DE19524880C2

DE19524880C2 - Endokardiale Echtzeit-Ultraschallverschiebungsanzeige

Info

Publication number: DE19524880C2
Application number: DE19524880A
Authority: DE
Inventors: Iii Albert Frederick Koch; David Michael Prater
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2015-07-08
Also published as: US5533510A; JPH0898837A; DE19524880A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallbilderzeu gung des Herzens und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum exakten Abbilden einer Kammerwandbewegung.

Eine Ultraschallbilderzeugung verschiedener Aspekte des Her zens ist eine gut bekannte diagnostische Modalität. Ver schiedene Systeme wurden entwickelt, die es ermöglichen, daß ein Ultraschallsystem das Volumen der linken Herzkammer zu verschiedenen Zeitpunkten während des Herzzyklusses be stimmt. Derartige Systeme benötigen die Fähigkeit, die Herz innenhaut/Blut-Grenze genau zu identifizieren. In dem U.S.- Patent 5,195,521 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zeigt eine Mehrheitsentscheidungsschaltung in jedem Bereich entlang einer Ultraschallabtastlinie an, wenn eine Mehrheit der Signale sowohl einer gegenwärtigen Abtastlinie als auch zweier vorheriger Abtastlinien anzeigen, daß Reflexionen der gesendeten Pulse von einem Gewebe oder von Blut stammen. Auf diese Art und Weise wird die Gewebe/Blut-Grenzfläche genau bestimmt und durch Rauschen weniger beeinflußt.

Das U.S.-Patent 5,257,624 beschreibt eine Verstärkungssteu erschaltung, die es ermöglicht, die Verstärkung entlang ei ner oder mehrerer Abtastlinien im wesentlichen konstant zu halten, wodurch eine genauere Gewebe/Blut-Grenzbestimmung möglich wird. Die Genauigkeitsverbesserung tritt aufgrund dessen auf, daß die Grenzbeurteilung auf einer Unterschei dung der Pegel zwischen Rücklaufpulsen basiert, wobei Gewebe im allgemeinen ein Signal höheren Pegels zurückwirft als Blut. Wenn die Verstärkung der Rücklaufsignale von einer Ab tastlinie aufgrund einer Gewebedämpfung signifikant va riiert, wird die Gewebe/Blut-Grenzbestimmung wesentlich kom plexer.

Im U.S. Patent 5,322,067 (der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung) ist eine verbesserte Technik zum Bestimmen des volumetrischen Wirkungsgrads der linken Herzkammer beschrie ben. Eine Ultraschallanzeige der linken Herzkammer und des umgebenden Gewebes wird erhalten, wobei der Benutzer eine interessierende Region um die Herzkammer für das größte Vo lumen, für das eine Volumenbestimmung durchgeführt werden soll, skizziert. Jedes Pixel des Ultraschallbilds in der in teressierenden Region wird als ein Blutpixel oder ein Gewe bepixel klassifiziert. Die Fläche der Blutpixel in jedem An zeigerahmen wird bestimmt, und das Volumen der Herzkammer wird unter Verwendung des Scheibenverfahrens aus der Fläche der Fluidpixel in jedem Segment der Region berechnet.

Das US-Patent 5,285,788 zeigt ein Ultraschallbilderzeugungs system ein B-Modus-Bild und überlagert demselben Farb-Dopp ler-Informationen. Die Farb-Doppler-Informationen werden un ter Verwendung einer Farbtabelle angezeigt, die verschiedene Beschleunigungen eines Kranzherzmuskels anzeigt.

Der Kardiologe ist daran interessiert, in der Lage zu sein, die Funktion der linken Herzkammer zu prüfen. Eine Kammer wandbewegung (d. h. eine Bewegung der Herzinnenhaut) ist ein wichtiger Aspekt der diagnostischen Informationen. Der Arzt möchte wissen, um wieviel sich jedes Segment der Herzinnen haut bewegt, und wann sich das einzelne Segment bezüglich der anderen einzelnen Segmente bewegt. Die Zustände, auf die überprüft wird, sind: Akinese (keine Bewegung), Hypokinese (teilweise Bewegung), Hyperkinese (überaktive Bewegung), Diakinese (unnormale Bewegung) und Tardokinese (Bewegungs verzögerung). In gegenwärtig verfügbaren kardialen Ultra schallbilderzeugungssystemen kann eine Wandbewegungsüberprü fung durch den Arzt nur auf einer qualitativen Basis (im Ge gensatz zu einer quantitativen Basis) durchgeführt werden. Eine derartige Überprüfung ist schwierig, da die Augen des Arztes die Bewegung jedes Stücks der Herzinnenhaut-Wand in tegrieren müssen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultra schallanzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Liefern einer zweidimensionalen Anzeige eines Fluid-gefüllten Hohlraums und eines umgebenden Wandgewebes zu schaffen, die eine quan titative Bewertung einer Bewegung des Wandgewebes ermög lichen.

Diese Erfindung wird durch eine Ultraschallanzeigevorrich tung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Eine Ultraschallanzeigevorrichtung liefert eine zweidimen sionale Anzeige eines Fluid-gefüllten Hohlraums und eines umgebenden Wandgewebes in der Form einer Sequenz von Pixel bildrahmen, die auf einem Anzeigebildschirm gezeigt werden. Die hierin nachfolgend verwendeten Ausdrücke "Pixelbildrah men" und "Pixelbild" sind gleichbedeutend verwendet, wobei der Ausdruck "Pixelbildrahmen" an den englischsprachigen Ausdruck "pixel image frame" angelehnt ist. Die Vorrichtung schließt einen Schaltungsaufbau zum Anzeigen von Wandgewebe verschiebungen auf dem Bildschirm auf einer Rahmen-um-Rah men-Basis ein. Die Vorrichtung weist eine Pixelklassifizie rungsschaltung zum Klassifizieren der Pixel in jedem Pixel bildrahmen in zwei Typen, d. h. Gewebe oder Fluid, ein. Ein Rahmenkomparator bestimmt, welche Pixel zwischen einem Paar von aufeinanderfolgenden Rahmen die Klassifikation von einem zum anderen Typ ändern. Eine Farbzuweisungsschaltung weist den Pixeln geänderten Typs in einem Rahmen einen Farbwert zu, der bewirkt, daß die geänderten Pixel ohne weiteres von einem betrachtenden Benutzer unterschieden werden können. Sowohl bei Kammer-Expansions- als auch bei -Kontraktionszyk len werden von Rahmen zu Rahmen unterschiedliche Farbwerte verwendet. Anstelle von verschiedenen Farbwerten können an dere Abbildungsfunktionen verwendet werden, um inkrementale Wandgewebebewegungen zu unterscheiden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Ultraschallbilderzeugungs systems, das die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Schallquantifizierungsein heit zum Bestimmen, ob ein Pixel eine Fluidregion oder eine Geweberegion anzeigt;

