oder Aufgaben sind unabhängig von der jeweiligen Art
der Anweisungsgruppe, dem Speichermedium, dem Prozessor oder der
Verarbeitungsstrategie und können
durch Software, Hardware, IC-Bausteine, Firmware, Mikrocode und
dergleichen, die eigenständig
oder in Kombination miteinander arbeiten, ausgeführt werden. Gleichermaßen können Verarbeitungsstrategien
Multiprocessing, Multitasking, Parallelverarbeitung und dergleichen
beinhalten. In einer Ausführungsform
sind die Anweisungen auf einem Wechselspeichermedium für das Lesen
durch lokale oder abgesetzte Systeme gespeichert. In anderen Ausführungsformen
werden die Anweisungen an einem abgesetzten Ort für die Übertragung
in einem Computernetzwerk oder über
Telefonleitungen gespeichert. In wieder anderen Ausführungsformen werden
die Anweisungen in einem gegebenen Computer, einer CPU, GPU oder
einem System gespeichert.
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Auch
wenn die Erfindung oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist sie dennoch so zu verstehen, dass viele Änderungen
und Modifikationen gemacht werden können, ohne damit den Schutzbereich
der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die
vorangehende detaillierte Beschreibung als veranschaulichend und
nicht als einschränkend
angesehen wird, und dass sie so verstanden wird, dass mit den nachfolgenden
Patentansprüchen,
einschließlich
aller gleichwertiger Entsprechungen, beabsichtigt ist, den Geist
und den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu definieren.
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Zusammenfassung
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Kontrastmittel
werden bei der Ultraschallbildgebung mit Schallstrahlungskraft manipuliert
(42). Es werden kontinuierliche Wellen für die Schallstrahlungskraft
gesendet (42). Gepulste Wellen für die Bildgebung werden quasi
gleichzeitig gesendet (44). Kontinuierliche und gepulste
Wellen mit niedrigem mechanischen Index können zur Erhöhung der
Bindungseffizienz von Medikamente enthaltenden Kontrastmitteln mit
dem zu behandelnden Gewebe verwendet werden. Verschiedene Verfahren
können
eingesetzt werden, um den Effekt der kontinuierlichen Wellen auf
die Bildgebung (48) mit den gepulsten Wellen zu minimieren
(46). Die Schallstrahlungskraft kann mit einem Amplitudenprofil
und/oder unfokussiert oder defokussiert gesendet werden (42).