Fig. 3 eine Querschnittansicht eines Herzens, die die lin ke Herzkammer in ihrem vollständig expandierten Zu stand zeigt;

Fig. 4 eine Ultraschallansicht der linken Herzkammer über eine Mehrzahl von Rahmen, die aufeinanderfolgende Pegel von Kontraktion und Expansion der Herzkammer wand zeigt;

Fig. 5 ein wenig detailliertes logisches Flußdiagramm, das das Verfahren zeigt, dem die Erfindung folgt, um Bildpixel bezüglich der Zeit des Auftretens während eines einzelnen Systolen/Diastolen-Herzzyklusses zu klassifizieren;

Fig. 6 ein wenig detailliertes Blockdiagramm, das die Ein gaben in ein Persistenzverfahren, das von dem Sy stem von Fig. 1 durchgeführt wird, darstellt;

Fig. 7 die verschiedenen Farben, die Pixeln sowohl während des Kontraktions- als auch des Expansions-Zyklusses zugewiesen werden; und

Fig. 8 ein wenig detailliertes Flußdiagramm des Persi stenzverfahrens, das eine Farbe bestimmt, die jedem Pixel in jedem Rahmen der Anzeige zugewiesen werden soll.

Kranzarterien-Krankheitszustände werden häufig zuerst durch Unregelmäßigkeiten der Kontraktionsphasen der linken Herz kammerwand signalisiert, d. h., wenn sich ein Segment der Wand vor einem anderen Segment bewegt. Während sich eine normale Herzfunktion durch im wesentlichen gleichzeitige Herzkammer-Wandbewegungen offenbart, werden bestimmte Kranz mängel durch nicht-gleichzeitige Wandbewegungen signali siert. Diese Erfindung liefert sowohl ein Verfahren als auch ein Vorrichtung, um es dem Arzt zu ermöglichen, eine Bewe gung der Herzkammerwand präzise auf einer Rahmen-um-Rahmen- Basis abzubilden, und ferner eine Sequenz von Rahmen zu be trachten, die eine Wandbewegung derart darstellen, daß die Bewegung verschiedener Segmente der Herzkammerwand unter schieden werden kann. Die Erfindung kann auf einer Echtzeit basis durchgeführt werden, während Daten akkumuliert werden, oder kann auf einer unabhängigen Basis aus Daten, die für eine spätere Analyse erfaßt und gespeichert wurden, durch geführt werden.

Um eine Anzeige zu liefern, die es ermöglicht, eine Wand bewegung sichtbar zu machen, wird ein Pixel anfänglich be züglich dessen klassifiziert, ob es ein Gewebepixel oder ein Blutpixel ist. Jedes Pixel wird ferner bezüglich der Zeit des Auftretens klassifiziert, d. h. entweder während einer Diastole oder einer Systole. Während aufeinanderfolgender Rahmen der Ultraschallbilderzeugung zeigen Pixelklassifika tionsänderungen von Gewebe zu Blut oder von Blut zu Gewebe eine Wandsegmentbewegung an. Pixeln, die sich von Blut zu Gewebe ändern, wird eine Anzeigefarbe zugewiesen, die sich von der Anzeigefarbe des Pixels in einem vorherigen Rahmen unterscheidet, um zu ermöglichen, daß inkrementale Änderun gen exakt zu sehen sind. Ferner wird jedem Pixel ein Wert zugewiesen, der anzeigt, ob dasselbe während einer Systolen- oder einer Diastolen-Periode (Kontraktion oder Expansion) auftritt. Verschiedene inkrementale Farbwerte werden den Pixeln während einer Systole und einer Diastole zugewiesen, um eine Unterscheidung von Wandbewegungen, die während die ser Intervalle auftreten, zu ermöglichen.

Ein vereinfachtes Diagramm eines Systems, das die Erfindung realisiert, ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Scanner 10 führt eine Ultraschallabtastung einer spezifizierten Region des Körpers eines Patienten, wie z. B. des Herzens, durch. Der Scanner weist einen Ultraschallwandler zum Senden und Empfangen von Ultraschallenergie auf. Der Wandler sendet Ultraschallener gie in eine Region, die abgebildet werden soll, und empfängt reflektierte Ultraschallenergie von Organen in dem Körper des Patienten.

Wie gut bekannt ist, kann der Wandler ein Array von Wandler elementen aufweisen, wobei durch eine geeignete Verzögerung der Pulse, die an jedes Wandlerelement angelegt werden, ein fokussierter Ultraschallstrahl entlang einer gewünschten Ab tastlinie gesendet wird. Die reflektierte Ultraschallenergie von einem gegebenen Punkt in dem Körper des Patienten wird zu verschiedenen Zeiten durch die Wandlerelemente empfangen. Die Wandlerelemente konvergieren die empfangenen Ultra schallenergiesignale, wobei diese Signale einem Strahlformer zugeführt werden. Der Strahlformer verarbeitet die Rücklauf signale und gibt einen Signalstrom aus, der einen fokussier ten empfangenen Strahl anzeigt.

Die Tiefe und die Richtung des Brennpunkts des empfangenen Strahls relativ zu dem Ultraschallwandler kann dynamisch mit der Zeit geändert werden, indem die empfangenen Signale von jedem der Wandlerelemente geeignet verzögert werden. Die verzögerten Signale von jedem Wandlerelement werden sum miert, um ein Scanner-Signal zu schaffen, das eine Darstel lung des reflektierten Energiepegels entlang einer gegebenen Abtastlinie ist. Das Verfahren wird für eine Vielzahl von Abtastlinien wiederholt, um Signale zum Erzeugen eines Bilds der vorgeschriebenen Region des Körpers des Patienten zu schaffen. Typischerweise ist das Abtastmuster eine Sektorab tastung, bei der die Abtastlinien ihren Ursprung in einem Punkt in der Mitte des Ultraschallwandlers besitzen und in verschiedenen Winkeln ausgerichtet sind.

Alternativ kann der Scanner 10 einen mechanischen Scanner zum Ultraschall-Abtasten einer spezifizierten Region des Körpers eines Patienten aufweisen. Bei einem derartigen Scanner wird ein Ultraschallwandler durch einen Motor über eine spezifizierte Region bewegt (wie es in der Technik gut bekannt ist).

Die Erfindung wird nachfolgend hierin im Zusammenhang mit einem Echtzeit-Anzeigesystem erörtert, wobei Fachleute je doch realisieren werden, daß die Anzeigemodalität, die nach folgend hierin beschrieben wird, abgetrennt (off-line) mit Daten, die bei vorherigen Ultraschallabtastungen gespeichert wurden, durchgeführt werden kann. Die Ausgabe des Scanners 10 wird einem Abtastwandler 12 zugeführt, der die Sektor abtastinformationen, die von dem Scanner 10 erzeugt werden, in eine herkömmliche Rasterabtastungsanzeige umwandelt. Die Ausgabe des Abtastwandlers 12 wird in einem Rahmenspeicher 13 gespeichert und dann zu einer Anzeige 14 geleitet, die ein Teil einer Benutzerschnittstelle 16 ist. Die Benutzer schnittstelle 16 kann einen Track-Ball 18 einschließen, um eine interessierende Region zu skizzieren, um eine weitere Analyse zu ermöglichen. Eine Anzeige physiologischer Daten 20 kann ebenfalls vorgesehen sein, wobei dieselbe eine al phanumerische Anzeige physiologischer Daten und eine Anzeige physiologischer Signalformen, wie z. B. eine EKG-Spur, auf weist.

Eine Systemsteuerung 22 (d. h. ein Mikroprozessor) liefert eine Gesamtsteuerung des Ultraschallbilderzeugungssystems. Eine Schallquantifizierungseinheit 30 liefert die Fähigkeit einer Pixelklassifizierung und ermöglicht, daß jedes Pixel in jedem Rahmen bezüglich dessen klassifiziert wird, ob es Blut oder Gewebe ist, und ob das Pixel während einer Systo len- oder eine Diastolen-Periode auftritt. Die Schallquanti fizierungseinheit kann ferner verwendet werden, um das Volu men eines Fluid-gefüllten Hohlraums zu bestimmen. Eine der artige Anwendung ist in dem U.S. Patent 5,322,067, auf das oben Bezug genommen wurde, beschrieben. Die Offenbarung des selben ist hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.

Ein Blockdiagramm der Schallquantifizierungseinheit 30 ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Scanner-Signal von dem Scanner 10 wird an eine Signalkonditionier- und Analog/Digital-Wand ler-Schaltung 32 angelegt, die die Verstärkung des empfange nen Scanner-Signals einstellt und das analoge Signal in eine Reihe von digitalen Abtastwerten umwandelt. Die digitalen Abtastwerte werden an ein Quadratsummenfilter 34 angelegt, das die Signale quadriert und unter Verwendung eines Bewe gungsfensters das Ergebnis integriert. Die Ausgabe des Fil ters 34 wird einem logarithmischen Kompressor 36 zugeführt, der eine logarithmische Kompression der Form Y = 10 LOG X durchführt. Da das Scanner-Signal Rauschen und Reflexionen beinhaltet, die eine fehlerhafte Gewebe/Blut-Entscheidung bewirken können, wird die Genauigkeit der Entscheidung er höht, indem entlang jeder Abtastlinie gemittelt wird. Die Mittelung wird durch das Quadratsummenfilter 34 durchge führt.

Die Ausgabe des logarithmischen Kompressors 36 wird an ein Gewebe/Blut-Anzeigegerät 38 angelegt, das die digitalen Ab tastwerte mit einem Referenzpegel vergleicht. Der Referenz pegel ist zwischen einer Amplitude, die einen Blutrücklauf darstellt und einer Geweberücklaufamplitude ausgewählt. Die Ausgabe des Gewebe/Blut-Anzeigegeräts 38 besitzt einen er sten Zustand, wenn das Eingangssignal Blut darstellt, und einen zweiten Zustand, wenn das Eingangssignal Gewebe dar stellt. Die Gewebe/Blut-Analyse wird auf jede digitalisierte Abtastwerteingabe angewendet. Folglich wird für jeden digi talisierten Rücklaufabtastwert eine Gewebe/Blut-Bestimmung durchgeführt, um eine Unterscheidung von Rahmen zu Rahmen bezüglich dessen durchzuführen, ob sich ein Pixelort von Blut zu Gewebe geändert hat oder umgekehrt.

Die Genauigkeit der Blut/Gewebe-Entscheidung wird durch An legen der Ausgabe der Gewebe/Blut-Anzeigevorrichtung 38 an eine Mehrheitsentscheidungsschaltung 40 erhöht. Die Mehr heitsentscheidungsschaltung 40 führt eine effektive Mitte lung durch Vergleichen der Entscheidungen für jeden digi talisierten Signalabtastwert mit Entscheidungen für digi talisierte Signalabtastwerte in der gleichen Tiefe auf be nachbarten Abtastlinien des Ultraschallbilds durch. Das Er gebnis der Mehrheitsentscheidungsschaltung wird durch den Zustand einer Mehrheit der betrachteten Abtastwerte be stimmt.

Das Mehrheitsentscheidungsverfahren wird vorzugsweise für eine Gruppe von Abtastwerten in der gleichen Tiefe auf meh reren aufeinanderfolgenden Abtastlinien, typischerweise drei, durchgeführt, um eine größere Genauigkeit zu liefern. Die Anzahl der Abtastwerte, die verwendet wird, um die Mehr heitsentscheidung durchzuführen, kann abhängig von den Um ständen variiert werden. Die Mehrheitsentscheidungsschaltung 40 gibt ein Signal aus, das aktiv ist, wenn der Abtastwert Blut darstellt, und das inaktiv ist, wenn der Abtastwert Ge webe darstellt. Die Verwendung der Mehrheitsentscheidungs schaltung, um die Genauigkeit einer Gewebe/Blut-Anzeige zu verbessern, ist detailliert in dem U.S.-Patent 5,195,521 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung beschrieben. Die Of fenbarung des U.S.-Patent 5,195,521 ist hiermit durch Bezug nahme aufgenommen.

Jede aktive/inaktive Ausgabe der Mehrheitsentscheidungs schaltung 40 wird an einen Blut/Gewebe-Akkumulator 421 bis 42n angelegt, wobei n die Anzahl der digitalisierten Abtast werte entlang einer Abtastlinie darstellt. Folglich wird je der Blut/Gewebe-Akkumulator bei jeder Abtastung aktuali siert, um eine Anzeige dahingehend zu ermöglichen, ob der digitalisierte Abtastwert Blut oder Gewebe darstellt. Die aktiven/inaktiven Ausgaben der Mehrheitsentscheidungsschal tung 40 werden durch eine Multiplexeranordnung (nicht ge zeigt) unter den Akkumulatoren 40 ₁ bis 42 _n verteilt.

Die Ausgaben der Akkumulatoren 42 ₁ bis 42 _n werden über Lei tungen 44 an den Abtastwandler 12 (siehe Fig. 1) angelegt. Wie oben angezeigt wurde, empfängt der Abtastwandler 12 ein Abtastsignal von dem Scanner 10, wobei dieses Scanner-Signal die Form einer "Fächer-Typ-" oder "Θ-Raum-"Darstellung auf weist. Folglich ist jede Abtastlinie durch einen Winkel Θ definiert. Regionen entlang einer Abtastlinie zeigen eine Eindringtiefe des Ultraschallsignals an.

In dem Abtastwandler 12 wird die Θ-Raum-Eingabe in eine X/Y-Raum-Pixeldarstellung umgewandelt, wobei diese Darstel lung dann für eine nachfolgende Anzeige in dem Rahmenspei cher 13 gespeichert wird. Jeder digitalisierte Abtastwert von den Akkumulatoren 42 ₁ bis 42 _n wird in gleicher Weise in einen Blut/Gewebe-Wert umgewandelt, der ein Pixel in dem X/Y-Raum darstellt, unter Verwendung des gleichen Umwand lungsverfahrens, das verwendet wird, um die Θ-Raum-Abtast werte in einzelne Pixelwerte umzuwandeln. Folglich weist je des X/Y-Pixel, das in dem Rahmenspeicher 13 gespeichert ist, einen weiteren zugeordneten Wert auf, der den Blut/Gewebe- Zustand desselben anzeigt.

Eine zusätzliche Klassifizierung wird durchgeführt, die für jeden Rahmen anzeigt, zu welcher Zeit während des Herzzy klusses der Rahmen anzeigt. Um eine derartige Klassifizie rung zu ermöglichen, wird an die Systemsteuerung 22 (Fig. 1) eine digitalisierte EKG-Eingabe 46 angelegt. Die EKG-Eingabe 46 wird durch die Systemsteuerung 22 analysiert, um eine Be stimmung zu ermöglichen, die bezüglich dessen durchgeführt werden soll, wann ein Wert derselben einen Pegel erreicht, der die Spitze der R-Welle (R-Zacke) anzeigt. Wie Fachleuten bekannt ist, zeigt die normale EKG-Signalform einen QRS-Si gnalverlauf, wobei die R-Welle das Einsetzen des Systolen zyklusses anzeigt. Wenn folglich die Systemsteuerung 22 eine maximale Werteingabe auf der Leitung 46 bestimmt, wird durch das Bezeichnen des nächsten Anzeigerahmens von dem Abtast wandler 12 als Rahmen 0 der Beginn des Systolenzyklusses an gezeigt.

Da die Spitze der R-Welle gerade vor der tatsächlichen me chanischen Kontraktion der linken Herzkammer auftritt, stellt das Bild des Rahmens 0 das Einsetzen der tatsächli chen mechanischen Herzkammerkontraktion dar. Der Rahmen 0, der in den Abtastwandler 12 eingegeben wird, ermöglicht fer ner ein Triggern des Pixelklassifizierungsverfahrens der Er findung, welches ermöglicht, daß den Pixeln Farben gemäß ih rem Blut/Gewebe-Zustand zugewiesen werden und abhängig da von, ob ein Rahmen während einer Herzkammer-Kontraktion oder -Expansion auftritt.

In Fig. 3 ist eine vereinfachte Schnittansicht eines Herzens gezeigt, wobei die linke Herzkammer 50 durch den Umriß 42 einer interessierenden Region angezeigt ist, auf die Art und Weise, wie sie im U.S.-Patent 5,322,067 gezeigt ist. Die linke Herzkammer 50 ist am Ende der Systolenperiode gezeigt, an dem das Volumen der linken Herzkammer seine maximale Aus dehnung aufweist.

In Fig. 4 ist eine Ansicht der linken Herzkammer 50 gemäß der bevorzugten Art, die durch diese Erfindung gezeigt ist, dargestellt. Am unteren Rand von Fig. 4 ist eine Beschrif tung, die Farben zeigt, die inkrementalen Herzinnenhautände rungen von Rahmen zu Rahmen zugewiesen werden. Wie oben an gezeigt wurde, ist der Rahmen 0 der ersten Ultraschallab tastung zugewiesen, die nach der Spitze der R-Welle erfaßt wird. Bei einem momentanen Rahmen wird allen Pixeln, die in die Fläche zwischen einer angezeigten Herzinnenhaut und der Position der Herzinnenhaut bei dem vorhergehenden Rahmen fallen, eine einzelne Farbe zugewiesen, wodurch es möglich ist, die inkrementale Bewegung der Herzinnenhaut von einem Rahmen zum nächsten zu betrachten. Folglich ist, im Rahmen 1, einer Fläche 54 eine erste Farbe zugewiesen, um die Än derung der Position der Herzinnenhaut vom Rahmen 0 zum Rah men 1 anzuzeigen. In gleicher Weise ist, in einem Rahmen 2, einer Fläche 56 eine unterschiedliche Farbe zugewiesen, um eine Herzinnenhautbewegung vom Rahmen 1 zum Rahmen 2 anzu zeigen. Jedem nachfolgenden Rahmen wird eine wiederum unter schiedliche Farbe zugewiesen, um zu ermöglichen, daß inkre mentale Bewegungen der Herzinnenhaut für den Arzt sichtbar gemacht werden. Eine Fläche 58 zeigt eine Expansion eines Abschnitts der Herzkammerwand an, welche während eines Kon traktionszyklusses ein anormales Ereignis ist. Jedoch färbt die Erfindung die Pixel, die von Gewebe zu Blut übergehen, unterschiedlich, wodurch es dem Arzt möglich ist, die Anor malität in einem einzelnen Rahmen schnell zu sehen.

Beim Abschluß des Kontraktionszyklusses und beim Beginn des Expansionszyklusses wird eine weitere Reihe von Farben zu gewiesen, um inkrementale Positionsunterschiede zwischen der Herzinnenhaut in aufeinanderfolgenden Rahmen darzustellen. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel die Verwendung ei ner Reihe von Farben einschließt, um inkrementale Gewe be/Blut-Grenzänderungen anzuzeigen, können andere Abbil dungsfunktionen verwendet werden, z. B. verschiedene Graupe gel, unterschiedliche Muster, usw..

Bezugnehmend auf die Fig. 5 bis 8 wird nun das Verfahren, das von dem System von Fig. 1 verwendet wird, um die inkre mentale Herzinnenhautanzeige, die in Fig. 4 gezeigt ist, zu erzeugen, erklärt. Wie oben gezeigt wurde, bestimmt die Schallquantifizierungseinheit 30 für jede Schall-Θ-Raum-Ab tastung, welche Schallabtastwerte von einem Gewebe und wel che von Blut stammen. Diese Anzeigen werden dem Abtastwand ler 12 geliefert.

Nach der Abtastwandlung von dem Θ-Raum in den X/Y-Raum wird ein Farbpersistenzverfahren aufgerufen, das ein Kombinieren von Pixelfarben eines momentanen Rahmens mit Pixelfarben ei nes unmittelbar vorhergehenden Rahmens ermöglicht. Die "Kom binier"-Aktion ist in Verbindung mit einem Signalklassifi zierungsverfahren wirksam, um eine Farbanzeige einer inkre mentalen Herzinnenhautbewegung zu erzeugen. Beim Rahmen 0 bewirkt das Persistenzverfahren, daß Gewebepixel als ein Signal S1 markiert werden, und daß Blutpixel als ein Signal S2 markiert werden. Bei den Bildrahmen, die nach dem Rahmen 0 auftreten, bis zu dem Rahmen, der mit dem Ende der Systo lenperiode zusammenfällt, werden Gewebepixel als ein Signal S3 markiert, und Blutpixel werden als ein Signal S4 mar kiert. Bei allen Rahmen nach dem Ende der Systole werden al le Abtastwerte, sowohl Gewebe als auch Blut, als ein Signal S5 markiert.

Die Signale S1 und S2 stellen den Zustand aller Pixel, ent weder als Blut oder als Gewebe, beim Rahmen 0 ein (Beginn der Herzinnenhaut-Kontraktionsbewegung). Für jeden nachfol genden Rahmen bis zum Ende der Systole wird der Zustand je des Pixels für diesen Rahmen ausgewertet und mit dem Zustand des gleichen Pixels in dem unmittelbar vorhergehenden Rahmen verglichen. Beim ersten Rahmen, bei dem sich ein Pixel von Gewebe zu Blut oder von Blut zu Gewebe ändert, wird ein sol cher Übergang bemerkt und das Pixel farblich codiert. Die verwendete Farbe hängt von zwei Faktoren ab. Erstens ergeben Übergänge von Gewebe zu Blut andere Farben als Pixel, die von Blut zu Gewebe übergehen. Zweitens erhalten Pixelüber gänge, die in verschiedenen Rahmen auftreten, verschiedene Farben. Auf diese Weise ist es möglich, aus den Farben des Bildes sowohl zu bestimmen, wann ein Übergang auftritt, als auch von welchem Typ der Übergang war.

Am Ende der Systole ist es bevorzugt (aber nicht erforder lich), daß die Schallquantifizierungseinheit 30 ein Signal S5 für alle Pixel ausgibt. Wenn die Farbpersistenzfunktion das Signal S5 erfaßt, wird die gesamte Farbanzeige unter drückt. Dies ermöglicht es, daß die Farbanzeige der Herz innenhautbewegung auf die systolische Phase begrenzt wird. Außerdem ist die Bewegung der Mitralklappe nicht in der An zeige eingeschlossen, da dieselbe während der gesamten sy stolischen Periode geschlossen ist.

Bezugnehmend auf Fig. 5 wird nun das Flußdiagramm, das das oben erwähnte Verfahren darstellt, beschrieben. Wie gezeigt wurde, wird jedes Pixel einer Herzinnenhaut-Verschiebungs analyse unterzogen. Somit wird, wie im Block 70 gezeigt ist, ein neues Schallpixel empfangen und es wird bestimmt, ob der Rahmen 0 verarbeitet wird (Entscheidungsblock 72). Wenn dies der Fall ist, wird bestimmt, ob die Schallquantifizierungs einheit 30 den Schallabtastwert, der dem Pixel entspricht als Blut oder Gewebe charakterisiert hat (Entscheidungsblock 74). Wenn das Pixel als Blut klassifiziert wird, wird dem Pixel das Signal S2 zugewiesen (Block 76). Wenn das Pixel als Gewebe klassifiziert wurde, wird dem Pixel das Signal S1 zugewiesen (Block 78).

Wenn bestimmt wird (im Entscheidungsblock 72), daß nicht der Rahmen 0 verarbeitet wird, wird bestimmt, ob sich das Ver fahren bei oder nach dem Ende der Systole befindet (Ent scheidungsblock 80). Dies wird bestimmt, indem festgestellt wird, ob seit der R-Wellen-Anzeige eine Zeitperiode vergan gen ist, die einen Schwellenwert überschreitet, wobei der Schwellenwert einer bestimmten Systolenzeit für den Patien ten entspricht. Wenn diese Zeitperiode nicht vergangen ist, gibt der Entscheidungsblock 80 ein Nein aus, und es wird wiederum bestimmt, ob das Pixel entweder Blut oder Gewebe ist (Entscheidungsblock 82). Wenn das Pixel als Blut klassi fiziert wird, wird dem Pixel das Signal S4 zugewiesen (Block 84), das anzeigt, daß dasselbe ein Blutpixel ist, das wäh rend der Systole auftritt. Im Gegensatz dazu wird dem Pixel das Signal S3 zugewiesen, da ein Gewebeabtastwert während der Systole auftritt (Block 86), wenn der Entscheidungsblock 82 bestimmt, daß der Schallabtastwert Gewebe ist.

Wenn im Entscheidungsblock 80 bestimmt wird, daß die Zeit schwelle überschritten wurde (d. h., daß die Herzaktion ent weder beim oder nach dem Ende der Systole ist), wird allen Schallabtastwerten, Blut oder Gewebe, das Signal S5 zugewie sen (Block 88), das anzeigt, daß die Zeit ihres Auftretens während einer Diastole liegt.

Es wird dann bestimmt, ob alle Schallabtastwerte für einen gegebenen Rahmen verarbeitet wurden, wobei, wenn dies nicht der Fall ist, das Verfahren zum Block 70 zurückspringt und sich wiederholt (Entscheidungsblock 90).

Andernfalls wird jedes neue Pixel einem Persistenzverfahren 92 unterzogen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, welches in Verbin dung mit dem Rahmenspeicher 13 und der Systemsteuerung 22 wirksam ist, um die Erzeugung der mehrfarbigen Herzinnen hautanzeige, die oben beschrieben wurde, zu ermöglichen. Das Persistenzverfahren 92 ermöglicht einen Vergleich von Pi xeln, die in unmittelbar aufeinanderfolgenden Rahmen exakt am gleichen räumlichen Ort auftreten. Der Betrieb des Persi stenzverfahrens 92 ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

Die Pixelcodierungssymbole, die in den Fig. 7 und 8 verwen det sind, lauten wie folgt:

S1 - Gewebeabtastpixel im Rahmen 0
S2 - Blutabtastpixel im Rahmen 0
S3 - Gewebeabtastpixel von einem Rahmen zwischen dem Rahmen 0 und dem Ende der Systole.
S4 - Blutabtastpixel von einem Rahmen zwischen dem Rahmen 0 und dem Ende der Systole.
S5 - Gewebe- oder Blut-Abtastpixel von einem Rahmen, der am oder nach dem Ende der Systole und vor dem Rahmen 0 auftritt.
R1 - Referenzfarbe 1 (leer)
R2 - Referenzfarbe 2 (leer): verwendet, um Gewebepixel zu kennzeichnen.
R3 - Referenzfarbe 3 (leer): verwendet, um Blutpixel zu kennzeichnen.
C_n - Kontraktionsfarbe, die dem Rahmen n zugewiesen ist
E_n - Expansionsfarbe, die dem Rahmen n zugewiesen ist
n - Rahmennummer nach der R-Wellen-Anzeige (dem Ende der Diastole).

Bezugnehmend zuerst auf Fig. 7 ist ein Diagramm gezeigt, daß die Sequenz von Farben C₁-C_n anzeigt, die während einer Kontraktionsphase der linken Herzkammer zugewiesen werden, und die es ermöglichen, Herzinnenhaut-Positionsänderungen von Rahmen zu Rahmen sichtbar zu machen. Spezieller gesagt wird jedem Pixel, das von einem Rahmen zum nächsten von Blut zu Gewebe übergeht (während eines Kontraktionszyklusses), eine Farbe C_n zugewiesen, wodurch es möglich wird, daß alle Pixel in dem Rahmen, die von dem vorhergehenden Rahmen von Blut zu Gewebe übergegangen sind, mit der Farbe C_n versehen werden. Auf eine ähnliche Art und Weise werden während des Expansionszyklusses aufeinanderfolgenden Rahmen Expansions farben E₁-E_n zugewiesen, die Pixel bezeichnen, die auf ei ner Rahmen-um-Rahmen-Basis von Gewebe zu Blut übergegangen sind.

Bezugnehmend auf Fig. 8 wird nun das Verfahren, das verwen det ist, um die Zuweisung der Farben C₁-C_n und E₁-E_n zu ermöglichen, beschrieben. Wenn ein neues Pixel empfangen wird (Block 100) wird zuerst bestimmt, ob der Pixelwert S5 ist (Entscheidungsblock 102). Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgangspixelwert auf R1 (leer) eingestellt und das Ver fahren springt zum nächsten Pixel (Block 104). Wenn das Pi xel, auf das zugegriffen wurde, nicht S5 ist (Entscheidungs block 102), springt das Verfahren zum Entscheidungsblock 106, in dem bestimmt wird, ob der Pixelwert S1 ist (ein Ge webepixel vom Rahmen 0). Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgangspixelwert auf R2 eingestellt (Block 108), was kenn zeichnet, daß das Pixel ein Gewebepixel ist.

Wenn der Pixelwert nicht S1 ist (Entscheidungsblock 106), wird als nächstes bestimmt, ob der Pixelwert gleich S2 ist (Blutabtastpixel vom Rahmen 0) (Entscheidungsblock 110). Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgangspixelwert auf R3 eingestellt (Block 112), das ein Blutpixel kennzeichnet. An diesem Punkt wird bestimmt (Entscheidungsblock 114), ob ein letztes Pixel erreicht wurde (des Rahmens 0). Wenn dies nicht der Fall ist, springt das Verfahren zum Block 100 zu rück. Wenn dies der Fall ist, wird der Rahmenzähler um Eins inkrementiert (Block 116), und das Verfahren springt zurück, um das erste Pixel eines nächsten Rahmens zu erfassen. Es ist nun bekannt, daß der R-Wellen-Anzeiger aufgetreten ist, daß alle Pixel im Rahmen 0 entweder als Blut oder als Gewebe klassifiziert wurden, und daß bis jetzt keine Farben zuge wiesen wurden.

Wenn im Entscheidungsblock 110 bestimmt wird, daß der Pixel wert nicht S2 ist (was anzeigt, daß derselbe entweder S3 oder S4 ist), wird auf den entsprechenden alten Pixelwert zugegriffen (Block 118). Dann wird bestimmt, ob der alte Pi xelwert gleich R2 ist (ein Gewebepixel) (Entscheidungsblock 120). Wenn dies der Fall ist, wird als nächstes bestimmt, ob der neue Pixelwert gleich S3 ist (ein Gewebeabtastwert, der zwischen dem R-Wellen-Anzeiger und dem Ende der Systole auf tritt) (Entscheidungsblock 122). Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgangspixelwert gleich dem alten Pixelwert einge stellt, da es keine Änderung seiner Beschaffenheit gegeben hat und die systolische Periode noch wirksam ist (Block 124). Danach springt das Verfahren zum nächsten Pixel (Block 100), wenn kein Ende eines Rahmens (Entscheidungsblock 114) erreicht ist.

Wenn im Entscheidungsblock 120 bestimmt wird, daß der alte Pixelwert nicht R2 ist, und ferner im Entscheidungsblock 126 bestimmt wird, daß der alte Pixelwert R3 ist (ein Blutpi xel), springt das Verfahren zum Entscheidungsblock 128, in dem bestimmt wird, ob der neue Pixelwert auf S3 eingestellt ist (was anzeigt, daß es ein Gewebepixel ist, das in einem Rahmen zwischen der R-Wellen-Anzeige und dem Ende der Systo le auftritt) (Entscheidungsblock 128). Wenn dies der Fall ist, wird der Ausgangspixelwert auf C_n eingestellt, wobei n von der Rahmennummer abhängt (Block 130). Es sei daran erin nert, daß C₁-C_n verschiedene Farben bezeichnen, die wäh rend eines Kontraktionszyklusses zugewiesen werden.

Wenn der Entscheidungsblock 128 Nein anzeigt, wird der Aus gangspixelwert auf R3 eingestellt, was anzeigt, daß keine Änderung von dem alten Pixelwert in dem vorhergehenden Rah men und dem Ausgangspixel, das betrachtet wird, stattgefun den hat (Block 132). Das Verfahren springt dann zurück, wie in den Blöcken 114, 116 gezeigt ist.

Wenn im Entscheidungsblock 126 bestimmt wird, daß der alte Pixelwert nicht gleich R3 ist, wird der Ausgangspixelwert gleich dem alten Pixelwert gesetzt (Block 134), und das Ver fahren springt zurück.

Wenn im Entscheidungsblock 122 bestimmt wird, daß ein neuer Pixelwert nicht gleich S3 ist, ist das folgende bekannt: das Pixel wird in einem Rahmen angezeigt, der zwischen der R- Wellen-Anzeige und dem Ende der Systole auftritt; und das Pixel hat sich von einem Gewebepixel in ein Blutpixel geän dert, was eine Expansion der Herzinnenhaut anzeigt. Folglich wird der Schluß gezogen, daß ein Expansionszyklus aufgetre ten ist. Der Ausgangspixelwert wird auf einen Farbwert E_n eingestellt, wobei n von der Rahmennummer abhängt (Block 140). Es sei ins Gedächtnis gerufen, daß E₁-E_n verschiede ne Farben anzeigen, die während eines Expansionszyklusses zugewiesen werden. Das Verfahren springt dann durch die Blöcke 114 und 116 zurück.

Es sollte offensichtlich sein, daß die vorhergehende Be schreibung nur dazu dient, die Erfindung zu veranschauli chen. Verschiedene Alternativen und Modifikationen können von Fachleuten konstruiert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit der Sichtbarmachung einer linken Herzkammer beschrieben wurde, kann dieselbe beispielsweise auf einen beliebigen, ein Fluid enthaltenden Körperhohlraum angewendet werden. Obwohl ein bevorzugtes Verfahren zum Identifizieren von Pixeln, an de nen eine Fluid/Gewebe-Grenze auftritt, beschrieben wurde, wird ferner erwartet, daß andere Gewebe-bestimmende Verfah ren, die Fachleuten bekannt sind, ebenfalls in den Grenzen der Erfindung liegen.

Claims

1. Ultraschallanzeigevorrichtung zur Anzeige von Gewebe wandbewegungen einer einen Fluid-gefüllten Hohlraum um gebenden Gewebewand auf der Basis von mittels einer Ul traschallabtastvorrichtung erzeugten Pixelbild, wobei die Ultraschallabtastvorrichtung eine Pixelklassifizie rungseinrichtung (30) aufweist, die die Pixel eines je weiligen Pixelbilds als Pixel eines ersten Typs und Pi xel eines zweiten Typs klassifiziert, wobei Pixel des ersten Typs Pixel sind, die einem Fluid entsprechen, und Pixel des zweiten Typs Pixel sind, die einem Gewebe ent sprechen, mit folgenden Merkmalen:
einer Bildvergleichseinrichtung (92) zum Vergleichen der sich bezüglich ihrer Lage in dem Pixelbild entsprechen den Pixel in aufeinanderfolgenden Pixelbildern zum Best immen derjenigen Pixel, deren Pixeltyp sich in den auf einanderfolgenden Bildern ändert; und
einer Zuweisungseinrichtung (22), die den von der Bild vergleichseinrichtung bestimmten Pixeln, deren Pixeltyp sich ändert, eine Abbildungsfunktion zuweist, wobei die Abbildungsfunktion eine von der Darstellung der Pixel, die einem Fluid entsprechen, und der Pixel, die einem Gewebe entsprechen, unterscheidbare Darstellung fest legt.

2. Ultraschallanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der einem Pixel, das sich von dem ersten Typ in den zweiten Typ ändert, eine erste Abbildungsfunktion zugewiesen wird, und einem Pixel, das sich von dem zweiten Typ in den ersten Typ ändert, eine zweite Abbildungsfunktion zugewiesen wird.

3. Ultraschallanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Abbildungsfunktion-Zuweisungseinrichtung ermöglicht, daß die erste Abbildungsfunktion und die zweite Abbil dungsfunktion in jedem Bild und über eine Abfolge von Bildern geändert werden, um zu ermöglichen, daß Pixel typänderungen von Bild zu Bild als eine Abfolge unter schiedlicher Abbildungsfunktionen betrachtet werden, um zu ermöglichen, daß inkrementale Änderungen der Wandge webeposition von Bild zu Bild ohne weiteres unterschie den werden.

4. Ultraschallanzeigevorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der jede Abbildungsfunktion einen unterschiedlichen Farbwert definiert.

5. Ultraschallabbildungsvorrichtung gemäß einem der Ansprü che 1 bis 4, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Einrichtung (46) zum Eingeben einer kardialen R- Wellen-Anzeige in die Pixelklassifizierungseinrichtung (30), wobei die Pixelklassifizierungseinrichtung jedes Pixel in einem nachfolgenden Pixelbild entweder als Ge webe oder als Blut identifiziert, wobei die Abbildungs funktion-Zuweisungseinrichtung (22) während einer Systo lenperiode wirksam ist, um Pixeln, deren Identifizierung sich von Fluid in Gewebe ändert, in jedem nachfolgenden Bild eine unterschiedliche Abbildungsfunktion zuzuwei sen, um zu ermöglichen, daß inkrementale Gewebewandbewe gungen sichtbar von Bild zu Bild unterschieden werden können.

6. Ultraschallvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Bildvergleichseinrichtung (30, 22) und die Abbildungsfunktion-Zuweisungseinrichtung (22) in Echtzeit arbeiten, während Ultraschalldaten akkumuliert werden.

7. Verfahren zum Anzeigen von Gewebewandbewegungen einer einen Fluid-gefüllten Hohlraum umgebenden Gewebewand auf der Basis von mittels einer Ultraschallabtastvorrichtung erzeugten Pixelbildern, wobei die Pixel eines jeweiligen Pixelbilds in einer Pixelklassifizierungseinrichtung (30) der Ultraschallabtastvorrichtung als Pixel eines ersten Typs und Pixel eines zweiten Typs klassifiziert werden, wobei die Pixel des ersten Typs Pixel sind, die einem Fluid entsprechen, und wobei die Pixel des zweiten Typs Pixel sind, die einem Gewebe entsprechen, mit fol genden Schritten:
Vergleichen der sich bezüglich ihrer Lage in dem Pixel bild entsprechenden Pixel in aufeinanderfolgenden Pixel bildern und Bestimmen derjenigen Pixel, deren Pixeltyp sich in den aufeinanderfolgenden Bildern ändert; und
Zuweisen eines Farbwerts zu den Pixeln geänderten Typs in einem nachfolgenden Bild, welcher sich von einem Farbwert unterscheidet, der den Pixeln geänderten Typs in einem vorhergehenden Bild zugewiesen ist, um dadurch zu ermöglichen, daß die Pixel geänderten Typs in dem nachfolgenden Bild ohne weiteres von den Pixeln geänder ten Typs in dem vorhergehenden Bild unterscheidbar sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Zuweisungs schritt den Pixeln geänderten Typs in aufeinanderfolgen den Bildern, die während einer Kontraktion des Wandgewe bes auftreten, eine Reihe von Farben zuweist, und Pixeln geänderten Typs in aufeinanderfolgenden Bildern, die während einer Expansion des Wandgewebes auftreten, eine zweite Reihe von Farben zuweist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem der Zuwei sungsschritt Pixeln geänderten Typs in aufeinanderfol genden Bildern während einer Kontraktionsphase des Wand gewebes inkremental geänderte Farben zuweist, und ferner Pixeln geänderten Typs, die in aufeinanderfolgenden Bil dern während eines Kontraktionszyklusses des Wandgewebes auftreten, inkremental geänderte Farben zuweist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem sich die inkremental geänderten Farben, die während der Kontraktionsphase zu gewiesen werden, von den inkremental geänderten Farben, die während der Expansionsphase zugewiesen werden, un terscheiden.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Verfahren auf eine Darstellung einer linken Herzkammer eines Herzmus kels sowohl während einer systolischen als auch einer diastolischen Sequenz angewendet wird, wobei der Zuwei sungsschritt während einer diastolischen Sequenz verhin dert ist, um dadurch eine Farbanzeige während der dia stolischen Sequenz zu unterdrücken.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem das Verfahren auf Daten wirksam ist, die als eine Folge von Ultraschallabtastungen empfangen werden, und bei dem die Klassifizierungs-, Bestimmungs- und Zuweisungs- Schritte in Echtzeit stattfinden, während die Daten emp fangen werden, um eine Echtzeitbetrachtung der Pixel ge änderten Typs zu ermöglichen.